JP2019036880A - Optical transmission line and optical transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、モード多重伝送でラマン光増幅を可能とする光伝送路及びこれを備える光伝送システムに関する。 The present disclosure relates to an optical transmission path that enables Raman optical amplification by mode multiplexing transmission and an optical transmission system including the optical transmission path.
本明細書で記載される「シングルモード光ファイバ」及び「マルチモード(数モード)光ファイバ」とは、それぞれ、伝送する光信号の波長においてシングルモードで伝搬する光ファイバ及びマルチモードで伝搬する光ファイバを意味する。 The “single mode optical fiber” and “multimode (several mode) optical fiber” described in this specification are an optical fiber that propagates in a single mode and a light that propagates in a multimode, respectively, at the wavelength of an optical signal to be transmitted. Means fiber.
伝送容量を拡大する技術として複数の伝搬モードを用いる数モード光ファイバが提案されている。特に複数の伝搬モードを用いたモード多重伝送は、伝送容量をモード数倍に向上させられることから、新たな大容量伝送方式として注目されている。 A number mode optical fiber using a plurality of propagation modes has been proposed as a technique for expanding the transmission capacity. In particular, mode multiplex transmission using a plurality of propagation modes is attracting attention as a new large-capacity transmission system because the transmission capacity can be improved several times the number of modes.
この数モード光ファイバ用いた伝送においては、伝送路中でモード間クロストークが発生することから、その補償手段として、受信端においてMIMO(Multiple−Input Multiple−Output)等化器が用いられる。しかしながら、受信端においてモード間の群遅延差(Differential Mode Delay:以下、DMD)が大きいと、MIMOに関わるデジタル処理(DSP)の負荷が大きくなり、長距離伝送を実現する為にはDSP負荷の低減が課題となる(例えば、非特許文献1を参照。)。そこで、DMDの影響を緩和するために、DMDの小さい光ファイバを伝送路とした光伝送システムが提案されている(例えば、非特許文献2を参照。)。 In transmission using this number mode optical fiber, crosstalk between modes occurs in the transmission path, and therefore, a MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) equalizer is used at the receiving end as compensation means. However, if the group delay difference between modes (hereinafter referred to as DMD) is large at the receiving end, the load of digital processing (DSP) related to MIMO increases, and in order to realize long-distance transmission, the DSP load is large. Reduction is an issue (see, for example, Non-Patent Document 1). In order to alleviate the influence of DMD, an optical transmission system using an optical fiber having a small DMD as a transmission path has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 2).
モード多重伝送においても伝送路の信号対雑音比を補償するために、シングルモード伝送路と同様に分布ラマン増幅を用いる手法が検討されており実験および計算検討が行われている(例えば非特許文献3、4を参照。)。モード多重伝送における光増幅技術を検討する上でモード間利得差(Differential modal Gain:DMG)を低減することが重要となる。しかし、マルチモードファイバを伝搬する信号光はモード毎に異なる電界分布を有しており、モード毎に励起光の電界分布との重なりの大きさが異なるためにDMGが発生する。屈折率分布がグレーデッドインデックス形状である伝送路(GI型ファイバ)を用いたラマン増幅の検討が行われており、励起光の伝搬モードをLP21モードとし、DMGを1.0dBまで低減可能であることが報告されている(例えば非特許文献5を参照。)。 In mode multiplex transmission, in order to compensate for the signal-to-noise ratio of the transmission line, a technique using distributed Raman amplification has been studied as in the case of the single mode transmission line, and experiments and calculation studies have been performed (for example, non-patent literature). (See 3, 4). In examining the optical amplification technique in mode multiplex transmission, it is important to reduce the difference in gain between modes (Diffferential Modal Gain: DMG). However, the signal light propagating through the multimode fiber has a different electric field distribution for each mode, and DMG is generated due to the difference in the magnitude of the overlap with the electric field distribution of the excitation light for each mode. A study of Raman amplification using a transmission line (GI type fiber) having a graded index refractive index profile has been conducted, and the propagation mode of pumping light can be set to LP21 mode, and DMG can be reduced to 1.0 dB. (For example, refer nonpatent literature 5).
無中継伝送の長延化を実現するためには、非線形現象による影響を低減する必要がある。非線形現象を抑制しようとする場合、光ファイバを伝搬するモードの実効断面積を大きくすればよいが、その反面、実効断面積を大きくするとラマン増幅効率が小さくなる。つまり、光ファイバを伝搬するモードの実効断面積には非線形現象の抑制とラマン増幅効率との間にトレードオフの関係があり、両立が困難という課題がある。また、モード多重伝送の場合、DMDが小さいとモード間非線形効果により信号品質が劣化してしまう課題が報告されている(例えば非特許文献6を参照。)。 In order to realize the extension of repeaterless transmission, it is necessary to reduce the influence of the nonlinear phenomenon. In order to suppress the nonlinear phenomenon, the effective area of the mode propagating through the optical fiber may be increased. On the other hand, increasing the effective area decreases the Raman amplification efficiency. That is, there is a trade-off relationship between the suppression of nonlinear phenomena and the Raman amplification efficiency in the effective cross-sectional area of the mode propagating through the optical fiber, and there is a problem that it is difficult to achieve both. In the case of mode multiplex transmission, a problem has been reported in which signal quality deteriorates due to non-linear effects between modes when the DMD is small (see Non-Patent Document 6, for example).
そこで本発明は、上記課題を解決するために、非線形現象による信号劣化を抑制しつつラマン増幅効率の低下を防止し、モード多重伝送時の信号品質低下を防止できる光伝送路及び光伝送システムを提供することを目的とする。 Accordingly, in order to solve the above-described problems, the present invention provides an optical transmission line and an optical transmission system that can prevent degradation of Raman amplification efficiency while suppressing signal degradation due to nonlinear phenomena and prevent degradation of signal quality during mode multiplexing transmission. The purpose is to provide.
上記目的を達成するために、本発明に係る光伝送路は、光ファイバ伝送路の前半では実効断面積の大きい光ファイバを後半では実効断面積の小さい光ファイバを用い、前半と後半でDMDの符号を変えることとした。 In order to achieve the above object, the optical transmission line according to the present invention uses an optical fiber having a large effective area in the first half of the optical fiber transmission line and an optical fiber having a small effective area in the second half. The sign was changed.
具体的には、本発明に係る光伝送路は、伝搬モードがm(mは2以上の整数)以上伝搬可能な少なくとも2種類以上の光ファイバを直列に接続した光伝送路であって、
前記光ファイバの内、信号光が入射される前方光ファイバは前記信号光を出力する後方光ファイバより基本モードの実効断面積が大きく、前記前方光ファイバと前記後方光ファイバとは互いにモード間群遅延差の符号が異なることを特徴とする。
Specifically, the optical transmission line according to the present invention is an optical transmission line in which at least two types of optical fibers capable of propagating a propagation mode of m (m is an integer of 2 or more) or more are connected in series,
Among the optical fibers, the front optical fiber into which the signal light is incident has a larger effective cross-sectional area of the fundamental mode than the rear optical fiber that outputs the signal light, and the front optical fiber and the rear optical fiber are in the inter-mode group. The sign of the delay difference is different.
本光伝送路は、前方光ファイバについて非線形現象を抑制し、DMGを低減できる程度まで基本モードの実効断面積を大きくし、後方光ファイバについてラマン増幅効率を高められる程度まで基本モードの実効断面積を小さくして、非線形現象の抑制とラマン増幅効率とを両立させている。さらに、本光伝送路は、前方光ファイバと後方光ファイバのDMDの符号を違え、光伝送路全体としてDMDをゼロに近づけ、モード多重伝送時の信号品質低下を防止している。 This optical transmission line suppresses nonlinear phenomena for the front optical fiber, increases the effective area of the fundamental mode to such an extent that DMG can be reduced, and increases the effective area of the fundamental mode to the extent that the Raman amplification efficiency can be increased for the rear optical fiber. Is reduced to achieve both suppression of nonlinear phenomena and Raman amplification efficiency. Furthermore, this optical transmission line has different DMD codes for the front optical fiber and the rear optical fiber, so that the DMD approaches zero as the entire optical transmission line, thereby preventing signal quality degradation during mode multiplex transmission.
従って、本発明は、非線形現象による信号劣化を抑制しつつラマン増幅効率の低下を防止し、モード多重伝送時の信号品質低下を防止できる光伝送路を提供することができる。 Therefore, the present invention can provide an optical transmission line that can prevent a decrease in Raman amplification efficiency while suppressing signal deterioration due to a nonlinear phenomenon, and can prevent a decrease in signal quality during mode multiplex transmission.
本発明に係る光伝送路の隣り合う前記光ファイバは、基本モードの実効断面積の差が±30μm2以下であることを特徴とする。光ファイバ間の接続点で発生する損失を低減できる。 The optical fibers adjacent to each other in the optical transmission line according to the present invention are characterized in that the difference in effective cross-sectional area of the fundamental mode is ± 30 μm 2 or less. Loss generated at the connection point between optical fibers can be reduced.
伝搬距離が40km以内の場合、伝搬損失より非線形現象の影響が大きい。従って、本発明に係る光伝送路において、前記信号光が入射される入射端から40km以内の光ファイバは、モード間群遅延差の絶対値が50ps以上であることが好ましい。 When the propagation distance is within 40 km, the influence of the nonlinear phenomenon is larger than the propagation loss. Therefore, in the optical transmission line according to the present invention, it is preferable that the optical fiber within 40 km from the incident end where the signal light is incident has an absolute value of the inter-mode group delay difference of 50 ps or more.
本発明に係る光伝送路の前記後方光ファイバは20km以上であることを特徴とする。後方光ファイバの長さが20km以上の領域では、ラマン利得係数に関わらず光強度(利得)を飽和強度の50%とすることができる。 The back optical fiber of the optical transmission line according to the present invention is 20 km or more. In the region where the length of the rear optical fiber is 20 km or more, the light intensity (gain) can be 50% of the saturation intensity regardless of the Raman gain coefficient.
本発明に係る光伝送路の隣り合う前記光ファイバは、それぞれの基本モードの実効断面積に応じてコアがテーパ状であるテーパファイバで接続されることを特徴とする。光ファイバ間の接続点で発生する損失を低減できる。 The optical fibers adjacent to each other in the optical transmission line according to the present invention are connected by a tapered fiber having a tapered core according to the effective area of each fundamental mode. Loss generated at the connection point between optical fibers can be reduced.
本発明に係る光伝送システムは、
前記光伝送路と、
光源からの光を前記光伝送路を伝搬する伝搬モードの1つに変換して前記光伝送路に入射し、前記光伝送路の前記光ファイバでラマン増幅させるモード変換器と、
2以上の送信機からの信号光を互いに異なる伝搬モードとして合波して前記光伝送路の前記前方光ファイバに結合するモード合波器と、
前記光伝送路の前記後方光ファイバから出力する前記信号光を伝搬モード毎に分波するモード分波器と、
を備える。
本光伝送システムは、前記光伝送路を用いているため、非線形現象による信号劣化を抑制しつつラマン増幅効率の低下を防止し、モード多重伝送時の信号品質低下を防止できる。
An optical transmission system according to the present invention includes:
The optical transmission line;
A mode converter that converts light from a light source into one of propagation modes that propagate through the optical transmission line, enters the optical transmission line, and Raman-amplifies the optical fiber in the optical transmission line;
A mode multiplexer that multiplexes signal light from two or more transmitters as mutually different propagation modes and couples them to the front optical fiber of the optical transmission line;
A mode demultiplexer for demultiplexing the signal light output from the rear optical fiber of the optical transmission path for each propagation mode;
Is provided.
Since this optical transmission system uses the optical transmission path, it is possible to prevent a decrease in Raman amplification efficiency while suppressing a signal deterioration due to a non-linear phenomenon, and to prevent a decrease in signal quality during mode multiplex transmission.
本発明は、非線形現象による信号劣化を抑制しつつラマン増幅効率の低下を防止し、モード多重伝送時の信号品質低下を防止できる光伝送路及び光伝送システムを提供することができる。 The present invention can provide an optical transmission line and an optical transmission system capable of preventing a decrease in Raman amplification efficiency while suppressing signal degradation due to a nonlinear phenomenon, and preventing signal quality from being degraded during mode multiplexing transmission.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to embodiment shown below. These embodiments are merely examples, and the present invention can be implemented in various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art.
(実施形態1)
図1は、本実施形態の光伝送システム301を説明する図である。光伝送システム301は、
マルチモード光ファイバの光伝送路11と、
光源10からの光を光伝送路11を伝搬する伝搬モードの1つに変換して光伝送路11に入射し、光伝送路11の光ファイバでラマン増幅させるモード変換器12と、
2以上の送信機13からの信号光を互いに異なる伝搬モードとして合波して光伝送路11の前方光ファイバに結合するモード合波器14と、
光伝送路11の後方光ファイバから出力する前記信号光を伝搬モード毎に分波するモード分波器15と、
を備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating an optical transmission system 301 according to this embodiment. The optical transmission system 301 is
An optical transmission line 11 of a multimode optical fiber;
A mode converter 12 that converts light from the light source 10 into one of propagation modes propagating through the optical transmission line 11, enters the optical transmission line 11, and Raman-amplifies the optical fiber of the optical transmission line 11;
A mode multiplexer 14 that multiplexes signal lights from two or more transmitters 13 as different propagation modes and couples the light beams to the front optical fiber of the optical transmission line 11;
A mode demultiplexer 15 for demultiplexing the signal light output from the rear optical fiber of the optical transmission line 11 for each propagation mode;
Is provided.
光伝送路11のマルチモード光ファイバは、伝搬モードが2以上伝搬可能なコア屈折率プロファイルがGI型の光ファイバである(詳細は後述する。)。モード変換器12は、当該光ファイバでラマン増幅させるための励起光を、モード群Mに含まれる1つの伝搬モードに変換して光ファイバに入射する。モード合波器14は、2以上の送信機13からの信号光を互いに異なる伝搬モードとして合波して光ファイバの一端に結合している。そして、前記信号光の伝搬モードのうち少なくとも2つがモードグループMに含まれる伝搬モードである。ただし、モードグループMは、伝搬モードをLPlpと表したときM=2p+l−1且つ3以上である伝搬モードのグループである。例えば、マルチモード光ファイバが、LP01、LP11、LP21、LP02モードが伝搬する4LPモードGIファイバの場合モード群の数は3である。 The multimode optical fiber of the optical transmission line 11 is an optical fiber having a core refractive index profile capable of propagating two or more propagation modes and having a GI type (details will be described later). The mode converter 12 converts the excitation light for Raman amplification with the optical fiber into one propagation mode included in the mode group M, and enters the optical fiber. The mode multiplexer 14 combines signal lights from two or more transmitters 13 as different propagation modes and couples them to one end of the optical fiber. At least two of the signal light propagation modes are propagation modes included in the mode group M. However, the mode group M is a group of propagation modes where M = 2p + l−1 and 3 or more when the propagation mode is expressed as LPlp. For example, when the multimode optical fiber is a 4LP mode GI fiber in which LP01, LP11, LP21, and LP02 modes propagate, the number of mode groups is three.
N個の送信機13から発せられるN種の信号はモード合波器14にて合波される。合波された信号光は光伝送路11の光ファイバに入射され、出射側に設置されたモード分波器15においてMポートに分波される。ここで用いる光ファイバの屈折率分布は少なくともコアの形状がグレーデッドインデックス型のものを用いる(例えば非特許文献2を参照。)。また分布ラマン増幅用励起光の光源10を有しており、必要に応じてモード変換器12にて所望のモードへ変換された後、光伝送路11の光ファイバへ入射される。図1の光伝送システム301では励起光を受信機側より入射する例を示しているが、送信機側から入射、もしくは両方向から入射しても同様の効果を得られる。 The N types of signals emitted from the N transmitters 13 are multiplexed by the mode multiplexer 14. The combined signal light enters the optical fiber of the optical transmission line 11 and is demultiplexed to the M port by the mode demultiplexer 15 installed on the output side. As the refractive index distribution of the optical fiber used here, at least a core having a graded index type is used (for example, see Non-Patent Document 2). Further, it has a light source 10 for pumping light for distributed Raman amplification, and is converted into a desired mode by a mode converter 12 as necessary, and then incident on an optical fiber of the optical transmission line 11. The optical transmission system 301 in FIG. 1 shows an example in which the excitation light is incident from the receiver side, but the same effect can be obtained even if it is incident from the transmitter side or from both directions.
図2は、光伝送路11の構成を説明する図である。光伝送路11は、伝搬モードがm(mは2以上の整数)以上伝搬可能な少なくとも2種類以上の光ファイバを直列に接続した光伝送路であって、
前記光ファイバの内、信号光が入射される前方光ファイバ21は前記信号光を出力する後方光ファイバ29より基本モードの実効断面積が大きく、前方光ファイバ21と後方光ファイバ29とは互いにモード間群遅延差の符号が異なることを特徴とする。
FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the optical transmission line 11. The optical transmission line 11 is an optical transmission line in which at least two types of optical fibers capable of propagating a propagation mode of m (m is an integer of 2 or more) or more are connected in series,
Among the optical fibers, the front optical fiber 21 into which the signal light is incident has a larger effective cross-sectional area of the fundamental mode than the rear optical fiber 29 that outputs the signal light, and the front optical fiber 21 and the rear optical fiber 29 are mutually in mode. The sign of the intergroup delay difference is different.
図2の光伝送路11は、2種類の光ファイバにより構成されており、入力に対し、実効断面積(effevtive area:Aeff)が大きい光ファイバ(前方光ファイバ21)に光が入射され、Aeffが小さい光ファイバ(後方光ファイバ29)から信号光が出射される(図2(B))。 The optical transmission line 11 in FIG. 2 is configured by two types of optical fibers, and light is incident on an optical fiber (front optical fiber 21) having a large effective area (Aeff) with respect to the input. Signal light is emitted from an optical fiber having a small length (rear optical fiber 29) (FIG. 2B).
また、受信端でのMIMO信号処理負荷を低減するために、DMDは補償される。光伝送路11は、DMDを補償するために、前方光ファイバ21と後方光ファイバ29のDMDの符号が異なることを特徴とする(図2(C))。 Also, DMD is compensated to reduce the MIMO signal processing load at the receiving end. The optical transmission line 11 is characterized in that the DMD codes of the front optical fiber 21 and the rear optical fiber 29 are different in order to compensate for DMD (FIG. 2C).
[実効断面積の検討]
図3に4LPモードGIファイバを伝搬するモードの電界分布を示す。LP01、LP11、LP21、LP02モードの4つのLPモードが伝搬する。ここで、Aeffの異なるファイバが接続される場合、接続点での損失が発生する。図4に実効断面積差と損失の関係を示す。このとき、LP01、LP11、LP21、LP02モードについて電界分布を有限要素法により求め、重なり積分により結合効率ηを求め、損失(1−η)を算出した。
FIG. 3 shows the electric field distribution of the mode propagating through the 4LP mode GI fiber. Four LP modes of LP01, LP11, LP21, and LP02 modes propagate. Here, when fibers having different Aeff are connected, loss at the connection point occurs. FIG. 4 shows the relationship between the effective area difference and the loss. At this time, the electric field distribution for the LP01, LP11, LP21, and LP02 modes was obtained by the finite element method, the coupling efficiency η was obtained by overlap integration, and the loss (1-η) was calculated.
非特許文献2に記載の4LPモードGIファイバを用いてコア半径を±5μm変化させた場合、図4より1箇所の接続点について0.1dB以下の損失にするためには、実効断面積差を30μm2以下にする必要があることが分かる。つまり、光伝送路11の隣り合う前記光ファイバは、基本モードの実効断面積の差が±30μm2以下であることを特徴とする。 When the core radius is changed by ± 5 μm using the 4LP mode GI fiber described in Non-Patent Document 2, in order to make the loss less than 0.1 dB at one connection point from FIG. It turns out that it is necessary to make it 30 μm 2 or less. In other words, the optical fibers adjacent to each other in the optical transmission line 11 have a difference in effective cross-sectional area of the fundamental mode of ± 30 μm 2 or less.
[モード間群遅延差の検討]
次に、実効断面積の大きさと非線形劣化との関係を調べた。非線形現象の1つである独立したモードで発生する自己位相変調による最大位相シフト量φmaxは以下の式により算出される。
Next, the relationship between the size of the effective area and nonlinear deterioration was examined. The maximum phase shift amount φmax due to self-phase modulation that occurs in an independent mode, which is one of nonlinear phenomena, is calculated by the following equation.
図5にφmaxと伝送距離の関係を示す。入力強度P0を20dBm、伝搬損失αを0.2dB/km、非線形屈折率n2を2.66×10−20m2/W、波長を1550nmとした。ω0は波長から算出した。 FIG. 5 shows the relationship between φmax and transmission distance. The input intensity P 0 was 20 dBm, the propagation loss α was 0.2 dB / km, the nonlinear refractive index n 2 was 2.66 × 10 −20 m 2 / W, and the wavelength was 1550 nm. ω 0 was calculated from the wavelength.
図5より、35km以上では最大位相シフト量φmaxが飽和値の80%程度になっていることが分かる。つまり伝送距離が延びるほど伝搬損失が増大し、光強度が低下するため自己位相変調による影響が見えなくなる。今回は損失0.2dB/kmとしたが、損失や入力強度により最大位相シフト量φmaxの大きさは変化する。損失が0.23dB/kmだと飽和する値の80%になる伝送距離は30km程度であり、損失が0.17dB/kmの場合、飽和する値の80%になる伝送距離は40km程度である。例えば、非特許文献2に記載されているGIファイバの伝送損失は0.23dB/km程度である。伝送損失が0.17dB/km以下のマルチモードGIファイバはこれまで報告がないため、40km程度見ておけば、飽和する値の80%になる。つまり、伝送距離40km以上では非線形現象が大きく影響しないと考えられる。 FIG. 5 shows that the maximum phase shift amount φmax is about 80% of the saturation value at 35 km or more. That is, as the transmission distance increases, the propagation loss increases and the light intensity decreases, so the influence of self-phase modulation becomes invisible. Although the loss is 0.2 dB / km this time, the maximum phase shift amount φmax varies depending on the loss and input intensity. If the loss is 0.23 dB / km, the transmission distance that is 80% of the saturation value is about 30 km, and if the loss is 0.17 dB / km, the transmission distance that is 80% of the saturation value is about 40 km. . For example, the transmission loss of the GI fiber described in Non-Patent Document 2 is about 0.23 dB / km. A multimode GI fiber with a transmission loss of 0.17 dB / km or less has not been reported so far, and if it is about 40 km, it becomes 80% of the saturation value. That is, it is considered that the non-linear phenomenon does not greatly affect the transmission distance of 40 km or more.
またモード間非線形効果(相互位相変調)については、DMDが50ps以下だと影響が現れる(非特許文献6を参照。)。そこで、DMDは40kmを超えるまでは50ps以上となるようにする。つまり、光伝送路11は、前記信号光が入射される入射端から40km以内の光ファイバが、モード間群遅延差の絶対値が50ps以上であることを特徴とする。 In addition, the non-linear effect (cross phase modulation) between modes has an effect when DMD is 50 ps or less (see Non-Patent Document 6). Therefore, DMD is set to 50 ps or more until it exceeds 40 km. That is, the optical transmission line 11 is characterized in that the optical fiber within 40 km from the incident end where the signal light is incident has an absolute value of the group delay difference between modes of 50 ps or more.
[ラマン増幅の検討]
図6に入射端の光強度を1とした際の、ラマン増幅に伴う伝送路長手方向の光強度変化を示す。分布ラマン利得を計算するためのパラメータとして信号光波長1550nmの伝搬損失αs=0.2dB/km、励起光波長1450nmの伝搬損失αs=0.25dB/km、励起光強度50mWとし、、ラマン利得係数は3.0×10−14〜15.0×10−14m/Wまで可変した。図6より、ラマン利得係数に依らず、60km程度を境に分布ラマン増幅に伴う光強度が飽和していることが確認できる。
[Examination of Raman amplification]
FIG. 6 shows a change in the light intensity in the longitudinal direction of the transmission line accompanying Raman amplification when the light intensity at the incident end is 1. As parameters for calculating the distributed Raman gain, a propagation loss αs of signal light wavelength of 1550 nm = 0.2 dB / km, a propagation loss αs of pumping light wavelength of 1450 nm = 0.25 dB / km, an excitation light intensity of 50 mW, and a Raman gain coefficient. Was variable from 3.0 × 10 −14 to 15.0 × 10 −14 m / W. From FIG. 6, it can be confirmed that the light intensity accompanying the distributed Raman amplification is saturated at about 60 km regardless of the Raman gain coefficient.
後方光ファイバ29にて必要となる光強度(利得)を飽和強度の50%としたときの結果を図6中に点線で示す。20km以上の領域においては少なくともラマン利得係数に依らず上記の特性を満たすことが確認できる。つまり、光伝送路11の後方光ファイバ29は20km以上であることを特徴とする。 The result when the light intensity (gain) required for the rear optical fiber 29 is 50% of the saturation intensity is shown by a dotted line in FIG. It can be confirmed that the above characteristics are satisfied at least in the region of 20 km or more regardless of the Raman gain coefficient. That is, the rear optical fiber 29 of the optical transmission line 11 is 20 km or more.
(実施形態2)
本実施形態では、具体的な光伝送システム302について説明する。
図7にAeffが大きい(120μm2)光ファイバ(図7(A))とAeffが小さい(80μm2)光ファイバ(図7(B))の屈折率分布例を示す。屈折率分布は、以下の式により表現される。
In this embodiment, a specific optical transmission system 302 will be described.
FIG. 7 shows refractive index distribution examples of an optical fiber having a large Aeff (120 μm 2 ) (FIG. 7A) and an optical fiber having a small Aeff (80 μm 2 ) (FIG. 7B). The refractive index distribution is expressed by the following equation.
図8は、光伝送システム302の光伝送路11のファイバ構成である。合計9種類の光ファイバ(21〜29)により構成される。図9は、それぞれの光ファイバ(21〜29)のLP01モードのAeffであって、伝送距離に対するLP01モードのAeffを示している。例えば、前方光ファイバ21は、Aeffが128μm2で長さが5.4kmであり、後方光ファイバ29は、Aeffが81μm2で長さが44.4kmである。なお、各光ファイバ(21〜29)は、実効断面積差20μm2以下で接続されている。 FIG. 8 shows a fiber configuration of the optical transmission line 11 of the optical transmission system 302. It is composed of a total of nine types of optical fibers (21 to 29). FIG. 9 shows the LP01 mode Aeff of each optical fiber (21 to 29), and the LP01 mode Aeff with respect to the transmission distance. For example, the forward optical fiber 21, Aeff is 5.4km in length by 128 .mu.m 2, the backward light fiber 29, Aeff length in 81Myuemu 2 is 44.4. Each optical fiber (21 to 29) is connected with an effective area difference of 20 μm 2 or less.
図10は、光伝送路11の伝送距離に対するDMDである。図5にて説明したように、伝送距離40km以上の領域では非線形効果の影響が小さくなるため、非特許文献6で示されているようなモード間非線形効果の影響についても十分に抑制できると予想される。当該予想に基づき、本実施形態の光伝送路11は40km地点まではモード間非線形効果を抑制するためDMD差が1ns以上となるように設計されている。 FIG. 10 is a DMD with respect to the transmission distance of the optical transmission line 11. As described with reference to FIG. 5, since the influence of the nonlinear effect is small in the region where the transmission distance is 40 km or more, it is expected that the influence of the nonlinear effect between modes as shown in Non-Patent Document 6 can be sufficiently suppressed. Is done. Based on the prediction, the optical transmission line 11 of the present embodiment is designed so that the DMD difference is 1 ns or more in order to suppress the non-linear effect between modes up to a point of 40 km.
図11は、光伝送路11(光ファイバ21〜29のトータルファイバ長103.4km)のインパルス応答である。DMDの補償によりインパルス応答は4ns以下(37ps/km)である。このような光伝送路11を使用することで受信端のDSP17が行うMIMO信号処理の負荷低減が可能である。 FIG. 11 shows an impulse response of the optical transmission line 11 (total fiber length 103.4 km of the optical fibers 21 to 29). Impulse response is 4 ns or less (37 ps / km) due to compensation of DMD. By using such an optical transmission line 11, it is possible to reduce the load of the MIMO signal processing performed by the DSP 17 at the receiving end.
図12は、12×12光MIMO伝送実験系である光伝送システム302の構成を説明する図である。光送信器13が出力する信号光として、1.25Gb/sのQPSK信号を用い、遅延線により独立した偏波多重信号及びモード多重信号チャネルを作成した。モード合分波器(14、15)は空間型のデバイス(非特許文献7)を用いた。光伝送路11の後段からはラマン増幅用励起光源10からの励起光をモード変換器12によりモード変換された信号を入力する。光伝送路11を通過した信号光はモード分波器15により分波されコヒーレント受信機16により光信号を電気信号へ変換し、DSP17でMIMO信号処理が施される。 FIG. 12 is a diagram illustrating the configuration of an optical transmission system 302 that is a 12 × 12 optical MIMO transmission experimental system. A 1.25 Gb / s QPSK signal was used as the signal light output from the optical transmitter 13, and independent polarization multiplexed signal and mode multiplexed signal channels were created using delay lines. As the mode multiplexer / demultiplexer (14, 15), a spatial device (Non-patent Document 7) was used. From the subsequent stage of the optical transmission line 11, a signal obtained by mode-converting the pumping light from the Raman amplification pumping light source 10 by the mode converter 12 is input. The signal light that has passed through the optical transmission line 11 is demultiplexed by the mode demultiplexer 15, the optical signal is converted into an electric signal by the coherent receiver 16, and MIMO signal processing is performed by the DSP 17.
図13は、図12の伝送実験系での伝送実験結果を説明する各信号のコンスタレーションマップである。図13(A)がラマン増幅無、図13(B)がラマン増幅有の結果である。モード依存損失(MDL)は非特許文献8に記載の式により算出した。図13より、信号品質Q値はラマン増幅を用いることにより2dB程度改善した。また、MDLは0.1dB程度しか劣化せず、低DMGを実現している。 FIG. 13 is a constellation map of each signal for explaining a transmission experiment result in the transmission experiment system of FIG. FIG. 13A shows the result without Raman amplification, and FIG. 13B shows the result with Raman amplification. The mode dependent loss (MDL) was calculated by the formula described in Non-Patent Document 8. From FIG. 13, the signal quality Q value was improved by about 2 dB by using Raman amplification. In addition, MDL deteriorates only by about 0.1 dB and realizes low DMG.
(実施形態3)
図14は、光伝送路11の光ファイバ間の接続を説明する図である。本実施形態の光伝送路11の隣り合う前記光ファイバは、それぞれの基本モードの実効断面積に応じてコアがテーパ状であるテーパファイバ31で接続されることを特徴とする。大Aeffファイバ(例えば前方光ファイバ21)と小Aeffファイバ(例えば前方光ファイバ29)とをテーパファイバ31で接続することで、接続損失を低減することができる。
(Embodiment 3)
FIG. 14 is a diagram for explaining the connection between the optical fibers of the optical transmission line 11. The optical fibers adjacent to each other in the optical transmission line 11 of the present embodiment are connected by a tapered fiber 31 whose core is tapered according to the effective cross-sectional area of each fundamental mode. The connection loss can be reduced by connecting the large Aeff fiber (for example, the front optical fiber 21) and the small Aeff fiber (for example, the front optical fiber 29) with the tapered fiber 31.
(発明の効果)
本発明は、光伝送路の実効断面積およびモード群遅延差(DMD)を最適に設計することで、低非線形、高効率ラマン増幅を実現し、かつモード多重伝送のMIMO処理におけるDSP負荷の増大を緩和し、伝送距離を拡大することが可能な伝送システムを提供することができる。
(Effect of the invention)
The present invention achieves low nonlinearity and high-efficiency Raman amplification by optimally designing the effective cross-sectional area and mode group delay difference (DMD) of an optical transmission line, and increases the DSP load in mode multiplexing transmission MIMO processing. It is possible to provide a transmission system that can relax the transmission distance and increase the transmission distance.
本発明は、ファイバ中の高次モードの利用により光ファイバ伝送の大容量化及び長距離化を実現することができる。 The present invention can realize a large capacity and a long distance of optical fiber transmission by using a higher-order mode in the fiber.
10:光源
11:光伝送路
12:モード変換器
13:光送信機
14:モード合波器
15:モード分波器
16:光受信機
17:DSP
21:前方光ファイバ
22〜28:光ファイバ
29:後方光ファイバ
31:テーパファイバ
301、302:光伝送システム
10: Light source 11: Optical transmission line 12: Mode converter 13: Optical transmitter 14: Mode multiplexer 15: Mode duplexer 16: Optical receiver 17: DSP
21: Front optical fibers 22 to 28: Optical fiber 29: Rear optical fiber 31: Tapered fiber 301, 302: Optical transmission system
Claims (6)
前記光ファイバの内、信号光が入射される前方光ファイバは前記信号光を出力する後方光ファイバより基本モードの実効断面積が大きく、前記前方光ファイバと前記後方光ファイバとは互いにモード間群遅延差の符号が異なることを特徴とする光伝送路。 An optical transmission line in which at least two types of optical fibers capable of propagating a propagation mode of m (m is an integer of 2 or more) or more are connected in series,
Among the optical fibers, the front optical fiber into which the signal light is incident has a larger effective cross-sectional area of the fundamental mode than the rear optical fiber that outputs the signal light, and the front optical fiber and the rear optical fiber are in the inter-mode group. An optical transmission line characterized in that the signs of the delay differences are different.
光源からの光を前記光伝送路を伝搬する伝搬モードの1つに変換して前記光伝送路に入射し、前記光伝送路の前記光ファイバでラマン増幅させるモード変換器と、
2以上の送信機からの信号光を互いに異なる伝搬モードとして合波して前記光伝送路の前記前方光ファイバに結合するモード合波器と、
前記光伝送路の前記後方光ファイバから出力する前記信号光を伝搬モード毎に分波するモード分波器と、
を備える光伝送システム。
An optical transmission line according to any one of claims 1 to 5,
A mode converter that converts light from a light source into one of propagation modes that propagate through the optical transmission line, enters the optical transmission line, and Raman-amplifies the optical fiber in the optical transmission line;
A mode multiplexer that multiplexes signal light from two or more transmitters as mutually different propagation modes and couples them to the front optical fiber of the optical transmission line;
A mode demultiplexer for demultiplexing the signal light output from the rear optical fiber of the optical transmission path for each propagation mode;
An optical transmission system comprising:
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US20230170993A1 (en) * | 2021-11-30 | 2023-06-01 | Mario Zitelli | Mode-division multiplexed fiber raman amplifier system and method |
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- 2017-08-18 JP JP2017157803A patent/JP2019036880A/en active Pending
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