JP2003518813A - 信号の非線形ホッピングによる雑音低減を備えた光ファイバ伝送 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明では長距離伝送システムにおける信号／雑音比を、−伝送信号の波長範囲外の雑音をろ波１し、−伝送信号の波長をシフト２し、−波長シフトされた伝送信号をろ波５することにより向上させる。信号の波長は、信号のスペクトラムを拡大するかまたは光位相共役によりシフトできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は光ファイバ伝送システムに関するものであり、詳細には高性能を持ち
、また長距離までカバーする光リンクとネットワークに関する。高性能の光リン
クとは、１０Ｇｂｉｔ／ｓより高速のビットレートを備える伝送システムを意味
する。長距離をカバーする伝送システムとは、５０００ｋｍ以上のオーダの伝播
距離をカバーするシステムを意味する。

【０００２】 長距離システムの現在得られている高性能は、現時点の現実のシステムの要求
条件に適合しないという研究結果レポートがすでに発表されているにもかかわら
ず、Ｎ＊２．５Ｇｂｉｔ／ｓ波長分割多重システムから離れることができない。

【０００３】 現在、ＲＺ（ゼロ復帰）パルス伝送とＮＲＺ（非ゼロ復帰）パルス伝送が、長
距離光ファイバ伝送システムにおいて広く使用されている。この方式のシステム
の１つの問題は、システムの中継器の数の増加に伴ない信号／雑音比が低下する
ことである、これは特に増幅自然放出（ＡＳＥ）雑音が原因である。

【０００４】 ソリトン信号伝送システムの場合は、増幅自然放出雑音を減少させ、それによ
り信号／雑音比を増加させる。これについては例えばＥＰ−Ａ−０５７６２０８
で、スライドガイドフィルタを使用することが提案されている。この方法は、ソ
リトンの特有の特性と自己再生の機能を基本にする。言い替えると、ソリトン信
号はフィルタのスライドを追跡するのに対し、増幅自然放出雑音はフィルタで除
去される。

【０００５】 この方法はソリトン信号以外の信号タイプにも適用できる。しかし、この方法
は信号の自己位相変調に依存するため、波長分割多重伝送システム（チャネル間
の相互位相変調を行う）を実現するのは困難である。スライドフィルタを信号が
通過することは、高レベル自己位相変調を意味し、高レベル相互位相変調と密接
に関連する。波長分割多重伝送システムにおいてこの方法を用いて結果を得るに
は、信号に対し有効な数ナノメートルの帯域を十分超えてそれぞれのチャネルを
分離する必要がある。

【０００６】 光伝送システムの信号伝送は、Ｋｅｒｒ効果、Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ効果、Ｒａ
ｍａｎ効果、および４波混合などの非線形効果により制限される。Ｇ．Ｐ．Ａｇ
ｒａｗａｌ、「Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ（非線形光ファ
イバ）」、Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、１９８０はこれら非線形効果を記載
している。これらは伝送システムの光ファイバの雑音レベルに依存する。

【０００７】 本発明は雑音増加問題の解決法、特に光ファイバ伝送システムにおける増幅自
然放出雑音の問題の解決法を提供する。この方法は伝送システム、特に高性能シ
ステムと長距離をカバーするシステムの品質係数を大幅に改善する。本発明は伝
送信号波長の雑音の大部分を除去し、雑音レベルにより制限されない「線形」伝
送を可能にする。また本発明は雑音の影響により制限される非線形伝送も可能に
する。本発明の実施形態の幾つかは信号のタイミングジッタを低減させる。

【０００８】 詳細には、本発明は光ファイバ伝送システムの雑音低減デバイスを提供するも
のであって、そのデバイスは、 −伝送信号の波長範囲外の雑音をろ波する第１手段と、 −伝送信号の波長をシフトする手段と、 −波長シフトされた伝送信号をろ波する第２手段とを含む。

【０００９】 好ましくはこの雑音低減デバイスは第２波長シフト手段を含み、前記の第２ろ
波された信号をその信号の元の波長に戻す。

【００１０】 １つの実施形態では、波長シフト手段は信号スペクトラムを拡大する手段を含
む。

【００１１】 好ましくは波長シフト手段は光位相共役手段を含む。

【００１２】 １つの実施形態では、ろ波手段はＢｒａｇｇフィルタを含む。

【００１３】 本発明はまた、少なくとも１つの雑音低減デバイスを含む光ファイバ伝送シス
テムを提供する。

【００１４】 本発明はさらに、光ファイバ伝送システムの雑音を低減させる方法を提供する
ものであり、その方法が、 −伝送信号の波長範囲外の雑音をろ波するステップと、 −伝送信号の波長をシフトするステップと、 −波長シフトされた伝送信号をろ波するステップとを含む。

【００１５】 １つの実施形態では、前記方法はさらに第２波長シフトステップを含み、第２
ろ波ステップを経た信号をその信号の元の波長に戻す。

【００１６】 好ましくは、波長シフトステップは信号スペクトラムの拡大を含む。

【００１７】 波長シフトステップは信号の位相共役も含むことができる。

【００１８】 本発明の別の特長と利点は、例と添付図面による、本発明の実施形態の以下の
説明で明らかになるであろう。

【００１９】 （好ましい実施形態の詳細な説明） 本発明は伝送される信号をろ波し、その後その信号を「非線形ホッピング」し
てろ波される以前の波長範囲に再生する方法を提供するものであって、これによ
り雑音が低減される。本発明はまた非線形ホッピングを実現する各種方法、言い
替えると伝送される信号の波長をシフトさせる各種方法を提供する。

【００２０】 図１〜４は本発明はの第１実施形態の信号スペクトラムを示す。この実施形態
では、伝送信号の単純な拡大を使用して信号を非線形ホッピングする。図１は信
号のスペクトラムを示す。雑音レベルはＮ_０のオーダーであり、信号レベルはＥ
のオーダーである。信号はλ_ｃ（一般には１５５０ｎｍ）付近の波長であり、伝
送システムの波長範囲は１５３０〜１５８０ｎｍに広がる。

【００２１】 本発明では第１に信号の波長範囲外の雑音をろ波する。図２の例では、雑音は
波長λ_ｃより長い波長λ_１付近でろ波される。例えば、帯域通過フィルタまたは
高域通過フィルタを使用して雑音をろ波できる。一般に０．２ｎｍのスペクトラ
ム幅を持つ１５５０ｎｍを中心とするＲＺパルスに対しては、雑音はそのパルス
の中心波長より約１ｎｍ長い波長λ_１付近でろ波できる。フィルタ幅は０．３ｎ
ｍのオーダーにできるが、０．５ｄＢより大きく伝送信号のパワーを減少させな
いように選択するのが望ましい。

【００２２】 次に本発明では伝送信号を非線形ホッピングする、言い替えると波長シフトす
る（この波長シフトは雑音に対してはあまりまたは全く作用しない）。図３の例
では、信号の単純な拡大を使用して信号を非線形ホッピングする。これは例えば
、伝送信号の波長に近い波長に対しゼロの波長分散を持つファイバ部分を増幅器
出力に配置することで得られる。このようなファイバ部分の効果は、パワーと波
長に応じて、スプクトラムをサブコンポーネントに分解することである。増幅利
得の選択を最適化することにより、λ_ｃで伝送される信号を拡大して波長λ_１付
近の伝送信号の割合を最大にする。

【００２３】 図３は拡大された信号の形状を示す。この方法はＲＺパルスに適用されるのが
望ましい。この方法はパルスのピークを制限する、言い替えるとパルスの余剰パ
ワーを減少させる。

【００２４】 次に本発明では信号とλ_１を中心とする波長範囲外の雑音をろ波する。このろ
波により伝送信号の元の部分を再生し、その一方で出力の雑音を除去する。実際
、図２の第１ろ波ステップでは、λ_１付近の雑音は除去される。第２ろ波ステッ
プでは、λ_１付近の信号、即ち雑音が少ない波長範囲の信号だけが再生される。
実際、拡大の非線形特性により、雑音が波長λ_１付近の範囲にあまりまたは全く
入らないことを保証する。図４はλ_１付近でろ波後に得られた信号の形状を示す
。λ_１付近の信号レベルは図ではＥ’で示される。Ｅ’の値は信号パワーの値Ｅ
と同一オーダーであり、本実施形態では、信号のろ波とシフトによる損失は信号
拡大に使用される信号を増幅して補償する。

【００２５】 本実施形態では、波長λ_１とλ_ｃ間の差に対し１ｎｍオーダーの値を用いて、
反射作用するＢｒａｇｇフィルタを使用して信号をろ波するか、または当技術分
野で既知のアナログ性能を持つフィルタを使用できる。

【００２６】 図５は、本発明による雑音低減デバイスの概略図である。この雑音低減デバイ
スは第１フィルタ手段１を有しており、伝送信号の波長範囲でパワー減少の全く
無いはまたはほとんど無い状態で波長λ_１付近の雑音をろ波する。図に示す実施
形態において、この雑音低減デバイスは波長シフト手段２を有しており、この波
長シフト手段は増幅器３を含み、後に伝送信号の波長λ_ｃでゼロの色拡散を持つ
ファイバループを含む。前記の説明のように、シフト手段は伝送信号のスペクト
ラムを拡大して、雑音がすでにろ波されている波長範囲内に信号が広がるように
する。これらのシフト手段の後に、雑音低減デバイスは第２フィルタ手段５を含
み、λ_１付近の波長範囲外の信号をろ波する。僅かに異なる波長（例では長い波
長）を持つ信号が、高い信号／雑音比でデバイスの出力に再生される。

【００２７】 数ナノメートルまでの大きいシフトを行うには、他の信号拡大手段を使用でき
る。次に述べる第２実施形態では、光位相共役を使用して伝送信号をシフトする
。図６は信号の形状を示す。図６では波長λ_１付近の雑音をろ波後の信号スペク
トラムを実線で示す。ポンプのスペクトラムは破線で示されている。太線は、伝
送信号と注入ポンプの４波混合により波長λ_１付近で得られる信号スペクトルを
示す。

【００２８】 第２実施形態は波長λ_ｃとλ_１間の差、言い替えると波長シフトを大きくでき
る利点を持つ。これにより、特に信号の送出源の波長変動にもかかわらず、シス
テムは十分な性能余裕を保証する。また波長分割多重伝送の場合、第２実施形態
の方法は、例えば多重チャネルの最長波長より長い波長を持つポンプにより、全
チャネルをブロックでシフトする、。第２実施形態はＲＺパルスだけでなくＮＲ
Ｚパルスにも適合する。最後に、第１実施形態と比較すると、第２実施形態は信
号のすべてには周波数変換を引起こさず、そのスペクトラムは僅かに変更される
だけである。これはろ波と波長シフトの繰り返しを容易にする。

【００２９】 本発明は第３実施形態では、波長変換器を使用して伝送信号の波長シフトを行
う。本発明によれば、第２実施形態で述べた４波混合における信号の光共役を基
にした変換器だけでなく、当技術分野で既知の任意の波長変換器を使用できる。

【００３０】 本発明の３つの実施形態は、信号の元の波長に対しシフトされた波長付近に低
い雑音レベルを持つ伝送信号を生成する。信号／雑音比は１０ｄＢオーダーの改
善が可能である。

【００３１】 図７は、従来の光ファイバ伝送システムの受信機で受信された信号の形状を示
す。ピコセカンド（ｐｓ）時間を横軸にプロットとし、ミリワット（ｍＷ）を縦
軸にプロットしている。信号は１０Ｇｂｉｔ／ｓのビットレートのＲＺパルスで
あり、注入パワーは−４ｄＢで５０００ｋｍの光ファイバを伝播している。図は
高い雑音レベルを示しており、リンクの性能指数は、当技術分野で既知の方法で
測定して、５．８のオーダーである。

【００３２】 図８は本発明によるリンクの同様のグラフを示しており、前述のタイプの雑音
低減手段を受信機内に備えている。図に示されるように、雑音レベルは明らかに
低く、性能指数は１８．４のオーダーである。

【００３３】 本発明によれば、従来技術で注入可能なパワーに比べ大きいパワーをリンクに
注入できる。

【００３４】 本発明は図１〜８により、最も単純な用途について説明してきた。１つのリン
ク上で、図１〜４により説明したタイプの数倍の機能を実行することが可能であ
る。したがって、図４の出力で波長λ_１付近の信号を再生後、波長λ_ｃに戻すこ
とができる。これには、図１〜４により説明した正反対の処理を実行する。その
第１ステップは波長λ_ｃ付近の雑音をろ波する（図４の第２ろ波ステップの間に
この処理が実行されていない場合）、次に図３の逆の処理により信号波長をλ_１ 〜λ_ｃにシフトする。その後、波長λ_ｃ付近の信号をろ波する。波長に関するこ
の「逆」の用語は、雑音レベルをさらに低減する意味であり、信号を元の波長範
囲に戻す利点を持つ。

【００３５】 前述の各ステップはリンク上で数回繰り返されて、波長を増加または減少させ
る。波長の変化方法を変えずに繰返す数は、ファイバの伝送範囲、増幅器および
伝送システムの他のコンポーネントに依存する。

【００３６】 本発明による雑音低減デバイスまたはデバイスの位置は、必要とされる効果と
使用される実施形態に依存する。本発明により、雑音は伝送システムのどこ位置
でも低減できる。好ましくは、雑音は前もって雑音よりはるかに高いレベルを持
つパルスに対し十分低減される。５ｄＢ／ｎｍまたはそれ以上の信号／雑音比が
適正である。

【００３７】 図７と８では、本発明により、雑音は受信機で低減される。しかしながら、雑
音は前もって低減することもでき、この実施形態は中継器無しシステムに対し特
に有利である。中継器を使用するシステムでは、本発明による雑音低減デバイス
を中継器の前後に挿入できる。

【００３８】 波長分割多重伝送システムの場合、第２実施形態のように、雑音をマルチプレ
ックスの全チャネルで同時に低減できる。また、信号を多重分離後にチャネル毎
に操作でき、その後信号を再多重化できる。この方法は２つのチャネルのそれぞ
れの位置を交換して、マルチプレックスのチャネルのスペクトラム形状を保存で
きる。

【００３９】 本発明による雑音低減デバイスは位相または振幅変調器のような能動デバイス
と組合せて、タイミングジッタを減少させるのに有効である。この方法では、雑
音だけでなく信号のタイミングジッタも減少する。

【００４０】 無論、本発明は説明および図示した例と実施形態に限定されるものではなく、
当業者には明らかな多くの変形形態も包含する。本発明は特に、伝送される信号
（ＲＺまたはＮＲＺパルス、ソリトンまたは他の信号）に関係なく、単一チャネ
ル上でまたは波長分割多重化を用いるすべての光ファイバ伝送システムに適合す
る。また本発明は中継器無しの伝送システム（リンク内に電気的能動素子を持た
ない）と中継器を使用する伝送システムに等しく適合する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 伝送システムの信号スペクトラムを示す。

【図２】 本発明による第１ステップのろ波後の信号スペクトラムを示す。

【図３】 本発明による波長シフトのステップ後の信号スペクトラムを示す。

【図４】 本発明による第２ステップのろ波後の信号スペクトラムを示す。

【図５】 本発明による雑音低減デバイスの図である。

【図６】 光学位相共役により波長シフトする信号のスペクトラムを示す。

【図７】 従来の伝送システムで受信された信号パワーのグラフである。

【図８】 本発明を使用する伝送システムで受信された信号パワーのグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2K002 AA02 AB12 AB31 AB40 BA01 HA31 5K102 AA01 AH23 AK02 KA01 KA06 KA35 KA42 MA03 MB10 MC03 PA02 PC02 PC12 PC14 PH11 RB04

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝送信号の波長範囲外の雑音をろ波する第１手段（１）と、 伝送信号の波長をシフトする手段（２）と、 波長シフトされた前記伝送信号をろ波する第２手段（５）とを備えている、光
   ファイバ伝送システム用の雑音低減デバイス。
2. 【請求項２】 第２波長シフト手段を備えて、前記第２ろ波を経た信号をそ
   の信号の元の波長に戻すことを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
3. 【請求項３】 前記波長シフト手段が信号のスペクトラムを拡大する手段（
   ３、４）を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のデバイス。
4. 【請求項４】 前記波長シフト手段が光位相共役手段を含むことを特徴とす
   る、請求項１または２に記載のデバイス。
5. 【請求項５】 前記ろ波手段がＢｒａｇｇフィルタを含むことを特徴とする
   、請求項１〜４のいずれかに記載のデバイス。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかによるデバイスを少なくとも１つ含
   む光ファイバ伝送システム。
7. 【請求項７】 伝送信号の波長範囲外の雑音をろ波するステップと、 伝送信号の波長をシフトするステップと、 波長シフトされた前記伝送信号をろ波するステップとを含む、光ファイバ伝送
   システムの雑音を低減させる方法。
8. 【請求項８】 第２波長シフトステップを含んで、前記第２ろ波を経た信号
   をその信号の元の波長に戻すことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記波長シフトステップが信号のスペクトラムの拡大を含む
   ことを特徴とする、請求項７または８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記波長シフトステップが信号の位相共役を含むことを特
    徴とする、請求項７または８に記載の方法。