JP2701189B2 - 光通信伝送路 - Google Patents

光通信伝送路

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JP2701189B2 JP4279158A JP27915892A JP2701189B2 JP 2701189 B2 JP2701189 B2 JP 2701189B2 JP 4279158 A JP4279158 A JP 4279158A JP 27915892 A JP27915892 A JP 27915892A JP 2701189 B2 JP2701189 B2 JP 2701189B2
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    • H04B10/2507Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを用いた伝
送システム、特に光ソリトンパルスと光増幅器を使用し
た光通信システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】光ファイバ通信技術は、光増幅技術の進
展にささえられ超長距離化が進んでおり、再生中継器を
使用せずに太平洋横断も可能となってきた。しかしなが
ら、従来の伝送方式では、伝送速度が高くなると光ファ
イバの波長分散特性や非線形光学効果に基づく伝送特性
の劣化の影響が大きくなり、高速・大容量化には限界が
あった。この波長分散特性や非線形光学効果による高速
化の限界を打破する方式として、光ソリトン通信方式が
近年脚光を浴びている。光ソリトン通信方式は、従来の
伝送方式の特性劣化要因である光ファイバの波長分散特
性と非線形光学効果を積極的に利用するものである。光
ソリトン通信方式に用いられる光ソリトンパルスでは、
ファイバの波長分散によるパルス広がりと非線形光学効
果に基づくパルス圧縮がバランスしているので、パルス
波形が変化せずに伝送することが可能である。光ソリト
ンパルスを用いた光通信システムは、現在実用化されて
いる直接変調方式の光通信システムと比較した場合に、
大容量化が可能であること、多重化が容易であること、
光ファイバの非線形性を利用するので該非線形性による
劣化がないこと、等の利点があり、現在実用化に向けて
の研究が進められている。光ソリトンパルスが理想的な
振る舞いを示すためには、光ファイバに損失がなく、光
ファイバの波長分散Dと光ソリトンパルスのピークパワ
ーPsol とが次式を満足する必要がある。(参考文献:
L.F. Mollenauer et al.,Jounal of LightwaveTechnolo
gy , Vol.9, pp.194-197, 1991 )
【0003】
【数1】 ただし(1)式において、λは光信号の波長、Aeff
光ファイバの実効断面積、cは光速、n2 は光ファイバ
の非線形定数、τは光ソリトンパルスの半値全幅であ
る。
【0004】ところで、実際の光ファイバにはかならず
損失がある。従って、ファイバへの入力端で光のピーク
パワーと分散値が釣り合っていても、伝送するに従いピ
ークパワーが減少するため、分散の効果が大きくなり、
光のパルスの幅が広がってしまい光ソリトンの性質を失
ってしまう。これを補償し光ソリトンパルスの長距離伝
送を可能とする技術として、該光損失を光増幅器によっ
て補償し、かつ光ファイバの入射端における光パルスの
ピークパワーを(1)式で表されるパワーより若干大き
めに設定する方法が提案されており、ダイナミックソリ
トン伝送と呼ばれている( 参考文献:M. Nakazawa et a
l, IEEE Joural of Quantum Electronics, Vol.26,pp.2
095-2102, 1992) 。
【0005】ダイナミックソリトン伝送法では、伝送の
最初の部分においては光パルスのピークパワーが高いた
めに光ファイバの非線形性の影響が強く、光パルスが圧
縮されるが、伝送の後半部分で光ファイバの損失により
光パルスが減衰すると、光ファイバの波長分散の影響が
支配的となり光パルスが広がる。パルスが広がり過ぎる
のを防止するために、一度圧縮されたパルスが広がっ
て、元と同じパルス幅となったところで光増幅器を通す
ことにより、光ソリトンとしての性質を失わせずに光フ
ァイバの損失を光増幅器で補償することができる。この
場合には、光パルスのピークパワーのかわりに、光ファ
イバ伝送中の区間平均パワーが式(1)を満足すればよ
い。図6にダイナミックソリトン伝送の光パルス幅と光
信号レベルの関係を示す。また、(1)式中の光ファイ
バの波長分散量はある区間中の平均値として表されたも
ので、その区間の区間長z0 は次式で表される長さより
も短かければよい。
【0006】
【数2】 ただし(2)式において、Dはその区間におけるファイ
バの波長分散の平均値、λは光信号の波長、cは光速、
τは光ソリトンパルスの半値全幅である。(2)式で表
される長さz0を通常ソリトンピリオドと呼んでいる。
ソリトンピリオドよりも十分に短い区間のファイバの波
長分散の平均値が(1)式を満足していれば、光ソリト
ンパルスの伝送は可能となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ダイナミックソリトン
伝送では、光ソリトンパルスのピークパワーをコントロ
ールすることにより、光増幅器間の光ファイバの入力と
出力の光パルスの幅が同一になるようにして、光ソリト
ンパルスの伝送を制御している。各光増幅器への入力毎
にパルス幅を制御する従来のダイナミックソリトン伝送
では、各ファイバスパン毎にその波長分散値の平均値を
ほぼ同一に設定するする必要がある。しかしながら、大
平洋横断などの10000km程度の超長距離光通信シ
ステムにおいて、30kmから50kmの光ファイバス
パン全ての波長分散値を同一にすることは、光ファイバ
製造上のばらつきなどの技術上の問題でほぼ不可能であ
った。
【0008】本発明は、従来のダイナミックソリトン伝
送に代わる実用的な光ソリトン伝送システムの光伝送路
の提供を目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、伝送路である
光ファイバの波長分散を複数個の増幅器を含む長い区間
毎に制御することにより光ソリトンパルスの伝送を制御
する光通信伝送路である。具体的には、光ファイバの波
長分散の平均値が、ソリトン条件を満足する分散値より
も相対的に大きい区間と波長分散の平均値が相対的に小
さい区間を組合せて、それら交互に繰り返させることに
より、全伝送距離にわたっての平均分散値を正の値とな
るようにして、光ソリトンパルスの伝送を制御するもの
である。
【0010】
【原理】本発明の原理を図面を用いて説明する。図1
は、本発明の光通信伝送路の構成を示す。1は光ソリト
ン送信端局、伝送用光ファイバ、3は光ファイバの損失
を補償するための光増幅中継器、4は光ソリトン受信端
局である。5は相対的に波長分散値が大きい区間、6は
相対的に波長分散値が小さい区間である。図2は、横軸
に距離、縦軸に分散値、光パルス幅、光パルスピークパ
ワーを取り、それぞれ光ファイバの分散値の変化、光パ
ルス幅の変化及び光パルスピークパワーの変化を示す。
【0011】送信光パルスの波形は、光ソリトン伝送に
必要となるsech2 型である。全体の光伝送路波長分
散値の平均値は、光ファイバのカー効果(非線形光学効
果)によるパルス圧縮を補償できるようプラスの値とし
てあり、光伝送路を波長分散の小さい区間と大きい区間
を交互に配置して構成することにより、送信光のパルス
幅、光増幅器中継出力がマクロ的に光ソリトン条件をほ
ぼ満足するように全光伝送路の波長分散値の平均値を設
定してある。波長分散値が相対的に小さい区間5では、
平均的には非線形光学効果の影響が支配的であり、光パ
ルスはマクロ的にはわずかながら圧縮されていく。個々
の光増幅中継器間の光ファイバ毎にミクロ的に見た場合
は、光ファイバに入射した光パルスは始めのうちは非線
形光学効果が支配的であるためパルス圧縮を生じるが伝
送距離が進むにつれ光が減衰するために非線形光学効果
の影響が弱まりファイバの分散の影響を受け圧縮がとま
りわずかに広がりはじめる場合もあるし、単調に圧縮す
る場合もある。いずれの場合でも、平均的には、パルス
は圧縮を受けながら伝送していく。その後に平均分散値
が相対的に大き区間6を設ける。区間6では波長分散効
果が支配的となるため、ミクロ的にパルス圧縮、パルス
広がりを繰り返しながらも、平均的にはパルスは広げら
れていき、伝送光パルスは送信パルスとほぼ同一のパル
ス幅まで復帰させることができる。
【0012】本発明では、波長分散値を光増幅中継器毎
に厳密に制御する必要がない。また、波長分散値の平均
値が相対的に小さい区間と大きい区間の長さは、必ずし
も等しい必要はなく、かつ交互に現われる場合にそれぞ
れの長さが等しい必要もない。更に、分散値の相対的に
大きい区間と小さい区間の順番はどちらでもよい。図3
(a)は、相対的に波長分散値の大きい区間を伝送した
後の波形であり(半値幅は約40ps)、送信波形より
もわずかに広がっている。図3(b)はその後に波長分
散の平均値が相対的に小さい区間6を伝送したときの波
形である(半値幅は約35ps)。従って、(b)図の
方が(a)図に比べてパルス幅が狭くなっており、従来
のダイナミックソリトン伝送のように光増幅中継器毎の
厳密な波長分散制御によるパルス制御をおこなわずに平
均分散値制御によるパルス制御が可能であることがわか
る。
【0013】
【実施例】図4は、光通信伝送路の一実施例を示す。1
は光ソリトン送信端局、2は伝送用光ファイバ、3は光
増幅中継器、4は光ソリトン受信端局である。送信端局
1からの発振波長1. 558ミクロンの短光パルスは5
Gbit/sの伝送速度で疑似ランダム変調をされてい
る。光増幅中継器3は、約33kmスパンで配置した。
各光増幅器3の出力パワーは−4dBmおよび光送信パ
ルス幅35psとし、伝送用光ファイバ2の全長300
0kmの全平均分散値は、全体でほぼソリトン条件を満
足するように+0.4ps/km/nmに設定した。伝送用光ファイ
バ2は、長さの異なる17区間で構成されており、各区
間の配置は、その区間平均分散値が全平均分散値に比べ
て相対的に小さいものと大きいものが交互に繰り返し現
われるように構成した。
【0014】各区間長および区間平均分散値は以下の通
りであり、これの一部を図5に示す。
【0015】
【表1】 区間1 429km、 平均分散値=-0.043ps/km/nm 区間2 33km、 平均分散値=+2.45ps/km/nm 区間3 99km、 平均分散値=-0.37ps/km/nm 区間4 66km、 平均分散値=+2.36ps/km/nm 区間5 66km、 平均分散値=-0.86ps/km/nm 区間6 66km、 平均分散値=+2.27ps/km/nm 区間7 429km、 平均分散値=-0.076ps/km/nm 区間8 66km、 平均分散値=+2.06ps/km/nm 区間9 297km、 平均分散値=-0.068ps/km/nm 区間10 33km、 平均分散値=+3.85ps/km/nm 区間11 462km、 平均分散値=-0.043ps/km/nm 区間12 33km、 平均分散値=+2.45ps/km/nm 区間13 247km、 平均分散値=-0.079ps/km/nm 区間14 33km、 平均分散値=+1.82ps/km/nm 区間15 462km、 平均分散値=-0.037ps/km/nm 区間16 33km、 平均分散値=+3.22ps/km/nm 区間17 146km、 平均分散値=-0.003ps/km/nm 3000km伝送後の受信波形には、顕著な広がりや圧
縮は観測されておらず、また、符号誤り率を測定したと
ころ10-10 以下の良好な伝送特性が得られ、本発明に
より安定に光ソリトン伝送が達成されることが確認され
た。
【0016】本実施例では、従来のダイナミックソリト
ン伝送のように、各光増幅器の入出力端で波形が等しく
なるように分散値を制御していないにも関わらず、比較
的長い区間の平均値で波長分散値を制御することによ
り、安定な光ソリトン伝送を行うことができる。尚、本
実施例では、初めに光ファイバの分散値の相対値の小さ
い区間、次に大きい区間を配置して、光ソリトン伝送路
を構成したが、逆の順番で構成しても良い。更に、伝送
用光ファイバは、波長1. 55ミクロン近傍に零分散波
長のある分散シフトファイバのみで構成しても良いし、
途中に分散値の大きい通常のシングルモードファイバ
(零分散波長:1. 3ミクロン)を挿入して平均波長分
散値を調整しても良い。
【0017】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、ダイナミッ
クソリトン伝送では1中継区間毎に光ソリトンパルスを
制御するため、各中継器、光伝送路に高い精度が求めら
れるが、本発明ではいくつかの中継区間をまとめてコン
トロールするため、光ファイバの製造上のばらつきは、
その配置を制御することにより吸収できる。また、分散
値の各中継区間を見た場合には設計の自由度が増し、安
定度の高い光通信伝送路を構築することが容易となる。
従って、本発明では光ファイバの分散値のばらつきに対
して許容範囲が広がり、本発明の効果は、実用的なソリ
トン伝送システムの実現のためには著しい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光通信伝送路を示す構成図である。
【図2】本発明の光通信伝送路によるソリトンパルスの
パルス幅の制御を説明する図である。
【図3】本発明の光通信伝送路による光パルス波形を示
す図である。
【図4】本発明の光通信伝送路の実施例を示す構成図で
ある。
【図5】本発明の光通信伝送路の実施例における区間波
長分散値を示す図である。
【図6】従来方式によるソリトンパルスのパルス幅の制
御を説明する図である。
【符号の説明】
1 光ソリトン送信端局 2 伝送用光ファイバ 3 光増幅中継器 4 光ソリトン受信端局 5 相対的に波長分散が大きい区間 6 相対的に波長分散が小さい区間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 周 東京都新宿区西新宿二丁目3番2号 国 際電信電話株式会社内 (72)発明者 若林 博晴 東京都新宿区西新宿二丁目3番2号 国 際電信電話株式会社内

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リターンゼロ光パルスにディジタル情報
    を加えた光信号を送信する光送信端局と、該光信号を受
    信する光受信端局と、該送信端局と該受信端局とを結ぶ
    伝送用光ファイバと、該伝送用光ファイバ上に該光ファ
    イバの損失を補償する複数台の光増幅中継器とを有する
    光通信伝送路において、 該伝送用光ファイバが、該伝送用光ファイバの全長の波
    長分散値の平均値が該光受信端局において受光する該光
    パルスに加えられるパルス圧縮効果とパルス広がりの効
    果とが補償されるような正の値であり、該全長の波長分
    散値の平均値よりも相対的に大きい波長分散の平均値を
    有する第1の区間と該全長の波長分散値の平均値よりも
    相対的に小さい波長分散の平均値を有する第2の区間と
    が交互に繰り返し配置されているように構成されている
    ことを特徴とする光通信伝送路。
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