偏波多重光受信器、偏波多重光受信回路、及び偏波多重光伝送システム
【課題】偏波多重光伝送システムにおいて、偏波多重光伝送システムにおいて、伝送品質を総合的に改善する。
【解決手段】偏波コントローラ２１は、入力偏波多重光信号の偏波状態を制御する。偏波ビームスプリッタ２２は、偏波状態が制御された偏波多重光信号を第１の偏波信号および第２の偏波信号に分離する。ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂは、第１の偏波信号および第２の偏波信号の光パワーを検出する。制御回路２６は、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂから出力される第１および第２の光パワー信号に基づいて、偏波コントローラ２１を制御する。
【解決手段】偏波コントローラ２１は、入力偏波多重光信号の偏波状態を制御する。偏波ビームスプリッタ２２は、偏波状態が制御された偏波多重光信号を第１の偏波信号および第２の偏波信号に分離する。ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂは、第１の偏波信号および第２の偏波信号の光パワーを検出する。制御回路２６は、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂから出力される第１および第２の光パワー信号に基づいて、偏波コントローラ２１を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ伝送路を介して偏波多重光信号を伝送する偏波多重光伝送システム、並びに、偏波多重光伝送システムにおいて使用される偏波多重光受信回路および偏波多重光受信器に係わる。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの普及に伴って、光通信システムの大容量化が進められている。たとえば、幹線系では、１波長当たり、40Gbit/sを越える信号を伝送可能な光送信器および光受信器の研究が行われている。そして、波長多重伝送のスペクトラム利用効率を向上させるために、偏波多重伝送方式の研究および開発が盛んになってきている。
【０００３】
偏波多重光伝送システムでは、１組のデータ信号がＸ偏波およびＹ偏波を利用して伝送される。Ｘ偏波およびＹ偏波は、互いに直交する１組の偏波成分である。そして、光受信器では、Ｘ偏波およびＹ偏波を互いに分離することにより、１組のデータ信号が抽出される。したがって、偏波多重伝送方式によれば、１波長当たりの容量を２倍にすることが可能になる。
【０００４】
偏波多重光受信器は、一般に、入力光信号の偏波状態を制御する偏波制御機能、および偏波状態が制御された光信号を互いに直交する偏波成分（Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネル）に分離する分離機能を備える。そして、偏波制御機能を適切に調整することにより、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルが分離される。なお、偏波多重光受信器において互いに直交する偏波チャネルを抽出する方法は、例えば、非特許文献１〜３に記載されている。また、下記の特許文献１〜３にも関連する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１３６７６１号公報
【特許文献２】特開平５−３２７５７６号公報
【特許文献３】特開２００２−３４４４２６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】S. Hinz et al., “Interference detection enabling 2x20Gbit/s RZ polarisation division multiplex transmission”, Electronics Letters, Vol.37, No.8, pp.510-511, April 2001
【非特許文献２】八木他、「自動偏波制御システムを適用した160Gbit/s、偏波多重ＲＺ−ＤＱＰＳＫシステムの214kmフィールド実験」、２００８年電子情報通信学会、ＢＳ−７−９
【非特許文献３】Ito et al., “Comparison of 100Gbit/s transmission performances between RZ-DQPSK and polarization multiplexed NRZ/RZ-DPSK with automatic polarization de-multiplexer”, OFC/NFOEC 2008, JThA46
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の技術によれば、受信器において、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルが必ずしも適切に分離されていなかった。特に、偏波依存損失などによりＸ偏波チャネルとＹ偏波チャネルとの間の直交性が劣化する環境においては、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルにより伝送される１組のデータ信号の双方の品質を保証することはできなかった。例え
ば、従来の偏波多重光伝送システムでは、一方のデータ信号の受信品質が高いにもかかわらず、他方のデータ信号の受信品質が低くなることがあった。
【０００８】
本発明の１つの課題は、偏波多重光伝送システムにおいて、伝送品質を総合的に改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態の偏波多重光受信器は、偏波多重光信号の偏波状態を制御する偏波制御器と、前記偏波制御器により偏波状態が制御された偏波多重光信号を第１の偏波信号および第２の偏波信号に分離する偏波スプリッタと、前記第１の偏波信号の光パワーを検出する第１の検出器と、前記第２の偏波信号の光パワーを検出する第２の検出器と、前記第１の検出器から出力される第１の光パワー信号および前記第２の検出器から出力される第２の光パワー信号に基づいて、前記偏波制御器を制御する制御部、を有する。
【００１０】
上記構成の偏波多重光受信器においては、第１および第２の偏波信号の双方に基づいて入力偏波多重光信号の偏波状態が制御される。したがって、第１および第２の偏波の直交性が劣化した場合であっても、双方の偏波チャネルの品質を総合的に改善することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、偏波多重光伝送システムにおいて、伝送品質が総合的に改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の偏波多重光受信器が使用される光伝送システムの構成を示す図である。
【図２】実施形態の偏波多重光伝送システムの構成を示す図である。
【図３】制御回路の実施例である。
【図４】偏波状態の制御について説明する図である。
【図５】偏波依存損失による影響を説明する図である。
【図６】偏波制御の一例を説明する図である。
【図７】偏波依存損失がある場合の偏波制御について説明する図である。
【図８】実施形態の偏波多重光受信器における偏波制御を説明する図である。
【図９】制御回路の他の実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、実施形態の偏波多重光受信器が使用される光伝送システムの構成を示す図である。図１に示す光伝送システムは、波長分割多重（ＷＤＭ）および偏波多重を利用して、光信号を伝送する。
【００１４】
伝送路１は、光ファイバ伝送路であり、波長多重信号を伝送する。波長多重信号は、複数の波長を利用して複数の信号を伝送する。伝送路１上には、必要に応じて、光中継増幅器２が設けられる。光中継増幅器２は、特に限定されるものではないが、例えば、ＥＤＦおよび／またはラマン増幅器である。また、光中継増幅器２は、波長多重信号を一括して増幅することができる。
【００１５】
光分岐挿入器（ＯＡＤＭ：Optical Add-Drop Multiplexer）３は、伝送路１に光信号を挿入する機能、および伝送路１から光信号を分岐する機能を備えている。図１に示す構成では、光分岐挿入器３は、波長λiの光信号を伝送路１に挿入し、波長λiの光信号を伝送路１から分岐する。なお、光分岐挿入器３は、複数の波長を挿入／分岐することもできる
。
【００１６】
偏波多重光送信器４は、データを送信するための偏波多重光信号を生成する。この実施例では、波長λiの偏波多重光信号が生成される。偏波多重光信号は、互いに直交する１組の偏波（Ｘ偏波およびＹ偏波）チャネルを利用して、１組のデータを送信する。偏波多重光送信器４により生成される偏波多重光信号は、光分岐挿入器３Ａにより伝送路１に挿入される。偏波多重光受信器５には、光分岐挿入器３Ｂにより伝送路１から分岐された波長λiの偏波多重光信号が入力される。そして、偏波多重光受信器５は、偏波多重光信号をＸ偏波信号およびＹ偏波信号に分離し、各偏波信号からそれぞれデータを再生する。
【００１７】
偏波多重光送信器４により生成される偏波多重光信号は、波長マルチプレクサ６により他の波長の光信号と多重化されてもよい。また、波長分岐挿入器３Ｂにより複数の波長が分岐される場合には、波長デマルチプレクサ７により波長λｉが分離される。さらに、伝送路１を介して伝送される波長多重信号は、非偏波多重光信号を含むようにしてもよい。さらに、光分岐挿入器３の代わりに、例えば、波長クロスコネクトが設けられるようにしてもよい。
【００１８】
このように、図１に示す例では、偏波多重光送信器４により生成される偏波多重光信号は、伝送路１を介して伝送され、偏波多重光受信器５により受信される。ただし、この構成は、１つの実施例であり、偏波多重光受信器５が使用される環境はこの構成に限定されるものではない。すなわち、例えば、偏波多重光信号は、波長多重を利用して伝送されなくてもよい。
【００１９】
図２は、実施形態の偏波多重光伝送システムの構成を示す図である。なお、図２に示す偏波多重光伝送システム１０は、偏波多重光送信器４および偏波多重光受信器５を備え、伝送路１を介して偏波多重光信号が伝送される。
【００２０】
偏波多重光送信器４は、光送信器１１Ａ、１１Ｂ、偏波ビーム合成器（ＰＢＣ：Polarization Beam Combiner）１２を備える。光送信器１１Ａ、１１Ｂには、それぞれデータＡ、データＢが入力される。データＡ、Ｂは、たとえば、互いに独立した情報である。或いは、データＡ、Ｂは、送信データを分離することにより得られるものであってもよい。光送信器１１Ａは、データＡを伝送するための光信号Ａを生成し、光送信器１１Ｂは、データＢを伝送するための光信号Ｂを生成する。ここで、光信号Ａ、Ｂの波長は、互いに同じ（ここでは、λ1）である。また、光送信器１１Ａ、１１Ｂによる変調方式は、特に限定されるものではないが、例えば、ＤＱＰＳＫである。さらに、光信号Ａ、Ｂは、それぞれ所定の偏波状態（例えば、直線偏光）で出力される。
【００２１】
光信号Ａ、Ｂは、偏波面保持ファイバ（ＰＭＦ：Polarization Maintaining Fiber）により偏波ビーム合成器１２に導かれる。偏波ビーム合成器１２は、光信号Ａ、Ｂを合成することにより偏波多重光信号を生成する。この場合、例えば、光信号Ａ、Ｂは、それぞれＸ偏波およびＹ偏波を利用して伝送される。すなわち、データＡはＸ偏波チャネルを利用して伝送され、データＢはＹ偏波チャネルを利用して伝送される。なお、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルは、互いに直交している。また、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの送信パワーは、互いに同じであるものとする。
【００２２】
偏波多重光送信器４により生成される偏波多重光信号は、伝送路１を介して伝送され、偏波多重光受信器５により受信される。偏波多重光受信器５は、偏波コントローラ２１、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）２２、光受信器２３Ａ、２３Ｂ、受光器（ＰＤ：Photo Detector）２４Ａ、２４Ｂ、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂ、制御回路２６を備える。
【００２３】
偏波コントローラ２１は、制御回路２６からの制御信号に応じて、入力偏波多重光信号の偏波状態を制御する。偏波コントローラ２１は、特に限定されるものではないが、例えば、λ／２波長板およびλ／４波長板を供える。この場合、制御回路２６からの制御信号に応じてλ／２波長板およびλ／４波長板が調整され、入力偏波多重光信号の偏波が所望の状態に制御される。
【００２４】
偏波ビームスプリッタ２２は、偏波コントローラ２１により偏波状態が制御された偏波多重光信号を、互いに直交する２つの偏波に分離する。以下の説明では、偏波ビームスプリッタ２２により得られる２つの偏波を、Ｘ偏波チャネル信号およびＹ偏波チャネル信号と呼ぶことにする。
【００２５】
Ｘ偏波チャネル信号およびＹ偏波チャネル信号は、それぞれ光受信器２３Ａ、２３Ｂに導かれる。光受信器２３Ａは、Ｘ偏波チャネル信号を復調することにより、データＡを再生する。同様に、光受信器２３Ｂは、Ｙ偏波チャネル信号を復調することにより、データＢを再生する。
【００２６】
偏波ビームスプリッタ２２から出力されるＸ偏波チャネル信号およびＹ偏波チャネル信号は、それぞれタップされて受光器２４Ａ、２４Ｂに導かれる。Ｘ偏波チャネル信号をタップするための分岐比、およびＹ偏波チャネル信号をタップするための分岐比は、基本的に、互いに同じである。受光器２４Ａ、２４Ｂは、例えばフォトダイオードであり、それぞれＸ偏波チャネル信号およびＹ偏波チャネル信号を電気信号に変換する。ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂは、それぞれ受光器２４Ａ、２４Ｂの出力信号のパワーを検出する。ここで、信号のパワーは、例えば、その信号を自乗することにより検出される。したがって、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂにより、Ｘ偏波チャネル信号およびＹ偏波チャネル信号のパワーが検出される。そして、ＲＦパワー検出器２５Ａは、Ｘ偏波チャネル信号の光パワーを表すＸ偏波パワー信号を出力し、ＲＦパワー検出器２５Ｂは、Ｙ偏波チャネル信号の光パワーを表すＹ偏波パワー信号を出力する。Ｘ偏波パワー信号およびＹ偏波パワー信号は、制御回路２６に入力される。
【００２７】
制御回路２６は、Ｘ偏波パワー信号およびＹ偏波パワー信号の双方を利用して、偏波コントローラ２１を制御するための制御信号を生成する。すなわち、Ｘ偏波チャネルのパワーおよびＹ偏波チャネルのパワーの双方を利用するフィードバック制御が行われる。
【００２８】
図３は、制御回路２６の実施例である。制御回路２６には、図２を参照しながら説明したように、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂにより生成されるＸ偏波パワー信号およびＹ偏波パワー信号が入力される。なお、Ｘ偏波パワー信号は、入力偏波多重光信号から分離されたＸ偏波チャネルの光パワーを表す。また、Ｙ偏波パワー信号は、入力偏波多重光信号から分離されたＹ偏波チャネルの光パワーを表す。
【００２９】
制御回路２６は、加算回路３１および駆動パラメータ決定部３２を備えている。加算回路３１は、Ｘ偏波パワー信号およびＹ偏波パワー信号を足し合わせ、その加算結果を表すモニタ信号を生成する。生成されたモニタ信号は、駆動パラメータ決定部３２に入力される。駆動パラメータ決定部３２は、このモニタ信号に基づいて、偏波コントローラ２１を制御するための駆動パラメータを決定する。そして、駆動パラメータ決定部３２は、決定した駆動パラメータを表す制御信号を用いて偏波コントローラ２１を制御する。なお、駆動パラメータは、例えば、λ／２波長板およびλ／４波長板を調整するために使用される。ここで、λ／２波長板およびλ／４波長板が電圧により調整される場合には、制御信号は、駆動パラメータに対応する駆動電圧である。
【００３０】
制御回路２６は、特に限定されるものではないが、例えば、デジタル信号プロセッサである。この場合、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂの出力信号（すなわち、Ｘ偏波パワー信号およびＹ偏波パワー信号）は、それぞれＡ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換される。そして、加算回路３１は、１組のデジタルデータを足し合わせる加算演算を実行し、デジタルモニタ信号を生成する。また、駆動パラメータ決定部３２は、デジタルモニタ信号を利用して所定の演算を実行し、駆動パラメータを決定する。なお、制御回路２６は、アナログ回路で実現するようにしてもよい。
【００３１】
図４は、偏波状態の制御について説明する図である。ここでは、偏波多重光送信器４と偏波多重光受信器５との間の伝送路１において偏波依存損失（ＰＤＬ：Polarization Dependent Loss）がないものとする。なお、偏波多重光信号は、偏波多重光送信器４から送信されるときは、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルは互いに直交している。したがって、偏波依存損失がない場合には、偏波多重光受信器５に入力される偏波多重光信号のＸ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルも互いに直交している。
【００３２】
図４において、横軸は、偏波コントローラ２１の制御電圧である。ここで、この実施例では、入力偏波多重光信号の偏波の状態は、偏波コントローラ２１の制御電圧により制御される。したがって、横軸は、実質的には、入力偏波多重光信号の偏波の状態（または、偏光方向）を表す。また、縦軸は、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂの出力電圧、および再生データのビット誤り率を表す。なお、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂの出力電圧は、Ｘ偏波チャネル信号およびＹ偏波チャネル信号のパワーに相当する。
【００３３】
以下、Ｘ偏波チャネルについて説明する。偏波コントローラ２１の制御電圧に応じて偏波多重光信号の偏波状態が変化すると、Ｘ偏波チャネルの光パワーを表すＲＦパワー検出器（図２では、２５Ａ）の出力電圧も変化する。また、偏波多重光信号の偏波状態に応じて、ビット誤り率も変化する。このとき、図４に示す例では、ビット誤り率が最小化されるときに、ＲＦパワー検出器の出力電圧は最大になっている。したがって、ＲＦパワー検出器の出力電圧が最大化されるように偏波コントローラ２１の制御電圧を調整すれば、ビット誤り率が小さくなる。なお、上述のフィードバック制御は、Ｙ偏波チャネルに対して行うこともできる。
【００３４】
ところが一般に、伝送路１は、偏波依存損失を有している。この場合、偏波多重光受信器５で検出されるＸ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルは、互いに直交していない。
図５は、偏波依存損失による影響を説明する図である。ここでは、伝送路１の偏波依存損失が３dB／４５度であるものとする。なお、偏波多重光送信器４から送信されるＸ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの電界は、互いに直交している。また、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの送信パワーは、互いに同じであるものとする。
【００３５】
偏波多重光受信器５に入力される偏波多重光信号は、偏波依存損失（３dB、４５度）の影響を受けている。ここで、Ｘ偏波チャネルの電界Ｅxを、偏波依存損失の低損失軸および高損失軸の成分に分解して考える。この例では、低損失軸は、Ｘ軸に対して４５度の方向であり、高損失軸は、低損失軸に直交するものとする。また、低損失軸における損失はゼロであり、高損失軸における損失は３dBである。
【００３６】
この場合、高損失軸方向の電界成分が小さくなるが、低損失軸方向の電界成分は変わらない。このため、偏波多重光受信器５に入力されるＸ偏波チャネルの電界Ｅx1は、図５に示すように、電界Ｅxと異なる方向を向いている。同様に、偏波多重光受信器５に入力されるＹ偏波チャネルの電界Ｅy1は、電界Ｅyと異なる方向を向いている。この結果、１組の電界Ｅx1、Ｅy1は、互いに直交していない。
【００３７】
偏波依存損失がある場合の偏波制御について説明する。ここで、入力偏波多重光信号の偏波状態は、例えば、Ｘ偏波チャネルまたはＹ偏波チャネルの一方の特性を最適化するように制御される。以下の説明では、偏波ビームスプリッタ２２が、Ｘ偏波チャネルを抽出するためのＸ偏波抽出軸、およびＹ偏波チャネルを抽出するためのＹ偏波抽出軸を備えているものとする。また、Ｘ偏波チャネルの特性を最適化するものとする。
【００３８】
この場合、図６（ａ）に示すように、電界Ｅy1がＸ偏波抽出軸に直交するように、入力偏波多重光信号の偏波状態が制御される。そうすると、偏波ビームスプリッタ２２により抽出されるＸ偏波チャネルは、電界Ｅy1成分を含まない。すなわち、偏波ビームスプリッタ２２において、Ｘ偏波チャネルとして、電界Ｅx1をＸ偏波抽出軸に投影することにより得られる成分（図６では、電界Ｅx2）が抽出される。したがって、Ｘ偏波チャネルは、Ｙ偏波チャネルからのクロストークの影響を受けることはなく、再生データのビット誤り率は低くなる。
【００３９】
しかし、上述のようにして入力偏波多重光信号の偏波状態が制御されると、電界Ｅx1とＹ偏波抽出軸とは互いに直交していない。このため、偏波ビームスプリッタ２２において抽出されるＹ偏波チャネルは、図６（ｂ）に示すように、電界Ｅx3を含んでいる。なお、電界Ｅx3は、電界Ｅx1をＹ偏波抽出軸に投影することにより得られる成分に相当する。この場合、Ｙ偏波チャネルは、Ｘ偏波チャネルからのクロストークの影響を受けることになり、再生データのビット誤り率は劣化してしまう。
【００４０】
このように、Ｘ偏波チャネルまたはＹ偏波チャネルの一方の特性を最適化するように偏波状態を制御する方法では、偏波依存損失が存在する場合、他方の偏波チャネル品質が大きく劣化してしまう。
【００４１】
図７は、偏波依存損失がある場合の偏波制御について説明する図である。偏波依存損失がある場合、図６に示す方法によれば、Ｘ偏波チャネルを最適化するように偏波状態を制御するために、ＲＦパワー検出器２５Ａの出力電圧（図７では、電圧Ｖx）を最大にするフィードバック制御が行われる。すなわち、電圧Ｖxを最大化するように、偏波コントローラ２１の制御電圧が生成される。そうすると、Ｘ偏波チャネルのビット誤り率（図７では、ＥＲx）が小さくなる。ところが、このようなフィードバック系により入力偏波多重光信号の偏波が制御されると、Ｙ偏波チャネルのビット誤り率（図７では、ＥＲy）は大きく劣化してしまう。したがって、偏波多重光信号（Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネル）により伝送されるデータの品質は、全体として劣化してしまう。
【００４２】
これに対して、図３に示す制御回路２６を備える偏波多重光受信器５では、Ｘ偏波パワー信号およびＹ偏波パワー信号を足し合わせることにより得られるモニタ信号に基づいて、入力偏波多重光信号の偏波状態が制御される。実施例では、制御回路２６により、ＲＦパワー検出器２５Ａの出力電圧ＶxとＲＦパワー検出器２５Ｂの出力電圧Ｖyとの和（図７では、電圧Ｖ_total）を最大にするフィードバック制御が行われる。そうすると、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルのビット誤り率が互いにほぼ同レベルになる。すなわち、実施形態の方法によれば、図６に示す方法と比較して、Ｘ偏波チャネルのビット誤り率は僅かに劣化するが、Ｙ偏波チャネルのビット誤り率は大幅に改善する。この結果、偏波多重光信号（Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネル）により伝送されるデータの品質は、全体として改善される。
【００４３】
なお、図７に示す例では、Ｘ偏波チャネルの光パワーが大きいときにＲＦパワー検出器２５Ａの出力電圧Ｖxが大きくなる（或いは、Ｙ偏波チャネルの光パワーが大きいときにＲＦパワー検出器２５Ｂの出力電圧Ｖyが大きくなる）ものとしている。ただし、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂの構成は、特に限定されるものではなく、例えば、反転増幅器
を内蔵していてもよい。そして、反転増幅器の段数によっては、Ｘ偏波チャネルの光パワーが大きいときにＲＦパワー検出器２５Ａの出力電圧Ｖxが小さくなる（或いは、Ｙ偏波チャネルの光パワーが大きいときにＲＦパワー検出器２５Ｂの出力電圧Ｖyが小さくなる）。この場合、制御回路２６は、電圧Ｖ_totalを最小にするように、入力偏波多重光信号の偏波を制御する。
【００４４】
このように、実施形態の偏波多重光受信器５においては、Ｘ偏波チャネルの光パワーを表す信号とＹ偏波チャネルの光パワーを表す信号の和が最大または最小となるように、入力偏波多重光信号の偏波状態が制御される。換言すれば、Ｘ偏波チャネルの光パワーを表す信号とＹ偏波チャネルの光パワーを表す信号の和が極値（極大または極小）に近づくように、入力偏波多重光信号の偏波状態が制御される。
【００４５】
また、制御回路２６が偏波コントローラ２１を制御する方法は、特に限定されるものではないが、公知の技術を利用することができる。例えば、ディザリング法が使用される。すなわち、下記の手順が所定の周期で繰り返し実行されるようにしてもよい。なお、ここでは、入力偏波多重光信号の偏波が「θ」であるものとする。
（１）入力偏波多重光信号の偏波を「＋Δθ」だけ回転させて、加算回路３１から出力されるモニタ信号Ｍ１を検出する
（２）入力偏波多重光信号の偏波を「−Δθ」だけ回転させて、加算回路３１から出力されるモニタ信号Ｍ２を検出する
（３ａ）Ｍ１よりもＭ２が大きければ、入力偏波多重光信号の偏波を「θ−Δθ」に調整する
（３ｂ）Ｍ１よりもＭ２が小さければ、入力偏波多重光信号の偏波を「θ＋Δθ」に調整する
（３ｃ）Ｍ１とＭ２との差分が所定値よりも小さければ（或いは、ほぼゼロであれば）、入力偏波多重光信号の偏波を「θ」のまま保持する
図８は、実施形態の偏波多重光受信器における偏波制御を説明する図である。以下の説明では、図５に示す例と同様に、伝送路１の偏波依存損失が３dB／４５度であるものとする。すなわち、入力偏波多重光信号のＸ偏波チャネルの電界はＥx1であり、Ｙ偏波チャネルの電界はＥy1である。
【００４６】
この場合、加算回路３１から出力されるモニタ信号を極値（図７では、最大値）に近づけるフィードバック制御を行うと、偏波ビームスプリッタ２２のＸ偏波抽出軸と電界Ｅx1との間の角度θx、およびＹ偏波抽出軸と電界Ｅy1との間の角度θyは、互いにほぼ同じになる。すなわち、入力偏波多重光信号の偏波状態は、角度θxおよび角度θyが互いにほぼ同じになるように制御される。
【００４７】
偏波ビームスプリッタ２２により抽出されるＸ偏波チャネルは、図８（ａ）に示すように、電界Ｅx1のＸ偏波抽出軸への投影成分である電界Ｅx2、および電界Ｅy1のＸ偏波抽出軸への投影成分である電界Ｅy3を含んでいる。同様に、偏波ビームスプリッタ２２により抽出されるＹ偏波チャネルは、図８（ｂ）に示すように、電界Ｅy1のＹ偏波抽出軸への投影成分である電界Ｅy2、及び電界Ｅx1のＹ偏波抽出軸への投影成分である電界Ｅx3を含んでいる。ここで、上述したように、角度θxおよび角度θyが互いにほぼ同じである。したがって、抽出されるＸ偏波チャネルのクロストーク成分（すなわち、Ｅy3）、および抽出されるＹ偏波チャネルのクロストーク成分（すなわち、Ｅx3）は、互いにほぼ同じになる。この結果、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルのビット誤り率は、互いにほぼ同じになる。
【００４８】
また、抽出されるＸ偏波チャネルにおいて、クロストーク成分Ｅy3は、Ｘ偏波チャネルの主成分である電界Ｅx2と比較して十分に小さい。同様に、抽出されるＹ偏波チャネルに
おいて、クロストーク成分Ｅx3は、Ｙ偏波チャネルの主成分である電界Ｅy2と比較して十分に小さい。したがって、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの双方において、クロストークの影響は抑制され、ビット誤り率が小さくなる。この結果、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルのビット誤り率は、いずれも低く抑えられ、全体としてのビット誤り率が最小化される。
【００４９】
図９は、制御回路２６の他の実施例を示す図である。この制御回路２６は、乗算回路３３および駆動パラメータ決定部３４を備える。なお、この構成においても、制御回路２６には、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂにより生成されるＸ偏波パワー信号およびＹ偏波パワー信号が入力される。
【００５０】
乗算回路３３は、Ｘ偏波パワー信号およびＹ偏波パワー信号を掛け合わせ、その乗算結果を表すモニタ信号を生成する。生成されたモニタ信号は、駆動パラメータ決定部３４に入力される。駆動パラメータ決定部３４は、このモニタ信号に基づいて、偏波コントローラ２１を制御するための駆動パラメータを決定する。そして、駆動パラメータ決定部３４は、決定した駆動パラメータを表す制御信号を用いて偏波コントローラ２１を制御する。
【００５１】
図９に示す制御回路２６によるフィードバック制御は、基本的に、図７〜図８を参照した方法と同じである。すなわち、乗算回路３３から出力されるモニタ信号（Ｖx・Ｖy）が極値に近づくように、入力偏波多重光信号の偏波が制御される。ここで、図７において、加算回路３１により得られるＶ_totalおよび乗算回路３３により得られるＶ_totalは、互いに同じ特性ではない。しかし、いずれの場合であっても、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルのビット誤り率がほぼ同じになる制御点において、Ｖ_totalが極値を持つ。したがって、図９に示す構成であっても、モニタ信号に相当するＶ_totalが極値に近づくように入力多重偏波光信号の偏波を制御すれば、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの全体としてのビット誤り率が低くなる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 伝送路
４ 偏波多重光送信器
５ 偏波多重光受信器
１０ 偏波多重光伝送システム
２１ 偏波コントローラ
２２ 偏波ビームスプリッタ
２４Ａ、２４Ｂ 受光器
２５Ａ、２５Ｂ ＲＦパワー検出器
２６ 制御回路
３１ 加算回路
３２、３４ 駆動パラメータ決定部
３３ 乗算回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ伝送路を介して偏波多重光信号を伝送する偏波多重光伝送システム、並びに、偏波多重光伝送システムにおいて使用される偏波多重光受信回路および偏波多重光受信器に係わる。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの普及に伴って、光通信システムの大容量化が進められている。たとえば、幹線系では、１波長当たり、40Gbit/sを越える信号を伝送可能な光送信器および光受信器の研究が行われている。そして、波長多重伝送のスペクトラム利用効率を向上させるために、偏波多重伝送方式の研究および開発が盛んになってきている。
【０００３】
偏波多重光伝送システムでは、１組のデータ信号がＸ偏波およびＹ偏波を利用して伝送される。Ｘ偏波およびＹ偏波は、互いに直交する１組の偏波成分である。そして、光受信器では、Ｘ偏波およびＹ偏波を互いに分離することにより、１組のデータ信号が抽出される。したがって、偏波多重伝送方式によれば、１波長当たりの容量を２倍にすることが可能になる。
【０００４】
偏波多重光受信器は、一般に、入力光信号の偏波状態を制御する偏波制御機能、および偏波状態が制御された光信号を互いに直交する偏波成分（Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネル）に分離する分離機能を備える。そして、偏波制御機能を適切に調整することにより、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルが分離される。なお、偏波多重光受信器において互いに直交する偏波チャネルを抽出する方法は、例えば、非特許文献１〜３に記載されている。また、下記の特許文献１〜３にも関連する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１３６７６１号公報
【特許文献２】特開平５−３２７５７６号公報
【特許文献３】特開２００２−３４４４２６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】S. Hinz et al., “Interference detection enabling 2x20Gbit/s RZ polarisation division multiplex transmission”, Electronics Letters, Vol.37, No.8, pp.510-511, April 2001
【非特許文献２】八木他、「自動偏波制御システムを適用した160Gbit/s、偏波多重ＲＺ−ＤＱＰＳＫシステムの214kmフィールド実験」、２００８年電子情報通信学会、ＢＳ−７−９
【非特許文献３】Ito et al., “Comparison of 100Gbit/s transmission performances between RZ-DQPSK and polarization multiplexed NRZ/RZ-DPSK with automatic polarization de-multiplexer”, OFC/NFOEC 2008, JThA46
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の技術によれば、受信器において、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルが必ずしも適切に分離されていなかった。特に、偏波依存損失などによりＸ偏波チャネルとＹ偏波チャネルとの間の直交性が劣化する環境においては、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルにより伝送される１組のデータ信号の双方の品質を保証することはできなかった。例え
ば、従来の偏波多重光伝送システムでは、一方のデータ信号の受信品質が高いにもかかわらず、他方のデータ信号の受信品質が低くなることがあった。
【０００８】
本発明の１つの課題は、偏波多重光伝送システムにおいて、伝送品質を総合的に改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態の偏波多重光受信器は、偏波多重光信号の偏波状態を制御する偏波制御器と、前記偏波制御器により偏波状態が制御された偏波多重光信号を第１の偏波信号および第２の偏波信号に分離する偏波スプリッタと、前記第１の偏波信号の光パワーを検出する第１の検出器と、前記第２の偏波信号の光パワーを検出する第２の検出器と、前記第１の検出器から出力される第１の光パワー信号および前記第２の検出器から出力される第２の光パワー信号に基づいて、前記偏波制御器を制御する制御部、を有する。
【００１０】
上記構成の偏波多重光受信器においては、第１および第２の偏波信号の双方に基づいて入力偏波多重光信号の偏波状態が制御される。したがって、第１および第２の偏波の直交性が劣化した場合であっても、双方の偏波チャネルの品質を総合的に改善することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、偏波多重光伝送システムにおいて、伝送品質が総合的に改善される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の偏波多重光受信器が使用される光伝送システムの構成を示す図である。
【図２】実施形態の偏波多重光伝送システムの構成を示す図である。
【図３】制御回路の実施例である。
【図４】偏波状態の制御について説明する図である。
【図５】偏波依存損失による影響を説明する図である。
【図６】偏波制御の一例を説明する図である。
【図７】偏波依存損失がある場合の偏波制御について説明する図である。
【図８】実施形態の偏波多重光受信器における偏波制御を説明する図である。
【図９】制御回路の他の実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、実施形態の偏波多重光受信器が使用される光伝送システムの構成を示す図である。図１に示す光伝送システムは、波長分割多重（ＷＤＭ）および偏波多重を利用して、光信号を伝送する。
【００１４】
伝送路１は、光ファイバ伝送路であり、波長多重信号を伝送する。波長多重信号は、複数の波長を利用して複数の信号を伝送する。伝送路１上には、必要に応じて、光中継増幅器２が設けられる。光中継増幅器２は、特に限定されるものではないが、例えば、ＥＤＦおよび／またはラマン増幅器である。また、光中継増幅器２は、波長多重信号を一括して増幅することができる。
【００１５】
光分岐挿入器（ＯＡＤＭ：Optical Add-Drop Multiplexer）３は、伝送路１に光信号を挿入する機能、および伝送路１から光信号を分岐する機能を備えている。図１に示す構成では、光分岐挿入器３は、波長λiの光信号を伝送路１に挿入し、波長λiの光信号を伝送路１から分岐する。なお、光分岐挿入器３は、複数の波長を挿入／分岐することもできる
。
【００１６】
偏波多重光送信器４は、データを送信するための偏波多重光信号を生成する。この実施例では、波長λiの偏波多重光信号が生成される。偏波多重光信号は、互いに直交する１組の偏波（Ｘ偏波およびＹ偏波）チャネルを利用して、１組のデータを送信する。偏波多重光送信器４により生成される偏波多重光信号は、光分岐挿入器３Ａにより伝送路１に挿入される。偏波多重光受信器５には、光分岐挿入器３Ｂにより伝送路１から分岐された波長λiの偏波多重光信号が入力される。そして、偏波多重光受信器５は、偏波多重光信号をＸ偏波信号およびＹ偏波信号に分離し、各偏波信号からそれぞれデータを再生する。
【００１７】
偏波多重光送信器４により生成される偏波多重光信号は、波長マルチプレクサ６により他の波長の光信号と多重化されてもよい。また、波長分岐挿入器３Ｂにより複数の波長が分岐される場合には、波長デマルチプレクサ７により波長λｉが分離される。さらに、伝送路１を介して伝送される波長多重信号は、非偏波多重光信号を含むようにしてもよい。さらに、光分岐挿入器３の代わりに、例えば、波長クロスコネクトが設けられるようにしてもよい。
【００１８】
このように、図１に示す例では、偏波多重光送信器４により生成される偏波多重光信号は、伝送路１を介して伝送され、偏波多重光受信器５により受信される。ただし、この構成は、１つの実施例であり、偏波多重光受信器５が使用される環境はこの構成に限定されるものではない。すなわち、例えば、偏波多重光信号は、波長多重を利用して伝送されなくてもよい。
【００１９】
図２は、実施形態の偏波多重光伝送システムの構成を示す図である。なお、図２に示す偏波多重光伝送システム１０は、偏波多重光送信器４および偏波多重光受信器５を備え、伝送路１を介して偏波多重光信号が伝送される。
【００２０】
偏波多重光送信器４は、光送信器１１Ａ、１１Ｂ、偏波ビーム合成器（ＰＢＣ：Polarization Beam Combiner）１２を備える。光送信器１１Ａ、１１Ｂには、それぞれデータＡ、データＢが入力される。データＡ、Ｂは、たとえば、互いに独立した情報である。或いは、データＡ、Ｂは、送信データを分離することにより得られるものであってもよい。光送信器１１Ａは、データＡを伝送するための光信号Ａを生成し、光送信器１１Ｂは、データＢを伝送するための光信号Ｂを生成する。ここで、光信号Ａ、Ｂの波長は、互いに同じ（ここでは、λ1）である。また、光送信器１１Ａ、１１Ｂによる変調方式は、特に限定されるものではないが、例えば、ＤＱＰＳＫである。さらに、光信号Ａ、Ｂは、それぞれ所定の偏波状態（例えば、直線偏光）で出力される。
【００２１】
光信号Ａ、Ｂは、偏波面保持ファイバ（ＰＭＦ：Polarization Maintaining Fiber）により偏波ビーム合成器１２に導かれる。偏波ビーム合成器１２は、光信号Ａ、Ｂを合成することにより偏波多重光信号を生成する。この場合、例えば、光信号Ａ、Ｂは、それぞれＸ偏波およびＹ偏波を利用して伝送される。すなわち、データＡはＸ偏波チャネルを利用して伝送され、データＢはＹ偏波チャネルを利用して伝送される。なお、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルは、互いに直交している。また、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの送信パワーは、互いに同じであるものとする。
【００２２】
偏波多重光送信器４により生成される偏波多重光信号は、伝送路１を介して伝送され、偏波多重光受信器５により受信される。偏波多重光受信器５は、偏波コントローラ２１、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）２２、光受信器２３Ａ、２３Ｂ、受光器（ＰＤ：Photo Detector）２４Ａ、２４Ｂ、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂ、制御回路２６を備える。
【００２３】
偏波コントローラ２１は、制御回路２６からの制御信号に応じて、入力偏波多重光信号の偏波状態を制御する。偏波コントローラ２１は、特に限定されるものではないが、例えば、λ／２波長板およびλ／４波長板を供える。この場合、制御回路２６からの制御信号に応じてλ／２波長板およびλ／４波長板が調整され、入力偏波多重光信号の偏波が所望の状態に制御される。
【００２４】
偏波ビームスプリッタ２２は、偏波コントローラ２１により偏波状態が制御された偏波多重光信号を、互いに直交する２つの偏波に分離する。以下の説明では、偏波ビームスプリッタ２２により得られる２つの偏波を、Ｘ偏波チャネル信号およびＹ偏波チャネル信号と呼ぶことにする。
【００２５】
Ｘ偏波チャネル信号およびＹ偏波チャネル信号は、それぞれ光受信器２３Ａ、２３Ｂに導かれる。光受信器２３Ａは、Ｘ偏波チャネル信号を復調することにより、データＡを再生する。同様に、光受信器２３Ｂは、Ｙ偏波チャネル信号を復調することにより、データＢを再生する。
【００２６】
偏波ビームスプリッタ２２から出力されるＸ偏波チャネル信号およびＹ偏波チャネル信号は、それぞれタップされて受光器２４Ａ、２４Ｂに導かれる。Ｘ偏波チャネル信号をタップするための分岐比、およびＹ偏波チャネル信号をタップするための分岐比は、基本的に、互いに同じである。受光器２４Ａ、２４Ｂは、例えばフォトダイオードであり、それぞれＸ偏波チャネル信号およびＹ偏波チャネル信号を電気信号に変換する。ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂは、それぞれ受光器２４Ａ、２４Ｂの出力信号のパワーを検出する。ここで、信号のパワーは、例えば、その信号を自乗することにより検出される。したがって、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂにより、Ｘ偏波チャネル信号およびＹ偏波チャネル信号のパワーが検出される。そして、ＲＦパワー検出器２５Ａは、Ｘ偏波チャネル信号の光パワーを表すＸ偏波パワー信号を出力し、ＲＦパワー検出器２５Ｂは、Ｙ偏波チャネル信号の光パワーを表すＹ偏波パワー信号を出力する。Ｘ偏波パワー信号およびＹ偏波パワー信号は、制御回路２６に入力される。
【００２７】
制御回路２６は、Ｘ偏波パワー信号およびＹ偏波パワー信号の双方を利用して、偏波コントローラ２１を制御するための制御信号を生成する。すなわち、Ｘ偏波チャネルのパワーおよびＹ偏波チャネルのパワーの双方を利用するフィードバック制御が行われる。
【００２８】
図３は、制御回路２６の実施例である。制御回路２６には、図２を参照しながら説明したように、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂにより生成されるＸ偏波パワー信号およびＹ偏波パワー信号が入力される。なお、Ｘ偏波パワー信号は、入力偏波多重光信号から分離されたＸ偏波チャネルの光パワーを表す。また、Ｙ偏波パワー信号は、入力偏波多重光信号から分離されたＹ偏波チャネルの光パワーを表す。
【００２９】
制御回路２６は、加算回路３１および駆動パラメータ決定部３２を備えている。加算回路３１は、Ｘ偏波パワー信号およびＹ偏波パワー信号を足し合わせ、その加算結果を表すモニタ信号を生成する。生成されたモニタ信号は、駆動パラメータ決定部３２に入力される。駆動パラメータ決定部３２は、このモニタ信号に基づいて、偏波コントローラ２１を制御するための駆動パラメータを決定する。そして、駆動パラメータ決定部３２は、決定した駆動パラメータを表す制御信号を用いて偏波コントローラ２１を制御する。なお、駆動パラメータは、例えば、λ／２波長板およびλ／４波長板を調整するために使用される。ここで、λ／２波長板およびλ／４波長板が電圧により調整される場合には、制御信号は、駆動パラメータに対応する駆動電圧である。
【００３０】
制御回路２６は、特に限定されるものではないが、例えば、デジタル信号プロセッサである。この場合、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂの出力信号（すなわち、Ｘ偏波パワー信号およびＹ偏波パワー信号）は、それぞれＡ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換される。そして、加算回路３１は、１組のデジタルデータを足し合わせる加算演算を実行し、デジタルモニタ信号を生成する。また、駆動パラメータ決定部３２は、デジタルモニタ信号を利用して所定の演算を実行し、駆動パラメータを決定する。なお、制御回路２６は、アナログ回路で実現するようにしてもよい。
【００３１】
図４は、偏波状態の制御について説明する図である。ここでは、偏波多重光送信器４と偏波多重光受信器５との間の伝送路１において偏波依存損失（ＰＤＬ：Polarization Dependent Loss）がないものとする。なお、偏波多重光信号は、偏波多重光送信器４から送信されるときは、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルは互いに直交している。したがって、偏波依存損失がない場合には、偏波多重光受信器５に入力される偏波多重光信号のＸ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルも互いに直交している。
【００３２】
図４において、横軸は、偏波コントローラ２１の制御電圧である。ここで、この実施例では、入力偏波多重光信号の偏波の状態は、偏波コントローラ２１の制御電圧により制御される。したがって、横軸は、実質的には、入力偏波多重光信号の偏波の状態（または、偏光方向）を表す。また、縦軸は、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂの出力電圧、および再生データのビット誤り率を表す。なお、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂの出力電圧は、Ｘ偏波チャネル信号およびＹ偏波チャネル信号のパワーに相当する。
【００３３】
以下、Ｘ偏波チャネルについて説明する。偏波コントローラ２１の制御電圧に応じて偏波多重光信号の偏波状態が変化すると、Ｘ偏波チャネルの光パワーを表すＲＦパワー検出器（図２では、２５Ａ）の出力電圧も変化する。また、偏波多重光信号の偏波状態に応じて、ビット誤り率も変化する。このとき、図４に示す例では、ビット誤り率が最小化されるときに、ＲＦパワー検出器の出力電圧は最大になっている。したがって、ＲＦパワー検出器の出力電圧が最大化されるように偏波コントローラ２１の制御電圧を調整すれば、ビット誤り率が小さくなる。なお、上述のフィードバック制御は、Ｙ偏波チャネルに対して行うこともできる。
【００３４】
ところが一般に、伝送路１は、偏波依存損失を有している。この場合、偏波多重光受信器５で検出されるＸ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルは、互いに直交していない。
図５は、偏波依存損失による影響を説明する図である。ここでは、伝送路１の偏波依存損失が３dB／４５度であるものとする。なお、偏波多重光送信器４から送信されるＸ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの電界は、互いに直交している。また、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの送信パワーは、互いに同じであるものとする。
【００３５】
偏波多重光受信器５に入力される偏波多重光信号は、偏波依存損失（３dB、４５度）の影響を受けている。ここで、Ｘ偏波チャネルの電界Ｅxを、偏波依存損失の低損失軸および高損失軸の成分に分解して考える。この例では、低損失軸は、Ｘ軸に対して４５度の方向であり、高損失軸は、低損失軸に直交するものとする。また、低損失軸における損失はゼロであり、高損失軸における損失は３dBである。
【００３６】
この場合、高損失軸方向の電界成分が小さくなるが、低損失軸方向の電界成分は変わらない。このため、偏波多重光受信器５に入力されるＸ偏波チャネルの電界Ｅx1は、図５に示すように、電界Ｅxと異なる方向を向いている。同様に、偏波多重光受信器５に入力されるＹ偏波チャネルの電界Ｅy1は、電界Ｅyと異なる方向を向いている。この結果、１組の電界Ｅx1、Ｅy1は、互いに直交していない。
【００３７】
偏波依存損失がある場合の偏波制御について説明する。ここで、入力偏波多重光信号の偏波状態は、例えば、Ｘ偏波チャネルまたはＹ偏波チャネルの一方の特性を最適化するように制御される。以下の説明では、偏波ビームスプリッタ２２が、Ｘ偏波チャネルを抽出するためのＸ偏波抽出軸、およびＹ偏波チャネルを抽出するためのＹ偏波抽出軸を備えているものとする。また、Ｘ偏波チャネルの特性を最適化するものとする。
【００３８】
この場合、図６（ａ）に示すように、電界Ｅy1がＸ偏波抽出軸に直交するように、入力偏波多重光信号の偏波状態が制御される。そうすると、偏波ビームスプリッタ２２により抽出されるＸ偏波チャネルは、電界Ｅy1成分を含まない。すなわち、偏波ビームスプリッタ２２において、Ｘ偏波チャネルとして、電界Ｅx1をＸ偏波抽出軸に投影することにより得られる成分（図６では、電界Ｅx2）が抽出される。したがって、Ｘ偏波チャネルは、Ｙ偏波チャネルからのクロストークの影響を受けることはなく、再生データのビット誤り率は低くなる。
【００３９】
しかし、上述のようにして入力偏波多重光信号の偏波状態が制御されると、電界Ｅx1とＹ偏波抽出軸とは互いに直交していない。このため、偏波ビームスプリッタ２２において抽出されるＹ偏波チャネルは、図６（ｂ）に示すように、電界Ｅx3を含んでいる。なお、電界Ｅx3は、電界Ｅx1をＹ偏波抽出軸に投影することにより得られる成分に相当する。この場合、Ｙ偏波チャネルは、Ｘ偏波チャネルからのクロストークの影響を受けることになり、再生データのビット誤り率は劣化してしまう。
【００４０】
このように、Ｘ偏波チャネルまたはＹ偏波チャネルの一方の特性を最適化するように偏波状態を制御する方法では、偏波依存損失が存在する場合、他方の偏波チャネル品質が大きく劣化してしまう。
【００４１】
図７は、偏波依存損失がある場合の偏波制御について説明する図である。偏波依存損失がある場合、図６に示す方法によれば、Ｘ偏波チャネルを最適化するように偏波状態を制御するために、ＲＦパワー検出器２５Ａの出力電圧（図７では、電圧Ｖx）を最大にするフィードバック制御が行われる。すなわち、電圧Ｖxを最大化するように、偏波コントローラ２１の制御電圧が生成される。そうすると、Ｘ偏波チャネルのビット誤り率（図７では、ＥＲx）が小さくなる。ところが、このようなフィードバック系により入力偏波多重光信号の偏波が制御されると、Ｙ偏波チャネルのビット誤り率（図７では、ＥＲy）は大きく劣化してしまう。したがって、偏波多重光信号（Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネル）により伝送されるデータの品質は、全体として劣化してしまう。
【００４２】
これに対して、図３に示す制御回路２６を備える偏波多重光受信器５では、Ｘ偏波パワー信号およびＹ偏波パワー信号を足し合わせることにより得られるモニタ信号に基づいて、入力偏波多重光信号の偏波状態が制御される。実施例では、制御回路２６により、ＲＦパワー検出器２５Ａの出力電圧ＶxとＲＦパワー検出器２５Ｂの出力電圧Ｖyとの和（図７では、電圧Ｖ_total）を最大にするフィードバック制御が行われる。そうすると、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルのビット誤り率が互いにほぼ同レベルになる。すなわち、実施形態の方法によれば、図６に示す方法と比較して、Ｘ偏波チャネルのビット誤り率は僅かに劣化するが、Ｙ偏波チャネルのビット誤り率は大幅に改善する。この結果、偏波多重光信号（Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネル）により伝送されるデータの品質は、全体として改善される。
【００４３】
なお、図７に示す例では、Ｘ偏波チャネルの光パワーが大きいときにＲＦパワー検出器２５Ａの出力電圧Ｖxが大きくなる（或いは、Ｙ偏波チャネルの光パワーが大きいときにＲＦパワー検出器２５Ｂの出力電圧Ｖyが大きくなる）ものとしている。ただし、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂの構成は、特に限定されるものではなく、例えば、反転増幅器
を内蔵していてもよい。そして、反転増幅器の段数によっては、Ｘ偏波チャネルの光パワーが大きいときにＲＦパワー検出器２５Ａの出力電圧Ｖxが小さくなる（或いは、Ｙ偏波チャネルの光パワーが大きいときにＲＦパワー検出器２５Ｂの出力電圧Ｖyが小さくなる）。この場合、制御回路２６は、電圧Ｖ_totalを最小にするように、入力偏波多重光信号の偏波を制御する。
【００４４】
このように、実施形態の偏波多重光受信器５においては、Ｘ偏波チャネルの光パワーを表す信号とＹ偏波チャネルの光パワーを表す信号の和が最大または最小となるように、入力偏波多重光信号の偏波状態が制御される。換言すれば、Ｘ偏波チャネルの光パワーを表す信号とＹ偏波チャネルの光パワーを表す信号の和が極値（極大または極小）に近づくように、入力偏波多重光信号の偏波状態が制御される。
【００４５】
また、制御回路２６が偏波コントローラ２１を制御する方法は、特に限定されるものではないが、公知の技術を利用することができる。例えば、ディザリング法が使用される。すなわち、下記の手順が所定の周期で繰り返し実行されるようにしてもよい。なお、ここでは、入力偏波多重光信号の偏波が「θ」であるものとする。
（１）入力偏波多重光信号の偏波を「＋Δθ」だけ回転させて、加算回路３１から出力されるモニタ信号Ｍ１を検出する
（２）入力偏波多重光信号の偏波を「−Δθ」だけ回転させて、加算回路３１から出力されるモニタ信号Ｍ２を検出する
（３ａ）Ｍ１よりもＭ２が大きければ、入力偏波多重光信号の偏波を「θ−Δθ」に調整する
（３ｂ）Ｍ１よりもＭ２が小さければ、入力偏波多重光信号の偏波を「θ＋Δθ」に調整する
（３ｃ）Ｍ１とＭ２との差分が所定値よりも小さければ（或いは、ほぼゼロであれば）、入力偏波多重光信号の偏波を「θ」のまま保持する
図８は、実施形態の偏波多重光受信器における偏波制御を説明する図である。以下の説明では、図５に示す例と同様に、伝送路１の偏波依存損失が３dB／４５度であるものとする。すなわち、入力偏波多重光信号のＸ偏波チャネルの電界はＥx1であり、Ｙ偏波チャネルの電界はＥy1である。
【００４６】
この場合、加算回路３１から出力されるモニタ信号を極値（図７では、最大値）に近づけるフィードバック制御を行うと、偏波ビームスプリッタ２２のＸ偏波抽出軸と電界Ｅx1との間の角度θx、およびＹ偏波抽出軸と電界Ｅy1との間の角度θyは、互いにほぼ同じになる。すなわち、入力偏波多重光信号の偏波状態は、角度θxおよび角度θyが互いにほぼ同じになるように制御される。
【００４７】
偏波ビームスプリッタ２２により抽出されるＸ偏波チャネルは、図８（ａ）に示すように、電界Ｅx1のＸ偏波抽出軸への投影成分である電界Ｅx2、および電界Ｅy1のＸ偏波抽出軸への投影成分である電界Ｅy3を含んでいる。同様に、偏波ビームスプリッタ２２により抽出されるＹ偏波チャネルは、図８（ｂ）に示すように、電界Ｅy1のＹ偏波抽出軸への投影成分である電界Ｅy2、及び電界Ｅx1のＹ偏波抽出軸への投影成分である電界Ｅx3を含んでいる。ここで、上述したように、角度θxおよび角度θyが互いにほぼ同じである。したがって、抽出されるＸ偏波チャネルのクロストーク成分（すなわち、Ｅy3）、および抽出されるＹ偏波チャネルのクロストーク成分（すなわち、Ｅx3）は、互いにほぼ同じになる。この結果、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルのビット誤り率は、互いにほぼ同じになる。
【００４８】
また、抽出されるＸ偏波チャネルにおいて、クロストーク成分Ｅy3は、Ｘ偏波チャネルの主成分である電界Ｅx2と比較して十分に小さい。同様に、抽出されるＹ偏波チャネルに
おいて、クロストーク成分Ｅx3は、Ｙ偏波チャネルの主成分である電界Ｅy2と比較して十分に小さい。したがって、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの双方において、クロストークの影響は抑制され、ビット誤り率が小さくなる。この結果、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルのビット誤り率は、いずれも低く抑えられ、全体としてのビット誤り率が最小化される。
【００４９】
図９は、制御回路２６の他の実施例を示す図である。この制御回路２６は、乗算回路３３および駆動パラメータ決定部３４を備える。なお、この構成においても、制御回路２６には、ＲＦパワー検出器２５Ａ、２５Ｂにより生成されるＸ偏波パワー信号およびＹ偏波パワー信号が入力される。
【００５０】
乗算回路３３は、Ｘ偏波パワー信号およびＹ偏波パワー信号を掛け合わせ、その乗算結果を表すモニタ信号を生成する。生成されたモニタ信号は、駆動パラメータ決定部３４に入力される。駆動パラメータ決定部３４は、このモニタ信号に基づいて、偏波コントローラ２１を制御するための駆動パラメータを決定する。そして、駆動パラメータ決定部３４は、決定した駆動パラメータを表す制御信号を用いて偏波コントローラ２１を制御する。
【００５１】
図９に示す制御回路２６によるフィードバック制御は、基本的に、図７〜図８を参照した方法と同じである。すなわち、乗算回路３３から出力されるモニタ信号（Ｖx・Ｖy）が極値に近づくように、入力偏波多重光信号の偏波が制御される。ここで、図７において、加算回路３１により得られるＶ_totalおよび乗算回路３３により得られるＶ_totalは、互いに同じ特性ではない。しかし、いずれの場合であっても、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルのビット誤り率がほぼ同じになる制御点において、Ｖ_totalが極値を持つ。したがって、図９に示す構成であっても、モニタ信号に相当するＶ_totalが極値に近づくように入力多重偏波光信号の偏波を制御すれば、Ｘ偏波チャネルおよびＹ偏波チャネルの全体としてのビット誤り率が低くなる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 伝送路
４ 偏波多重光送信器
５ 偏波多重光受信器
１０ 偏波多重光伝送システム
２１ 偏波コントローラ
２２ 偏波ビームスプリッタ
２４Ａ、２４Ｂ 受光器
２５Ａ、２５Ｂ ＲＦパワー検出器
２６ 制御回路
３１ 加算回路
３２、３４ 駆動パラメータ決定部
３３ 乗算回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波多重光信号の偏波状態を制御する偏波制御器と、
前記偏波制御器により偏波状態が制御された偏波多重光信号を第１の偏波信号および第２の偏波信号に分離する偏波スプリッタと、
前記第１の偏波信号の光パワーを検出する第１の検出器と、
前記第２の偏波信号の光パワーを検出する第２の検出器と、
前記第１の検出器から出力される第１の光パワー信号および前記第２の検出器から出力される第２の光パワー信号に基づいて、前記偏波制御器を制御する制御部、
を有する偏波多重光受信器。
【請求項２】
請求項１に記載の偏波多重光受信器であって、
前記制御部は、前記第１の光パワー信号および前記第２の光パワー信号の和を表すモニタ信号に基づいて、前記偏波制御器を制御する
ことを特徴とする偏波多重光受信器。
【請求項３】
請求項２に記載の偏波多重光受信器であって、
前記制御部は、前記モニタ信号が極値に近づくように前記偏波制御器を制御する
ことを特徴とする偏波多重光受信器。
【請求項４】
請求項１に記載の偏波多重光受信器であって、
前記制御部は、前記第１の光パワー信号および前記第２の光パワー信号の積を表すモニタ信号に基づいて、前記偏波制御器を制御する
ことを特徴とする偏波多重光受信器。
【請求項５】
請求項４に記載の偏波多重光受信器であって、
前記制御部は、前記モニタ信号が極値に近づくように前記偏波制御器を制御する
ことを特徴とする偏波多重光受信器。
【請求項６】
請求項１に記載の偏波多重光受信器であって、
前記制御部は、前記第１および第２の光パワー信号をそれぞれ第１および第２のデジタル値に変換する変換器を備え、前記第１および第２のデジタル値を利用したデジタル演算に基づいて、前記偏波制御器を制御する
ことを特徴とする偏波多重光受信器。
【請求項７】
偏波多重光信号の偏波状態を制御する偏波制御器、および前記偏波制御器により偏波状態が制御された偏波多重光信号を第１の偏波信号および第２の偏波信号に分離して第１および第２の光受信器に導く偏波スプリッタを備える偏波多重光受信器において使用される偏波多重光受信回路であって、
前記第１の偏波信号の光パワーを表す第１の光パワー信号および前記第２の偏波信号の光パワーを表す第２の光パワー信号に基づいて、前記偏波制御器を制御する制御部を有することを特徴とする偏波多重光受信回路。
【請求項８】
偏波多重光信号を生成して送信する偏波多重光送信器と、前記偏波多重光信号を受信する偏波多重光受信器を有する偏波多重光伝送システムであって、
前記偏波多重光受信器は、
偏波多重光信号の偏波状態を制御する偏波制御器と、
前記偏波制御器により偏波状態が制御された偏波多重光信号を第１の偏波信号および第２の偏波信号に分離する偏波スプリッタと、
前記第１の偏波信号の光パワーを検出する第１の検出器と、
前記第２の偏波信号の光パワーを検出する第２の検出器と、
前記第１の検出器から出力される第１の光パワー信号および前記第２の検出器から出力される第２の光パワー信号に基づいて、前記偏波制御器を制御する制御部、を有する
ことを特徴とする偏波多重光伝送システム。
【請求項１】
偏波多重光信号の偏波状態を制御する偏波制御器と、
前記偏波制御器により偏波状態が制御された偏波多重光信号を第１の偏波信号および第２の偏波信号に分離する偏波スプリッタと、
前記第１の偏波信号の光パワーを検出する第１の検出器と、
前記第２の偏波信号の光パワーを検出する第２の検出器と、
前記第１の検出器から出力される第１の光パワー信号および前記第２の検出器から出力される第２の光パワー信号に基づいて、前記偏波制御器を制御する制御部、
を有する偏波多重光受信器。
【請求項２】
請求項１に記載の偏波多重光受信器であって、
前記制御部は、前記第１の光パワー信号および前記第２の光パワー信号の和を表すモニタ信号に基づいて、前記偏波制御器を制御する
ことを特徴とする偏波多重光受信器。
【請求項３】
請求項２に記載の偏波多重光受信器であって、
前記制御部は、前記モニタ信号が極値に近づくように前記偏波制御器を制御する
ことを特徴とする偏波多重光受信器。
【請求項４】
請求項１に記載の偏波多重光受信器であって、
前記制御部は、前記第１の光パワー信号および前記第２の光パワー信号の積を表すモニタ信号に基づいて、前記偏波制御器を制御する
ことを特徴とする偏波多重光受信器。
【請求項５】
請求項４に記載の偏波多重光受信器であって、
前記制御部は、前記モニタ信号が極値に近づくように前記偏波制御器を制御する
ことを特徴とする偏波多重光受信器。
【請求項６】
請求項１に記載の偏波多重光受信器であって、
前記制御部は、前記第１および第２の光パワー信号をそれぞれ第１および第２のデジタル値に変換する変換器を備え、前記第１および第２のデジタル値を利用したデジタル演算に基づいて、前記偏波制御器を制御する
ことを特徴とする偏波多重光受信器。
【請求項７】
偏波多重光信号の偏波状態を制御する偏波制御器、および前記偏波制御器により偏波状態が制御された偏波多重光信号を第１の偏波信号および第２の偏波信号に分離して第１および第２の光受信器に導く偏波スプリッタを備える偏波多重光受信器において使用される偏波多重光受信回路であって、
前記第１の偏波信号の光パワーを表す第１の光パワー信号および前記第２の偏波信号の光パワーを表す第２の光パワー信号に基づいて、前記偏波制御器を制御する制御部を有することを特徴とする偏波多重光受信回路。
【請求項８】
偏波多重光信号を生成して送信する偏波多重光送信器と、前記偏波多重光信号を受信する偏波多重光受信器を有する偏波多重光伝送システムであって、
前記偏波多重光受信器は、
偏波多重光信号の偏波状態を制御する偏波制御器と、
前記偏波制御器により偏波状態が制御された偏波多重光信号を第１の偏波信号および第２の偏波信号に分離する偏波スプリッタと、
前記第１の偏波信号の光パワーを検出する第１の検出器と、
前記第２の偏波信号の光パワーを検出する第２の検出器と、
前記第１の検出器から出力される第１の光パワー信号および前記第２の検出器から出力される第２の光パワー信号に基づいて、前記偏波制御器を制御する制御部、を有する
ことを特徴とする偏波多重光伝送システム。
【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】
【公開番号】特開２０１０−１７８０９１（Ｐ２０１０−１７８０９１Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８８４３（Ｐ２００９−１８８４３）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度、独立行政法人情報通信研究機構、「λユーティリティ技術の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度、独立行政法人情報通信研究機構、「λユーティリティ技術の研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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