JP3609008B2

JP3609008B2 - 光伝送路

Info

Publication number: JP3609008B2
Application number: JP2000176488A
Authority: JP
Inventors: 章平野; 裕宮本; 一茂米永; 明秀佐野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-06-13
Filing date: 2000-06-13
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2020-06-13
Also published as: JP2001358656A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ等の伝送路において、広い帯域幅を用いる場合に現れる波長分散又はこれと非線形光学効果との相互作用によって生じる伝送品質の劣化を抑制することができる光伝送路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光信号伝送においては、その伝送媒体である光ファイバの波長分散、又はこれと光ファイバの非線形光学効果との相互作用によって生じる波形劣化が引き起こす伝送品質の劣化が問題となる。これは、光ファイバの群速度分散が光信号の帯域に作用することにより、その光パルスの形が崩れ、隣接するタイムスロットとの間で干渉することによって発生する。
【０００３】
このような伝送品質の劣化を防ぐために、種々の分散補償技術が提案されている。これらの従来技術のうちでもＹｏｎｅｎａｇａ，Ｋ．，Ｍｉｙａｍｏｔｏ，Ｙ．， ”Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｍａｎａｇｅｄｈｉｇｈ−ｃａｐａｃｉｔｙＷＤＭｓｙｓｔｅｍｕｓｉｎｇｚｅｒｏ−ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｆｌａｔｔｅｎｅｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅ”（ＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＯｐｔｉｃｓａｎｄＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ１９９９，ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔ，ｖｏｌ．４，ｐｐ．７１−７３）に記載されている伝送路は、５０ｎｍを超える広い帯域に亘って０でない局所分散を持ちつつトータルで零分散を実現しているため、受信端での追加の分散補償回路が不要で且つ伝送路内での四光波混合等の非線形光学効果に起因する波形劣化を抑制することができる。
【０００４】
図８はこの技術を説明するための図である。この図によれば、１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の群速度分散と０．０６ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ程度の分散スロープ（波長依存性）を持つシングルモードファイバＳＭＦと、−１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の群速度分散と−０．０６ｐｓ／ｎｍ^２／ｋｍ程度の分散スロープを持つシングルモードファイバＲＤＦとを接続することにより、５０ｎｍを超える広い帯域に亘ってトータルとして零分散を持つ光伝送路ＺＤＦを実現している。これは、同時に、１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍという大きな局所分散も実現しており、この局所分散により、自己位相変調、相互位相変調、四光波混合効果等の非線形光学効果が抑制される。また、二つのファイバの群速度分散及び分散スロープの和は零近傍になるため、超広帯域波長多重伝送において分散補償回路を一切必要としない。
【０００５】
しかしながら、この伝送路においても、光入射パワーが高い場合は、光ファイバ中の自己位相変調効果、相互位相変調効果等の非線形光学効果による波形劣化が顕在化し、伝送品質が劣化するため、伝送路距離が制限されるという問題は解決されていない。特に、光増幅器を用いて中継を重ねるとこれらの劣化要因が蓄積されるため、多中継の伝送システムにおいては極めて深刻な問題となる。
【０００６】
【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、光入射パワーが高い場合にも、光ファイバ中の非線形光学効果及び群速度分散の複合効果による伝送距離の制限及び伝送品質の劣化を緩和し、到達し得る伝送距離及び伝送品質が大幅に改善された光伝送路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光伝送路は、上記の目的を達成するため、光信号の入射側では正の群速度分散を持ちそれに続く区間では負の群速度分散を持つ光ファイバから構成され、正の群速度分散を持つ区間及び負の群速度分散を持つ区間の２区間における群速度分散の総和が０又はその近傍である第１伝送路と、光信号の入射側では負の群速度分散を持ちそれに続く区間では正の群速度分散を持つ光ファイバから構成され、負の群速度分散を持つ区間及び正の群速度分散を持つ区間の２区間における群速度分散の総和が０又はその近傍である第２伝送路とを、第１伝送路及び第２伝送路の順又は第２伝送路及び第１伝送路の順に、光増幅手段を介して接続したことを特徴とする。
【０００８】
他の本発明の光伝送路は、光信号の入射側では正の群速度分散を持ちそれに続く区間では負の群速度分散を持つ光ファイバから構成され、正の群速度分散を持つ区間及び負の群速度分散を持つ区間の２区間における群速度分散及び分散スロープの総和が０又はその近傍である第１伝送路と、光信号の入射側では負の群速度分散を持ちそれに続く区間では正の群速度分散を持つ光ファイバから構成され、負の群速度分散を持つ区間及び正の群速度分散を持つ区間の２区間における群速度分散及び分散スロープの総和が０又はその近傍である第２伝送路とを、第１伝送路及び第２伝送路の順又は第２伝送路及び第１伝送路の順に、光増幅手段を介して接続したことを特徴とする。
【０００９】
上記の本発明の光伝送路は、更に入射光パワーを制御する光パワー制御手段を具備することができる。また、本発明においては、これらの光伝送路を光増幅手段を介して複数接続し、長距離光伝送路とすることができる。
【００１０】
このような本発明によれば、１スパンにおいて非線形光学効果及び群速度分散による波形劣化が最小になるように群速度分散の符号が正の区間と負の区間との双方を具え、このスパンにおける群速度分散又は群速度分散及びスロープの総和が零又はその近傍となるように設定された伝送路と、群速度分散の配置がこの伝送路と逆の配置を有する伝送路とを、光増幅手段を介して接続するので、各スパンから出力される光信号は、広い帯域に亘ってほぼ元どおりの波形を回復し、次のスパンは、前のスパンと群速度分散の配置が逆であること及び各スパンの入力の際に波形が整っていることにより、前段のスパンで受けた波形劣化が緩和される。この本発明の特長については後に詳しく説明する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【００１２】
［実施例１］
図１は実施例１の構成を示す図である。この光伝送路は、光送信器１０と光受信器２０との間を、平均分散値がＤｐｓ／ｎｍ／ｋｍの区間Ａ１１及び１５、平均分散値が−Ｄｐｓ／ｎｍ／ｋｍの区間Ｂ１２及び１４並びに光増幅手段１３で結ぶ。光送信器１０で生成された光信号は、先ず、区間Ａ１１及び区間Ｂ１２（第１スパン）を伝搬し、次いで光増幅手段１３で増幅された後、区間Ｂ１４及び区間Ａ１５（第２スパン）を伝搬し、光受信器２０に達する。この場合、区間Ａは例えば１．３μｍ零分散シングルモードファイバであり、区間Ｂは１．３μｍ零分散シングルモードファイバと同じ絶対値を持ち符号が逆の平均分散を持つ光ファイバであり、例えばＫ．Ｍｕｋａｓａｅｔａｌ．，”Ｎｏｖｅｌｎｅｔｗｏｒｋｆｉｂｅｒｔｏｍａｎａｇｅｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎａｔ１．５５μｍｗｉｔｈｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆ１．３μｍｚｅｒｏｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅｆｉｂｅｒ” （ＥＣＯＣ’９７，Ｖｏｌ．１．１，ｐｐ．１２７−１３０，１９９７）に示されたものである。また、光増幅手段１３は、エルビウム添加ファイバ光増幅器、半導体光増幅器等である。
【００１３】
図１及び２を用いて実施例１の動作を説明する。図２は最大許容入射パワーの全分散値に対する変化を示す図である。光送信器１０で生成された光信号は、伝送後の信号対雑音比を充分確保するため、高い光パワーで第１スパンの区間Ａ１１に入力される。区間Ａ１１においては、高い光パワーにより光信号の時間軸上での位相が自己位相変調効果によってその強度に応じて回転する。この位相回転と区間Ａ１１の群速度分散による光信号の周波数空間における位相回転との重ね合わせ効果により、光信号の波形が劣化し伝送品質が低下する。この光信号が区間Ｂ１２に入射されると、群速度分散による光信号の周波数空間における位相回転が区間Ａ１１と逆の方向になるため、光信号の波形は徐々に復元される。区間Ｂ１２の終端点においては、群速度分散による位相回転はほぼ相殺される。しかし、区間Ａ１１で生じた自己位相変調効果による位相回転及び群速度分散の重ね合わせの効果はそのまま残されている。
【００１４】
この信号は、光増幅手段１３で増幅された後、第２スパンの区間Ｂ１４に入力される。区間Ｂ１４では、高い光パワーによる時間軸上での位相回転が再び生じる。しかし、区間Ｂ１４の群速度分散は区間Ａ１１の群速度分散とは符号が逆であるため、上記の２種類の位相回転を重ね合わせる際の周波数空間における位相回転の方向が逆になる。このため、上記第１スパンにおける重ね合わせの効果が緩和される。更に、続く区間Ａ１５において、第１スパンの場合と同様に、前半の区間Ｂ１４における群速度分散による位相回転が補償される。
【００１５】
図２は、この効果をコンピュータシミュレーションによって確認した結果を示す図である。図２（ａ）はＮＲＺ符号の場合、図２（ｂ）はＲＺ符号の場合について、それぞれ、アイ開口劣化が１ｄＢになる領域を、全分散値を横軸に、ファイバ入射光パワーを縦軸にとって等高線表示したものである。即ち、等高線の内側が１ｄＢ以下の領域である。図２のシミュレーションにおいては、区間Ａ１１での局所分散値を＋１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、区間Ｂ１２での局所分散値を−１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとし、両区間を構成する光ファイバの非線形係数及び有効断面積は等しいとした場合の本発明による結果を実線で示した。図中、点線は、比較のため第２スパンにおける区間Ａと区間Ｂとの順序を第１スパンと同一にした場合の結果を示す。
【００１６】
図２の結果から明らかなように、実線のピークが点線のピークより高い位置にあり、本発明による伝送路においては、より高い入射光パワーまで許容されることがわかる。これにより、伝送距離を伸ばすことができ、ビットレートを上げることが可能になる。
【００１７】
図２に示した例は光増幅器による中継が１回のみの例であるが、多段に接続したシステムにおいては上記の差分（図２の実線のピークと点線のピークとの差）が累積されるため、本発明の効果も累積される。また、図２においてはＮＲＺ及びＲＺの一般的な符号フォーマットで効果を検証したが、本発明は他の符号フォーマットに対しても適用することができる。
【００１８】
［実施例２］
光ファイバの群速度分散は、一般的に周波数依存性、即ち分散スロープを示す（図８参照）。実施例２は、図１の構成と同様に、正の群速度分散を持つ区間Ａ及び負の群速度分散を持つ区間Ｂの２区間からなるスパン二つを区間ＡＢの順序を逆にして光増幅手段を介して接続して構成するが、この実施例においては、各スパンにおける群速度分散及び分散スロープの総和を０又はその近傍にする。この場合、例えばコア中の屈折率分布を変えることにより、分散スロープの符号が正又は負である区間Ａの光ファイバ及び区間Ｂの光ファイバを得ることができる（上記Ｙｏｎｅｎａｇａ，Ｋ．，Ｍｉｙａｍｏｔｏ，Ｙ．の文献参照）。
【００１９】
図３は実施例２を説明するための図であり、この実施例においては、区間Ａの分散スロープ２１及び区間Ｂの分散スロープ２２の総計を直線２３で示されるようにほぼ零にする。即ち、一つのスパンにおいて、区間Ａ及び区間Ｂが持つ群速度分散に加えて分散スロープの符号も逆にすることにより、これらの区間の間でこれらの値を相殺する。これにより、光送信器により生成される光信号が、広帯域を占有するものであっても分散補償を行うことなく、長距離を伝送することが可能になる。
【００２０】
［実施例３］
図４は実施例３の構成を示す図である。この光伝送路は、図１に示した構成に加えて、光増幅手段１３の後に光減衰器１６を具え、これにより第２スパンへの入射光パワーを調整することができる。
【００２１】
光ファイバ等の光伝送媒体は、その非線形係数、有効断面積等のパラメータの違いにより、同じ光パワーで入射してもその位相回転量は（非線形係数／有効断面積）に比例して異なる。そのため、第２スパンへの光入射パワーを第１スパンにおける光入射パワーと等しくしても、両スパンでの位相回転量が等しくならない場合が生じる。この実施例においては、第２スパンへの入射光パワーを光減衰器１６により制御できるようにし、第２スパンの入口側にある区間で用いられる光ファイバにおける光位相回転量を制御し、両スパンにおける位相回転量をほぼ等しくすることができる。即ち、有効断面積が小さい光ファイバを区間Ｂとして採用した場合、光減衰器１６により第２スパンの区間Ｂ１４に入射する光パワーを小さくし、区間Ｂ１４における光位相回転量と区間Ａ１１における光位相回転量との釣り合いをとることができる。
【００２２】
但し、光減衰器１６により入射光パワーを絞ることは光受信器における信号対雑音比の低下を招くため、これには限界がある。即ち、本発明により得られる許容入射光パワー増大量を１中継単位当たりＰとし、光減衰器１６により減衰する光パワーをΔＰとすると、これらの差が良度指数（ＦｉｇｕｒｅｏｆＭｅｒｉｔ）Ｆ．Ｏ．Ｍとなる。従って、Ｆ．Ｏ．Ｍ＝Ｐ−０．５ΔＰの値が大きい程効果的であり、これが正にある条件で使用することが望ましい。図２の場合と同一の条件で概算すると、Ｐがほぼ３ｄＢであり、ΔＰが６ｄＢ以内であれば有効であることがわかる。これは市販の光ファイバで充分達成できる値である。
【００２３】
この実施例においては、光減衰器１６を第２スパンの前に配置したが、これは必要に応じて第１スパンの前に配置する場合もあることは、上記の位相回転量の整合という観点から明らかである。また、この実施例においては、光減衰器１６により光パワーを減衰させる構成を示したが、光増幅手段１３自体で利得を調整できるようにしてもよいことは言うまでもない。また、これは送信器出力についても同様である。
【００２４】
［実施例４］
図５は実施例４の構成を示す図である。この光伝送路は、図１の場合と同様に、平均分散値がＤｐｓ／ｎｍ／ｋｍの区間Ａ１１及び１５、平均分散値が−Ｄｐｓ／ｎｍ／ｋｍの区間Ｂ１２及び１４並びに光増幅手段１３からなる。この実施例においては、光送信器１０が波長１乃至ＮのＮ個の送信器を含み、これら複数の光送信器からの光信号を光波長多重化する光合波手段１７を具え、更に、光受信器２０も波長１乃至ＮのＮ個の受信器を含み、光合波手段１７で合波された光信号を、伝送後に、波長１乃至ＮのＮ個の波長に分離して複数の受信器に光信号を送るための光分波手段１８を具える。この実施例によれば、複数の波長が多重化された広帯域の光信号を扱うことができる。
【００２５】
この実施例は、複数の波長の光信号を束ねて伝送することにより、光伝送路の利用効率を高くすることができるという特長を持つ。図６は、この実施例の効果を検証するため、コンピュータシミュレーションにより、８チャネルでの波長多重伝送の際の効果を見積もった結果を示す図である。この場合、光非線形効果に対する耐性が高いＣＳ−ＲＺ符号（Ｈｉｒａｎｏ，Ａ．，Ｍｉｙａｍｏｔｏ，Ｙ．，Ｙｏｎｅｎａｇａ，Ｋ．，Ｓａｎｏ，Ａ．， ”４０Ｇｂｉｔ／ｓＬ−ｂａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｕｓｉｎｇＳＰＭ−ｔｏｌｅｒａｎｔｃａｒｒｉｅｒ−ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄＲＺｆｏｒｍａｔ”，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．２５，ｐｐ．２２１３−２２１５，１９９９参照）を用いた。区間Ａ及び区間Ｂはそれぞれ５０ｋｍであり、従って１スパンは１００ｋｍであり、伝送距離は２スパン合計で２００ｋｍである。また、平均分散値は、区間Ａにおいて＋１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとした。図６（ａ）は本発明による場合のシミュレーション結果を示し、図６（ｂ）は区間Ａ及び区間Ｂの順序を両スパンで同一にした比較例を示す。
【００２６】
図６から明らかなように、許容入射光パワーは、従来の方法においては１０ｄＢｍ／ｃｈ程度に止まっていたが、本発明による光伝送路においては１２ｄＢｍ／ｃｈ以上に改善されていることがわかる。
【００２７】
［実施例５］
図７は実施例５の構成を示す図である。この実施例においては、光送信器１０と光受信器２０との間に、図１の場合と同様の平均分散値がＤｐｓ／ｎｍ／ｋｍの区間Ａ１１及び１５、平均分散値が−Ｄｐｓ／ｎｍ／ｋｍの区間Ｂ１２及び１４並びに光増幅手段１３からなる光伝送路を、光増幅手段１９を介して複数個接続した構成を有する。
【００２８】
本発明においては、各スパンから出力される光信号は、広い帯域に亘ってほぼ元どおりの波形を回復し、次のスパンは、前のスパンと群速度分散の配置が逆であること及び各スパンの入力の際に波形が整っていることにより、前段のスパンで受けた波形劣化が緩和される効果を利用することに特徴があるが、この実施例の構成においては、中継を繰り返すことによりこの効果が蓄積され、より大きな改善効果を得ることができる。このような効果により、この実施例によれば、伝送距離及び伝送品質を広い帯域に亘って大幅に改善することができる。
【００２９】
以上の実施例の説明においては区間Ａ及び区間Ｂの長さについては言及していないが、両者がほぼ同じ群速度分散を持つ場合、即ちほぼ同じ長さで構成する場合に、本発明の効果が最大になる。また、上記実施例においては、正の分散値を持つ区間Ａと負の分散値を持つ区間Ｂとを特定の順序に接続した場合を例として説明したが、この順序は逆にしても本発明の効果が変わらないことは明らかである。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光伝送路は、光ファイバ中の非線形光学効果と波長分散との相互作用による伝送品質の劣化に対して強い特性を得ている。これにより、本発明の光伝送路によれば、従来の群速度分散のみが補償される光伝送路を用いる場合に比較して、より長距離且つ大容量で高い信頼性を持つ光伝送システムを構築することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の構成を示す図である。
【図２】実施例１の効果をコンピュータシミュレーションによって計算した結果を示す図である。
【図３】実施例２を説明するための図である。
【図４】実施例３の構成を示す図である。
【図５】実施例４の構成を示す図である。
【図６】実施例４の効果をコンピュータシミュレーションによって計算した結果を示す図である。
【図７】実施例５の構成を示す図である。
【図８】従来の技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１０光送信器
１１、１５区間Ａ
１２、１４区間Ｂ
１３光増幅手段
１６光減衰器
１７光合波手段
１８光分波手段
１９光増幅手段
２０光受信器
２１区間Ａの分散スロープ
２２区間Ｂの分散スロープ
２３分散スロープの総計

Claims

光信号の入射側では正の群速度分散を持ちそれに続く区間では負の群速度分散を持つ光ファイバから構成され、正の群速度分散を持つ区間及び負の群速度分散を持つ区間の２区間における群速度分散の総和が０又はその近傍である第１伝送路と、光信号の入射側では負の群速度分散を持ちそれに続く区間では正の群速度分散を持つ光ファイバから構成され、負の群速度分散を持つ区間及び正の群速度分散を持つ区間の２区間における群速度分散の総和が０又はその近傍である第２伝送路とを、第１伝送路及び第２伝送路の順に、又は第２伝送路及び第１伝送路の順に、光増幅手段を介して接続したことを特徴とする光伝送路。
光信号の入射側では正の群速度分散を持ちそれに続く区間では負の群速度分散を持つ光ファイバから構成され、正の群速度分散を持つ区間及び負の群速度分散を持つ区間の２区間における群速度分散及び分散スロープの総和が０又はその近傍である第１伝送路と、光信号の入射側では負の群速度分散を持ちそれに続く区間では正の群速度分散を持つ光ファイバから構成され、負の群速度分散を持つ区間及び正の群速度分散を持つ区間の２区間における群速度分散及び分散スロープの総和が０又はその近傍である第２伝送路とを、第１伝送路及び第２伝送路の順に、又は第２伝送路及び第１伝送路の順に、光増幅手段を介して接続したことを特徴とする光伝送路。
更に、入射光パワーを制御する光パワー制御手段を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の光伝送路。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光伝送路を光増幅手段を介して複数接続したことを特徴とする光伝送路。