JP3961587B2 - マルチチャネル光ファイバ通信システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
ラマン・クロストークを最少化する増幅波長分割多重化光ファイバ通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の技術レベルの光ファイバ通信システムを可能にした進歩の歴史は以下の通りである。
モード分散による容量制限を受けない単モードファイバ
ファイバ挿入による損失を、０．２ｄＢ／ｋｍ−０．２５ｄＢ／ｋｍの現在のレベルに、軽減するための組成、設計および製造
シリカ・ファイバ内のλ＝−１５５０ｎｍの透明度の窓の確認
色分散を零にし、１５５０ｎｍの公称システム波長での高ビット伝送速度を可能にする分散シフトファイバ（ＤＳＦ）設計
分散ファイバ内で高信号ビット伝送速度を維持するための連結および分散補償単一ファイバ内でマルチチャネル動作を行うことができる波長分割多重化（ＷＤＭ）
再生装置間のスパンの長さを増大させ、同時にλ＝１５５０ｎｍの公称システム波長に設定した、ＷＤＭのメンバ・チャネルを増幅するためのエルビウムでドーピングしたファイバ・アンプ（ＥＤＦＡ）
ＥＤＦＡの代案としての、または他の波長で使用するためのラマン増幅
４つの波長の混合（４ＷＭ）による高密度ＷＤＭ用ＤＳＦの故障の識別
４ＷＭを克服するための有限分散ファイバの導入、ＤＳＦを防止するための関連システムおよび代案を請求して、１９９４年７月５日に出願された米国特許５，３２７，５１６および１９９３年５月２８日に出願された米国特許出願第０８／０６９９５２号を参照のこと。
【０００３】
計画中の現在の技術レベルの通常のシステムを使用すれば、二つのＥＤＦＡを含んでいる、３６０ｋｍのスパンのファイバを使用して、４−チャネルＷＤＭ動作と、チャネル当たり２．５ギガビットの動作を行って、１０ギガビットのシステム容量を実現することができる。より大きなシステム容量 − より多くのチャネルおよび／またはより速いチャネル当たりのビット伝送速度 − を実現することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現在では、４ＷＭ容量以上のより大きなシステムが注目されている。非常に容量が大きく長距離のシステムを実現しようとすると、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）クロストークにより厳しい制限を受ける。この一見手に負えない非直線現象により、並列パルス間で、高い周波数のチャネルから低い周波数のチャネルへのエネルギーの移動が起こる。
【０００５】
＜用語＞
ＷＤＭ（波長分割多重化） − １組のＷＤＭが、（例えば、エルビウムでドーピングしたファイバ・アンプの１０−２０ｎｍのスペクトル幅内に収まるように、０．５ｎｍ−１．５ｎｍのチャネル分離状態にセットされた、１０チャネルの組のような）個々の光学的アンプのスペクトル幅内で行えるように、通常５ｎｍかまたはそれ以下の、一般的に近接して行われる多重チャネル動作。
ファイバ・スパンまたは「スパン」 − （中継器などによる）電子変換を伴わない（典型的には）単一の光ファイバの長さ。本発明の場合には、スパンは一台またはそれ以上のアンプを含むことができる。
ＳＲＳクロストーク − 分子振動により、エネルギーが低い周波数チャネルに移動することによって起こる、高い周波数のＷＤＭチャネルが空乏状態になる誘導ラマン散乱
ＥＤＦＡ − エルビウムでドーピングしたファイバ・アンプ
色分散または「分散」 − 電磁波エネルギーについての波長に依存して異なる速度（群速度）（電磁波の群遅延量が波形に依存して変化すること）
ＤＳＦ − システム波長がλ_ｓ＝１５５０ｎｍのときに、分散が実質的に零になる分散シフトファイバ
シフトしないまたは「従来の」ファイバ − 波長がλ＝１３１０ｎｍのときに、分散が零になる市販の単一モード・ファイバ
有限分散ファイバ − 分散の絶対値が１．５−４ｐｓ／ｎｍ−ｋｍのファイバ（例えば、１９９４年７月５日出願の米国特許５，３２７，５１６に開示されているλ_ｓ＝１５５０ｎｍでの動作用に設計されたファイバ）
連結 − １９８１年４月１４日出願の米国特許４，２６１，６３９に開示されている、分散の符号が反対の連続した長さのファイバにより、分散のバランスがとれているファイバ・システム
分散補償 − ある長さの分散補償ファイバ（ＤＣＦ）を使用することにより、分散のバランスがとれているファイバ・システム。ＤＣＦの大きさは、通常、補償が行われている送信ファイバの大きさの少なくとも５倍であるという点が、連結と異なっている。
ＳＮＲ − 信号雑音比
システム波長 − 一般に、特定の数値、例えば、λ_ｓ＝１５５０ｎｍで表されるが、それに付随して波長の範囲を表す。通常、シリカ透明度の窓のスペクトル幅、またはＥＤＦＡ通過帯域と関連している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
ＷＤＭファイバ・システム内のＳＲＳ（誘導ラマン散乱）のクロストークは、ＳＲＳを引き起こす最大の要因と思われる、有意の平均的に確定的な成分を含んでいることが分かっている。適当なスペクトル整形を使用すれば、この成分を抑制することができる。
【０００７】
通常の発明の場合には、光学的アンプの出力は、波長が増大してゆくチャネルに対して、低減してゆく増幅比を供給することによって整形される。整形は、連続調整を必要としない固定フィルタを使用して行うことができる。
【０００８】
本発明は、容量と長さの積が、ＳＲＳによって制限される容量に対して十分大きいシステムに使用した場合非常に効果がある。本発明を有利に適用することができるシステムに対する、代表的な現在の技術レベルのパラメータの域値は、チャネル当たりのビット伝送速度、チャネルの数およびスパンの長さの積で表される。システムのこの積の数値が少なくとも３２０，０００ｋｍ−ギガビット／秒あれば、現在の使用にも十分であるし、また予定している改善も行うことができる。
【０００９】
望ましい実施例に適するフィルタの設計は、ＥＤＦＡのスペクトル出力を平坦に均すために使用される設計原則に従って行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
＜概要＞
非直線効果は、光ファイバ光波システムを最終的に制限するものであることが分かっている。（１９８８年に）アカデミック・プレス社が発行したＳ．Ｅ．ミラーおよびＩ．Ｐ．カミノフ著の「光ファイバ遠隔通信ＩＩ」の８０９ページを参照してほしい。色分散を管理する種々の技術、エルビウムでドーピングしたファイバ・アンプ（ＥＤＦＡ）、および多くのミリワットの導入電力を提供するレーザに対しては、光学的非直線性の問題が非常に重要な要因になっている。これらの重要な要因の中には、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）、自己位相変調（ＳＰＭ）、混位相変調（ＣＰＭ）および四波混合（４ＷＭ）などがある。
【００１１】
（１９９３年の）ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｌｅｔｔ．５巻の６６６−６６８ページには、現在の技術レベルのシステムに対する非直線性の影響の評価が記載されている。非直線性を無視した場合には、１５５０ｎｍの公称システム波長でのＷＤＭ動作は、数十テラビット／秒の容量を持つことができる。非直線性を考慮に入れると、容量は数十ギガビット／秒まで減少する。大部分の非直線性を最少化する方法がすでに知られているが、ＳＲＳは主要な要因として未解決のまま残り、容量の上記の減少の最終的な要因となっている。ＳＲＳの影響は、散乱の入射および大きさは、完全にメンバ・チャネル内のパルスの瞬間的な一致に基づくものであり、そのため厄介なものであったので、過去においては純粋に統計的なものと見なされてきた。
【００１２】
現在では、ＳＲＳによって生じる空乏は、多くの条件下で、大きな振幅を持ち、ＳＮＲの劣化の支配的な原因となる場合がある、平均的な確定成分を持っていることが分かっている。また現在では、ＳＲＳによって生じる空乏の統計的な変動は、十分な色の分散が起こり、および／または多数のチャネルが使用されていれば、大きく軽減することが分かっている。それ故、ＳＲＳによって生じるＳＮＲの劣化は、例えば、高い周波数のＳＲＳにより空乏を起こしているチャネルの性能を改善するために、アンプの利得を整形して、一組のＷＤＭチャネルでできているスペクトルを整形することにより、大きく軽減することができる。通常のシステム設計を行えば、５倍またはそれ以上に容量の改善を行うことができ、システムの容量を１００ギガビット／秒から１，０００ギガビット／秒またはそれ以上にすることができる。初期の研究者達は、例えば、ＥＤＦＡにより、チャネル間の増幅を等しくするために、電力等化のための手順を開発した。増幅スペクトルを「均して平坦にする」ためのフィルタ設計の原理は、ＳＲＳを低減するための整形に必要な勾配を持つスペクトルを作り出すのに適している。
【００１３】
長距離システムの設計の場合には、「導入電力」（各アンプのところでシステムに導入される電力）と増幅との間で折り合いがつけることになる。導入電力が増大すると、システムはＳＲＳの劣化をさらに起こし易くなる。電力がもっと低い場合には、システムはアンプのノイズによって制限を受けることになる。今日のシステムで使用されるている、１００ｋｍおよびそれ以上のＥＤＦＡの間隔は、最適なものではなく、間隔を４０−６０ｋｍのようにより短くしたほうが、ＳＮＲの積分値はもっとよくなる。このようなことを考慮すると、一般的に、スパンの長さは１，０００ｋｍまたはそれ以上という結論になる。
【００１４】
＜システム＞
図１は、本発明の手順を使用しているシステムの代表的なものである。このシステムは、多数のアンプ１３を含んでいる相互接続送信ライン１２と一緒に、送信機１０および受信機１１を含んでいる。図に示したように、各アンプはろ過素子１４を含んでいる。オプションとしての再生装置１５は、点線で示してある。特に説明しないが、本発明は、スパンの数とは無関係に、個々のスパンに関連している。連続しているスパンは、多重スパン・システム内の再生装置の間に設置されている。ほとんどの環境下で、送信機、受信機および再生装置は、光−電子変換および／または電子−光変換用の手段、すなわち、多重化および／またはデマルチプレクシングを必要とする機能を含んでいる。送信機１０内では、レーザ１６によってチャネル・キャリアが作られ、信号情報は変調器１７によって導入され、信号はマルチプレクサ１８内で結合される。受信機１１の諸機能は、デマルチプレクサ１９および個々のチャネル検出装置（光ー電子コンバ−タ）２０によって実行される。再生装置は結合された受信機−送信機の各ペアとして機能する。個々の再生装置素子は図示していない。アンプは、オプションとしての素子と見なすべきである。本発明の視覚化長距離レピータ・システムへの適用を現在考慮中である。上記の状況下においては、受動フィルタ素子１４を図示のように設置することができる。
【００１５】
システム・パラメータは、三つの要素、すなチャネル当たりのビット伝送速度、チャネル数およびスパンの長さの積により一般化されている。考慮中の一組のパラメータの場合には、積の数値は３２０，０００ｋｍ−ギガビット／秒である。ということは、アンプのノイズが６ｄＢ、アンプとアンプとの間隔が５０キロ、等しいチャネル間の距離が、ギガビットで表示した６．２５ ｘ ギガビット伝送速度に等しいということである。３２０，０００ｋｍ−ギガビット／秒という積の数値は、システムが本発明を有利に使用することができる域値である考えられる。この特定の数値の場合には、システム・パラメータを上記のように仮定すると、この数値は即時操作が改善される域値に近づく。数値的に大きな積となるこれらのパラメータに適当な改善を行った場合には、改善の際に起こる恐れのあるＳＲＳによる制限を避けるには、整形するのが正しい方法であり、整形をすればさらに容量が増大する。
【００１６】
他の要因を考慮すると、適当な最短スパンの長さは、１，０００ｋｍになり、最終的には、数千キロにもなる。ＥＤＦＡの場合には、アンプ・ノイズの最少積分値は、４０−６０ｋｍのアンプ間の距離の場合に対応し、そのため、１，０００ｋｍのスパンは、通常２５のアンプを含む。
【００１７】
ＥＤＦＡは、おそらく非ソリトン動作用の１５５０ｎｍシステム用の選択対象になるアンプとして引き続き使用されるだろう。この波長および他の波長での動作は、他のファイバ・アンプ、例えば、シリカまたはフッ化物をベースとしたガラス内のプラセオジミウム代りとなる。水晶媒体をガラスの代わりに使用することができ、ラマン・アンプを使用することができる。別のアンプの設計は、固有のアンプ損失特性に理想的にアプローチし、その結果、ファイバ損失が間隔を決定する要因となる。４０−６０ｋｍの間隔の範囲は、ファイバ挿入損失が約０．２−０．２５ｄＢ／ｋｍの現在の範囲内に留まっている限りは、ほとんどの場合一般的条件を表している。ファイバ損失が改善されると、間隔をもっと広げることができるようになる。例えば、ｄＢで表示した損失が半分に低減すると、望ましい間隔の範囲は二倍になる。
【００１８】
ビット伝送速度およびチャネルの数の相対的な大きさは、特定のシステムのニーズによって決まる。非常に距離が長く、非常に高速のビット伝送速度の二つのチャネル・システムを使用する必要がある場合がでてくる。考慮中のシステムは、反対の極の条件を含んでいる。すなわち、１００またはそれ以上のチャネルを持ち、もっと低いビット伝送速度を持っている。チャネルの間隔を選択すると、ラマン交換に幾分影響する。すなわち、間隔を短くすると、駆動力が低下し、ＳＲＳの劣化は少なくなる。一般的にいって、チャネルの間隔は、他のシステムのニーズ、例えば、使用できるアンプの通過帯域、ファイバの透明度の「窓」の性質、および（１９９４年２月１８日出願の米国特許出願第０８／１９９，３６４号に開示されている目的に合わせた均等でない間隔を調整するように示唆している）４ＷＭの最少化により決定される。計画中の長距離システムは、チャネル当たり高ビット伝送速度で動作するものと期待されている。２．５ギガビット／秒への新しいアプローチは、確かに価値のあるものではあるが、おそらく将来のシステムは、もっと高速で、すなわち、５−１０ギガビット／秒またはそれより速いビット伝送速度で動作することになるだろう。
【００１９】
ほとんどの環境下で、フィルタ付きのアンプが、選択の対象となるだろう。フィルタ間に、数ｄＢまたはそれ以下、好適には、最大１ｄＢの平均空乏を維持することがよいことが分かってきた。考慮中の設計の場合、こうすることにより、アンプ間ＳＲＳの空乏を整合することができる。チャネルが多い場合で、その結果多くの電力が必要になる場合には、おそらく空乏は過度になるものと思われる。そうなると、フィルタ間の間隔が、アンプ間に必要な間隔より短くなり、不都合な結果になるだろう。非常に長いシステムの場合、そのために、相対的に全電力が低いシステムの場合には、同じ配慮をすることにより、アンプ一個置きに、またはそれ以上の間隔を置いてフィルタを設置することができる。
【００２０】
ＳＲＳの機構は、非直線性なので、「直線化」が必要なことを示唆している。すなわち、その影響が手に負えないほど大きくなる前に解決する必要があることを示唆している。この直感的なアプローチは、多くの報告データを開発するために使用されたシミュレーションおよび計算によって支持されている。依然として、現在かなりの大きさであることが分かっている確定的な部分は、修正する必要がある。ＳＲＳの影響の大きさは、実際、ある低い（「直線的」）域値を越えて、もっと急速に増大する恐れがある。それは手に負えないぐらい大きくなり、その結果数値が過度に増大するのを放置しておくのは、いい方法とはいえない。しかし、他のアルゴリズムを使用することにより、または経験による決定によって、例えば、アンプの出力を、便宜のための書式化した０．５−１．０ｄＢの過度な空乏損失を補うのに必要な程度に、スペクトル的に整形することができる。この含む意味は、ビット伝送速度に対して必要な電力レベル、および３２０，０００ｋｍ−ギガビット／秒という積で示される域値を、満足させるために必要なチャネル数を持っている、短いスパンにとっては重要な意味を持つ。
【００２１】
まだ図示してない回路素子が多数ある。これらの回路素子としては、回路追加用の素子、チャネルを減らすための素子、遠隔測定用の素子等がある。現在使用できるファイバ損失および電力レベルを使用した場合、スパンの長さは光学的増幅によって決まる。これらの状況下では、すでに説明したように、（フィルタ間の間隔をもっと短くした方が有利な場合もあるが）アンプのところにフィルタを設置するのが便利である。。増幅を行わない、スパンの長さが３００ｋｍまたはそれ以上の、非常に長いスパンが可能になったために、ラマン誘導ノイズの大きさが相対的に増大する。このような状況下では、増幅するしないにかかわらず、整形の必要性を考慮する必要がある場合がある。
【００２２】
図２の曲線は、システム・シミュレーションおよび分析的計算に基づくもので、実施例のデータを含んでいる。すべてのシステムは、アンプ間の間隔が５０ｋｍであり、１５５０ｎｍの公称システム波長で動作し、ＳＮＲが０．５ｄＢ劣化する距離に等しい距離にスパンの長さを設定したという点で、幾分古いタイプのものである。受信機のマージンの１０ｄＢという数値およびアンプノイズの６ｄＢという数値は、納得のいく数値である。チャネル当たりのビット伝送速度は１０ギガビット／秒、ＷＤＭチャネル間の間隔は０．５ｎｍで一定であり、ファイバ挿入損失は０．２ｄＢ／ｋｍである。その結果、（２．３ｄＢｍ／チャネルでの）５，０００ｋｍに対しては、チャネル当たりの平均導入電力は数ｍＷとなる。仮定したすべての数値は、現在の技術レベルでの通常の数値である。将来改良が行われれば、達成可能なスパンの長さおよび容量は、おそらくさらに増大するだろう。
【００２３】
三つの例示としてのファイバ・タイプに対する曲線が表示されている。上記の三つのタイプとは、システム波長がλ_s＝１５５０ｎｍである場合の公称分散が０であるＤＳＦ、分散が１．５−４ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの範囲内にある有限分散ファイバ、および分散が約１６−１７ｐｓ／ｎｍ−ｋｍである従来のファイバである。分散の影響とは、異なるチャネルにより送信されたパルス間にウォークオフが導入され、それにより、より多くのビットが相互に干渉することである。この影響は、多数のチャネル内での増加に類似している。本発明の効果は、分散システムの場合に最も有意に現れる。何故なら、分散が増大することによる効果が、統計的なＳＲＳの部分を減少させるからである。（すなわち、確定的でない部分を低減させるからである。）それ故、ＳＲＳにより制限される容量の相対的改善により、整形を受けることができる確定的ＳＲＳの半端な部分が増大する。大部分の条件下で、本発明を使用して十分な改善、すなわち、−３ｘが必ず行うためには、少なくとも約１．０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの分散が必要である。大洋を横断するシステムの場合には、負の符号がついていて、１．０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまたはそれ以下の数値の分散を起こすファイバが、指定されている。本発明を使用すれば、ＷＤＭ使用に対して改善を容易に行うことができる。
【００２４】
図２を見れば分かるように、ＤＳＦを使用すれば、二倍の改善を行うことができるかも知れないが、好ましい実施例の場合には、最少の分散値を１．０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ、より望ましくは、１．５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍとすることを考えている。かなりの長さの分散が少ないファイバを挿入しても、まず、システムの他の場所で実現できる改善には影響はない。本発明の目的を実現するためには、スペクトルの整形を行って効果があるのは、全長が少なくとも１，０００ｋｍの距離に対して、最少の分散値を持っている送信ラインであろう。
【００２５】
図２に示すシステムは、三つのタイプのファイバ用のもので、両システムとも整形を行う場合もあるし、整形を行わない場合もある。一点鎖線の曲線３０，３１および３２は、それぞれろ過を行わないＤＳＦ、有限分散ファイバおよび従来のファイバに関するものである。実線の曲線３３，３４および３５で対応する整形したシステムを示す。実線の曲線は、アンプを使用するしないにかかわらず、フィルタを使用していて、フィルタ間のファイバの長さは、ＳＲＳの空乏が０．５ｄＢに達する長さである。曲線上の長い距離は、相対的に低い電力の挿入に対応しているので、（相対的に少ない数のチャネルに対応しているので）、またＥＤＦＡに対して望ましいことが分かった４０−６０ｋｍの間隔は、０．５ｄＢまたはそれ以下の空乏の数値と対応しているので、フィルタをアンプのところに設置してもいい結果がえられる。曲線上の相対的に短い長さの場合には、アンプ間の空乏はこの数値を越える。従って、曲線３３，３４および３５は、実際とは異なる場合がある。曲線３６はこの点を考慮にいれた動作特性を示している。この場合、フィルタ間の距離がアンプ間の距離よりより短くならないようにしなければならない。曲線３６は、ファイバを挿入するしないにかかわらず、（ＳＲＳによる）実現可能なＳＮＲの改善に対する上限を示している。曲線３７は、比較のためのものであって、パルスの位相の対応が、すべてのチャネル内において保証されている「最悪例解析」に対する関係を示す。（この条件は、チャネル間の分散が正確に０であり、挿入箇所でパルスが同相である仮想ファイバ用にアプローチされる。）
【００２６】
すべての曲線は、他の非直線による容量制限を無視している。ほとんどの他の非直線性は調整することができても、４ＷＭは有意に大きい場合がある。ＤＳＦシステムは、チャネル間の間隔が一定である通常の場合に対しては、４ＷＭで制限された状態で図示されてきた。しかし、チャネル間の間隔は、チャネル・キャリア上での混合の積が一致するのを防止するように、調整することができることが分かった。上記の同時係属出願の米国特許出願第０８／１９９，３６４号を参照してほしい。一般的にいって、本発明の効果が有意に認められたのは、後者の状況下で、ＤＳＦを使用している少なくとも四つまたはそれ以上のチャネル・システムに対してだけであり、（その結果、曲線３３上で報告された結果が、現実になる。）
【００２７】
図３上に曲線で示したデータは、ＳＲＳ空乏の確定的な部分が、全ＳＲＳ空乏の少なくとも９０％である、好ましい実施例を説明するためのものである。この図は、（標準偏差と平均値との間の比が１０％またはそれ以下になるような）この目標に十分適合するように、クロストークの統計的変動を軽減するのに必要な最低のチャネル数を示す。データは、（曲線４０，４１、４２は、それぞれ）ファイバのスパンの長さが５０ｋｍであり、ファイバ損失が０．２５ｄＢ／ｋｍであり、チャネル間の間隔が、三つのビット伝送速度、すなわち、５ギガビット／秒、１０ギガビット／秒および２０ギガビット／秒に対して、６．２５とチャネル当たりのビット伝送速度の積に等しいものに対するものである。
【００２８】
今までは、主として分散が均等なファイバについて説明してきた。４ＷＭはＷＤＭ，ＤＳＦシステムに対して悪影響があることが分かったので、ＷＤＭに対する連結および分散補償を考慮している。本発明の原理、確定的性質によるＳＲＳ劣化の実現可能な軽減は、引き続き適用することができる。改善の程度は、（いろいろな長さの種々のファイバのタイプを別々に検討している）図２を見れば分かる。
【００２９】
一般的にいって、ソリトン動作は、ＳＲＳの劣化および本発明の対策の両方から影響を受け易い。実際、指定の電力制限内で保守を必要とするソリトンの本質は、本発明によりさらに有利なものとなるだろう。
【００３０】
＜フィルタの設計＞
上記の米国特許出願第０８／２２０，８６６号の長周期ファイバ格子設計の開発は進んでいるし、望ましいものと思われる。ＫｒＦλ＝２４８ｎｍの紫外線を照射して、ゲルマニウムでドーピングしたシリカ・ファイバ内に描いた、格子ラインは有効である。動作原理は、基本的コア・モードを順方向へ伝播するクラッド・モードに伝える格子の周期性に基づいている。供給されたエネルギーは、損失を生じるクラッド・コーティング・インタフェースにより、急速に減少し、ファイバ内で曲がる。波長が伝達効率に依存するという性質が、整形に影響を与える。設計基準は、（１９９５年２月２６日−３月３日付けの）ＯＦＣ’９５の論文、ポストデッドラインＰＤ４−１−ＰＤ４−５に記載されている。この論文を修正したものが、「帯域排除フィルタとしての長周期ファイバ格子」という表題で、１９９５年９月号のＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈ．に掲載される予定である。
【００３１】
一般的にいって、均等に減少する損失を平坦な増幅スペクトル上に重畳したと仮定した場合、フィルタ損失のピークは、ＷＤＭチャネルの組の長い波長側に置くべきである。この仮定は、スペクトル中の変動を除去し、平坦な出力を行うために標準配置を行った設計に使用することができる。
【００３２】
ＳＲＳの空乏を修正するために必要な勾配は、ファイバ空乏損失から容易に求められる。整形したアンプの出力スペクトルは、最も低い周波数チャネルの利得より、補償するファイバの長さに対する空乏損失だけ高い、最も高い周波数チャネルの利得に対応する勾配を持っていなければならない。従って、現在の技術レベルのファイバに望ましいと思われる０．５ｄＢ−１．０ｄＢの間隔に対しては、勾配は０．５ｄＢ−１．０ｄＢでなければならず、この数値は、両端のチャネル波長の間で、波長が短くなっていく方向に、数値が増大していくものでなければならない。
【００３３】
別のフィルタの設計が（１９９３年の）Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ第２９巻の１５４−１５６ページおよび（１９９３年の）Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ第２９巻の１０２５−１０２６ページに記載されている。この論文はブラッグの格子設計に関するものである。１９９４年１２月２８日同時係属出願の米国特許出願第０８，３６５，６１８号には、必要な応答を作りだすフーリエ級数を一緒に形成する、有効長が異なる一連の光カプラによるろ過が記載されている。この設計方法は、本発明の目的に適している。
【００３４】
フィルタに関する論議は、一般に、最初は平坦なスペクトルからアンプ出力を形成するために使用される単一の個々の素子について行われてきた。ここでもまた、フィルタを、最初は平坦な増幅スペクトルを変化させる目的で、二つまたはそれ以上の素子で構成することができる。この方法は便利であり、一つまたはそれ以上の結合した素子により、例えば、摂動を打ち消すというような追加の機能を行うことができる。他の方法の場合は、チャネルを別々に減衰させ、ろ過を行う前にデマルチプレクシングが使用される。
【００３５】
本発明の一つの利点は、ＳＲＳの観察した修正可能な部分およびその修正が、本質的に、時間の経過によって変らないということである。例えば、ある状況では、トラフィックの変化に従ってチャネル数が増減することにより、システムの容量が変化する恐れがある。このような状況下では、フィルタを時々調整するほうがいい場合がある。リアルタイムの調整は必要ではなく、実質的な動作期間後、すなわち、数日または数カ月後に調整を行ったほうがいいと考えられている。米国特許第５，２２５，９２２号には、システムの出力を必要なレベルに維持するために、フィ−ドバックを使用したリアルタイムの装置が記載されている。この装置は、短期間の変動を修正するためのろ過と一緒に使用することができるだろう。
【００３６】
ほとんどの場合、長距離光ファイバ通信は、デジタル送信に依存してきた。本発明もデジタル送信に基づいて説明してきた。アナログにとっては元来不利なＳＮＲの影響は蒙るけれども、本発明の原理は、アナログ送信にも使用することができる。ＳＲＳの確定的部分の相対的影響を最大にするために、特別な注意を払わなければならない例外的な場合はあるが、本発明の原理は役に立つ。従って、整形したアナログ・システムは、多数のチャネルを含んでいて、分散ファイバを使用する動作に基礎を置いている。このようなシステムは、ＤＣＦと一緒にまたは連結して使用するのが好適である。
【００３７】
＜例＞
このデータは、図２および図３の曲線に関する情報に基づいている。
例１−シフトしていない分散ファイバを使用する、図２に示したシステム動作。１６ｐｓ／ｎｍ−ｋｍにより、整形前は９チャネル、整形を行った場合には６０チャネルを使用することができる。容量は係数６．７だけ増大する。
【００３８】
例２−２．５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの有限分散ファイバの２，０００ｋｍのスパンに対するシステム動作。導入電力は０．６６ｍＷ／チャネル（−１．８ｄＢｍ／チャネル）である。整形を行わない場合には、システムの容量は１８チャネル−整形を行う場合には、８０チャネルである。（容量は係数４．４だけ増大する。）
【００３９】
例３−システム動作は、分散の公称値が０のＤＳＦの１，０００ｋｍのスパンに対するものである。導入電力は、０．３３ｍＷ／チャネル（−４．８ｄＢｍ／チャネル）である。整形を行わない場合には、システムの容量は３０チャネル−整形を行う場合には、６０チャネルである。（容量は係数２だけ増大する。）
【図面の簡単な説明】
【図１】関連光ファイバ通信システムの回路図である。
【図２】種々の長さのシステムに対して使用することができるＷＤＭチャネルの数を表す曲線である。チャネルの域値数は、ＳＮＲが０．５ｄＢ劣化した場合に基づいていることを示す図である。
【図３】チャネル数対分散の曲線で、三つの異なるビット伝送速度の場合、ファイバ分散の改善がどのように変わるかを示している図である。

Claims (8)

1. 一組の変調波長分割多重化（ＷＤＭ）チャネルであって、各チャネルが対応する特定のキャリア波長を変調したものであり、システム波長にてＷＤＭスペクトル全体をカバーする一組の変調ＷＤＭチャネルを生成する送信機と、受信機と、該送信機と受信機を接続する、少なくとも１つのスパンを含む光ファイバ伝送ラインとを含む波長分割多重光導波システムであって、チャネル数と、チャネル当たりのビット伝送速度と、スパンの長さとの積が、少なくとも３２０，０００ｋｍ−ギガビット／秒であるような波長分割多重光導波システムにおいて、
   該スパン内に、該一組の変調ＷＤＭチャネルのうちで短い波長のチャネルに対して、長い波長のチャネルについての電力レベルが結果として低減するように該ＷＤＭスペクトルを整形するフィルタ素子を有する少なくとも１つの光学アンプを備え、これにより誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）により生じる信号対雑音の比（ＳＮＲ）の劣化を軽減させるようにすることを特徴とする波長分割多重光導波システム。
2. 該光学アンプが、該一組のＷＤＭチャネル中のすべてのＷＤＭチャネルを同時に増幅するようになっている請求項１に記載のシステム。
3. 該光学アンプにおける該ＷＤＭチャネルの増幅が波長によって変化する勾配を持ち、最も長い波長のチャネルに対する増幅率が、最も短い波長に対する増幅率より、該光学アンプへの入力のところでＳＲＳ損失に近い大きさだけより小さくなっている請求項２に記載のシステム。
4. 該フィルタ素子が同時に全ＷＤＭスペクトルに対応する増幅利得スペクトルのスペクトル部分を整形するよう動作する請求項３に記載のシステム。
5. 該スパンの長さが、少なくとも１，０００ｋｍである請求項２に記載のシステム。
6. チャネル数とチャネル当たりのビット伝送速度の積が、少なくとも１００ギガビット／秒である請求項５に記載のシステム。
7. 該一組のＷＤＭチャネルが少なくとも１０個のチャネルを含んでいる請求項１に記載のシステム。
8. 該スパン内の実質的にすべてのファイバが、システム波長で少なくとも１．０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの分散特性を持っている請求項１に記載のシステム。

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