JP3440895B2 - 分散補償装置 - Google Patents
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Description
いた光ファイバ伝送システムにおける分散補償装置及び
光送信装置に関する。
伝送路光ファイバの特性向上により、波長多重技術を用
いた長距離大容量伝送が可能となった。また、インター
ネットの急速な普及等により長距離光ファイバ伝送路に
対する通信容量向上の要求は大きく、大容量化の検討が
なされている。
きな蓄積は、非線形効果による波形劣化を加速させる作
用を持つことが知られている。そのため伝送路を構成す
る場合には、なるべく大きな分散蓄積が生じないように
留意する。しかし波長多重伝送の場合には、伝送路光フ
ァイバが波長分散の波長依存性(高次分散特性)を有す
るため、各チャネル毎に分散の蓄積の様子が異なる。
(0.8nm間隔)を6,000km伝送させる場合の
例について説明する。伝送路光ファイバは−2.0[p
s/nm/km]程度の分散値を持つNZDSF(Non
Zero Dispersion Shifted Fiber)と、+17[ps/
nm/km]程度の分散値を持つノーマルファイバによ
り構成される。それぞれの高次分散値は0.11[ps
/nm2/km],0.06[ps/nm2/km]と
する。
Fが17kmにつきノーマルファイバが2kmの割合で
伝送路を構成する。この場合平均の高次分散値は、
(0.11*17+0.06*2)/(17+2)=
0.105[ps/nm2/km]である。この結果よ
り、0.8nm離れた隣のチャネルとでは6,000k
m伝送後に約500[ps/nm](=0.8*0.1
05*6,000km)の蓄積分散量の差が生じる。1
6チャネルの両端チャネル間では8,000[ps/n
m]の差である。中心のチャネルにおいて平均分散値が
零となるように設定した場合でも、両端のチャネルは±
4,000[ps/nm]の分散蓄積を受けることとな
る。
ァイバが持つ高次分散のためチャネル毎に分散の蓄積の
様子が異なり、特に端のチャネルでは大きな分散が蓄積
されてしまう。この大きな分散蓄積は非線形波形劣化を
加速させるため、長距離伝送における伝送容量または伝
送距離を制限する大きな要因の一つとなっている。
により生じる非線形波形劣化は、その蓄積された分散を
送,受信端で補償する場合の分配の割合に大きく依存す
ることが知られており、これを送,受信端にて約半分ず
つ補償した場合に波形劣化が最小となることが知られて
いる。
分散補償、受信端にて行う分散補償を後置分散補償と呼
ぶ。この分散補償の送,受信端への分配については特開
平9−46318号公報の中で詳細に述べられている。
させるためには、チャネル数を増加させる必要がある。
しかし使用可能な波長帯域は中継増幅器の増幅帯域で制
限される。そのため大容量化のためには各チャネルの波
長間隔を狭め、限られた波長帯域内により多くのチャネ
ルを多重することが重要となる。
光インターリーブ多重という技術がある。これは隣接の
チャネル同士を必ず偏光に関し直交するように多重する
という方式である。隣接チャネルと偏光に関し直交して
いれば、隣接チャネル間でスペクトルに重なりがある場
合でも偏光を使用して分離することが出来るためである
(Optical Fiber Communication Conference 97,paper
TuJ1,1997参照)。そのため、長距離大容量波長多重伝
送において偏光インターリーブ多重を採用した伝送実験
が行われるようになっている(Optical Fiber Communic
ation Conference`98,paper PD-12,1998参照)。
波長多重器まですべてのチャネルの信号光の偏光状態が
固定されている必要がある。つまり波長多重器までのす
べての光コンポーネントが偏光保存機能を持つ必要があ
る。
分散補償である。分散補償は大抵の場合分散補償ファイ
バと呼ばれる光ファイバを使用して行われており、これ
らは偏光保存機能を持たない。
用することにより、もともと偏波保存機能を持たない光
デバイスに偏光保存機能を持たせるテクニックについて
は、文献、S.Yamashita et.al.IEEE/OSA Journal of Li
ghtwave Technology,vol.14,no.3,pp.385-390,Mar.199
6.または特開平8−248456号公報にて説明されて
いる。
例が学会で報告されている(Optical Fiber Communicat
ion Conference 99,paper TuS5,1999参照)。図6は、
上記学会報告のファラデーローテーターミラーと分散補
償ファイバを使用した反射型の分散補償装置を示してい
る。
サーキュレータ50に入力された入力信号光は、分散補
償ファイバ10を通過し、ファラデーローテーターミラ
ー1で反射され再び分散補償ファイバ10を通過する。
光サーキュレータ50に戻ってきた信号光は、ファラデ
ーローテーターミラー1の作用により信号入力ポート5
1に入力された信号光の偏光状態と直交しており、この
直交した偏光状態の出力光は、光サーキュレータ50の
信号出力ポート52から出力される。
ば、分散補償ファイバの量の低減(信号光を往復させ
ることにより)、分散補償ファイバ中の偏光分散の影
響の低減が可能となるが、光サーキュレータ50から出
力される信号光の偏波状態は入力信号光の偏波状態に依
存し、必ずしも決まった直線偏光に全て固定されるとい
う保証はない。
ターリーブ多重を行うためには、多重器まですべてのチ
ャネルについて偏光が保存されている必要があり、その
ためには偏光保存機能を有する分散補償装置が必要であ
るが、従来の分散補償装置では偏光保存機能がないとい
う問題がある。
存したまま分散補償を行える分散補償装置を提供するこ
とである。
置を設けた場合に問題となる、分散補償ファイバ中で生
じる後方散乱光による影響を最小化するための構成を提
供することである。
信において信号波形を劣化要因である蓄積分散を補償す
る分散補償装置において、第1の偏光保存光ファイバ
と、第2の偏光保存光ファイバと、前記第1偏光保存光
ファイバと第2の偏光保存光ファイバからの直線偏光を
直交多重する偏光合成器と、前記偏光合成器の出力ポー
トに接続された波長分散付加デバイスと、前記分散付加
デバイスの出力に接続されたファラデーローテーターミ
ラーとを備え、信号光を、前記第1の偏光保存光ファイ
バにその固有偏光軸に偏光状態を合わせて入力し、前記
第2の偏光保存光ファイバへと出力することを特徴とす
る。
負の分散値を有する光ファイバであることを特徴とす
る。
加デバイスとファラデーローテーターミラーとの間に、
光増幅器が挿入されていることを特徴とする。
光の増幅率を、波長分散付加デバイスを信号光が1回通
過する時に受ける損失と同程度に設定することを特徴と
する。
と波長分散付加デバイスとの間、または波長分散付加デ
バイスと光増幅器との間に、信号光波長付近を透過させ
る光バンドパスフィルタを挿入することを特徴とする。
それぞれに含まれる分散補償ファイバの損失を往復で6
dB以下に抑えていることを特徴とする。
る。
使用することによりもともと偏光保存機能を持たない通
常の分散補償ファイバに偏光保存機能を持たすことが出
来る原理について説明する。
てくる信号光の偏光状態を直交させて反射する機能を持
つ鏡である。ファラデーローテーターミラーで反射され
た信号光は、これまで通ってきた分散付加デバイスを逆
向きに、かつ往時とは直交した偏光状態で伝搬する。分
散付加デバイス等の中に存在する“偏光状態を変化させ
る作用”を今度は直交した偏光状態で受けるため、偏光
状態を変化させるその効果を逆向きに受ける。その結
果、往復間のすべての地点における光の直交関係が保た
れることになる。
態はその結果、透過偏光軸とは直交した偏光状態、つま
り反射偏光軸になっている。そのため信号光は100%
反射ポートへ出力され、かつその時の偏光状態は時間的
に不変の直線偏光となる。
ーテーターミラーとの間に光増幅器を挿入した場合の作
用について説明する。
小さな割合であるが伝搬方向とは逆方向に光が伝搬す
る。これはコネクタ接続点や融着点による反射と、レー
リー散乱と呼ばれる効果によるものである。分散付加デ
バイスとして分散補償ファイバを用いた場合、信号光が
ファラデーミラーにたどり着くまでに少量であるがレー
リー散乱により反対方向へ伝搬する光が生じる。
れ同じく反対方向へと伝搬するので、このレーリー散乱
によって生じた光は雑音光となる。レーリー散乱によっ
て生じた光の量は一般に小さいものであるが、信号光自
体も分散補償ファイバを往復する間に相当の損失を受け
るため、レーリー散乱光による光SNR劣化は無視でき
ないものとなる。
ためにファラデーローテーターミラーの直前に光増幅器
を挿入する。このようにすると、信号光が偏光合成器か
らファラデーローテーターミラーに進む間に生じたレー
リー散乱光に対する、ファラデーローテーターミラーに
より反射され、光増幅器で増幅された本来の信号光の割
合が増え、光SNRが改善されるからである。
と、今度は信号光がファラデーローテーターミラーで反
射された後、偏光合成器間まで進む間で生じるレーリー
散乱光の影響が増大する。信号光が光増幅器往復する際
に受けるトータルの増幅率が、信号光が片道で受ける損
失と同じ場合、最も光SNRが改善される。
分散補償装置で補償した場合の作用について説明する。
散補償する場合を考える。必要とされる分散補償ファイ
バの分散量は−1,000[ps/nm]であり、損失
は通常6dB程度である。この場合、入出力間で信号は
最低12dBの損失を受ける。レーリー散乱による反射
の割合を−30dBとすると、光SNRは18dBとな
る。
補償ファイバを−500[ps/nm]ずつに2分割
し、2つの偏光保存分散補償装置を接続することにより
−2,000[ps/nm]の分散補償を行うことを考
える。−500[ps/nm]の分散補償ファイバの損
失を3dBとすると、偏光保存分散補償装置の入出力間
での損失は6dBとなる。レーリー散乱による反射の割
合を同じく−30dB(実際の場合は距離が短くなるた
めレーリー散乱光の強度は減る)とすると、光SNRは
24dBとなる。
リー散乱光同士は線形に足しあわされるとすると、最終
的な光SNRは21dBとなる。つまり−1,000
[ps/nm]の分散補償ファイバを用い、一つの偏光
保存分散補償装置で分散補償を行った場合と比較すると
光SNRは3dB改善される。このように分散補償ファ
イバを分割し、複数の偏光保存分散補償装置装置を構成
し、それを多段に接続した方がレーリー散乱による光S
NR劣化が抑圧される。
の影響は抑圧できるが、この場合偏光合成器やファラデ
ーローテーターミラーがその数だけ必要となり高価にな
る。そこで目安として分散補償ファイバの損失が往復で
6dB以下となるように分割するのが好ましい。
態を示すブロック図である。図1において、偏光保存分
散補償装置100は、ファラデーローテーターミラー
1、偏光合成器2、分散付加デバイス3を含んでいる。
偏光合成器2の入出力ポート8及び9はそれぞれ偏光合
成器の固有偏光軸(透過偏光軸、反射偏光軸)に合致し
た第1及び第2の偏光保存光ファイバである。
入力信号光は、偏光合成器2及び、分散付加デバイス3
を通過し、ファラデーローテーターミラー1で反射され
再び分散付加デバイス3を通過する。図中の点Aに戻っ
てきた信号光は、ファラデーローテーターミラー1の作
用によりはじめに点Aを通過したときの偏光状態と直
交、つまり偏光合成器2の反射偏光モードとなってい
る。
存光ファイバ9に出射され、しかも偏光状態は一定の直
線偏光である。なお、本実施例において、第1及び第2
の偏光保存光ファイバは区別されるものではなく、した
がって、第2の偏光保存光ファイバ9から信号を入力し
て、第1の偏光保存光ファイバ8から出力するように構
成にしてもよい。
ブロック図である。この実施の形態は、第1の実施形態
における分散付加デバイス3を分散補償ファイバ10に
よって構成したものである。その動作については第1の
実施の形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
ブロック図である。この実施の形態は、第1の実施の形
態において、分散付加デバイス3とファラデーローテー
ターミラー1との間に光増幅器6を挿入したものであ
る。光増幅器としては、双方向に信号光を通過させるた
め、エルビウムドープ光ファイバ増幅器のような光ファ
イバ増幅器(アイソレータは入れない)が適される。光
ファイバ増幅器に関しては、アイソレータを使用しない
こと以外は普通の使用形態であるので詳細な説明は省略
する。
ブロック図である。この実施の形態は、第3の実施の形
態において、分散付加デバイス3と光増幅器6の間に信
号光波長付近だけを透過させる光フィルタ7を挿入した
ものである。この光フィルタ7は、光増幅器から出射さ
れる余分な自然放出光を除去するものであり、波長多重
した後に他のチャネルが光SNR劣化を起こすことを防
ぐために設けられている。光フィルタ7の配置場所は、
偏光合成器2と分散付加デバイス3との間でもよい。
プロック図である。この実施の形態は、第1の実施の形
態で説明した偏光保存分散補償装置100を多段に接続
したものであり、ここでは例として4段接続したものを
示している。この実施の形態は特に補償分散量が大きい
場合に適用される。分散補償デバイスを光ファイバとす
るときは、それぞれの損失が往復で6dB以下となる長
さにおさえ、所望の分散量になるまで多段に接続する。
償ファイバを使用することなく、また、入出力の偏光状
態を保持したまま分散補償を行うことが可能となる。
イスを使用した従来の技術を示す図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 第1の偏光保存光ファイバと、第2の偏
光保存光ファイバと、 前記第1の偏光保存光ファイバが第1のポートに接続さ
れ、前記第2の偏光保存光ファイバが第2のポートに接
続され、前記第1の偏光保存光ファイバから前記第2の
偏光保存光ファイバへの直線偏光を直交多重する偏光合
成器と、 前記偏光合成器の第3のポートに接続された波長分散付
加デバイスと、 前記波長分散付加デバイスに接続されたファラデーロー
テーターミラーと、 前記波長分散付加デバイスと前記ファラデーローテータ
ーミラーとの間に挿入された光増幅器と を有し、 信号光は、前記第1の偏光保存光ファイバにその固有偏
光軸に偏光状態を合わせて前記偏光合成器の第1のポー
トに入力され、前記偏光合成器の第3のポートから出力
され、前記波長分散付加デバイスを通過し、前記光増幅
器で増幅された後、前記ファラデーローテーターミラー
で反射され、再び前記光増幅器で増幅され、前記波長分
散付加デバイスを通過した後、前記偏光合成器の第3の
ポートに戻され、前記偏光合成器の第2のポートから前
記第2の偏光保存光ファイバへと出力されることを特徴
とする分散補償装置。 - 【請求項2】 前記波長分散付加デバイスは、正又は負
の分散値を有する光ファイバであることを特徴とする請
求項1記載の分散補償装置。 - 【請求項3】 前記光増幅器により与えられる信号光の
増幅率を、前記波長分散付加デバイスを信号光が1回通
過する時に受ける損失と同程度に設定することを特徴と
する前記請求項1または2に記載の分散補償装置。 - 【請求項4】 前記偏光合成器と前記波長分散付加デバ
イスとの間、または前記波長分散付加デバイスと前記光
増幅器との間に、信号光波長付近を透過させる光バンド
パスフィルタを挿入したことを特徴とする請求項1乃至
3のいずれかに記載の分散補償装置。 - 【請求項5】 前記請求項1〜4のいずれかに記載の分
散補償装置を多段に接続したことを特徴とする分散補償
装置。 - 【請求項6】 多段接続された前記各分散補償装置内の
分散補償ファイバの 損失を往復で6dB以下に抑えたこ
とを特徴とする請求項5に記載の分散補償装置。 - 【請求項7】 第1の偏光保存光ファイバと、第2の偏
光保存光ファイバと、前記第1の偏光保存光ファイバが
第1のポートに接続され、前記第2の偏光保存光ファイ
バが第2のポートに接続され、前記第1の偏光保存光フ
ァイバから前記第2の偏光保存光ファイバへの直線偏光
を直交多重する偏光合成器と、前記偏光合成器の第3の
ポートに接続された分散補償ファイバと、前記分散補償
ファイバに接続されたファラデーローテーターミラーと
を有し、信号光が、前記第1の偏光保存光ファイバにそ
の固有偏光軸に偏光状態を合わせて前記偏光合成器の第
1のポートに入力され、前記偏光合成器の第3のポート
から出力され、前記分散補償ファイバを通過し、前記フ
ァラデーローテーターミラーで反射され、再び前記分散
補償ファイバを通過した後、前記偏光合成器の第3のポ
ートに戻され、前記偏光合成器の第2のポートから前記
第2の偏光保存光ファイバへと出力される分散補償装置
を多段に接続したことを特徴とする分散補償装置。 - 【請求項8】 多段接続された前記各分散補償装置内の
分散補償ファイバの損失を往復で6dB以下に抑えたこ
とを特徴とする請求項7に記載の分散補償装置。
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