JP2009225142A - 光通信装置、光伝送システム及び非線形劣化の低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非線形劣化を生じさせる原因となる非線形劣化要因部材での波長多重信号の非線形劣化を低減した光通信装置、及びこれを用いた光伝送システム並びに非線形劣化の低減方法を提供する。
【解決手段】入力された波長多重信号の波長間隔を広げる波長間隔拡大部５１と、波長間隔が広げられた波長多重信号に非線形劣化を伴う任意の処理を施す非線形劣化付随処理部５２と、任意の処理を施した波長多重信号の波長間隔を元の波長間隔に戻す波長間隔復元部５３とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長多重信号の非線形劣化を低減する光通信装置、光伝送システム及び非線形劣化の低減方法に関する。

非線形劣化を生じさせる要因としての分散補償ファイバと光増幅器とを含む光中継器を図１１に示す。図１１において、光増幅器５１は、入力された波長多重信号を光のまま増幅して分散補償ファイバ５２に出力する。分散補償ファイバ５２は、波長多重信号の波長分散による劣化を補償する。光増幅器５３は、分散補償ファイバ５２から入力された波長多重信号を、光のまま増幅して出力する。

光増幅器５１の入力から光増幅器５３の出力までが１段の中継器であり、光増幅器５１の入力側と光増幅器５３の出力側とに伝送路ファイバ５４、５５が接続されて、光伝送システムが構成される。この光伝送システムには、波長間隔が５０ギガヘルツで８０チャネルの波長多重信号が伝送される。

伝送路ファイバ５４、５５での非線形劣化を低減させるため、光増幅器５３の出力はチャネル当たり０ｄＢｍに制限されている。伝送路ファイバ５４、５５の損失は１５ｄＢなので、光増幅器５１の入力はチャネル当たり−１５ｄＢである。また、光増幅器５１及び５３の雑音指数は７ｄＢ、分散補償ファイバ５２の損失は１２ｄＢである。

非線形劣化の要因である四光波混合の信号光に対する抑圧比は、光ファイバへの入力の２乗に比例し、波長間隔の４乗に反比例し、光ファイバのモードフィールド径の４乗に反比例する。伝送路ファイバ５４、５５のモードフィールド径が１０μｍに対して分散補償ファイバ５２のモードフィールド径が５μｍなので、分散補償ファイバ５２では伝送路ファイバ５４、５５の１６倍もの四光波混合が発生する。

分散補償ファイバ５２の入力を低減させてこれを打ち消すためには、分散補償ファイバ５２の入力を−６ｄＢまで下げる必要がある。この条件では、中継器全体としての雑音係数が１１．８ｄＢとなり、受信端での光信号対雑音比を２０ｄＢ以上とすると、１３スパンの伝送で制限されることとなる。

このように、非線形劣化を生じさせる原因となるもの（非線形劣化要因部材）と光増幅器とを含む光中継器においては、
（１）非線形劣化要因部材での波長間隔が狭いため、これへの入力を低出力としないと中継器において非線形劣化が生じる。
（２）非線形劣化要因部材への入力を低くすると、中継器において雑音劣化が生じる。
という問題がある。

波長多重信号を用いた光伝送に関連する技術として、特許文献１に開示される「光伝送システム」や、特許文献２に開示される「光通信システムにおいて分散を管理する方法及び装置」がある。
特開２０００−１２４８５７号公報 特開２００６−１０９４７７号公報

しかし、特許文献１に開示される発明は、そもそも非線形劣化について何の記載もされておらず、上記（１）、（２）の問題を解決するものではない。
また、特許文献２に開示される発明には、非線形劣化が非線形劣化要因部材において発生するのではなく、伝送路で発生することを想定している。しかも、非線形劣化部分での波長間隔は、伝送路上での波長間隔と何ら変わりがないため、上記（１）、（２）の問題が生じる。

このように、非線形劣化を生じさせる原因となる非線形劣化要因部材を含む光通信装置において非線形劣化を低減する方法は提供されていなかった。

本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、非線形劣化を生じさせる原因となる非線形劣化要因部材での波長多重信号の非線形劣化を低減した光通信装置、及びこれを用いた光伝送システム並びに非線形劣化の低減方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、入力された波長多重信号の波長間隔を広げる波長間隔拡大手段と、波長間隔が広げられた波長多重信号に非線形劣化を伴う任意の処理を施す手段と、任意の処理を施した波長多重信号の波長間隔を元の波長間隔に戻す波長間隔復元手段とを有することを特徴とする光通信装置を提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、上記本発明の第１の態様に係る光通信装置と、光通信装置に波長多重信号を入力するため第１の伝送路ファイバと、光通信装置から波長多重信号を出力するための第２の伝送路ファイバとを有することを特徴とする光伝送システムを提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第３の態様として、入力された波長多重信号の波長間隔を広げ、波長間隔が広げた波長多重信号に非線形劣化を伴う任意の処理を施し、任意の処理を施した波長多重信号の波長間隔を元の波長間隔に戻すことを特徴とする非線形劣化の低減方法を提供するものである。

本発明によれば、非線形劣化を生じさせる原因となる非線形劣化要因部材での波長多重信号の非線形劣化を低減した光通信装置、及びこれを用いた光伝送システム並びに非線形劣化の低減方法を提供できる。

本発明は、非線形劣化を伴う任意の処理を波長多重信号に対して施す場合に、波長間隔を広げてから波長多重信号に対してそれぞれ非線形劣化を伴う任意の処理を施すことによって非線形劣化を低減するものである。具体的には、図１に示す光通信装置のように、波長拡大部５１において波長変換を施して波長間隔を広げ、非線形劣化付随処理部５２にて非線形劣化を伴う任意の処理を施し、その後に波長間隔復元部５３において波長変換を施して波長多重信号の波長間隔を元の波長間隔に戻して出力信号とする。

一例を挙げると、図２に示す光通信装置のように、波長多重信号を分波器４１で分波することによって波長間隔を広げ、各波長多重信号に非線形劣化付随処理部４２ａ、４２ｂにて非線形劣化を伴う任意の処理を施し、非線形劣化を伴う任意の処理を施した後の波長多重信号を合波器４３合波して出力信号とする。

このように、波長多重信号の波長間隔を広げてから非線形劣化を伴う任意の処理を施すことによって非線形劣化を低減できる。

以下、光通信装置として光中継器を適用する場合を例として、本発明の好適な実施の形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
図３に、本発明を好適に実施した第１の実施形態に係る光伝送システムを示す。このシステムは、非線形劣化を生じさせる原因としての分散補償ファイバ３、４と光増幅器１、６とを含む光中継器を有する。

図４に、インタリーバ２、５の詳細な構成を示す。ポートａから入力された波長多重信号は、ロッドレンズ２０内を進行し、奇数番目のチャネルは合分波膜２１で反射されてポートｂから、偶数番目のチャネルは合分波膜２１を透過した後ロッドレンズ２２内を進行してポートｃからそれぞれ出力される。

図３において、光増幅器１は、入力された波長多重光信号を、光のまま増幅してインタリーバ２へ出力する。インタリーバ２は、ポートａから入力された波長多重信号を、奇数番目のチャネルと偶数番目のチャネルとに分波して、波長間隔の広がった二組の波長多重信号を、それぞれポートｂ、ポートｃから出力する。分散補償ファイバ３、４は、二組の波長多重信号の波長分散による劣化を補償する。インタリーバ５は、ポートｂ及びポートｃから入力された二組の波長多重信号を合波して、波長間隔の狭まった一組の波長多重信号をポートａから出力する。光増幅器６は、インタリーバ５から入力された波長多重信号を光のまま増幅して出力する。
光増幅器１、６は、公知のものを適用可能であるため、詳細な説明は割愛する。

光増幅器１の入力から光増幅器６の出力までが１段の中継器であり、光増幅器１の入力側と光増幅器６の出力側とに伝送路ファイバ７、８が接続されて、光伝送システムが構成されている。この光伝送システムには、波長間隔５０ギガヘルツで８０チャネルの波長多重信号が伝送される。伝送路ファイバ７、８での非線形損失を低減するため、光増幅器６の出力はチャネル当たり０ｄＢｍに制限されている。伝送路ファイバ７、８の損失は１５ｄＢであるので、光増幅器１の入力はチャネル当たり−１５ｄＢｍである。また、光増幅器１、６の雑音指数は７ｄＢ、分散補償ファイバ３、４の損失は１２ｄＢ、インタリーバ２、５の損失は１ｄＢである。

非線形劣化の要因である四光波混合の信号光に対する抑圧比は、光ファイバへの入力の２乗に比例し、波長間隔の４乗に反比例し、光ファイバのモードフィールド径の４乗に反比例する。伝送路ファイバ７、８のモードフィールド径が１０μｍに対して、分散補償ファイバ３、４のモードフィールド径が５μｍであるため、分散補償ファイバ３、４では伝送路ファイバ７、８の１６倍もの四光波合成が発生する。

本実施形態においては、伝送路ファイバ７、８での波長間隔が５０ギガヘルツであるのに対して、分散補償ファイバ３、４での波長間隔は１００ギガヘルツであるため、四光波合成の発生が１／１６となり、モードフィールド径による劣化が打ち消される。このようにして非線形劣化を低減することが可能となる。
さらに、非線形劣化を伝送路と同じレベルまで低減すれば良い場合には、分散補償ファイバ３、４の入力は、伝送路ファイバ７、８と同じ０ｄＢｍとすることができる。この条件では、中継器全体としての雑音指数が９．１ｄＢとなり、受信端での光信号対雑音比を２０ｄＢ以上とすると、２４スパンの伝送が可能となる。

このように、本実施形態に係る光伝送システムは、
（１）分散補償ファイバ内での波長間隔を広く設定しているため、中継器における非線形劣化を低減できる。
（２）分散補償ファイバへの入力高く設定しているため、中継器における雑音劣化を低減できる。

なお、図５に示すように、光増幅器１と光増幅器６との間に分散補償ファイバ接続ポートを二組持つ光中継器とすることも可能である。また、図６に示すように、インタリーバを内蔵した非線形耐力の高い分散補償ファイバモジュールとして構成することも可能である。これらの構成では、光増幅器１、６を固定したまま分散補償ファイバの交換によって分散保証量を調整可能である。特に、図６に示す構成においては、従来の分散補償ファイバと全く同等に扱える。

〔第２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第２の実施形態について説明する。
図７に、本実施形態に係る光伝送システムの構成を示す。本実施形態においては四つのポートを備えるインタリーバ１０と分散補償ファイバ１１とが光増幅器１と光増幅器６との間に配置されている。
図８に、インタリーバ１０の構成を示す。図８（ａ）に示すように、ポートａから入力された波長多重信号は、ロッドレンズ３０内を進行し、奇数番目のチャネルは合分波膜３１で反射されてポートｂから、偶数番目のチャネルは合分波膜３１を透過した後ロッドレンズ３２内を進行してポートｃからそれぞれ出力される。また、図８（ｂ）に示すように、ポートｃから入力された奇数番目のチャネルの波長多重信号は、ロッドレンズ３２内を進行し、合分波膜３１で反射されてポートｄから出力される。さらに、図８（ｃ）に示すように、ポートｂから入力された偶数番目のチャネルの波長多重信号は、ロッドレンズ３１内を進行し、合分波膜３１を透過してポートｄから出力される。

光増幅器１は、入力された波長多重信号を、光のまま増幅してインタリーバ１０へ出力する。インタリーバ１０は、ポートａから入力された波長多重信号を奇数番目のチャネルと偶数番目のチャネルとに分波して、波長間隔が広がった二組の波長多重信号を、それぞれポートｂ及びポートｃから出力する。分散補償ファイバ１１は、二組の波長多重信号の波長分散による劣化を補償するが、奇数番目のチャネルと偶数番目のチャネルとは、それぞれ分散補償ファイバ８の別々の端から入力され、反対方向に透過し、反対側から出力される。インタリーバ１０は、ポートｂ及びポートｃから入力された二組の波長多重信号を合波して、波長間隔が狭まった一組の波長多重信号をポートｄから出力する。光増幅器６は、インタリーバ１０から入力された波長多重信号を、光のまま増幅して出力する。

光伝送システムの動作や効果は第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

本実施形態においては、４ポートのインタリーバ１０によって分散補償ファイバ１１を双方向に利用することで、インタリーバを一つ追加するだけの簡単な構成で非線形劣化を低減できる。

なお、図９に示すように、光増幅器１と光増幅器６との間に分散補償ファイバ接続ポートを一組持つ光中継器とすることも可能である。また、図１０に示すように、インタリーバを内蔵した非線形耐力の高い分散補償ファイバモジュールとして構成することも可能である。これらの構成では、光増幅器１、６を固定したまま分散補償ファイバの交換によって分散保証量を調整可能である。特に、図１０に示す構成においては、従来の分散補償ファイバと全く同等に扱える。

上記実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはない。
例えば、上記各実施形態においてはロッドレンズによる内部ミラー型パッシブ部品としてインタリーバを構成した例を示したが、本発明は特定のインタリーバの構成に限定されるものではない。
このように、本発明は様々な変形が可能である。

本発明に係る光通信装置の構成を示す図である。 本発明に係る光通信装置の別の構成を示す図である。 本発明を好適に実施した第１の実施形態に係る光伝送システムの構成を示す図である。 第１の実施形態に係る光中継器のインタリーバの構成を示す図である。 光増幅器同士の間に分散補償ファイバ接続ポートを二組持つ光中継器の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る分散補償ファイバモジュールの構成を示す図である。 本発明を好適に実施した第２の実施形態に係る光伝送システムの構成を示す図である。 第２の実施形態に係る光中継器のインタリーバの構成を示す図である。 光増幅器同士の間に分散補償ファイバ接続ポートを一組持つ光中継器の構成を示す図である。 第２の実施形態に係る分散補償ファイバモジュールの構成を示す図である。 非線形劣化を生じさせる要因としての分散補償ファイバと光増幅器とを含む光中継器の構成を示す図である。

符号の説明

１、６、５１、５３ 光増幅器
２、５、１０ インタリーバ
３、４、１１、５２ 分散補償ファイバ
７、８、５４、５５ 伝送路ファイバ
２０、２２、３０、３２ ロッドレンズ
２１、３１ 合分波膜
４１ 分波器
４２ａ、４２ｂ、５２ 非線形劣化付随処理部
４３ 合波器
５１ 波長間隔拡大部
５２ 波長間隔復元部

Claims (13)

1. 入力された波長多重信号の波長間隔を広げる波長間隔拡大手段と、
   波長間隔が広げられた波長多重信号に非線形劣化を伴う任意の処理を施す手段と、
   前記任意の処理を施した波長多重信号の波長間隔を元の波長間隔に戻す波長間隔復元手段とを有することを特徴とする光通信装置。
2. 前記波長間隔拡大手段は、前記入力された波長多重信号を２以上に分波し、前記波長間隔復元手段は、２以上に分波された波長多重信号を合波することを特徴とする請求項１記載の光通信装置。
3. 前記波長間隔拡大手段は、隣接する波長成分を別々の方向に出力するインタリーバであることを特徴とする請求項２記載の光通信装置。
4. 前記任意の処理を施した後の波長成分を前記インタリーバへ別々のポートから再入力し、該インタリーバを前記波長間隔復元手段として機能させたことを特徴とする請求項３記載の光通信装置。
5. 前記波長間隔拡大手段及び前記波長間隔復元手段は、前記入力された波長多重信号の波長間隔を変換する波長変換器であることを特徴とする請求項１記載の光通信装置。
6. 前記波長間隔拡大手段と、前記波長間隔復元手段とがモジュール化されて一体に構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の光通信装置。
7. 前記任意の処理を施す手段が、前記波長間隔拡大手段及び前記波長間隔復元手段とともにモジュール化されて一体に構成されていることを特徴とする６記載の光通信装置。
8. 前記入力された波長多重信号を増幅する第１の増幅器を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の光通信装置。
9. 前記第１の増幅器が、前記波長間隔拡大手段及び前記波長間隔復元手段とともにモジュール化されて一体に構成されていることを特徴とする８記載の光通信装置。
10. 前記波長間隔が元に戻された波長多重信号を増幅する第２の増幅器を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載の光通信装置。
11. 前記第２の増幅器が、前記波長間隔拡大手段及び前記波長間隔復元手段とともにモジュール化されて一体に構成されていることを特徴とする１０記載の光通信装置。
12. 請求項１から１１のいずれか項記載の光通信装置と、
    前記光通信装置に波長多重信号を入力するため第１の伝送路ファイバと、
    前記光通信装置から波長多重信号を出力するための第２の伝送路ファイバとを有することを特徴とする光伝送システム。
13. 入力された波長多重信号の波長間隔を広げ、
    波長間隔が広げた波長多重信号に非線形劣化を伴う任意の処理を施し、
    前記任意の処理を施した波長多重信号の波長間隔を元の波長間隔に戻すことを特徴とする非線形劣化の低減方法。

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