JP3508898B2 - 光ソリトン通信伝送路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバを用いた
光ソリトン通信伝送路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、超高速・長距離通信を可能と
する光通信システムとして光ソリトン通信システムが知
られている。図７は従来より知られている光ソリトン通
信システムの概略構成を示す図であり、この図におい
て、１は光ソリトン送信装置、２は伝送用光ファイバ、
３は光増幅器、４は光ソリトン受信装置である。光ソリ
トン送信装置１は光ソリトンを発生する光源と、その光
ソリトンを送信しようとするディジタル信号で変調する
ための変調器と、変調を加えられた複数の光ソリトンパ
ルス列をそれぞれ適宜遅延させて時間軸上で多重して光
ソリトンパルスを出力する時分割多重装置から構成され
ている。

【０００３】光ソリトン送信装置１より出力された光ソ
リトンパルスは伝送用光ファイバ２に入射される。伝送
用光ファイバ２には、波長分散値（以下、分散値と記
す）が光ソリトンの中心波長であり、異常分散となる分
散シフトファイバが用いられる。伝送用光ファイバ２に
は光損失があるので、光増幅器３で光ソリトンパルスの
増幅を行い、光損失の補償を行うようにしている。複数
の伝送用光ファイバ２と光増幅器３を伝搬した光ソリト
ンパルスは光ソリトン受信装置４で受信される。

【０００４】ところで、光ソリトン送信装置１及び光増
幅器３から伝送用光ファイバ２へ入射される光ソリトン
パルスのピークパワーは、伝送用光ファイバ２の分散値
に依存する。したがって、光ソリトンパルスのピークパ
ワーの各光増幅器３間の平均値Ｐが以下の（１）式を満
たすように光増幅器３の出力を設定する必要がある。

【数１】

【０００５】なお、上記（１）式において、λ，Ａ
_eff ，Ｄ，ｃ，ｎ₂ ，τはそれぞれ光パルスの中心波
長、光ファイバの有効断面積、光ファイバの分散値、真
空中の光速、光ファイバの非線形屈折率、光パルスの半
値全幅である。また、各光増幅器３間の伝送用光ファイ
バ２の長さＬ_a （即ち中継間隔）は、以下の（２）式に
よって定義されるソリトン周期Ｚ_SPに対して、Ｌ_a ＜Ｚ
_SPとなるように設定される。

【数２】

【０００６】図８は複数の伝送用光ファイバ２および複
数の光増幅器３から構成される光ソリトンパルス伝送路
の分散値の分布例を示す図であるである。光ソリトンを
伝送するには、伝送路を構成する各光ファイバの分散値
が一定であることが望ましいが、実際にはファイバ製造
技術や製造コストの面から実現困難である。したがっ
て、伝送路を構成する各光ファイバの分散値はある程度
の幅をもっており、図７に示される構成の光ソリトン通
信システムでは、図８に示されるように、中継区間ごと
に様々な分散値を持つ光ファイバがランダムに接統され
た光ソリトン通信伝送路を用いているということができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の光ソリトン通信
システムでは、上述した様々な分散値を持つ光ファイバ
の接続方法に注意を払わず、各中継区間ごとに光ファイ
バの分散値で決められる光ソリトンのパワーで伝送を行
うか、あるいは光ファイバ全体での分散値の平均で決め
られる光ソリトンのパワーで伝送を行っていた。

【０００８】このため光ソリトンが光ソリトン通信伝送
路を長距離伝搬すると、非ソリトン成分の発生、光ファ
イバの３次分散、非線形光学効果、光増幅器の光雑音、
および光ソリトンの相互作用等によりパルス幅が広が
り、光ソリトン受信装置４での光ソリトンパルスの検出
が不可能になることがあるという問題があった。本発明
は、光ソリトン伝送におけるパルス劣化を防止し、通信
品質を向上させることができる光ソリトン通信伝送路を
堤供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の光ソリト
ン通信伝送路は、複数の伝送用光ファイバと中継区間毎
に前記伝送用光ファイバ間に介挿されて前記伝送用光フ
ァイバによる損失を補償する少なくとも１つの光増幅器
から構成され、光ソリトンを用いて光信号を送信する光
送信装置と前記光信号を受信する光受信装置とを接続
し、前記光送信装置から送信される前記光信号を前記光
受信装置へ伝送する、前記光送信装置から前記光受信装
置までの伝送距離がソリトン周期よりも長い距離の光ソ
リトン通信伝送路であり、前記各中継区間内の前記伝送
用光ファイバに短尺かつ波長分数値の異なる分散補償用
光ファイバを付加し、各中継区間内の前記伝送用光ファ
イバおよび前記分散補償用光ファイバの平均の波長分散
値が異常分散であって、かつ各中継区間毎の平均の波長
分散値が前記光送信装置から前記光受信装置に近付くに
つれて減少するよう構成されることを特徴としている。

【００１０】

【００１１】請求項２記載の光ソリトン通信伝送路は、
前記光送信装置から前記光受信装置に向かって前記各中
継区間内の光ファイバの波長分散値の平均値が少なくと
も１回増加し、かつ中継区間よりも長い区間での光ファ
イバの波長分散値の平均値が前記光送信装置から前記光
受信装置に近付くにつれて減少するよう構成されること
を特徴とする。基本的に、本発明による光ソリトン通信
伝送路は、異常分散で分散値の大なる光ファイバから分
散値の小なる光ファイバヘ順番に接続することにより、
伝送路を構成する光ファイバの分散値がソリトン周期よ
りも長い範囲で減少するよう構成されることを特徴とし
ている。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【発明の実施の形態】まず、本発明の基礎をなす原理に
ついて説明する。光ソリトン通信伝送路を構成する光フ
ァイバの分散値（波長分散値）がソリトン周期よりも長
い周期で変動している場合、ソリトン周期当たりの光フ
ァイバの分散値の変動量△Ｄが分散値Ｄに対して△Ｄ＜
Ｄならば光ソリトンのエネルギーεは変化せずに、光ソ
リトンのピークパワーＰおよびパルス幅τが変化する
（断熱変化、Adiabatic Change）。即ち、以下の（３）
式で表される関係が成立する。

【数３】

【００１５】（１），（３）式より、光ソリトンのエネ
ルギーεとパルス幅τと光ファイバの分散値Ｄの関係
は、以下の（４）式で表される。

【数４】 上述したことから、光ソリトン送信装置（光送信装置）
から光ソリトン受信装置（光受信装置）に向かって分散
値が減少している光ファイバ中を光ソリトンパルスが伝
搬すると、分散値の減少量に応じて光ソリトンのパルス
幅が減少することが分かる。したがって、この効果を利
用すれば、非ソリトン成分の発生、ファイバの３次分
散、および他の非線形光学効果等によるパルス幅の広が
りを防止する光ソリトン通信伝送路を構成できるのであ
る。以下、上述した原理に基づいた本発明の各実施形態
について説明する。

【００１６】［第１の実施形態］図１は本発明の第１の
実施形態による光ソリトン通信伝送路を用いた光ソリト
ン通信システムの構成を示すブロック図であり、この図
に示すシステムが従来のものと異なる点は、光ソリトン
通信伝送路の構成のみである。本実施形態における光ソ
リトン通信伝送路は、従来のものと比較して、複数の伝
送用光ファイバ２を光増幅３を介して接続してなる点に
おいて似ているが、伝送用光ファイバ２をどのような順
序で接続（配置）して伝送路を構成するかが異なってい
る。

【００１７】図２は光ソリトン通信伝送路を構成する各
伝送用光ファイバ２の分散値の伝送距離に対する分布例
を表した図であり、この図から明らかなように、伝送距
離が長くなるにつれて異常分散で分散値の大きい伝送用
光ファイバ２から分散値の小さい伝送用光ファイバ２へ
順に接続されている。図２に示されるような分散値分布
で各伝送用光ファイバ２が接続されていると、ソリトン
周期よりも長い範囲で光ファイバの分散値が減少し、且
つソリトン周期当たりの分散値の変化量△Ｄが分散値Ｄ
に比較して少ないため、光ソリトンが光ファイバを伝搬
するにつれてパルス幅が狭くなる。

【００１８】例えば、伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓの光ソ
リトン通信システムの場合、パルス幅を２０ｐｓ、最初
の中継区間でのファイバの分散値の平均値を０．４ｐｓ
／ｎｍ／ｋｍとすると、ソリトン周期は約４００ｋｍと
なる。さらに、全伝送距離を２０００ｋｍ、最後の中継
区間のファイバの分散値の平均値を０．２ｐｓ／ｎｍ／
ｋｍとすると、ソリトン周期よりも長い範囲で光ファイ
バの分散値が減少し、且つソリトン周期当たりの分散値
の変化量△Ｄが分散値Ｄに比較して少なくなり、光ソリ
トンが伝搬するにつれてパルス幅が狭くなる。

【００１９】そして、上述した効果、すなわち、伝送用
光ファイバの分散値が順次少しずつ減少していくことに
よってパルス幅が狭まる効果によって、光ファイバの３
次分散や他の非線形光学効果等によるパルス幅の広がり
を防ぐことができ、パルス幅を一定としたままでの長距
離伝搬が可能となる。このことから明らかなように、従
来の光ソリトン通信伝送路に比較して、光ファイバの３
次分散や他の非線形光学効果等によるパルス幅の拡大の
影響を受けず、長距離の伝搬特性を改善することができ
る。

【００２０】［第２の実施形態］図３は本発明の第２の
実施形態による光ソリトン通信伝送路を用いた光ソリト
ン通信システムの構成を示すブロック図であり、この図
に示すシステムが従来のものと異なる点は、光ソリトン
通信伝送路の構成のみである。図３の光ソリトン通信伝
送路は、各中継区間の伝送路を伝送用光ファイバ２と分
散補償用光ファイバ５とを接続して構成している。上記
分散補償用光ファイバ５としては、短尺かつ分散値が高
い光ファイバが使用される。

【００２１】分散補償用光ファイバ５の分散値と長さ
は、伝送用光ファイバ２と分散補償用光ファイバ５の分
散値の平均値、すなわち中継区間毎の光ファイバの分散
の平均値Ｄ_ave が、光ソリトン送信装置１から光ソリト
ン受信装置４に向かって順次小さくなるよう調整されて
いる。なお、中継区間毎の光ファイバの分散の平均値Ｄ
_ave は、伝送用光ファイバ２の長さをＬ、分散値をＤ、
分散補償用光ファイバ５の長さをＬ_c、分散値をＤ_cとす
ると、以下の（５）式で表される。

【数５】

【００２２】図４は、本実施形態による光ソリトン通信
伝送路の分散値の分布例を示す図である。この図におい
て、各伝送用光ファイバ２の分散値の変化はランダムで
あり伝送距離に依存しないが、各分散補償用光ファイバ
５の分散値と長さが伝送距離および対応する伝送用光フ
ァイバ２に対応して調節されており、各中継器間の光フ
ァイバの分散の平均値は、伝送距離が長くなるにつれて
小さくなっている。

【００２３】光ソリトン通信伝送路を構成する光ファイ
バの分散値がソリトン周期よりも短い周期で変動してい
る場合、光ソリトンは分散変動の効果を無視できるた
め、対象区間での分散の平均値で決まる光ソリトンのパ
ワーでソリトン伝送を行うことができる。第２の実施形
態による光ソリトン通信伝送路では、各中継器間の伝送
用光ファイバ２と分散補償用光ファイバ５との分散変動
は、ソリトン周期よりも短い範囲での変動であるので、
分散変動の光ソリトンに対する影響を無視することが可
能となり、各中継区間における分散値はＤ_ave 一定とみ
なすことができる （参考文献：［１］M.Nakazawa and H.Kubota, "Optica
l soliton communication in a positively and negati
vely dispersion-allocated optical fibre transmissi
on line", Electron.Lett., Vol.31, pp.216-217, 199
5. ［２］M.Nakazawa and H.Kubota, "Construction of a
Dispersion-Allocated Soliton Transmission Line Usi
ng Conventional Dispersion-Shifted NonsolitonFiber
s", Jpn.J.Appl.Phys., Vol.34, pp.L681-683, 199
5.）。

【００２４】さらに、前述したように、光ソリトン通信
伝送路全体では、各中継区間の光ファイバの分散値は光
ソリトン送信装置１から光ソリトン受信装置４へ向かっ
て順次小さくなっている。この変化は、ソリトン周期よ
りも長い範囲での変化であるので、第１の実施形態によ
る光ソリトン通信伝送路と同一の効果が生じ、分散値の
減少に応じてパルス幅が狭くなる。

【００２５】例えば、伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓのソリ
トン伝送システムの場合、パルス幅を２０ｐｓ、最初の
中継区間での伝送用光ファイバ２の分散値を０．４５ｐ
ｓ／ｎｍ／ｋｍで長さが５０ｋｍ、分散補償用光ファイ
バ５の分散値を−２．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍで長さが１ｋ
ｍとすると、Ｄ_ave は０．４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなり、
ソリトン周期は約４００ｋｍとなる。分散補償光ファイ
バ５の長さは１ｋｍであり、ソリトン周期よりも短い範
囲での変動であるので、分散変動のソリトンに対する影
響は無視できる。また、全伝送距離が２０００ｋｍで、
最後の中継区間のＤ_ave が０．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとす
ると、ソリトン周期よりも長い範囲で光ファイバの分散
値が減少し、且つソリトン周期当たりの分散の変化量△
Ｄが分散値Ｄに比較して少ないため、光ソリトンが伝搬
するにつれてパルス幅が狭くなる。

【００２６】そして、ソリトンに影響する範囲で光ファ
イバの分散値が順次少しずつ減少していくことによって
パルス幅が狭まる効果によって、光ファイバの３次分散
や他の非線形光学効果等によるパルス幅の広がりを防ぐ
ことができ、パルス幅を一定としたままでの長距離伝搬
が可能となる。第２の実施形態によれば、伝送用光ファ
イバ２として適切な分散値を有する光ファイバを選択で
きない場合や伝送用光ファイバ２が既に敷設（接続）さ
れており接続順序を変更できないような場合でも、パル
ス幅を一定としたままでの長距離伝搬が可能となる。す
なわち、既に敷設（接続）された伝送用光ファイバ２の
接続順序を変更することなく、第１の実施形態による光
ソリトン通信伝送路と同等の効果が得られる。

【００２７】［第３の実施形態］図５は本発明の第３の
実施形態による光ソリトン通信伝送路を用いた光ソリト
ン通信システムの構成を示すブロック図であり、この図
に示すシステムが第１の実施形態によるものと異なる点
は、光ソリトン通信伝送路の構成のみである。図６は、
伝送用光ファイバ２の分散値の分布例を示す図である。
この図において、実線が中継区間での伝送用光ファイバ
の分散値の平均値を、破線が中継間隔よりも長い区間で
の光ファイバの分散値の平均値を示している。

【００２８】図６から明かなように、第３の実施形態に
よる光ソリトン通信伝送路が第１の実施形態によるもの
と異なる点は、伝送路中に、各中継区間の伝送用光ファ
イバの分散値の平均値が増加している接続点が数カ所存
在することである。ただし、中継間隔よりも長い区間で
の光ファイバの分散値の平均値が異常分散で、かつ光ソ
リトン送信装置１から光ソリトン受信装置４へ向かって
減少するよう各伝送用光ファイバ２が接続されている。

【００２９】このように、分散値の小さい伝送用光ファ
イバ２に後続して分散値の大きい伝送用光ファイバ２を
接続しても、各伝送用光ファイバ２の長さ（中継間隔）
がソリトン周期よりも短ければ、第２の実施形態による
ものと同様に、各伝送用光ファイバ２の分散値の違いに
よる光ソリトンに対する影響を無視することができる。
また、中継間隔（光増幅器間隔）よりも長い区間での光
ファイバの分散値の平均値が減少するよう各伝送用光フ
ァイバ２を接続することで、ソリトン周期よりも長い区
間では分散値が減少し、且つソリトン周期当たりの分散
値の変化量△Ｄが分散値Ｄに比較して少ないため、第１
の実施形態によるものと同一の効果により、光ソリトン
が光ファイバを伝搬するにつれてパルス幅が狭くなる。

【００３０】例えば、伝送速度１０Ｇｂｉｔ／ｓ、全伝
送距離が２０００ｋｍの光ソリトン通信システムの場
合、パルス幅が２０ｐｓ、最初の中継区間でのファイバ
の分散値の平均が０．４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとすると、ソ
リトン周期は約４００ｋｍとなる。中継間隔が５０ｋｍ
であるとすると、中継点にて分散値の小なる光ファイバ
から分散値の大なる光ファイバへ接続しても、各ファイ
バの長さは中継間隔である５０ｋｍであり、ソリトン周
期より短いので、光ソリトンに対する分散変動の影響を
無視することができる。

【００３１】また、最終中継区間でのファイバの分散値
を０．２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとすると、ソリトン周期より
も長い区間での分散値変動が減少を示しており、且つソ
リトン周期当たりの分散値の変化量△Ｄが分散値Ｄに比
較して少ないため、光ソリトンが伝搬するにつれてパル
ス幅が狭くなる。

【００３２】そして、ソリトンに影響する範囲で光ファ
イバの分散値が順次少しずつ減少していくことによって
パルス幅が狭まる効果によって、光ファイバの３次分散
や他の非線形光学効果等によるパルス幅の広がりを防ぐ
ことができ、パルス幅を一定としたままでの長距離伝搬
が可能となる。すなわち、第３の実施形態によれば、隣
接するいくつかの中継区間において、伝送距離が大とな
るにつれて分散値が増加するよう各光ファイバ２を接続
する箇所が存在しても、十分な効果を得ることができ
る。

【００３３】次に、上記と同様に、光ソリトン伝送にお
けるパルス劣化を防止し、通信品質を向上させることが
できる光ソリトン通信伝送路を堤供することを目的とす
る他の発明について説明する。

【００３４】光ファイバ中を伝搬する光は光ファイバの
もつ群速度分散という効果により波形が歪む。従来は、
この群速度分散は光の波長によって大きさが変化するの
で、通信には群速度分散がゼロとなる波長の光が通常用
いられていた。通常の光ファイバではこの波長は１．３
μｍ帯に存在するため、まず波長１．３μｍ帯の信号光
を用いる方法が用いられた。しかし、この波長帯では伝
搬に伴う光の減衰が大きいため、長距離の通信には適し
ていなかった。

【００３５】そこで、減衰が最小となる波長１．５μｍ
帯の信号光を用いることができるように光ファイバの構
造を工夫することが行われた。さらに、波長１．５μｍ
帯にはエルビウム添加光ファイバ増幅器という特性のよ
い光増幅器が存在するため、波長１．５μｍ帯は光ファ
イバを用いた光通信に適している。波長１．５μｍ帯に
おいて群速度分散がゼロとなるように構造を工夫した光
ファイバは、分散シフトファイバとよばれ、特性は優れ
ているが、構造が複雑であるため高価になる。

【００３６】光ソリトンを伝送させるためにも、光ファ
イバとしては今まで一様な分散シフトファイバを使用し
ていた。さらに群速度分散の大きさはわずかに（数ピコ
秒／ｋｍ／ｎｍ以下）異常分散に設定し、また、群速度
分散の大きさを一定にそろえる必要があるため高価でか
つファイバ製造の歩留まりはよくなかった。

【００３７】波長１．５μｍの光による光ソリトンを
１．３μｍにゼロ分散を持つＳＭ（単一モード）光ファ
イバの中を伝搬させることも不可能ではないが、そのた
めには分散シフトファイバを用いた場合に比べて１０な
いし１００倍以上の強度をもつ光を使用する必要があ
り、実用的ではなかった。

【００３８】光ソリトンを使用しない通常の光通信方式
では、伝送線路として１．３μｍ帯で群速度分散がゼロ
となる安価なＳＭ光ファイバを用いつつ、信号光の波長
を減衰の少ない１．５μｍ帯を用いるために分散補償器
によって群速度分散を１．５μｍ帯において完全にゼロ
となるように調整する方法が提案されている。しかし、
大きな群速度分散を持つ通常の光ファイバを伝搬したと
きには大きな波形歪みが残り、分散シフトファイバを使
用した場合に比べて特性は悪かった。

【００３９】信号光として光ソリトンを用いることで長
距離・大容量の光通信システムが実現可能となる。この
光ソリトン通信の伝送においても１．３μｍ帯で群速度
分散がゼロとなる安価なＳＭ光ファイバを用いつつ、信
号光の波長を減衰の少ない１．５μｍ帯を用いる方法が
優れているが、このとき１７ないし２０数ピコ秒／ｋｍ
／ｎｍと大きな異常分散が問題となる。

【００４０】以下に示す発明による光ソリトン通信伝送
路は、大きな異常分散を正常分散を持つ分散補償器によ
り補償するが、伝送路全体としてはわずかに異常分散を
残すように構成する。わずかに異常分散を残しているこ
とによりソリトンを発生させ伝搬させることができる。
ソリトンを用いているため、ソリトンを用いない通常の
光通信方式に比べて伝送容量・伝送距離などを飛躍的に
拡大することができる。

【００４１】この発明を用いることにより、光ソリトン
通信に安価なＳＭ光ファイバを用いることができるた
め、建設コスト・保守コストを低減でき、経済的・実用
的な光通信が実現できる。また、ＳＭ光ファイバは６０
０Ｍｂ／ｓの光通信用光ケーブルとしてすでに広く布設
されているが、これらの光ケーブルに本方法を適用する
ことにより、１０Ｇｂ／ｓ以上への伝送容量の拡大が可
能となり、中継増幅器も安価で高性能なエルビウム添加
光ファイバ増幅器を用いることができるため、通信コス
トの低減を図ることができる。

【００４２】以下この発明の実施形態を図面を用いて詳
細に説明する。

【００４３】［実施形態Ａ］図９は本発明を用いた光ソ
リトン通信伝送路の構成例である。本実施形態では分散
補償器としては正常分散を持つ光ファイバを接続してい
る。本図に於いて、符号Ｆ₁は、波長１．５μ帯におい
て異常分散特性を持つ光ファイバ、Ｆ₂は波長１．５μ
帯において正常分散特性を持つ光ファイバ、Ｚ₁は異常
分散特性を持つ光ファイバＦ₁の長さ、Ｚ₂は正常分散特
性を持つ光ファイバＦ₂の長さである。また、Ｄ₁を異常
分散特性を持つ光ファイバＦ₁の分散値、Ｄ₂を正常分散
特性を持つ光ファイバＦ₂の分散値とすると、平均の群
速度分散値Ｄ_aは

【００４４】 Ｄ_a＝（Ｚ₁×Ｄ₁＋Ｚ₂×Ｄ₂）／（Ｚ₁＋Ｚ₂）

【００４５】で表される。光ファイバＦ₁を波長１．３
μｍ帯にゼロ分散波長が存在する通常の単一モード光フ
ァイバで構成した場合、波長１．５μ帯における分散値
Ｄ₁の値はおよそ、Ｄ₁＝１７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ（異常分
散）であるので、分散値Ｄ，長さＺの値を、たとえば、
Ｚ₁＝５０ｋｍ、Ｄ₂＝−８３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ （正常
分散）、Ｚ₂＝１０ｋｍとすれば、Ｄ_a＝０．３３ｐｓ／
ｋｍ／ｎｍ （異常分散）とすることができる。

【００４６】平均の群速度分散値Ｄ_a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。また、この場合、分散値Ｄ₁の値
は１７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以上と大きいのであるが、平均
の分散値Ｄ_aと釣り合うような光強度を使用すればよい
ため、数ミリワットという実用的な光強度で通信を行う
ことができる。

【００４７】［実施形態Ｂ］図１０は本発明を用いた光
ソリトン通信伝送路の他の構成例である。本実施形態で
は分散補償器として光ファイバグレーティングを用いた
分散補償器を接続している。分散補償器としてはこのほ
かにプリズム対、ＧＴ干渉計、回折格子対などが使用で
きる。動作としては図９と同じであるが、図９の場合と
比較して有効な伝搬距離を延長できるという利点があ
る。すなわち、図９においては伝送に用いるケーブルは
５０ｋｍであり、分散の補償に１０ｋｍを割かなくては
ならない。しかし、本実施形態においては分散補償器の
大きさは、たとえば光ファイバグレーティングを用いた
場合１０ｃｍ程度で十分であり、分散補償のために長尺
の光ファイバ中を伝搬させる必要がない。

【００４８】図１０に於いて、符号Ｆ₁は異常分散特性
を持つ光ファイバ、Ｚ₁は異常分散特性を持つ光ファイ
バの長さ、Ｂは分散補償器である。また、Ｄ₁を異常分
散特性を持つ光ファイバＦ₁の分散値、Ｄ_cを分散補償器
Ｂの分散補償量としたとき、平均の群速度分散値Ｄ_aは

【００４９】Ｄ_a＝（Ｚ₁×Ｄ₁＋Ｄ_c）／Ｚ₁

【００５０】で表される。実施形態Ａと同じ条件では分
散値Ｄ₁の値はおおよそ、Ｄ₁＝１７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ
（異常分散）であるので、長さＺ₁，分散補償量Ｄ_cの値
として、たとえば、Ｚ₁＝６０ｋｍ、Ｄ_c＝−１０００ｐ
ｓ／ｎｍ（正常分散）ととれば、Ｄ_a＝０．３３ ｐｓ
／ｋｍ／ｎｍ（異常分散）とすることができる。

【００５１】図１１は本発明によるソリトン多中継伝送
の構成例である。本図に於いて、符号１０は送信装置、
２０ａ〜２０ｅは光ファイバケーブル、３０ａ〜３０ｄ
は光中継増幅器、４０は受信装置である。

【００５２】送信装置１０によって光ソリトン信号を作
り出し、伝送線路を形成する光ファイバケーブル２０ａ
に導き伝送する。送信装置１０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。光ファイバケーブル２０ａ〜２０ｅは図９に示した
ように１．３μ帯に分散がゼロとなる波長の存在する通
常の光ファイバである。光中継増幅器３０ａ〜３０ｄの
一構成要素として分散補償を行うための光ファイバ３２
ａ〜３２ｄを用いている（実施形態Ａに対応）。模式的
に、正常分散を持つ分散補償ファイバを細い実線で示し
ている。光中継増幅器３０ａ〜３０ｄの構成要素である
分散補償器は実施形態Ｂのようなものでもよい。この伝
送路での信号の減衰を光中継増幅器３０ａ〜３０ｄの構
成要素である光増幅器（たとえばエルビウム添加光ファ
イバ増幅器；ＥＤＦＡ）３１ａ〜３１ｄによって増幅し
元の信号強度を回復させた後さらに光ファイバケーブル
２０ｂ〜２０ｅと光ファイバ中を伝搬させ、最終的に受
信装置４０によって信号を復元する。受信装置４０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。

【００５３】図１２は本発明の効果を計算機解析によっ
て示した図であり、実施形態Ａの方法と、比較のため従
来法の一つであるＮＲＺ方式（非ゼロ復帰方式）を用い
た場合の伝送可能距離を示している。横軸のデータを誤
りなく伝えることができる伝送可能距離である。縦軸は
受信装置４０における信号識別のタイミングであり、縦
に広がっているほどタイミングの揺らぎに対する耐性が
強いことを示している。入射強度を変化させ、４種類の
強度の場合について計算している。図中の各実線が各々
の入力信号強度に対応し、各々の信号の平均強度（パワ
ー）は図中に示したとおりである。

【００５４】計算条件は次の通りである。

【００５５】伝送容量は１０Ｇｂｉｔ／ｓであり、伝送
可能距離は符号誤り率が１０^-11となる距離を採用して
いる。光中継増幅器の間隔５０ｋｍであり、雑音指数は
７ｄＢとした。波長１．５５μｍにおけるＳＭファイバ
の群速度分散の値は１７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍとし、分散補
償のための光ファイバは波長１．５μｍにおける群速度
分散の値が８４．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであるものを１０
ｋｍ使用する。

【００５６】本発明によれば元来６００Ｍｂ／ｓの伝送
用に設計されたＳＭ光ファイバを１６倍の１０Ｇｂ／ｓ
の伝送速度に用いることが出来さらにその伝送容量にお
いて５０００ｋｍ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１０００ｋｍ程度までしか伝送で
きないことがわかる。

【００５７】図１３は本発明の効果を計算機解析によっ
て示した図であり、実施形態Ｂの方法に相当する場合の
伝送可能距離を示している。本方法によれば長さ１０ｋ
ｍの分散補償用ファイバを使用しなくてもすむため、よ
りコンパクトな装置の構成が可能となる。重要なことと
して本例では局所的に大きな分散補償を行っているが、
伝送特性は劣化しないことがわかる。

【００５８】図１２、図１３では中継間隔を５０ｋｍ，
６０ｋｍとしているが、このような分散補償ソリトンを
用いると中継間隔が拡大できる点も大きな特徴である。
すなわち、総伝送距離を３０００ｋｍ程度に短くするこ
とにより、１００ｋｍ程度まで中継間隔を延長すること
が可能である。

【００５９】図９〜図１３を参照して説明したように、
この発明を用いることにより、光ソリトン通信に安価な
ＳＭ光ファイバを用いることができるため、建設コスト
・保守コストを低減でき、経済的・実用的な光通信が実
現できる。また、６００Ｍｂ／ｓの光通信用光ケーブル
としてすでに広く布設されているＳＭ光ファイバを用い
て１０Ｇｂ／ｓ以上の大容量通信可能となり、かつ中継
増幅器も安価で高性能なエルビウム添加光ファイバ増幅
器を用いることができるため、通信コストの低減を図る
ことができる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、講求項１または２
に記載の光ソリトン通信伝送路によれば、光ファイバの
波長分散値を徐々に減少させることによる光ソリトンの
パルス幅の減少作用を利用し、様々な原因によるパルス
の劣化を防止し、光ソリトンの長距離伝搬を安定して実
現することができるという第１の効果を奏する。

【００６１】また、請求項１記載の光ソリトン通信伝送
路によれば、伝送用光ファイバの波長分散値が任意の値
でも第１の効果を得られるため、従来の光ソリトン通信
伝送路を、接続順序を変えることなくそのまま使用する
ことができるという第２の効果を奏する。

【００６２】さらに、請求項２記載の光ソリトン通信伝
送路によれば、伝送用光ファイバの波長分散値が増加す
るように接続された箇所が存在しても第１の効果を得ら
れるため、ソリトン伝送路の設計の自由度が向上すると
いう第３の効果を奏する。現在、光ソリトン通信システ
ムの超高速化および大容量化において、光ファイバの高
次分散や光ソリトンの相互作用等によるパルスの劣化が
問題となっているが、本発明によれば、このパルスの劣
化を防止し、より高速化および長距離化された光通信を
実現することができる。

【００６３】

【００６４】

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態による光ソリトン通
信伝送路を用いたソリトン通信システムの構成を示す図
である。

【図２】 本発明の第１の実施形態による光ソリトン通
信伝送路の分散値の分布例を示す図である。

【図３】 本発明の第２の実施形態による光ソリトン通
信伝送路を用いたソリトン通信システムの構成を示す図
である。

【図４】 本発明の第２の実施形態による光ソリトン通
信伝送路の分散値の分布例を示す図である。

【図５】 本発明の第３の実施形態による光ソリトン通
信伝送路を用いたソリトン通信システムの構成を示す図
である。

【図６】 本発明の第３の実施形態による光ソリトン通
信伝送路の分散値の分布例を示す図である。

【図７】 従来の光ソリトン通信伝送路を用いたソリト
ン通信システムの構成を示す図である。

【図８】 従来の光ソリトン通信伝送路の分散値の分布
例を示す図である。

【図９】 本発明を用いた光ソリトン通信伝送路の模式
構成例を示す図である。

【図１０】 本発明を用いた光ソリトン通信伝送路の模
式構成例を示す図である。

【図１１】 本発明を用いたソリトン伝送装置の模式構
成例を示す図である。

【図１２】 本発明を用いた場合の伝送距離延長効果
（実施形態Ａに相当）を示す図であり、（ａ）が本発明
を用いた場合、（ｂ）が比較のための本発明によらない
場合を示している。

【図１３】 本発明を用いた場合の伝送距離延長効果
（実施形態Ｂに相当）を示す図である。

【符号の説明】

１…光ソリトン送信装置、２…伝送用光ファイバ、３…
光増幅器、４…光ソリトン受信装置、５…分散補償用光
ファイバ、Ｆ₁…異常分散特性を持つ光ファイバ、Ｆ₂…
正常分散特性を持つ光ファイバ、Ｚ₁…異常分散特性を
持つ光ファイバの長さ、Ｚ₂…正常分散特性を持つ光フ
ァイバの長さ、Ｂ…分散補償器、１０…送信装置、２０
ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｅ…光ファイバケーブル、３
０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ…光中継増幅器、３１
ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ…光増幅器、３２ａ，３２
ｂ，３２ｃ，３２ｄ…光ファイバ、４０…受信装置。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−335619（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−110094（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−146472（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−18943（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−344075（ＪＰ，Ａ) Ｓ．ＣＨＩ，ｅｔ．ａｌ．，ＣＯＮＣ ＡＴＥＮＡＴＥＤ ＳＯＬＩＴＯＮ Ｆ ＩＢＥＲ ＬＩＮＫ，ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，1991年 １月 31日，Ｖｏｌ．27，Ｎｏ．３，ｐｐ. 237，238 Ｍ．ＮＡＫＡＺＡＷＡ，ｅｔ．ａ ｌ．，Ｏｐｔｉｃａｌ ｓｏｌｉｔｏｎ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ ａｎｄ ｎ ｅｇａｔｉｖｅｌｙ ｄｅｓｐｅｒｓｉ ｏｎ−ａｌｌｏｃａｔｅｄ ｏｐｔｉｃ ａｌ ｆｉｂｅｒ ｔｒａｎ，ＥＬＥＣ ＴＲＯＮＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，1995 年 ２月 ２日，Ｖｏｌ．31，Ｎｏ. ３，ｐｐ．216，217 Ａ．ＨＡＳＥＧＡＷＡ，ｅｔ．ａ ｌ．，Ｇｕｉｄｉｎｇ−ｃｅｎｔｅｒ ｓｏｌｉｔｏｎ ｉｎ ｆｉｂｅｒｓ ｗｉｔｈ ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ ｖａｒｙｉｎｇ ｄｉｎｐｅｒｓｉｏ ｎ，ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ, 1991年，Ｖｏｌ．16，Ｎｏ．18，ｐｐ. 1385−1387 Ｗ．ＦＯＲＹＳＩＡＫ，ｅｔ．ａ ｌ．，Ａｖｅｒａｇｅ ｓｏｌｉｔｏｎ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｉｎ ｐｅ ｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ ａｍｐｌｉｆｉ ｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ ｓｔ ｅｐｗｉｓｅ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｐ ｒｏｆｉｌｅｄ ｆｉｂｅｒ，ＯＰＴＩ ＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，1994年，Ｖｏ ｌ．19，Ｎｏ．３，ｐｐ．174−176 (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)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の伝送用光ファイバと中継区間毎に
   前記伝送用光ファイバ間に介挿されて前記伝送用光ファ
   イバによる損失を補償する少なくとも１つの光増幅器か
   ら構成され、光ソリトンを用いて光信号を送信する光送
   信装置と前記光信号を受信する光受信装置とを接続し、
   前記光送信装置から送信される前記光信号を前記光受信
   装置へ伝送する、前記光送信装置から前記光受信装置ま
   での伝送距離がソリトン周期よりも長い距離の光ソリト
   ン通信伝送路であり、 前記各中継区間内の前記伝送用光ファイバに短尺かつ波
   長分数値の異なる分散補償用光ファイバを付加し、各中
   継区間内の前記伝送用光ファイバおよび前記分散補償用
   光ファイバの平均の波長分散値が異常分散であって、か
   つ各中継区間毎の平均の波長分散値が 前記光送信装置か
   ら前記光受信装置に近付くにつれて減少するよう構成さ
   れることを特徴とする光ソリトン通信伝送路。
2. 【請求項２】 前記光送信装置から前記光受信装置に向
   かって前記各中継区間内の光ファイバの波長分散値の平
   均値が少なくとも１回増加し、かつ中継区間よりも長い
   区間での光ファイバの波長分散値の平均値が前記光送信
   装置から前記光受信装置に近付くにつれて減少するよう
   構成されることを特徴とする請求項１記載の光ソリトン
   通信伝送路。