JP3872048B2 - 分散の補償を提供するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は光ファイバに関し、さらに詳細には広い範囲の波長を介した光ファイバ伝送システムにおける分散の補償の提供に関する。

光ファイバ内の光速が光の伝送波長の関数であるという事実のために、光ファイバ内の分散は、ある範囲の波長を含むパルスにパルス広がりを引き起こす。パルス広がりはファイバの分散、ファイバ長、および、光源のスペクトル幅の関数である。個々のファイバに対する分散は、一般に、縦軸にピコ秒（ｐｓ）／ナノメータ（ｎｍ）またはｐｓ／ｎｍ、または、ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ（キロメータ）の単位で分散を、また、横軸に波長を有するグラフを使用して示される。正と負の分散の双方があり得る。そのため、縦軸は、例えば、−２５０から＋２５０ｐｓの範囲としてもよい。

例えば、典型的なシングル・モード・ファイバは一般的に１５５０ｎｍで最も良好に（すなわち、最小の減衰で）伝送するのに対し、同じファイバに対する分散は１３１０ｎｍで約ゼロとなる。ガラス・ファイバに対する理論的な最低損失は約０．１６ｄｂ／ｋｍであり、それは約１５５０ｎｍの伝送波長で起こる。最小の減衰がゼロ分散よりも優先されるため、そのようなファイバを介して伝送するために使用される波長は、通常、典型的に１５５０ｎｍである。同様に、ファイバで搬送される光信号を増幅するために最も一般に使用される光増幅器であるエルビウムをドープした増幅器も、１５３０から１５６５ｎｍの範囲において動作する。１５５０ｎｍの伝送波長においては、そのようなファイバに対する分散が通常ゼロにはならないため、システム全体の最善の性能（すなわち、低い光損失および低い分散）を提供するために、伝送経路にわたって分散補償を改善するための試みが一定して行われている。

分散の補償のために、分散シフト・ファイバおよび分散平坦化ファイバの設計および使用を含む多くの技術が使用されている。光通信システム、特に波長分割多重（ＷＤＭ）システムにおいては、分散の補償のために分散補償モジュール（ＤＣＭ）も使用されている。米国特許第４，２６１，６３９号（Ｋｏｇｅｌｎｉｋ他）、米国特許第４，９６９，７１０号（Ｔｉｃｋ他）、米国特許第５，１９１，６３１号（Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇ）、および、米国特許第５，４３０，８２２号（Ｓｈｉｇｅｍａｔｓｕ他）を含む多くの特許が、分散を補償するためにＤＣＭの様々な使用法を説明している。これらの特許は、伝送経路に沿って適切な間隔でＤＣＭを挿入することによって分散を補償する。ＤＣＭは、通常、伝送ファイバの分散とほぼ等しい大きさ（だが、逆の符号）の分散を生成するために、適切な長さの分散補償ファイバ（ＤＣＦ）を含む。

分散を補償するために、知られているＤＣＭを使用することに伴う１つの問題は、ＤＣＦの設計が一般に製造公差に敏感なことである。したがって、ＤＣＦの設計が高度に精密でなかった場合には、ＤＣＦが伝送ファイバに組み合わされた時に結果として得られる伝送リンクは、過剰な残存分散（すなわち、補償されている中心波長チャンネル以外の波長チャンネル上の分散）を有することがある。このことは、伝送レートが非常に大きい（例えば、毎秒４０ギガビット（Ｇｂｉｔ／ｓ））ブロードバンド通信システムにおいて特に確かである。同様に、ひとたびＤＣＦが生産されれば、分散補償のための所望の目標を満足するためにはＤＣＦの長さだけを選択すればよい。さらに、ＤＣＦの長さ（および、したがって、ＤＣＭの分散）の選択は、第一次およびより高次の分散が補償されることを確実にする。

より高次の分散を補償する時、伝送ファイバの相対分散勾配（ＲＤＳ）は、ＤＣＦの（および、結果的に、対応するＤＣＭの）ＲＤＳに整合しなければならない。あるファイバについて、ＲＤＳは、ファイバの分散Ｄに対するファイバの分散勾配Ｓの比として定義される。したがって、あるファイバに対するＲＤＳはそのファイバに対するＳ／Ｄに等しい。伝送ファイバに組み合わされたＤＣＦに対して、補償されたリンクの総分散および総分散勾配Ｄ_ＬＩＮＫおよびＳ_ＬＩＮＫは、それぞれ以下のような数式１および２によってそれぞれ表すことができる。
D_Link=L_TransmFiber×L_TransmFiber+D_DCF×L_DCF （数１）
S_Link=S_TransmFiber×L_TransmFiber+S_DCF×L_DCF （数２）
数式１において、Ｄ_{ＴｒａｎｓｍＦｉｂｅｒ}は伝送ファイバの分散に対応し、Ｌ_ＤＣＦはＤＣＦの長さに対応し、Ｄ_ＤＣＦはＤＣＦの分散に対応する。数式１および２において、Ｌ_{ＴｒａｎｓｍＦｉｂｅｒ}は伝送ファイバの長さに対応し、Ｌ_ＤＣＦはＤＣＦの長さに対応する。数式２において、Ｓ_{ＴｒａｎｓｍＦｉｂｅｒ}は伝送ファイバの分散勾配に対応し、Ｓ_ＤＣＦはＤＣＦの分散勾配に対応する。

システムの分散が補償された時、すなわち、Ｄ_Ｌｉｎｋ＝０の時、リンクの分散を補償するために必要なＤＣＦの長さは、以下の数式３によって決定することができる。
L_DCF=-(D_TransmFiber/D_DCF)×L_TransmFiber （数３）
ＤＣＦの分散についてリンクを補償するために、ＤＣＦおよび伝送ファイバに対するＲＤＳは以下のように整合される。

補償された波長範囲が可能な限り広いことが望ましい。伝送ファイバの使用可能な帯域幅とＲＤＳとの間には逆の関係が存在する。したがって、伝送ファイバのＲＤＳは伝送リンクの使用可能な帯域幅を制限する。
米国特許第４，２６１，６３９号（Ｋｏｇｅｌｎｉｋ他） 米国特許第４，９６９，７１０号（Ｔｉｃｋ他） 米国特許第５，１９１，６３１号（Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇ） 米国特許第５，４３０，８２２号（Ｓｈｉｇｅｍａｔｓｕ他）

特に伝送ファイバが高いＲＤＳを有する場合に、単一の分散補償ファイバを使用することに関連した使用可能な帯域幅に比較して、分散補償済み伝送ファイバの使用可能な帯域幅を増大する分散勾配補償モジュールを提供することが望ましい。

本発明によれば、光ファイバ伝送リンクの使用可能な帯域幅は、正の分散および分散勾配を有する正の分散補償ファイバ（以下、「ＤＣＦ＋」と称する）の相対分散勾配（ＲＤＳ）が伝送ファイバのＲＤＳより低くなるように、リンクの伝送ファイバをＤＣＦ＋に結合することによって増大することができることが決定されている。ファイバの組合せのＲＤＳが伝送ファイバのＲＤＳより低いため、伝送リンクが補償された時に伝送リンクの使用可能な帯域幅が増大しているからである。

本発明は、負の分散補償ファイバを使用した分散補償の後に光ファイバ伝送リンクの使用可能な帯域幅を増大させるための分散補償モジュール（ＤＣＭ）を提供する。ＤＣＭは、伝送ファイバのＲＤＳより低いＲＤＳを有する少なくとも１つのＤＣＦ＋を含む。ＤＣＭが伝送ファイバに結合された時、ＤＣＦ＋はある量の正の分散を加える。伝送ファイバのＲＤＳがＤＣＦ＋のＲＤＳより高いため、伝送リンクの全体的なＲＤＳは伝送ファイバの全体的なＲＤＳより低くなり、これは、伝送リンクが補償された時に伝送リンクに対するより広い使用可能帯域幅をもたらす。

本発明は、上述のようなＤＣＦ＋、および、組み合わされた伝送ファイバとＤＣＦ＋の分散に対して等しい量で逆の符号の分散を有する負の分散の補償ファイバ（以下、「ＤＣＦ−」と称する）の双方を含むＤＣＭも提供する。ＤＣＦ−は、組み合わされた伝送ファイバおよびＤＣＦ＋のＲＤＳに少なくとも実質的に等しいＲＤＳを有する。

本発明のこれらの、および、他の特徴および長所は、以下の説明、図面、および、冒頭の特許請求の範囲から明らかになる。

図１は、ＤＦＣと結合することによって補償されている知られている伝送ファイバにおける波長の関数としての残存分散を説明するグラフである。補償されている伝送ファイバの分散は１５５０ｎｍで１００ｐｓ／ｎｍである。使用可能な帯域幅は、縦の直線３と４との間の曲線２の部分に対応する。使用可能な帯域幅は、残存分散が±１ｐｓ／ｎｍの範囲内である最大帯域幅として定義される。曲線２上の位置５および６において、残存分散はこの範囲の外に該当する。図１に示す例に対する最大帯域幅は、約１４５０ｎｍから約１６５０ｎｍである。

上述のように、本発明によれば、伝送光ファイバに対する使用可能な帯域幅は、そのファイバを、正の分散および伝送ファイバのＲＤＳより低いＲＤＳを有するＤＣＦ＋と結合することによって増大させることができることが決定されている。伝送ファイバは、典型的に、正の分散および正の分散勾配、したがって、正のＲＤＳを有する。ＲＤＳが高くなれば、使用可能な帯域幅は小さくなる。いくつかの伝送ファイバは非常に高いＲＤＳ値を有し、それは低減された使用可能な帯域幅となって現れる。本発明は、伝送ファイバを、正の分散および伝送ファイバのＲＤＳ値より低いＲＤＳ値を有するＤＣＦ＋に組み合わせることによって、伝送リンクのＲＤＳ値（すなわち、組み合わせられた伝送リンクとＤＣＦ＋）が低減されることを可能にすることによって、伝送リンクの帯域幅が増大されることを可能にする。

例えば、伝送ファイバとして一般に使用されるような標準的なシングル・モード・ファイバは、正の分散および比較的低いＲＤＳを有する。このタイプのファイバは、伝送ファイバおよびＤＣＦ＋を含む伝送リンクの全体的なＲＤＳを低減するために、ＤＣＦ＋として採用することができ、実際の伝送ファイバに組み合わせることができる。本発明は、ＤＣＦ＋またはその分散および分散勾配のために使用されるファイバのタイプに関して、限定されない。本発明は、いかなる特定の伝送ファイバにも限定されない。

図２は、本発明の例示的実施形態によるＤＣＭボックス１０を説明する図である。ＤＣＭボックスは、スプール１１、その上に、上記に検討した特性（すなわち、伝送ファイバのＲＤＳより低いＲＤＳ）を有するＤＣＦ＋１３を含む。ＤＣＦ＋１３は、スプライス位置１５および１９において伝送ファイバ１４に結合される。ＤＣＭのＲＤＳ値（すなわち、ＤＣＦ＋のＲＤＳ）が伝送ファイバ１４のＲＤＳ値より低いため、ＤＣＦ＋１３と伝送ファイバ１４の組合せのＲＤＳは伝送ファイバのＲＤＳより低く低減され、これは、伝送リンクに、補償される前より大きな使用可能帯域幅を提供する。

図３は、好ましい実施形態による本発明の方法２０を説明するフローチャートである。第１の工程は、ブロック２１が示すように、伝送ファイバのＲＤＳを得るためである。ＲＤＳが得られれば、ブロック２２が示すように、正の分散、および、伝送ファイバのＲＤＳより低いＲＤＳを有するＤＣＦ＋が選択される。続いて、ＤＣＦを含むＤＣＭは、図２を参照して上記に検討した方法でＤＣＦの端部を伝送ファイバに結合することによって伝送ファイバに接続される。この工程はブロック２３が示す。

伝送ファイバは、上述の特性（すなわち、伝送ファイバのＲＤＳより低いＲＤＳを有すること、および、それが伝送リンクに正の分散を付加すること）を有するＤＣＦ＋、および、組み合わされた伝送ファイバとＤＣＦ＋の分散と同じ量で逆の符号の分散を備えた負の分散補償ファイバ（以下、「ＤＣＦ−」と称する）を含むＤＣＭにも結合することができる。ＤＣＦ−は、組み合わされた伝送ファイバおよびＤＣＦ＋のＲＤＳに少なくとも実質的に等しい（すなわち、整合した）ＲＤＳを有する。したがって、ＤＣＦ−は、組み合わされた伝送ファイバおよびＤＣＦ＋における分散を補償し、それによって、単一のＤＣＦ−による伝送ファイバの直接的な分散補償に比較して伝送ファイバの使用可能な帯域幅を増大させる。図４を参照して、この複数のＤＣＦの解決策を実施するための例示的実施形態を検討する。

図４は、上に第１および第２のファイバ３４および３５がそれぞれ巻かれている第１および第２のスプール３２および３３を含むＤＣＭ３１を示す。図４に示す構成は、スプライス位置３７において互いに、および、スプライス位置３８および３９において伝送ファイバ３６に複数のＤＣＦが接合されるのを可能にする。第１のＤＣＦ＋３４は、伝送リンク（伝送ファイバおよびＤＣＦ＋３４）に分散を加え、（伝送ファイバのＲＤＳより低いＲＤＳを有することによって）伝送リンクのＲＤＳを低減する。第２のＤＣＦ−は、組み合わされたＤＣＦ＋および伝送ファイバの分散を補償する。この組合せは、単一のＤＣＦ−による伝送ファイバの補償に比較して、伝送ファイバ３６の使用可能な帯域幅を増大させる。図２および４は、単に、本発明との使用に適するＤＣＭ構成の２つの例に過ぎない。

ＤＣＦの長さは、以下の数式から求められる。
L_DCF+=-D_transfiber ^*L_transfiber/D_DCF+ ^*(RDS_DCF--RDS_transfiber)/(RDS_DCF--RDS_DCF+) （数５）
L_DCF-=-(D_transfiber ^*L_transfiber+D_DCF+ ^*L_DCF+)/D_DCF- （数６）
ここで、Ｌ_ＤＣＦ＋はＤＣＦ＋の長さであり、Ｌ_ＤＣＦ−はＤＣＦ−の長さであり、Ｄ_{ｔｒａｎｓｆｉｂｅｒ}は伝送ファイバの知られている分散であり、Ｌ_{ｔｒａｎｓｆｉｂｅｒ}は伝送ファイバの知られている長さであり、ＲＤＳ_ＤＣＦ−はＤＣＦ−の知られているＲＤＳであり、ＲＤＳ_{ｔｒａｎｓｆｉｂｅｒ}は伝送ファイバの知られているＲＤＳであり、ＲＤＳ_ＤＣＦ＋はＤＣＦ＋の知られているＲＤＳである。値Ｄ_{ｔｒａｎｓｆｉｂｅｒ}、Ｌ_{ｔｒａｎｓｆｉｂｅｒ}、および、ＲＤＳ_{ｔｒａｎｓｆｉｂｅｒ}は、もし補償される伝送ファイバの分散の量のために望むなら、伝送ファイバの実際の値から変化させてもよい。

本発明の上述の実施形態は実施の例であることに留意されたい。当業者なら、本発明の範囲から逸脱することなく、述べた実施形態に多くの変更および変形を加えることができることを、本明細書に提供される開示から理解するであろう。全てのそのような変更および変形は本発明の範囲内である。

ＤＦＣ−と結合することによって補償されている知られている伝送ファイバにおける波長の関数としての残存分散を説明するグラフであり、本実施例において補償されている伝送ファイバの分散は、１５５０ｎｍで１００ｐｓ／ｎｍである。 伝送リンクの使用可能な帯域幅を増大させるためのＤＣＦ＋を含む分散補償モジュール（ＤＣＭ）の図である。 例示的実施形態による本発明の方法を説明するフローチャートである。 伝送ファイバにおいて分散を補償する一方で単一のＤＣＦ−を使用する補償に比較して伝送リンクの使用可能な帯域幅を増大させるためのＤＣＦ＋およびＤＣＦ−を含む他の分散補償モジュール（ＤＣＭ）の上面図である。

Claims (9)

1. 使用可能帯域幅を増大するように設計された光ファイバ伝送リンク（３１、３６）であって、
   長さＬ_{ＴｒａｎｓＦｉｂｅｒ}、分散Ｄ_{ＴｒａｎｓＦｉｂｅｒ}及び相対分散勾配ＲＤＳ_{ＴｒａｎｓＦｉｂｅｒ}を有する伝送ファイバ（３６）と、
   前記伝送ファイバ（３６）に接続された第１の端部を有する第１の分散補償ファイバＤＣＦ１（３４）とを含み、前記第１の分散補償ファイバＤＣＦ１（３４）は、長さＬ１、分散Ｄ１、分散勾配Ｓ１及び前記相対分散勾配ＲＤＳ_{ＴｒａｎｓＦｉｂｅｒ}よりも小さい相対分散勾配ＲＤＳ１を有し、前記伝送ファイバ（３６）と前記分散補償ファイバＤＣＦ１（３４）とは前記相対分散勾配ＲＤＳ_{ＴｒａｎｓＦｉｂｅｒ}よりも小さい結合相対分散勾配ＲＤＳ_{ＴｒａｎｓＬｉｎｋ}を有する伝送リンク（３４、３６）を形成するものであり、さらに、
   前記第１の分散補償ファイバＤＣＦ１（３４）の第２の端部に接続された第２の分散補償ファイバＤＣＦ２（３５）を含み、前記第２の分散補償ファイバＤＣＦ２（３５）は、長さＬ２、負の分散Ｄ２、負の分散勾配Ｓ２及び相対分散傾斜ＲＤＳ２を有し、
   前記相対分散傾斜ＲＤＳ２が前記相対分散傾斜ＲＤＳ_{ＴｒａｎｓＬｉｎｋ}と実質的に一致し、そして前記分散補償ファイバＤＣＦ２（３５）の負の分散の総計が、前記伝送ファイバ（３６）と前記分散補償ファイバＤＣＦ１（３４）とで形成される前記伝送リンク（３４、３６）の分散の総計と実質的に一致するよう、前記第１の分散補償ファイバＤＣＦ１（３４）と前記第２の分散補償ファイバＤＣＦ２（３５）とはそれぞれ長さＬ１と長さＬ２とを有し、前記長さＬ１とＬ２は、
   

   

   の式を満足することを特徴とする光ファイバ伝送リンク。
2. 前記ＤＣＦ１の前記分散勾配Ｓ１は正である請求項１に記載の光ファイバ伝送リンク（３１、３６）。
3. 前記ＤＣＦ１の前記分散勾配Ｓ１は負である請求項１に記載の光ファイバ伝送リンク（３１、３６）。
4. 前記ＤＣＦ１の前記分散Ｄ１は正である請求項１に記載の光ファイバ伝送リンク（３１、３６）。
5. 伝送リンク（３１、３６）の使用可能帯域幅を増大させるとともに分散補償を行う方法であって、
   伝送ファイバ（３６）を供給する工程と、
   前記伝送ファイバ（３６）の長さＬ_{ＴｒａｎｓＦｉｂｅｒ}、分散Ｄ_{ＴｒａｎｓＦｉｂｅｒ}及び相対分散勾配ＲＤＳ_{ＴｒａｎｓＦｉｂｅｒ}を決定する工程と、
   第１の分散補償ファイバＤＣＦ１（３４）と第２の分散補償ファイバＤＣＦ２（３５）とを選択する工程とを含み、
   前記第１の分散補償ファイバＤＣＦ１（３４）は、分散Ｄ１、分散勾配Ｓ１及び前記ＲＤＳ_{ＴｒａｎｓＦｉｂｅｒ}よりも小さい相対分散勾配ＲＤＳ１を有し、前記第１の分散補償ファイバＤＣＦ１が前記伝送ファイバと接続して伝送リンク（３４）を形成するときに、前記伝送リンク（３４、３６）は前記ＲＤＳ_{ＴｒａｎｓＦｉｂｅｒ}よりも小さい結合相対分散傾斜ＲＤＳ_{ＴｒａｎｓＬｉｎｋ}を有しており、
   前記ＤＣＦ２は、負の分散Ｄ２、負の分散勾配Ｓ２及び相対分散傾斜ＲＤＳ２を有し、そして
   

   

   の式を用いて、前記ＤＣＦ２の相対分散傾斜ＲＤＳ２が前記相対分散傾斜ＲＤＳ_{ＴｒａｎｓＬｉｎｋ}と実質的に一致し、そして前記第２の分散補償ファイバＤＣＦ２（３５）の分散の総計が、前記伝送ファイバと前記第１の分散補償ファイバＤＣＦ１（３４）とで形成される前記伝送リンクの結合分散の総計と実質的に一致するよう、前記第１の分散補償ファイバＤＣＦ１と前記第２の分散補償ファイバＤＣＦ２のそれぞれの長さＬ１とＬ２を選択することを特徴とする方法。
6. 前記Ｄ２が負の分散である請求項５に記載の方法。
7. 前記第１の分散補償ファイバＤＣＦ１（３４）は正の傾斜Ｓ１を有する請求項５に記載の方法。
8. 前記第１の分散補償ファイバＤＣＦ１（３４）は負の傾斜Ｓ１を有する請求項５に記載の方法。
9. 前記第１の分散補償ファイバＤＣＦ１（３４）は正の分散Ｄ１を有する請求項５に記載の方法。
   

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