JP3411962B2 - 海底光ケーブル接続函 - Google Patents

海底光ケーブル接続函

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用の海底光
ケーブルシステムが故障した際に修理のために用いる海
底光ケーブル接続函に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、海底光ケーブルの技術分野では、
長距離伝送を実現するためには光ファイバの低損失化を
図る必要があると考えられていた。そのため、過去20
年以上にわたり主として石英系光ファイバの低損失化の
ための研究開発が続けられ、最近では波長1.55μm にお
いて0.2dB/km程度の理論限界に相当する低損失光ファイ
バが実現されている。このような光ファイバを用いて、
図1(a) に示すような方法で無中継伝送を行うと、入力
レベルが0dBm 、最小受光レベルが−30dBm 、ファイバ
伝送損失が0.2dB/kmと仮定した場合、伝送可能距離は15
0km となる。図で、1は光源、2は光ファイバ、3は受
光器を示す。この値は光ファイバの低損失化により少し
は改善できるが、例えば2倍以上の改善は実現できそう
にはなかった。
【0003】しかし、近年の光増幅技術の進展により、
上記の無中継伝送可能距離が大幅に改善できるようにな
った。即ち、図1(b) に示すように、送信側における光
源の後に設置した光増幅器(ポストアンプ)4を用いて
出力信号を高出力化すると共に、受信側では受光器の前
に設置した光増幅器(プリアンプ)5を用いて最小受光
レベルを高感度化することができる。これにより、光フ
ァイバの伝送損失が従来と同等であっても、従来に比較
して伝送可能距離を飛躍的に拡大することができた。
【0004】また、伝送距離を更に拡大する手段として
図1(c) に示すような遠隔励起技術が提案された。この
技術は、光増幅を行う活性媒体であるエルビウム添加フ
ァイバ6(通常10〜20m )を端局から数十km離れた地点
に配置し、これを励起するための励起光源8を端局に配
置するものである。7は光合分波器である。励起光源8
を高出力化することにより、増幅用ファイバ6の位置を
端局から離れた位置に配置できるため、全体としての伝
送可能距離を400km 以上に拡大することができる。
【0005】更に、光増幅技術を最大限に生かす方法と
して、図1(d) に示すような長距離多中継伝送技術が提
案された。この技術は、光増幅を行うエルビウム添加フ
ァイバ及びその励起光源をセットにした光増幅器9を数
十kmから100km 程度の間隔で多数配置することにより、
大洋横断のような数千km以上の超長距離伝送を可能にす
ることができる。
【0006】しかしながら、長距離大容量の光伝送を実
現するためには、光増幅技術の進展のみではなく、波長
分散制限或いは光非線形現象による信号劣化を低減する
伝送路構成技術の進展が不可欠である。波長分散による
伝送限界は、光ファイバの単位距離当たりの波長分散量
と信号のビットレートによって定まる。そこで、伝送距
離を拡大するために、光ケーブルに使用する光ファイバ
の零分散波長を制御してシステム全体で波長分散が零に
なるような設計がなされている。具体的には、信号光電
力の大きい光中継器出力側で正常分散(負分散)の光フ
ァイバを用い、更に、波長分散に起因する波形劣化を低
減するために、信号光電力の小さい部分で異常分散(正
分散)の光ファイバを用い、光伝送路の平均零分散波長
と信号波長とを一致させている。また、光非線形現象の
発生を抑えるために、光中継器の出力光電力を管理し、
光中継器間での信号光電力の減衰量と光中継器の利得と
を一致させるように設計している。
【0007】また、海底光ケーブルシステムでは、非常
に高い信頼性が要求されると共に長期間にわたって安定
した運用を維持するために、システムマージンを大きく
とらなければならない。このため、伝送速度の高速化及
び波長多重による大容量化が制限され、更に伝送距離も
制限される。この場合のシステムマージンには、故障修
理による波長分散の変動が含まれており、これが海底光
ケーブルシステムの更なる長距離大容量化を制限する一
要因になるという問題がある。以下に海底光ケーブルの
故障及び修理について説明する。
【0008】海底光ケーブルは、異常な張力が加わった
場合、ケーブルの磨耗又は電食等の劣化が進んだ場合等
に、破断障害又は絶縁不良障害となる。異常張力の発生
には人為的なものと自然現象によるものとがある。人為
的なものとしては、船錨、トロール漁業等によるものが
あり、自然現象によるものとしては、海底地震、海底火
山の爆発による地殻の変動及び地滑り、河川の増水によ
る流木及び混濁流等によるものがある。また、磨耗は主
として海岸近く又は岩礁海域に布設されているケーブル
に発生し、波浪及び潮流が原因となる。
【0009】海底光ケーブルが障害になると、復旧には
莫大な経費と多くの時間を要し、通信サービスに大きな
影響を及ぼす。このため、非常に高い信頼性が要求さ
れ、且つ、長期間にわたって安定して運用維持するため
の迅速な故障修理技術が必要とされる。従来の故障修理
技術においては、接続函は、故障修理時の割り入れ及び
切り詰めに際してケーブルを相互に接続する目的のみに
用いられていた。従って接続函の主たる機能は、ケーブ
ル相互の機械的接続にあり、単にファイバを接続し、僅
かな長さ(1m 程度)のファイバ余長を収納するだけの
比較的簡単な構造のものであった。
【0010】具体的には、海底光ケーブルの故障修理の
場合、障害点を除去して修理用ケーブルを割り入れる
が、その割り入れケーブルの長さは一般に水深の2〜2.
5 倍を必要とする。この場合、ケーブルの割り入れ及び
切り詰めによる中継器間隔の変化から生じる波長分散の
変化を、その海底光ケーブルシステムの許容限界内に収
めなければならないという問題があった。また、海底光
ケーブルシステムは、中継区間のケーブルによる減衰量
が中継器の利得と一致するように調整されているので、
ケーブルが布設されている水深が深く、修理に長い割り
入れケーブルを必要とする場合は、1中継区間のケーブ
ルと1個の中継器を追加しなければならないという問題
があった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
の問題点に鑑み、海底光ケーブルシステムにおいて故障
修理による伝送路の波長分散及び伝送損失の変化を低減
し、より厳密な光ファイバ伝送路の分散及び損失の制御
を実現し、システムマージンの小さい海底光ケーブルシ
ステムを実現するため、海底光ケーブルシステムにおい
て故障修理に用いる改良された海底光ケーブル接続函を
提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の海底光ケーブル
接続函は、上記の目的を達成するため、中継器間に負分
散の光ファイバと正分散の光ファイバとが直列に接続さ
れている海底光ケーブルシステムの故障修理のために用
いる海底光ケーブル接続函であって、海底光ケーブルシ
ステムの故障修理のために割り入れた海底光ケーブル又
は切り詰められた海底光ケーブルに起因する波長分散を
補償する波長分散補償デバイスをその内部に具え、当該
波長分散補償デバイスとして、負分散補償デバイス及び
正分散補償デバイスの両方を有するものである。
【0013】また、本発明の海底光ケーブル接続函は、
負分散補償デバイスとして負分散の分散補償ファイバを
用い、正分散補償デバイスとして1.3μm帯零分散シ
ングルモードファイバを用いるものである。また、本発
明の海底光ケーブル接続函は、負分散補償デバイス及び
正分散補償デバイスとして、光導波路又はブラッグファ
イバグレーティングを用いるものである。さらに、本発
明の海底光ケーブル接続函は、分散補償ファイバ及び
1.3μm帯零分散シングルモードファイバをそれぞれ
リールに装着するものである。
【0014】また、本発明の海底光ケーブル接続函は、
さらに、伝送損失補償デバイスを具えるものであり、ま
た、この伝送損失補償デバイスとして半導体光増幅器又
はエルビウム添加ファイバを用いるものである。
【0015】このような本発明の接続函を用いることに
より、システムの設計を行う際にシステムマージンを小
さくすることができるので、より一層高速で大容量の海
底光ケーブルシステムを構築することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施例を説明する。
以下に説明する実施例では、8芯海底光ケーブル及び分
散補償ファイバと1.3 μm 帯零分散シングルモードファ
イバを用いている。但し、本発明は8芯海底光ケーブル
に限定されるものではなく、他の芯数の海底光ケーブル
にも適用できることは勿論である。同様に、分散補償デ
バイスについても、分散補償ファイバと 1.3μm 帯零分
散シングルモードファイバに限定されるものではなく、
光導波路又はブラッグファイバグレーティングを用いる
ことができる。
【0017】図2(a) に水深8,000mの海底光ケーブルシ
ステムを模式的に示す。このシステムでは陸上端局10と
11との間の海面12の下に海底光中継器13〜17があり、図
示の場合、海底光中継器14と15との間で故障が発生した
ことを示す。図2(b) は光中継器間における単位長さ当
たりの波長分散配置を模式的に示し、図2(c) は図2
(a) の伝送路構成における累積波長分散を示す。この実
施例の海底光ケーブルシステムでは、光非線形現象によ
る信号劣化を抑制するために光伝送路の長さ方向で波長
分散を管理している。具体的には、信号光電力の大きい
光中継器出力側で正常分散(負分散)の光ファイバを用
い、更に波長分散に起因する波長劣化を低減するため、
信号光電力の小さい部分で異常分散(正分散)の光ファ
イバを用いて、光伝送路の平均零分散波長と信号波長と
を一致させている。また、図2(d)に示すように、光中
継器の出力光電力を管理し、光中継器間での出力光電力
の減衰量と光中継器の利得を一致させている。
【0018】図3は本発明による接続函の断面図であ
る。図面の左右方向から対向する光ケーブル23を耐圧シ
リンダー36に挿入し、耐圧シリンダー36の両端で光ケー
ブル23を引留め、光ファイバ心線を耐圧シリンダー36の
内部に収容する。光ケーブル23の一例としては、スロッ
ト及びその溝の中に収容された光ファイバのテープ心線
からなる光ユニットを中心抗張力体の周りに配置し、こ
の光ユニットの外側に抗張力線をらせん状に巻き、その
外側を銅パイプで押さえ、更にその外側にポリエチレン
外被層を形成した構造を有する。但し、本発明はこのよ
うな構造のケーブルシステムに限定されるものではな
く、他の構造の海底光ケーブルにも適用できることは勿
論である。
【0019】次に本発明による接続函の組立て方法を説
明する。先ず、左右の光ケーブル23の中心抗張力体を接
続函の中心部の中心抗張力体引留め部30に固定する。次
に光ケーブル23のスロットからテープ心線を取出し、次
に内層シリンダー24を取付け、内層シリンダー24に設け
た穴から光ファイバ心線を引き出す。分散補償デバイス
として、分散補償ファイバ26及びシングルモードファイ
バ28を内径60mmの小型リール27及び29に巻付け、1心線
について−16ps〜+16psの範囲で1ps刻みに32個ずつ具
える。
【0020】故障修理を行う場合、光ケーブルには、一
般的に、修理用ケーブルとして水深の2〜2.5 倍の割り
入れと、障害点の除去のためにほぼ水深と等しい長さの
切り詰めとが必要である。従って、割り入れと切り詰め
とによる光ケーブルの長さの差分は水深の1〜1.5 倍程
度になる。最大8,000mの水深まで使用するものとし、現
在の光ファイバの分散の許容範囲である±1ps/nm/kmを
適用すると、最大で±16ps/nm の分散補償が必要にな
る。分散が管理されている海底光ケーブルでは、故障部
分により切り詰められるケーブルの分散値が異なる場合
がある。例えば、図2中の故障部分Aの部分とBの部分
とでは正分散と負分散がそれぞれ切り詰められるので、
負分散の分散補償ファイバのみでは補償できない。正分
散の補償用としては 1.3μm 帯零分散シングルモードフ
ァイバを使用することができる。
【0021】リール27及び29は、厚さ約3mm、外径は80
mmの薄い円板状であり、中央部には内径約50mmの穴が設
けられている。分散補償ファイバ26及びシングルモード
ファイバ28は、波長1550nmにおいてそれぞれ−90ps/nm/
km、+17ps/nm/kmの分散を有する。リールに巻かれるフ
ァイバは、分散補償ファイバ26で約17〜170m、シングル
モードファイバ28で約96〜944mである。接続函で挿入す
る分散補償デバイスの分散補償量は、切り詰めた海底光
ケーブルの分散を測定し、割り入れた海底光ケーブルの
分散値と比較して最適化を行う。この場合の分散補償の
精度は、±1ps/nm 程度である。
【0022】伝送損失の補償は、上述の分散補償量の最
適化と同様に、切り詰めた海底光ケーブルの長さと割り
入れた海底光ケーブルの長さとを比較し、その差分に分
散補償デバイスの損失を足した利得が得られるように半
導体レーザー増幅器の出力を調節する。図4は半導体レ
ーザー増幅器の利得特性の一例を示す。この実施例で
は、中継区間の長さの8,000mの増加及び分散補償デバイ
スの挿入による3dB程度の損失の増加となったので、半
導体レーザー増幅器のバイアス電流を100mA として使用
した。半導体レーザー増幅器37(図3)は、接続函中央
部の中心抗張力体引留め部30の両側に固定し、電源は光
中継器用の電源を共用する。
【0023】以上の作業が終わると外層シリンダー25を
装着する。外層シリンダー25にも数箇所に穴を設けてお
き、光ファイバ心線及び分散補償用のファイバを引き出
す。心線と分散補償用のファイバ、分散補償用のファイ
バと半導体レーザー増幅器、及び、半導体レーザー増幅
器と心線を、それぞれの接続部31、33及び35で接続し、
心線とシングルモードファイバ、シングルモードファイ
バと半導体レーザー増幅器、及び、半導体レーザー増幅
器と心線を、それぞれの接続部32、34及び35で接続す
る。光ファイバ心線の接続では、4〜5cmにわたって補
強用スリーブで補強し、それぞれの接続部を内層シリン
ダー24又は外層シリンダー25の外側に固定する。内層シ
リンダー24及び外層シリンダー25は、縦方向に割れる構
造になっており、装着に際しては、片方ずつ作業するこ
とによりファイバの引き出しを簡単に行うことができ
る。
【0024】これらの光ファイバの接続作業が終了した
後、その外側に耐圧シリンダー36を装着する。この耐圧
シリンダー36は、上述の接続作業に入る前に予めケーブ
ル側にずらせておき、作業終了後に装着するものであ
る。その外側にポリエチレン21をモールドし、更に保護
用の円筒スリーブ22を装着し、最後にゴムブーツ20を装
着して組立てを完了する。
【0025】
【発明の効果】本発明の接続函によれば、海底光ケーブ
ルシステムにおける故障修理による伝送路の波長分散及
び伝送損失の変化を低減し、より厳密な光ファイバ伝送
路の分散及び損失の制御を実現することにより、設計時
においてシステムマージンを小さくすることができ、実
用性の高い多中継海底光ケーブルシステムを構成でき、
伝送容量及び伝送距離の拡大に寄与するところが大き
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】海底光ケーブルシステムを説明する図である。
【図2】海底光ケーブルシステムの中継区間内の伝送路
特性の概略を示す図である。
【図3】本発明の接続函の実施例の断面図である。
【図4】接続函内に具えられた半導体レーザー増幅器の
利得特性を示す図である。
【符号の説明】
1 光源 2 光ファイバ 3 受光器 4 光増幅器(ポストアンプ) 5 光増幅器(プリアンプ) 6 エルビウム添加ファイバ 7 光合分波器 8 励起光源 9 光増幅器 10、11 陸上端局 12 海面 13、14、15、16、17 海底光中継器 20 ゴムブーツ 21 ポリエチレン 22 円筒スリーブ 23 光ケーブル 24 内層シリンダー 25 外層シリンダー 26 分散補償ファイバ 27、29 リール 28 シングルモードファイバ 30 中心抗張力体引留め部 31、32、33、34、35 接続部 36 耐圧シリンダー 37 半導体レーザー増幅器
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04B 10/18 (56)参考文献 特開 平4−319904(JP,A) 特開 平5−344075(JP,A) 特開 平4−104202(JP,A) 特開 平10−239532(JP,A) 特開 平6−222235(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 6/00 - 6/02 G02B 6/10 G02B 6/16 - 6/22 G02B 6/44 H04B 10/00 - 10/18

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中継器間に負分散の光ファイバと正分散
    の光ファイバとが直列に接続されている海底光ケーブル
    システムの故障修理のために用いる海底光ケーブル接続
    函であって、海底光ケーブルシステムの故障修理のため
    に割り入れた海底光ケーブル又は切り詰められた海底光
    ケーブルに起因する波長分散を補償する波長分散補償デ
    バイスをその内部に具え、当該波長分散補償デバイスと
    して、負分散補償デバイス及び正分散補償デバイスの両
    方を有することを特徴とする光海底ケーブル接続函。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の海底光ケーブル接続函
    において、前記負分散補償デバイスとして負分散の分散
    補償ファイバを用い、正分散補償デバイスとして1.3
    μm帯零分散シングルモードファイバを用いることを特
    徴とする海底光ケーブル接続函。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の海底光ケーブル接続函
    において、前記負分散補償デバイス及び前記正分散補償
    デバイスとして、光導波路又はブラッグファイバグレー
    ティングを用いることを特徴とする海底光ケーブル接続
    函。
  4. 【請求項4】 請求項2に記載の海底光ケーブル接続函
    において、前記分散補償ファイバ及び1.3μm帯零分
    散シングルモードファイバをそれぞれリールに装着した
    ことを特徴とする海底光ケーブル接続函。
  5. 【請求項5】 請求項1から4までのいずれか1項に記
    載の海底光ケーブル接続函において、さらに、伝送損失
    補償デバイスを具えることを特徴とする海底光ケーブル
    接続函。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の海底光ケーブル接続函
    において、前記伝送損失補償デバイスとして半導体光増
    幅器又はエルビウム添加ファイバを用いることを特徴と
    する海底光ケーブル接続函。
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