JP2005526421A - 光学系における信号伝送の改良 - Google Patents

Abstract

伝送帯域の一方側の短波長信号からのエネルギを伝送帯域の他方側の長波長信号へ移動させるラマン効果を呈する所定長さの光伝送ケーブルを経由して、伝送帯域の隣接チャンネルを占める複数の信号を伝送できる伝送装置におけるラマン傾斜を低減させる方法であって、最大数の半分の信号を２倍の標準チャンネル周波数間隔及び標準出力レベルよりも高い出力レベルで伝送すると共に、信号を全てより少ない利用可能なチャンネルの選択チャンネル内を標準チャンネル間隔及び標準出力レベルで伝送する。新しいチャンネルは、狭いチャンネル周波数間隔で付加されるので、両隣接チャンネルの出力は標準出力レベルに低減される。

Description

本発明は、伝送帯域の一方側の短波長信号からのエネルギを伝送帯域の他方側の長波長信号へ移動させるラマン効果を呈する所定長さの光伝送ケーブルを経由して、伝送帯域内の隣接チャンネルを占める複数の信号を伝送できる伝送装置による信号伝送方法に関する。
ラマン効果は、所定長さの光ファイバ伝送ケーブルによる高い光強度の波長分割多重（ＷＤＭ）信号の伝送において生じる。

波長分割多重システムは、複数の光波長で作動し、これらの光波長は、個々にデータ変調され、多重化により結合され、所定長さの光ファイバ伝送ケーブルを経由して伝送される。結合信号は、送信先で逆多重化され（即ち、各成分波長に分離され)、各々の波長は、フォトダイオードによって検出される。

本発明は、伝送帯域の一方側の短波長信号からのエネルギを伝送帯域の他方側の長波長信号へ移動させるラマン効果を呈する所定長さの光伝送ケーブルを経由して、伝送帯域内の隣接チャンネルを占める複数の信号を伝送できる伝送装置による信号伝送方法であって、信号を複数の利用可能なチャンネル内で最小チャンネル間隔より大きく標準出力レベルよりも高い出力レベルで伝送する段階を含み、信号は、全ての利用可能なチャンネルが使用されている場合に伝送されるようになっている方法を提供する。

１つの態様において、信号は、最初に、利用可能なチャンネルの１つおきの複数のチャンネル内を高出力レベルで伝送される。

１つの態様において、伝送信号の数は、信号が全ての利用可能なチャンネルの１つおきのチャンネル内を高出力レベルで伝送されるまで増やすことができる。
高出力レベルは、標準出力レベルの２倍で有ることが好ましい。

信号は、標準出力レベルで最小周波数間隔により伝送され、その後に伝送された信号に対する２つの隣接チャンネルの出力は、標準出力レベルに低減されることが好ましい。
後続信号は、最初に信号が伝送された各チャンネル間の１つおきのチャンネル内を標準出力レベルで伝送することができ、後続の伝送信号に対する２つの隣接チャンネルの出力は、高出力レベルから標準出力レベルに低減される。

本方法は、信号が所定長さの伝送ケーブルを伝わった後に該信号を不均一に増幅する段階を含むことが好ましく、伝送帯域の長波長側での増幅は、伝送帯域の短波長側での増幅よりも小さい。

１つの態様において、本方法は、エルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）内で信号を不均一に増幅する段階を含む。
伝送帯域は、Ｃ帯域の電磁スペクトル、もしくはＬ帯域の電磁スペクトルであってもよい。
１つの態様において、標準出力レベルは１ミリワットである。

本方法の１つの態様は、
（ａ）対象の伝送帯域を連続的な方法で満たすようにチャンネルの最大数の半分を同一間隔の周波数グリッド（２ＸＨｚ）で伝送する段階であって、これらのチャンネルは、２ＸＨｚの広いチャンネル間隔によって保つことができる、標準作動出力の２倍（２Ｐｎｏｍ）で送出される段階と、
（ｂ）前述の（ａ）に対してシフトされた周波数グリッド上に後続チャンネルを伝送する段階であって、新しいチャンネルと古いチャンネルとの間の周波数間隔はＸＨｚであり、新しいチャンネルの出力はＰｎｏｍであり、更に、２つの隣接チャンネルの出力は、全ての伝送出力を一定に保つために２ＰｎｏｍからＰｎｏｍに低減される段階と、
を含む。
本態様により、信号がＰｎｏｍで伝送される場所からのラマン効果は確実に一定に維持される。

信号が伝送ケーブルを伝わった後に該信号を不均一に増幅し、伝送帯域の長波長側での増幅が伝送帯域の短波長側での増幅よりも小さくなっている前記段階は、誘導利得傾斜を部分的に動かすことを可能にする。
本発明による伝送方法は、以下に添付図面を参照して例示的に説明する。

図１を参照すると、ＷＤＭ光伝送装置のリンクは、マルチプレクサ２の各々の入力ポートに接続された複数の第１の送信器１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、 ・・・ １ｎを含む。マルチプレクサ２の出力ポートは、所定長さの光ファイバ伝送ケーブル３の一端に接続され、所定長さの光ファイバ伝送ケーブル３の他端は、光増幅器４の入力ポートに接続されている。
光増幅器４の出力ポートは、デマルチプレクサ５の入力ポートに接続されている。デマルチプレクサ５の出力ポートは、光受信器６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、 ・・・ ６ｎに接続されている。

図１に示すＷＤＭ装置のリンクは、例えば、５０ＧＨｚ間隔でのＣ帯域電磁スペクトルにおいて８０チャンネル（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、 ・・・ １ｎ）の最大能力を有する。光ファイバ伝送ケーブル３の長さは（リンク長)、１００キロメートル程度である。

図１に示すＷＤＭ装置の作動において、伝送は、Ｃ帯域内の全８０チャンネル上で行われ、信号は、マルチプレクサ２で結合され、所定長さの光ファイバ伝送ケーブル３に伝達される。信号は、所定長さの光ファイバ伝送ケーブル３からＥＤＦ増幅器４を経由してデマルチプレクサ５に送られる。デマルチプレクサ５は、Ｃ帯域８０チャンネルを分離する。分離されたチャンネルは、受信器６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、 ・・・ ６ｎで検出される。

図２Ａを参照すると、図２Ａは、実際には、Ｃ帯域の中央で１ミリワット（０ｄＢｍ）／チャンネルの同一出力レベルでの８チャンネルの伝送を示す。

図２Ｂを参照すると、図２Ｂは、実際には、図２Ａに示すような１ミリワット／チャンネルで伝送された８チャンネルが均一な出力レベルで受信されることを示す。

図３Ａを参照すると、図３Ａは、１ミリワット／チャンネルの同一出力レベルで伝送されたＣ帯域の８０チャンネルの全ての状況を示す。

図３Ｂを参照すると、図３Ｂは、受信信号の出力レベルが、伝送信号の出力レベルに対して変更され、信号はＣ帯域の短波長側においてＣ帯域の長波長側の信号よりも低い出力レベルで受信される。受信信号の出力レベルの全体的な偏差は約１ｄＢであり、この効果は、チャンネル間のラマン傾斜と呼ばれる。

図４を参照すると、図４は、Ｃ帯域内の全体的なチャンネル間ラマン傾斜が、Ｃ帯域全８０チャンネルの伝送の下で約１ｄＢであることを示す。
図５を参照すると、図５は、本発明による伝送方法の受信信号への影響を示し、これは以下の段階を含む。
（ａ）チャンネル１から８０の１つおきのチャンネル、即ち奇数チャンネル１から７９で伝送し、例えば、連続的な方法で、４０チャンネルまでは、標準の５０ＧＨｚ間隔の１ｍＷに代わってＣ帯域全体にわたり１００ＧＨｚ間隔の２ｍＷ（３ｄＢｍ）で伝送される。このスキームは、８チャンネルに関しては図６（ａ）に、４０チャンネルに関しては図６（ｂ）に示される。高出力に関連する非線形の問題はチャンネル間隔が広いので発生しない。

（ｂ）後続の偶数チャンネル２から８０を標準の１ｍＷ(０ｄＢｍ)で５０ＧＨｚの間隔でもって伝送し、このようにすることで、偶数チャンネル２から８０である各々のチャンネルに関して、チャンネル１から７９からの隣接する奇数チャンネル(５０ＧＨｚ高く５０ＧＨｚ低い)の出力は、２ｍＷ(３ｄＢｍ)から１ｍＷ（０ｄＢｍ）に低減される。このことは、伝送された４１チャンネルに関しては図６(ｃ)に示されており、伝送された特定の６０チャンネルに関しては図６(ｄ)に示されている。光ファイバ内の全伝送出力は、４０から８０チャンネルの間の伝送に関しては一定に保たれる。

図５を参照すると、２ｍＷで１００ＧＨｚの伝送チャンネル間隔における、奇数チャンネル１から７９のうちの２０に関するＣ帯域の伝送のチャンネル間ラマン傾斜が示されており、図中Ｗを付記した点で示すように、最大伝送チャンネルと最小伝送チャンネルとの間で約０．２５ｄＢのラマン傾斜がある。１００ＧＨｚ間隔による別の２０のチャンネルに関する伝送では、ラマン傾斜は、図中Ｘを付記した点で示すように最大伝送チャンネルと最小伝送チャンネルとの間で約１ｄＢである。１ｍＷで５０ＧＨｚ間隔における偶数チャンネル２から８０のうちの（隣接の奇数チャンネルは１ｍＷに低減）別の２０の伝送に関するラマン傾斜は、図中Ｙを付記した点で示すように実質的に変化しない。１ｍＷで５０ＧＨｚ間隔における残りのチャンネル（全ての奇数チャンネルは１ｍＷに低減）の伝送に関するラマン傾斜は、図中Ｚを付記した点で示すように変化しない。

図５から、本発明による伝送に関して、区域Ｘ−Ｚに示すように、４０から８０の間のチャンネルが使用中の場合、ラマン傾斜は１ｄＢで比較的一定であることが明らかである。

図７を参照すると、図７は、図１に示す増幅器４を、Ｃ帯域の対象帯域にわたって波長に応じて低下する利得特性をもつ非線形増幅器にした場合の効果を示す。図７に示すように、非線形増幅器を含む場合、チャンネル間ラマン傾斜は、最初はおよそ１７チャンネルまでの０ｄＢから約０．１６ｄＢまで正方向に上昇し（図中Ｗ’）、２ｍＷの１００ＧＨｚ間隔で、およそ４０チャンネルまでの約−０．２０ｄＢまで徐々に低下する（図中Ｘ’）。残りのチャンネル間ラマン傾斜は、更なるチャンネルが標準の１ｍＷの５０ＧＨｚ間隔で付加される場合は約−０．２ｄＢである（図中Ｙ’及びＺ’）。増幅器の利得特性は、−０．８ｄＢの傾斜をもっている（利得は波長に応じて低下する）。

図４及び図７を比較すると、利用可能なＣ帯域チャンネル全てが使用中の場合、Ｃ帯域の過度残留傾斜は、本発明による伝送のために追加された非線形増幅器によって、従来の伝送に相当する図４に示す１ｄＢから図７に示す−０．２ｄＢへ０．８ｄＢだけ低減されることは明らかである。

図４及び図７に示す過度残留傾斜は、所定長さの光信号伝送ケーブルを含むリンクに適用される。３０スパンの長距離経路の場合、図４及び図７に示す単スパンからの結果を適用すると、結果として生じる過度残留傾斜の全低減量は２４ｄＢになる。

図７に示す結果をもたらす本伝送方法の主たる特徴は以下のものを含む。
(ｉ)奇数チャンネルから選択された最初の４０チャンネルに対して２倍の標準出力及び２倍の標準周波数分離をもつチャンネルを導入するので、例えば、光ファイバの全出力は、４０チャンネルが作動する場合に従来の８０チャンネルに等価となる。任意の４０から８０からの追加チャンネルは（今度は偶数チャンネルを含む）、光ファイバの出力が変わらないので光学系の傾斜は全く影響を受けない。
（ｉｉ）最初の４０チャンネルを連続的な方法で追加する、即ち、追加された次のチャンネルはチャンネル周波数間隔の２倍に、例えば、前述の５０ＧＨｚ（８０チャンネル）システムに対して１００ＧＨｚにオフセットされる必要がある。
（ｉｉｉ）光学系のラマン傾斜をオフセットするように機能するエルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）によって一定の利得傾斜を追加するので、４０チャンネルから８０チャンネルで生じる過度残留傾斜が低減する。
本発明は、Ｃ帯域伝送に関して説明したが、同様にＬ帯域伝送にも適用できる。

Ｃ帯域又はＬ帯域で作動可能であり本発明での使用に適するＷＤＭ光伝送装置のリンクの略図である。 標準出力レベルでの図１の利用可能なチャンネルのうちの連続的な８チャンネルに関する伝送のグラフである。 図２Ａで使用した８チャンネルの受信信号の出力レベルのグラフである。 標準出力レベルでの図１の利用可能なチャンネルのうちの実質的に全てのチャンネルに関する伝送のグラフである。 図３Ａで使用したチャンネルの受信信号の出力レベルのグラフである。 図１に示す装置の２０、４０、６０、及び全て（８０）の利用可能なＣ帯域チャンネルの伝送に関する、Ｃ帯域チャンネル間ラマン傾斜のグラフである。 図１に示すＣ帯域が本発明に基づいて作動した場合の、２０、４０、６０、及び全て（８０）の利用可能なＣ帯域チャンネルの伝送に関する、Ｃ帯域チャンネル間ラマン傾斜のグラフである。 本発明に基づいて、最小周波数間隔の２倍及び標準出力レベルの２倍で伝送される利用可能な８０チャンネルのうちの８チャンネルの状態を示すグラフである。 本発明に基づいて、最小周波数間隔の２倍及び標準出力レベルの２倍で伝送される利用可能な８０チャンネルのうちの４０チャンネルの状態を示すグラフである。 本発明に基づいて、３チャンネルが最小周波数間隔及び標準出力で伝送され、残りが最小周波数間隔の２倍及び標準出力レベルの２倍で伝送される利用可能な８０チャンネルのうちの４１チャンネルの状態を示すグラフである。 本発明に基づいて、４０チャンネルが最小周波数間隔及び標準出力で伝送され、残りが最小周波数間隔の２倍及び標準出力レベルの２倍で伝送される利用可能なチャンネルのうちの６０チャンネルの状態を示すグラフである。 本発明に基づく方法で非線形増幅が使用されるときの、Ｃ帯域におけるチャンネル間ラマン傾斜を表わす図である。

符号の説明

１ａ 送信器
１ｂ 送信器
１ｃ 送信器
１ｄ 送信器
１ｎ 送信器
２ マルチプレクサ
３ 光ファイバ伝送ケーブル
４ ＥＤＦ増幅器
５ デマルチプレクサ
６ａ 受信器１
６ｂ 受信器２
６ｃ 受信器３
６ｄ 受信器４
６ｎ 受信器８０

Claims (10)

1. 伝送帯域の一方側の短波長信号からのエネルギを伝送帯域の他方側の長波長信号へ移動させるラマン効果を呈する所定長さの光伝送ケーブルを経由して、伝送帯域の隣接チャンネルを占める複数の信号を伝送できる伝送装置による信号伝送方法であって、信号を複数の利用可能なチャンネル内で最小チャンネル間隔よりも大きく標準出力レベルよりも高い出力レベルで伝送する段階を含み、前記信号は、全ての利用可能なチャンネルが使用されている場合に伝送されるようになっている方法。
2. 信号は、前記利用可能なチャンネルのうちの１つおきの複数のチャンネル内を前記高出力レベルで最初に伝送されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 信号は、前記利用可能なチャンネルの全てのうちの１つおきのチャンネル内を前記高出力レベルで伝送されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記出力レベルは標準出力レベルの２倍であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 後続の信号は、信号が最初に伝送された前記チャンネル間の前記１つおきのチャンネル内を前記標準出力で伝送され、続いて伝送された信号に対する隣接チャンネルは高出力レベルから標準出力レベルへ低減されることを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記信号が前記所定長さの伝送ケーブルを伝わった後に前記信号を不均一に増幅する段階を含み、前記伝送帯域の前記長波長側での前記増幅は、前記伝送帯域の前記短波長側での前記増幅よりも小さいことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. エルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）で信号を不均一に増幅する段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記伝送帯域はＣ帯域の電磁スペクトルであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 前記伝送帯域はＬ帯域の電磁スペクトルであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記標準出力レベルは１ミリワットであることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。

Images