JP3746738B2 - 光伝送システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１．３μｍ帯零分散シングルモード光ファイバに代表されるシングルモード光ファイバを用いて1．46〜1．63μｍ帯から選択された使用波長帯で光信号を伝送する際に生じる波長分散を、分散補償光ファイバにより広い波長範囲で補償して光伝送する光伝送システムに関し、特に、残留分散を小さくして４０Gb/s以上の高速伝送を可能とする光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エルビウム添加光ファイバ増幅器が実用化されたことによって、波長1．53〜1．63μm帯では超長距離無再生中継など、光増幅器を用いた光伝送システムが既に商用化されている。また、通信容量の増大に伴い、波長多重伝送の開発が急速に進められ、既にいくつかの光伝送路については商用化されている。今後は、広帯域化と波長間隔を狭くすることで、より一層波長多重数が増加していくと考えられるが、さらに１波長あたりの伝送速度の高速化も進んでいくと考えられる。波長多重伝送のためには、使用する波長帯域において、伝送用光ファイバの有する伝送損失を含めて、エルビウム添加光ファイバ増幅器による利得差が出来るだけ小さく、波長分散は伝送途中ではある程度大きく、伝送システム全体としては伝送帯域全てに亙ってある程度小さいことが重要である。
【０００３】
また、最近の長距離システムでは、波長多重数が急激に伸び、光ファイバを伝搬する光のパワーが急激に増加するため、非線形効果の抑制技術が必須である。この非線形学効果の大きさは、
ｎ2/Aeff
で表される。ここで、ｎ2は光ファイバの非線形屈折率、Aeffは光ファイバの実効断面積である。非線形効果を低減するためにはｎ2を小さくするか、Aeffを大きくする必要があるが、ｎ2が材料に固有の値であるため石英系の光ファイバでは大きく低減させることは困難である。そのため現在の非線形抑制光ファイバの開発はAeffを大きくすることに主眼が置かれている。
【０００４】
現在、1．3μｍ帯零分散シングルモード光ファイバ網は、世界中に広がっている。この光ファイバ網を用いて1．55μmの伝送を行うと、この1．55μm帯では、約＋17ps/nm/kmの波長分散が生じる。そのためこの光ファイバを用いて信号を伝送すると、波長分散の影響で伝送特性が大きく劣化する。
そのため、この波長分散を補償するために分散補償光ファイバの開発が進められ、既に商用化されている。この分散補償光ファイバは、1．55μm帯で大きな負の分散を持っており、適切な長さの分散補償光ファイバと伝送用光ファイバとを接続することで、伝送用シングルモード光ファイバで生じた正の分散を相殺することができる。残留分散は高速伝送の障害となるが、このようにして蓄積した分散を補償することにより高速通信が可能となる。
【０００５】
標準型シングルモード光ファイバを用いた光伝送路の分散スロープ、波長分散を補償する分散補償光ファイバモジュールの需要は急激に伸びている。これらのモジュールは既に出願済みの筆者等による以下の発明や学会報告などの技術により製造することが可能である。
例えば、出願としては、特開２００１-３１８２５９、特開２００１-３３７２４５、特開２００２-９８８５３、特開２００２-５５２５１、特開２００２-７１９９６などがあり、学会報告としては、例えば、゛Large-effective-area dispersion compensating fibers for dispersion accommodation both in the Ｃ and L band゛，OECC’00，Technical Digest，14C4-4，pp．554-555，2000などがある。
分散補償光ファイバは、その屈折率分布を図３に示す形状とし、各層の外径比、屈折率を適切に設定することで、実効断面積を大きくし低非線形を維持することが可能となっている。
これらの技術を用いることにより、図４に示すように伝送路の蓄積分散を広い波長範囲で補償することが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、伝送速度は光伝送路の蓄積分散により制限されるため、分散補償光ファイバモジュールとしては、使用波長帯の一波長ではなく広い波長帯域で分散補償が可能な分散スロープ補償型分散補償光ファイバモジュールの需要が高まっている。ここで、分散スロープ補償率とは、伝送用シングルモード光ファイバの分散スロープに対する分散補償光ファイバの分散スロープの割合を、伝送用シングルモード光ファイバの分散値に対する分散補償光ファイバの分散値の割合で割ったものである。蓄積分散と伝送速度の関係を図５に示す。
伝送距離は、伝送路の偏波分散や伝送損失により制限されるが、1．3μm帯分散シングルモード光ファイバの伝送距離は、分散補償光ファイバモジュールの損失なども考慮すると400km程度である。そして図５より40Gb/sの高速伝送を行うためには、残留分散を±65ps/nm以下にする必要がある。このような高速伝送を達成させるためには、分散補償光ファイバモジュールとしては、伝送路に蓄積された残留分散を補償できるようにモジュールの分散を正確に合わせ、分散スロープ補償率も100％に近くする必要がある。
【０００７】
分散補償光ファイバモジュールに用いられる分散スロープ補償型分散補償光ファイバは、屈折率分布制御技術の発達により、100％に近い分散スロープ補償率を得られるようになったが、屈折率プロファイルの変化に対して分散スロープ補償率の感度が非常に高いために、量産するとある分布を持つようになる。
例えば、分散補償対象である1．3μｍ帯零分散シングルモード光ファイバを、波長1530〜1570nm帯において分散補償するために、この波長帯域の中心の波長である1550nmで必要な分散量を微調整して、分散誤差を±1．0％以内に収め、さらに分散補償光ファイバを選択することで分散スロープ補償率も100±10％にすることは可能であるが、このような高性能な分散補償光ファイバを用いてモジュール製造を行うと、光ファイバの歩留まりの低下をもたらしコスト増となる。
【０００８】
また、このように高性能な分散補償光ファイバモジュールを用いても、約400km毎のスパン内での分散補償光ファイバの分散スロープ補償率に偏りがあると、使用波長の両端側の波長で±65ps/nmを超えてしまうことがある。
例えば、中心波長での分散誤差を0．7％、分散スロープ補償率を100±10％とした分散補償光ファイバを用いて、伝送距離約４００ｋｍの光伝送路の波長分散を約８０ｋｍ毎に補償したときの補償後の残留分散の様子を図６に示している。
図６からわかるように、補償後の残留分散の最大値は、使用波長の両端側の波長である１５３０ｎｍと１５７０ｎｍにおいて最大で±95ps/nmとなる。そのため、40Gb/s以上の高速伝送になると、分散補償光ファイバの特性や配置によって光伝送システムの伝送特性が劣化することとなる。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、分散補償光ファイバの歩留まりを維持しつつ、残留分散を小さくして40Gb/s以上の高速伝送を可能とする光伝送システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、使用波長帯域内において正の波長分散及び正の分散スロープを有する伝送用光ファイバと、負の波長分散および負の分散スロープを有する分散補償光ファイバとからなる一組の伝送路スパンがｎ個複数接続されてなる光伝送路を有する光伝送システムにおいて、伝送用光ファイバおよび分散補償光ファイバの分散スロープと光ファイバ長とが各伝送路スパンｉにおいて式（１）、式（２）、式（３）を満たし、光伝送路全体において式（４）、式（５）を満たすことを特徴とする光伝送システムである。このように、各伝送路スパンにおける分散補償の条件を比較的緩やかに設定し、これらの分散補償光ファイバを複数本組み合わせて用いることにより、光伝送路全体としては十分な分散補償がなされるようにしたことにより、歩留まりを維持しつつ、残留分散を小さくして４０Ｇｂ／ｓ以上の高速伝送が可能な光伝送システムを実現することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光伝送システムにおいて、前記伝送路スパンについての式（６）の値が正の値をとる伝送路スパンと負の値をとる伝送路スパンとが組み合わされて形成されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の光伝送システムにおいて、前記伝送路スパンについての式（６）の値が正の値をとる伝送路スパンと負の値をとる伝送路スパンとが交互に接続されて形成されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の光伝送システムにおいて、使用波長帯域内で、正の波長分散および正の分散スロープを有する伝送用光ファイバと、負の波長分散および負の分散スロープを有する分散補償光ファイバとからなる一組の伝送路スパンが少なくとも２個以上接続されてなる光伝送路を有する光伝送システムにおいて、式（６）の値が正の値を有する少なくとも１つ以上の伝送路スパンと、式（６）の値が負の値を有する少なくとも１つの伝送路スパンとから形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、前記使用波長帯域の帯域幅ｅに対して、式（７）、式（８）を満たすことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、ａ≧２ｃ、ｂ≦２ｄであることを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、前記分散補償光ファイバが光ケーブルとして組み込まれていることを特徴とする。
請求項８記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、前記分散補償光ファイバが光モジュールとして組み込まれていることを特徴とする。
請求項９記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、前記分散補償光ファイバが、それぞれ個々の分散補償光ファイバモジュールを構成し、これらの分散補償光ファイバモジュールが組として請求項１の条件を満たすように使用されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項１０記載の発明は、請求項１から９のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、前記使用波長帯域が1460nmから1530nmの波長範囲から任意に選択された波長範囲であることを特徴とする。
請求項１１記載の発明は、請求項１から９のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、前記使用波長帯域が1530nmから1565nmの波長範囲から任意に選択された波長範囲であることを特徴とする。
請求項１２記載の発明は、請求項１から９のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、前記使用波長帯域が1565nmから1625nm の波長範囲から任意に選択された波長範囲であることを特徴とする。
請求項１３記載の発明は、請求項１から１２のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、使用波長帯域内において分散補償後の残留分散が±65ps/nm以内に抑えられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項１４記載の発明は、請求項１から１３までのいずれかに記載の光伝送システムにおいて、コアとその外周上に設けられたクラッドとからなり、該コアが、クラッドの屈折率より大きい屈折率を有する中心コア部と、この中心コア部の外周上に設けられクラッドの屈折率より小さい屈折率を有する中間コア部と、この中間コア部の外周上に設けられクラッドの屈折率より大きい屈折率を有するリングコア部とからなり、リングコア部半径が６μｍから９μｍ、中心コア部半径に対する中間コア部半径の比が２．５から４．０、中間コア部半径に対するリングコア部半径の比が１．１から２．０であり、クラッドに対する中心コア部の比屈折率差が＋１．２％から＋１．７％、クラッドに対する中間コア部の比屈折率差が−０．２０％から−０．４５％、クラッドに対するリングコア部の比屈折率差が＋０．２％から＋１．１％であり、１．４６０μｍ〜１.６２５μｍから選択された使用波長帯における実効断面積が２０μｍ2以上、前記使用波長帯における曲げ損失が２０dB/ｍ以下、前記使用波長帯における波長分散が−７０〜−１００ ps/nm/ｋｍの範囲にあり、かつ前記使用波長帯において、実質的な使用状態においてシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有する光ファイバを分散補償光ファイバとして用いたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の光伝送システムの第１の例を図１に示す。
図１中、符号１は伝送用光ファイバであり、この伝送用光ファイバ１のスパン毎に分散補償光ファイバ２が接続されている。この伝送用光ファイバ１と分散補償光ファイバ２とで１組の光伝送路スパンが形成され、この１組の光伝送路スパンが多段に接続されて全体の光伝送路が形成されている。送信部３と受信部４とは、この光伝送路によって接続されて光伝送システムが形成されている。
この光伝送路においては、伝送用光ファイバ１および分散補償光ファイバ２の分散スロープＳｔi、Ｓｄi、伝送用光ファイバ１および分散補償光ファイバ２の光ファイバ長Ｌｔi、Ｌｄiは、各伝送路スパンにおいて式（１）、式（２）、式（３）を満たし、光伝送路全体において式（４）、式（５）を満たすような分散補償光ファイバ２が用いられている。なお、分散スロープとは、波長の変化に対する波長分散の変化の割合をいう。
【００１６】
この例の光伝送システムにおいては、光伝送の際に、正の波長分散および正の分散スロープを有する伝送用光ファイバ１によって正の波長分散を生じるが、各伝送路スパンに設けられた分散補償光ファイバ２は負の波長分散及び負の分散スロープを有しているため、伝送用光ファイバ１によって生じた正の波長分散は、分散補償光ファイバ２によって補償される。
式（１）において、Ｓｔi×Ｌｔiは、正の波長分散及び正の分散スロープを有する伝送用光ファイバ１の、伝送路スパンｉでのスパン長にわたる分散スロープであり、正の値を持つ。これに対し、Ｓｄi×Ｌｄiは、負の波長分散及び負の分散スロープを有する分散補償光ファイバ２の、伝送路スパンｉでのスパン長にわたる分散スロープであり、負の値を持つ。
【００１７】
従って、式（１）の分子であるＳｔi×Ｌｔi＋Ｓｄi×Ｌｄiは、伝送用光ファイバ１と分散補償光ファイバ２とで構成される伝送路スパンｉにおける、分散補償後の分散スロープであり、分散補償の程度によって正、負、または０の値をとる。
これを、伝送路スパンｉでの、伝送用光ファイバ長と分散補償光ファイバ長との和であるＬｔi＋Ｌｄiで割ることによって、伝送路スパンｉの光ファイバ長あたりの、分散補償後の分散スロープが求められる。定数ａ、ｂは、この光ファイバ長あたりの分散補償後の分散スロープの値である。
【００１８】
一方、式（４）において、ΣＳｔiＬｔiは、正の波長分散及び正の分散スロープを有する伝送用光ファイバ１の、伝送路全体での光ファイバ長にわたる分散スロープであり、正の値を持つ。これに対し、ΣＳｄiＬｄiは、負の波長分散及び負の分散スロープを有する分散補償光ファイバ２の、伝送路全体での光ファイバ長にわたる分散スロープであり、負の値を持つ。
従って、式（４）の分子であるΣＳｔiＬｔi＋ΣＳｄiＬｄiは、伝送用光ファイバ１と分散補償光ファイバ２とで構成される伝送路全体における、分散補償後の分散スロープであり、分散補償の程度によって正、負、または０の値をとる。
【００１９】
これを、伝送路全体での、伝送用光ファイバ長と分散補償光ファイバ長との和であるΣ（Ｌｔi＋Ｌｄi）で割ることによって、伝送路全体の光ファイバ長あたりの、分散補償後の分散スロープが求められる。定数ｃ、ｄは、この伝送路全体の光ファイバ長あたりの分散補償後の分散スロープの値である。
この分散補償光ファイバ２による分散補償に際しては、式（５）において、ｃ＞ａ、かつｄ＜ｂとしていることからわかるように、式（１）に示す各伝送路スパンにおける分散補償の条件を比較的緩やかに設定し、これらの分散補償光ファイバ２を複数本組み合わせて用いることにより、光伝送路全体としては、式（４）に示すように、式（１）に比べて分散スロープ補償の条件を厳しくして、広い波長範囲で十分に分散補償がなされるようにしている。
【００２０】
この例の光伝送システムにおいては、使用波長帯域の帯域幅ｅに対して、式（７）、式（８）を満たすようにｃ及びｄが設定されていることが好ましい。
４０Ｇｂ／ｓ以上の高速伝送が可能な光伝送システムを実現するためには、前述したように、分散補償後の残留分散を使用波長帯域全体にわたって±65ps/nm以内に抑えることが必要となる。使用波長帯域の中心波長において残留分散が０となるように分散補償を行った結果、使用波長帯域の最短波長及び最長波長において、残留分散が±65ps/nmとなったとすると、使用波長帯域の帯域幅をｅとして、中心波長から最短波長及び最長波長までの分散スロープは、６５÷（ｅ／２）となる。
従って、式（4）に示した、伝送路全体における、光ファイバ長あたりの分散補償後の分散スロープの絶対値は、６５÷（ｅ／２）を伝送路全体の光ファイバ長Σ（Ｌｔi＋Ｌｄi）で割った値以下であることが必要となる。式（７）、式（８）を満たすようにｃ及びｄが設定されていることが好ましいとするのは、このような理由からである。
【００２１】
また、ａとｂについては、ａ≧２ｃ、ｂ≦２ｄの関係を満たすことが好ましい。
これは、ａ及びｂがこの関係を満たすように、各伝送路スパンにおいて分散補償がなされていれば、これらの伝送路スパンを接続することによって、光伝送路全体について、分散補償後の残留分散を使用波長帯域全体にわたって小さく抑えることができるからである。また、ａとｃ、ｂとｄとの関係をこのように設定することによって、各伝送スパンにおける残留分散の変化を小さくすることができ、伝送特性を向上させることができる。
また、ａとｃ、ｂとｄとの関係をこのように設定することによって、各伝送路スパンにおいて用いられる分散補償光ファイバの分散特性を比較的緩やかにすることができ、分散補償光ファイバの歩留まりを向上することができる。
【００２２】
図２に、本発明の光伝送システムの第２の例を示す。
図２においても、符号１は伝送用光ファイバであり、この伝送用光ファイバ１のスパン毎に分散補償光ファイバ２が接続されている。この伝送用光ファイバ１と分散補償光ファイバ２とで１組の伝送路スパンが形成され、この１組の伝送路スパンが多段に接続されて全体の光伝送路が形成されている。
この例においても、送信部３と受信部４とがこの光伝送路に接続されて光伝送システムが形成されているが、この例の光伝送システムにおいては、途中の伝送路スパンで光信号を取り出して受信部４でこの光信号を受信し、または途中に送信部３を設けて、この送信部３から光信号を送出している。
そのため、式（１）の分子であるＳｔiＬｔi＋ＳｄiＬｄiは、正、負の値を交互にとることが望ましい。また、ＳｔiＬｔi＋ＳｄiＬｄiの値が正または負のいずれかで連続する場合には、その後でＳｔiＬｔi＋ＳｄiＬｄiの値が逆符合となるように分散補償光ファイバを配置することが望ましい。その結果、光伝送路の任意の点における残留分散を小さくすることができる。
【００２３】
上述した分散補償光ファイバ２は、例えば、図３に示す屈折率分布を有している。
図３中、符号１１は中心コア部、符号１２は中心コア部１１の外周上に設けられた中間コア部、符号１３は中間コア部１２の外周上に設けられたリングコア部、符号１４はリングコア部１３の外周上に設けられたクラッドである。
中心コア部１１は、クラッド１４の屈折率より大きい屈折率を有し、中間コア部１２は、クラッド１４の屈折率より小さい屈折率を有し、リングコア部１３は、クラッド１４の屈折率より大きい屈折率を有する。
図３に示すように、中心コア部１１の半径をａ、中間コア部１２の半径をｂ、リングコア部１３の半径をｃとすると、中心コア半径に対する中間コア半径の比ｂ／ａは２．５から４．０であり、中間コア半径に対するリングコア半径の比ｃ／ｂは１．１から２．０であり、リングコア半径ｃは６μｍから９μｍとなるようにこの分散補償光ファイバは形成されている。
【００２４】
また、クラッド１４に対する中心コア部１１の比屈折率差Δ１は＋１．２％から＋１．７％、クラッド１４に対する中間コア部１２の比屈折率差Δ２は―０．２０％から―０．４５％、クラッド１４に対するリングコア部１３の比屈折率差Δ３は＋０．２％から＋１．１％である。
この分散補償光ファイバ２は、例えば、１．４６０μｍから１．６２５μｍから選択された使用波長帯域における実効コア断面積が２０μｍ2以上、前記使用波長帯域における曲げ損失が２０ｄＢ／ｍ以下、前記使用波長帯域における波長分散が−６５〜−１００ps/nm/kmの範囲であり、実質的にシングルモード光を伝搬することが可能なカットオフ波長を有している。
【００２５】
この光伝送システムにおいては、その使用波長帯域は、1460nmから1530nmの波長範囲、1530nmから1565nmの波長範囲、または1565nmから1625nm の波長範囲から任意に選択されることが好ましい。
【００２６】
この例の光伝送システムによると、使用波長帯域内において正の波長分散を有する伝送用光ファイバ１と、負の波長分散および負の分散スロープを有する分散補償光ファイバ２とからなる一組の伝送路スパンが複数接続されてなる光伝送路を有する光伝送システムにおいて、各伝送路スパンにおける分散補償の条件を比較的緩やかに設定し、各伝送スパンの残留分散を管理し、適切に配置することにより、光伝送路全体としては十分な分散補償がなされるようにしたことにより、分散補償光ファイバの歩留まりを維持しつつ、分散補償後の残留分散を使用波長帯域全体にわたって±65ps/nm以内に抑えることができ、４０Ｇｂ／ｓ以上の高速伝送が可能な光伝送システムを実現することができる。
【００２７】
以上の例においては、分散補償光ファイバをケーブル化して光伝送路を形成した例について説明したが、分散補償光ファイバを用いて分散補償された光伝送システムはこれに限定されるものではなく、分散補償光ファイバを用いて光モジュールを形成し、既存の光伝送路の受信部側、又は送信部側にこの光モジュールを挿入して波長分散、及び分散スロープを補償することも可能である。
【００２８】
以下、具体例を示す。
（実施例１）
正の波長分散及び正の分散スロープを有する伝送用シングルモード光ファイバ８０km毎に、負の波長分散及び負の分散スロープを有する分散補償光ファイバを挿入し、光伝送路の波長分散を広範囲で補償した。ここでの使用波長範囲は、1530nm〜1570nmであり、この使用波長範囲の中心波長である1550nmにおいて分散補償を行った。
シングルモード光ファイバの各波長での分散特性は、波長1530nm帯で15．8ps/nm/km、波長1550nm帯で17．0ps/nm/km、波長1570nm帯で18．2ps/nm/kmである。また、各スパンで用いた分散補償光ファイバは、表１に示すように、中心波長での累積分散誤差が±３．０％以下であり、分散スロープ補償率は１００±３０％以内であって、各スパンにおいて式（１）を満たし、分散補償条件を比較的緩やかに設定した分散補償光ファイバであった。
【００２９】
【表１】
【００３０】
シングルモード光ファイバ80km毎に表１の分散補償光ファイバをModule-Aから順に挿入して分散補償した結果、波長1530nm帯では−12ps/nm、波長1550nm帯では＋24ps/nm、波長1570nm帯では＋60ps/nmの残留分散が残った。
このように、この例で用いた分散補償光ファイバは、個々のスパンでの分散補償条件を後述する比較例よりも緩やかにしたにもかかわらず、伝送路全体での分散補償条件が式（４）、式（５）、式（７）、式（８）を満たすようにしているため、使用波長帯域内での最大残留分散の絶対値を６０ps/nmとすることが可能となり、40Gb/sの高速伝送を行うために必要な残留分散の条件である±65ps/nm以下とすることができた。そのため、さらに分散補償する必要はなかった。
【００３１】
（実施例２）
正の波長分散及び正の分散スロープを有する伝送用シングルモード光ファイバ８０km毎に、負の波長分散及び負の分散スロープを有する分散補償光ファイバを挿入し、光伝送路の波長分散を広範囲で補償した。ここでの使用波長範囲は、1530nm〜1570nmであり、この使用波長範囲の中心波長である1550nmにおいて分散補償を行った。
シングルモード光ファイバの各波長での分散特性は、波長1530nm帯で15．8ps/nm/km、波長1550nm帯で17．0ps/nm/km、波長1570nm帯で18．2ps/nm/kmである。また、各スパンで用いた分散補償光ファイバは、表２に示すように、中心波長での累積分散誤差が±３．０％以下であり、分散スロープ補償率は１００±３０％以内であって、各スパンにおいて式（１）を満たし、分散補償条件を比較的緩やかに設定した分散補償光ファイバであった。
【００３２】
【表２】
【００３３】
シングルモード光ファイバ80km毎に表２の分散補償光ファイバをModule-Ｆから順に挿入して分散補償した結果、波長1530nm帯では-36ps/nm、波長1550nm帯では-19ps/nm、波長1570nm帯では-3.3ps/nmの残留分散が残った。
このように、この例で用いた分散補償光ファイバは、個々のスパンでの分散補償条件を後述する比較例よりも緩やかにしたにもかかわらず、伝送路全体での分散補償条件が式（４）、式（５）、式（７）、式（８）を満たすようにしているため、使用波長帯域内での最大残留分散の絶対値を３６ps/nmとすることが可能となり、40Gb/sの高速伝送を行うために必要な残留分散の条件である±65ps/nm以下とすることができた。そのため、さらに分散補償する必要はなかった。
また、分散スロープ補償率が１００％以上と１００％以下のモジュールを各伝送路スパンにおいて交互に挿入しなくても、途中の伝送路スパンで大きな残留分散が残らなければよく、その次の伝送路スパンで１００％補償に対してその前の伝送路スパンの分散補償特性と逆の特性を持つモジュールを挿入してもよい。例えば、本実施例のように、１００％以下の分散スロープ補償率のモジュールを続けて使用した場合は、その次の伝送路スパンは１００％以上の分散スロープ補償率のモジュールを挿入することで残留分散を小さくすることができた。
【００３４】
（実施例３）
正の波長分散及び正の分散スロープを有する伝送用シングルモード光ファイバ８０km毎に、負の波長分散及び負の分散スロープを有する分散補償光ファイバを挿入し、光伝送路の波長分散を広範囲で補償した。ここでの使用波長範囲は、1530nm〜1570nmであり、この使用波長範囲の中心波長である1550nmにおいて分散補償を行った。
シングルモード光ファイバの各波長での分散特性は、波長1530nm帯で+3．6ps/nm/km、波長1550nm帯で+4．5ps/nm/km、波長1570nm帯で+5．4ps/nm/kmである。また、各スパンで用いた分散補償光ファイバは、表３に示すように、中心波長での累積分散誤差が±３．０％以下であり、分散スロープ補償率は１００±３０％以内であって、各スパンにおいて式（１）を満たし、分散補償条件を比較的緩やかに設定した分散補償光ファイバであった。
【００３５】
【表３】
【００３６】
シングルモード光ファイバ80km毎に表３の分散補償光ファイバをModule-Kから順に挿入して分散補償した結果、波長1530nm帯では+3ps/nm、波長1550nm帯では−3ps/nm、波長1570nm帯では＋10ps/nmの残留分散が残った。
このように、この例で用いた分散補償光ファイバは、個々のスパンでの分散補償条件を後述する比較例よりも緩やかにしたにもかかわらず、伝送路全体での分散補償条件が式（４）、式（５）、式（７）、式（８）を満たすようにしているため、使用波長帯域内での最大残留分散の絶対値を１０ps/nmとすることが可能となり、40Gb/sの高速伝送を行うために必要な残留分散の条件である±65ps/nm以下とすることができた。そのため、さらに分散補償する必要はなかった。
【００３７】
（実施例４）
正の波長分散及び正の分散スロープを有する伝送用シングルモード光ファイバ８０km毎に、負の波長分散及び負の分散スロープを有する分散補償光ファイバを挿入し、光伝送路の波長分散を広範囲で補償した。ここでの使用波長範囲は、1570nm〜1630nmであり、この使用波長範囲の中心波長である1600nmにおいて分散補償を行った。
シングルモード光ファイバの各波長での分散特性は波長1570nm帯で17．4ps/nm/km、波長1600nm帯で19．0ps/nm/km、波長1630nm帯で20．7ps/nm/kmである。また、各スパンで用いた分散補償光ファイバは表４に示すように、中心波長での累積分散誤差が±３．０％以下であり、分散スロープ補償率は１００±３０％以内であって、各スパンにおいて式（１）を満たし、分散補償条件を比較的緩やかに設定した分散補償光ファイバであった。
【００３８】
【表４】
【００３９】
シングルモード光ファイバ80km毎に表４の分散補償光ファイバをModule-Pから順に挿入した結果、波長1570nm帯では＋5ps/nm、波長1600nm帯では−29ps/nm、波長1630nm帯では−23ps/nmの残留分散が残った。
このように、この例で用いた分散補償光ファイバは、個々のスパンでの分散補償条件を後述する比較例よりも緩やかにしたにもかかわらず、伝送路全体での分散補償条件が式（４）、式（５）、式（７）、式（８）を満たすようにしているため、使用波長帯域内での最大残留分散を29ps/nmとすることが可能となり、40Gb/sの高速伝送を行うために必要な残留分散の条件である±65ps/nm以下とすることができた。そのため、さらに分散補償する必要はなかった。
【００４０】
（比較例１）
正の波長分散及び正の分散スロープを有する伝送用シングルモード光ファイバ８０km毎に、負の波長分散及び負の分散スロープを有する分散補償光ファイバを挿入し、光伝送路の波長分散を広範囲で補償した。ここでの使用波長範囲は、1530nm〜1570nmであり、この使用波長範囲の中心波長である1550nmにおいて分散補償を行った。
シングルモード光ファイバの各波長での分散特性は、波長1530nm帯で15．8ps/nm/km、波長1550nm帯で17．0ps/nm/km、波長1570nm帯で18．2ps/nm/kmである。また、各スパンで用いた分散補償光ファイバは表５に示すように、中心波長での分散誤差が0．7％であり、分散スロープ補償率が100±10％以内であって、実施例１から実施例４に比べて、波長分散について条件を厳しくした分散補償光ファイバであった。
【００４１】
【表５】
【００４２】
ただし、この例で用いた分散補償光ファイバは、いずれもその波長分散量が目標の分散量に対して小さく、分散スロープ補償率はすべて１００％以下であって、分散特性に偏りのあるものを組み合わせて使用している。
【００４３】
シングルモード光ファイバ80km毎に表５の分散補償光ファイバをModule-Uから順に挿入した結果、波長1530nm帯では−19ps/nm、波長1600nm帯では+24ps/nm、波長1630nm帯では＋67ps/nmの残留分散が残った。
このように、使用波長範囲のうち、最短波長である1530nm帯と、最長波長である1570nm帯において、残留分散の値を、40Gb/sの高速伝送を行うために必要な残留分散の条件である±65ps/nm以下とすることができず、使用波長帯の両端の波長付近では、さらに分散補償が必要となった。
この例において、このように伝送路全体での残留分散が大きくなった理由は、この例で用いた分散補償光ファイバは、スパン毎での分散補償条件は式（１）を十分に満たしているものの、分散補償に偏りがあるため、伝送路全体としての分散補償条件は式（４）、式（５）、式（７）、式（８）を満たしていないからである。
以上の結果から、各伝送路スパンにおける分散補償の条件が式（１）満たす程度に比較的緩やかに設定された分散補償光ファイバを使用しても、これらの分散補償光ファイバを複数本組み合わせて、光伝送路全体としての分散補償の条件が式（１）~式（５）、さらには式（７）、式（８）を満たすような分散補償光ファイバを用いることにより、分散補償光ファイバの歩留まりを大きく劣化させることなく、光伝送路全体としては十分な分散補償を得ることが可能であることが明らかとなった。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、使用波長帯域内において正の波長分散を有する伝送用光ファイバと、負の波長分散および負の分散スロープを有する分散補償光ファイバからなる一組の伝送路スパンが複数接続されてなる光伝送路を有する光伝送システムにおいて、各伝送路スパンにおける分散補償の条件を比較的緩やかに設定し、各伝送スパンの残留分散を管理し、適切に配置することにより、光伝送路全体としては十分な分散補償がなされるようにしたことにより、分散補償光ファイバの歩留まりを維持しつつ分散補償後の残留分散を使用波長帯域全体にわたって±６５ps/nm以内に抑えることができ、４０Ｇｂ／ｓ以上の高速伝送が可能な光伝送システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光伝送システムの第１の例を示す図である。
【図２】本発明の光伝送システムの第２の例を示す図である。
【図３】本発明の光伝送システムにおいて用いられる分散補償光ファイバの屈折率分布プロファイルを示す図である。
【図４】伝送用シングルモード光ファイバの分散特性を分散補償光ファイバで補償した様子を示す図である。
【図５】伝送速度と伝送路の残留分散との関係を示す図である。
【図６】光モジュールの分散スロープ補償率に偏りがある場合に、約４００ｋｍ長の光伝送路を８０ｋｍ毎に光モジュールで分散補償したときの残留分散の様子を示す図である。
【符号の説明】
１…伝送用光ファイバ、２…分散補償光ファイバ、３…送信部、４…受信部、
１１…中心コア部、１２…中間コア部、１３…リングコア部、１４…クラッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、１．３μｍ帯零分散シングルモード光ファイバに代表されるシングルモード光ファイバを用いて1．46〜1．63μｍ帯から選択された使用波長帯で光信号を伝送する際に生じる波長分散を、分散補償光ファイバにより広い波長範囲で補償して光伝送する光伝送システムに関し、特に、残留分散を小さくして４０Gb/s以上の高速伝送を可能とする光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エルビウム添加光ファイバ増幅器が実用化されたことによって、波長1．53〜1．63μm帯では超長距離無再生中継など、光増幅器を用いた光伝送システムが既に商用化されている。また、通信容量の増大に伴い、波長多重伝送の開発が急速に進められ、既にいくつかの光伝送路については商用化されている。今後は、広帯域化と波長間隔を狭くすることで、より一層波長多重数が増加していくと考えられるが、さらに１波長あたりの伝送速度の高速化も進んでいくと考えられる。波長多重伝送のためには、使用する波長帯域において、伝送用光ファイバの有する伝送損失を含めて、エルビウム添加光ファイバ増幅器による利得差が出来るだけ小さく、波長分散は伝送途中ではある程度大きく、伝送システム全体としては伝送帯域全てに亙ってある程度小さいことが重要である。
【０００３】
また、最近の長距離システムでは、波長多重数が急激に伸び、光ファイバを伝搬する光のパワーが急激に増加するため、非線形効果の抑制技術が必須である。この非線形学効果の大きさは、
ｎ2/Aeff
で表される。ここで、ｎ2は光ファイバの非線形屈折率、Aeffは光ファイバの実効断面積である。非線形効果を低減するためにはｎ2を小さくするか、Aeffを大きくする必要があるが、ｎ2が材料に固有の値であるため石英系の光ファイバでは大きく低減させることは困難である。そのため現在の非線形抑制光ファイバの開発はAeffを大きくすることに主眼が置かれている。
【０００４】
現在、1．3μｍ帯零分散シングルモード光ファイバ網は、世界中に広がっている。この光ファイバ網を用いて1．55μmの伝送を行うと、この1．55μm帯では、約＋17ps/nm/kmの波長分散が生じる。そのためこの光ファイバを用いて信号を伝送すると、波長分散の影響で伝送特性が大きく劣化する。
そのため、この波長分散を補償するために分散補償光ファイバの開発が進められ、既に商用化されている。この分散補償光ファイバは、1．55μm帯で大きな負の分散を持っており、適切な長さの分散補償光ファイバと伝送用光ファイバとを接続することで、伝送用シングルモード光ファイバで生じた正の分散を相殺することができる。残留分散は高速伝送の障害となるが、このようにして蓄積した分散を補償することにより高速通信が可能となる。
【０００５】
標準型シングルモード光ファイバを用いた光伝送路の分散スロープ、波長分散を補償する分散補償光ファイバモジュールの需要は急激に伸びている。これらのモジュールは既に出願済みの筆者等による以下の発明や学会報告などの技術により製造することが可能である。
例えば、出願としては、特開２００１-３１８２５９、特開２００１-３３７２４５、特開２００２-９８８５３、特開２００２-５５２５１、特開２００２-７１９９６などがあり、学会報告としては、例えば、゛Large-effective-area dispersion compensating fibers for dispersion accommodation both in the Ｃ and L band゛，OECC’00，Technical Digest，14C4-4，pp．554-555，2000などがある。
分散補償光ファイバは、その屈折率分布を図３に示す形状とし、各層の外径比、屈折率を適切に設定することで、実効断面積を大きくし低非線形を維持することが可能となっている。
これらの技術を用いることにより、図４に示すように伝送路の蓄積分散を広い波長範囲で補償することが可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、伝送速度は光伝送路の蓄積分散により制限されるため、分散補償光ファイバモジュールとしては、使用波長帯の一波長ではなく広い波長帯域で分散補償が可能な分散スロープ補償型分散補償光ファイバモジュールの需要が高まっている。ここで、分散スロープ補償率とは、伝送用シングルモード光ファイバの分散スロープに対する分散補償光ファイバの分散スロープの割合を、伝送用シングルモード光ファイバの分散値に対する分散補償光ファイバの分散値の割合で割ったものである。蓄積分散と伝送速度の関係を図５に示す。
伝送距離は、伝送路の偏波分散や伝送損失により制限されるが、1．3μm帯分散シングルモード光ファイバの伝送距離は、分散補償光ファイバモジュールの損失なども考慮すると400km程度である。そして図５より40Gb/sの高速伝送を行うためには、残留分散を±65ps/nm以下にする必要がある。このような高速伝送を達成させるためには、分散補償光ファイバモジュールとしては、伝送路に蓄積された残留分散を補償できるようにモジュールの分散を正確に合わせ、分散スロープ補償率も100％に近くする必要がある。
【０００７】
分散補償光ファイバモジュールに用いられる分散スロープ補償型分散補償光ファイバは、屈折率分布制御技術の発達により、100％に近い分散スロープ補償率を得られるようになったが、屈折率プロファイルの変化に対して分散スロープ補償率の感度が非常に高いために、量産するとある分布を持つようになる。
例えば、分散補償対象である1．3μｍ帯零分散シングルモード光ファイバを、波長1530〜1570nm帯において分散補償するために、この波長帯域の中心の波長である1550nmで必要な分散量を微調整して、分散誤差を±1．0％以内に収め、さらに分散補償光ファイバを選択することで分散スロープ補償率も100±10％にすることは可能であるが、このような高性能な分散補償光ファイバを用いてモジュール製造を行うと、光ファイバの歩留まりの低下をもたらしコスト増となる。
【０００８】
また、このように高性能な分散補償光ファイバモジュールを用いても、約400km毎のスパン内での分散補償光ファイバの分散スロープ補償率に偏りがあると、使用波長の両端側の波長で±65ps/nmを超えてしまうことがある。
例えば、中心波長での分散誤差を0．7％、分散スロープ補償率を100±10％とした分散補償光ファイバを用いて、伝送距離約４００ｋｍの光伝送路の波長分散を約８０ｋｍ毎に補償したときの補償後の残留分散の様子を図６に示している。
図６からわかるように、補償後の残留分散の最大値は、使用波長の両端側の波長である１５３０ｎｍと１５７０ｎｍにおいて最大で±95ps/nmとなる。そのため、40Gb/s以上の高速伝送になると、分散補償光ファイバの特性や配置によって光伝送システムの伝送特性が劣化することとなる。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、分散補償光ファイバの歩留まりを維持しつつ、残留分散を小さくして40Gb/s以上の高速伝送を可能とする光伝送システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、使用波長帯域内において正の波長分散及び正の分散スロープを有する伝送用光ファイバと、負の波長分散および負の分散スロープを有する分散補償光ファイバとからなる一組の伝送路スパンがｎ個複数接続されてなる光伝送路を有する光伝送システムにおいて、伝送用光ファイバおよび分散補償光ファイバの分散スロープと光ファイバ長とが各伝送路スパンｉにおいて式（１）、式（２）、式（３）を満たし、光伝送路全体において式（４）、式（５）を満たすことを特徴とする光伝送システムである。このように、各伝送路スパンにおける分散補償の条件を比較的緩やかに設定し、これらの分散補償光ファイバを複数本組み合わせて用いることにより、光伝送路全体としては十分な分散補償がなされるようにしたことにより、歩留まりを維持しつつ、残留分散を小さくして４０Ｇｂ／ｓ以上の高速伝送が可能な光伝送システムを実現することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光伝送システムにおいて、前記伝送路スパンについての式（６）の値が正の値をとる伝送路スパンと負の値をとる伝送路スパンとが組み合わされて形成されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の光伝送システムにおいて、前記伝送路スパンについての式（６）の値が正の値をとる伝送路スパンと負の値をとる伝送路スパンとが交互に接続されて形成されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の光伝送システムにおいて、使用波長帯域内で、正の波長分散および正の分散スロープを有する伝送用光ファイバと、負の波長分散および負の分散スロープを有する分散補償光ファイバとからなる一組の伝送路スパンが少なくとも２個以上接続されてなる光伝送路を有する光伝送システムにおいて、式（６）の値が正の値を有する少なくとも１つ以上の伝送路スパンと、式（６）の値が負の値を有する少なくとも１つの伝送路スパンとから形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、前記使用波長帯域の帯域幅ｅに対して、式（７）、式（８）を満たすことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、ａ≧２ｃ、ｂ≦２ｄであることを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、前記分散補償光ファイバが光ケーブルとして組み込まれていることを特徴とする。
請求項８記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、前記分散補償光ファイバが光モジュールとして組み込まれていることを特徴とする。
請求項９記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、前記分散補償光ファイバが、それぞれ個々の分散補償光ファイバモジュールを構成し、これらの分散補償光ファイバモジュールが組として請求項１の条件を満たすように使用されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項１０記載の発明は、請求項１から９のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、前記使用波長帯域が1460nmから1530nmの波長範囲から任意に選択された波長範囲であることを特徴とする。
請求項１１記載の発明は、請求項１から９のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、前記使用波長帯域が1530nmから1565nmの波長範囲から任意に選択された波長範囲であることを特徴とする。
請求項１２記載の発明は、請求項１から９のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、前記使用波長帯域が1565nmから1625nm の波長範囲から任意に選択された波長範囲であることを特徴とする。
請求項１３記載の発明は、請求項１から１２のいずれかに記載の光伝送システムにおいて、使用波長帯域内において分散補償後の残留分散が±65ps/nm以内に抑えられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項１４記載の発明は、請求項１から１３までのいずれかに記載の光伝送システムにおいて、コアとその外周上に設けられたクラッドとからなり、該コアが、クラッドの屈折率より大きい屈折率を有する中心コア部と、この中心コア部の外周上に設けられクラッドの屈折率より小さい屈折率を有する中間コア部と、この中間コア部の外周上に設けられクラッドの屈折率より大きい屈折率を有するリングコア部とからなり、リングコア部半径が６μｍから９μｍ、中心コア部半径に対する中間コア部半径の比が２．５から４．０、中間コア部半径に対するリングコア部半径の比が１．１から２．０であり、クラッドに対する中心コア部の比屈折率差が＋１．２％から＋１．７％、クラッドに対する中間コア部の比屈折率差が−０．２０％から−０．４５％、クラッドに対するリングコア部の比屈折率差が＋０．２％から＋１．１％であり、１．４６０μｍ〜１.６２５μｍから選択された使用波長帯における実効断面積が２０μｍ2以上、前記使用波長帯における曲げ損失が２０dB/ｍ以下、前記使用波長帯における波長分散が−７０〜−１００ ps/nm/ｋｍの範囲にあり、かつ前記使用波長帯において、実質的な使用状態においてシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有する光ファイバを分散補償光ファイバとして用いたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の光伝送システムの第１の例を図１に示す。
図１中、符号１は伝送用光ファイバであり、この伝送用光ファイバ１のスパン毎に分散補償光ファイバ２が接続されている。この伝送用光ファイバ１と分散補償光ファイバ２とで１組の光伝送路スパンが形成され、この１組の光伝送路スパンが多段に接続されて全体の光伝送路が形成されている。送信部３と受信部４とは、この光伝送路によって接続されて光伝送システムが形成されている。
この光伝送路においては、伝送用光ファイバ１および分散補償光ファイバ２の分散スロープＳｔi、Ｓｄi、伝送用光ファイバ１および分散補償光ファイバ２の光ファイバ長Ｌｔi、Ｌｄiは、各伝送路スパンにおいて式（１）、式（２）、式（３）を満たし、光伝送路全体において式（４）、式（５）を満たすような分散補償光ファイバ２が用いられている。なお、分散スロープとは、波長の変化に対する波長分散の変化の割合をいう。
【００１６】
この例の光伝送システムにおいては、光伝送の際に、正の波長分散および正の分散スロープを有する伝送用光ファイバ１によって正の波長分散を生じるが、各伝送路スパンに設けられた分散補償光ファイバ２は負の波長分散及び負の分散スロープを有しているため、伝送用光ファイバ１によって生じた正の波長分散は、分散補償光ファイバ２によって補償される。
式（１）において、Ｓｔi×Ｌｔiは、正の波長分散及び正の分散スロープを有する伝送用光ファイバ１の、伝送路スパンｉでのスパン長にわたる分散スロープであり、正の値を持つ。これに対し、Ｓｄi×Ｌｄiは、負の波長分散及び負の分散スロープを有する分散補償光ファイバ２の、伝送路スパンｉでのスパン長にわたる分散スロープであり、負の値を持つ。
【００１７】
従って、式（１）の分子であるＳｔi×Ｌｔi＋Ｓｄi×Ｌｄiは、伝送用光ファイバ１と分散補償光ファイバ２とで構成される伝送路スパンｉにおける、分散補償後の分散スロープであり、分散補償の程度によって正、負、または０の値をとる。
これを、伝送路スパンｉでの、伝送用光ファイバ長と分散補償光ファイバ長との和であるＬｔi＋Ｌｄiで割ることによって、伝送路スパンｉの光ファイバ長あたりの、分散補償後の分散スロープが求められる。定数ａ、ｂは、この光ファイバ長あたりの分散補償後の分散スロープの値である。
【００１８】
一方、式（４）において、ΣＳｔiＬｔiは、正の波長分散及び正の分散スロープを有する伝送用光ファイバ１の、伝送路全体での光ファイバ長にわたる分散スロープであり、正の値を持つ。これに対し、ΣＳｄiＬｄiは、負の波長分散及び負の分散スロープを有する分散補償光ファイバ２の、伝送路全体での光ファイバ長にわたる分散スロープであり、負の値を持つ。
従って、式（４）の分子であるΣＳｔiＬｔi＋ΣＳｄiＬｄiは、伝送用光ファイバ１と分散補償光ファイバ２とで構成される伝送路全体における、分散補償後の分散スロープであり、分散補償の程度によって正、負、または０の値をとる。
【００１９】
これを、伝送路全体での、伝送用光ファイバ長と分散補償光ファイバ長との和であるΣ（Ｌｔi＋Ｌｄi）で割ることによって、伝送路全体の光ファイバ長あたりの、分散補償後の分散スロープが求められる。定数ｃ、ｄは、この伝送路全体の光ファイバ長あたりの分散補償後の分散スロープの値である。
この分散補償光ファイバ２による分散補償に際しては、式（５）において、ｃ＞ａ、かつｄ＜ｂとしていることからわかるように、式（１）に示す各伝送路スパンにおける分散補償の条件を比較的緩やかに設定し、これらの分散補償光ファイバ２を複数本組み合わせて用いることにより、光伝送路全体としては、式（４）に示すように、式（１）に比べて分散スロープ補償の条件を厳しくして、広い波長範囲で十分に分散補償がなされるようにしている。
【００２０】
この例の光伝送システムにおいては、使用波長帯域の帯域幅ｅに対して、式（７）、式（８）を満たすようにｃ及びｄが設定されていることが好ましい。
４０Ｇｂ／ｓ以上の高速伝送が可能な光伝送システムを実現するためには、前述したように、分散補償後の残留分散を使用波長帯域全体にわたって±65ps/nm以内に抑えることが必要となる。使用波長帯域の中心波長において残留分散が０となるように分散補償を行った結果、使用波長帯域の最短波長及び最長波長において、残留分散が±65ps/nmとなったとすると、使用波長帯域の帯域幅をｅとして、中心波長から最短波長及び最長波長までの分散スロープは、６５÷（ｅ／２）となる。
従って、式（4）に示した、伝送路全体における、光ファイバ長あたりの分散補償後の分散スロープの絶対値は、６５÷（ｅ／２）を伝送路全体の光ファイバ長Σ（Ｌｔi＋Ｌｄi）で割った値以下であることが必要となる。式（７）、式（８）を満たすようにｃ及びｄが設定されていることが好ましいとするのは、このような理由からである。
【００２１】
また、ａとｂについては、ａ≧２ｃ、ｂ≦２ｄの関係を満たすことが好ましい。
これは、ａ及びｂがこの関係を満たすように、各伝送路スパンにおいて分散補償がなされていれば、これらの伝送路スパンを接続することによって、光伝送路全体について、分散補償後の残留分散を使用波長帯域全体にわたって小さく抑えることができるからである。また、ａとｃ、ｂとｄとの関係をこのように設定することによって、各伝送スパンにおける残留分散の変化を小さくすることができ、伝送特性を向上させることができる。
また、ａとｃ、ｂとｄとの関係をこのように設定することによって、各伝送路スパンにおいて用いられる分散補償光ファイバの分散特性を比較的緩やかにすることができ、分散補償光ファイバの歩留まりを向上することができる。
【００２２】
図２に、本発明の光伝送システムの第２の例を示す。
図２においても、符号１は伝送用光ファイバであり、この伝送用光ファイバ１のスパン毎に分散補償光ファイバ２が接続されている。この伝送用光ファイバ１と分散補償光ファイバ２とで１組の伝送路スパンが形成され、この１組の伝送路スパンが多段に接続されて全体の光伝送路が形成されている。
この例においても、送信部３と受信部４とがこの光伝送路に接続されて光伝送システムが形成されているが、この例の光伝送システムにおいては、途中の伝送路スパンで光信号を取り出して受信部４でこの光信号を受信し、または途中に送信部３を設けて、この送信部３から光信号を送出している。
そのため、式（１）の分子であるＳｔiＬｔi＋ＳｄiＬｄiは、正、負の値を交互にとることが望ましい。また、ＳｔiＬｔi＋ＳｄiＬｄiの値が正または負のいずれかで連続する場合には、その後でＳｔiＬｔi＋ＳｄiＬｄiの値が逆符合となるように分散補償光ファイバを配置することが望ましい。その結果、光伝送路の任意の点における残留分散を小さくすることができる。
【００２３】
上述した分散補償光ファイバ２は、例えば、図３に示す屈折率分布を有している。
図３中、符号１１は中心コア部、符号１２は中心コア部１１の外周上に設けられた中間コア部、符号１３は中間コア部１２の外周上に設けられたリングコア部、符号１４はリングコア部１３の外周上に設けられたクラッドである。
中心コア部１１は、クラッド１４の屈折率より大きい屈折率を有し、中間コア部１２は、クラッド１４の屈折率より小さい屈折率を有し、リングコア部１３は、クラッド１４の屈折率より大きい屈折率を有する。
図３に示すように、中心コア部１１の半径をａ、中間コア部１２の半径をｂ、リングコア部１３の半径をｃとすると、中心コア半径に対する中間コア半径の比ｂ／ａは２．５から４．０であり、中間コア半径に対するリングコア半径の比ｃ／ｂは１．１から２．０であり、リングコア半径ｃは６μｍから９μｍとなるようにこの分散補償光ファイバは形成されている。
【００２４】
また、クラッド１４に対する中心コア部１１の比屈折率差Δ１は＋１．２％から＋１．７％、クラッド１４に対する中間コア部１２の比屈折率差Δ２は―０．２０％から―０．４５％、クラッド１４に対するリングコア部１３の比屈折率差Δ３は＋０．２％から＋１．１％である。
この分散補償光ファイバ２は、例えば、１．４６０μｍから１．６２５μｍから選択された使用波長帯域における実効コア断面積が２０μｍ2以上、前記使用波長帯域における曲げ損失が２０ｄＢ／ｍ以下、前記使用波長帯域における波長分散が−６５〜−１００ps/nm/kmの範囲であり、実質的にシングルモード光を伝搬することが可能なカットオフ波長を有している。
【００２５】
この光伝送システムにおいては、その使用波長帯域は、1460nmから1530nmの波長範囲、1530nmから1565nmの波長範囲、または1565nmから1625nm の波長範囲から任意に選択されることが好ましい。
【００２６】
この例の光伝送システムによると、使用波長帯域内において正の波長分散を有する伝送用光ファイバ１と、負の波長分散および負の分散スロープを有する分散補償光ファイバ２とからなる一組の伝送路スパンが複数接続されてなる光伝送路を有する光伝送システムにおいて、各伝送路スパンにおける分散補償の条件を比較的緩やかに設定し、各伝送スパンの残留分散を管理し、適切に配置することにより、光伝送路全体としては十分な分散補償がなされるようにしたことにより、分散補償光ファイバの歩留まりを維持しつつ、分散補償後の残留分散を使用波長帯域全体にわたって±65ps/nm以内に抑えることができ、４０Ｇｂ／ｓ以上の高速伝送が可能な光伝送システムを実現することができる。
【００２７】
以上の例においては、分散補償光ファイバをケーブル化して光伝送路を形成した例について説明したが、分散補償光ファイバを用いて分散補償された光伝送システムはこれに限定されるものではなく、分散補償光ファイバを用いて光モジュールを形成し、既存の光伝送路の受信部側、又は送信部側にこの光モジュールを挿入して波長分散、及び分散スロープを補償することも可能である。
【００２８】
以下、具体例を示す。
（実施例１）
正の波長分散及び正の分散スロープを有する伝送用シングルモード光ファイバ８０km毎に、負の波長分散及び負の分散スロープを有する分散補償光ファイバを挿入し、光伝送路の波長分散を広範囲で補償した。ここでの使用波長範囲は、1530nm〜1570nmであり、この使用波長範囲の中心波長である1550nmにおいて分散補償を行った。
シングルモード光ファイバの各波長での分散特性は、波長1530nm帯で15．8ps/nm/km、波長1550nm帯で17．0ps/nm/km、波長1570nm帯で18．2ps/nm/kmである。また、各スパンで用いた分散補償光ファイバは、表１に示すように、中心波長での累積分散誤差が±３．０％以下であり、分散スロープ補償率は１００±３０％以内であって、各スパンにおいて式（１）を満たし、分散補償条件を比較的緩やかに設定した分散補償光ファイバであった。
【００２９】
【表１】
シングルモード光ファイバ80km毎に表１の分散補償光ファイバをModule-Aから順に挿入して分散補償した結果、波長1530nm帯では−12ps/nm、波長1550nm帯では＋24ps/nm、波長1570nm帯では＋60ps/nmの残留分散が残った。
このように、この例で用いた分散補償光ファイバは、個々のスパンでの分散補償条件を後述する比較例よりも緩やかにしたにもかかわらず、伝送路全体での分散補償条件が式（４）、式（５）、式（７）、式（８）を満たすようにしているため、使用波長帯域内での最大残留分散の絶対値を６０ps/nmとすることが可能となり、40Gb/sの高速伝送を行うために必要な残留分散の条件である±65ps/nm以下とすることができた。そのため、さらに分散補償する必要はなかった。
【００３１】
（実施例２）
正の波長分散及び正の分散スロープを有する伝送用シングルモード光ファイバ８０km毎に、負の波長分散及び負の分散スロープを有する分散補償光ファイバを挿入し、光伝送路の波長分散を広範囲で補償した。ここでの使用波長範囲は、1530nm〜1570nmであり、この使用波長範囲の中心波長である1550nmにおいて分散補償を行った。
シングルモード光ファイバの各波長での分散特性は、波長1530nm帯で15．8ps/nm/km、波長1550nm帯で17．0ps/nm/km、波長1570nm帯で18．2ps/nm/kmである。また、各スパンで用いた分散補償光ファイバは、表２に示すように、中心波長での累積分散誤差が±３．０％以下であり、分散スロープ補償率は１００±３０％以内であって、各スパンにおいて式（１）を満たし、分散補償条件を比較的緩やかに設定した分散補償光ファイバであった。
【００３２】
【表２】
シングルモード光ファイバ80km毎に表２の分散補償光ファイバをModule-Ｆから順に挿入して分散補償した結果、波長1530nm帯では-36ps/nm、波長1550nm帯では-19ps/nm、波長1570nm帯では-3.3ps/nmの残留分散が残った。
このように、この例で用いた分散補償光ファイバは、個々のスパンでの分散補償条件を後述する比較例よりも緩やかにしたにもかかわらず、伝送路全体での分散補償条件が式（４）、式（５）、式（７）、式（８）を満たすようにしているため、使用波長帯域内での最大残留分散の絶対値を３６ps/nmとすることが可能となり、40Gb/sの高速伝送を行うために必要な残留分散の条件である±65ps/nm以下とすることができた。そのため、さらに分散補償する必要はなかった。
また、分散スロープ補償率が１００％以上と１００％以下のモジュールを各伝送路スパンにおいて交互に挿入しなくても、途中の伝送路スパンで大きな残留分散が残らなければよく、その次の伝送路スパンで１００％補償に対してその前の伝送路スパンの分散補償特性と逆の特性を持つモジュールを挿入してもよい。例えば、本実施例のように、１００％以下の分散スロープ補償率のモジュールを続けて使用した場合は、その次の伝送路スパンは１００％以上の分散スロープ補償率のモジュールを挿入することで残留分散を小さくすることができた。
【００３４】
（実施例３）
正の波長分散及び正の分散スロープを有する伝送用シングルモード光ファイバ８０km毎に、負の波長分散及び負の分散スロープを有する分散補償光ファイバを挿入し、光伝送路の波長分散を広範囲で補償した。ここでの使用波長範囲は、1530nm〜1570nmであり、この使用波長範囲の中心波長である1550nmにおいて分散補償を行った。
シングルモード光ファイバの各波長での分散特性は、波長1530nm帯で+3．6ps/nm/km、波長1550nm帯で+4．5ps/nm/km、波長1570nm帯で+5．4ps/nm/kmである。また、各スパンで用いた分散補償光ファイバは、表３に示すように、中心波長での累積分散誤差が±３．０％以下であり、分散スロープ補償率は１００±３０％以内であって、各スパンにおいて式（１）を満たし、分散補償条件を比較的緩やかに設定した分散補償光ファイバであった。
【００３５】
【表３】
シングルモード光ファイバ80km毎に表３の分散補償光ファイバをModule-Kから順に挿入して分散補償した結果、波長1530nm帯では+3ps/nm、波長1550nm帯では−3ps/nm、波長1570nm帯では＋10ps/nmの残留分散が残った。
このように、この例で用いた分散補償光ファイバは、個々のスパンでの分散補償条件を後述する比較例よりも緩やかにしたにもかかわらず、伝送路全体での分散補償条件が式（４）、式（５）、式（７）、式（８）を満たすようにしているため、使用波長帯域内での最大残留分散の絶対値を１０ps/nmとすることが可能となり、40Gb/sの高速伝送を行うために必要な残留分散の条件である±65ps/nm以下とすることができた。そのため、さらに分散補償する必要はなかった。
【００３７】
（実施例４）
正の波長分散及び正の分散スロープを有する伝送用シングルモード光ファイバ８０km毎に、負の波長分散及び負の分散スロープを有する分散補償光ファイバを挿入し、光伝送路の波長分散を広範囲で補償した。ここでの使用波長範囲は、1570nm〜1630nmであり、この使用波長範囲の中心波長である1600nmにおいて分散補償を行った。
シングルモード光ファイバの各波長での分散特性は波長1570nm帯で17．4ps/nm/km、波長1600nm帯で19．0ps/nm/km、波長1630nm帯で20．7ps/nm/kmである。また、各スパンで用いた分散補償光ファイバは表４に示すように、中心波長での累積分散誤差が±３．０％以下であり、分散スロープ補償率は１００±３０％以内であって、各スパンにおいて式（１）を満たし、分散補償条件を比較的緩やかに設定した分散補償光ファイバであった。
【００３８】
【表４】
シングルモード光ファイバ80km毎に表４の分散補償光ファイバをModule-Pから順に挿入した結果、波長1570nm帯では＋5ps/nm、波長1600nm帯では−29ps/nm、波長1630nm帯では−23ps/nmの残留分散が残った。
このように、この例で用いた分散補償光ファイバは、個々のスパンでの分散補償条件を後述する比較例よりも緩やかにしたにもかかわらず、伝送路全体での分散補償条件が式（４）、式（５）、式（７）、式（８）を満たすようにしているため、使用波長帯域内での最大残留分散を29ps/nmとすることが可能となり、40Gb/sの高速伝送を行うために必要な残留分散の条件である±65ps/nm以下とすることができた。そのため、さらに分散補償する必要はなかった。
【００４０】
（比較例１）
正の波長分散及び正の分散スロープを有する伝送用シングルモード光ファイバ８０km毎に、負の波長分散及び負の分散スロープを有する分散補償光ファイバを挿入し、光伝送路の波長分散を広範囲で補償した。ここでの使用波長範囲は、1530nm〜1570nmであり、この使用波長範囲の中心波長である1550nmにおいて分散補償を行った。
シングルモード光ファイバの各波長での分散特性は、波長1530nm帯で15．8ps/nm/km、波長1550nm帯で17．0ps/nm/km、波長1570nm帯で18．2ps/nm/kmである。また、各スパンで用いた分散補償光ファイバは表５に示すように、中心波長での分散誤差が0．7％であり、分散スロープ補償率が100±10％以内であって、実施例１から実施例４に比べて、波長分散について条件を厳しくした分散補償光ファイバであった。
【００４１】
【表５】
ただし、この例で用いた分散補償光ファイバは、いずれもその波長分散量が目標の分散量に対して小さく、分散スロープ補償率はすべて１００％以下であって、分散特性に偏りのあるものを組み合わせて使用している。
【００４３】
シングルモード光ファイバ80km毎に表５の分散補償光ファイバをModule-Uから順に挿入した結果、波長1530nm帯では−19ps/nm、波長1600nm帯では+24ps/nm、波長1630nm帯では＋67ps/nmの残留分散が残った。
このように、使用波長範囲のうち、最短波長である1530nm帯と、最長波長である1570nm帯において、残留分散の値を、40Gb/sの高速伝送を行うために必要な残留分散の条件である±65ps/nm以下とすることができず、使用波長帯の両端の波長付近では、さらに分散補償が必要となった。
この例において、このように伝送路全体での残留分散が大きくなった理由は、この例で用いた分散補償光ファイバは、スパン毎での分散補償条件は式（１）を十分に満たしているものの、分散補償に偏りがあるため、伝送路全体としての分散補償条件は式（４）、式（５）、式（７）、式（８）を満たしていないからである。
以上の結果から、各伝送路スパンにおける分散補償の条件が式（１）満たす程度に比較的緩やかに設定された分散補償光ファイバを使用しても、これらの分散補償光ファイバを複数本組み合わせて、光伝送路全体としての分散補償の条件が式（１）~式（５）、さらには式（７）、式（８）を満たすような分散補償光ファイバを用いることにより、分散補償光ファイバの歩留まりを大きく劣化させることなく、光伝送路全体としては十分な分散補償を得ることが可能であることが明らかとなった。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、使用波長帯域内において正の波長分散を有する伝送用光ファイバと、負の波長分散および負の分散スロープを有する分散補償光ファイバからなる一組の伝送路スパンが複数接続されてなる光伝送路を有する光伝送システムにおいて、各伝送路スパンにおける分散補償の条件を比較的緩やかに設定し、各伝送スパンの残留分散を管理し、適切に配置することにより、光伝送路全体としては十分な分散補償がなされるようにしたことにより、分散補償光ファイバの歩留まりを維持しつつ分散補償後の残留分散を使用波長帯域全体にわたって±６５ps/nm以内に抑えることができ、４０Ｇｂ／ｓ以上の高速伝送が可能な光伝送システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光伝送システムの第１の例を示す図である。
【図２】本発明の光伝送システムの第２の例を示す図である。
【図３】本発明の光伝送システムにおいて用いられる分散補償光ファイバの屈折率分布プロファイルを示す図である。
【図４】伝送用シングルモード光ファイバの分散特性を分散補償光ファイバで補償した様子を示す図である。
【図５】伝送速度と伝送路の残留分散との関係を示す図である。
【図６】光モジュールの分散スロープ補償率に偏りがある場合に、約４００ｋｍ長の光伝送路を８０ｋｍ毎に光モジュールで分散補償したときの残留分散の様子を示す図である。
【符号の説明】
１…伝送用光ファイバ、２…分散補償光ファイバ、３…送信部、４…受信部、
１１…中心コア部、１２…中間コア部、１３…リングコア部、１４…クラッド
Claims (14)
- 使用波長帯域内において、正の波長分散および正の分散スロープを有する伝送用光ファイバと、負の波長分散および負の分散スロープを有する分散補償光ファイバとからなる一組の伝送路スパンがｎ個複数接続されてなる光伝送路を有する光伝送システムにおいて、
伝送用光ファイバおよび分散補償光ファイバの分散スロープと光ファイバ長とが各伝送路スパンｉにおいて式（１）、式（２）、式（３）
式（１）、式（２）、式（３）、式（４）、式（５）において、Ｓｔi、Ｌｔiは、各伝送路スパンにおける伝送用光ファイバの分散スロープ及び光ファイバ長であり、Ｓｄi、Ｌｄiは、各伝送路スパンにおける分散補償光ファイバの分散スロープ及び光ファイバ長であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄは残留分散スロープを規定する定数である。 - 前記伝送路スパンについての式（６）
式（６）において、Ｓｔi、Ｌｔiは、各伝送路スパンにおける伝送用光ファイバの分散スロープ及び光ファイバ長であり、Ｓｄi、Ｌｄiは、各伝送路スパンにおける分散補償光ファイバの分散スロープ及び光ファイバ長である。 - 前記伝送路スパンについての式（６）の値が正の値をとる伝送路スパンと負の値をとる伝送路スパンとが交互に接続されて形成されていることを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
- 使用波長帯域内において、正の波長分散および正の分散スロープを有する伝送用光ファイバと、負の波長分散および負の分散スロープを有する分散補償光ファイバとからなる一組の伝送路スパンが少なくとも２個以上接続されてなる光伝送路を有する光伝送システムにおいて、
式（６）の値が正の値を有する少なくとも１つ以上の伝送路スパンと、式（６）の値が負の値を有する少なくとも１つ以上の伝送路スパンとから形成されていることを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。 - 前記使用波長帯域の帯域幅ｅに対して、式（７）、式（８）
式（７）、式（８）において、Ｌｔiは、各伝送路スパンにおける伝送用光ファイバの光ファイバ長であり、Ｌｄiは、各伝送路スパンにおける分散補償光ファイバの光ファイバ長である。 - ａ≧２ｃ、ｂ≦２ｄであることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の光伝送システム。
- 前記分散補償光ファイバが光ケーブルとして組み込まれていることを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の光伝送システム。
- 前記分散補償光ファイバが光モジュールとして組み込まれていることを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の光伝送システム。
- 前記分散補償光ファイバが、それぞれ個々の分散補償光ファイバモジュールを構成し、これらの分散補償光ファイバモジュールが組として請求項１の条件を満たすように使用されていることを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の光伝送システム。
- 前記使用波長帯域が1460nmから1530nmの波長範囲から任意に選択された波長範囲であることを特徴とする請求項１から９までのいずれかに記載の光伝送システム。
- 前記使用波長帯域が1530nmから1565nmの波長範囲から任意に選択された波長範囲であることを特徴とする請求項１から９までのいずれかに記載の光伝送システム。
- 前記使用波長帯域が1565nmから1625nm の波長範囲から任意に選択された波長範囲であることを特徴とする請求項１から９までのいずれかに記載の光伝送システム。
- 前記使用波長帯域内において分散補償後の残留分散が±65ps/nm以内に抑えられていることを特徴とする請求項１から１２までのいずれかに記載の光伝送システム。
- コアとその外周上に設けられたクラッドとからなり、該コアが、少なくともクラッドの屈折率より大きい屈折率を有する中心コア部と、この中心コア部の外周上に設けられクラッドの屈折率より小さい屈折率を有する中間コア部と、この中間コア部の外周上に設けられクラッドの屈折率より大きい屈折率を有するリングコア部とからなり、
リングコア部半径が６μｍから９μｍ、中心コア部半径に対する中間コア部半径の比が２．５から４．０、中間コア部半径に対するリングコア部半径の比が１．１から２．０であり、
クラッドに対する中心コア部の比屈折率差が＋１．２％から＋１．７％、クラッドに対する中間コア部の比屈折率差が−０．２０％から−０．４５％、クラッドに対するリングコア部の比屈折率差が＋０．２％から＋１．１％であり、
１．４６０μｍ〜１.６２５μｍから選択された使用波長帯における実効断面積が２０μｍ2以上、前記使用波長帯における曲げ損失が２０dB/ｍ以下、前記使用波長帯における波長分散が−６５〜−１００ ps/nm/ｋｍの範囲にあり、かつ前記使用波長帯において、実質的な使用状態においてシングルモード伝搬可能なカットオフ波長を有する光ファイバを前記分散補償光ファイバとして用いたことを特徴とする請求項１から１３までのいずれかに記載の光伝送システム。
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