ＰＭＤエミュレータ
測定対象光を入射する入射光ファイバ７１と、Ｍ基のＤＧＤセクション７６と（Ｍ−１）個の偏波回転部８０とが交互に接続され、両端にＤＧＤセクションが配置された第１の偏波回転部７３と、偏波回転部７３に接続する任意の偏波状態から任意の偏波状態へ変更する任意−任意偏波コントローラ７５と、第１の偏波回転部７３と同様の第２の偏波回転部７４と、測定対象光を出射する出射光ファイバ７２とを順々に接続したＰＭＤエミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、信号光が伝播される際に発生する偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ＭｏｄｅＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＰＭＤ）の評価を行うため、又は、光伝送路の補償を行うために用いられるＰＭＤエミュレータに関するものである。
【背景技術】
近年の光伝送システムの進展、普及に伴い、システムの伝送容量を増大させるために、波長分割多重（ＷＤＭ）方式による多チャンネル化が進められている。
この多チャンネル化と並んで、伝送容量を増大させる方法としては、各チャンネルの光パルスのビットレートを増大させる方法があり、現在では、１０Ｇｂ／ｓの導入が進んでいる。そして、最近では、今後実用化が期待されている４０Ｇｂ／ｓの導入が展望されている。
このようなハイビットレートの光パルス伝送路においては、その伝送品質の劣化を招くいくつかの要素がある。
その一つが、偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ＭｏｄｅＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＰＭＤ）である。これは、光パルスの伝送路である光ファイバの中でランダムに発生する複屈折に基因して、伝送されている光パルスにおいて、本来は縮退しているべき直交偏波モードが分離してパルス幅を拡大させるという現象である。このような現象を発現した光パルスは、正しい光信号としての機能を発揮しないことになる。
従って、最近の光ファイバでは、このＰＭＤを小さくする努力がなされている。しかしながら、その値は、せいぜい０．２５ｐｓ／ｋｍ１／２程度である。そして、そのような光ファイバを用いて４０Ｇｂ／ｓのビットレートを採用した場合、光伝送が可能な距離は、長くても１００ｋｍ程度であり、それ以上の距離の光伝送を実現することは出来ない。
また、これまでに敷設されてきた古い光ファイバのＰＭＤは、１ｐｓ／ｋｍ１／２程度であるため、ビットレートを１０Ｇｂ／ｓにするとその光伝送可能な距離は１７０ｋｍ程度であり、ビットレート４０Ｇｂ／ｓにすると１０ｋｍ程度までしか光伝送を実現することができない。
このように、既設の光ファイバを用いた光伝送システムにおいて、ビットレートを１０Ｇｂ／ｓに高める場合や、次世代光伝送システム用に新たな光ファイバを敷設してそのビットレートを４０Ｇｂ／ｓ以上で運転しようとする場合には、ＰＭＤの影響が顕著に現れ、その結果、伝送容量が大きく、実用的な光伝送システムの構築が困難になる。
従って、高ビットレート伝送を行う光伝送システムにおけるＰＭＤ特性の評価を行ったり、光伝送システムに生じたＰＭＤを補償することが必要であり、その解決のために、ＰＭＤエミュレータが用いられる。
ここで、光伝送システムのＰＭＤ耐性評価等のために、実線路のＳｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ（ＳＭＦ）のＰＭＤ特性をエミュレートするために用いられるＰＭＤエミュレータの従来例を説明する。もし、実験室で実際のＳＭＦを用いてＰＭＤの評価を行おうとすれば、実験室は、ＳＭＦが敷設された場所よりもさらに環境が安定しているため、実際よりもさらに長時間を要することになる。従って、ＰＭＤエミュータを用いて、ＰＭＤ評価を行うことが有効である。
この実施例で取り扱うＳＭＦは、長さが数十〜数百ｋｍで、ＰＭＤは０〜数１０ｐｓ程度であり、２次以上のＰＭＤを含む場合を想定している。このエミュレータにおいては、１次ＰＭＤ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｄｅｌａｙ：ＤＧＤ）と２次以上のＰＭＤとして影響の大きい２次ＰＭＤ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｏｒｄｅｒ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＳＯＰＭＤ）を取り扱っている。
この実施例のＰＭＤエミュレータの概要図を図１８に示す。多数の（例えば１００セクション）ＤＧＤセクション１６１１〜１６１ｎが回転連結によりモデリングされている。この実施例の場合には、ＤＧＤセクションに複屈折部を用いている。このセクション数が多いほうが、実際のＳＭＦの特性に近づくことになるため、実際のＳＭＦに近いＰＭＤ特性を得るためには、非常に大掛かりで高価なＰＭＤエミュレータが必要となる。
ＳＭＦのＰＭＤ特性を得るために、ＤＧＤセクション１６１ａ〜１６１ｎを回転させる。この回転速度は、各々のＤＧＤセクションによって異なるが、回転速度自体は一定で、何ら速度制御等は行っていない。
図１９のグラフは、このＰＭＤエミュレータによって得られたＤＧＤとＳＯＰＭＤの特性を示す。グラフの横軸は、波長（ｎｍ）を示し、縦軸をＤＧＤ（ｐｓ）とＳＯＰＭＤ（ｐｓ２）を示す。また、図２０ＡはＤＧＤ分布を示し、図２０ＢはＳＯＰＭＤ分布を示す。また、各波長におけるＤＧＤとＳＯＰＭＤの相関関係は、図２１に示すように、正の相関となることが判明している。
しかし、このＰＭＤ特性を得るためには、多数のＤＧＤセクションを有する大掛かりなＰＭＤエミュレータを長時間稼動させなければならない。
次に、ＰＭＤエミュレータの代表的な装置の実施例として、ＵＳ２００２／８０４６７号公報に記載されている装直について、更に具体的に説明する。（例えばＵＳ２００２／００８０４６７号公報参照。）図１７は、この装置の構成概略図であり、入射された測定対象光は、この装置を伝播されると、正確なＰＭＤの値が得られるというものである。）
このＰＭＤエミュレータ１００は、測定対象光を入射、出射させる光ファイバ１０１、１０２と、入射、出射させる光ファイバ１０１、１０２の間に、ＤＧＤ部１２２、１３２、１４２と位相シフト部１２４、１３４、１４４からなる複屈折部１０４、１０６、１０８と、偏波モード混合部１１０、１１２、１１４とが、交互で多段に接続されて構成されている。図１７では、複屈折部と偏波モード混合部がＮ個配置された例が記載されている。なお、位相シフト部１２４、１３４、１４４には、位相シフト量の制御を行うためのコントローラ１２６、１３６、１４６が配置され、偏波モード混合部１１０、１１２、１１４には、偏光回転方向の制御を行うためのコントローラ１１６、１１８、１２０が配置されている。
また、他の従来例としては下記が挙げられる。
既設伝送路に発生するＰＭＤは時間方向および周波数方向に分布を示し、その分布は理論的に示されている確率密度分布に従い、ＤＧＤ（１次ＰＭＤ）はマクスウェル分布、ＳＯＰＭＤ（２次ＰＭＤ）についても対応した確率密度関数が与えられている。（ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＴＥＬＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，ＶＯＬＵＭＥ ＩＶＢ，Ｃｈａｐｔｅｒ ５“Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ”参照。）伝送評価実験を行う場合にはその時間方向の分布が重要であり、そのような実際の伝送路のＰＭＤを模擬するＰＭＤエミュレータとしては、図２２に示すように偏波保持ファイバや複屈折結晶からなるＤＧＤセクションの多段構成とし、さらに各セクションの間に可変の偏光回転素子を配置してそれら全ての回転角度をランダムに回転させる装置が提案されている。（例えばＰｒｏｃ．ＯＦＣ０２，ｐａｐｅｒ ＴｈＡ３，ｐｐ３７４−３７５，２００２参照。）
上述のＵＳ２００２／００８０４６７号公報に示される従来のＰＭＤエミュレータでは、偏波モード混合部として、ＹＶＯ４、ＬｉＮｂＯ３を使用し、電気光学効果を利用しているので、圧電素子などの大規模な装置を必要とし、またその消費電力も大きいという問題がある。また、ＹＶＯ４、ＬｉＮｂＯ３は、挿入損失が大きいという問題もある。
また、従来のＰＭＤエミュレータにおいては、発生させたＰＭＤの時間分布を理論的な確率密度関数に十分近づかせるためには、ＤＧＤセクションの段数を多数にする必要があり、このような装置では制御部分がＤＧＤセクションの数に従って多数になるため、装置が複雑で高価になるという問題点がある。光伝送システムを評価するためには、この部品点数の多い装置を長時間稼動させてＰＭＤ特性を得る必要がある。
また、従来のＰＭＤエミュレータは、全データＰＭＤ値を得るまで、長時間ＰＭＤエミュレータを稼動させて、始めて統計的にＰＭＤ特性（分布）を得ることができるのであって、ある時点での所望のＰＭＤ値だけを再現するようなことは不可能である。
また、平均ＧＤＧ値を変えるためには、各ＤＧＤセクションのＤＧＤ特性自体を変更しなければ、対応できない問題がある。
また、従来のＰＭＤエミュレータでは、あくまで接続角度を変化せせるものであり、逆に角度を固定してＰＭＤ特性を得ることは不可能である。
従って、本発明の目的は、前記従来技術の課題を鑑みてなされたもので、低消費電力で安定動作し、挿入損失が小さく、従来よりも部品点数が少なく、複雑で高価な装置を必要とせず、ある時点での所望のＤＧＤ値を発生させることが可能であり、各セクションのＧＤＧ値を変えることなく平均ＧＤＧを変えることが可能であり、また、接続角度を変えることなくＰＭＤ特性の得られるＰＭＤエミュレータを提供することにある。
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本発明のＰＭＤエミュレータの第１の実施形態は、測定対象光を入射する入側光ファイバと、
前記測定対象光を出射する出側光ファイバと、
Ｍ（Ｍは２以上の整数）基のＤＧＤセクションと（Ｍ−１）個の偏波回転子とが交互に接続され、両端にＤＧＤセクションが配置された第１の偏波回転部と、
Ｎ（Ｎは２以上の整数）基のＤＧＤセクションと（Ｎ−１）個の偏波回転子とが交互に接続され、両端にＤＧＤセクションが配置された第２の偏波回転部と、
任意の偏波状態から任意の偏波状態へ変更する任意−任意偏波コントローラと、
が備えられ、
前記入側光ファイバと前記第１の偏波回転部の入側のＤＧＤセクションとが接続され、前記第１の偏波回転部の出側のＤＧＤセクションと前記任意−任意偏波コントローラの入側の接続点とが接続され、前記任意−任意偏波コントローラの出側の接続点と前記第２の偏波回転部の入側のＤＧＤセクションとが接続され、前記第２の偏波回転部の出側のＤＧＤセクションと前記出側光ファイバとが接続されたことを特徴とするＰＭＤエミュレータである。
本発明のＰＭＤエミュレータの他の実施形態は、前記偏波コントローラが、偏波位相子の両端に偏波回転子が接続されたことを特徴とするＰＭＤエミュレータである。
本発明のＰＭＤエミュレータの他の実施形態は、前記Ｍの値が２であり、前記Ｎの値が２であることを特徴とするＰＭＤエミュレータである。
本発明のＰＭＤエミュレータの他の実施形態は、シミュレーションにより求められた制御パラメータに基づいて前記偏波回転子を制御することによって、所望のＰＭＤ値を発生させることを特徴とするＰＭＤエミュレータである。
本発明のＰＭＤエミュレータの他の実施形態は、前記ＤＧＤセクションのＤＧＤ特性を変えることなく、前記偏波回転子を制御することによって、平均ＧＤＧを変化させることを特徴とするＰＭＤエミュレータである。
本発明のＰＭＤエミュレータの他の実施形態は、４０個以上のＤＧＤセクションをランダムな相対角度で接続し、その全体に温度変動を与える温度制御機構を備えたことを特徴とするＰＭＤエミュレーである。
本発明のＰＭＤエミュレータの他の実施形態は、前記ＤＧＤセクションに、正規分布に従った、異なるＤＧＤ値を持たせたことを特徴とするＰＭＤエミュレータである。
本発明のＰＭＤエミュレータの他の実施形態は、ＤＧＤ値の正規分布の標準備差が、その正規分布の平均値の２０％であることを特徴とするＰＭＤエミュレータである。
本発明のＰＭＤエミュレータの他の実施形態は、前記ＤＧＤセクションが偏波保持ファイバまたは一軸性複屈折結晶であることを特徴とするＰＭＤエミュレータである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のＰＭＤエミュレータの一構成例を示す図である。
図２は、ＰＭＤの計算値と、従来の１００基のＧＤＧセクションを有するＰＭＤエミュレータによる測定値とを比較したグラフである。
図３は、ＰＭＤの計算値と、４基のＧＤＧセクションを有するＰＭＤエミュレータにおいて、一定の回転を行って測定した測定値とを比較したグラフである。
図４は、ＧＤＧの計算値と、本発明の４基のＧＤＧセクションを有するＰＭＤエミュレータによる測定値とを比較したグラフである。
図５は、本発明のＰＭＤエミュレータの他構成例を示す図である。
図６は、図５のＰＭＤエミュレータの他の構成例を示す図である。
図７は、図６のＰＭＤエミュレータの他の構成例を示す図である。
図８は、図６のＰＭＤエミュレータのさらに他の構成例を示す図である。
図９は、図６のＰＭＤエミュレータのさらに他の構成例を示す図である。
図１０は、偏波モード分散測定装置の構成例を示す図である。
図１１は、ＰＭＤエミュレータのＰＭＤ特性と理論計算値をＤＧＤ備により示したグラフである。
図１２は、ＰＭＤエミュレータのＰＭＤ特性と理論計算値をＳＯＰＭＤ値により示したグラフである。
図１３は、ＰＭＤエミュレータのＰＭＤ特性と理論計算値を、ＳＯＰＭＤ値をＰＣＤの絶対値とＰＳＤに分解して示したグラフである。
図１４は、ＤＧＤ分布の計算結果を示す図である。
図１５は、４０基以上のＤＧＤセクションを相対角度をランダムに接続して構成されたＰＭＤエミュレータを示す図である。
図１６は、図１５に示すＰＭＤエミュレータにおいて、ＤＧＤ分布の計算結果を示す図である。
図１７は、従来のＰＭＤエミュレータの一構成例を示す図である。
図１８は、従来のＰＭＤエミュレータの一構成例を示す図である。
図１９は、ＳＭＦのＤＧＤとＳＯＰＭの特性を示すグラフである。
図２０は、ＤＧＤ分布とＳＯＰＭＤ分布を示すグラフである。
図２１は、ＤＧＤとＳＯＰＭＤの関係を示すグラフである。
図２２は、従来のＰＭＤエミュレータの一構成例を示す図である。
図２３は、本発明のＬＮ導波路型偏波コントローラの概要図である。
図２４は、モード変換器として用いる場合の、屈折率の状態を示し模式図である。
図２５は、上下電極の大きさは同じで、互いに符号が異なる非対称な電圧を掛ける方法を示した図である。
図２６は、上下電極の大きさ、及び符号が同じ電圧を掛ける方法を示した図である。
図２７は、導波路上に有効に掛かる電解成分について、元の状態と変化後の状態を示した図である。
図２８は、上下電極の大きさ、及び符号が同じ電圧を掛ける方法における効果を示した図である。
図２９は、波長版として用いる場合の原理を示した図である。
図３０は、波長板動作時の屈折率状態を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照ながら説明する。
まず最初に、ＰＭＤエミュレータの原理について説明する。複数の偏光回転子と複数の偏光保持フアイバ（ＰＭＦ）または、複数の備光回転子と複数の複屈折結晶を用いたＰＭＤエミュレータのＰＭＤは、再起的に計算が可能である。（ｎ＋１）セクション後の１次ＰＭＤベクトルで（ｎ＋１）と２次ＰＭＤベクトルでτω（ｎ＋１）はＰＭＤ接続関係式で表され、それは下記のように表される。
なお、τｎ＋１はｎ＋１番目のＤＧＤセクションの１次ＰＭＤベクトルＴ（ｎ）は１〜ｎセクションの１次ＰＭＤベクトル、Ｒｎはｎ番目の回転偏光子による回転接続を表すマトリクスである。
特に２セクションのＤＧＤで発生されるＰＭＤの量は、２つのセクションのＤＧＤをτ１、τ２とし、回転接続角をβとして、下記のように表され、
これらは周波数に依存しない。下付は微分を表す。ここでτはＤＧＤ、αは光搬送波の角周波数である。このとき、２次ＰＭＤベクトルは必ず１次ベクトルに直交するため、ＳＯＰＭＤの成分はＰＳＤのみである。
逆に、２セクションより多いＤＧＤで発生されたＰＭＤは周波数に関して周期的なＤＧＤと２成分を含むＳＯＰＭＤをもち、そのＦＳＲは１つのＰＭＦの長さにより決定される。３セクションより多い場合には、複数のＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔ−ｒｕｍｒａｎｇｅ）がミキシングされるが、各ＦＳＲを等しい値とすることによりエミュレータ全体として１つのＦＳＲを持たせることが可能であり、安定したエミュレータ特性を実現できる。またＦＳＲを同量変化させることにより、特性の形はそのままに周波数方向へ特性をシフトさせることができる。
次にこの原理に基づいた本発明のＰＭＤエミュレータの実施形態について具体的に説明する。
図１に、本発明の偏波コントローラを備えたＰＭＤエミュレータのひとつの実施形態を示す。この実施形態のＰＭＤエミュレータ７０では、ＤＧＤセクション７６、７７（Ｍ＝２）が備えられた第１の偏波回転部７３と、ＤＧＤセクション７８、７９（Ｎ＝２）が備えられた第２の偏波回転部７４を有しており、計４基のＤＧＤセクションが備えられている。
図１Ａに示すように、第１の偏波回転部７３は、ＤＧＤセクション７６に偏波回転子８０が接続され、この偏波回転子８０にＤＧＤセクション７７が接続されて構成されている。また、第２の偏波回転部７４は、ＤＧＤセクション７８に偏波回転子８１が接続され、この偏波回転子８１にＤＧＤセクション７９が接続されて構成されている。
測定対象光を入射する入側光ファイバ７１は、第１の偏波回転部７３の入側のＤＧＤセクション７６と接続されている。また、第１の偏波回転部７３の出側のＤＧＤセクション７７は、任意−任意偏波コントローラ７５の入側の接続点と接続されている。また、任意−任意偏波コントローラ７５の出側の接続点は、第２の偏波回転部７４の入側のＤＧＤセクション７８と接続されている。また、第２偏波回転部７４の出側のＤＧＤセクション７８には、測定対象光を出射する出側光ファイバ７２が接続されている。
ＤＧＤセクション７６〜７９は、ＰＭＦ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ）で構成されているが、ＰＭＦの代わりにＴｉＯ２等の複屈折結晶を用いてもよい。
また、偏波回転子８０，８１は、ファラデー回転子を用いることもできるし、または、１／２波長板を回転させることによっても実現できる。
図１Ｂには、本実施形態の任意−任意偏波コントローラ７５の構成を示す。任意−任意偏波コントローラ７５は、任意−任意偏波コントローラの最も一般的な構成である、偏波位相子８２の両端に偏波回転子８３と偏波回転子８４が接続された構成を有している。
この構成は、他の構成に較べて部品点数が少なく、安価な装置を提供することが可能である。
この任意−任意偏波コントローラ７５を構成している偏波回転子８３，８４は、ファラデー回転子の適用が可能であるし、また、１／２波長板を回転させることも可能である。偏波位相子８２は、偏波回転子を２つの１／４波長板ではさみ合わせることにより実現可能である。
このＰＭＤエミュレータ７０では、入側光ファイバ７１を伝送された測定対象光が、ＤＧＤセクション７６、偏波回転子８０、ＤＧＤセクション７７、偏波回転子８３、偏波位相子８２、偏波回転子８４、ＤＧＤセクション７８、偏波回転子８１、ＤＧＤセクション７９の順で伝搬され、出側光ファイバ７２から外部へ伝送される。
なお、外側のＤＧＤセクション７６とＤＧＤセクション７９が結晶から構成されている場合には、図示されていないが、入側光ファイバ７１と出側光ファイバ７２の端末にはコリメータが取り付けられる。
また、本実施形態では、第１の偏波回転部に備えられたＤＧＤセクション数Ｍ＝２であり、第２の偏波回転部に備えられたＤＧＤセクション数Ｎ＝２であるＰＭＤエミュレータの実施形態について説明したが、Ｍ、Ｎはその他２以上の任意の整数を取ることが可能である。
次に、図１に示される４基のＤＧＤセクションを備えたＰＭＤエミュレータ７０を精密に制御することによって、ＰＭＤの分布を得る手順を説明する。上述のように、従来では、ＤＧＤセクションの多数のセクションを接続したＰＭＤエミュレータを長時間稼動させて、ＰＭＤの分布を得る必要があった。つまり、全てのデータを採取した後、初めて統計的にＰＭＤの特性が得られるものであり、特定の時点でのＰＭＤ特性を発生させることは不可能であった。
しかし、上述のＰＭＤエミュレータ７０では、各偏波回転子の回転を精密に制御することによって、ある特定の時点の所望のＰＭＤ値を再現することが可能である。
具体的には、まず、コンピュータ計算によって多数のＤＧＤセクションを有するＰＭＤエミュレータのシミュレーションを行い、ＤＧＤ、ＳＯＰＭＤ値の時間的変化を求める。（実際に、ＰＭＤエミュレータを稼動させない。）そして、同じくコンピュータ計算によって非線形フイッティングを行い、所望のＤＧＤ値，ＳＯＰＭＤ値となる場合の、ＰＭＤエミュレータ７０の各偏波回転子の制御パラメータを算出することができる。この算出された制御パラメータを用いて、実際にＤＧＧ４セクションのＰＭＤエミュレータ７０を稼動させることによって、正確に、所望のＤＧＤ，ＳＯＰＭＤ値を発生させることができる。
このＰＭＤエミュレータ７０で発生させたＤＧＤ値，ＳＯＰＭＤ値は、出側光ファイバ７２に接続された偏波モード分散測定装置によって測定することができる。
同様に制御パラメータを用いて、種々のＤＧＤ，ＳＯＰＭＤ値を発生させることを繰り返すことによって、ＳＭＦの時間的な統計分布を再現することも可能である。
さらに、従来のＰＭＤエミュレータでは、全体の平均ＤＧＤを変化させるためには、ＰＭＤエミュレータを構成する各ＤＧＤセクションのＤＧＤ特性を変える必要があったが、本発明に係るＰＭＤエミュレータ７０においては、偏波回転子を精密に制御することによって変化させることができる。
ここで、図２Ａは、計算値によるＤＧＤの特性と、従来の１００セクションのＰＭＤエミュレータによるＤＧＤの実測値の特性を対比できるように示したグラフである。このＰＭＤエミュレータの平均ＧＤＧは１０ｐｓである。
図２Ｂは、計算値によるＳＯＰＭＤの特性と、従来のＰＭＤエミュレータによるＳＯＰＭＤの実測値の特性を対比できるように示したグラフである。ＤＧＤ、ＳＯＰＭＤ共に、計算値と実測値がほぼ一致していることがわかる。
また、図２Ｃは、ＤＧＤとＳＯＰＭＤの実測値の相関関係を示すグラフである。両者は、ほぼ正の相関があることを示している。
図３Ａは、計算値によるＤＧＤの特性と、８ｐｓのＧＤＧを有するＤＧＤセクションを４基備えた本発明に係るＰＭＤエミュレータにおいて、（特別な制御を行わず）一定回転速度で回転させた場合のＤＧＤ特性の実測値を対比できるように示したグラフである。
図３Ｂは、計算値によるＳＯＰＭＤの特性と、ＤＧＤ４セクションのＰＭＤエミュレータ７０において、一定回転速度で回転させた場合のＳＯＰＭＤの実測値の特性を対比できるように示したグラフである。ＤＧＤ値、ＳＯＰＭＤ値共に、計算値と実測値が異なる値を示していることが示されている。
また、図３Ｃは、ＤＧＤとＳＯＰＭＤの実測値の相関関係を示すグラフである。両者には、定かな相関が見られないことを示している。
図４Ａは、計算値によるＤＧＤの特性と、８ｐｓのＤＧＤを有するＤＧＤセクションを４基を備えた本発明に係るＰＭＤエミュレータにおいて、偏波回転子を精密に制御した場合のＤＧＤの実測値の特性を対比できるように示したグラフである。
図４Ｂは、計算値によるＳＯＰＭＤの特性と、ＧＤＧ４セクションのＰＭＤエミュレータ７０において、偏波回転子を精密に制御した場合のＳＯＰＭＤ特性の実測値を対比できるように示したグラフである。ＤＧＤ値、ＳＯＰＭＤ値共に、計算値と実測値がほぼ一致していることがわかる。
また、図４Ｃは、ＤＧＤとＳＯＰＭＤの実測値の相関関係を示すグラフである。両者は、ほぼ正の相関があることを示している。
以上のように、本発明のＰＭＤエミュレータの実施形態として、４基のＤＧＤセクションと、偏波位相子の両端に２個の偏波回転子が接続された構成を有する任意−任意偏波コントローラを備えたＰＭＤエミュレータについて説明を行ってきたが、本発明の実施形態は、それだけに限られない。以下に、本発明のＰＭＤエミュレータその他の実施形態を説明する。
図５は本発明の他の実施形態に係わる構成を示す図である。本装置例のＰＭＤエミュレータ１０は、測定対象光を入射、出射させる光ファイバ１２、１４と、両光ファイバ１２、１４間に、４つのＤＧＤセクション１６と、３つの偏波コントローラ１８とが交互に接続して配置されている。偏波コントローラ１８は、一つのフアラデー回転子で構成され、ＤＧＤセクション１６はＰＭＦ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｉｎｔａｎｇ Ｆｉｂｅｒ）で構成されている。なお、ＤＧＤセクション１６は、ＰＭＦの代わりにＴｉＯ２等の複屈折結晶を用いてもよい。
このＰＭＤエミュレータ１０では、入射側の光ファイバ１２を伝送してきた測定対象光が、第１のＤＧＤセクション１６、第１の偏波コントローラ１８、第２のＤＧＤセクション１６、第２の偏波コントローラ１８、第３のＤＧＤセクション１６、第３の偏波コントローラ１８、第４のＤＧＤセクション１６の順で伝播され、出射側の光ファイバ１４に結合される。なお、第１のＤＧＤセクション１６および第４のＤＧＤセクション１６が、結晶から構成されている場合は、図示しないが、入射、出射させる光ファイバ１２、１４の端末にコリメータを取り付ける。
また、図５では、４つのＤＧＤセクション１６と３つの偏波コントローラ１８が交互に接続されて構成されているが、各個数はこの構成に限られない。例えば、ＤＧＤセクション１６は、５つ、６つ‥・Ｎ個配置されてもよい。また、偏波コントローラ１８は、ＤＧＤセクション１６間に配置されるので、ＤＧＤセクション１６の数より一つ少ない数だけ配置されることになる。つまり、ＤＧＤセクション１６の配置数がＮ個であれば、偏波コントローラ１８の配置数は、（Ｎ−１）個となる。
偏波コントローラ１８では、フアラデー回転子により、ＤＧＤセクション１６から出射された光の偏波回転を制御するものである。磁場の中で光が磁場と平行に進むと偏光面が回転するフアラデー効果を利用して、進行光と逆方向の光の偏波面角度を制御するものである。フアラデー回転子は、約２０ｍＡ経度の電流により、偏波回転を制御しているため、消費電力が少ないというのが一つの特徴である。
次に、ＰＭＤエミュレータの他の実施形態について図６を参照して説明する。図６に示すＰＭＤエミュレータ３０は、図５に示したＰＭＤエミュレータ１０に位相子３２を配置させた点が異なる構成となっている。さらに説明すると、図６のＰＭＤエミュレータ３０は、ＤＧＤセクション１６と、偏波コントローラ１８の構成、配置は同一であるが、各備波コントローラ１８に１つづつの位相子３２が接続されている点が、図５のＰＭＤエミュレータ１０とは異なる構成である。なお、位相子３２は、２つの１／４波長板の間にフアラデー回転子を配置させた構成である。
図６に示すように、位相子３２は、ＤＧＤセクション１６をＮ個配置させた場合、（Ｎ−１）個配置される。つまり、図２の構成では、位相子３２と偏波コントローラ１８とが同じ数だけ配置されることになる。位相子３２の配置場所は、偏波コントローラ１８の入射光ファイバ１２側である。
なお、位相子３２は、配置場所により、配置個数を（Ｎ−２）個にすることが可能である。この場合の一構成例を図３により説明する。
図７は、ＤＧＤセクション１６がＮ個配置され、偏波コントローラ１８が（Ｎ−１）個配置され、位相子３２が（Ｎ−２）個配置されたＰＭＤエミュレータ４０を示す構成図である。
図７では、入射用光ファイバ１２側から第１ＤＧＤセクション１６、第１偏波コントローラ１８、第１位相子３２の順に配置され、続いて第２ＤＧＤセクション１６、第２備波コントローラ１８、第２位相子３２が配置されている。図示は省略するが、引き続き、第３、第４‥・第ｎ−２番目と配置される。続いて、第ｎ−１番目では、第ｎ−１ＤＧＤセクション１６、第ｎ−１偏波コントローラ１８が配置され、第ｎ番目は、第ｎＤＧＤセクション１６のみが配置されている。なお、第ｎＤＧＤセクション１６には、出射用光ファイバ１４が接続されている。
また、図７の変形例として、図８に示すようなＰＭＤエミュレータ５０の構成としてもよい。第１ＤＧＤセクション１６、第１偏波コントローラ１８の順に配置され、続いて第２ＤＧＤセクション１６、第１位相子３２、第２備波コントローラ１８の順に配置され、第３ＤＧＤセクション１６、第２位相子３２、第３偏波コントローラ１８の順に配置させる。続いて、第４、第５・‥第ｎ−１番目まで同様に配置され、第ｎ番目に第ｎ備波コントローラ１８が配置されている。
さらに図８の変形例として、図９に示すようなＰＭＤエミュレータ６０の構成としてもよい。第２備波コントローラ１８と第２ＤＧＤセクション１６との間に第１位相子３２を配置させ、第２偏波コントローラ１８と第３ＤＧＤセクション１６との間に第２位相子３２を配置させる構成としてもよい。この場合、偶数番目の偏波コントローラ１８とその前段と後段に位置するＤＧＤセクション１６との間に位相子３２が接続されることになる。
上述では、図７〜図９に、位相子３２が（Ｎ−２）個配置された構成例についてそれぞれ説明してきたが、これらを組合わせても良いということは言うまでもない。言い換えると、入射用光ファイバＬ１２が接続された第１ＤＧＤセクション１６と、出射用光ファイバ１４が接続された第ｎＤＧＤセクション１６以外のＤＧＤセクションには位相をシフトするための位相子３２が配置されているということになる。
次に具体的な実施例について説明する。まず、図５に示したＰＭＤエミュレータについて具体的に説明する。偏波コントローラ１８は、偏光回転子として機能する３つのフアラデー回転子である。備波コントローラ１８には、それぞれ接続された４つのＤＧＤセクション１６が接続されているが、これらはＰＭＦで構成されている。
決まったＦＳＲを持つように、すべてのＤＧＤセクション１６のＰＭＦは同じ長さとした。すべてのＰＭＦのＤＧＤは７．５ｐｓである。ＦＳＲは１３・３ＧＨｚであるが、すべての位相が同じになるように調整した。この位相についてすべてのＤＧＤセクション１６において同量シフトさせることにより、ＰＭＤの形を変えずに周波数シフトをさせることが可能である。位相のシフトは位相シフタ３２（図６〜図９を参照）やＤＧＤセクションの温度調節（図示しないが、ペルチェ、ヒータ等を使用する。）で実現できる。
ＤＧＤセクション１６は４セクションであるが、一部の回転接続角を０度に設定することによりセクション数を減らすことができ、周波数依存性のない２セクションも実現できる。
ＤＧＤ、ＰＣＤ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）、ＰＳＤ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｓｔａｔｅ Ｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）、ＳＯＰＭＤは性質上関連しているので、完全に自由に独立して値を選択することはできないが、１つより大きい目標プロファイルに対して同時に非線形フィッティングを行なうことにより、可能な範囲の回転接続角度を求めることができるようにした。図５〜図９に示したＰＭＤエミュレータでは、回転接続角を偏波コントローラ（ファラデー回転子）で調節できるようにし、算出した接続角を±３度以内の精度で実現できるようになっている。
次に、ＰＭＤエミュレータを用いた偏波モード分散測定器５０の構成を図１０に示す。この偏波モード分散測定器５０は、通常の偏光解析法であり、偏波コントローラ５８として、偏光子５８ａと、偏光回転子の機能を有するフアラデー回転子５８ｂを用いた。
入射偏波状態はストークス空間で直交する２点からミューラーマトリクス法（ＭＭＭ）によりＰＭＤベクトルを求めた。ＰＭＤベクトルを求めるのには波長が点必要だが、２次ＰＭＤを求めるには波長がもう１点必要である。よって、ある波長における２次ＰＭＤを正確に求めるためには、波長３点における偏波状態２状態について偏波状態が時間的に変化しないうちに測定する必要がある。
今回，反応速度の早い偏波コントローラ（ファラデー回転子）を用いることにより、測定時間が短くなり、ＰＭＤベクトルを正確に測定することが可能となった。この結果、２成分の２次ＰＭＤ量を正確にすることができるようになった。フアラデー回転子のπ／２回転に要する時間は０．２ｍｓ未満である。
次に、ＰＭＤエミュレータの再現性について説明する。周波数依存性をもつＤＧＤの周波数特性を固定して、２次ＰＭＤ量の異なる状態をＰＭＤエミュレータで再現した。中心波長１５４８ｎｍにおけるＤＧＤの値が２０ｐｓ、ＳＯＰＭＤの値が全周波数域において７５，１００，１２５ｐｓ２となるように目標値を設定した。フアラデー回転子による回転角は下記のとおりである。
ＳＯＰＭＤ ７５ｐｓ２：３１．０，６７．５，３１．０［ｄｅｇ．］
ＳＯＰＭＤｌＯＯｐｓ２：２６．も ６５．２，２６．４［ｄｅｇ．］
ＳＯＰＭＤ１２５ｐｓ２：２１．８，６３．５，２１．８［ｄｅｇ．］
このときのＰＭＤエミュレータのＰＭＤ特性と理論計算値を図１１、図１２に示す。図１１がＤＧＤ値、図１２がＳＯＰＭＤ値である。ＰＭＤエミュレータにより生成されたＰＭＤ特性は再現性があり、理論計算値と良く一致していることがわかる。
ＳＯＰＭＤ値が１００ｐｓ２であるものについて、図１３にＳＯＰＭＤをＰＣＤの絶対値とＰＳＤに分解して表示した。ＰＣＤとＰＳＤを精度良く分解して生成、測定できていることが分かる。ＤＧＤの周期的性質から、中心波長においてＰＣＤが０であるため、中心波長においてＳＯＰＭＤの成分はＰＳＤのみ、中心波長から離れるに従ってＰＣＳの割合が増し、半周期のところで再度ＰＳＤ成分になるという特性をもつ。
周波数依存性のない状態は２セクションのＤＧＤでエミュレートでき、このとき２次ＰＭＤは同じように７５、１００、１２５ｐｓ２に設定することができる。このＰＭＤエミュレータを用いて、同じＳＯＰＭＤ値をもつ状態を２種類以上実現でき、このエミュレータを用いることにより、光通信システムにおける２成分の２次ＰＭＤによる性能低下を見積もることが可能となるであろう。
上述したように、偏波コントローラ（フアラデー回転子）を用いたプログラム可能なＰＭＤエミュレータと偏波モード分散測定装置により正確な測定が可能となる。なお、このＰＭＤエミュレータは安定であり、ＰＭＤエミュレータで発生したＰＭＤを偏波モード分散測定装置で測定したＤＧＤと２次ＰＭＤの２成分は理論計算と良く一致した。
次に、ＤＧＤセクションの接続角度は固定し、温度変動によって位相を変化させることによってエミュレートを行うＰＭＤエミュレータの実施形態について説明する。
以下に、モード結合部分を多数含む実際の伝送路のモデルを用いて説明する。モード結合部分を多数含む伝送路をジョーンズマトリクスで表すと数式５のようになる。
すなわち、直線位相子を表すジョーンズマトリクスと回転を表すジョーンズマトリクスが交互に掛かる形である。
ここで、Ｔｉは偏波保持ファイバや複屈折結晶を用いる場合、環境温度によって光の振動周期レベルでは揺らいでいる。今、Ｔｉの環境温ｔによる光の振動周期レベルでの揺らぎをＴｉと分離して８Ｔｉ（ｔ）とすると、数式５中の指数部分は、
と置くことが出来る。ここで、Φｉ（ω）はＤＧＤセクションの揺らぎを無視した成分による位相を表しており、これは周波数のみに依存する。一方、Φｉ（ω，ｔ）は環境温度による揺らぎ成分による位相を表しており、これは周波数と環境温度に依存する。
従って、このモデルにおいて可変となるパラメータは回転角度θｉと揺らぎによる位相Φｉ（ω，ｔ）となる。今、ＰＭＤの時間分布のみを問題とするのでωを定数と考えて、それぞれθｉ（ｔ）、δΦｉ（ｔ）とおきなおす。
以上のモデルに対して、ＤＧＤセクションの段数を変えて、θｉ（ｔ）のみをランダムに振った場合（８村ｔ）はランダム値で固定）、８村ｔ）のみをランダムに振った場合（δΦｉ（ｔ）はランダム値で固定）、両方をランダムに振った場合でのＤＧＤ（１次ＰＭＤ）の分布を計算した結果を図２に示す。なお、それぞれの計算において、平均ＤＧＤが３０ｐｓとなるようにＤＧＤセクションの値を定めている。さらに周波数方向の周期性を排除するために各ＤＧＤセクションを、標準偏差を平均値の２０％として正規分布させている。Ｔｏｔａｌ ＤＧＤは使用されているＤＧＤセクションのＤＧＤの総和を表し、Ａｖｅｒａｇｅ ＤＧＤは使用されているＤＧＤセクションの平均値を表している。
図１４によれば、回転θｉ（ｔ）のみを振った場合と両方を振った場合は９セクションでも理輸値に近い分布を示しているが、位相δΦｉ（ｔ）のみを振った場合には４０セクション程度でないと分布が近づかないことがわかる。すなわち、回転をランダムに変えると位相を変える場合に比べて少ないセクションで理輸値に近い分布が得られることになる。しかし、回転をランダムに変える機構を実際に装置として組み立てる場合には９セクションであっても複雑になってしまう。一方、位相をランダムにかえる場合には、各セクションのＤＧＤ値が異なっていれば、温度に対する位相変化率がそれぞれ異なることになるため、各セクションを個別に温度変動させる必要はなく、一括に温度変動をさせることによって各セクションの位相がランダムに振ることができる。
以上のことから、図１５に示すような４０セクション以上のＤＧＤセクション、例えば偏波保持ファイバを、相対角度をランダムに接続して構成し、全体の温度を変動させれば、制御機構が１つの簡単なＰＭＤエミュレータを構成できる。
図１６に、実際に５０セクションで平均ＤＧＤが３０ｐｓとなるように設計試作した温度制御付きＰＭＤエミュレータの、室温で放置した（温度変動無）の場合と温度制御機構による温度変動有の場合のＤＧＤ分布を示す。温度変動の有、無を比較すると、温度変動によって位相がランダムに分布し、その結果、上記計算の通りの理論値に近いＤＧＤ分布が得られていることが分かる。
（その他の実施形態）
本発明のその他の実施形態として、ＬＮ導波路型偏波コントローラについて説明を行う。
この実施形態では、電気光学効果を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶（以下ＬＮ）を基板材料とし、ＬＮ基板上にＴｉを蒸着、熱拡散させることにより、光導波路を形成する。この際、光の伝播方向はＬＮ結晶の光学軸であるＣ軸方向（ｚ軸と同等）の方向に伝播する。
デバイスの構成図及び断面図を図２３に示す。デバイスを構成するＬＮ結晶はｘ軸方位に切り出されており、導波路及び制御用の電極は＋ｘ面に形成される。
制御用の電極の配置パターンとしては導波路直上に配置される中心電極と、導波路から離れて配置される上段電極、及び上段電極とは逆方向に導波路から離れて配置される下段電極により構成される。
この中心電極、上段電極、下段電極により１つの‘段’が形成され、ここでは１つの段が１つの波長板として機能することになる（補足Ａ参考）。全体の偏波コントローラとしては波長板が３段、もしくは４段により構成され、波長板の特徴を示す値としては初段、２段目、３段目、４段目がそれぞれλ／４、λ／２、λ／４、λ／ａ（最終段の値は未定）となる。また、波長板の特徴を位相差で表現した場合にはそれぞれ（π／２ ｒａｄ、π ｒａｄ、π／２ ｒａｄ、ｂ ｒａｄ）となる。
各段を波長板として機能させるには、中心の電極をＧＮＤに取り、両脇の電極にそれぞれ図１に示す電圧を印加する。波長板の位相差Δφ、及び角度θが与えられた場合のＶｃ、及びＶｓの値は
Ｖｓ＝（Δφ／π）・Ｖπ・ｃｏｓ（２θ）＋Ｖｂ
Ｖｃ＝（Δφ／π）・ＶＯ・ｓｉｎ（２θ）
で表すことができる。（補足Ｂ．及びＣ．を参照）。（ここでＶＯ，Ｖπ，Ｖｂは定数）
このＬＮ導波路型偏波コントローラを、モード変換器として用いる場合と、波長板として用いる場合が考えられる。
まず、モード変換器として用いる場合を説明する。
ＬＮ結晶中を光が光学軸方向に伝播する際には、媒質に起因する屈折率はどちらの方向もｎｏの値であるが、ここではＴｉの拡散により導波路を形成しているため、導波路の構造に起因する見た目上の屈折率の変化が起り等価的な屈折率の値はＴＥモードとＴＭモードで異なる。
屈折率の状態を図２４のように楕円で表示した場合、入射光はそれぞれ楕円の長軸方向の成分と短軸方向の成分に分割され（電圧を掛けない状態では図２４の状態であるのでＴＥ、及びＴＭモードになる）、位相差Δφは二つの等価的な屈折率の差（ΔｎＴＥ−ΔｎＴＭ）と伝播距離（厚みｄ）の積と比例の関係がある。
Δφ∝｜ΔｎＴＥ−ΔｎＴＭ｜・ｄ
よって、伝播距離ｄは電極の長さによって決まるので、波長板のような位相差が一定の場合には二つの屈折率差が一定であるように制御する。
上下電極に電圧を印加する手法、及びその際の状態の変化は次のようになる。制御のための電圧印加の方法には２通りがあり、
（１）上下電極に大きさは同じで互いに符号が異なる非対称な電圧を掛ける方法（図２５参照。）
（２）上下電極で大きさ、及び符号が同じ電圧を掛ける方法（図２６参照。）である。
上述の（１）の方向で電圧を印加した場合には、導波路上に有効に掛かる電界成分の方向としてはｙ方向になり、図２７のように元の状態を点線、変化後の状態を実線で表すことができる。
（ｘ軸とｙ軸で大きさが同じで符号が異なる屈折率の変化が起り、屈折率の変化量は電圧の大きさに比例する）
このように適切な電圧を（１）の方向に印加することにより、例えば導波路化に伴い見た目上の屈折率が変化し、屈折率の状態が楕円形状になったものを円形に修正することができる。
また、電圧印加量を調節することにより、ｘ軸方向の光の成分が見る屈折率とｙ軸方向の光の成分が見る屈折率が異なる状態にすることができ、このような状態に置いては導波路から出射される光のｙ方向成分（ＴＥモード）とｘ方向成分（ＴＭモード）との間に位相差が生じることになり、電圧の印加量によって調節することが可能である。
次に上述の（２）の方法で電圧を印加した際の効果を図２８に示す。この際には電圧印加に伴う導波路上に有効的に作用を及ぼす電界成分はｘ方向となる。
なお、この場合において初期の状態では▲１▼の方向に電圧が掛かっており、導波路化に伴い楕円化した状態を円形に戻してあるものとする。
この状態においては楕円の長軸、及び短軸方向は元の座標系から４５°傾いた状態に配置され、屈折率の変化量は印加電圧Ｖｃに比例する。
この状態において、電圧印加に伴う楕円の変化の差がある一定量になった場合（屈折率の差に起因する楕円の長軸方向成分と短軸方向成分の位相差がπｒａｄになった場合）、ＴＥモード（ｙ軸方向）で入射された光は完全にＴＭモード（ｘ軸方向）に変換される。
また、逆にＴＭモードで入射された光はＴＥモードに変換される。位相差がπｒａｄでない他の値の場合においてはＴＥ（ＴＭ）モードで入射された光の一部分がＴＭモードに変換されることになり、電圧印加量によってＴＥ−ＴＭモード変換の度合いを調節できることになり、モード変換器として機能する。
（対象特許では説明に用いた方法とは電圧の印加方法は異なるが、このような原理を用いてＴＥ−ＴＭモード変換機として機能させている）
モード変換器としての動作用件をまとめると
（１）ｙ方向の電界成分は導波路化に伴う楕円化した屈折率の状態を円に戻す量を印加
（２）ｘ方向の電界成分は起こしたいモード変換の度合いに応じて量を調節する
また、ｙ方向の電界を発生させる電圧をＶｓ、ｘ方向の電界を発生させる電圧をＶｃとすれば
Ｖｓ＝Ｖｂ（Ｖｂ：定数（導波路化に伴う楕円化した屈折率の状態を円に戻す電圧））
Ｖｃ＝Ｖｃ（値はモード変換を起こしたい度合いにより調整）
次に、ＬＮ導波路型偏波コントローラを波長板として利用する場合について説明する。
一般的に波長板とは光が伝播する方向に対して光の偏光状態により２つの屈折率を持ったものであり、光が波長板に入射された際には、波長板に固有の２つの偏光状態の間に固定の位相差を付与することができる光学素子である。
（光の偏光状態を他の偏光状態に変換するために使用し、最も一般的なものは水晶（ＬＮでも可）を板状に加工したものである。（図２９参照。）
また、任意の入射偏光状態から他の任意の偏光状態に変換するには、波長板を回転接続することにより実現することが、可能であるため、複数の（Ｃ軸）回転角が回転可能な波長板を用いることにより、任意の偏光変換が可能な偏波コントローラを実現することができる。
波長板として動作させる際にもｘ方向の電界成分とｙ方向の電界成分を印加することにより実現することができる。しかし、波長板として動作をさせる際には波長板の特徴を示すパラメータである二つの軸間の固定された位相差と回転角度を設定する必要があるため（図３０参照。）、電圧の印加量はモード変換器とは異なる。
モード変換器においてはｙ軸方向の電界成分はＴＥ−ＴＭモード間の屈折率差を補正し、楕円の形状を円にする量を印加する必要があるが、波長板として動作させるためには求める位相差と回転角度に応じて、ｘ方向の電界成分と連動してｙ方向の電界成分を調節する必要がある。
逆に言えば波長板として動作をさせる為には波長板の回転量に応じてｙ方向の電界印加量は楕円を円する電界印加量からズレた値にする必要がある。
また、同様にｙ方向の電界を発生させる電圧をＶｓ、ｘ方向の電界を発生させる電圧をＶｃとすれば
Ｖｓ＝（Δφ／π）・Ｖπ・ｃｏｓ（２θ）＋Ｖｂ
Ｖｃ＝（Δφ／π）・ＶＯ・ｓｉｎ（２θ）
となる。ここでΔφ、θは波長板の位相差、及び角度であり、ＶＯ、Ｖπ、Ｖｂ（Ｖｂの値はＢ．と同様で導波路化に伴う楕円化した屈折率の状態を円に戻す電圧）は定数である。
以上のように、従来のＰＭＤエミュレータにおいては、多数のＤＧＤセクションが必要であり装置が複雑で高価になったが、本発明のＰＭＤエミュレータでは、非常に少ないＧＤＧセクションを有するシンプルで安価な装置によって、ＰＭＤ特性を得ることができる。
また、本発明のＰＭＤエミュレータを用いれば、シュミレーションによって得られた制御パラメータに基づいて制御することによって、ある時間における所望のＤＧＤ値，ＳＯＰＭＤ値を発生させ、モニタすることが可能である。
また、本発明のＰＭＤエミュレータにおいては、各ＧＤＧセクションのＰＭＤ特性を変えることなく、偏波回転子を精密に制御することによって、平均ＧＤＧを可変にすることが可能である。
また、本発明のＰＭＤエミュレータによれば、偏波コントローラは、フアラデー回転子が配置されてなるので、少ない消費電力で偏波回転を制御することが出来る。また、フアラデー回転子は、ガーネット結晶を使用しているため、ＹＶＯ４、ＬｉＮｂｏ３と比べ、挿入損失を小さくすることができる。
また、本発明のＰＭＤエミュレータでは、ひとつの制御装置で温度制御を行うことによって位相を変化させ、ＧＤＧセクションの接続角度を固定したままＰＤＭをエミュレートすることが可能であり、従来に比べて非常にシンプルで安価な装置で、ＰＤＭ特性を得ることができる。
更に、本発明のＬＮ導波路型偏波コントローラを、モード変換器や波長板として適用することができる。
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【技術分野】
本発明は、信号光が伝播される際に発生する偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ＭｏｄｅＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＰＭＤ）の評価を行うため、又は、光伝送路の補償を行うために用いられるＰＭＤエミュレータに関するものである。
【背景技術】
近年の光伝送システムの進展、普及に伴い、システムの伝送容量を増大させるために、波長分割多重（ＷＤＭ）方式による多チャンネル化が進められている。
この多チャンネル化と並んで、伝送容量を増大させる方法としては、各チャンネルの光パルスのビットレートを増大させる方法があり、現在では、１０Ｇｂ／ｓの導入が進んでいる。そして、最近では、今後実用化が期待されている４０Ｇｂ／ｓの導入が展望されている。
このようなハイビットレートの光パルス伝送路においては、その伝送品質の劣化を招くいくつかの要素がある。
その一つが、偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ＭｏｄｅＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＰＭＤ）である。これは、光パルスの伝送路である光ファイバの中でランダムに発生する複屈折に基因して、伝送されている光パルスにおいて、本来は縮退しているべき直交偏波モードが分離してパルス幅を拡大させるという現象である。このような現象を発現した光パルスは、正しい光信号としての機能を発揮しないことになる。
従って、最近の光ファイバでは、このＰＭＤを小さくする努力がなされている。しかしながら、その値は、せいぜい０．２５ｐｓ／ｋｍ１／２程度である。そして、そのような光ファイバを用いて４０Ｇｂ／ｓのビットレートを採用した場合、光伝送が可能な距離は、長くても１００ｋｍ程度であり、それ以上の距離の光伝送を実現することは出来ない。
また、これまでに敷設されてきた古い光ファイバのＰＭＤは、１ｐｓ／ｋｍ１／２程度であるため、ビットレートを１０Ｇｂ／ｓにするとその光伝送可能な距離は１７０ｋｍ程度であり、ビットレート４０Ｇｂ／ｓにすると１０ｋｍ程度までしか光伝送を実現することができない。
このように、既設の光ファイバを用いた光伝送システムにおいて、ビットレートを１０Ｇｂ／ｓに高める場合や、次世代光伝送システム用に新たな光ファイバを敷設してそのビットレートを４０Ｇｂ／ｓ以上で運転しようとする場合には、ＰＭＤの影響が顕著に現れ、その結果、伝送容量が大きく、実用的な光伝送システムの構築が困難になる。
従って、高ビットレート伝送を行う光伝送システムにおけるＰＭＤ特性の評価を行ったり、光伝送システムに生じたＰＭＤを補償することが必要であり、その解決のために、ＰＭＤエミュレータが用いられる。
ここで、光伝送システムのＰＭＤ耐性評価等のために、実線路のＳｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ（ＳＭＦ）のＰＭＤ特性をエミュレートするために用いられるＰＭＤエミュレータの従来例を説明する。もし、実験室で実際のＳＭＦを用いてＰＭＤの評価を行おうとすれば、実験室は、ＳＭＦが敷設された場所よりもさらに環境が安定しているため、実際よりもさらに長時間を要することになる。従って、ＰＭＤエミュータを用いて、ＰＭＤ評価を行うことが有効である。
この実施例で取り扱うＳＭＦは、長さが数十〜数百ｋｍで、ＰＭＤは０〜数１０ｐｓ程度であり、２次以上のＰＭＤを含む場合を想定している。このエミュレータにおいては、１次ＰＭＤ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｇｒｏｕｐ Ｄｅｌａｙ：ＤＧＤ）と２次以上のＰＭＤとして影響の大きい２次ＰＭＤ（Ｓｅｃｏｎｄ Ｏｒｄｅｒ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＳＯＰＭＤ）を取り扱っている。
この実施例のＰＭＤエミュレータの概要図を図１８に示す。多数の（例えば１００セクション）ＤＧＤセクション１６１１〜１６１ｎが回転連結によりモデリングされている。この実施例の場合には、ＤＧＤセクションに複屈折部を用いている。このセクション数が多いほうが、実際のＳＭＦの特性に近づくことになるため、実際のＳＭＦに近いＰＭＤ特性を得るためには、非常に大掛かりで高価なＰＭＤエミュレータが必要となる。
ＳＭＦのＰＭＤ特性を得るために、ＤＧＤセクション１６１ａ〜１６１ｎを回転させる。この回転速度は、各々のＤＧＤセクションによって異なるが、回転速度自体は一定で、何ら速度制御等は行っていない。
図１９のグラフは、このＰＭＤエミュレータによって得られたＤＧＤとＳＯＰＭＤの特性を示す。グラフの横軸は、波長（ｎｍ）を示し、縦軸をＤＧＤ（ｐｓ）とＳＯＰＭＤ（ｐｓ２）を示す。また、図２０ＡはＤＧＤ分布を示し、図２０ＢはＳＯＰＭＤ分布を示す。また、各波長におけるＤＧＤとＳＯＰＭＤの相関関係は、図２１に示すように、正の相関となることが判明している。
しかし、このＰＭＤ特性を得るためには、多数のＤＧＤセクションを有する大掛かりなＰＭＤエミュレータを長時間稼動させなければならない。
次に、ＰＭＤエミュレータの代表的な装置の実施例として、ＵＳ２００２／８０４６７号公報に記載されている装直について、更に具体的に説明する。（例えばＵＳ２００２／００８０４６７号公報参照。）図１７は、この装置の構成概略図であり、入射された測定対象光は、この装置を伝播されると、正確なＰＭＤの値が得られるというものである。）
このＰＭＤエミュレータ１００は、測定対象光を入射、出射させる光ファイバ１０１、１０２と、入射、出射させる光ファイバ１０１、１０２の間に、ＤＧＤ部１２２、１３２、１４２と位相シフト部１２４、１３４、１４４からなる複屈折部１０４、１０６、１０８と、偏波モード混合部１１０、１１２、１１４とが、交互で多段に接続されて構成されている。図１７では、複屈折部と偏波モード混合部がＮ個配置された例が記載されている。なお、位相シフト部１２４、１３４、１４４には、位相シフト量の制御を行うためのコントローラ１２６、１３６、１４６が配置され、偏波モード混合部１１０、１１２、１１４には、偏光回転方向の制御を行うためのコントローラ１１６、１１８、１２０が配置されている。
また、他の従来例としては下記が挙げられる。
既設伝送路に発生するＰＭＤは時間方向および周波数方向に分布を示し、その分布は理論的に示されている確率密度分布に従い、ＤＧＤ（１次ＰＭＤ）はマクスウェル分布、ＳＯＰＭＤ（２次ＰＭＤ）についても対応した確率密度関数が与えられている。（ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＴＥＬＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，ＶＯＬＵＭＥ ＩＶＢ，Ｃｈａｐｔｅｒ ５“Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ”参照。）伝送評価実験を行う場合にはその時間方向の分布が重要であり、そのような実際の伝送路のＰＭＤを模擬するＰＭＤエミュレータとしては、図２２に示すように偏波保持ファイバや複屈折結晶からなるＤＧＤセクションの多段構成とし、さらに各セクションの間に可変の偏光回転素子を配置してそれら全ての回転角度をランダムに回転させる装置が提案されている。（例えばＰｒｏｃ．ＯＦＣ０２，ｐａｐｅｒ ＴｈＡ３，ｐｐ３７４−３７５，２００２参照。）
上述のＵＳ２００２／００８０４６７号公報に示される従来のＰＭＤエミュレータでは、偏波モード混合部として、ＹＶＯ４、ＬｉＮｂＯ３を使用し、電気光学効果を利用しているので、圧電素子などの大規模な装置を必要とし、またその消費電力も大きいという問題がある。また、ＹＶＯ４、ＬｉＮｂＯ３は、挿入損失が大きいという問題もある。
また、従来のＰＭＤエミュレータにおいては、発生させたＰＭＤの時間分布を理論的な確率密度関数に十分近づかせるためには、ＤＧＤセクションの段数を多数にする必要があり、このような装置では制御部分がＤＧＤセクションの数に従って多数になるため、装置が複雑で高価になるという問題点がある。光伝送システムを評価するためには、この部品点数の多い装置を長時間稼動させてＰＭＤ特性を得る必要がある。
また、従来のＰＭＤエミュレータは、全データＰＭＤ値を得るまで、長時間ＰＭＤエミュレータを稼動させて、始めて統計的にＰＭＤ特性（分布）を得ることができるのであって、ある時点での所望のＰＭＤ値だけを再現するようなことは不可能である。
また、平均ＧＤＧ値を変えるためには、各ＤＧＤセクションのＤＧＤ特性自体を変更しなければ、対応できない問題がある。
また、従来のＰＭＤエミュレータでは、あくまで接続角度を変化せせるものであり、逆に角度を固定してＰＭＤ特性を得ることは不可能である。
従って、本発明の目的は、前記従来技術の課題を鑑みてなされたもので、低消費電力で安定動作し、挿入損失が小さく、従来よりも部品点数が少なく、複雑で高価な装置を必要とせず、ある時点での所望のＤＧＤ値を発生させることが可能であり、各セクションのＧＤＧ値を変えることなく平均ＧＤＧを変えることが可能であり、また、接続角度を変えることなくＰＭＤ特性の得られるＰＭＤエミュレータを提供することにある。
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本発明のＰＭＤエミュレータの第１の実施形態は、測定対象光を入射する入側光ファイバと、
前記測定対象光を出射する出側光ファイバと、
Ｍ（Ｍは２以上の整数）基のＤＧＤセクションと（Ｍ−１）個の偏波回転子とが交互に接続され、両端にＤＧＤセクションが配置された第１の偏波回転部と、
Ｎ（Ｎは２以上の整数）基のＤＧＤセクションと（Ｎ−１）個の偏波回転子とが交互に接続され、両端にＤＧＤセクションが配置された第２の偏波回転部と、
任意の偏波状態から任意の偏波状態へ変更する任意−任意偏波コントローラと、
が備えられ、
前記入側光ファイバと前記第１の偏波回転部の入側のＤＧＤセクションとが接続され、前記第１の偏波回転部の出側のＤＧＤセクションと前記任意−任意偏波コントローラの入側の接続点とが接続され、前記任意−任意偏波コントローラの出側の接続点と前記第２の偏波回転部の入側のＤＧＤセクションとが接続され、前記第２の偏波回転部の出側のＤＧＤセクションと前記出側光ファイバとが接続されたことを特徴とするＰＭＤエミュレータである。
本発明のＰＭＤエミュレータの他の実施形態は、前記偏波コントローラが、偏波位相子の両端に偏波回転子が接続されたことを特徴とするＰＭＤエミュレータである。
本発明のＰＭＤエミュレータの他の実施形態は、前記Ｍの値が２であり、前記Ｎの値が２であることを特徴とするＰＭＤエミュレータである。
本発明のＰＭＤエミュレータの他の実施形態は、シミュレーションにより求められた制御パラメータに基づいて前記偏波回転子を制御することによって、所望のＰＭＤ値を発生させることを特徴とするＰＭＤエミュレータである。
本発明のＰＭＤエミュレータの他の実施形態は、前記ＤＧＤセクションのＤＧＤ特性を変えることなく、前記偏波回転子を制御することによって、平均ＧＤＧを変化させることを特徴とするＰＭＤエミュレータである。
本発明のＰＭＤエミュレータの他の実施形態は、４０個以上のＤＧＤセクションをランダムな相対角度で接続し、その全体に温度変動を与える温度制御機構を備えたことを特徴とするＰＭＤエミュレーである。
本発明のＰＭＤエミュレータの他の実施形態は、前記ＤＧＤセクションに、正規分布に従った、異なるＤＧＤ値を持たせたことを特徴とするＰＭＤエミュレータである。
本発明のＰＭＤエミュレータの他の実施形態は、ＤＧＤ値の正規分布の標準備差が、その正規分布の平均値の２０％であることを特徴とするＰＭＤエミュレータである。
本発明のＰＭＤエミュレータの他の実施形態は、前記ＤＧＤセクションが偏波保持ファイバまたは一軸性複屈折結晶であることを特徴とするＰＭＤエミュレータである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明のＰＭＤエミュレータの一構成例を示す図である。
図２は、ＰＭＤの計算値と、従来の１００基のＧＤＧセクションを有するＰＭＤエミュレータによる測定値とを比較したグラフである。
図３は、ＰＭＤの計算値と、４基のＧＤＧセクションを有するＰＭＤエミュレータにおいて、一定の回転を行って測定した測定値とを比較したグラフである。
図４は、ＧＤＧの計算値と、本発明の４基のＧＤＧセクションを有するＰＭＤエミュレータによる測定値とを比較したグラフである。
図５は、本発明のＰＭＤエミュレータの他構成例を示す図である。
図６は、図５のＰＭＤエミュレータの他の構成例を示す図である。
図７は、図６のＰＭＤエミュレータの他の構成例を示す図である。
図８は、図６のＰＭＤエミュレータのさらに他の構成例を示す図である。
図９は、図６のＰＭＤエミュレータのさらに他の構成例を示す図である。
図１０は、偏波モード分散測定装置の構成例を示す図である。
図１１は、ＰＭＤエミュレータのＰＭＤ特性と理論計算値をＤＧＤ備により示したグラフである。
図１２は、ＰＭＤエミュレータのＰＭＤ特性と理論計算値をＳＯＰＭＤ値により示したグラフである。
図１３は、ＰＭＤエミュレータのＰＭＤ特性と理論計算値を、ＳＯＰＭＤ値をＰＣＤの絶対値とＰＳＤに分解して示したグラフである。
図１４は、ＤＧＤ分布の計算結果を示す図である。
図１５は、４０基以上のＤＧＤセクションを相対角度をランダムに接続して構成されたＰＭＤエミュレータを示す図である。
図１６は、図１５に示すＰＭＤエミュレータにおいて、ＤＧＤ分布の計算結果を示す図である。
図１７は、従来のＰＭＤエミュレータの一構成例を示す図である。
図１８は、従来のＰＭＤエミュレータの一構成例を示す図である。
図１９は、ＳＭＦのＤＧＤとＳＯＰＭの特性を示すグラフである。
図２０は、ＤＧＤ分布とＳＯＰＭＤ分布を示すグラフである。
図２１は、ＤＧＤとＳＯＰＭＤの関係を示すグラフである。
図２２は、従来のＰＭＤエミュレータの一構成例を示す図である。
図２３は、本発明のＬＮ導波路型偏波コントローラの概要図である。
図２４は、モード変換器として用いる場合の、屈折率の状態を示し模式図である。
図２５は、上下電極の大きさは同じで、互いに符号が異なる非対称な電圧を掛ける方法を示した図である。
図２６は、上下電極の大きさ、及び符号が同じ電圧を掛ける方法を示した図である。
図２７は、導波路上に有効に掛かる電解成分について、元の状態と変化後の状態を示した図である。
図２８は、上下電極の大きさ、及び符号が同じ電圧を掛ける方法における効果を示した図である。
図２９は、波長版として用いる場合の原理を示した図である。
図３０は、波長板動作時の屈折率状態を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照ながら説明する。
まず最初に、ＰＭＤエミュレータの原理について説明する。複数の偏光回転子と複数の偏光保持フアイバ（ＰＭＦ）または、複数の備光回転子と複数の複屈折結晶を用いたＰＭＤエミュレータのＰＭＤは、再起的に計算が可能である。（ｎ＋１）セクション後の１次ＰＭＤベクトルで（ｎ＋１）と２次ＰＭＤベクトルでτω（ｎ＋１）はＰＭＤ接続関係式で表され、それは下記のように表される。
なお、τｎ＋１はｎ＋１番目のＤＧＤセクションの１次ＰＭＤベクトルＴ（ｎ）は１〜ｎセクションの１次ＰＭＤベクトル、Ｒｎはｎ番目の回転偏光子による回転接続を表すマトリクスである。
特に２セクションのＤＧＤで発生されるＰＭＤの量は、２つのセクションのＤＧＤをτ１、τ２とし、回転接続角をβとして、下記のように表され、
これらは周波数に依存しない。下付は微分を表す。ここでτはＤＧＤ、αは光搬送波の角周波数である。このとき、２次ＰＭＤベクトルは必ず１次ベクトルに直交するため、ＳＯＰＭＤの成分はＰＳＤのみである。
逆に、２セクションより多いＤＧＤで発生されたＰＭＤは周波数に関して周期的なＤＧＤと２成分を含むＳＯＰＭＤをもち、そのＦＳＲは１つのＰＭＦの長さにより決定される。３セクションより多い場合には、複数のＦＳＲ（Ｆｒｅｅ Ｓｐｅｃｔ−ｒｕｍｒａｎｇｅ）がミキシングされるが、各ＦＳＲを等しい値とすることによりエミュレータ全体として１つのＦＳＲを持たせることが可能であり、安定したエミュレータ特性を実現できる。またＦＳＲを同量変化させることにより、特性の形はそのままに周波数方向へ特性をシフトさせることができる。
次にこの原理に基づいた本発明のＰＭＤエミュレータの実施形態について具体的に説明する。
図１に、本発明の偏波コントローラを備えたＰＭＤエミュレータのひとつの実施形態を示す。この実施形態のＰＭＤエミュレータ７０では、ＤＧＤセクション７６、７７（Ｍ＝２）が備えられた第１の偏波回転部７３と、ＤＧＤセクション７８、７９（Ｎ＝２）が備えられた第２の偏波回転部７４を有しており、計４基のＤＧＤセクションが備えられている。
図１Ａに示すように、第１の偏波回転部７３は、ＤＧＤセクション７６に偏波回転子８０が接続され、この偏波回転子８０にＤＧＤセクション７７が接続されて構成されている。また、第２の偏波回転部７４は、ＤＧＤセクション７８に偏波回転子８１が接続され、この偏波回転子８１にＤＧＤセクション７９が接続されて構成されている。
測定対象光を入射する入側光ファイバ７１は、第１の偏波回転部７３の入側のＤＧＤセクション７６と接続されている。また、第１の偏波回転部７３の出側のＤＧＤセクション７７は、任意−任意偏波コントローラ７５の入側の接続点と接続されている。また、任意−任意偏波コントローラ７５の出側の接続点は、第２の偏波回転部７４の入側のＤＧＤセクション７８と接続されている。また、第２偏波回転部７４の出側のＤＧＤセクション７８には、測定対象光を出射する出側光ファイバ７２が接続されている。
ＤＧＤセクション７６〜７９は、ＰＭＦ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ）で構成されているが、ＰＭＦの代わりにＴｉＯ２等の複屈折結晶を用いてもよい。
また、偏波回転子８０，８１は、ファラデー回転子を用いることもできるし、または、１／２波長板を回転させることによっても実現できる。
図１Ｂには、本実施形態の任意−任意偏波コントローラ７５の構成を示す。任意−任意偏波コントローラ７５は、任意−任意偏波コントローラの最も一般的な構成である、偏波位相子８２の両端に偏波回転子８３と偏波回転子８４が接続された構成を有している。
この構成は、他の構成に較べて部品点数が少なく、安価な装置を提供することが可能である。
この任意−任意偏波コントローラ７５を構成している偏波回転子８３，８４は、ファラデー回転子の適用が可能であるし、また、１／２波長板を回転させることも可能である。偏波位相子８２は、偏波回転子を２つの１／４波長板ではさみ合わせることにより実現可能である。
このＰＭＤエミュレータ７０では、入側光ファイバ７１を伝送された測定対象光が、ＤＧＤセクション７６、偏波回転子８０、ＤＧＤセクション７７、偏波回転子８３、偏波位相子８２、偏波回転子８４、ＤＧＤセクション７８、偏波回転子８１、ＤＧＤセクション７９の順で伝搬され、出側光ファイバ７２から外部へ伝送される。
なお、外側のＤＧＤセクション７６とＤＧＤセクション７９が結晶から構成されている場合には、図示されていないが、入側光ファイバ７１と出側光ファイバ７２の端末にはコリメータが取り付けられる。
また、本実施形態では、第１の偏波回転部に備えられたＤＧＤセクション数Ｍ＝２であり、第２の偏波回転部に備えられたＤＧＤセクション数Ｎ＝２であるＰＭＤエミュレータの実施形態について説明したが、Ｍ、Ｎはその他２以上の任意の整数を取ることが可能である。
次に、図１に示される４基のＤＧＤセクションを備えたＰＭＤエミュレータ７０を精密に制御することによって、ＰＭＤの分布を得る手順を説明する。上述のように、従来では、ＤＧＤセクションの多数のセクションを接続したＰＭＤエミュレータを長時間稼動させて、ＰＭＤの分布を得る必要があった。つまり、全てのデータを採取した後、初めて統計的にＰＭＤの特性が得られるものであり、特定の時点でのＰＭＤ特性を発生させることは不可能であった。
しかし、上述のＰＭＤエミュレータ７０では、各偏波回転子の回転を精密に制御することによって、ある特定の時点の所望のＰＭＤ値を再現することが可能である。
具体的には、まず、コンピュータ計算によって多数のＤＧＤセクションを有するＰＭＤエミュレータのシミュレーションを行い、ＤＧＤ、ＳＯＰＭＤ値の時間的変化を求める。（実際に、ＰＭＤエミュレータを稼動させない。）そして、同じくコンピュータ計算によって非線形フイッティングを行い、所望のＤＧＤ値，ＳＯＰＭＤ値となる場合の、ＰＭＤエミュレータ７０の各偏波回転子の制御パラメータを算出することができる。この算出された制御パラメータを用いて、実際にＤＧＧ４セクションのＰＭＤエミュレータ７０を稼動させることによって、正確に、所望のＤＧＤ，ＳＯＰＭＤ値を発生させることができる。
このＰＭＤエミュレータ７０で発生させたＤＧＤ値，ＳＯＰＭＤ値は、出側光ファイバ７２に接続された偏波モード分散測定装置によって測定することができる。
同様に制御パラメータを用いて、種々のＤＧＤ，ＳＯＰＭＤ値を発生させることを繰り返すことによって、ＳＭＦの時間的な統計分布を再現することも可能である。
さらに、従来のＰＭＤエミュレータでは、全体の平均ＤＧＤを変化させるためには、ＰＭＤエミュレータを構成する各ＤＧＤセクションのＤＧＤ特性を変える必要があったが、本発明に係るＰＭＤエミュレータ７０においては、偏波回転子を精密に制御することによって変化させることができる。
ここで、図２Ａは、計算値によるＤＧＤの特性と、従来の１００セクションのＰＭＤエミュレータによるＤＧＤの実測値の特性を対比できるように示したグラフである。このＰＭＤエミュレータの平均ＧＤＧは１０ｐｓである。
図２Ｂは、計算値によるＳＯＰＭＤの特性と、従来のＰＭＤエミュレータによるＳＯＰＭＤの実測値の特性を対比できるように示したグラフである。ＤＧＤ、ＳＯＰＭＤ共に、計算値と実測値がほぼ一致していることがわかる。
また、図２Ｃは、ＤＧＤとＳＯＰＭＤの実測値の相関関係を示すグラフである。両者は、ほぼ正の相関があることを示している。
図３Ａは、計算値によるＤＧＤの特性と、８ｐｓのＧＤＧを有するＤＧＤセクションを４基備えた本発明に係るＰＭＤエミュレータにおいて、（特別な制御を行わず）一定回転速度で回転させた場合のＤＧＤ特性の実測値を対比できるように示したグラフである。
図３Ｂは、計算値によるＳＯＰＭＤの特性と、ＤＧＤ４セクションのＰＭＤエミュレータ７０において、一定回転速度で回転させた場合のＳＯＰＭＤの実測値の特性を対比できるように示したグラフである。ＤＧＤ値、ＳＯＰＭＤ値共に、計算値と実測値が異なる値を示していることが示されている。
また、図３Ｃは、ＤＧＤとＳＯＰＭＤの実測値の相関関係を示すグラフである。両者には、定かな相関が見られないことを示している。
図４Ａは、計算値によるＤＧＤの特性と、８ｐｓのＤＧＤを有するＤＧＤセクションを４基を備えた本発明に係るＰＭＤエミュレータにおいて、偏波回転子を精密に制御した場合のＤＧＤの実測値の特性を対比できるように示したグラフである。
図４Ｂは、計算値によるＳＯＰＭＤの特性と、ＧＤＧ４セクションのＰＭＤエミュレータ７０において、偏波回転子を精密に制御した場合のＳＯＰＭＤ特性の実測値を対比できるように示したグラフである。ＤＧＤ値、ＳＯＰＭＤ値共に、計算値と実測値がほぼ一致していることがわかる。
また、図４Ｃは、ＤＧＤとＳＯＰＭＤの実測値の相関関係を示すグラフである。両者は、ほぼ正の相関があることを示している。
以上のように、本発明のＰＭＤエミュレータの実施形態として、４基のＤＧＤセクションと、偏波位相子の両端に２個の偏波回転子が接続された構成を有する任意−任意偏波コントローラを備えたＰＭＤエミュレータについて説明を行ってきたが、本発明の実施形態は、それだけに限られない。以下に、本発明のＰＭＤエミュレータその他の実施形態を説明する。
図５は本発明の他の実施形態に係わる構成を示す図である。本装置例のＰＭＤエミュレータ１０は、測定対象光を入射、出射させる光ファイバ１２、１４と、両光ファイバ１２、１４間に、４つのＤＧＤセクション１６と、３つの偏波コントローラ１８とが交互に接続して配置されている。偏波コントローラ１８は、一つのフアラデー回転子で構成され、ＤＧＤセクション１６はＰＭＦ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｉｎｔａｎｇ Ｆｉｂｅｒ）で構成されている。なお、ＤＧＤセクション１６は、ＰＭＦの代わりにＴｉＯ２等の複屈折結晶を用いてもよい。
このＰＭＤエミュレータ１０では、入射側の光ファイバ１２を伝送してきた測定対象光が、第１のＤＧＤセクション１６、第１の偏波コントローラ１８、第２のＤＧＤセクション１６、第２の偏波コントローラ１８、第３のＤＧＤセクション１６、第３の偏波コントローラ１８、第４のＤＧＤセクション１６の順で伝播され、出射側の光ファイバ１４に結合される。なお、第１のＤＧＤセクション１６および第４のＤＧＤセクション１６が、結晶から構成されている場合は、図示しないが、入射、出射させる光ファイバ１２、１４の端末にコリメータを取り付ける。
また、図５では、４つのＤＧＤセクション１６と３つの偏波コントローラ１８が交互に接続されて構成されているが、各個数はこの構成に限られない。例えば、ＤＧＤセクション１６は、５つ、６つ‥・Ｎ個配置されてもよい。また、偏波コントローラ１８は、ＤＧＤセクション１６間に配置されるので、ＤＧＤセクション１６の数より一つ少ない数だけ配置されることになる。つまり、ＤＧＤセクション１６の配置数がＮ個であれば、偏波コントローラ１８の配置数は、（Ｎ−１）個となる。
偏波コントローラ１８では、フアラデー回転子により、ＤＧＤセクション１６から出射された光の偏波回転を制御するものである。磁場の中で光が磁場と平行に進むと偏光面が回転するフアラデー効果を利用して、進行光と逆方向の光の偏波面角度を制御するものである。フアラデー回転子は、約２０ｍＡ経度の電流により、偏波回転を制御しているため、消費電力が少ないというのが一つの特徴である。
次に、ＰＭＤエミュレータの他の実施形態について図６を参照して説明する。図６に示すＰＭＤエミュレータ３０は、図５に示したＰＭＤエミュレータ１０に位相子３２を配置させた点が異なる構成となっている。さらに説明すると、図６のＰＭＤエミュレータ３０は、ＤＧＤセクション１６と、偏波コントローラ１８の構成、配置は同一であるが、各備波コントローラ１８に１つづつの位相子３２が接続されている点が、図５のＰＭＤエミュレータ１０とは異なる構成である。なお、位相子３２は、２つの１／４波長板の間にフアラデー回転子を配置させた構成である。
図６に示すように、位相子３２は、ＤＧＤセクション１６をＮ個配置させた場合、（Ｎ−１）個配置される。つまり、図２の構成では、位相子３２と偏波コントローラ１８とが同じ数だけ配置されることになる。位相子３２の配置場所は、偏波コントローラ１８の入射光ファイバ１２側である。
なお、位相子３２は、配置場所により、配置個数を（Ｎ−２）個にすることが可能である。この場合の一構成例を図３により説明する。
図７は、ＤＧＤセクション１６がＮ個配置され、偏波コントローラ１８が（Ｎ−１）個配置され、位相子３２が（Ｎ−２）個配置されたＰＭＤエミュレータ４０を示す構成図である。
図７では、入射用光ファイバ１２側から第１ＤＧＤセクション１６、第１偏波コントローラ１８、第１位相子３２の順に配置され、続いて第２ＤＧＤセクション１６、第２備波コントローラ１８、第２位相子３２が配置されている。図示は省略するが、引き続き、第３、第４‥・第ｎ−２番目と配置される。続いて、第ｎ−１番目では、第ｎ−１ＤＧＤセクション１６、第ｎ−１偏波コントローラ１８が配置され、第ｎ番目は、第ｎＤＧＤセクション１６のみが配置されている。なお、第ｎＤＧＤセクション１６には、出射用光ファイバ１４が接続されている。
また、図７の変形例として、図８に示すようなＰＭＤエミュレータ５０の構成としてもよい。第１ＤＧＤセクション１６、第１偏波コントローラ１８の順に配置され、続いて第２ＤＧＤセクション１６、第１位相子３２、第２備波コントローラ１８の順に配置され、第３ＤＧＤセクション１６、第２位相子３２、第３偏波コントローラ１８の順に配置させる。続いて、第４、第５・‥第ｎ−１番目まで同様に配置され、第ｎ番目に第ｎ備波コントローラ１８が配置されている。
さらに図８の変形例として、図９に示すようなＰＭＤエミュレータ６０の構成としてもよい。第２備波コントローラ１８と第２ＤＧＤセクション１６との間に第１位相子３２を配置させ、第２偏波コントローラ１８と第３ＤＧＤセクション１６との間に第２位相子３２を配置させる構成としてもよい。この場合、偶数番目の偏波コントローラ１８とその前段と後段に位置するＤＧＤセクション１６との間に位相子３２が接続されることになる。
上述では、図７〜図９に、位相子３２が（Ｎ−２）個配置された構成例についてそれぞれ説明してきたが、これらを組合わせても良いということは言うまでもない。言い換えると、入射用光ファイバＬ１２が接続された第１ＤＧＤセクション１６と、出射用光ファイバ１４が接続された第ｎＤＧＤセクション１６以外のＤＧＤセクションには位相をシフトするための位相子３２が配置されているということになる。
次に具体的な実施例について説明する。まず、図５に示したＰＭＤエミュレータについて具体的に説明する。偏波コントローラ１８は、偏光回転子として機能する３つのフアラデー回転子である。備波コントローラ１８には、それぞれ接続された４つのＤＧＤセクション１６が接続されているが、これらはＰＭＦで構成されている。
決まったＦＳＲを持つように、すべてのＤＧＤセクション１６のＰＭＦは同じ長さとした。すべてのＰＭＦのＤＧＤは７．５ｐｓである。ＦＳＲは１３・３ＧＨｚであるが、すべての位相が同じになるように調整した。この位相についてすべてのＤＧＤセクション１６において同量シフトさせることにより、ＰＭＤの形を変えずに周波数シフトをさせることが可能である。位相のシフトは位相シフタ３２（図６〜図９を参照）やＤＧＤセクションの温度調節（図示しないが、ペルチェ、ヒータ等を使用する。）で実現できる。
ＤＧＤセクション１６は４セクションであるが、一部の回転接続角を０度に設定することによりセクション数を減らすことができ、周波数依存性のない２セクションも実現できる。
ＤＧＤ、ＰＣＤ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）、ＰＳＤ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−ｓｔａｔｅ Ｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）、ＳＯＰＭＤは性質上関連しているので、完全に自由に独立して値を選択することはできないが、１つより大きい目標プロファイルに対して同時に非線形フィッティングを行なうことにより、可能な範囲の回転接続角度を求めることができるようにした。図５〜図９に示したＰＭＤエミュレータでは、回転接続角を偏波コントローラ（ファラデー回転子）で調節できるようにし、算出した接続角を±３度以内の精度で実現できるようになっている。
次に、ＰＭＤエミュレータを用いた偏波モード分散測定器５０の構成を図１０に示す。この偏波モード分散測定器５０は、通常の偏光解析法であり、偏波コントローラ５８として、偏光子５８ａと、偏光回転子の機能を有するフアラデー回転子５８ｂを用いた。
入射偏波状態はストークス空間で直交する２点からミューラーマトリクス法（ＭＭＭ）によりＰＭＤベクトルを求めた。ＰＭＤベクトルを求めるのには波長が点必要だが、２次ＰＭＤを求めるには波長がもう１点必要である。よって、ある波長における２次ＰＭＤを正確に求めるためには、波長３点における偏波状態２状態について偏波状態が時間的に変化しないうちに測定する必要がある。
今回，反応速度の早い偏波コントローラ（ファラデー回転子）を用いることにより、測定時間が短くなり、ＰＭＤベクトルを正確に測定することが可能となった。この結果、２成分の２次ＰＭＤ量を正確にすることができるようになった。フアラデー回転子のπ／２回転に要する時間は０．２ｍｓ未満である。
次に、ＰＭＤエミュレータの再現性について説明する。周波数依存性をもつＤＧＤの周波数特性を固定して、２次ＰＭＤ量の異なる状態をＰＭＤエミュレータで再現した。中心波長１５４８ｎｍにおけるＤＧＤの値が２０ｐｓ、ＳＯＰＭＤの値が全周波数域において７５，１００，１２５ｐｓ２となるように目標値を設定した。フアラデー回転子による回転角は下記のとおりである。
ＳＯＰＭＤ ７５ｐｓ２：３１．０，６７．５，３１．０［ｄｅｇ．］
ＳＯＰＭＤｌＯＯｐｓ２：２６．も ６５．２，２６．４［ｄｅｇ．］
ＳＯＰＭＤ１２５ｐｓ２：２１．８，６３．５，２１．８［ｄｅｇ．］
このときのＰＭＤエミュレータのＰＭＤ特性と理論計算値を図１１、図１２に示す。図１１がＤＧＤ値、図１２がＳＯＰＭＤ値である。ＰＭＤエミュレータにより生成されたＰＭＤ特性は再現性があり、理論計算値と良く一致していることがわかる。
ＳＯＰＭＤ値が１００ｐｓ２であるものについて、図１３にＳＯＰＭＤをＰＣＤの絶対値とＰＳＤに分解して表示した。ＰＣＤとＰＳＤを精度良く分解して生成、測定できていることが分かる。ＤＧＤの周期的性質から、中心波長においてＰＣＤが０であるため、中心波長においてＳＯＰＭＤの成分はＰＳＤのみ、中心波長から離れるに従ってＰＣＳの割合が増し、半周期のところで再度ＰＳＤ成分になるという特性をもつ。
周波数依存性のない状態は２セクションのＤＧＤでエミュレートでき、このとき２次ＰＭＤは同じように７５、１００、１２５ｐｓ２に設定することができる。このＰＭＤエミュレータを用いて、同じＳＯＰＭＤ値をもつ状態を２種類以上実現でき、このエミュレータを用いることにより、光通信システムにおける２成分の２次ＰＭＤによる性能低下を見積もることが可能となるであろう。
上述したように、偏波コントローラ（フアラデー回転子）を用いたプログラム可能なＰＭＤエミュレータと偏波モード分散測定装置により正確な測定が可能となる。なお、このＰＭＤエミュレータは安定であり、ＰＭＤエミュレータで発生したＰＭＤを偏波モード分散測定装置で測定したＤＧＤと２次ＰＭＤの２成分は理論計算と良く一致した。
次に、ＤＧＤセクションの接続角度は固定し、温度変動によって位相を変化させることによってエミュレートを行うＰＭＤエミュレータの実施形態について説明する。
以下に、モード結合部分を多数含む実際の伝送路のモデルを用いて説明する。モード結合部分を多数含む伝送路をジョーンズマトリクスで表すと数式５のようになる。
すなわち、直線位相子を表すジョーンズマトリクスと回転を表すジョーンズマトリクスが交互に掛かる形である。
ここで、Ｔｉは偏波保持ファイバや複屈折結晶を用いる場合、環境温度によって光の振動周期レベルでは揺らいでいる。今、Ｔｉの環境温ｔによる光の振動周期レベルでの揺らぎをＴｉと分離して８Ｔｉ（ｔ）とすると、数式５中の指数部分は、
と置くことが出来る。ここで、Φｉ（ω）はＤＧＤセクションの揺らぎを無視した成分による位相を表しており、これは周波数のみに依存する。一方、Φｉ（ω，ｔ）は環境温度による揺らぎ成分による位相を表しており、これは周波数と環境温度に依存する。
従って、このモデルにおいて可変となるパラメータは回転角度θｉと揺らぎによる位相Φｉ（ω，ｔ）となる。今、ＰＭＤの時間分布のみを問題とするのでωを定数と考えて、それぞれθｉ（ｔ）、δΦｉ（ｔ）とおきなおす。
以上のモデルに対して、ＤＧＤセクションの段数を変えて、θｉ（ｔ）のみをランダムに振った場合（８村ｔ）はランダム値で固定）、８村ｔ）のみをランダムに振った場合（δΦｉ（ｔ）はランダム値で固定）、両方をランダムに振った場合でのＤＧＤ（１次ＰＭＤ）の分布を計算した結果を図２に示す。なお、それぞれの計算において、平均ＤＧＤが３０ｐｓとなるようにＤＧＤセクションの値を定めている。さらに周波数方向の周期性を排除するために各ＤＧＤセクションを、標準偏差を平均値の２０％として正規分布させている。Ｔｏｔａｌ ＤＧＤは使用されているＤＧＤセクションのＤＧＤの総和を表し、Ａｖｅｒａｇｅ ＤＧＤは使用されているＤＧＤセクションの平均値を表している。
図１４によれば、回転θｉ（ｔ）のみを振った場合と両方を振った場合は９セクションでも理輸値に近い分布を示しているが、位相δΦｉ（ｔ）のみを振った場合には４０セクション程度でないと分布が近づかないことがわかる。すなわち、回転をランダムに変えると位相を変える場合に比べて少ないセクションで理輸値に近い分布が得られることになる。しかし、回転をランダムに変える機構を実際に装置として組み立てる場合には９セクションであっても複雑になってしまう。一方、位相をランダムにかえる場合には、各セクションのＤＧＤ値が異なっていれば、温度に対する位相変化率がそれぞれ異なることになるため、各セクションを個別に温度変動させる必要はなく、一括に温度変動をさせることによって各セクションの位相がランダムに振ることができる。
以上のことから、図１５に示すような４０セクション以上のＤＧＤセクション、例えば偏波保持ファイバを、相対角度をランダムに接続して構成し、全体の温度を変動させれば、制御機構が１つの簡単なＰＭＤエミュレータを構成できる。
図１６に、実際に５０セクションで平均ＤＧＤが３０ｐｓとなるように設計試作した温度制御付きＰＭＤエミュレータの、室温で放置した（温度変動無）の場合と温度制御機構による温度変動有の場合のＤＧＤ分布を示す。温度変動の有、無を比較すると、温度変動によって位相がランダムに分布し、その結果、上記計算の通りの理論値に近いＤＧＤ分布が得られていることが分かる。
（その他の実施形態）
本発明のその他の実施形態として、ＬＮ導波路型偏波コントローラについて説明を行う。
この実施形態では、電気光学効果を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）結晶（以下ＬＮ）を基板材料とし、ＬＮ基板上にＴｉを蒸着、熱拡散させることにより、光導波路を形成する。この際、光の伝播方向はＬＮ結晶の光学軸であるＣ軸方向（ｚ軸と同等）の方向に伝播する。
デバイスの構成図及び断面図を図２３に示す。デバイスを構成するＬＮ結晶はｘ軸方位に切り出されており、導波路及び制御用の電極は＋ｘ面に形成される。
制御用の電極の配置パターンとしては導波路直上に配置される中心電極と、導波路から離れて配置される上段電極、及び上段電極とは逆方向に導波路から離れて配置される下段電極により構成される。
この中心電極、上段電極、下段電極により１つの‘段’が形成され、ここでは１つの段が１つの波長板として機能することになる（補足Ａ参考）。全体の偏波コントローラとしては波長板が３段、もしくは４段により構成され、波長板の特徴を示す値としては初段、２段目、３段目、４段目がそれぞれλ／４、λ／２、λ／４、λ／ａ（最終段の値は未定）となる。また、波長板の特徴を位相差で表現した場合にはそれぞれ（π／２ ｒａｄ、π ｒａｄ、π／２ ｒａｄ、ｂ ｒａｄ）となる。
各段を波長板として機能させるには、中心の電極をＧＮＤに取り、両脇の電極にそれぞれ図１に示す電圧を印加する。波長板の位相差Δφ、及び角度θが与えられた場合のＶｃ、及びＶｓの値は
Ｖｓ＝（Δφ／π）・Ｖπ・ｃｏｓ（２θ）＋Ｖｂ
Ｖｃ＝（Δφ／π）・ＶＯ・ｓｉｎ（２θ）
で表すことができる。（補足Ｂ．及びＣ．を参照）。（ここでＶＯ，Ｖπ，Ｖｂは定数）
このＬＮ導波路型偏波コントローラを、モード変換器として用いる場合と、波長板として用いる場合が考えられる。
まず、モード変換器として用いる場合を説明する。
ＬＮ結晶中を光が光学軸方向に伝播する際には、媒質に起因する屈折率はどちらの方向もｎｏの値であるが、ここではＴｉの拡散により導波路を形成しているため、導波路の構造に起因する見た目上の屈折率の変化が起り等価的な屈折率の値はＴＥモードとＴＭモードで異なる。
屈折率の状態を図２４のように楕円で表示した場合、入射光はそれぞれ楕円の長軸方向の成分と短軸方向の成分に分割され（電圧を掛けない状態では図２４の状態であるのでＴＥ、及びＴＭモードになる）、位相差Δφは二つの等価的な屈折率の差（ΔｎＴＥ−ΔｎＴＭ）と伝播距離（厚みｄ）の積と比例の関係がある。
Δφ∝｜ΔｎＴＥ−ΔｎＴＭ｜・ｄ
よって、伝播距離ｄは電極の長さによって決まるので、波長板のような位相差が一定の場合には二つの屈折率差が一定であるように制御する。
上下電極に電圧を印加する手法、及びその際の状態の変化は次のようになる。制御のための電圧印加の方法には２通りがあり、
（１）上下電極に大きさは同じで互いに符号が異なる非対称な電圧を掛ける方法（図２５参照。）
（２）上下電極で大きさ、及び符号が同じ電圧を掛ける方法（図２６参照。）である。
上述の（１）の方向で電圧を印加した場合には、導波路上に有効に掛かる電界成分の方向としてはｙ方向になり、図２７のように元の状態を点線、変化後の状態を実線で表すことができる。
（ｘ軸とｙ軸で大きさが同じで符号が異なる屈折率の変化が起り、屈折率の変化量は電圧の大きさに比例する）
このように適切な電圧を（１）の方向に印加することにより、例えば導波路化に伴い見た目上の屈折率が変化し、屈折率の状態が楕円形状になったものを円形に修正することができる。
また、電圧印加量を調節することにより、ｘ軸方向の光の成分が見る屈折率とｙ軸方向の光の成分が見る屈折率が異なる状態にすることができ、このような状態に置いては導波路から出射される光のｙ方向成分（ＴＥモード）とｘ方向成分（ＴＭモード）との間に位相差が生じることになり、電圧の印加量によって調節することが可能である。
次に上述の（２）の方法で電圧を印加した際の効果を図２８に示す。この際には電圧印加に伴う導波路上に有効的に作用を及ぼす電界成分はｘ方向となる。
なお、この場合において初期の状態では▲１▼の方向に電圧が掛かっており、導波路化に伴い楕円化した状態を円形に戻してあるものとする。
この状態においては楕円の長軸、及び短軸方向は元の座標系から４５°傾いた状態に配置され、屈折率の変化量は印加電圧Ｖｃに比例する。
この状態において、電圧印加に伴う楕円の変化の差がある一定量になった場合（屈折率の差に起因する楕円の長軸方向成分と短軸方向成分の位相差がπｒａｄになった場合）、ＴＥモード（ｙ軸方向）で入射された光は完全にＴＭモード（ｘ軸方向）に変換される。
また、逆にＴＭモードで入射された光はＴＥモードに変換される。位相差がπｒａｄでない他の値の場合においてはＴＥ（ＴＭ）モードで入射された光の一部分がＴＭモードに変換されることになり、電圧印加量によってＴＥ−ＴＭモード変換の度合いを調節できることになり、モード変換器として機能する。
（対象特許では説明に用いた方法とは電圧の印加方法は異なるが、このような原理を用いてＴＥ−ＴＭモード変換機として機能させている）
モード変換器としての動作用件をまとめると
（１）ｙ方向の電界成分は導波路化に伴う楕円化した屈折率の状態を円に戻す量を印加
（２）ｘ方向の電界成分は起こしたいモード変換の度合いに応じて量を調節する
また、ｙ方向の電界を発生させる電圧をＶｓ、ｘ方向の電界を発生させる電圧をＶｃとすれば
Ｖｓ＝Ｖｂ（Ｖｂ：定数（導波路化に伴う楕円化した屈折率の状態を円に戻す電圧））
Ｖｃ＝Ｖｃ（値はモード変換を起こしたい度合いにより調整）
次に、ＬＮ導波路型偏波コントローラを波長板として利用する場合について説明する。
一般的に波長板とは光が伝播する方向に対して光の偏光状態により２つの屈折率を持ったものであり、光が波長板に入射された際には、波長板に固有の２つの偏光状態の間に固定の位相差を付与することができる光学素子である。
（光の偏光状態を他の偏光状態に変換するために使用し、最も一般的なものは水晶（ＬＮでも可）を板状に加工したものである。（図２９参照。）
また、任意の入射偏光状態から他の任意の偏光状態に変換するには、波長板を回転接続することにより実現することが、可能であるため、複数の（Ｃ軸）回転角が回転可能な波長板を用いることにより、任意の偏光変換が可能な偏波コントローラを実現することができる。
波長板として動作させる際にもｘ方向の電界成分とｙ方向の電界成分を印加することにより実現することができる。しかし、波長板として動作をさせる際には波長板の特徴を示すパラメータである二つの軸間の固定された位相差と回転角度を設定する必要があるため（図３０参照。）、電圧の印加量はモード変換器とは異なる。
モード変換器においてはｙ軸方向の電界成分はＴＥ−ＴＭモード間の屈折率差を補正し、楕円の形状を円にする量を印加する必要があるが、波長板として動作させるためには求める位相差と回転角度に応じて、ｘ方向の電界成分と連動してｙ方向の電界成分を調節する必要がある。
逆に言えば波長板として動作をさせる為には波長板の回転量に応じてｙ方向の電界印加量は楕円を円する電界印加量からズレた値にする必要がある。
また、同様にｙ方向の電界を発生させる電圧をＶｓ、ｘ方向の電界を発生させる電圧をＶｃとすれば
Ｖｓ＝（Δφ／π）・Ｖπ・ｃｏｓ（２θ）＋Ｖｂ
Ｖｃ＝（Δφ／π）・ＶＯ・ｓｉｎ（２θ）
となる。ここでΔφ、θは波長板の位相差、及び角度であり、ＶＯ、Ｖπ、Ｖｂ（Ｖｂの値はＢ．と同様で導波路化に伴う楕円化した屈折率の状態を円に戻す電圧）は定数である。
以上のように、従来のＰＭＤエミュレータにおいては、多数のＤＧＤセクションが必要であり装置が複雑で高価になったが、本発明のＰＭＤエミュレータでは、非常に少ないＧＤＧセクションを有するシンプルで安価な装置によって、ＰＭＤ特性を得ることができる。
また、本発明のＰＭＤエミュレータを用いれば、シュミレーションによって得られた制御パラメータに基づいて制御することによって、ある時間における所望のＤＧＤ値，ＳＯＰＭＤ値を発生させ、モニタすることが可能である。
また、本発明のＰＭＤエミュレータにおいては、各ＧＤＧセクションのＰＭＤ特性を変えることなく、偏波回転子を精密に制御することによって、平均ＧＤＧを可変にすることが可能である。
また、本発明のＰＭＤエミュレータによれば、偏波コントローラは、フアラデー回転子が配置されてなるので、少ない消費電力で偏波回転を制御することが出来る。また、フアラデー回転子は、ガーネット結晶を使用しているため、ＹＶＯ４、ＬｉＮｂｏ３と比べ、挿入損失を小さくすることができる。
また、本発明のＰＭＤエミュレータでは、ひとつの制御装置で温度制御を行うことによって位相を変化させ、ＧＤＧセクションの接続角度を固定したままＰＤＭをエミュレートすることが可能であり、従来に比べて非常にシンプルで安価な装置で、ＰＤＭ特性を得ることができる。
更に、本発明のＬＮ導波路型偏波コントローラを、モード変換器や波長板として適用することができる。
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象光を入射する入側光ファイバと、
前記測定対象光を出射する出側光ファイバと、
Ｍ（Ｍは２以上の整数）基のＤＧＤセクションと（Ｍ−１）個の偏波回転子とが交互に接続され、両端にＤＧＤセクションが配置された第１の偏波回転部と、
Ｎ（Ｎは２以上の整数）基のＤＧＤセクションと（Ｎ−１）個の偏波回転子とが交互に接続され、両端にＤＧＤセクションが配置された第２の偏波回転部と、
任意の偏波状態から任意の偏波状態へ変更する任意−任意偏波コントローラと、
が備えられ、
前記入側光ファイバと前記第１の偏波回転部の入側のＤＧＤセクションとが接続され、前記第１の偏波回転部の出側のＤＧＤセクションと前記任意−任意偏波コントローラの入側の接続点とが接続され、前記任意−任意偏波コントローラの出側の接続点と前記第２の偏波回転部の入側のＤＧＤセクションとが接続され、前記第２の偏波回転部の出側のＤＧＤセクションと前記出側光ファイバとが接続されたことを特徴とするＰＭＤエミュレータ。
【請求項２】
前記偏波コントローラが、偏波位相子の両端に偏波回転子が接続されたことを特徴とする請求項１に記載のＰＭＤエミュレータ。
【請求項３】
前記Ｍの値が２であり、前記Ｎの値が２であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＰＭＤエミュレータ。
【請求項４】
シミュレーションにより求められた制御パラメータに基づいて前記偏波回転子を制御することによって、所望のＰＭＤ値を発生させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のＰＭＤエミュレータ。
【請求項５】
前記ＤＧＤセクションのＤＧＤ特性を変えることなく、前記偏波回転子を制御することによって、平均ＧＤＧを変化させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のＰＭＤエミュレータ。
【請求項６】
４０個以上のＤＧＤセクションをランダムな相対角度で接続し、その全体に温度変動を与える温度制御機構を備えたことを特徴とするＰＭＤエミュレータ。
【請求項７】
前記ＤＧＤセクションに、正規分布に従った、異なるＤＧＤ値を持たせたことを特徴とする請求項６に記載のＰＭＤエミュレータ。
【請求項８】
ＤＧＤ値の正規分布の標準備差が、その正規分布の平均値の２０％であることを特徴とする請求項７に記載のＰＭＤエミュレータ。
【請求項９】
前記ＤＧＤセクションが偏波保持ファイバまたは一軸性複屈折結晶であることを特徴とする請求項６から８の何れか１項に記載のＰＭＤエミュレータ。
【請求項１】
測定対象光を入射する入側光ファイバと、
前記測定対象光を出射する出側光ファイバと、
Ｍ（Ｍは２以上の整数）基のＤＧＤセクションと（Ｍ−１）個の偏波回転子とが交互に接続され、両端にＤＧＤセクションが配置された第１の偏波回転部と、
Ｎ（Ｎは２以上の整数）基のＤＧＤセクションと（Ｎ−１）個の偏波回転子とが交互に接続され、両端にＤＧＤセクションが配置された第２の偏波回転部と、
任意の偏波状態から任意の偏波状態へ変更する任意−任意偏波コントローラと、
が備えられ、
前記入側光ファイバと前記第１の偏波回転部の入側のＤＧＤセクションとが接続され、前記第１の偏波回転部の出側のＤＧＤセクションと前記任意−任意偏波コントローラの入側の接続点とが接続され、前記任意−任意偏波コントローラの出側の接続点と前記第２の偏波回転部の入側のＤＧＤセクションとが接続され、前記第２の偏波回転部の出側のＤＧＤセクションと前記出側光ファイバとが接続されたことを特徴とするＰＭＤエミュレータ。
【請求項２】
前記偏波コントローラが、偏波位相子の両端に偏波回転子が接続されたことを特徴とする請求項１に記載のＰＭＤエミュレータ。
【請求項３】
前記Ｍの値が２であり、前記Ｎの値が２であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＰＭＤエミュレータ。
【請求項４】
シミュレーションにより求められた制御パラメータに基づいて前記偏波回転子を制御することによって、所望のＰＭＤ値を発生させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のＰＭＤエミュレータ。
【請求項５】
前記ＤＧＤセクションのＤＧＤ特性を変えることなく、前記偏波回転子を制御することによって、平均ＧＤＧを変化させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のＰＭＤエミュレータ。
【請求項６】
４０個以上のＤＧＤセクションをランダムな相対角度で接続し、その全体に温度変動を与える温度制御機構を備えたことを特徴とするＰＭＤエミュレータ。
【請求項７】
前記ＤＧＤセクションに、正規分布に従った、異なるＤＧＤ値を持たせたことを特徴とする請求項６に記載のＰＭＤエミュレータ。
【請求項８】
ＤＧＤ値の正規分布の標準備差が、その正規分布の平均値の２０％であることを特徴とする請求項７に記載のＰＭＤエミュレータ。
【請求項９】
前記ＤＧＤセクションが偏波保持ファイバまたは一軸性複屈折結晶であることを特徴とする請求項６から８の何れか１項に記載のＰＭＤエミュレータ。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０２９６９９
【国際公開日】平成１６年４月８日（２００４．４．８）
【発行日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５３９４９９（Ｐ２００４−５３９４９９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１２１５０
【国際出願日】平成１５年９月２４日（２００３．９．２４）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年４月８日（２００４．４．８）
【発行日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１２１５０
【国際出願日】平成１５年９月２４日（２００３．９．２４）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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