JP2002243967A - 分散補償光導波路ファイバ - Google Patents
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Abstract
バを1550nm帯で使用した場合の分散を補償する分散補償
光ファイバと伝送システムを提供する。 【解決手段】 分散補償光ファイバは、−20ps/nm-kmよ
りも負方向に大きい分散及び1520〜1565nm領域内の波長
における1dB/kmよりも小さい減衰を与え得る。それら
の分散補償ファイバのうちのあるものは、伝送ファイバ
の分散対波長傾斜を補償するために、前記の波長領域内
で負の傾斜を有する分散対波長関係をも呈示する。その
構造の一例は、中央コア領域50とクラッド51から構
成され、中間クラッドよりも低い屈折率を有するコアモ
ート領域55と、中央コア領域とクラッドの中間の屈折
率を有するコアリング領域52を含む。この分散補償フ
ァイバは、それによる付加損失の低減のための補償器を
形成するために、ファイバ増幅器と結合されうる。1つ
の実施例では、分散補償ファイバは分布ファイバ増幅器
である。
Description
波長とは実質的に異なる伝送リンク上における低分散且
つ低減衰である単一モード伝送のためのシステム及びそ
のシステムに用いられる装置に関する。
重大な要因は減衰である。シリカをベースとした光ファ
イバの設計及び製造においては、光ファイバの減衰性能
は1970年代では20dB/kmであったのが今日では理論的最
小値に近い値まで改善されており、1310nmでは約0.35dB
/kmであり、また1550nmでは約0.2dB/kmである。
イバ増幅器が公知であり、そして最近では種々の商用シ
ステムが利用できるようになっている。例えば、1988年
12月1日発行のアプライド・オプティクス(APPLIED OP
TICS)誌第27巻第23号のアーミテージ(Armitage)氏に
よる「3-レベルファイバ増幅器:理論モデル(Three-l
evel fiber laser amplifier:a theoretical mode
l)」、及びそこで引用されている文献を参照された
い。これらのファイバ増幅器は、ファイバの減衰に基因
するリンク長制限を実質的に軽減することが出来る。今
日までのところ、唯一の実用ファイバ増幅器は1520から
1565nmの近辺で動作し、その範囲ではEr3+ドーパン
ト・イオンに遷移が存在する。
形成する光ファイバにおける材料分散及び導波路分散に
基因して生ずる全色分散(total chromatic dispersio
n)である。ガラスファイバ導波路中での光の速度はそ
の光の波長の関数であるから、分散はある範囲の波長を
含むパルスに対するパルス拡散の原因となる。パルスの
拡がりはファイバ分散、ファイバ長さ、及び光源のスペ
クトル幅の関数である。光源の波長の範囲が非常に狭い
システムでも、すべての光源の波長範囲が例えばレーザ
ー光源チャープに基因してある程度は拡がる。
ド・ファイバでは、全色分散対波長のグラフは主として
材料分散の関数であり、正の傾斜をもったほぼ直線の曲
線として描くことができる。この曲線はほぼ1310nmで零
交差を有し、1550nmにおいて約15ps/nm-kmの値に達す
る。カリフォルニア州サンディエゴのアカデミックプレ
ス社(Academic Press,Inc.)から1989年に出版されて
いるアグラワル(Agrawal)氏による「非線形ファイバ
光学(Nonlinear Fiber Optics)」の第11頁を参照され
たい。このような従来のファイバでは、分散がほぼ零と
なる1310nm付近で帯域幅が最大となる。これらの従来の
ファイバは1310nm付近での動作のために最適化されてい
る(以下では、1310nm動作での最適化と称する)と言わ
れている。
の単一モード・ファイバにおける最小理論減衰は1550nm
の領域にあって、これはレイリー散乱及び赤外線吸収に
基因する。伝送が1310nmで行われる場合には、標準のス
テップ・インデックスファイバは、1550nmにおける理論
最小値の約1.75倍の減衰を有する。標準のステップ・イ
ンデックス光ファイバが実質的な分散を生ずる1550nmに
おける伝送では、分散の効果が減衰上の利益を上回るか
ら、リンク長は分散で制限される。
tal performance)が分散と減衰との両方の関数である
とき、1550nmにおける分散を最小限に抑えて、その波長
範囲における最小減衰を利用するための種々の試みがな
されている。分散対波長曲線の零交差を1550nm領域にシ
フトする種々の「分散シフト」ファイバ設計(“disper
sion-shifted”fiber designs)が開発されている。例
えば、1979年6月7日発行のエレクトロニクス・レターズ
(ELECTRONICS LETTERS)誌第15巻第12号第334及び335
頁のコヘン(Cohen)、リン(Lin)及びフレンチ(Fren
ch)氏の寄稿、バガバチューラ(Bhagavatula)氏の米
国特許第4、715、679号、1982年1月発行のオプティクス
・レターズ(OPTICS LETTERS)誌第43乃至45頁のサイフ
ィ(Saifi)氏等による「三角形プロファイルシングル
モードファイバ(Triangular-profile single-mode fib
er)」、オーハシ(Ohashi)氏等の米国特許第4,755,02
2号、1986年2月のオプティカル・ファイバ通信学会会
議(Conference on OpticalFiber Communication)にお
けるテクニカル・ダイジェストのWF1のバガバチューラ
(Bhagavatula)氏による「分散シフト及び分散平坦化
シングルモード設計(Dispersion-shifted and dispers
ion-flattened single-mode designs)」、及び1987年
半導体デバイス材料国際会議記録(National Conferenc
e Record 1987,Semiconduct or Devices and Materials
, I.E.I.C.E)の第2乃至217頁のタナカ(Tanaka)氏
らによる「デュアルシェープ型屈折率分布を有する低損
失分散シフトファイバ(Low-Loss Dispersion Shifted
Fiber with Dual Shape RefractiveIndex Profile)」
を参照されたい。これらの分散シフトファイバは分散対
波長曲線を全体として右方に(長い波長の方向へと)シ
フトさせるために負の導波路分散を生ずる特別の屈折率
分布に基づいている。
で零分散交差を有する種々の「分散フラット」ファイバ
(“dispersion flattened”fibers)が設計されてい
る。例えば上述したバガバチューラ氏の米国特許及び上
記文献、更に、1979年10月25日付けエレクトロニクス・
レターズ(ELECTRONICS LETTERS)誌第15巻第22号第729
乃至731頁のオカモト(Okamoto)氏等による「シングル
モードファイバにおける広帯域に亘る分散の最小化(Di
spersion minimization in single-mode fibersover a
wide spectral range)」、オカモト(Okamoto)氏等に
よる米国特許第4,525,027号、コヘン(Cohen)
氏等による英国特許第2,116,744号、1982年11月25日付
けエレクトロニクス・レターズ(ELECTRONICS LETTER
S)誌第18巻第24号第1023及び1024頁のコヘン(Cohen)
氏等による「1.28μm-1.65μmの波長範囲に亘り2ps/km
-nm以下の分散を有する低損失4部分-クラッドシングル
モードファイバ(Low-loss Quadruple-clad single-mod
e lightguides with dispersion below 2 ps/km-nm ove
r the 1.28μm- 1.65μmwavelength range)」、1983年
2月28日付けオプティカル・ファイバ通信学会会議(Co
nference on OpticalFiber Communication)におけるテ
クニカル・ダイジェストのMF4のコヘン(Cohen)氏等に
よる「超広帯域シングルモードファイバ(Ultrabroadba
nd single-mode fibers)」、1983年のプロシーディン
グスSPIE(Proc.SPIE)第425巻第28乃至32頁のコヘ
ン(Cohen)氏等による「シングルモードファイバを形
成するための系統的アプローチ(A systematic approac
h to fabricating single-mode lightguides)」、1983
年のプロシーディングスSPIE(Proc.SPIE)第425巻
第55乃至62頁のシアース(Sears)氏等による「シング
ルモードファイバにおける分散スペクトルの軸方向均一
性の測定(Measurements of the axial unifotmityof d
ispersion spectra in single-mode fibers)」、ユン
ガー(Unger)氏の米国特許第4,691,991号、1983年10月
13日付けエレクトロニクス・レターズ(ELECTRONICS LE
TTERS)誌第19巻第21号第885及び8864頁のフランセイス
(Francois)氏の「4部分−クラッドファイバにおける
分布機構:モード結合、分散及び純曲げ損失(Propagat
ion Mechanisms in Quadruple-clad fibers:mode coupl
ing,dispersion and pure bend losses)」、及びシゲ
マツ(Shigematsu)氏等の欧州公開特許公報第0283748
号を参照されたい。
イバは零交差の付近で傾斜が低下し、それによって伝送
波長の近傍における比較的広い波長範囲において低分散
伝送を可能にするという利点をも有していることを開示
している。例えば、オカモト(Okamoto)氏等の米国特
許第4,372,647号及びラザイ(Lazay)氏等の米国特許第
4,439,007号を参照されたい。
00nmから1550nmまでの範囲内の波長において僅かに負の
全分散を生ずる。1983年4月25日付けエレクトロニクス
・レターズ(ELECTRONICS LETTERS)誌第19巻第9号第3
17及び318頁の。バガバチューラ(Bhagavatula)氏等に
よる「低損失・低分散セグメントコアシングルモードフ
ァイバ(Segmented-core Single-mode Fibers with Low
Loss and Low Dispersion)」において、図3には1300
nmで約−5ps/km-nmから1550nmで約−2ps/km-nmまで変
化する全分散対波長曲線を有する分散フラットファイバ
設計Cが示されている。この分散フラット設計は、必要
とされる分散補償ファイバの長さが伝送ファイバの長さ
の7〜8倍となるので、1550nmにおける分散補償のため
には実用的でない。同様の分散対波長曲線がリード(Re
ed)氏の米国特許第4,852,968号の第9欄第25乃至30行
目に記載されている。
(ELECTRONICS LETTERS)誌第7巻第4号第183及び185
頁のコヘン(Cohen)氏等による「シングルモードファ
イバにおける分散スペクトルの形の調整によるバンド幅
の制御(Tailoring the shapes of dispersion spectra
to control bandwithds in single-mode fiber)」で
はコンピュータ・シュミレーションによる「ダブル・ク
ラッド」ファイバ(“double-clad”fibers)における
分散フラット化に関して開示している。第85頁の図6
は、「短波長零交差が材料分散零交差よりも短い波長に
移動されうると考えられる」と著者が主張する1つのシ
ュミレートされたファイバ設計を含んでいる。零交差を
左へとシフトすることに加えて、このシュミレートされ
た設計は、1450nm波長領域における非常に急激な負の傾
斜と、この領域における−40ps/km-nmよりも小さい全色
分散を示している。コヘン(Cohen)氏等の米国特許第
4,435,040号では、第6欄第45〜54行目に図6に関する
比較開示を含んでいる。
とを示しているのか明らかではない。分散曲線が単にル
ーラーで延長されただけであれば、1550nmにおける値は
全体のスケールの数倍だけ図6の測定スケールからはず
れることになるであろう。ケース3のシュミレーション
は1310nmよりも小さい波長における零交差を生ずること
に関するものであるから、この文献には1550nmに関して
は開示されても暗示されてもいない。
ードファイバにおける分散スペクトルの形の調整による
バンド幅の制御」の文献から明らかなことは、全分散曲
線の傾斜の絶対値(約2ps/nm2-km)は、1310nmにおける
伝送に対して最適化された標準の単一モードファイバの
場合の全分散曲線の傾斜(それは約0.06ps/nm2-km)よ
りもはるかに大きいということである。この設計のファ
イバは1550nmの光を伝送しないと考えられる。このよう
なファイバは1dB/kmよりもはるかに大きい、非常に大
きな減衰を有するであろう。このシュミレートされたフ
ァイバは多くの理由で1550nmウインドウ(約1520nm−15
65nm)における分散補償ファイバとしては実用的ではな
いであろう。第1に、このファイバは1550nm領域におけ
る光を伝送しないであろう。なぜなら、非常に大きく負
方向に傾斜した分散対波長曲線を示すからであって、こ
の実際のファイバのベンドエッジ波長(bend-edge wave
length)は1520nmよりも大幅に低いと予想されるからで
ある。ここで、ベンドエッジ波長とは、真っ直ぐなファ
イバが基本モードを伝播しなくなる波長のことである。
も分散補償効果には大きな変化を生じさせ、故に、従来
の1310nm伝送リンクにおける正の分散を打ち消すのに必
要な分散補償ファイバの長さには大きな変化を生ずるこ
とになる。さらに、著者等はこれらの「考えられ得る」
シュミレートされたファイバを製造することの困難性を
認めており、「予想されうるように、ダブル・クラッド
光導波路の潜在的に魅力のある特性は、直径及び屈折率
差に厳しい較差を要求する」と述べている(第185頁、
第1欄、第1段)。
分散補償手段を有する伝送リンクに対する技術が提案さ
れている。コゲルニク(Kogelnick)氏等の米国特許第
4,261,639号は単一モード・ファイバ伝送システムにお
けるパルス分散を最小限におさえるための光パルス等化
技術に関するものである。(また、1980年11月発行のオ
プティクス・レターズ(OPTICS LETTERS)誌第5巻第5
号第476乃至478頁のリン(Lin)、コゲルニク(Kogelni
ck)及びコヘン(Cohen)氏による「1.3-1.7μmスペク
トル領域におけるシングルモードファイバの低分散伝送
の光パルス等化(spectral region“Optical-pulse equ
alization of low-dispersion toransmission in singl
e-mode fibers in the 1.3-1.7μm spectral region)
をも参照されたい。)かかるコゲルニク(Kogelnick)
氏のシステムでは、伝送ファイバの負の分散がイコライ
ザ・ファイバの正の分散によって打ち消される。2本の
ファイバの長さはそれらの分散値の比に基づいて整合さ
れる。
いる実施例(第4欄第26〜56行目)では、1560nmで最
小分散を有する100kmの伝送ファイバを通じて1550nmに
おいて5nmのスペクトル幅を有する信号の伝送であっ
て、(−0.8ps/nm-km)(100km)(5nm)=−400psecの
分散を生じる。1350nmの単一モード・ファイバがイコラ
イザ・ファイバとして意図されており、かつ1550nmにお
けるそれらの分散は約16ps/nm-kmであるから、5kmの長
さのイコライザ・ファイバで400psecの分散を生じ、か
つそれによって合成リンクにおける全分散を打ち消して
零にする。
おいて記載されている実施例は、1510nmで零分散を有す
る1kmファイバと、1320nmで零分散を有する0.76kmファ
イバを伴った伝送リンクである。この合成ファイバの場
合の全分散曲線の零交差は1420nmと測定される。上記米
国特許第4,261,639号のシステムは重大な問題を有して
いる。伝送ファイバの零分散波長と光源波長との差が小
さい場合には、前記特許で説明されているように、比較
的短い長さの市販のイコライザ・ファイバを使用するこ
とができる。しかしながら、上記リン氏等による文献に
おいて示されているように、波長の差が大きい場合に
は、それに伴って長い長さのイコライザ・ファイバが必
要とされ、リンク長が減衰で制限されるようになる。従
って、コゲルニク氏の考え方は、本発明が関係する基本
的な問題を解決することはできない。すなわち、1310nm
において零分散を有する伝送ファイバに対して1550nm光
源を利用した実用的な伝送システムを実現することはで
きない。
11月21日発行のエレクトロニクス・レターズ(ELECTRONI
CS LETTERS)誌第21巻第24号第1171及び1172頁のラーナ
ー(Larner)及びバガバチューラ(Bhagavatula)氏に
よる「シングルモードリンクにおける分散減少(Disper
sion Reduction in Single-mode-fiber links)」に記
載されている。このシステムでは、1310nmで零分散を有
する1km及び2.5kmの標準の単一モード・ファイバが、15
50nmで零分散を有する分散シフト・ファイバの60kmリン
クに付加され、そのリンクの零分散の波長を1541nmの光
源波長に向かってシフトさせている。改善された伝送性
能が測定されかつグラフ化されている。
補償技術であって、SiO2をベースとした光ファイバにお
ける分散を補償するためにフッ化物ガラスをベースとし
たファイバを用いることに関するものである。フッ化物
ガラスをベースとしたファイバの零分散波長は約2000nm
である。そこに記載された仮想の例では、伝送波長にお
いて合成リンクに対する零分散を実現するために、1320
nmにおいて零分散を有するSiO2をベースとした光ファイ
バ1kmが、2000nmにおいて零分散を有するフッ化物ガラ
スをベースとしたファイバ0.54kmと結合されている(第
6欄第24〜26行目及び第7欄第48〜59行目を参照された
い)。標準の分散規定を用いると、1550nmにおける標準
ファイバの分散は、約15ps/km-nmとなり、従ってフッ化
物ガラスファイバのそれは約−33ps/km-nmとなるであろ
う。(分散の定義に対する符号の付け方が異なっている
ために、上記米国特許第4,969,710号の図4と図5では
分散対波長のグラフが上下に反転していることに注目さ
れたい。本発明の目的に対しては、カリフォルニア州サ
ンディエゴのアカデミックプレス社(Academic Press,I
nc.)から1989年に出版されているアグラワル(Agrawa
l)氏による「非線形ファイバ光学(Nonlinear Fiber O
ptics)」の第10頁に示されている如く、米国で慣用さ
れている符号の付けかた及び分散方程式に従うものであ
る。
のイコライザ・ファイバよりも短い長さのフッ化物ガラ
スファイバを使用できるようにするが、上記米国特許第
4,969,710号で要求されているフッ化物ガラスファイバ
は現在一般に入手不可能であるという難点がある。欧州
特許公開公報第0089655号は約1600nmにおいて零材料分
散交差を有するフッ化物ガラス(62HfF4-33BaF2-5La
F3)で作成されたファイバに関するものである(図3参
照)。この欧州特許公開公報の図3は、このようなフッ
化物ガラスを用いた分散シフト・ファイバ分布では−10
ps/km-nmのように低い分散値が可能であり得ることを示
唆している。
されている。米国特許第4,750,802号は分散補償のため
のファイバ・ディレイライン・アレイに関するものであ
る。米国特許第4,768,853号は分散変換器として多モー
ドファイバのセグメントを用いた分散補償システムに関
するものである。米国特許第4,913,520号はレーザー出
力パルス幅を圧縮するために自己位相変調を用いるパル
ス圧縮技法に関するものである。米国特許第4,979,234
号は飽和半導体レーザー増幅器を用いたパルス圧縮技法
に関するものである。
明の第1の課題は約1310nmにおいて零分散を有する伝送
ファイバを通じて伝送するものであって、1550nmのウィ
ンドウ内に所定の波長の光源を利用した伝送システムの
設計及び実施である。今日敷設されているファイバ伝送
リンクのうちの圧倒的多数が約1310nmで零分散を有する
光ファイバを基礎としているから、この課題は商業的に
重要である。既存の標準的な単一モードの1310nmで最適
化された光ファイバ・ルートをより高い容量にアップグ
レード(up grading)することはロングホール(long-h
aul)通信提供者にとって非常に関心の高い問題であ
る。
一モード・ファイバを通じて伝送する1550nmシステムの
場合には、ファイバの約15ps/km-nmの正の分散レベルに
よって、40チャンネル(あるいはそれ以上の)50−500
MHz AMビデオ信号に歪みを生じさせ、かつリンク
長を5km以下に制限する。1990年9月のライトウェーブ
・テクノロジー誌(JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOG
Y)第8巻第9号第1379乃至1385頁のボダネル(Vodhane
l)氏等による「10Gb/sのASK、FSK及びDPSK光システム
における直変調DFBレーザの性能(Performance of D
irectly Modulated DFB Lasers in 10-Gb/s ASK, FSK,
and DPSK Lightwave Systems)」では、1550nmDFBレ
ーザーの直接強度変調及び直接検知を用いた10Gb/s伝送
実験において、標準の1300nm最適化ファイバを通じての
伝送は、許容できないビット・エラー・レートが生じな
いためには3km長さに制限されることを述べている。
対するアップグレード法は、増大されたデータ・レート
と(より長いスパン容量を介した)電子再生器サイトの
バイパス化の両方を含み、既存のファイバが新しい装置
を最少限に抑えてさらに効率的に使用できるようにする
ことであろう。1550nm波長ウィンドウ(約1520nm−1565
nm)では、エルビウムをドープした光ファイバ増幅器
(OFAs)が減衰損失制限を効果的に除去することが
できる。しかし、1310nm波長ウィンドウでは、光ファイ
バ増幅器は利用できない。
ノロジ・レターズ(IEEE PHOTONICSTECHNOLOGY LETTER
S)誌第2巻第8号第585乃至587頁のグナウク(Gnauc
k)氏等による「5Gb/s伝送システムにおけるファイバ
全色分散の光等化(Optical Equalization of Fiber Ch
romatic Dispersion in a 5-Gb/s Transmision Syste
m)」は、反射形ファブリーペロー干渉計を用いた分散
等化技法に関するものである。この文献はその等化処理
で6dBの損失を認めているが、その損失は光増幅によっ
て補償され得るかあるいは光サーキュレータを用いて軽
減され得る、と述べている(第2欄第1乃至5行目)。
学会(Society of Cable Television Engineers)の会
報(Proc.Manual)の第161乃至166頁のギセル(Gysel)
氏による「1550nm窓を使用したCATV用AM光伝送リ
ンク(CATV AM Optical Transmission Links Using the
1550 nm Window)」は、1310nmにおいて零分散を有す
る単一モード・ファイバでの1550nm伝送によって生ずる
分散を補償する電気的分散補償回路に関するものであ
る。この電子的技法はそれが依存するフィルタ装置の動
作波長範囲が狭いことによる制限をうける。
すると、ファイバを基礎とした分散補償システムに対す
る重大な商業上の必要性が存在する。本発明の1つの目
的はファイバの減衰及び全色分散に基因するリンク長に
対する制限が最小限であるすべてファイバからなる光伝
送リンクを提供することである。本発明の他の目的は、
本質的に1310nmで最適化されたファイバをそれがあたか
も分散シフトファイバであるかのように1550nm波長ウィ
ンドウ内で動作させ、伝送帯域幅を実質的に増大されか
つ/または複合二次(CSO)歪みを軽減させるように
なし得る単純なファイバを基礎とした全光分散補償技術
を提供することである。
し、1550nmで動作するエルビウムをドープした光ファイ
バ増幅器システムの提供であって、当該システムは、追
加の減衰を与えないため、1550nmでの正の分散を有する
伝送リンクと結合され得る。本発明の他の目的は、1520
nmから1565nmまでの波長範囲で大なる負の全色分散を与
える分散補償SiO2−GeO2ガラスファイバを提供すること
である。本発明の他の目的は、1310nmにおける伝送に対
して最適化されたファイバの標準長リンクにおける分散
を補償するために比較的短い長さで用いることができる
この種のファイバを提供することである。本発明のさら
に他の目的は市販の標準ファイバのkm当たりの減衰の5
倍より大でない、好ましくは3倍よりも小さい低減衰の
この種の分散補償ファイバを提供することである。
いて特定のリンクに対する分散フラット化を与えるよう
に傾斜が制御された全分散対波長曲線を有するファイバ
の作成である。この特徴は、本明細書中では「傾斜補償
(slope compensation)」として記述されており、これに
より、1本のファイバ上の多重化された幾つかの信号の
いずれかに対して、あるいは発信レーザーの平均波長及
びスペクトル幅のより大きな範囲に対して、相対的に広
い波長窓の生成を許容する。本発明の1つの実施例で
は、分散曲線の傾斜は0から−1.2ps/nm2-kmまでの範囲
内である。
明によって達成されるものであり、1つの実施例では、
本発明は負の導波路分散を生ずるように調整された屈折
率分布を有するシリカをベースとした分散補償光導波路
ファイバを具備し、そのファイバの全分散が1520nmから
1565nmまでの範囲内の所定の波長で−20ps/nm-kmよりも
小であるようになされている。
の間の範囲内の波長で低分散動作するように最適化され
た少なくとも40kmの標準の単一モード伝送ファイバと、
この標準の単一モード伝送ファイバの長さの約二分の一
よりも小なる長さをもって負の導波路分散を発生するよ
うに調整された屈折率分布を有する分散補償光導波路フ
ァイバとの直列結合よりなる分散を補償された光伝送リ
ンクを具備しており、この分散を補償された光伝送リン
クの光源スペクトル幅のnm当たりの全分散が1520nmから
1565nmまでの波長範囲内の所定の波長において300ps/nm
よりも小であるようになされている。
1330nmの間の波長において低減衰動作をするように最適
化された標準の単一モード伝送ファイバに使用するため
の分散補償器を具備し、この補償器は1520nmから1565nm
までの範囲内の所定の波長で負の全色分散を有する分散
補償ファイバと直列に接続された光ファイバ増幅器を具
備しており、この光ファイバ増幅器は前記所定の波長で
増幅を与えるようになされている。
nmまでの範囲内における所定の波長で動作する光源、光
検知器、光伝送ファイバ、分散補償ファイバ、及び前記
光源と検知器との間に接続された光ファイバ増幅器から
なり、前記光伝送ファイバは1290nmと1330nmの間の範囲
内における波長での低分散動作に対して最適化されてお
り、前記分散補償ファイバは負の導波路分散を発生する
ように調整された屈折率分布を有しており、前記ファイ
バの全分散が1520nmから1565nmまでの範囲内の所定の波
長において−20ps/nm-kmより小さくなるようになされて
いる。
1に示されている多数のシステム要素を用いている。12
90nmと1330nmの範囲内における1310nmのような波長の零
分散を有する標準の単一モード光ファイバよりなる伝送
リンク2(以後これを「1310nm伝送リンク」と呼ぶ)に
550nm光源が入射する。1310nm伝送リンク2の端部にお
いて、信号がエルビウムをドープされた光ファイバ増幅
器(OFA)3に結合される。このような増幅器は公知
である。例えば、米国特許第4,959,837号、第5,005,175
号、及び第5,067,789号を参照されたい。本発明の1つ
の実施例によれば、その増幅された信号が分散補償ファ
イバ4に結合される。分散補償ファイバ4は伝送リンク
におけるOFA3の両側に配置されうる。特定の実施例
では、分散補償ファイバ4は、伝送リンク2の長さに依
存して、OFAを伴うことなしに使用されてもよい。当
該信号が検知器5に送出される前にOFA3からの不要
な増幅された自然放出(ASE)を濾波するために帯域
フィルタ6が使用される。
バ4の屈折率分布を有するファイバからなり、且つ光増
幅器の性能を高めるためにアルミナを添加若しくは添加
せずに、コアにErドーピングを含む分布型ファイバ増幅
器で、OFA3と分散補償ファイバ4を置換しうる。コ
ア中に分布されたErドーピングを有する分散シフトフ
ァイバに関しては、1990年の米国光学会(Optical Soci
ety of America)の光増幅器とその応用に関する技報第
13巻第138乃至141頁の、タナカ(Tanaka)氏等の「減衰
フリーの分布したエルビウムを添加した分散シフトファ
イバ(Attenuation Free, Dispersion Shifted Fiber D
oped with Distributed Erbium)」と対比されたい。
と、その信号は伝送リンク2内で誘起された正の分散に
よって判別しにくくなりうる。本発明の分散補償ファイ
バ4は分散されたパルスを等化し、かつ信号が検知器5
によって受信されたときにその信号を読み取り可能にす
るための実用的で且つ廉価な低減衰手段を与える。OF
A3が適当なレベルの光増幅を与える場合には、全伝送
リンクの長さを増大させるために、検知器5を付加的な
伝送リンクで置換しうる。
での分散限界によって許容されてきた他の場合よりも、
より長いリンク長を許容する。図2は1310nm及び1550nm
信号の高ビット・レート伝播を同時に許容する本発明の
他の実施例を示している。WDMカプラ19が1310nm光源
11及び1550nm光源11aからの信号を1310nm伝送リンク12
に結合する。1310nm伝送リンク12の出力側におけるWD
Mカプラ16はそれら2つの信号をそれらの波長に基いて
分割する。このようなカプラは公知であって、例えば米
国特許第4,938,556号、第4,941,726号、及び第4,955,02
5号を参照されたい。1310nm信号はレピータ17によって
処理され、かつ1550nm信号はOFA13によって増幅さ
れ、それの分散が分散補償ファイバ14によって補償され
る。再生された1310nm信号及び増幅され、分散補償され
た1550nm信号は、他の伝送リンクに再導入されるために
WDMカプラ18によって再結合される。
この実施例では、1550nm光源21が分散補償ファイバ24に
入射するが、これによってOFA25によって増幅される
べき1550nm信号を先行して歪ませるので、1310nm伝送フ
ァイバ22の後続の長さ部分中を伝播した後で、全色分散
が実質的に打ち消される。1310nm伝送ファイバ22からの
分散補償された信号はOFA23によって増幅され、光帯
域フィルタ26によって濾波され、そして検知器27によっ
て受信される。
ての1550nm信号の高ビット・レート伝播を許容する他の
実施例を示している。光源28は、続くOFA30によって
増幅される1550nm信号を先行して歪ませるように分散補
償ファイバ29に導入され、1310nm伝送ファイバ31の長い
長さ部分を通じて伝播した後に、全色分散が部分的にの
み補償される。弱い信号はOFA32によって増幅され、
帯域フィルタ(BPF)33によって濾波され、そして検
知器35に到達する前に分散補償ファイバ34によって分散
を補正される。この実施例は所定の高いビット・レート
で1310nm伝送リンクによる最も長い非中継距離の1550nm
伝送を許容しうる。
は、図1に示されたシステムに関する下記の例によって
示される。1550nmにおいて約15ps/nm-kmの分散を有する
50kmの伝送ファイバ2の場合には、光源スペクトル幅の
nm当たりの全伝送ファイバ分散は750ps/nmである。本
発明の1つの実施例では、分散補償ファイバ4は−30ps
/nm-kmの分散を有しており、50kmの伝送リンクにおける
正の分散を完全に補償するためには、25kmの長さを必要
とする。この長さの値は正確である必要はなく、精密で
なければ分散を生ずるが、従来のシステムではシステム
パラメータに応じて一定レベルの分散が許容される。伝
送ファイバ及び分散補償ファイバの長さは特定の伝送波
長(典型的には1520nmから1565nmの範囲)でシステムを
零交差に微同調するために変化させうる。本発明の分散
補償伝送システムでは、分散補償ファイバの所要長は13
10nm伝送リンク・ファイバの長さの約2分の1よりも大
でないことが好ましく、かつ1550nmで補償伝送リンク全
体の全分散は、光源スペクトル幅のnm当たりで、約30
0ps/nmよりも小さい。1550nm波長ウィンドウにおける13
10nm伝送リンク・ファイバの分散は約±5ps/nm-kmであ
るから、分散補償ファイバの所要長が1310nm伝送リンク
ファイバの長さ2分の1より大きくないようにするため
に、伝送波長における分散補償ファイバの分散は−20ps
/nm-kmまたはそれより負方向に大きい値であることが好
ましい。
は、約10dBのリンク減衰に対しては、約0.2dB/kmのオー
ダーである。分散補償ファイバ4の減衰が0.5dB/kmのオ
ーダーであれば、分散補償ファイバ4がシステムに12.5
dBの減衰を付加するが、それはOFA3によって容易に
除去されうる。分散補償リンクの減衰は≦1dB/kmであ
ることが好ましい。
merit)は、km当たりのファイバ分散を公称伝送波長に
おけるkm当たりのファイバ減衰で割算した値である。前
述の例における分散補償ファイバの良度指数は−60ps/n
m-kmとなるであろう。(註:良度指数が低ければ(より
負の方向であれば)、性能はそれだけ良くなる)。前記
ファイバ光分散補償システムを実際に実施できるように
するためには、良度指数が−40ps/nm-kmまたはそれより
負方向に大きい値の範囲でなければならず、好ましくは
−120ps/nm-kmより負方向に大きくなければならない。
これらの範囲は、既存の通信エンクロージャにおけるコ
スト及びパッケージングに関して分散補償ファイバを実
用的な長さに保持している場合に付加され得る最大シス
テム減衰に基づいている。好ましくは、分散補償ファイ
バの長さによって付加される最大減衰は<30dBであり、
伝送ファイバにおける損失を同時に克服する1つまたは
2つの増幅器によって損失が克服(補償)され得るよう
になされるべきである。
分散補償ファイバ要素においては、分散補償ファイバ
は、エンクロージャまたは増幅器ハウジング内のリール
上に通常設けられる。従って、分散補償ファイバの好ま
しい最大実用長さは、分散補償器を形成するために単一
の光ファイバ増幅器でパッケージされた場合には約30km
である。
式(1)に従って計算される。 Sdcf/Ddcf=Stf/Dtf (1) ここで、Sdcfは伝送波長の±25nmの範囲にわたる分散
補償ファイバの分散対波長曲線の傾斜であり、Stfは伝
送波長の±25nmの範囲にわたる伝送ファイバの分散対波
長曲線の傾斜であり、Ddcfは分散補償ファイバの伝送
波長における分散でありDtfは伝送ファイバの伝送波長
における分散である。1310nmで最適化された標準の単一
モード・ファイバにおいて、1550nmの伝送波長では、S
tf=0.06ps/nm2-kmであり、かつDtf=15ps/nm-kmであ
る。Ddcfの値=−60と仮定すると、Sdcfの値は−0.24
のオーダーでなければならない。Sdcfの範囲は、傾斜
を過剰補償したことから生ずる問題と、結合されたベン
ドエッジによって約0〜1.2ps/nm2-kmに制限される。整
合したクラッド標準単一モード・ファイバではDtfは約
15ps/nm-kmであるが、この値は異なるファイバ設計及び
1550nm波長ウィンドウ(1520nm〜1565nm)内の異なる伝
送波長に対して変化する。デルタ及びコア半径の如き、
標準の単一モード・ファイバの設計パラメータ及び1550
nm波長ウィンドウ内で選択された公称伝送波長に依存し
て、その1550nm波長ウィンドウ内ではDtf=15±5ps/nm
-kmである。
い実施例では、Stfの過剰補償を回避するために、平均
傾斜Sdcfが式(1)によって与えられる値のゼロ〜2
倍の範囲内でなければならない。すなわち、 0≧Sdcf≧2Ddcf(Stf/Dtf) (2) 本発明はディジタルまたはAM−ビデオ伝送に限定され
るものではなく、それらの両方に適当に適用されうるも
のであることに注目すべきである。
散の負方向に大きい値を実現するためのリング/セグメ
ンテッド・コアによって負方向に非常に大きい波長分散
を発生する単一モード・ファイバである。図5〜8Aは
本発明の分散補償ファイバに関連し得る5つの特定の光
ファイバ屈折率分布類別を示している。図5及び6にお
ける分布類別は分散補償でありうる。図7、8及び8A
における分布類別は分布及び傾斜の両方の補償、若しく
は単に分散補償だけとなるように設計されうる。
て相対的に大なる屈折率デルタを有しているとともに、
従来のステップ・インデックス単一モード・ファイバと
比較して相対的に狭い帯域幅を有する中央コア領域50を
含んでいる。図6、8及び8Aにおける分布類別は、中
央コア領域から離間されかつ中央コア領域50のデルタよ
りも小さい屈折率デルタを有するコア・リング52(及び
102)を含んでいる。図7、8及び8Aにおける分布類
別は凹状屈折率分布(クラッド51の屈折率よりも下に凹
んだ)コア・モート55を中央コア領域とコア・リングと
の間に含んでいる。コア・モートの屈折率凹みはコア・
モートに例えばフッ素のような負のドーパントを添加す
ることにより、あるいはSiO2コア・モートを設け、且つ
例えばGeO2でドーピングすることによりクラッド51(及
び101)の屈折率を高めることによって与えられる。他
の分布類別であるコーンが破線51'で示されている。表
1は分布51'ではなく、分布50について示している。
影響する主たる原因は、 i)中央コア領域における高いピーク・デルタ、及び ii)中央コア領域に対する小さい半径、である。補償は
半径に感応するが、システムで用いられる分散補償ファ
イバの長さは製造半径の変化を補償するように調節され
得る。補償の程度と曲げ損失に対するファイバの耐性と
の間には妥協が存在する。有用な概念は「ベンドエッ
ジ」、すなわち、真っ直ぐなファイバがもはや基本モー
ドを保持しない波長である。コア・リングを伴う分布類
別6,8及び8Aは、所定の曲げ損失について、図5及
び7のリングを伴わない分布類別よりも大なる分散補償
を与えるように設計され得る。
伝送波長よりも小でなければならなず、さもないと多モ
ードが伝播してしまう。さらに、ベンドエッジ波長がカ
ットオフ波長よりも約150nmだけ高い値近傍である図
6、8及び8Aに示された高デルタの中央コア領域及び
コア・リングを伴う分布の場合には、カットオフ波長
は、公称伝送波長がカットオフ波長とベンドエッジ波長
とのほぼ中間であるように調整されうる。これは低減衰
と負方向に大きい分散との最適な組み合わせを与える。
分布類別5及び7の場合のベンドエッジは、ベンドエッ
ジ波長とカットオフ波長との間の間隔が典型的にこれら
の設計の場合には800nmのオーダーであるから、ベ
ンドエッジにはそれほど感応しない。
する。傾斜を補償するためには、分散補償ファイバの15
25nm及び1575nmでの分散の比が伝送ファイバにおける分
散の比とほぼ同一でなければならない、すなわち1310nm
での伝送に対して最適化された標準のステップ・インデ
ックス単一モード・ファイバの場合には約1.2でなけれ
ばならない(上記の式(1)を併せて参照されたい)。
領域、コア・リング及びコア・モートに対して示された
屈折率の変化を修正することによってさらに修正されう
る。これらのコアはα分布を含む他の屈折率分布を有し
うる。α分布なる術語は、中央コア領域の屈折率が n(r)=n1[1−Δ(r/a)α] によって定義されることを意味するために用いられてい
る。ただし、n1はファイバ軸線での屈折率、Δ=(n1
2−n2 2)/2n1 2、n2はクラッドの屈折率、rは半
径、そしてaは中央コア領域の外部半径である。図5の
三角形またはコーン状の曲線51'は、α=1のときのα
分布を表している。屈折率の放物線状の変化はα=2の
場合に生ずる。放物線状または三角形のコア(下記の表
では「コーン」分布と称する。)、及びテーパ付けされ
たテーパリングは若干だけ良好な分散補償を与える。さ
らに、中央コアはそれらの基部のまわりにペデスタルを
有しうる。
コアとオーバークラッドとの間の境界面を含むので、製
造上の利点を与えるものと考えられる(下記のファイバ
製造の項における製造処理工程についての論述を参照さ
れたい)。GeO2-SiO2ケーン上にGeO2-SiO2スート(ガラ
ス粒子)を沈積させ、同時にシードを回避するとともに
一定のドーピング・レベルを維持するのは困難であっ
て、故に、均一な屈折率レベルを維持することは困難で
ある。図8Aの設計では、クラッドはGeO2をドープした
SiO2であることが好ましく、かつ内側及び外側のコア・
モート領域105及び103はドープされていないSiO2である
ことが好ましい。
性の計算値を示している。利用できないデータは*で示
されている。後述する本発明の分散補償光ファイバによ
って、下記のレベルの負分散及び減衰を得ることがで
き、その結果得られた良度指数が表2に示されている。
するデルタ値はすべてクラッドの屈折率の百分率であ
る。 − リング半径はリングの外側エッジで測定される。 − モート半径はリングの内側エッジで測定される。
における分散で割算した値である。 − 分散は括弧内に表示された波長で測定された。 (ファイバ製造方法)本発明の分散補償ファイバは、軸
付け法(VAD)、外付け法(OVD)若しくは、修正
化学蒸気沈積(MCVD)のような標準的なファイバ製
造方法によって作成され得る。表2におけるファイバは
OVD法によって作成された。OVD法は米国特許第4,
486,212号、第4,125,388号、第5,067,975号、第4,314,8
37号、及び第4,715,679号等の多数の特許公報に開示さ
れている。
のようにダブル・オーバークラッド法によって作成され
た。コア直径62.5μmのグレーデッド・インデックス多
モード・ファイバのためのコア・プリフォームは、標準
のOVD法(マンドレル上にガラス粒子を沈積させた後
にマンドレルを除去する)によって作成され、コンソリ
デートされた後に延伸されて、ケーンとされる(再延伸
される)。ピーク・コア組成は36重量%GeO2をドープさ
れたシリカであった。このような沈積及び再延伸法(de
position and redraw process)は、上記米国特許第4,4
86,212号及び第5,067,975号に開示されている。この直
径7mmのケーンは、SiO2でオーバークラッドされて80mm
のスート直径とされた後に、脱水されて、コンソリデー
トされてガラス母材を形成し、このガラス母材が再延伸
されて外径約7mmのケーンとして形成された。第1のオ
ーバークラッド・ケーンが再び第2のSiO2スート層でオ
ーバークラッドされて直径58mmのスートを形成した。こ
のオーバークラッド・スート・プリフォームが脱水さ
れ、コンソリデートされて最終のガラス母材となる。こ
の最終のガラス母材が延伸されて(標準のコーティング
を有する)ファイバを形成する。
するファイバ外径(ガラスファイバO.D.)に延伸され
た。このファイバの複数の部分を測定した結果、コア直
径の増大に伴って分散補償性能が改善されることが判っ
た。80μmのファイバは、標準の出荷リール上でベンド
エッジに対して敏感であった。コア分布は、延ばされた
放物線状中実で、細いコーン状(図5の51'を参照され
たい)である。トータルで、ファイバI.D.7873-01(80
μmO.D.)3.1km及びファイバI.D.7873-02(107μmO.
D.)3.3kmが延伸され、そして測定された。
のオーバークラッド工程を伴うOVD法によって製造さ
れた母材から線引きされた6本のファイバからなる。第
1に、コア・プリフォームが、高デルタ・ステップ・イ
ンデックス分布及びSiO2中における40重量%のGeO2濃度
でマンドレル上に沈積された。このコア・プリフォーム
は、(0.15のコア/クラッド比を生ずるように)その外
表面上に沈積された純粋なSiO2の層及び74mmのスート直
径を有していた。このコア・プリフォームが従来の塩素
乾燥によって脱水されかつコンソリデートされて、再延
伸されて、外径7mmのコア・ケーンとされた。コア・ケ
ーンは85μmのスート直径となるようにSiO2でオーバー
クラッドされた。この最終のプリフォームが脱水されか
つコンソリデートされて、線引きによってファイバとさ
れる最終のガラス母材とされた。
ファイバを形成する前に、7939-011及び-016のための母
材の一部分が延伸されて、110μmから85μmまで変化
するO.D.を有する2kmの長さのファイバ(ガラス)とさ
れた。この2kmの長さのファイバの異なる直径部分にお
ける分散が測定され、110μmの直径では−17ps/nm-km
が、そして85μmの直径では−45ps/nm-kmの値が得られ
た。その後で、母材の残部から次の如き、6本のファイ
バが線引きされた。7939-011(30.7km);-012(7k
m);-013(15.9km);-014(12.7km);-015(6.7k
m);及び-016(11.6km)である。これら6本のファイ
バの測定された特性は均一であって、上記の表2に示さ
れている。
バークラッド工程を含むOVD法によって製造された母
材から線引きされた3本のファイバからなる。第1に、
コア・プリフォームがSiO2中で40重量%の目標GeO2濃度
を有し、かつSiO2中で8重量%GeO2の目標濃度を有する
デルタの低下したコア・リングによって包囲された高デ
ルタのステップ・インデックス中央コア領域をもってマ
ンドレル上に沈積された。コア・プリフォームは、その
外表面上に沈積された純粋なSiO2の薄い層、及び74mmの
スート直径を有していた。このコア・プリフォームが従
来の塩素乾燥によって脱水されかつコンソリデートさ
れ、そして再延伸されて外径が7mmのコア・ケーンとさ
れた。このコア・ケーンは82mmのスート直径となるよう
にSiO2でオーバークラッドされた。この最終のプリフォ
ームが脱水されかつコンソリデートされて、線引きによ
ってファイバ(標準のコーティングを有する)とされる
ための最終のガラス母材とされた。
km(-01)、11km(-03)、及び22km(-02)であった。
これら3本のファイバの測定された特性は均一であり、
それらは上記の表2に示されている。モートを有するフ
ァイバ設計は従来のファイバ製造方法によって作成され
得る。そのモートはフッ素の如き屈折率低下ドーパント
をドーピングすることによって形成される凹状領域であ
りうるが、純粋なシリカであってもよく、その場合に
は、GeO2をドープしたシリカからなるクラッドが用いら
れる。
ティック・テスト・プロシージュアEIA/TIA-455-168に
記載されている標準分散測定技法によって測定された。
これらの測定は、分散補償ファイバの2つの端部に標準
ステップ・インデックス単一モード・ファイバの短いセ
クションを添接してその分散補償ファイバに入射される
光が単一モードであるようにすることによって、改善さ
れうる。 (システム例1)40チャンネルAMビデオ・テストでの
分散補償ファイバのテストが図9乃至12に示されている
ようなシステムに基づいて行われた。このテストの結果
が表3に示されている。
一連の比較テストにおいて同じ送信機、受信機及び光フ
ァイバ増幅器が用いられた。送信はチャンネル当たりの
変調深さを有する40チャンネルNTSC AMビデオを
装填され、かつ受信機のパワー・レベルは表3に示され
ている如く設定された。各テストにおいて補正されたキ
ャリア対ノイズ(CNR)、複合2次(CSO)及び複
合3次ビート(CTB)歪みが55.25及び325.25メガヘ
ルツで測定された。これら2つの周波数は、40チャンネ
ル・スペクトルにおける周波数歪みの最も劣悪なケース
となるように選択された。
(図9参照)は、結合された送信機及び光ファイバ増幅
器に対するベースラインをキャリア対ノイズ、CSO及
びCTB歪みレベルについて確立することを含む。受信
機で0dBを実現するように可変光減衰器が調節された。
テスト♯1はレーザー・チャープとファイバ分散の相互
作用による劣化を比較するための基礎となる。1310nmで
最適化されたファイバ(テスト♯2)及び分散補償ファ
イバを伴った1310nmで最適化されたファイバ(テスト♯
3)による伝送がテスト♯1の結果と比較された。
の長さの標準単一モード・ファイバ(Corning SMF-28,
Corning Incorporated, Corning, N.Y. 14831)が敷設
され、そして受信機で0dBパワー・レベルを許容するよ
うに可変光減衰器が調節された。このテストでは、レー
ザー・チャープとファイバ分散との相互作用により、ベ
ースに比較して、CSOが55.2メガヘルツで12.8dB、そ
して325.25メガヘルツで24.25dBだけ劣化された。これ
らは、特に325.25メガヘルツの周波数において相対的に
大なる変化であって、50dBよりも大なるキャリア対ノイ
ズ比、−60dBよりも低いCSOレベル、及び−65dBより
も低いCTBレベルによって特徴づけられうる典型的な
AMバックボーン伝送システムの最低基準をこのテスト
が満足しない点までCSOレベルを劣化させた。
分散補償ファイバ(上述したファイバI.D.7939-016)が
CSO歪みを補正するためにテスト♯2のシステムに追
加された。性能データによって示されているように、こ
のシステムでは、ベースに比較して両方のRF周波数に
おいて付加された歪み実質的な部分が補正された。55.2
5メガヘルツでは、12.8dBの付加歪みの11.4dBが補正さ
れた。325.25メガヘルツでは、24.2dBの付加歪みの15.5
dBが補正され、8.7dBが補正されないままであった。
は、補償ファイバの長さが正しくなかったか、あるいは
1310nm最適化ファイバに対して分散補償ファイバの分散
傾斜がミスマッチであることのいずれかに基因するもの
と考えられる。分散補償ファイバによる1310nm最適化フ
ァイバの伝送を分散シフト(DS)ファイバによる伝送
と比較することは有意義である。表3のテスト♯4(図
12を参照)では、全てのファイバが1550nmにおける性能
を最適化された分散シフトファイバ(Corning SMF-DS)
の40kmで置換された。1550nmで動作する補償または伝送
回路網は分散シフトファイバの全体のエンド・ツー・エ
ンド性能よりも良好に機能しうることはありえない。
イバ・テストに比較して、分散補償ファイバは良く機能
した。55.25メガヘルツにおいては、SDO歪みは分散
シフトファイバを通る場合の0.2dBという歪み値の範囲
内であったが、325.25メガヘルツのそれよりも高い周波
数では、そのSDO歪みが分散シフトファイバを通る場
合の7dBという歪み値以内に補正された。325.25メガヘ
ルツにおいてSDO歪みが完全に補正されたわけではな
いが、これは分散補償ファイバの長さが不正確であるこ
と、あるいは伝送ファイバの分散傾斜と分散補償ファイ
バのそれとの間のミスマッチに関係しているものと考え
られる。
ということは補償ファイバの長さが正しくなかったか、
あるいは1310nm最適化ファイバに対して分散補償ファイ
バの分散傾斜がミスマッチであることのいずれかに基因
するものと考えられる。この補償方法は、標準の単一モ
ード・ファイバをそれがあたかも分散シフトファイバで
あるかのように動作させて、1320nm伝送リンクを通じて
1550nmのAMビデオ信号を伝送するシステムに存在する
CSO歪みを大幅に減少させることができる。傾斜補償
された分散補償ファイバは標準の単一モード・ファイバ
を通じた場合のこのCSO劣化を完全に補正するために
有用であろうと考えられる。 (システム例2)この例で用いられた分散補償ファイバ
は3本のファイバI.D.Nos. 7-8015-01〜-03(合計で39.
4km)からなるものであり、それは1550nmにおいて−65.
5ps/nm-kmの分散を呈示したが、これは標準の単一モー
ド・ファイバの正の分散より約4倍の大きさである。こ
の分散補償ファイバのスペクトル減衰が図13に示されて
いる。1550nmにおける損失は0.48dB/kmであった。この
分散補償ファイバの分散が図16に波長との関係でプロッ
トされている。
一モード・ファイバの分散を補正するためには、39kmの
分散補償ファイバが必要とされ、これによって19dBの過
剰損失が生じた。1310nm伝送リンク及び分散補償ファイ
バの損失は3つのOFAを用いることによって克服され
た。分散補償ファイバの所要長は重要であるが、この分
散補償ファイバは曲げ損失に対する耐性が非常に強いの
で、コンパクトなファイバ・リールに巻き取ることがで
きる。
ら、分散補償ファイバは送信端部、受信端部、あるいは
OFAまたは光受信機にとって許容できる最低パワー・
レベルによってのみ制限される。補償されている標準単
一モード・ファイバの中間点に配置され得る。この例で
は、図14に示されているように、6.4kmの分散補償ファ
イバがリンクの送信端部に配置され、その分散補償ファ
イバの残りの33kmはリンクの受信端部に配置された。送
信端部におけるOFA#1は、出力パワーが11dBのブー
スター増幅器として用いられる980nm逆方向ポンピング
(backward-pumped)増幅器であった。標準1310nm最適
化単一モード・ファイバ・リンクは長さが150kmであ
り、1550nmにおいて約2500ps/kmのエンド・ツー・エン
ド分散、及び33dBの減衰損失を伴った。OFA#2は98
0nm順方向ポンピング(forward-pumped)の25dB利得増
幅器であり、その後に1.2nm帯域光フィルタが配置され
た。OFA#3は+13dBmの飽和出力パワーを有し、31d
Bの利得を生ずる2つの980nm逆方向ポンピング増幅器で
あり、その後に3nm帯域光フィルタが配置された。OF
A#3によるノイズ寄与を軽減するために、受信端部に
おける分散補償ファイバが2つのセクションに分割さ
れ、これによってOFA#3の入力におけるパワー・レ
ベルを増大させるようになされた。これらのOFAはす
べて入力及び出力側に光アイソレータを有していた。
て)を有する均一な回折格子DFBレーザーダイオード
が光源として用いられた。そのレーザーはテスト送信機
から直接の100bit/s NRZ(非ゼロ復帰)波形で駆動
された。データ・パターンは長さ223−1の準ランダム
・パターンであった。レーザー光消滅比は約8対1であ
った。光受信機は、後段に1.2nm帯域同調可能光フ
ィルタ、可変光減衰器、PINフォトダイオード、及び
電気的前置増幅器を設けられたOFA#2で構成されて
いた。可変光減衰器はBER(ビット・エラー・レー
ト)テスト時にPINフォトダイオードに一定の光レベ
ルを維持するために用いられた。光受信機の正味感度は
1E-12BERで−30dBmであった。
だ全光通路の測定されたエンド・ツー・エンド色分散を
示している。150kmの標準ファイバから予想される分散
傾斜(9ps/nm2)がデータ点上に重畳されて、測定値と
予想値との間にかなり良好な合致を呈示した。標準の13
10nm最適化ファイバの0.020kmを通じて伝送された後に
おける光波形のアイ・パターンが図18(a)に示されてい
る。補償を伴わない1310nm最適化ファイバの12kmを通じ
て伝送された後の光波形のアイ・パターンが図18(b)に
示されている。1310nm最適化ファイバの150kmプラス分
散補償ファイバの39.4kmを通じて伝送された後における
アイ・パターンが図18(c)に示されている。分散補償を
伴わない場合のアイ・パターンから予測されうるよう
に、このシステムは標準ファイバの12kmだけを通じてで
は動作しない。しかし、ファイバをベースとした光補償
器を所定の場所に設置すれば、図15のBERグラフに示
されているように、標準ファイバの150kmを通じて動作
する場合に、1dB以下の受信機パワー・ペナルティ(po
wer penalty)が得られた。
散シフトファイバかのように本質的に動作させ得る単純
なファイバをベースとした全光分散補償技術が実施され
た。この波長許容度のある方法で非分散シフトファイバ
の分散を補償することによって、ファイバの容量をビッ
ト・レート及び光源スペクトル特性とほとんど無関係に
することができた。これが、ファイバの得られるビット
・レート距離積が大きく増加されるので、容量のアップ
グレードのための便利な方法を提供する。
備した特定のシステムのブロック図である。
備した特定のシステムのブロック図である。
備した特定のシステムのブロック図である。
備した特定のシステムのブロック図である。
折率分布の一例を示している。
折率分布の一例を示している。
折率分布の一例を示している。
折率分布の一例を示している。
屈折率分布の一例を示している。
1に使用された4つのシステム要素構成のうちの1つを
示すブロック図である。
1に用いられる4つのシステム要素構成のうちの1つを
示すブロック図である。
1に用いられる4つのシステム要素構成のうちの1つを
示すブロック図である。
1に用いられる4つのシステム要素構成のうちの1つを
示すブロック図である。
バのスペクトル減衰を示すグラフである。
成のブロック図である。
ートテスト結果のグラフである。
バの分散対波長曲線のグラフである。
の実効分散対波長のグラフである。
った、そして(b)は分散補償を伴わない場合のシステ
ム実施例2の伝送リンクにおける受信機「アイ」(ey
e)パターン図である。
Claims (24)
- 【請求項1】 クラッドガラスによって包囲されて且つ
中央に配置されたコアを含む、シリカをベースとした分
散補償光導波路ファイバであって、(A)前記コアは、
半径の増加方向において順に、 (i) 所定の屈折率を有する中央コア領域と、 (ii) 前記クラッドガラスの屈折率よりも低い屈折率
を有するコアモート領域と、 (iii) 前記クラッドガラスの屈折率と前記中央コア領域
の屈折率との中間の屈折率を有するコアリング領域と、
を含み、(B)前記クラッドガラス及び前記コアの各々
の屈折率分布は、 (i) 1520nmから1565nmの範囲内の所定の波長で、−2
0ps/nm-km以下の分散、 (ii) 前記所定の波長で、ゼロ又は負の分散勾配、を生
ずるように選択され、(C)前記所定の波長において、
1dB/km以下の減衰且つ-40ps/nm-dBよりも小である減衰
に対する分散の比を有する、ことを特徴とする分散補償
光導波路ファイバ。 - 【請求項2】 前記コアリング領域の半径よりも大なる
半径で、前記クラッドガラスの屈折率よりも小である屈
折率の第2コアモート領域を更に有していることを特徴
とする請求項1記載の導波路ファイバ。 - 【請求項3】 1520nmから1565nmの波長範囲内における
分散傾斜が0と−1.2ps/nm2-kmとの間であることを特徴
とする請求項1又は2記載の導波路ファイバ。 - 【請求項4】 カットオフ波長、伝送波長及びベンドエ
ッジ波長を有し、前記屈折率分布に関連するカットオフ
波長は、前記伝送波長が前記カットオフ波長と前記ベン
ドエッジ波長の間のほぼ中間となる値を有することを特
徴とする請求項1乃至3のうちの1に記載の導波路ファ
イバ。 - 【請求項5】 Ddcfを前記分散補償ファイバの分
散、Stfを1290nmから1330nmの波長範囲内の伝送に最
適化された標準の単一モード伝送ファイバの1520nmから
1565nmの前記波長範囲内における分散対波長の曲線の平
均傾斜、Dtfは1520nmから1565nmの範囲内の波長にお
ける前記標準の単一モード伝送ファイバの分散、かつD
dcfは−20から−120ps/nm-kmの範囲内であるとする
と、1520nmから1565nmの波長範囲内における平均傾斜S
dcfが、 0>Sdcf>2Ddcf(Stf/Dtf) の範囲内にあって、且つDtfは、15+/-5ps/nm-kmの
範囲内にあることを特徴とする請求項1乃至4のうちの
1に記載の導波路ファイバ。 - 【請求項6】 Ddcfを前記分散補償ファイバの分
散、Stfを1290nmから1330nmの波長範囲内の伝送に最
適化された標準の単一モード伝送ファイバの1520nmから
1565nmの前記波長範囲内における分散対波長の曲線の平
均傾斜、Dtfは前記所定の波長における前記標準の単
一モード伝送ファイバの分散とすると、1520nmから1565
nmの波長範囲内における平均傾斜が、 Sdcf=Ddcf(Stf/Dtf) の関係式で決定されることを特徴とする請求項1乃至4
のうちの1に記載の導波路ファイバ。 - 【請求項7】 光伝送ファイバと、請求項1乃至6のう
ちの1に記載の分散補償光導波路ファイバとを組み合わ
せたことを特徴とする光伝送アセンブリ。 - 【請求項8】 1520nmから1565nmまでの範囲内の所定の
波長で動作する光源と、光検知器と、光伝送ファイバ
と、光ファイバ増幅器と、及び、請求項1乃至6のうち
の1に記載の分散補償光導波路ファイバと、からなる光
伝送システムであって、 前記光ファイバ増幅器と前記分散補償光導波路ファイバ
は、前記光源と前記光検知器との間で直列に結合されて
いることを特徴とする光伝送システム。 - 【請求項9】 1290nmから1330nmの範囲内の波長で動作
する第2の光源及び第2の検知器を更に含み、前記光源
及び前記第2の光源は、第1のWDMカプラを介して直
列に組み合わせて結合されており、前記検知器及び第2
の検知器は、第2のWDMカプラを介して直列に組み合
わせて結合されていることを特徴とする請求項8記載の
光伝送システム。 - 【請求項10】 前記伝送ファイバは40kmの長さを有する
標準のシングルモードファイバであって、前記分散補償
ファイバの長さは前記伝送ファイバの前記長さの約半分
以下であって、前記分散補償ファイバの屈折率分布は、
前記伝送ファイバと前記分散補償ファイバの組み合わせ
の分散が1520nmから1565nmまでの範囲内の前記所定の波
長で約300ps/nm以下であるように選択されていることを
特徴とする請求項8記載の光伝送システム。 - 【請求項11】 前記分散補償ファイバは、エルビウムを
添加されたコア領域を含み、少なくとも前記分散補償フ
ァイバの減衰をキャンセルする分布型ファイバ増幅器を
形成することを特徴とする請求項10記載の光伝送システ
ム。 - 【請求項12】 前記分散補償ファイバの前記屈折率分布
は、前記分散補償ファイバと前記伝送ファイバの複合二
次歪みが1520nmから1565nmまでの範囲内の前記所定の波
長における動作に最適化された単一分散シフトファイバ
の複合二次歪みに等しく、且つ前記伝送ファイバと前記
分散シフトファイバの長さが等しいことを特徴とする請
求項10記載の光伝送システム。 - 【請求項13】 クラッドガラスによって包囲されて且つ
中央に配置されたコアを含む、シリカをベースとした分
散補償光導波路ファイバであって、(A)前記コアは、
半径の増加方向において順に、 (i) 所定の屈折率を有する中央コア領域と、 (ii) 前記クラッドガラスの屈折率よりも低い屈折率
を有するコアモート領域と、 (iii) 前記クラッドガラスの屈折率と前記中央コア領域
の屈折率との中間の屈折率を有するコアリング領域と、
を含み、(B)前記クラッドガラス及び前記コアの各々
の屈折率分布は、 (i) 1520nmから1565nmの範囲内の所定の波長で、分
散が−20ps/nm-km以下であって、 (ii) 前記所定の波長で、分散勾配がゼロ又は負であっ
て、 (iii) 波長に対する分散の曲線のグラフにおいて、1290
nmから1565nmの範囲内の波長でゼロ交差を有さない、よ
うに選択され、(C)前記所定の波長で、1dB/km以下
の減衰且つ-40ps/nm-dBよりも小である減衰に対する分
散の比を有する、ことを特徴とする分散補償光導波路フ
ァイバ。 - 【請求項14】 前記コアリング領域の半径よりも大なる
半径で、前記クラッドガラスの屈折率よりも小である屈
折率の第2コアモート領域を更に有していることを特徴
とする請求項13記載の導波路ファイバ。 - 【請求項15】 1520nmから1565nmの波長範囲内における
分散傾斜が0と−1.2ps/nm2-kmとの間であることを特徴
とする請求項13又は14記載の導波路ファイバ。 - 【請求項16】 カットオフ波長、伝送波長及びベンドエ
ッジ波長を有し、前記屈折率分布に関連するカットオフ
波長は、前記伝送波長が前記カットオフ波長と前記ベン
ドエッジ波長の間のほぼ中間となる値を有することを特
徴とする請求項13乃至15のうちの1に記載の導波路ファ
イバ。 - 【請求項17】 Ddcfを前記分散補償ファイバの分
散、Stfを1290nmから1330nmの波長範囲内の伝送に最
適化された標準の単一モード伝送ファイバの1520nmから
1565nmの前記波長範囲内における分散対波長の曲線の平
均傾斜、Dtfは1520nmから1565nmの範囲内の波長にお
ける前記標準の単一モード伝送ファイバの分散、かつD
dcfは−20から−120ps/nm-kmの範囲内であるとする
と、1520nmから1565nmの波長範囲内における平均傾斜S
dcfが、 0>Sdcf>2Ddcf(Stf/Dtf) の範囲内にあって、且つDtfは、15+/-5ps/nm-kmの
範囲内にあることを特徴とする請求項13乃至16のうちの
1に記載の導波路ファイバ。 - 【請求項18】 Ddcfを前記分散補償ファイバの分
散、Stfを1290nmから1330nmの波長範囲内の伝送に最
適化された標準の単一モード伝送ファイバの1520nmから
1565nmの前記波長範囲内における分散対波長の曲線の平
均傾斜、Dtfは前記所定の波長における前記標準の単
一モード伝送ファイバの分散とすると、1520nmから1565
nmの波長範囲内における平均傾斜が、 Sdcf=Ddcf(Stf/Dtf) の関係式で決定されることを特徴とする請求項13乃至16
のうちの1に記載の導波路ファイバ。 - 【請求項19】 光伝送ファイバと、請求項13乃至18のう
ちの1に記載の分散補償光導波路ファイバとを組み合わ
せたことを特徴とする組み合わせ体。 - 【請求項20】 1520nmから1565nmまでの範囲内の所定の
波長で動作する光源と、光検知器と、光伝送ファイバ
と、光ファイバ増幅器と、及び、請求項13乃至18のうち
の1に記載の分散補償光導波路ファイバと、からなる光
伝送システムであって、 前記分散補償光導波路ファイバは、前記光源と前記光検
知器との間で直列に結合されていることを特徴とする光
伝送システム。 - 【請求項21】 1290nmから1330nmの範囲内の波長で動作
する第2の光源及び第2の検知器を更に含み、前記光源
及び前記第2の光源は、第1のWDMカプラを介して直
列に組み合わせて結合されており、前記検知器及び第2
の検知器は、第2のWDMカプラを介して直列に組み合
わせて結合されていることを特徴とする請求項20記載の
光伝送システム。 - 【請求項22】 前記伝送ファイバは40kmの長さを有する
標準のシングルモードファイバであって、前記分散補償
ファイバの長さは前記伝送ファイバの前記長さの約半分
以下であって、前記分散補償ファイバの屈折率分布は、
前記伝送ファイバと前記分散補償ファイバの組み合わせ
体の分散が1520nmから1565nmまでの範囲内の前記所定の
波長で約300ps/nm以下であるように選択されていること
を特徴とする請求項20記載の光伝送システム。 - 【請求項23】 前記分散補償ファイバは、エルビウムを
添加されたコア領域を含み、少なくとも前記分散補償フ
ァイバの減衰をキャンセルする分布型ファイバ増幅器を
形成することを特徴とする請求項22記載の光伝送システ
ム。 - 【請求項24】 前記分散補償ファイバの前記屈折率分布
は、前記分散補償ファイバと前記伝送ファイバの複合二
次歪みが1520nmから1565nmまでの範囲内の前記所定の波
長における動作に最適化された単一分散シフトファイバ
の複合二次歪みに等しく、且つ前記伝送ファイバと前記
分散シフトファイバの長さが等しいことを特徴とする請
求項22記載の光伝送システム。
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