JP2004328149A - 光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】直接変調光源を用いた光伝送を、広帯域で好適に行うことができる光伝送システムを提供する。
【解決手段】光伝送システム１は、送信部１０、伝送部２０、及び受信部３０が順に接続されて構成されている。送信部１０は、直接変調により信号光を生成し、生成した信号光を出力する直接変調光源Ｓ_１〜Ｓ_ｎを有する。伝送部２０は、送信部１０から出力された信号光を伝送する光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍを有する。ここで、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍとしては、所定の信号光波長における波長分散値が負であり、且つその信号光波長における分散スロープの絶対値が０．０５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であるものが用いられる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光伝送システムは、多波長の信号光を多重化して光ファイバ伝送路により伝送するものであり、大容量の情報を高速に長距離に渡って伝送することが可能である。近年では、光伝送システムにおいて、更なる高速大容量化及び長距離化の要求が高まりつつある。しかし、高速大容量化のためにビットレートを高くすればシステムの分散耐力が低下してしまう。一方、長距離化のために光ファイバ伝送路を長くすれば伝送路全体の累積波長分散の絶対値が増大し、信号光の波形劣化につながってしまう。
また、近年では、光伝送システムの低コスト化の要求も高まっている。そのため、信号光の光源としては、外部変調器を必要としない直接変調光源が用いられることが多い。しかし、直接変調光源を用いた場合には、直接変調による正のチャープが信号光に生じるため、信号光に対する累積波長分散の影響が強くなり、信号光の波形劣化が増大してしまう。これに対し、直接変調光源を用いた光伝送システムにおいては、光ファイバ伝送路として負分散ファイバを用いることにより、正分散ファイバを用いた場合に比して伝送特性の向上を望めることがわかっている（例えば、非特許文献１〜３参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， Ｖｏｌ． １３， １９８８， ｐ． １０３５
【非特許文献２】
ＥＣＯＣ２０００， Ｖｏｌ． １， ｐ．９７
【非特許文献３】
ＯＦＣ２００２， ＷＡ２
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、直接変調光源を用いた従来の光伝送システムは、負分散ファイバが用いられたものであっても、狭い信号光波長範囲（例えば、１５５０ｎｍ帯）における使用を前提として設計されていた。例えば、非特許文献３に記載された光ファイバでは、分散スロープの絶対値が大きいため、各波長間の分散値の差が大きく、好適に使用できる信号光波長が狭い範囲に限定されてしまう。信号光波長範囲を広げることができれば、伝送チャネル数を増やし、更なる高速大容量な光伝送を期待することができる。特に、多波長の信号光の波長間隔が比較的広いＣＷＤＭ（Ｃｏａｒｓｅ−ＷＤＭ）光伝送を行う場合には、信号光波長範囲が広いことが肝要となる。
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、直接変調光源を用いた光伝送を、広帯域で好適に行うことができる光伝送システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明による光伝送システムは、直接変調により信号光を生成し、生成した信号光を出力する直接変調光源と、中継区間における主たる光伝送路を構成し、直接変調光源が出力した信号光を伝送する光ファイバとを備え、光ファイバは、所定の信号光波長における波長分散値が負であり、且つ所定の信号光波長における分散スロープの絶対値が０．０５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であることを特徴とする。
【０００６】
この光伝送システムにおいて、中継区間の主たる光伝送路を構成する光ファイバの波長分散値は、所定の信号光波長において負である。したがって、この負分散によって、直接変調光源で生じる正のチャープが補償される。これにより、信号光の波形劣化が抑制される。また、光ファイバの分散スロープの絶対値は、所定の信号光波長において０．０５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下である。これにより、広い信号光波長範囲に渡って、光ファイバは略同じ負分散値をとることが可能である。このため、この光伝送システムによれば、直接変調光源を用いた波長多重伝送を、分散補償することなく広帯域で実現することができる。
【０００７】
光ファイバによって伝送される信号光は、４０ｎｍ以上の波長帯域に渡る３波長以上の信号光が多重化されたものであることが好適である。この場合、広帯域での波長多重伝送を好適に行うことが可能な本光伝送システムの有用性が顕著となる。
【０００８】
光ファイバの零分散波長は１６１０ｎｍ以上であり、所定の信号光波長は１５５０ｎｍ近傍であることが好適である。この場合、信号光波長を零分散波長から離すことができるため、四光波混合の発生を抑えることができる。
【０００９】
所定の信号光波長における光ファイバの実効断面積は６０μｍ^２以下であることが好適である。この場合、所定の信号光波長における光ファイバの非線形屈折率ｎ_２及び実効断面積Ａ_ｅｆｆの比（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）が大きくなり、非線形性が強くなる。これにより、光ファイバの自己位相変調（ＳＰＭ：Ｓｅｌｆ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）による負のチャープが、直接変調による正のチャープを補償する効果が増大する。
【００１０】
光ファイバの２ｍカットオフ波長は１６００ｎｍ以下であることが好適である。この場合、数ｋｍ伝送後の実効カットオフ波長は充分に短くなるため、信号光がマルチモード伝送になるのを抑制することができる。
【００１１】
所定の信号光波長における光ファイバの波長分散値は、−１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であることが好適である。この場合、光ファイバの累積分散値が小さく抑えられるので、信号光の伝送距離をより長くすることができる。
【００１２】
所定の信号光波長範囲において、光ファイバの波長分散値が−１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることが好適である。この場合、所定の信号光波長範囲内にある全ての信号光を好適に長距離伝送することができる。
【００１３】
直接変調光源の出力端において、所定の信号光波長をもつ信号光のαパラメータの値は１．０以上であることを特徴としてもよい。αパラメータの値が１．０以上となる程度に直接変調光源の消光比を高くとった場合であっても、光ファイバの負分散によって直接変調光源で生じる正のチャープが充分に補償される。
【００１４】
所定の信号光波長において、光ファイバの非線形定数をγとし、光ファイバに入力する信号光のパワーをＰ_ｉｎとしたとき、次式：
γＰ_ｉｎ＞１．５１×１０^−６／ｍ
が成立することが好適である。この場合、光ファイバの非線形性が強くなることにより、光ファイバの自己位相変調による負のチャープが、直接変調による正のチャープを補償する効果が増大する。
【００１５】
信号光のビットレートをＢ（Ｇｂ／ｓ）としたとき、所定の信号光波長において、信号光の送信端から受信端までの累積波長分散値が−８００００／Ｂ^２（ｐｓ／ｎｍ）以上０（ｐｓ／ｎｍ）以下であることを特徴とする。この場合、信号光を好適に長距離伝送することができる。
【００１６】
中継区間の長さは７５ｋｍ以上であることが好適である。中継区間の長さを大きくとれば、システム全体における中継区間の総数を減らすことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
図１は、本発明による光伝送システムの一実施形態を示す概略構成図である。光伝送システム１は、送信部１０、伝送部２０、及び受信部３０が順に接続されて構成されており、送信部１０が出力した信号光を伝送部２０により受信部３０へと伝送するものである。
【００１９】
送信部１０は、ｎ（ｎは２以上の整数）個の直接変調光源Ｓ_１〜Ｓ_ｎ、及び合波器１２を有する。直接変調光源Ｓ_１〜Ｓ_ｎは、直接変調により信号光を生成し、生成した信号光を出力する。また、各直接変調光源Ｓ_１〜Ｓ_ｎが生成・出力する信号光は、互いに異なる波長をもつ。例えば、ｎ＝３の場合、直接変調光源Ｓ_１〜Ｓ_３が出力する信号光の波長（信号光波長）を、それぞれ１５３０ｎｍ、１５５０ｎｍ、及び１５７０ｎｍとすることができる。一方、合波器１２は、直接変調光源Ｓ_１〜Ｓ_ｎのそれぞれと接続されており、各直接変調光源Ｓ_１〜Ｓ_ｎが出力した信号光を多重化し、多重化した信号光を送信する。
【００２０】
送信部１０には、伝送部２０が接続されている。伝送部２０は、ｍ（ｍは２以上の整数）本の光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍ、及び（ｍ−１）個の中継器Ｒ_１〜Ｒ_ｍ−１を有する。光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍは、送信部１０から出力された信号光を伝送するものであり、中継器Ｒ_１〜Ｒ_ｍ−１を介して縦列接続されている。すなわち、各光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍは、中継区間における光伝送路を構成している。ここで中継区間とは、送信部１０から中継器Ｒ１までの区間、各中継器Ｒ_ｉ（ｉ：１以上ｍ−２以下の整数）から隣り合う中継器Ｒ_ｉ＋１までの区間、及び中継器Ｒ_ｍ−１から受信部３０までの区間のそれぞれをいう。また、各中継器Ｒ_１〜Ｒ_ｍ−１は、送信部１０側の光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍから入力された信号光を増幅し、増幅した信号光を受信部３０側の光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍへと出力する。
【００２１】
ここで、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍとしては、所定の信号光波長における波長分散値が負であり、且つその信号光波長における分散スロープの絶対値が０．０５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であるものが用いられる。所定の信号光波長とは、例えば１５５０ｎｍである。
【００２２】
伝送部２０には、受信部３０が接続されている。受信部３０は、分波器３２、及びｎ個の光検出器Ｄ_１〜Ｄ_ｎを有する。分波器３２は、伝送部２０により伝送された信号光を受信する。この信号光は、上述のように、相異なる波長をもつｎ種類の信号光が多重化されたものであり、分波器３２は入力した信号光を波長毎に分離し、分離した信号光を出力する。また、分波器３２には、光検出器Ｄ_１〜Ｄ_ｎがそれぞれ接続されている。光検出器Ｄ_１〜Ｄ_ｎは、分波器３２が分離・出力した信号光を検出する。すなわち、光検出器Ｄ_１〜Ｄ_ｎが検出する信号光は、それぞれ直接変調光源Ｓ_１〜Ｓ_ｎが出力する信号光に対応し、互いに異なる波長をもつものである。
【００２３】
上記構成の光伝送システム１は、次のように動作する。送信部１０において、直接変調光源Ｓ_１〜Ｓ_ｎから出力された信号光は、合波器１２によって波長多重化された後、伝送部２０へと送信される。伝送部２０において、信号光は、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍによって各中継区間を伝送される。またこのとき、信号光は、隣接する中継区間どうしの間において、中継器Ｒ_１〜Ｒ_ｍ−１によって増幅を受ける。伝送部２０を伝送された信号光は、受信部３０によって受信される。受信部３０において、信号光は、分波器３２によって波長毎に分離される。分離された信号光は、それぞれ光検出器Ｄ_１〜Ｄ_ｎによって検出される。
【００２４】
光伝送システム１の効果を説明する。光伝送システム１において、各中継区間の光伝送路を構成する光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍの波長分散値は、所定の信号光波長において負である。したがって、この負分散によって、直接変調光源Ｓ_１〜Ｓ_ｎで生じる正のチャープが補償される。これにより、信号光のパルスは圧縮され、信号光の波形劣化が抑制される。このため、受信部３０における信号光の受信感度が向上する。また、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍの分散スロープの絶対値は、上記所定の信号光波長において０．０５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下である。これにより、広い信号光波長範囲に渡って、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍは略同じ負分散値をとることが可能である。このため、光伝送システム１によれば、直接変調光源を用いた波長多重伝送を、分散補償することなく広帯域で実現することができる。また、外部変調器及び分散補償器の何れも設ける必要がないため、光伝送システム１は低コストである。
【００２５】
特に、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍとしては、所定の信号光波長における分散スロープの絶対値が、より好ましくは０．０３ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下、さらに好ましくは０．０１ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であるものを用いるとよい。この場合、波長多重伝送をより広帯域で好適に行うことができる。例えば、分散スロープの絶対値が０．０３ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下の場合、１００ｎｍ以上の帯域の信号光を伝送することが可能である。また、分散スロープの絶対値が０．０１ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下の場合、２００ｎｍ以上の帯域の信号光を伝送することが可能である。
【００２６】
ここで、上記の所定の信号光波長を１５５０ｎｍ近傍とした場合、他の波長に比して信号光を低損失で伝送することができる。また、この場合において、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍとして零分散波長が１６１０ｎｍ以上のものを用いれば、信号光波長を零分散波長から離すことができるため、四光波混合の発生を抑えることができる。
【００２７】
また、１５３０ｎｍ、１５５０ｎｍ、及び１５７０ｎｍの組み合わせのように、４０ｎｍ以上の帯域に渡る３波長以上の信号光を用いる場合には、上述のように広帯域での波長多重伝送を好適に行うことができる本光伝送システム１が特に有用となる。さらに、１５１０ｎｍ以下から１５９０ｎｍ以上にまで渡る波長範囲の信号光を用いる場合、光伝送システム１がより有用である。また、１５５０ｎｍ近傍の波長、及び１４００ｎｍ以下の波長をもつ信号光を用いる場合、光伝送システム１が殊に有用である。
【００２８】
また、各中継区間の長さは、好ましくは７５ｋｍ以上、より好ましくは１００ｋｍ以上にするとよい。このように中継間隔を大きくとれば、中継器Ｒ_１〜Ｒ_ｍ−１の数を減らすことができるので、光伝送システム１を簡易且つ低コストに構築することが可能となる。しかも、光伝送システム１においては、上述のように、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍの負分散によって直接変調光源Ｓ_１〜Ｓ_ｎで生じるチャープが補償されるため、中継間隔を大きくとっても信号光を好適に伝送することができる。
【００２９】
なお、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍとしては、所定の信号光波長における実効断面積Ａ_ｅｆｆが、好ましくは６０μｍ^２以下、より好ましくは５０μｍ^２以下であるものを用いるとよい。この場合、上記信号光波長における光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍの非線形屈折率ｎ_２及び実効断面積Ａ_ｅｆｆの比（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）が大きくなり、非線形性が強くなる。これにより、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍの自己位相変調による負のチャープが、直接変調による正のチャープを補償する効果が増大する。
【００３０】
また、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍとしては、所定の信号光波長における非線形定数をγとし、入力される信号光のパワーをＰ_ｉｎとしたとき、次式：
γＰ_ｉｎ＞１．５１×１０^−６／ｍ
が成立するものを用いることが好ましい。この場合にも、非線形性が強くなることにより、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍの自己位相変調による負のチャープが、直接変調による正のチャープを補償する効果が増大する。
【００３１】
また、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍとしては、２ｍカットオフ波長が１６００ｎｍ以下のものを用いることが好ましい。この場合、数１０ｋｍ伝送した後であっても、信号光がマルチモード伝送になるのを防ぐことができる。
【００３２】
また、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍとしては、所定の信号光波長における波長分散値が、好ましくは−１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上、より好ましくは−８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上、さらに好ましくは−４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上のものを用いるとよい。これらの場合、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍの累積分散値が小さく抑えられるので、信号光の伝送距離をより長くすることができる。
【００３３】
また、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍとしては、所定の信号光波長範囲における波長分散値が、好ましくは−１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下、より好ましくは−８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であるとよい。これらの場合、上記所定の信号光波長範囲内にある全ての信号光を好適に長距離伝送することができる。さらに、上記所定の信号光波長範囲内にある全ての信号光の波長分散値が−１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることがより好ましい。この場合、信号光間の非線形相互作用による伝送劣化を回避することができる。
【００３４】
ここで、上記所定の信号光波長範囲は、例えば１４００ｎｍ〜１６００ｎｍである。この場合、２００ｎｍという広帯域にも関わらず、この範囲内の全ての信号光を好適に長距離伝送することができる。さらに、上記所定の信号光波長範囲は、１３００ｎｍ〜１６００ｎｍであってもよい。この場合、３００ｎｍという超広帯域にも関わらず、この範囲内の全ての信号光を好適に長距離伝送することができる。
【００３５】
また、直接変調光源Ｓ_１〜Ｓ_ｎの出力端において、所定の信号光波長をもつ信号光のαパラメータの値は１．０以上であってもよい。光伝送システム１においては、αパラメータの値が１．０以上となる程度に直接変調光源Ｓ_１〜Ｓ_ｎの消光比を高くとっても、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍの負分散によって直接変調光源Ｓ_１〜Ｓ_ｎで生じた正のチャープが充分に補償される。さらに、直接変調光源Ｓ_１〜Ｓ_ｎの出力端において、所定の信号光波長をもつ信号光のαパラメータの値は３．０以上であってもよい。この場合、直接変調光源Ｓ_１〜Ｓ_ｎの消光比をより高くとることができる。
【００３６】
また、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍとしては、信号光のビットレートをＢ（Ｇｂ／ｓ）としたとき、所定の信号光波長において、伝送部２０全体の累積波長分散値が、−８００００／Ｂ^２（ｐｓ／ｎｍ）以上０（ｐｓ／ｎｍ）以下であることが好ましい。この場合、信号光を好適に長距離伝送することができる。さらに、所定の信号光波長において、伝送部２０全体の累積波長分散値が、−２００００／Ｂ^２（ｐｓ／ｎｍ）以上０（ｐｓ／ｎｍ）以下であるものを用いる場合、充分な伝送マージンをとった上で、信号光を好適に長距離伝送することができる。
【００３７】
また、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍとしては、波長１３８０ｎｍにおける伝送損失が、波長１３１０ｎｍにおける伝送損失よりも低いものを用いることが好ましい。また、光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍの波長１３８０ｎｍにおけるＯＨ吸収は略０であることが好ましい。これらの場合、１３８０ｎｍ近傍の波長をもつ信号光であっても、好適に伝送することができる。このため、フルスペクトル（１３００ｎｍ〜１６００ｎｍ）でのＣＷＤＭ伝送が可能となる。また、１３８０ｎｍ帯でのＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ−ＷＤＭ）伝送も可能となる。さらに、Ｓバンド（１４６０ｎｍ〜１５３０ｎｍ）での伝送において信号光をラマン増幅する場合には、１３８０ｎｍ付近の波長をもつ励起光を効率良く供給することが可能となる。
【００３８】
ところで、波長１３８０ｎｍにおける伝送損失が波長１３１０ｎｍにおける伝送損失よりも低い光ファイバとしては、例えばＺＷＰＦ（Ｚｅｒｏ Ｗａｔｅｒ Ｐｅａｋ Ｆｉｂｅｒ）がある。図２は、ＺＷＰＦ及び従来のＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ）の損失スペクトルを示すグラフである。グラフの横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光ファイバの単位長さあたりの損失（ｄＢ／ｋｍ）を表す。グラフにおいて、曲線ｃ１及び曲線ｃ２は、それぞれＺＷＰＦ及び従来のＳＭＦの損失スペクトルである。なお、曲線ｃ２は、従来のＮＺＤＳＦ（Ｎｏｎ−Ｚｅｒｏ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｓｈｉｆｔ Ｆｉｂｅｒ）の損失スペクトルとも一致する。
【００３９】
曲線ｃ２からわかるように、従来のＳＭＦ又はＮＺＤＳＦでは１３８０ｎｍ付近において大きな損失のピークが現れる。このピークは、ＯＨ基が光を吸収することに起因するものである。一方、曲線ｃ１からわかるように、ＺＷＰＦでは１３８０ｎｍ付近においてもピークが現れることがない。このため、ＺＷＰＦにおいては、波長１３８０ｎｍにおける伝送損失が波長１３１０ｎｍにおける伝送損失よりも低くなる。
【００４０】
例えば、１３００ｎｍから１６００ｎｍまでの波長範囲において２０ｎｍ間隔で信号光波長を選択する場合を考える。このとき、図２において矢印Ａｘで示すように、最大で１６種類の信号光波長を用いることが可能である。しかし、従来の従来のＳＭＦ及びＮＺＤＳＦでは、大きな損失ピークのために１３８０ｎｍ付近の信号光波長、具体的には特に矢印ａｘで示す１３６０ｎｍ〜１４４０ｎｍにある５種類の信号光波長を用いることができない。これに対し、ＺＷＰＦによれば、１６種類の信号光波長を全て用いることが可能であるため、従来のＳＭＦ又はＮＺＤＳＦに比して３０％以上も伝送容量を増やすことができる。
【００４１】
図３は、伝送ペナルティと直接変調光源の消光比との関係を求めた実験結果を示すグラフである。グラフの横軸は消光比（ｄＢ）を表し、縦軸は伝送ペナルティ（ｄＢ）を表す。ここで、直接変調光源として半導体レーザ（ＬＤ）を用いた。このＬＤにおけるビットレートは２．５Ｇｂ／ｓである。ＬＤの変調条件等のパラメータを調整することにより、消光比の値を変化させた。そして、それぞれの消光比の場合について、信号光をＰＩＮフォトダイオードで検出することにより受信感度を測定した。このとき、ＰＩＮフォトダイオードをＬＤに対して直接に接続して、すなわち‘ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋ’で信号光の検出を行った。
【００４２】
このようにして測定した受信感度を伝送ペナルティに換算したものをグラフ中に丸印ｐ１で示している。なお、丸印ｐ１で示す伝送ペナルティは、消光比が１７ｄＢのときの伝送ペナルティを基準（０ｄＢ）とした相対値である。この結果からは、消光比が高くなるにつれて、伝送ペナルティが小さくなり受信感度が向上することがわかる。一方、ＬＤとＰＩＮフォトダイオードとの間において１６００ｐｓ／ｎｍの分散を付与した上で、上記と同様にして求めた伝送ペナルティをグラフ中に×印ｐ２で示す。この場合、消光比が高くなるにつれて、伝送ペナルティが大きくなり受信感度が低下する。これは、消光比を高くするようにＬＤの駆動条件を調整したことにより、発生するチャープ量が増大し、分散耐力が劣化したことが原因と考えられる。
【００４３】
以上より、光伝送システム１のように光伝送路を構成する光ファイバの分散値を適当に制御することは、分散耐力の劣化を抑え、受信感度の向上を図るために非常に有意であると言える。
【００４４】
図４は、伝送ペナルティと伝送距離との関係を求めたシミュレーション結果を示すグラフである。グラフの横軸は伝送距離（ｋｍ）を表し、縦軸は伝送ペナルティ（ｄＢ）を表す。光源には図３と同じＬＤをモデルとして用い、ＬＤの駆動条件としては、変調用のバイアス電流Ｉ_ｂｉａｓをＩ_ｂｉａｓ＝１．３×Ｉ_ｔｈ（Ｉ_ｔｈ：ＬＤの発振閾値電流）とし、変調電流Ｉ_ｍの変調振幅を０．９×Ｉ_ｔｈ、出力パワーを４．５ｍＷとした。このときの消光比は６ｄＢであった。また、光伝送路として用いた光ファイバについては、伝送損失が０．２ｄＢ／ｋｍ、分散スロープが０ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ、非線形屈折率ｎ_２を０とした。なお、光増幅器は雑音フリーとし、ポスト及びプリアンプのみ用いた。
【００４５】
グラフ中の折線ｌ１〜ｌ６は、それぞれ波長分散値が下記の値をもつ光ファイバを用いた場合のシミュレーション結果を示している。なお、折線ｌ１〜ｌ６における伝送ペナルティの値は、ｂａｃｋ−ｔｏ−ｂａｃｋで測定したときの受信感度に対して求めたものである。
ｌ１：＋３２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
ｌ２：＋１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
ｌ３： ＋８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
ｌ４： −８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
ｌ５：−１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
ｌ６：−３２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
【００４６】
折線ｌ１〜ｌ３からわかるように、波長分散値が正である光ファイバを用いた場合、伝送距離が長くなるにつれて伝送ペナルティが累積的に増大してしまうことがわかる。ここで、各波長分散値の光ファイバにおいて伝送ペナルティが１ｄＢに達する伝送距離を伝送可能距離とする。グラフより、光ファイバの波長分散値（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）が３２、１６、及び８の場合の伝送可能距離は、それぞれ約９０ｋｍ、約１８０ｋｍ、及び約３６０ｋｍである。
【００４７】
一方、折線ｌ４，ｌ５からわかるように、波長分散値（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）が−８及び−１６の場合には、４００ｋｍを超える伝送可能距離が達成される。しかも、４００ｋｍの伝送後においても伝送ペナルティは負であり、したがって、伝送特性が劣化するどころか、むしろ改善していることがわかる。このように伝送特性が改善するのは、直接変調により発生する正のチャープを光ファイバの負分散が補償することによって、信号光のパルスが圧縮されるためである。しかし、波長分散値が負であっても、その絶対値が大きすぎる場合には、伝送可能距離が短くなってしまう。実際、折線ｌ６からわかるように、波長分散値が−３２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの場合の伝送可能距離は約３２０ｋｍであった。これは、負分散であっても累積分散の絶対値が大きくなりすぎれば、伝送特性が劣化するためである。
【００４８】
したがって、波長分散値が−３２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ前後の光ファイバは、伝送距離が３００ｋｍ未満の短距離伝送を行う光伝送システムへの適用に限定される。一方、−１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上の負分散をもつ光ファイバは、３００ｋｍ以上の長距離伝送を行う光伝送システムにおいても、伝送路として好適に用いることができる。
【００４９】
図５は、図４と異なるＬＤの駆動条件下で伝送ペナルティと伝送距離との関係を求めたシミュレーション結果を示すグラフである。図５においてＬＤの駆動条件は、変調用のバイアス電流Ｉ_ｂｉａｓをＩ_ｂｉａｓ＝１．１×Ｉ_ｔｈ（Ｉ_ｔｈ：ＬＤの発振閾値電流）とし、変調電流Ｉ_ｍの変調振幅を１．９×Ｉ_ｔｈ、出力パワーを６．２ｍＷとした。このときの消光比は１７ｄＢであった。その他の条件は、図４と同様である。また、グラフ中の折線ｍ１〜ｍ４は、それぞれ波長分散値が下記の値をもつ光ファイバを用いた場合のシミュレーション結果を示している。
ｍ１：＋１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
ｍ２： ＋８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
ｍ３： −８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
ｍ４：−１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
【００５０】
グラフより、光ファイバの波長分散値（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）が１６及び８の場合の伝送可能距離は、それぞれ約７０ｋｍ、及び約１４０ｋｍである。一方、波長分散値（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）が−８及び−１６の場合の伝送可能距離は、それぞれ約４００ｋｍ、及び約２００ｋｍであり、図４の場合に比して短くなっていることがわかる。これは、上述のように、消光比を高くすることにより分散耐力が劣化したことが原因であると考えられる。
【００５１】
したがって、図５のＬＤ駆動条件下では、波長分散値が−１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであっても絶対値が大きすぎる。一方、−８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上の負分散をもつ光ファイバは、３００ｋｍ以上の長距離伝送を行う光伝送システムにおいても、伝送路として好適に用いることができる。さらに、−４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上の負分散をもつ光ファイバであれば、４００ｋｍ以上の伝送が期待できる。
【００５２】
図６は、非線形の強さが異なる複数の光ファイバについて伝送ペナルティと伝送距離との関係を求めたシミュレーション結果を示すグラフである。ＬＤの駆動条件は図５と同様である。また、光ファイバの波長分散値は−１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。折線ｊ１〜ｊ３は、非線形屈折率及び実効断面積の比（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ）がそれぞれ下記の値をもつ光ファイバを用いた場合のシミュレーション結果を示している。
ｊ１：０／Ｗ
ｊ２：１５×１０^−１０／Ｗ
ｊ３：３．３×１０^−１０／Ｗ
【００５３】
グラフより、ｎ_２／Ａ_ｅｆｆの値が大きくなるにつれて、すなわち非線形性が強くなるにつれて伝送可能距離が長くなり、伝送特性が改善することがわかる。これは、上述のように、自己位相変調による負のチャープが、直接変調による正のチャープを補償するためであると考えられる。
【００５４】
なお、実際のメトロシステムにおいては、１信号光波長あたりの最大入力パワーは６ｄＢｍ程度であり、光ファイバの非線形屈折率ｎ_２は３．０×１０^−２０（ｍ^２／Ｗ）程度が妥当な値であると考えられる。よって、光伝送路を構成する光ファイバの実効断面積Ａ_ｅｆｆが６０μｍ^２以下であれば、ｎ_２／Ａ_ｅｆｆの値は５．０×１０^−１０／Ｗ以上となるので、折線ｊ３（ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ＝３．３×１０^−１０／Ｗ）で示す以上の優れた伝送特性が達成される。さらに、システムマージンを１０％以上とることを考えた場合、Ａ_ｅｆｆは５０μｍ^２以下であることが望ましい。この場合には、３５０ｋｍを超える光伝送を好適に行うことができる。
【００５５】
図７は、図６と異なる尺度を用いて、非線形の強さが異なる複数の光ファイバについて伝送ペナルティと伝送距離との関係を求めたシミュレーション結果を示すグラフである。ＬＤの駆動条件は図５と同様であり、光ファイバの波長分散値は−１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。折線ｋ１，ｋ２は、非線形係数γと光ファイバへの信号光の入力パワーＰ_ｉｎとの積がそれぞれ下記の値をもつ光ファイバを用いた場合のシミュレーション結果を示している。なお、γ＝（２πｎ_２）／（λＡ_ｅｆｆ）である。λは信号光波長であり、ここでは１５５０ｎｍとしている。
ｋ１：０／ｍ
ｋ２：１．５１×１０^−６／ｍ
【００５６】
グラフより、図６の結果も考慮すると、γＰ_ｉｎの値が１．５１×１０^−６／ｍ以上とすれば、メトロ系において長距離伝送とされる２５０ｋｍ以上の光伝送を実現することができる。
【００５７】
図８は、図４と異なるＬＤの駆動条件下で伝送ペナルティと伝送距離との関係を求めたシミュレーション結果を示すグラフである。図８においてＬＤの駆動条件は、変調用のバイアス電流Ｉ_ｂｉａｓをＩ_ｂｉａｓ＝１．６５×Ｉ_ｔｈとし、変調電流Ｉ_ｍの変調振幅を０．９５×Ｉ_ｔｈとした。このときの消光比は４ｄＢであった。グラフ中の折線ｈ１，ｈ２は、それぞれ波長分散値が下記の値をもつ光ファイバを用いた場合のシミュレーション結果を示している。
ｈ１：−１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
ｈ２：−３２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
【００５８】
グラフより、波長分散値が−３２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであっても、伝送可能距離が４００ｋｍを超えている。よって、変調条件を適当に調整することにより、−１２８００ｐｓ／ｎｍの分散耐力を実現することが可能である。ここで、分散耐力は通常ビットレートの２乗に反比例するが、このことは直接変調においても成り立つと仮定する。すると、−１２８００ｐｓ／ｎｍという分散耐力は、ビットレートＢを用いて、一般に−８００００／Ｂ^２（ｐｓ／ｎｍ）と表される。したがって、光伝送路全体の累積波長分散値が−８００００／Ｂ^２（ｐｓ／ｎｍ）以上０（ｐｓ／ｎｍ）以下であれば、好適に光伝送を行うことができる。
【００５９】
なお、本発明による光伝送システムは、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、図１においては、各中継区間の光伝送路全体が光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍによって構成されているが、各中継区間の光伝送路の一部が光ファイバＦ_１〜Ｆ_ｍによって構成されていてもよい。また、図１において直接変調光源及び光検出器の個数を表すｎについては、ｎ＝１としてもよい。この場合、合波器１２及び分波器３２を設ける必要はない。同じく、図１において光ファイバの本数（中継区間の数）を表すｍについても、ｍ＝１としてもよい。この場合、中継器は不要である。
【００６０】
【発明の効果】
本発明による光伝送システムによれば、直接変調光源を用いた光伝送を、広帯域で好適に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光伝送システムの一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】ＺＷＰＦ及び従来のＳＭＦの損失スペクトルを示すグラフである。
【図３】伝送ペナルティと直接変調光源の消光比との関係を求めた実験結果を示すグラフである。
【図４】伝送ペナルティと伝送距離との関係を求めたシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】図４と異なるＬＤの駆動条件下で伝送ペナルティと伝送距離との関係を求めたシミュレーション結果を示すグラフである。
【図６】非線形の強さが異なる複数の光ファイバについて伝送ペナルティと伝送距離との関係を求めたシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】図６と異なる尺度を用いて、非線形の強さが異なる複数の光ファイバについて伝送ペナルティと伝送距離との関係を求めたシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】図４と異なるＬＤの駆動条件下で伝送ペナルティと伝送距離との関係を求めたシミュレーション結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１…光伝送システム、１０…送信部、１２…合波器、２０…伝送部、３０…受信部、３２…分波器、Ｄ_１〜Ｄ_ｎ…光検出器、Ｆ_１〜Ｆ_ｍ…光ファイバ、Ｒ_１〜Ｒ_ｍ−１…中継器、Ｓ_１〜Ｓ_ｎ…直接変調光源。

Claims (11)

1. 直接変調により信号光を生成し、生成した前記信号光を出力する直接変調光源と、
   中継区間における主たる光伝送路を構成し、前記直接変調光源が出力した信号光を伝送する光ファイバとを備え、
   前記光ファイバは、所定の信号光波長における波長分散値が負であり、且つ前記所定の信号光波長における分散スロープの絶対値が０．０５ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ以下であることを特徴とする光伝送システム。
2. 前記光ファイバによって伝送される前記信号光は、４０ｎｍ以上の波長帯域に渡る３波長以上の信号光が多重化されたものであることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
3. 前記光ファイバの零分散波長は１６１０ｎｍ以上であり、
   前記所定の信号光波長は１５５０ｎｍ近傍であることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
4. 前記所定の信号光波長における前記光ファイバの実効断面積は６０μｍ^２以下であることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
5. 前記光ファイバの２ｍカットオフ波長は１６００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
6. 前記所定の信号光波長における前記光ファイバの波長分散値は、−１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
7. 所定の信号光波長範囲において、前記光ファイバの波長分散値が−１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
8. 前記直接変調光源の出力端において、前記所定の信号光波長をもつ前記信号光のαパラメータの値は１．０以上であることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
9. 前記所定の信号光波長において、前記光ファイバの非線形定数をγとし、前記光ファイバに入力する前記信号光のパワーをＰ_ｉｎとしたとき、次式：
   γＰ_ｉｎ＞１．５１×１０^−６／ｍ
   が成立することを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
10. 前記信号光のビットレートをＢ（Ｇｂ／ｓ）としたとき、前記所定の信号光波長において、前記信号光の送信端から受信端までの累積波長分散値が−８００００／Ｂ^２（ｐｓ／ｎｍ）以上０（ｐｓ／ｎｍ）以下であることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。
11. 前記中継区間の長さは７５ｋｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の光伝送システム。

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