JP3503720B2 - Soliton transmission line - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信に用いる中
継間隔が大きくとれるソリトン伝送線路に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】光ソリトンを伝送させるための伝送線路
には単一モード光ファイバーが使用され、その光損失を
補償するために光増幅器が用いられている。経済的な光
通信システムの構築のためには光増幅器の設置間隔（中
継間隔）を延長する必要があり、その場合には信号対雑
音比（ＳＮ比）を確保するために用いる光の強度を増加
させる必要がある。しかしながら、ソリトン伝送におい
ては、安定なソリトンを発生させるための光強度がソリ
トンのパルス幅と用いる光ファイバーの群速度分散値に
よって定まり、従来のソリトン伝送用線路を用いた場合
その強度を増加させると、ソリトンの波形の変化が激し
く起こり、条件によってはソリトンの分裂が生じる（文
献１：J.Satsuma他、Supplement of Progress of Theor
etical Physics, 55巻284〜306ページ（1974年）、文献
２：K.Tai他、Optics Letters 13巻5号392〜394ページ
（1988年））。これらのことより、ソリトン伝送を行う
場合には入力強度の増加、すなわち中継間隔の延長が困
難であった。
【０００３】また、これまで強度変調直接検波通信方式
においても群速度分散特性の異なる光ファイバーを接続
することによって特性の改善が図られてきたが、この場
合には、非線形光学効果による波形歪みを低減するため
に、光ファイバーの組み合わせとして光強度が強い領域
（すなわち、光増幅器の出力に近い部分）には正常分散
特性を持つ光ファイバーを用い、光損失で強度が低下し
た後に異常分散特性を持つ光ファイバーを用いていた
（文献３：今井他、NTT R&D、43巻11号9〜18ページ（19
94年））。このように光ファイバーを組み合わせた場合
にも波形歪みが無くなるわけではなく、さらに高強度の
光を使用した場合には波形歪みが大きくなるため、入力
強度の増加、すなわち中継間隔の延長が困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の光ソ
リトン伝送路には、中継間隔の延長が困難であるという
問題があった。本発明は、このような背景の下になされ
たもので、光ソリトン通信の伝送線路として分散特性が
異なる光ファイバーを組み合わせることにより、光強度
を増加させてもソリトンが分裂しないような特性を持つ
伝送路を構成することで、中継間隔の延長を可能とし、
経済的・実用的なソリトン通信を実現することができる
ソリトン伝送線路を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明では、従来法では
ソリトンが安定に存在しないような強い入力パワーを用
いることでＳＮ比を確保し、中継間隔の延長を行う。こ
のような条件下で安定なソリトン伝送を可能とするため
に、ソリトンを比較的大きな分散値を持つ光ファイバー
中を伝搬させる。その後、光増幅を行う前に、逆分散を
持つ光ファイバーを使用することにより平均としての分
散値を小さく押さえ、波形歪みの発生を少なくし、長距
離の伝搬を可能とする。特に非線形光学効果を有効に利
用するために、異常分散特性を持つ光ファイバーを光強
度が強い領域（光増幅器の出力に近い部分）で使用する
ことを特徴とする。
【０００６】 したがって、本発明は、光増幅器を用い
て光ソリトンの中継伝送を行うソリトン伝送線路であっ
て、各中継区間内の光ファイバーの群速度分散の値の距
離による平均値が異常分散となるように光ファイバーを
配置したソリトン伝送線路において、各中継区間内の前
半部に群速度分散値が１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上の異常分
散値の光ファイバーを、後半部に正常分散値の光ファイ
バーを配置し、各中継区間内の平均の群速度分散値を
０．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以内としたことを特徴とする。
【０００７】この構成によれば、大容量ソリトン通信に
おいて中継間隔を延長することができ、建設コスト・保
守コストを低減できるため、経済的・実用的なソリトン
通信が実現できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図面を用
いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態による
ソリトン伝送線路の構成例を示している。本実施形態で
は２種類の光ファイバーを接続している。本図に於い
て、符号Ｆ１は異常分散特性を持つ光ファイバー、Ｆ２
は正常分散特性を持つ光ファイバー、Ｚ１は異常分散特
性を持つ光ファイバーＦ１の長さ、Ｚ２は正常分散特性
を持つ光ファイバーＦ２の長さである。
【０００９】また、Ｄ１を異常分散特性を持つ光ファイ
バーＦ１の分散値、Ｄ２を正常分散特性を持つ光ファイ
バーＦ２の分散値とすると、平均の群速度分散値は
（Ｚ１×Ｄ１＋Ｚ２×Ｄ２）／（Ｚ１＋Ｚ２）………（１）
で表される。
【００１０】Ｄ１の値を１ps/km/nm以上と大きくするこ
とにより、高強度の入力信号光を用いてもソリトンの分
裂が生じにくくなる。また平均の群速度分散値をおおむ
ね0.5 ps/km/nm以内とすることにより長距離のソリトン
伝送が可能となる。
【００１１】図２は本発明の一実施形態によるソリトン
多中継伝送の構成例を示している。本図に於いて、符号
１は送信装置、２−１、２−２、…、２−ｎ（ｎは自然
数）は複数の光ファイバーからなるソリトン伝送線路、
３、３、…は光増幅器、４は受信装置を表している。こ
の場合、光増幅器３は、図に向かって左側が入力、右側
が出力である。
【００１２】送信装置１によって光ソリトン信号を作り
出し、伝送線路２−１に導き伝送する。送信装置１は光
源（ファイバレーザまたは半導体レーザなど）、符号化
をするための変調器、光信号を増幅するための光増幅器
等より構成される。各伝送線路２−１、２ー２、…、２
−ｎは、図１に示したように、概ね前半部を異常分散特
性を有する光ファイバーで、後半部を正常分散値の光フ
ァイバーで形成されていて、各々が式（１）で示す平均
の群速度分散値が異常分散特性を持つように形成されて
いる。図２では、模式的に、異常分散を持つ部分を太い
実線、正常分散をもつ部分を細い実線で示している。組
み合わせ方はこの図に示した場合以外でも、図１を参照
して説明したような条件を満たすものであればよい。こ
の伝送路２−１での信号の減衰を光増幅器３によって増
幅し元の信号強度を回復させた後さらに伝送線路２−
２、２−３、…、２−ｎの光ファイバー中を伝搬させ、
最終的に受信装置４によって信号を復元する。受信装置
４は光フィルタ、光増幅器、フォトダイオード、電気の
増幅器などより構成される。
【００１３】図３は本発明の効果を説明するために計算
機解析によって求めた伝送可能距離を示す図であり、比
較のため本発明を用いた場合と本発明に依らない均一な
群速度分散値を持つ光ファイバーを用いた場合の伝送距
離を示している。横軸に入力強度（入射光強度）（ｄＢ
ｍ）、縦軸に伝送可能距離（ｋｍ）を示している。伝送
可能距離としては符号誤り率が１０-11 となる距離を採
用している。図２の構成例において光増幅器３、３、…
の間隔（すなわち、ソリトン伝送線路２−１、２−２、
…、２−ｎの長さ）は１００ｋｍと、現行の陸上回線の
規格を２割上回る距離を取り、また伝送容量は４０Ｇｂ
ｉｔ／ｓと現用の最大ものの容量の４倍を仮定してい
る。光ファイバーによる光の伝送損失は１ｋｍあたり
０．２２ｄＢを仮定している。
【００１４】入力強度を増加させると、信号対雑音比が
改善されるため、伝送可能距離が延びる（左上がりの線
を描く）。しかし、さらに入力強度を増大させていく
と、非線形光学効果による波形歪みが生じてくるため伝
送可能距離が短くなる（右下がりの線を描く）。一般に
入力強度は装置の経時変化などにより変動するため、入
力強度に有る程度の変動幅を許す必要がある。
【００１５】本発明を用いた場合は、本発明に依らない
場合に比べて高い入力強度において伝送距離がのびてい
ることがわかる。入力強度の変動を許容する量として４
ｄＢ確保した場合（図中、４．６ｄＢの矢印参照）、本
発明によれば２５００ｋｍ程度以上の伝送が可能である
が、本発明を用いない場合には９００ｋｍ程度までしか
伝送できないことがわかる。また、本発明を使用した場
合、伝送距離２４００ｋｍにおいては、７．５ｄＢもの
入力強度の変動を許容することができ、一層安定な伝送
システムの設計が可能となる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は従来ソリ
トン伝送が不可能とされていたような大きな入力パワー
でソリトン伝送が可能となるため、伝送路に許容される
損失が大きくとれる。このため光増幅器の設置間隔が延
長でき、建設コスト、保守コストを低減して経済的、実
用的な光通信システムが実現できる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a soliton transmission line used for optical communication and having a large relay interval. 2. Description of the Related Art A single-mode optical fiber is used as a transmission line for transmitting an optical soliton, and an optical amplifier is used to compensate for the optical loss. In order to construct an economical optical communication system, it is necessary to extend the installation interval (relay interval) of the optical amplifier. In this case, the intensity of light used to secure a signal-to-noise ratio (SN ratio) must be reduced. Need to increase. However, in soliton transmission, the light intensity for generating a stable soliton is determined by the pulse width of the soliton and the group velocity dispersion value of the optical fiber used, and when using a conventional soliton transmission line, the intensity is increased. The soliton waveform changes drastically, and the soliton splits under some conditions (Reference 1: J. Satsuma et al., Supplement of Progress of Theor)
etical Physics, 55, 284-306 (1974), Reference 2: K. Tai et al., Optics Letters 13: 5, 392-394 (1988)). For these reasons, when performing soliton transmission, it is difficult to increase the input strength, that is, to extend the relay interval. In the intensity modulation direct detection communication system, the characteristics have been improved by connecting optical fibers having different group velocity dispersion characteristics. In this case, the waveform distortion due to the nonlinear optical effect is reduced. In order to achieve this, an optical fiber with normal dispersion characteristics is used in a region where the light intensity is high (that is, a portion near the output of the optical amplifier) as a combination of optical fibers, and an optical fiber with anomalous dispersion characteristics is used after the intensity decreases due to optical loss. (Reference 3: Imai et al., NTT R & D, Vol. 43, No. 11, pp. 9-18 (19
94)). Thus, even when optical fibers are combined, waveform distortion does not disappear, and when high-intensity light is used, waveform distortion increases. Therefore, it is difficult to increase the input intensity, that is, extend the relay interval. Was. As described above, the conventional optical soliton transmission line has a problem that it is difficult to extend a relay interval. The present invention has been made under such a background. By combining optical fibers having different dispersion characteristics as a transmission line of optical soliton communication, a transmission line having characteristics such that the soliton does not split even when the light intensity is increased. By configuring the road, it is possible to extend the relay interval,
An object of the present invention is to provide a soliton transmission line capable of realizing economical and practical soliton communication. In the present invention, the SN ratio is secured by using strong input power such that the soliton does not exist stably in the conventional method, and the relay interval is extended. To enable stable soliton transmission under such conditions, soliton is propagated in an optical fiber having a relatively large dispersion value. Thereafter, before performing optical amplification, the dispersion value as an average is suppressed to a small value by using an optical fiber having inverse dispersion, thereby reducing the occurrence of waveform distortion and enabling long-distance propagation. Particularly, in order to effectively use the nonlinear optical effect, an optical fiber having anomalous dispersion characteristics is used in a region where the light intensity is high (a portion close to the output of the optical amplifier). Therefore, the present invention uses an optical amplifier.
Soliton transmission line that relays optical soliton
Te, In fiber source Litton transmission line average value due to the distance of the value of the group velocity dispersion has <br/> arranged optical fibers so that the anomalous dispersion in each repeating section, the group in the first half portion in each repeating section An optical fiber having an abnormal dispersion value of 1 ps / km / nm or more in speed dispersion value and an optical fiber having a normal dispersion value in the latter half are disposed, and the average group velocity dispersion value in each relay section is calculated.
It is characterized by being within 0.5 ps / km / nm . According to this configuration, the relay interval can be extended in large-capacity soliton communication, and construction and maintenance costs can be reduced, so that economical and practical soliton communication can be realized. An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration example of a soliton transmission line according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, two types of optical fibers are connected. In this figure, reference numeral F1 denotes an optical fiber having anomalous dispersion characteristics, F2
Is an optical fiber having normal dispersion characteristics, Z1 is a length of the optical fiber F1 having abnormal dispersion characteristics, and Z2 is a length of the optical fiber F2 having normal dispersion characteristics. If D1 is the dispersion value of the optical fiber F1 having anomalous dispersion characteristics and D2 is the dispersion value of the optical fiber F2 having a normal dispersion characteristic, the average group velocity dispersion value is (Z1 × D1 + Z2 × D2) / (Z1 + Z2). )... (1) [0010] By increasing the value of D1 to 1 ps / km / nm or more, soliton splitting is less likely to occur even when high-intensity input signal light is used. In addition, long-distance soliton transmission becomes possible by keeping the average group velocity dispersion value within about 0.5 ps / km / nm. FIG. 2 shows a configuration example of soliton multi-relay transmission according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a transmitting device, 2-1, 2-2, ..., 2-n (n is a natural number) a soliton transmission line composed of a plurality of optical fibers,
.. Represent optical amplifiers and 4 represents a receiving device. In this case, the left side of the optical amplifier 3 is an input, and the right side is an output. An optical soliton signal is generated by the transmitting device 1, guided to the transmission line 2-1, and transmitted. The transmission device 1 includes a light source (such as a fiber laser or a semiconductor laser), a modulator for encoding, an optical amplifier for amplifying an optical signal, and the like. Each transmission line 2-1, 2-2, ..., 2
As shown in FIG. 1, -n denotes an optical fiber having anomalous dispersion characteristics in the first half and an optical fiber having a normal dispersion value in the second half, each of which has an average group velocity represented by the formula (1). The dispersion value is formed to have anomalous dispersion characteristics. In FIG. 2, a portion having an abnormal variance is schematically indicated by a thick solid line, and a portion having a normal variance is indicated by a thin solid line. The combination may be any other than the case shown in this figure as long as it satisfies the conditions described with reference to FIG. After the signal attenuation in the transmission line 2-1 is amplified by the optical amplifier 3 to restore the original signal strength, the transmission line 2 is further restored.
2, 2-3,..., 2-n propagate through the optical fiber,
Finally, the signal is restored by the receiving device 4. The receiving device 4 includes an optical filter, an optical amplifier, a photodiode, an electric amplifier, and the like. FIG. 3 is a diagram showing a transmission possible distance obtained by computer analysis for explaining the effect of the present invention. For comparison, a case where the present invention is used and a uniform group velocity dispersion value which is not dependent on the present invention are shown. 2 shows the transmission distance when an optical fiber having the following is used. The horizontal axis indicates the input intensity (incident light intensity) (dB
m), and the ordinate indicates the transmittable distance (km). As the transmittable distance, a distance at which the code error rate is 10 -11 is adopted. In the configuration example of FIG.
(That is, the soliton transmission lines 2-1, 2-2,
..., 2-n length) is 100 km, which is 20% longer than the current land line standard, and the transmission capacity is 40 Gb.
It is assumed that it / s is four times the capacity of the current maximum. The transmission loss of light by the optical fiber is assumed to be 0.22 dB per km. [0014] Increasing the input strength improves the signal-to-noise ratio, thereby increasing the transmittable distance (drawing a line that rises to the left). However, when the input intensity is further increased, waveform distortion occurs due to the non-linear optical effect, so that the transmittable distance is shortened (drawing a line falling to the right). Generally, the input intensity fluctuates due to a change over time of the apparatus, and therefore, it is necessary to allow a certain fluctuation range in the input intensity. It can be seen that when the present invention is used, the transmission distance is extended at a higher input strength than when the present invention is not used. 4 as the amount that allows the fluctuation of the input strength
When dB is secured (see the arrow of 4.6 dB in the figure), according to the present invention, transmission of about 2500 km or more is possible, but when the present invention is not used, it is possible to transmit only up to about 900 km. Further, when the present invention is used, a fluctuation of input intensity of 7.5 dB can be tolerated at a transmission distance of 2400 km, and a more stable transmission system can be designed. As described above, the present invention enables soliton transmission with a large input power, which has conventionally been impossible for soliton transmission. I can take it. For this reason, the installation interval of the optical amplifier can be extended, the construction cost and the maintenance cost can be reduced, and an economical and practical optical communication system can be realized.
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるソリトン伝送線路の模式構成例を
示す構成図である。
【図２】本発明を用いたソリトン伝送装置の模式構成例
を示す構成図である。
【図３】本発明を用いた場合の伝送距離延長効果を示す
図であり、本発明による特性を実線で、均一な光ファイ
バーを用いた特性を破線で示している。
【符号の説明】
Ｆ１ 異常分散特性を持つ光ファイバー
Ｆ２ 正常分散特性を持つ光ファイバー
Ｚ１ 正常分散特性を持つ光ファイバーの長さ
Ｚ２ 正常分散特性を持つ光ファイバーの長さ
１ 送信装置
２−１、２−２、２−ｎ ソリトン伝送線路
３ 光増幅器
４ 受信装置BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration example of a soliton transmission line according to the present invention. FIG. 2 is a configuration diagram showing a schematic configuration example of a soliton transmission device using the present invention. FIG. 3 is a diagram showing the effect of extending the transmission distance when the present invention is used, wherein the characteristics according to the present invention are indicated by a solid line, and the characteristics using a uniform optical fiber are indicated by a broken line. [Description of Signs] F1 Optical fiber having anomalous dispersion characteristics F2 Optical fiber having normal dispersion characteristics Z1 Length of optical fiber having normal dispersion characteristics Z2 Length of optical fiber having normal dispersion characteristics 1 Transmitters 2-1 and 2-2, 2-n soliton transmission line 3 optical amplifier 4 receiver
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−286219（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開701340（ＥＰ，Ａ １) 国際公開97／20403（ＷＯ，Ａ１) Ｍ．ＮＡＫＡＺＡＷＡ，ｅｔ．ａ ｌ．，ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴ ＴＥＲＳ，1995年 ２月 ２日，Ｖｏ ｌ．31，Ｎｏ．３，ｐｐ．216，217 中沢正隆，平均分散の概念による新し い光ソリトンの存在，電子情報通信学会 大会講演論文集，1995年 ３月，Ｖｏ ｌ．1995，総合 分冊４，ｐｐ．406 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/35 H04B 10/02 H04B 10/18 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-8-286219 (JP, A) EP 701340 (EP, A1) WO 97/20403 (WO, A1) NAKAZAWA, et. a l. , ELECTRONICS LET TERS, February 2, 1995, Vol. 31, No. 3, pp. 216, 217 Masataka Nakazawa, Existence of New Optical Soliton by Means of Mean Dispersion, Proceedings of IEICE Conference, March 1995, Vol. 1995, General Volume 4, pp. 406 (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/35 H04B 10/02 H04B 10/18 JICST file (JOIS)
Claims (1)
を行うソリトン伝送線路であって、各中継区間内の光フ
ァイバーの群速度分散の値の距離による平均値が異常分
散となるように光ファイバーを配置したソリトン伝送線
路において、各 中継区間内の前半部に群速度分散値が１ｐｓ／ｋｍ／
ｎｍ以上の異常分散値の光ファイバーを、後半部に正常
分散値の光ファイバーを配置し、各中継区間内の平均の
群速度分散値を０．５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以内としたこと
を特徴とするソリトン伝送線路。(57) [Claims] [Claim 1] Relay transmission of an optical soliton using an optical amplifier
In soliton transmission a line, source Litton transmission line average value due to the distance of the value of the group velocity dispersion in the optical off <br/> Aiba placed the optical fibers so that the anomalous dispersion in each repeating section for performing, The group velocity dispersion value is 1 ps / km / in the first half of each relay section .
The optical fiber nm or more anomalous dispersion values, placing the optical fibers of normal dispersion value in the second half portion, of the average in each repeating section
A soliton transmission line having a group velocity dispersion value within 0.5 ps / km / nm .
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP11102396A JP3503720B2 (en) | 1996-05-01 | 1996-05-01 | Soliton transmission line |
Applications Claiming Priority (1)
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| JPH09297326A JPH09297326A (en) | 1997-11-18 |
| JP3503720B2 true JP3503720B2 (en) | 2004-03-08 |
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1996
- 1996-05-01 JP JP11102396A patent/JP3503720B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ｍ．ＮＡＫＡＺＡＷＡ，ｅｔ．ａｌ．，ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，１９９５年 ２月 ２日，Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．３，ｐｐ．２１６，２１７ |
| 中沢正隆，平均分散の概念による新しい光ソリトンの存在，電子情報通信学会大会講演論文集，１９９５年 ３月，Ｖｏｌ．１９９５，総合 分冊４，ｐｐ．４０６ |
Also Published As
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| JPH09297326A (en) | 1997-11-18 |
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