CN101971530A - 光通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光通信系统，其具有下述构造，即，可以使用PBGF作为光传输路径，并且通过使用PBGF可以进行大容量的信息传输。该光通信系统(1)具有光发送部(10)、光接收部(20)、以及光传输路径(30)。光发送部(10)将相位调制或者光频率调制后的信号光向光传输路径(30)输出。光传输路径(30)将从光发送部(10)输出的信号光向光接收部(20)传输。光接收部(20)接收从光发送部(10)经由光传输路径(30)传输来的信号光。光传输路径(30)包含光子带隙光纤，该光子带隙光纤具有中空纤芯。

Description

光通信系统
技术领域
本发明涉及一种光通信系统。
背景技术
在现有的光通信系统中，通常作为铺设在输出信号光的光发送器和接收信号光的光接收机之间的光传输路径，使用具有单一纤芯的单模光纤(以下，称为通常光纤)。
在将上述通常光纤用于光传输路径的光通信系统中，作为高效地使传输容量增大的通信方式，采用对彼此波长不同的多个频道的信号光进行发送/接收的波分多路复用(Wavelength DivisionMultiplexing，以下称为“WDM”)传输。
专利文献1：日本特开2005-110256号公报
专利文献2：日本特开2007-288591号公报
专利文献3：日本特开2007-129755号公报
非专利文献1：村尾覚志、他、「実効的単一モ一ド
Figure BPA00001221771400011
低損失中空コアフオトニツクバンドギヤツプフアイバの設計」、2007年電子情報通信学会
Figure BPA00001221771400012
合大会、C-3-51
非专利文献2：武笠和則、他、「DWDM伝送用フオトニツクバンドギヤツプフアイバ(PBGF)に関する検討」、2007年電子情報通信学会
Figure BPA00001221771400013
合大会、C-3-52
非专利文献3：Optics Express，Vol.16，No.2，pp.753-791，21January 2008
发明内容
发明人对现有的光通信系统进行研究，其结果，发现下述课题。在通常光纤的光传输路径中，由于难以大幅度降低损耗，所以为了实现传输距离的长距离化，必须使向光传输路径输入的光功率增加。但是，输入光功率的增大会引起使用通常光纤的传输路径中的非线性光学现象的发生。因此，在现状下，广泛进行对光传输路径的低损耗化、低非线性化的研究。在专利文献1中提出了利用预增强等手段，缓和非线性的影响。但是，上述手段的追加使该光通信系统的结构更复杂，另一方面，非线性缓和效果不一定完善。
另外，如果仅着眼于低损耗、低非线性性的光传输介质这一观点，则具有中空纤芯的光子带隙光纤(Photonic Band Gap Fiber，以下称为“PBGF”)也可以成为光传输路径的候选，但难以使用PBGF作为WDM传输用的光传输路径。
另外，PBGF通过利用构成包层的二维周期构造的光子晶体的光子带隙，将光封闭在中空纤芯中，从而可以对该光进行传导。对于上述PBGF，研究开发出如下光纤，其通过使除了中空纤芯以外的石英玻璃部分的光功率比率为极小(小于或等于整体光功率的1％)，而实现具有低非线性光学特性及低损耗传输特征的光传输路径(参照非专利文献1、2)。例如，在非专利文献1中提出一种理论上的传输损耗小于或等于10-3dB/km的PBGF。另外，在非专利文献2中提出一种理论上的传输损耗小于或等于10-2dB/km的PBGF。
但是，虽然PBGF的最低损耗值可能与通常光纤相比较小，但PBGF的低损耗的波长频带宽度存在与通常光纤相比较窄的倾向。例如，如果在损耗小于或等于1dB/km的波长频带中进行比较，则通常光纤为1.0～1.7μm程度范围的宽度，与此相对，非专利文献1、2所记载的PBGF为0.2μm程度的宽度。因此，在作为光传输路径而使用PBGF的情况下，在现有的光传输系统中，难以以较宽的波长范围进行WDM传输。
本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，提供一种具有下述构造的光通信系统，即，可以使用PBGF作为光传输路径，并且通过使用PBGF而可以进行大容量的信息传输。
本发明所涉及的光通信系统至少具有光发送部和光传输路径。光发送部输出对相位或者光频率进行调制后的信号光。光传输路径包含具有中空纤芯的光子带隙光纤，对从光发送部输出的信号光进行传输。
在本发明所涉及的光通信系统中，优选光发送部对信号光的各个副载波进行相位调制，并且在通过OFDM进行多载波调制后，将该信号光输出。另外，信号光的相位或者光频率的调制与对各个副载波进行相位调制相对应，将上述调制后的各个副载波复用化这一点与进行多载波调制相对应。另外，OFDM是在频率轴上确保各副载波的正交性而不使各副载波互相影响的方法。在此情况下，通过多载波调制，可以使光通信系统的传输容量进一步增大。另外，通过使用具有中空纤芯的光子带隙光纤，可以避免在OFDM中可能成为问题的由较大的峰值对平均值功率比和光纤的非线性性导致的传输性能的劣化。
在本发明所涉及的光通信系统中，优选光发送部也对信号光的振幅进行调制，并输出该信号光。优选光发送部以超过2值的多值对信号光进行调制。优选光发送部对包含在光子带隙光纤的低损耗波长频带中的大于或等于2个波长的信号光进行复用化。另外，优选光子带隙光纤的向中空纤芯射入的信号光的功率封闭率大于或等于99％。
另外，在将通常光纤用于光传输路径的现有光通信系统中，难以通过振幅调制、相位调制、频率调制等进行各信号频道的多值化。即，在通常光纤的光传输路径中，由于难以大幅度地降低损耗，所以如果利用振幅调制进行多值化，则无法确保充分的SN比。另外，在通常光纤的光传输路径中，由于难以大幅度降低非线性性，所以如果利用相位调制、频率调制进行多值化，则在由非线性性引起的自相位调制(SPM)及频率线性调频脉冲的影响下，无法确保充分的SN比。
发明的效果
根据本发明所涉及的光通信系统，通过在光发送部中实施信号光的相位调制或者频率调制，可以使用PBGF作为光传输路径，通过使用该PBGF，可以实现上述课题所指出的大容量的信息传输。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的光通信系统的一个实施方式的结构的图。
图2是作为包含在本实施方式所涉及的光通信系统中的光传输路径，而示出光子带隙光纤(PBGF)的构造的剖开斜视图。
符号的说明
1…光通信系统、10…光发送部、20…光接收部、30…光传输路径。
具体实施方式
下面，参照附图，详细说明本发明所涉及的光通信系统的各实施方式。另外，在附图的说明中，对于相同要素、相同部位标注相同标号，省略重复的说明。
图1是表示本发明所涉及的光通信系统的一个实施方式的结构的图。图1所示的光通信系统1具有：光发送部10；光接收部20；以及光传输路径30，其设置在上述光发送部10及光接收部20之间。
光发送部10将对相位或者光频率进行调制后的信号光向光传输路径30输出。光发送部10也可以还对信号光的振幅进行调制，并将该信号光向光传输路径30输出。而且，优选光发送部10以超过2值的多值对信号光进行调制。光传输路径30将从光发送部10输出的信号光向光接收部20传输。光接收部20接收从光发送部10经由光传输路径30传输来的信号光。
光传输路径30包含光子带隙光纤而构成，该光子带隙光纤具有中空纤芯。图2是作为包含在图1所示的光通信系统1中的光传输路径30，而示出光子带隙光纤(PBGF)2的构造的剖开斜视图。
如图2所示，光子带隙光纤2由线状的石英玻璃构成，在一端具有端面2c，在另一端具有端面2d。另外，光子带隙光纤2具有空孔2a及2b。在与光子带隙光纤2的长度方向(即，光轴方向A)交叉的截面的中心部分处，形成1个空孔2a。另外，空孔2a在光子带隙光纤2的内部沿光轴方向延伸，从端面2c向端面2d贯穿。另一方面，空孔2b在空孔2a的周围形成多个。另外，空孔2b分别在光子带隙光纤2的内部沿光轴方向延伸，从端面2c向端面2d贯穿。
空孔2b在与光子带隙光纤2的长度方向(即，光轴方向A)交叉的截面上以实现光子晶体构造的排列及间隔而形成。由此，在空孔2a的周围产生作为光的禁带的光子带隙，从而可以将激光L封闭在空孔2a内及其附近。其结果，向光子带隙光纤2中射入的激光L主要在空孔2a内传输。该空孔2a为中空纤芯。
优选光发送部10将包含在光子带隙光纤2的低损耗波长频带中的大于或等于2个波长的信号光复用化，将如上述所示复用化后的信号光向光传输路径30输出。另外，优选光子带隙光纤2的向中空纤芯中射入的信号光的功率封闭率大于或等于99％。
在利用石英玻璃构成的PBGF中，如果使向中空纤芯(空孔2a)部分射入的信号光的功率封闭率大于或等于99％(即，向石英玻璃部分射入的信号光的功率流失率小于或等于1％)，将中空纤芯部分利用减压后进行密封等手段保持为接近真空的状态，则可以使非线性性小于或等于1/100。另外，在上述条件下，对于损耗，也可以使其小于或等于材料固有损耗的1/100。关于损耗，还存在下述主要原因，即，由于光子带隙构造设计而引起的封闭损耗、以及在中空纤芯部分和石英玻璃部分之间的界面处产生的散射损耗等。但是，通过减少这些主要原因，可以使损耗小于或等于现有光纤的损耗的1/10。
在本实施方式所涉及的光通信系统1中，作为信号光的多值调制，考虑将16值的振幅调制和16值的相位调制组合的情况。作为光传输路径30使用的PBGF，在损耗以及非线性性这两个方面小于或等于通常光纤的1/10。因此，即使最大振幅以及最大相位变化量与现有的光通信系统相同，也可以确保传输所需要的SN比。因此，与进行振幅或者强度的2值调制的通常的光通信系统相比，本实施方式所涉及的光通信系统可以在相同的符号率下实现8倍的比特率(log2(16×16))。
作为一个例子，在40G符号/秒的情况下，在上述例子中成为320Gbps的传输容量。并且，PBGF与通常光纤相比，虽说存在低损耗的波长频带较窄的倾向，但由于足以确保几十nm的传输波长频带，所以也具有实现WDM传输的可能性。作为一个例子，如果在40G符号/秒、振幅为16值、相位为16值的条件下，实施波长间隔0.4nm、波长频带宽度80nm(即，200个波)的WDM传输，则作为系统整体，每一根PBGF的传输容量为64Tbps。
下面，作为PBGF，考虑以下的2种PBGF-1以及PBGF-2，对于每一个波长的传输容量，与现有通常的单模光纤(Single ModeFiber，以下称为“SMF”)进行比较。对于PBGF-1，向中空纤芯部分射入的光功率的封闭率为大于或等于90％，在波长为1.55μm时损耗为0.2dB/km，非线性常数为2×10-11/W。对于PBGF-2，向中空纤芯部分射入的光功率的封闭率为大于或等于99％，在波长为1.55μm时损耗为0.012dB/km，非线性常数为2×10-12/W。另外，对于SMF，在波长为1.55μm时损耗为0.2dB/km，非线性常数为3×10-10/W。另外，非线性常数是利用2次折射率n2和有效截面积Aeff的比(n2/Aeff)进行表示的。
在作为光传输路径使用SMF的情况下，通过振幅调制或者相位调制，足以实现每一个波长40Gbps的传输容量。另一方面，如果将PBGF-1与SMF进行比较，则损耗相同，非线性性成为1/15。由此，对于PBGF-1，在与SMF相同的输入功率的情况下，可以使由光纤的非线性性引起的相位噪声成为1/15。因此，在相位调制的情况下，即使进行16值的多值化，也可以在与使用SMF的情况相同的符号率(→40G符号/秒)下，维持相同程度的传输品质。因此，通过使用PBGF-1进行16值的相位调制，可以实现每一个波长160Gbps的光通信系统。
另外，在容许与使用SMF的情况相同的相位噪声的情况下，向PBGF-1输入的功率可以被容许至SMF的15倍，在振幅调制的情况下，光SN比也改善15倍。这意味着：即使在振幅调制的情况下进行16值的多值化，在与使用SMF的情况相同的符号率(即，40G符号/秒)下，也维持相同程度的传输品质。因此，通过使用PBGF-1进行16值的振幅调制，可以实现每一个波长160Gbps的光通信系统。
对于PBGF-2，除了非线性性以外，损耗也成为SMF的1/16程度。由此，在与SMF相同的输入功率的情况下，可以使由光纤的非线性性引起的相位噪声成为1/16程度，并且将振幅调制中的光SN比也改善16倍程度。另外，使输入光功率成为16倍与在输入光功率相等的状态下使损耗成为1/16是等价的。其结果，可以在与使用SMF的情况相同的符号率下，维持相同程度的传输品质，同时与16值的相位调制、16值的振幅调制相对应，通过将两者组合，可以实现每一个波长320Gbps的光通信系统。
作为对光的相位以及振幅进行调制的方式的一个例子，可以举出非专利文献3及专利文献2所记载的QAM。在文献1的图8中，相对于原点的距离与光的振幅相对应，相对于横轴(I轴)的角度与光的相位相对应，在图8所图示的8-QAM的情况下，振幅为2值，相位相对于各振幅为4值(90度间隔)，作为整体进行8值(3比特)的调制。另外，在专利文献2的图3中，公开了16值(4比特)的调制的例子。
在非专利文献3的图9中，针对包含QAM在内的多种调制方式，公开了频率利用效率(Spectral Efficiency)与每比特的所需SN比(SNR per bit)的关系。在任意调制方式中，均为复用度(与非专利文献3的表6中的Constellation Size M对应)越大，频率利用效率越提高，但与此相伴，每比特的期望SN比也增大。如果与其他调制方式进行比较，则对于QAM，用于实现相同频率利用效率的每比特的期望SN比最小，在这个方面可以说是效率高的调制方式。另一方面，在QAM中，Constellation Size M超过4的情况下，也无法避免每比特的期望SN比的增大。
与此相对，在本实施方式所涉及的光通信系统中，通过将低非线性且低损耗的具有中空纤芯的光子带隙光纤用作光传输路径，从而可以进一步增大入射光功率，或者进一步减小入射光功率的衰减，因此可以改善SN比。
另外，如非专利文献3的pp.785-789的记载所示，在对光的相位以及振幅进行调制的基础上，进一步通过OFDM进行复用化，也可以实现光通信的传输容量增加。另一方面，如非专利文献3的p.798的最后部分的记载所示，在OFDM中，可能使峰值功率相对于平均值功率的比、即峰值对平均值功率比(PAR)变大，因此，有可能由于光纤的非线性性而导致传输性能的劣化。在专利文献3中公开了用于降低峰值对平均值功率比的方法的一个例子。但是，为了实现专利文献3的方法，必须进行该专利文献3中记载的处理、以及具有用于实现该处理的装置。
与此相对，在本实施方式所涉及的光通信系统中，通过将低非线性且低损耗的具有中空纤芯的光子带隙光纤用作光传输路径，即使不进行专利文献3中记载的处理等，也不会因光纤的非线性性而导致传输性能的劣化，可以利用OFDM实现复用化。

Claims (6)

1.一种光通信系统，其具有：
光发送部，其输出对相位或者光频率进行调制后的信号光；
光传输路径，其包含具有中空纤芯的光子带隙光纤，对从所述光发送部输出的信号光进行传输。
2.根据权利要求1所述的光通信系统，其中，
所述光发送部对所述信号光的各个副载波进行相位调制，并且在通过OFDM进行多载波调制后，将该信号光输出。
3.根据权利要求1或2所述的光通信系统，其中，
所述光发送部也对所述信号光的振幅进行调制。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光通信系统，其中，
所述光发送部以超过2值的多值对所述信号光进行调制。
5.根据权利要求1所述的光通信系统，其中，
所述光发送部对包含在所述光子带隙光纤的低损耗波长频带中的大于或等于2个波长的信号光进行复用化。
6.根据权利要求1所述的光通信系统，其中，
所述光子带隙光纤的向中空纤芯射入的信号光的功率封闭率大于或等于99％。
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