JP3073540B2 - 波長分割多重化光通信システム及びその送信装置 - Google Patents

波長分割多重化光通信システム及びその送信装置

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JP3073540B2 JP03053181A JP5318191A JP3073540B2 JP 3073540 B2 JP3073540 B2 JP 3073540B2 JP 03053181 A JP03053181 A JP 03053181A JP 5318191 A JP5318191 A JP 5318191A JP 3073540 B2 JP3073540 B2 JP 3073540B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は波長分割多重化光通信シ
ステムに係り、特に複数の搬送波信号を誘電体光波伝送
媒体に関してゼロ分散特性の波長で伝送するシステムに
関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、光ファイバーはほとんどの長距
離光通信システム用の伝送媒体として使用されている。
理論的には帯域幅の制限が殆ど無いため、光ファイバー
は何千個ものデータ・チャンネルを極めて高速度で同時
に送信することができる。
【０００３】しかしながら、実際上は、損失や分散、そ
れに非線形輝度依存効果等が組み合わさって、光ファイ
バーによって伝送できるチャンネル数及びその光ファイ
バーにおける各チャンネルのスペクトル配置を決定して
いる。
【０００４】ほとんどの通信システムは、最大のデータ
・スループット・レートを達成するために、光ファイバ
ーの標準伝送特性、即ちゼロ分散波長λ0及びそれに近
い特性で伝送される搬送波信号を有する波長分割多重化
（ＷＤＭ）システム、若しくは周波数分割多重化（ＦＤ
Ｍ）システムとして設計されている。
【０００５】このゼロ分散波長λ0は光ファイバーの伝
搬定数の波長に関する二次導関数がゼロである点として
定義される。標準的なシングル・モード光ファイバー
は、公称上１．３μｍでゼロ分散を生じるが、分散転移
型光ファイバーは約１．５μｍでゼロ分散を有してい
る。
【０００６】ＷＤＭシステム若しくはＦＤＭシステムに
おいて一個の搬送波がゼロ分散波長で伝送されること
は、既に分かっていることであるが、異なる搬送波同士
を互いに隣接しあうチャンネルに配置することが重要な
検討課題となっている。
【０００７】事実、何人もの研究者が高輝度の光波信号
が光ファイバー中に伝搬するときに生じる非線形効果を
考慮するために、これまで搬送波配置の問題を三個若し
くは四個の光波の混合問題として設計を行なってきてい
る。
【０００８】それらについては、「ジャーナル・オブ・
アプライド・フィジィックス（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙ
ｓ．）」誌の１９８７年、４９（１０）号の５０９８乃
至５１０６頁に掲載されているケー・オー・ヒル（Ｋ．
Ｏ．Ｈｉｌｌ）氏等の論文、及び「アイ・イー・イー・
イー・ジャーナル・オブ・クァンタム・エレクトニクス
（ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔ．）」誌の１
９８７年、第ＱＥ−２３巻、第７号の１２０５乃至１２
１０頁に掲載されているエヌ・シバタ（Ｎ．Ｓｈｉｂａ
ｔａ）氏等の論文がある。
【０００９】ヒル氏等の論文及びシバタ氏等の論文は両
方とも、異なった周波数を有する三個の入力光波信号
が、対応する新しい周波数の九個に増大した光波信号を
発生するプロセスを述べている。これらの新しい周波数
を有する光波信号は、周波数同士の混合やそれらの間の
クロストークによって生じる。
【００１０】シバタ氏等の論文は、短い波長での実験か
ら得られた結果を外挿法補間することによって、光ファ
イバーのゼロ色度分散波長の狭いライン幅を有する或る
搬送波信号を用いた周波数多重化伝送システムにおい
て、四個の光波の混合によって発生する不要光波信号を
完全に抑圧するには、隣接し合う光波信号の伝送を、λ
0＝１．３μｍでは４００ＧＨｚ（２．２５ｎｍ）以
上、λ0＝１．５μｍでは３００ＧＨｚ（２．４ｎｍ）
以上の周波数間隔をおいて行なうべきであるとの結論を
出している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、シバタ氏
等の論文の結論には不備が有り、シバタ氏等の論文に記
載されている周波数多重化システムでは不要光波信号を
完全に抑圧することができないことを確認した。
【００１２】すなわち、極めて長距離に亘る光波信号伝
送は、光ファイバーの損失及び分散に起因する通常の問
題によって妨害を受ける。更に、このような光波信号伝
送は、光ファイバー材料の屈折率が各光波信号の輝度へ
の依存性が弱いことによって影響を受ける。
【００１３】この輝度依存性は非線形であり、この輝度
依存性は次の式により表わすことができる。
【００１４】
【数３】 ここで、ｎ0は屈折率の直線性部分を表わし、ｎ2は屈折
率の非直線性部分を表わし、Ｅは光波信号の出力密度を
表している。
【００１５】光波信号の輝度に対する屈折率の依存性
が、その光波信号に関して群速度の変化を引き起こす。
この屈折率の変化はまた、光ファイバーの分散を伴なっ
ている光波信号からのパルスの相互作用を通じて光波信
号の自己位相変調或いは自己チャーピングを招き、パル
ス形状に影響を及ぼす。
【００１６】自己位相変調及び分散はソリトンの形成中
に完全に相殺される。この相殺が不完全なときは、自己
位相変調がスペクトルの拡張を招き、その結果、更にパ
ルスの歪みを招く。
【００１７】本発明は、波長分割多重化光通信システ
ム、周波数分割多重化光通信システム等において生じる
側波帯エネルギーの望ましくない単調な増加を回避する
ことを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段及び作用】チャンネル間の
隔たり及びゼロ分散波長からの個々のチャンネルの隔た
りは、各チャンネルの公称搬送波波長に関して測定され
る。
【００１９】波長分割多重化光通信システム或いは周波
数分割多重化光通信システムにおける各伝送機は、一チ
ャンネルにつき一個の割りで配分されている複数個の変
調された光源を有し、各光源はチャンネル間の所望の隔
たり及びゼロ分散波長からの個々のチャンネルの所望の
隔たりを有するよう、特定の波長に合わせられる。各光
源は、直接変調或いは外部変調によって変調されてい
る、可調整波長の若しくは固定波長のレーザーを有す
る。
【００２０】本発明の原理により、光ファイバー内の屈
折率の非直線性が弱いことによって信号歪みが生じる影
響を、現在の大洋を横断するスパンに匹敵する光波信号
の進行距離に関して最小にすることができる。
【００２１】このことは、多チャンネルの波長分割多重
化（ＷＤＭ）光通信システムにおいて、光ファイバーの
通常分散体系で約２ｎｍ或いはそれ以上の隔たりを置い
て隣接し合い、そのうえにまた、その光ファイバーのゼ
ロ分散波長λ0より０．４ｎｍ以上それぞれの搬送波波
長が小さい各チャンネルを伝送することによって達成さ
れる。
【００２２】チャンネル間の隔たりは大きいかも知れな
いが、２ｎｍから３ｎｍの間のチャンネル間の隔たり
が、それぞれが振幅偏位キーイング（ＡＳＫ）変調され
た情報を担っている少なくとも二チャンネルを有するＷ
ＤＭ光通信システムに望ましいことを、シミュレーショ
ンの結果から確認した。
【００２３】チャンネル間の隔たりを大きくしても、そ
の通信システムの受信端側に固定等価素子或いは適応型
等価素子を使用することによって対処することができ
る。この技術分野で知られている等価素子は電子回路と
光ファイバーとで実現することができる。
【００２４】ゼロ分散波長からの第一のチャンネルの隔
たりに関しては、或るチャンネルの搬送波波長がそのゼ
ロ分散波長に近い程、二チャンネルＷＤＭ光波通信シス
テムの他のチャンネルに多くの歪みが生じることが、シ
ミュレーションの結果から判明した。
【００２５】周波数スペクトルの観察により、混変調が
増加し且つ関係する波長帯域に亘って相当な量のノイズ
を生じさせることが分かっている。第一のチャンネルが
ゼロ分散波長から遠く隔たっているときは、二チャンネ
ルＷＤＭ光波通信システムの両チャンネルが相当に大き
な分散を有することが当然推測される。
【００２６】
【実施例】本明細書中では以下、明確化を図るために次
の約束をするが、但しそれに限定することを目的とする
ものではない。
【００２７】波長分割多重化は通常のＷＤＭと周波数分
割多重化（ＦＤＭ）とを含む意のものに解釈するものと
する。一般的にも、ＷＤＭはＦＤＭと同じものであると
理解されている。光ファイバーは通常的な円形コアや、
シングル・モード光ファイバー、分散転移型光ファイバ
ー、偏光維持光ファイバー、等のような種類の光ファイ
バーを含むものと解釈するものとする。
【００２８】他の約束については、以下本明細書中で述
べる。
【００２９】図１に、典型的な多チャンネルＷＤＭ光波
通信システムを示す。各チャンネルはその関連するチャ
ンネル送信機へデータを供給する。チャンネル１からの
データはチャンネル送信機１０１へ供給され、チャンネ
ル２からのデータはチャンネル送信機１０２へ供給さ
れ、そしてチャンネルＮからのデータはチャンネル送信
機１０３へ供給される。
【００３０】チャンネル送信機１０１乃至１０３は、そ
れぞれのチャンネル・データによって変調された光波信
号を発生するように、この分野の技術者に良く知られて
いるように構成されている。
【００３１】本実施例では、チャンネル送信機１０１乃
至１０３は光アイソレータを介して外部変調器と光学的
に接続されている分布帰還型レーザ・ダイオードを有す
る。このレーザー・ダイオードは、ここでは関係するチ
ャンネルに対する搬送波波長として知られている単一波
長の連続波（ＣＷ）モードで動作するように、適切なバ
イアスを与えられ且つ適切に制御される。
【００３２】このレーザー・ダイオードからのＣＷモー
ド光波信号は、被変調光波信号を発生するようにチャン
ネル・データにより外部変調器で変調されている。特定
チャンネルに関連するこの被変調光波信号は、一般的に
変調されていないレーザー・ダイオード信号より広い帯
域幅を有するが、説明を容易にするため、そのような信
号は公称上、搬送波波長のものとする。
【００３３】図１に示す送信機装置は、個々の被変調光
波信号を単一の信号に混合して光ファイバー１０８へ伝
送するＷＤＭマルチプレクサー１０７を有する。このよ
うに、ＷＤＭマルチプレクサー１０７はＮ個の異なる入
力を受け入れてそれらを単一の出力に変換する、Ｎ×１
装置である。
【００３４】入力された波長は全て、ＷＤＭマルチプレ
クサー１０７からの出力信号中に存在している。ＷＤＭ
マルチプレクサー１０７は、波長の異なる一対の光波信
号を混合して単一の光波信号を出力する、３ｄＢカップ
ラーのような数個のカップラー１０４、１０５、１０６
を有する。
【００３５】ＷＤＭマルチプレクサー１０７から出力さ
れた複合波長信号は光ファイバー１０８へ入力される。
この光ファイバー１０８は図１に単純化して一本の光フ
ァイバーとして描かれているが、この分野の技術者に
は、長距離通信を達成するためにこの光ファイバー１０
８を、個々に光増幅器１１３や中継器、或いは再生器に
よって分割されている長いスパン（１０ｋｍ或いはそれ
以上）を持つ複数の光ファイバーによって構成すること
ができることがわかるであろう。
【００３６】このような情況からして、長距離とは例え
ば１００ｋｍ以上の距離を意味するものである。光ファ
イバーの非直線性は非常な長距離に亘る場合にのみ重大
な問題になることが一般的にわかっているので、本発明
が、特に望ましくは１０００ｋｍ以上に亘る長距離ＷＤ
Ｍ通信システムに適用可能であることはこの分野の技術
者にとって当然に了解されよう。
【００３７】非常な長距離に亘る伝送は、光ファイバー
１０８の長さ方向に沿って光増幅器１１３を間隔を置い
て配置して固有光ファイバー損失を補償することによ
り、改善することができる。図１には、幾つかの光増幅
器１１３が光ファイバー１０８の長さ方向に沿って示さ
れている。
【００３８】半導体増幅器や不純物注入光ファイバー増
幅器のような標準的な光増幅器１１３を、増幅作用及び
光ファイバー１０８の長さ方向に沿う損失補償のために
使用することができる。
【００３９】このＷＤＭ光通信システムにおいては、光
ファイバー１０８から出力された多重化信号はＷＤＭデ
マルチプレクサー１０９へ供給される。ＷＤＭデマルチ
プレクサー１０９は、図１に示すように、波長に応じて
個々のチャンネルを分離し、その結果、波長λ1の搬送
波上の信号が受信器１１０へ伝送され、波長λ2の搬送
波上の信号が受信器１１１へ伝送され、同様に波長λN
の搬送波上の信号が受信器１１２へ伝送される。
【００４０】受信器１１０乃至１１２は、各々がその特
定チャンネルについてデータ出力信号を発生するため
に、受信した光波信号情報を検波し、その情報を処理す
る。
【００４１】図２は、光ファイバー１０８のような標準
的な光ファイバーについて、波長に関する分散Ｄの変化
を示している。曲線２０上には、二つの異なる体系、即
ち異常分散体系（Ｄ＞０）及び通常分散体系（Ｄ＜０）
が示されている。
【００４２】曲線２０は、波長λ0でゼロ分散点と交差
していることが分かる。この波長λ0がいわゆるゼロ分
散波長である。もちろん、分散転移型光ファイバーで
は、この交差がより長い波長（約１．５μｍ：１．５×
１０ 3 ｎｍ）で起きる。
【００４３】先に述べたように、従来のＷＤＭ光通信シ
ステムは、ＷＤＭ信号の或るチャンネルを搬送波波長λ
0で光ファイバーに投入することによってゼロ分散波長
を利用するように設計されていた。
【００４４】それとは対照的に本発明では、チャンネル
搬送波はこのゼロ分散波長では投入されない。隣接し合
う各チャンネルのチャンネル搬送波が互いに２ｎｍ或い
はそれ以上隔てられ、且つ各チャンネルのチャンネル搬
送波がゼロ分散波長から少なくとも０．４ｎｍ隔てられ
る。より詳細には、チャンネル送信機１０１にデータを
供給するチャンネル１のチャンネル搬送波は、ゼロ分散
波長より少なくとも０．４ｎｍ小さくされる。
【００４５】図３に、本発明の一実施例による二チャン
ネルＷＤＭ光通信システムについてのチャンネル間の隔
たり及びゼロ分散波長λ0からの隔たりを示す。図３に
おいて、チャンネル１及び２が、それぞれ搬送波波長λ
1及びλ2で伝送される。チャンネル１は信号線３１とし
て示され、チャンネル２は信号線３２として示されてい
る。この図３において、チャンネル１のチャンネル搬送
波波長λ 1 は、ゼロ分散波長λ 0 より少なくとも０．４ｎ
ｍ小さくされている（λ 0 −λ 1 ≧０．４ｎｍ）。また、
チャンネル１に隣接するチャンネル２のチャンネル搬送
波波長λ 2 は、チャンネル１のチャンネル搬送波波長λ 1
よりも２ｎｍ或いはそれ以上小さくされている（λ 1 −
λ 2 ≧２ｎｍ）。
【００４６】四フォトン・ミキシングの結果、波長λ3
及びλ4で混変調信号即ちミキシング信号が発生する。
これら混変調側波帯信号を、信号線３３として示されて
いる混変調チャンネル３、及び信号線３４として示され
ている混変調チャンネル４として以下説明する。矢印３
５は波長が増大する方向を示す。
【００４７】一方、図３に示される関係は、次式によ
り、周波数の観点から見ることができる。
【００４８】
【数４】 なお、ここでｉは１、２、３及び４である。
【００４９】チャンネル１及び２は、それぞれ搬送波周
波数ｆ1及びｆ2で伝送される。チャンネル１は信号線３
１として示され、チャンネル２は信号線３２として示さ
れている。
【００５０】四フォトン・ミキシングの結果、周波数ｆ
3及びｆ4で混変調信号即ちミキシング信号が発生する。
これら混変調側波帯信号を、信号線３３として示されて
いる混変調チャンネル３、及び信号線３４として示され
ている混変調チャンネル４として以下言及する。矢印３
６は周波数が上昇する方向を示す。
【００５１】四フォトン・ミキシングの結果、混変調チ
ャンネルがはっきりした波長、即ちはっきりした周波数
で発生する。上述の二チャンネルＷＤＭ光波通信システ
ムに関しては、両チャンネル間の関係を次式で表わすこ
とができる。
【００５２】
【数５】
【数６】 もちろん、これらの関係は、次式による標準的な関係を
使用することによって、容易に変換することができる。
【００５３】
【数７】 なお、ここでｉは１、２、３及び４であり、ｆiはチャ
ンネルｉについての周波数であり、ｃは真空中における
光の速度である。
【００５４】上に記したチャンネル間の隔たり状態及び
ゼロ分散からの隔たり状態は、光ファイバー１０８がそ
の一端部から遠隔の端部まで実質的に均一なゼロ分散特
性を持つことを意図している。即ち、分散の平均値は実
質的に光ファイバー１０８に沿ったどの位置においても
実際の分散に等しいか、或いは極めて近似しいる。
【００５５】そうでない場合は、光ファイバー１０８に
おける累積分散の大きさは、実質的にランダムに直線的
な様子で増加する傾向がある。
【００５６】図４に、実質的な均一性を現わす典型的な
分散特性を、光ファイバー１０８に沿った距離ｚに関し
てプロットした曲線４０として示す。累積分散値の単位
はｐｓｅｃ／ｎｍである。本記述の情況においては、分
散は光ファイバーの単位長さ当たりの波長の変化に伴な
うパルス遅延の変化を意味するものと理解することがで
きる。分散は通常、ｐｓｅｃ／ｎｍ・ｋｍの単位で表さ
れる。
【００５７】以下の説明では、特に明示しない限り、光
ファイバー１０８は実質的に均一な分散特性をもつもの
とする。一般の光ファイバーでは、そのゼロ分散点がそ
の光ファイバーの長さ方向に沿ってランダムに変化し、
その結果、光ファイバー全体では、平均ゼロ分散波長と
して特徴付けられたゼロ分散パラメータを有する。
【００５８】本発明の原理によってＷＤＭ光通信システ
ムを設計することにより得られる利点を正しく評価する
ために、先ず従来方式によって設計されたシステムが動
作する仕方を理解することが大切である。即ち、従来の
ＷＤＭ光通信システムにおいて或るチャンネルがその搬
送波をゼロ分散波長で持っているとき、四フォトン・ミ
キシングの結果、混変調側波帯に及ぼされる影響を理解
することが大切である。そこで、従来のＷＤＭ光通信シ
ステムについて、その動作を説明する。
【００５９】各チャンネルの波形包絡線関数について或
る一定増幅度を選ぶことによって、波長λ3の上側混変
調側波帯のパワーが距離とともに単調に増大する一方
で、波長λ4の下側混変調側波帯のスプリアス信号が振
動して変化することを示す発現を得ることができる。
【００６０】この動作は図５に示されており、曲線５１
が上側混変調側波帯信号が単調に増大する様子を示し、
曲線５２乃至５６が下側混変調側波帯中のスプリアス信
号が振動的に変化する様子を示している。
【００６１】図６は各チャンネルに関するパルスのデー
タ列を示す。このデータ列は、実質的に同じ持続時間間
隔とパワーを持ち、交互に生起する「０」と「１」のデ
ータ・ストリームを表している。このデータ列によって
表わされているデータ・レートは２．５Ｇｂｐｓであ
る。
【００６２】このデータ列が各チャンネル伝送機からの
光波信号を変調し、その結果、或るデータ列が波長λ1
の搬送波上にＡＳＫ変調され、更にこの同じデータ列が
波長λ2の搬送波上に変調される。搬送波波長λ1がゼロ
分散波長λ0に一致し、且つ搬送波波長λ2がλ1から３
ｎｍだけ離れているとき、図７乃至図１０に示される出
力パルスが光ファイバー１０８の端部に現われる。
【００６３】実験シミュレーションにおいては、数本の
長い光ファイバーを継ぎ合わせて光ファイバー１０８を
構成し、適当な光増幅器により約１００ｋｍの間隔で補
償を行なった。この光ファイバー１０８は、１ｋｍ当た
り０．２１ｄＢの固有損失及び８０μｍの有効モード領
域を持ち、その総長が７５００ｋｍ（即ち、大洋を横断
する距離）となるように設計されている。
【００６４】図７に示されているパルスは、搬送波波長
λ1のチャンネル１において受信された信号に対応す
る。同様に、図８に示されているパルスは、搬送波波長
λ2のチャンネル２において受信された信号に対応す
る。
【００６５】搬送波波長λ3及びλ4の混変調側波帯に関
するパルスが、それぞれ図９及び図１０に示されてい
る。これらの図から、これら各チャンネルのデータ列が
著しく損なわれていることが分かる。特に、上側混変調
側波帯の個々のパルスの瞬間パワーが下側混変調側波帯
の個々のパルスの瞬間パワーより、二桁大きいことがわ
かる。
【００６６】「上側」及び「下側」の語は波長の点から
側波帯に名付けられていることに留意すべきである。も
し、これら側波帯波が周波数の点から名付けられる場合
は、波長における上側側波帯は周波数における下側側波
帯となり、同様に、波長における下側側波帯は周波数に
おける上側側波帯となるであろう。
【００６７】図１１及び図１２に、入力周波数スペクト
ル及び出力周波数スペクトルを示す。周波数と波長との
間には反比例関係（ｆi＝ｃ／λi）があるため、曲線２
１はゼロ分散周波数（即ち、ｆi＝ｆ0）のチャンネル１
における入力スペクトルに対応し、且つ曲線２２はチャ
ンネル１から約２ｎｍ隔たっているチャンネル２の入力
スペクトルに対応している。
【００６８】これら各図の周波数軸は、ゼロ分散周波数
からの距離としてｆ−ｆ0を選び、且つｆmax−ｆ0を１
０００ＧＨｚに等しくなるように設定することによっ
て、無次元単位に正規化されている。
【００６９】図７乃至図１０中の出力データ・パルス列
の観察から予期されるように、図１２においては搬送波
周波数ｆ3の下側混変調側波帯が光ファイバー１０８を
横断して伝送された後では、チャンネル１のものと実質
的に等しい大きさの値に増大していることが容易に分か
る。
【００７０】このことによって、或るチャンネルが光フ
ァイバー１０８のゼロ分散周波数（波長）に置かれた搬
送波周波数（波長）を有するとき、ＷＤＭ光波通信シス
テムの特性が著しく低下するという結論が得られる。
【００７１】以下、本発明の一実施例について説明す
る。図１３乃至図１５は、上記の「０」と「１」とが交
互する同じデータ列を上記の如く同じ光ファイバーの長
さを通して伝送するときの結果を示す。これらの図にお
いて、チャンネル１の搬送波波長が通常分散体系におけ
るゼロ分散周波数より約１．５ｎｍ低く、チャンネル間
の隔たりは約３ｎｍであるように選ばれている。
【００７２】周波数の点では、チャンネル１及びチャン
ネル２は、それぞれゼロ分散周波数より約２００ＧＨｚ
及び６００ＧＨｚ高くなっている。その結果、混変調側
波帯チャンネル３及び４は、それぞれゼロ分散周波数よ
り２００ＧＨｚ以下及び１０００ＧＨｚ以上で生じる。
【００７３】チャンネル１及びチャンネル２の出力パル
スを、それぞれ図１３及び図１４に示す。これらの出力
パルスは幾らかの分散を被っているが、それら二つのチ
ャンネルのパルスの相互作用は何ら顕著な影響を持って
いないように見える。
【００７４】図１５は、周波数ｆ3及びｆ4の混変調側波
帯のスプリアス・パルスを示す。曲線１５３として明示
されているパルスは搬送波周波数ｆ3の下側混変調側波
帯のパルスと対応し、その一方、曲線１５４として明示
されている非常に低いレベルのパルスは搬送波周波数ｆ
4の上側混変調側波帯のパルスと対応している。
【００７５】両チャンネルを、互いに接近し、且つゼロ
分散波長に近付くように移動することによって、それら
の結果を図１３乃至図１５に示されている結果と対比す
ることができる。
【００７６】次に本発明の他の一実施例について説明す
る。チャンネル間の隔たりが２ｎｍでありゼロ分散波長
からのチャンネル１の隔たりが０．５ｎｍである場合に
おいては、上記のシミュレートされた二チャンネルＷＤ
Ｍ光波通信システムを用いることにより、図１６乃至図
１８に示されるような出力パルスを得ることができる。
【００７７】周波数の点からは、チャンネル１及びチャ
ンネル２は、それぞれゼロ分散周波数より約６６．６７
ＧＨｚ及び３３３．３ＧＨｚ高い。その結果、混変調側
波帯チャンネル３及び４は、それぞれゼロ分散周波数よ
り約２００ＧＨｚ及び６００ＧＨｚ高い周波数で生じ
る。
【００７８】図１６及び図１７に、それぞれチャンネル
１及びチャンネル２の出力パルスを示す。混変調側波帯
の出力パルスを図１８に示す。下側（周波数ｆ3の）混
変調側波帯の出力パルスは、曲線１８３として明示され
ている。上側（周波数ｆ4の）混変調側波帯の出力パル
スは（符号明示無し）、図１８の底部の時間軸に沿って
非常に低く殆ど識別できないリップルとして現われてい
る。
【００７９】図１６乃至図１８に示される各信号の入力
周波数スペクトル及び出力周波数スペクトルを、図１９
及び図２０に示す。図２０から明らかなように、混変調
側波帯は、ＷＤＭ光波通信システムが本発明の原理によ
って設計されているときは極めて低いレベルである。
【００８０】上記説明においては、レーザー・ダイオー
ドを搬送波波長に調節され且つ外部から変調されている
ＣＷモードの光源として示した。しかし、他にも波長λ
iの搬送波上にデータ信号を重畳する機能を奏する多く
の実施例が有ることは、この分野の技術者により当然理
解されるべきである。
【００８１】例えば、分布帰還（ＤＦＢ）レーザーや分
布ブラッグ反射（ＤＢＲ）レーザーは、シングル・モー
ドの所定波長を有する光波信号を発生するために良好な
適合性を有する。ＤＦＢレーザーとＤＢＲレーザーの両
方とも、動作の調節が可能なものとしたり、変調を直接
若しくは外部から行なうものとすることができる。
【００８２】上記に与えられているシミュレーション結
果においては、ＡＳＫ変調が各チャンネル伝送機に適用
される変調型式として述べられた。しかし、周波数偏位
キーイング（ＦＳＫ）変調や位相偏位キーイング（ＰＳ
Ｋ）変調のような他の変調型式も、本発明の原理により
定義されている多チャンネルＷＤＭ光波通信システムに
使用することができる。
【００８３】一般に、これまでは外部変調が不均一なＦ
Ｍ応答等の影響を避けるために望ましい変調技術である
として説明されてきた。しかし、実際には外部変調器へ
のレーザー光源の光学的接続は、標準レンズ或いは接続
効率を最大にする突き合わせ接続技術を用いて達成され
る。レーザーと変調器の間に介在されているアイソレー
タは、このレーザーへ戻る不所望な反射を減少させてい
る。
【００８４】ＤＦＢレーザー及びＤＢＲレーザーは、本
発明の教示により特に望ましい波長で動作するように設
定することができるが、更に必須とするものではない
が、レーザーに標準的な安定化要素を付加することが望
ましい。安定化要素は、一般に制御ループとして構成さ
れ、そのレーザーから出力している信号を監視し、それ
に応答してそのレーザーの電流或いは温度を調節するこ
とにより所望の波長からの波長偏差を修正するための技
術で周知である。
【００８５】以上の説明では、光ファイバー１０８はそ
の全長に亘って実質的に均一な分散特性を持っているも
のとして説明した。しかし、この光ファイバー１０８の
分散特性にはランダムな揺らぎが起こることが有るか
ら、搬送波波長が平均ゼロ分散波長から偏位されている
ことが当然理解されるべきである。
【００８６】光ファイバーの全長に亘る均一な分散特性
が望ましいが、それは現実的では無いであろう。従っ
て、更に光ファイバー１０８は、各部分がその特定の部
分の長さに亘って実質的に均一な分散特性を持つが各部
分では分散特性が相違している複数個の光ファイバーで
も構成し得ることが意図されている。
【００８７】この場合、チャンネル１は、光ファイバー
１０８を構成している各光ファイバー部分を組み合わせ
た全長について、平均ゼロ分散波長に設定された搬送波
波長を有している。しかしながら、この光ファイバー１
０８のあらゆる部分における分散は、次式で定義される
ビート波長よりは長い、実質的に連続している長さにつ
いて、ゼロに等しくならないように、または、平均ゼロ
分散波長からの隔たりが少なくとも０．４ｎｍ以上とな
るようにされている。
【００８８】
【数８】 なお、ここで、βiは波長λiにおける光ファイバー１０
８の伝搬定数である。
【００８９】ランダムな揺らぎによって、光ファイバー
の分散をチャンネル１についてゼロ若しくは０．４ｎｍ
以内の搬送波波長にさせる傾向が有る光ファイバーの全
長に亘り、実質的に均一な分散を与えるための前述した
条件については、この条件は当然、上記のように定義さ
れたビート波長より短い、実質的に連続している長さに
ついて存在すべきものである。
【００９０】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、波
長分割多重化光通信システム及び周波数分割多重化光通
信システムは、光ファイバーの通常の分散体系において
約２ｎｍ以上離れて隣接し合う各チャンネルを伝送し、
且つ光ファイバーの平均ゼロ分散波長λ0より０．４ｎ
ｍ以上低い各チャンネルを伝送することによって、側波
帯エネルギーの望ましくない単調な増加を回避すること
ができる。
【００９１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による光通信システムの概略
示すブロック図である。
【図２】標準的なシングル・モード光ファイバーの波長
についての分散特性図である。
【図３】二チャンネルの波長分割多重化光通信システム
におけるチャンネル搬送波と混変調側波帯との関係を示
す図である。
【図４】累積分散を光ファイバー上の位置の関数として
示すグラフである。
【図５】二個の一次正弦波の四フォトン・ミキシングに
よって生じたスプリアス側波帯信号を示す図である。
【図６】ＷＤＭ光通信システムの一つのチャンネルの典
型的な入力データ・パルス列を示す図である。
【図７】一個の搬送波波長が光ファイバーのゼロ分散波
長であるときの、チャンネル及び側波帯混変調チャンネ
ルの両方に関する二チャンネルＷＤＭ光通信システムの
出力パルス１を示す図である。
【図８】一個の搬送波波長が光ファイバーのゼロ分散波
長であるときの、チャンネル及び側波帯混変調チャンネ
ルの両方に関する二チャンネルＷＤＭ光通信システムの
出力パルス２を示す図である。
【図９】一個の搬送波波長が光ファイバーのゼロ分散波
長であるときの、チャンネル及び側波帯混変調チャンネ
ルの両方に関する二チャンネルＷＤＭ光通信システムの
出力パルス３を示す図である。
【図１０】一個の搬送波波長が光ファイバーのゼロ分散
波長であるときの、チャンネル及び側波帯混変調チャン
ネルの両方に関する二チャンネルＷＤＭ光波通信システ
ムの出力パルス４を示す図である。
【図１１】図６に示された信号に関する入力スペクトル
を示す図である。
【図１２】図７乃至図１０に示された信号に関する出力
スペクトルを示す図である。
【図１３】或る搬送波波長が本発明の原理により光ファ
イバーのゼロ分散波長から離れているときの、チャンネ
ル及び側波帯混変調チャンネルの両方に関する二チャン
ネルＷＤＭ光通信システムの出力パルス１を示す図であ
る。
【図１４】或る搬送波波長が本発明の原理により光ファ
イバーのゼロ分散波長から離れているときの、チャンネ
ル及び側波帯混変調チャンネルの両方に関する二チャン
ネルＷＤＭ光通信システムの出力パルス２を示す図であ
る。
【図１５】或る搬送波波長が本発明の原理により光ファ
イバーのゼロ分散波長から離れているときの、チャンネ
ル及び側波帯混変調チャンネルの両方に関する二チャン
ネルＷＤＭ光通信システムの出力パルス３及び４を示す
図である。
【図１６】或る搬送波波長が本発明の原理により光ファ
イバーのゼロ分散波長から離れているときの、チャンネ
ル及び側波帯混変調チャンネルの両方に関する二チャン
ネルＷＤＭ光通信システムの出力パルス１を示す図であ
る。
【図１７】或る搬送波波長が本発明の原理により光ファ
イバーのゼロ分散波長から離れているときの、チャンネ
ル及び側波帯混変調チャンネルの両方に関する二チャン
ネルＷＤＭ光通信システムの出力パルス２を示す図であ
る。
【図１８】或る搬送波波長が本発明の原理により光ファ
イバーのゼロ分散波長から離れているときの、チャンネ
ル及び側波帯混変調チャンネルの両方に関する二チャン
ネルＷＤＭ光通信システムの出力パルス３及び４を示す
図である。
【図１９】図６に示された信号に関する入力スペクトル
を示す図である。
【図２０】図１６乃至図１８に示された信号に関する出
力スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
２１、２２ 入力スペクトル ３１、３２、３３、３４ 信号線 ４０ 分散特性曲線 ５１ 上側混変調側波帯信号曲線 ５２、５３、５４、５５、５６ 下側混変調側波帯中の
スプリアス信号曲線 １０１、１０２、１０３ チャンネル送信機 １０４、１０５、１０６ カップラー １０７ ＷＤＭマルチプレクサー １０８ 光ファイバー １０９ ＷＤＭデマルチプレクサー １１０、１１１、１１２ 受信器 １１３ 光増幅器 １５３ 下側混変調側波帯中のスプリアス・パルス １５４ 上側混変調側波帯中のスプリアス・パルス １８３ 下側混変調側波帯出力パルス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディートリッヒ マーキューズ アメリカ合衆国 07738 ニュージャー ジィ、リンクロフト、マジェスティック アベニュー 29 (56)参考文献 特開 平３−218129（ＪＰ，Ａ)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 平均ゼロ分散波長を有する光ファイバー
    内で波長分割多重化されるべき光波信号を生成する波長
    分割多重化光通信システムの送信装置において、 それぞれが光源及びその光源に光学的に結合された変調
    手段からなる第一及び第二のチャンネル送信機を有し、 前記各光源が実質的に搬送波波長の光波信号を生成し、 前記チャンネルの搬送波の間の隔たりが２ｎｍ以上３ｎ
    ｍ以下であり、且つ前記各チャンネルの搬送波波長が前
    記ゼロ分散波長から少なくとも０．４ｎｍ隔てられるこ
    とを特徴とする波長分割多重化光通信システムの送信装
    置。
  2. 【請求項２】 各送信機に供給されるチャンネル・デー
    タ信号に応じて、前記光波信号を変調する手段を有する
    ことを特徴とする請求項１記載の送信装置。
  3. 【請求項３】 前記変調手段は、振幅偏位キーイング
    （ＡＳＫ）、周波数偏位キーイング（ＦＳＫ）及び位相
    偏位キーイング（ＰＳＫ）のうちいずれかの方法により
    変調を行なうことを特徴とする請求項２記載の送信装
    置。
  4. 【請求項４】 前記第一及び第二のチャンネル送信機に
    接続されて、前記各送信機からの光波信号を単一の波長
    分割多重化光波信号に結合する手段を有することを特徴
    とする請求項２記載の送信装置。
  5. 【請求項５】 前記光ファイバーがそれぞれ均一な分散
    特性を有する複数の個々のファイバーセクションを含
    み、少なくとも前記ファイバーセクションの１つが他の
    ファイバーセクションとは異なる均一な分散特性を有し
    ており、 ここで、前記個々のファイバーセクションの各々が次式 Λ3＝２π／｜２β1−β2−β3｜ （なお、β1、および、β2は、それぞれ、前記第一、お
    よび、第二のチャンネル送信機の搬送波波長λ1、およ
    び、λ2における光ファイバー内の伝搬定数であり、β3
    は、λ1・λ2／（２λ2−λ1）で与えられる波長におけ
    る光ファイバー内の伝搬定数である）で規定されるビー
    ト波長以下であることを特徴とする請求項１または請求
    項２記載の送信装置。
  6. 【請求項６】 各光源およびこの光源に光学的に結合さ
    れた変調手段からなるＮ個（Ｎは２以上の正の整数）の
    チャンネル送信機のうちから任意に選択される隣接する
    搬送波波長を有する第一及び第二のチャンネル送信機を
    有する送信装置と、前記送信装置に接続され所定の波長
    で平均ゼロ分散波長を有する光ファイバーとを有し、前
    記各光源が実質的に搬送波波長の光波信号を生成し、前
    記第一及び第二のチャンネル送信機の搬送波の間の隔た
    りが２ｎｍ以上３ｎｍ以下であり、且つ前記各チャンネ
    ルの搬送波波長が前記ゼロ分散波長から少なくとも０．
    ４ｎｍ隔てられることを特徴とするＮチャンネルの波長
    分割多重化フォーマットの光波信号を前記光ファイバー
    へ伝送する波長分割多重化光通信システム。
  7. 【請求項７】 各送信機に供給されるチャンネル・デー
    タ信号に応じて、前記光波信号を変調する手段を有する
    ことを特徴とする請求項６記載の光通信システム。
  8. 【請求項８】 前記変調手段は、振幅偏位キーイング
    （ＡＳＫ）、周波数偏位キーイング（ＦＳＫ）及び位相
    偏位キーイング（ＰＳＫ）のうちいずれかの方法により
    変調を行なうことを特徴とする請求項７記載の光通信シ
    ステム。
  9. 【請求項９】 前記第一及び第二のチャンネル送信機に
    接続されて、前記各送信機からの光波信号を単一の波長
    分割多重化光波信号に結合する手段を有することを特徴
    とする請求項８記載の光通信システム。
  10. 【請求項１０】 前記光ファイバーがそれぞれ均一な分
    散特性を有する複数の個々のファイバーセクションを含
    み、少なくとも前記ファイバーセクションの１つが他の
    ファイバーセクションとは異なる均一な分散特性を有し
    ており、 ここで前記個々のファイバーセクションの各々が次式 Λ3＝２π／｜２β1−β2−β3｜ （なお、β1、および、β2は、それぞれ、前記第一、お
    よび、第二のチャンネル送信機の搬送波波長λ1、およ
    び、λ2、における光ファイバー内の伝搬定数であり、
    β3は、λ1・λ2／（２λ2−λ1）で与えられる波長に
    おける光ファイバー内の伝搬定数である）で規定される
    ビート波長以下であることを特徴とする請求項６または
    請求項７記載の光通信システム。
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