JP3613378B2

JP3613378B2 - 光分散補償

Info

Publication number: JP3613378B2
Application number: JP28483298A
Authority: JP
Inventors: ベネディクトエルハルドジョセフモエラーロザール
Original assignee: ルーセントテクノロジーズインコーポレーテッド
Priority date: 1997-10-07
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2018-10-07
Also published as: CA2248477C; US6236495B1; JPH11196045A; DE69720450T2; EP0909047A1; EP0909047B1; DE69720450D1; CA2248477A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に光通信の分野に関し、特に、光ファイバにおける分散等の分散を補償する光通信技術に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
レーザ等の光源と光検出器を結合するのに光ファイバを使用する光通信システムは、今では、高速（例えば、ギガビット／秒データ速度）及び長距離（例えば、大西洋横断または太平洋横断）通信に広く使用されている。これらのシステムにとって、現在の開発状態に達するために克服すべき多くの技術的問題がある。おそらく最も広く知られている問題は、第１のシリカべースの光ファイバの損失しやすい性質で引き起こされる。このようなファイバにおける損失は、ファイバ中の損失生成不純物の存在を大いに減ずるファイバ製造技術の発達により、１ｄＢ／ｋｍの１０分の１またはそれ以下のオーダーまで大いに減少している。
【０００３】
低損失光ファイバが開発された後、他のシステムパラメータが、光通信システムのさらなる発達のために重要になっている。例えば、ファイバは色分散を持っており、すなわち、放射線の伝播速度はその周波数に依存する。固体レーザの形の狭帯域光源が開発されている。これらのレーザは、典型的に、異なる速度で伝播するいくつかの比較的近接したモードで放射する。マルチモードの存在と色分散の存在は、データ伝送速度または伝送距離のどちらかに限られる。これらの問題を克服するために、単一モードのみを発する分散帰還（ＤＦＢ）レーザ等の放射線源が開発されている。
【０００４】
しかしながら、ＤＦＢレーザの単一モード変調された光でさえ、色分散が存在する場合にパルスをまき散らさせる有限の帯域幅を持っている。この問題を解決する１つの方法は分散シフトされたファイバを開発し、これは頭辞語ＤＳＦと呼ばれることがある。分散シフトされたファイバは、色分散が非常に少ないかまたはまったくない領域を有する。しかしながら、このようなファイバの使用はいくつかの欠点に悩まされる。まず、レーザは、ファイバが色分散を持たない周波数で発するように選択されなければならない。次に、たいして分散シフトされていないファイバがすでに取り付けられている。
【０００５】
ファイバ色分散を補償する他の技術は、分散シフトされていないファイバによって付加される前述の制限を克服する場合に望ましい。１つの技術は、送信機と受信機間の伝送路の任意の地点に分散補償ファイバ（ＤＣＦ）を挿入する。ファイバの長さは、一定の伝送長さの分散補償を提供するように、したがって、延長された距離にわたる伝送またはより高いデータ速度の伝送を可能にするように選択される。この方法は、ＤＣＦの追加コストと、より重大なことに、このようなファイバによって導入される損失に悩まされる。これらの損失は、少なくともシステムファイバの損失に匹敵し、システム能力を制限する。
【０００６】
ＥＰ０６５８９８８Ａ１から、ＤＣＦのコストを低減すると共にＤＣＦで導入される損失を補償する装置が知られている。この装置は、少なくとも第１、第２及び第３のポートを有する光サーキュレータを備えている。また、この装置は、折り返し手段と、折り返し手段を第２のポートに接続するＤＣファイバ等の分散補償導波路も備えている。サーキュレータには増幅器が接続される。増幅器は、ポンプレーザと、マルチプレクサと、ドープされたファイバとを備えている。ポンプレーザはマルチプレクサに接続され、ファイバ増幅器は折り返し手段とサーキュレータの第２のポートの間に接続されている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の目的は、光分散の補償装置を提供することにある。また、本発明の目的は、光分散補償のコストをさらに低減することにある。
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、光信号を上記通信システムから分散補償手段に結合し、第１の時間の間上記分散補償手段中を通過させるステップと、上記光信号を上記分散補償手段中を第２の時間の間折り返し通過させるステップとからなり、光通信システム中を通過する上記光信号の光分散を補償する方法であって、上記光信号を、上記通信システムに折り返し結合させる前に少なくとも第３の時間の間上記分散補償手段中を折り返し通過させるステップを含むことを特徴とする方法が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、光信号を上記通信システムから分散補償手段に結合し、第１の時間の間上記分散補償手段中を通過させる入力手段と、上記分散手段に接続され、上記光信号を上記分散補償手段中を第２の時間の間折り返し通過させる第１の折り返し手段と、上記光信号を上記通信システムに折り返し結合する出力手段とからなり、光通信システム中を通過する上記光信号の光分散を補償する装置であって、上記入力手段に接続され、上記光信号を、上記光信号が上記出力手段まで通過する前に、少なくとも第３の時間の間上記分散補償手段中を折り返し通過させる第２の折り返し手段を含むことを特徴とする装置が提供される。
【００１０】
本発明の利点は、光伝送線の分散を補償するのに必要とされる分散補償ファイバの長さにおけるさらなる低減が可能となることである。
特に、この目的は、光分散の補償装置であって、第１、第２及び第３のポートを有する偏光ビームスプリッタと、分散補償手段と、折り返し信号の偏光方向を変える第１の折り返し手段と、第２の折り返し手段とを備えた装置を提供することによって達成される。分散補償手段の一方の端部は偏光ビームスプリッタの第３のポートに接続され、他方の端部は第１の折り返し手段に接続される。第２の折り返し手段は偏光ビームスプリッタの第２のポートに接続される。偏光ビームスプリッタの第１のポートは、異なる偏光モードの入力及び出力信号のための装置の入力及び出力を形成する。
【００１１】
好適な実施例では、第１、第２及び第３のポートを有する光サーキュレータが、その第２のポートで偏光ビームスプリッタの第１のポートに接続される。光サーキュレータの第１及び第３のポートは、光伝送線を形成する光ファイバに接続される。
【００１２】
本発明は、以下の詳細な説明からより十分に理解され、本発明のさらなる適用範囲が明らかになるだろう。しかしながら、この詳細な説明は例示としてのみ与えられる、なぜなら、本発明の精神及び範囲内にある種々の変形及び修正は当業者に明らかになるだろうからである。
以下の詳細な説明は、本発明による装置の概略図を示す２つの図面を伴う。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に示されているのは、送信機Ｌ１乃至Ｌｎと、光マルチプレクサ１と、光サーキュレータ２と、偏光ビームスプリッタ４と、分散補償手段５と、第１の折り返し手段６と、第２の折り返し手段３と、受信機９と、上述の構成要素を相互接続する光ファイバＡ乃至Ｆである。
【００１４】
送信機Ｌ１乃至Ｌｎは、典型的には半導体レーザからの放射線を変調した光信号を提供する。光マルチプレクサ１は特に波長選択可能なマルチプレクサとすることができる。光マルチプレクサ１は送信機Ｌ１乃至Ｌｎの信号を合成する。サーキュレータ２は第１のポート２１、第１のポート２２及び第３のポート２３を有する。受信機９は、特に、光デマルチプレクサと、放射線を検出して電気信号に変換する光検出器とから構築することができる。図示の光ファイバＡ乃至Ｆはシリカベースの単一モードファイバとすることができる。ファイバの特性は光信号の波長に依存する。
【００１５】
偏光ビームスプリッタ４は、第１の偏光モード、例えばＴＥモード、の光信号または放射線を、第１のポート４１を介して第３のポート４３に通したり、第３のポート４３を介して第１のポート４１に通したりすることができる。偏光が９０度回転している、例えばＴＭモードの光信号または放射線は、その第１のポート４１またはその第３のポート４３のどちらかから第２のポート４２に通される。第１及び第２の折り返し手段６及び３は、各々、ファイバＦ及びＤに書き込まれる誘電体ミラーまたは回折格子で作ることができる。折り返し手段６及び３としてのリニアまたはチャープド（Ｃｈｉｒｐｅｄ）回折格子の使用は本発明の範囲内にある。
【００１６】
第１の折り返し手段６は、さらに、印加された信号または放射線の偏光を９０度回転させるファラデー回転子７を含む。第１の折り返し手段６のミラーまたは回折格子８と、ファラデー回転子７は、別々の独立した構成要素とするかまたは１個の構成要素にそれらの機能を結合して一体にするかのどちらでも良い。分散補償手段５は分散補償ファイバ（ＤＣＦ）とすることができる。必要とされるＤＣＦの長さは、それ自身の特性と、光ファイバＡ及びＢの長さ及び特性とによって決まる。原理的に、ＤＣＦの長さが、光伝送線を形成する光ファイバＡ及びＢの分散が完全に補償されるように選択されることは技術上周知である。本発明のために必要なＤＣＦの長さは以下から明らかになるだろう。
【００１７】
上述したように、光信号は、送信機Ｌ１乃至Ｌｎと光マルチプレクサ１で発生する。送信機Ｌ１乃至Ｌｎ内で、レーザは変調された放射線を提供する。レーザの放射線は好適な偏光モードを有していることが知られている。送信機Ｌ１乃至Ｌｎの放射線が１つだけの偏光モード、例えばＴＥモード、を有していることを保証するために、偏光コントローラまたは偏光維持ファイバを使用することができる。マルチプレクサ１が、上述の仕方で発生した送信機Ｌ１乃至Ｌｎの信号を合成した後、光信号は光ファイバＡに結合される。光ファイバＡは光サーキュレータ２の第１のポート２１に接続され、光サーキュレータ２は、光信号を、光サーキュレータ２の第２のポート２２に接続されている光ファイバＣに結合する。光ファイバＣの他方の端部は偏光ビームスプリッタ４の第１のポート４１に接続されている。
【００１８】
上述したように、予め決められた偏光モードＴＥを有する光信号は偏光ビームスプリッタ４を通過し、偏光ビームスプリッタ４の第３のポート４３に接続されている光ファイバＥに結合される。光ファイバＥの他方の端部は、他の光ファイバＦで第１の折り返し手段６に接続されているＤＣＦ５に接続されている。また、ＤＣＦ５を偏光ビームスプリッタ４の出力４３と第１の折り返し手段６の入力に直接接続することも可能である。
【００１９】
光信号は第１の折り返し手段６のミラー８で反射され、その偏光が、第１の折り返し手段６の一部であるファラデー回転子７で、第２の偏光モードＴＭまで９０度だけ回転される。光信号は再びＤＣＦ５を通過し、第３のポート４３を介して再び偏光ビームスプリッタ４に到達する。光信号の偏光モードは第１の折り返し手段６のファラデー回転子７で変更されるので、光信号は、偏光ビームスプリッタ４の第２のポートに接続されている光ファイバＤに結合される。
【００２０】
光ファイバＤの他方の端部は、光信号を反射する第２の折り返し手段３に接続されている。光信号は、その第２のポート４２から再び偏光ビームスプリッタ４に入り、第３の時間の間ＤＣＦ５を通過する。
【００２１】
第１の折り返し手段６において、光信号はミラー８で再び反射され、その偏光がファラデー回転子７で第２の時間の間９０度だけ回転され、その結果、光信号の偏光モードは再びＴＥになる。
【００２２】
光信号は第４の時間の間ＤＣＦを通過し、次に、偏光ビームスプリッタ４中を第３のポート４３を介して第１のポート４１まで通過する。光信号は、光ファイバＣによって光サーキュレータ２の第２のポート２２に結合される。
【００２３】
光サーキュレータ２は、光信号を、その第３のポート２３に接続されている光ファイバＢに結合する。最終的に、光信号は、さらなる処理のために受信機９で受信される。
【００２４】
上記の説明からわかるように、本発明のために必要なＤＣＦ５の長さは、通常必要とされている長さの４分の１か、または上述のＥＰ０６５８９８８Ａ１に説明されているように最新技術から知られているような長さの半分だけになっている。
【００２５】
光信号は異なる偏光モード状態でＤＣＦ５を４回通過するので、９０度だけの偏光の回転のため、ＤＣＦ５で生じる偏光モード分散の補償が達成されることが他の利点である。
【００２６】
ＤＣＦ５で生じる光信号の損失を補償するために、ファイバ増幅器、例えばエルビウムドープ型ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を使用することができる。１つまたはそれ以上のファイバ増幅器を、光信号の通路に沿って、例えば光ファイバのＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＦで示される位置のどこにでも挿入することができる。また、任意の位置５１でＤＣＦ５を切断し、切断されたＤＣＦ５の２つの部分を接続するようにファイバ増幅器を配置することも可能である。他に可能なのは、ＤＣＦ５に光を注入することによりファイバ増幅器としてＤＣＦ自体を使用することである。また、このような増幅器はラーマンファイバ増幅器とも呼ばれている。
【００２７】
また、位置Ｄ，Ｅ，Ｆまたは５１のどこでも偏光感応フィルタを挿入し、伝播路に沿ってパワーレベルを等しくすることが効果的である。
【００２８】
上記のものは単方向信号伝送を説明している。しかしながら、本発明は図２に示される双方向伝送にも適用可能であることが明らかである。示されているのは、光サーキュレータ２の第１のポート２１及び第３のポート２３に接続されている送信機１０及び１１である。送信機１０及び１１は、それぞれ、第１の送信機及び第２の受信機と、第１の受信機と第２の送信機を備えている。送信機及び受信機は、明快にするために個別的に示されていない。双方向伝送のために、光サーキュレータ２は４つのポートを必要とし、第４のポート２４は、さらに、偏光ビームスプリッタ４′と、ＤＣＦ５′と、折り返し手段３′及び６′からなる第２の装置を接続するのに使用されるが、上記に説明した装置は第２のポートに接続されている。より詳細にするために、ＥＰ０６５８９８８Ａ１の参照を行うことができる。
【００２９】
例として、本発明は、波長分割多重化（ＷＤＭ）で合成された複数の単一信号からなる光信号を用いて説明されている。本発明は、ＷＤＭに限らず、他の光信号にも適用可能であることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の概略図を示す。
【図２】本発明による装置の概略図を示す。

Claims

光通信システム(1,A,2,b,9)を通過する光信号の光分散を補償するための装置であって、
光信号分散補償手段(5)と、
前記光通信システムからの光信号を前記分散補償手段(5)に結合し、第1の時間の間前記分散補償手段中を前記光信号を通過させるための、偏光ビームスプリッタを含む入力手段と、
前記分散補償手段(5)に結合された、偏光回転手段(7)を含む第1の折り返し手段(6,7,8)と、ここで前記光信号は前記第1の折り返し手段により折り返され、偏光を回転されて第2の時間の間前記分散補償手段(5)を通過し、
前記偏光ビームスプリッタへ結合された第2の折り返し手段(3)であって、前記第2の折り返し手段は、前記偏光ビームスプリッタを介して前記第2の折り返し手段へ向けられた前記回転された偏光を有する光信号を折り返し、折り返された前記光信号は更に前記偏光ビームスプリッタを介して第3の時間の間前記分散補償手段中を通過し、前記第3の時間の間前記分散補償手段を通過した光信号は前記第1の折り返し手段により折り返され偏光が回転されて、第4の時間の間前記分散補償手段を通過して、前記通信システムへ前記光信号を結合させるための偏光ビームスプリッタを含む出力手段へ提供される
ことを特徴とする装置。
請求項１記載の装置において、前記偏光ビームスプリッタは、第１（41)、第２（42）及び第３（43）のポートを有し、前記第１のポートは前記入力手段と前記出力手段を構成し前記通信手段へ接続し、前記第２のポートは前記第２の繰り返し手段へ接続し、及び前記第三のポートは前記分散補償手段へ接続されていることを特徴とする装置。
請求項２記載の装置において、前記第１の折り返し手段は、前記光信号の偏光を回転させ、回転光信号を形成するファラデー回転子（7）及びミラー（8）からなることを特徴とする装置。
請求項3記載の装置において、前記ファラデー回転子及び前記ミラーは単一の要素に組み合わされていることを特徴とする装置。
光通信システム(1,A,2,b,9)を通過する光信号の光分散を補償する方法において、
偏光ビームスプリッタを介して、前記通信システムから分散補償手段(5)へ前記光信号を結合させ、前記光信号を第1の時間の間前記分散補償手段を通過させる工程、
前記光信号の偏光を回転させ(6,7)、その光信号を折り返し(6,8)て第2の時間の間前記分散補償手段を通過させる工程、
前記回転された偏光を有する光信号を折り返して第3の時間の間前記分散補償手段を通過させる工程、
前記通信システムへ折り返し結合させる前に、前記偏光を回転された光信号の偏光を更に回転させ、第4の時間の間前記分酸補償手段を通過させる工程であって、ここで、前記偏光ビームスプリッタはこの光信号を前記通信システムへ結合させる
を含むことを特徴とする方法。