JP4044496B2

JP4044496B2 - 光波長通信ネットワークシステム

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Publication number: JP4044496B2
Application number: JP2003289366A
Authority: JP
Inventors: 恭三辻川; 直人吉本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2023-08-07
Also published as: JP2005057704A

Description

本発明は、光波長通信ネットワークシステムおよびシングルモード伝送用光ファイバに関し、特に、経済的な短波長光源を活用する光波長通信ネットワークシステムおよびシングルモード伝送用光ファイバに関する。

現在、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）の広い伝送波長帯域中の複数の波長の異なる信号光を用いる経済的な光波長多重（ＷＤＭ）通信方式について研究開発が進められている。また、垂直面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などの、１μｍ付近を発振波長とする経済的な短波長光源の研究開発が進められている。すなわち、市内中継系や加入者系への導入を目指してＣｏａｒｓｅ−ＷＤＭ（ＣＷＤＭ）などのＷＤＭ通信方式の研究が進められている。

図１に従来技術である１６波長ＣＷＤＭシステムの構成例を示す（製品化されているシステムとしては、例えば、パナソニックモバイルコミュニケーションズ（株）の「波長多重伝送装置（ＣＷＤＭ）ＡD-F3000シリーズ」がある）。光源から出力される波長の異なる信号光は光合波器で合波され、ＳＭＦを介して伝送される。さらに光分波器で各波長に分波された後、受光回路で受光されて元の電気信号に変換される。ＣＷＤＭでは、１波長あたりの伝送速度をギガビット毎秒（Ｇｂｉｔ／ｓ）程度、適用距離を１０ｋｍ程度と想定しており、光源として温度制御を取り除いた分布帰還型レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）が主に用いられる。

伝送に用いられる波長グリッドはＩＴＵ−Ｔによって１．２７〜１．６１μｍの間に２０ｎｍ（０．０２μｍ）の間隔で定められている（G.694.2参照）。特に伝送波長の下限は伝送路に用いられるＩＴＵ−Ｔ規定の１．３μｍ零分散シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ（G.652））ケーブルの実効遮断波長カットオフ波長：λ_ｃによって制限される。つまり、多モード分散が伝送の制限要因となってシングルモード伝送が保証されないため、ＳＭＦのλ_ｃの上限規格値である１．２６μｍよりも短い波長の信号光を伝送に使うことはできない。なお、λ_ｃの測定方法に関しては、非特許文献１に記載されている。

一方、１μｍ付近の波長を発振波長とする経済的な光源の開発が進められている。特にＶＣＳＥＬ光源に関しては、１．１〜１．２μｍ帯を発振波長とするタイプがあり（例えば、非特許文献２参照）、０．８μｍ帯や０．９８μｍ帯を発振波長とするタイプもある。０．８μｍ帯ＶＣＳＥＬ光源はイーサネット（登録商標）などの高速LＡＮ（ローカルエリアネットワーク）への適用が進められており、０．９８μｍ帯ＶＣＳＥＬ光源については、例えば非特許文献３で詳細に説明されている。

０．８μｍ帯ＶＣＳＥＬ光源はイーサネット（登録商標）などの高速LＡＮ（ローカルエリアネットワーク）への適用が進められているが、伝送路として大口径のマルチモード光ファイバ（MMF（G.651））を用いるので、Ｇｂｉｔ／ｓオーダの高速伝送を行う場合、多モード分散によって伝送距離が短距離に限定されてしまう。例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓイーサネット（登録商標）の０．８５μｍでの伝送を既存のマルチモード光ファイバで行う場合、伝送可能距離は５０ｍ程度となる。図２に従来技術として、０．８μｍ帯ＶＣＳＥＬ光源とMMFを使った単一チャネル通信システムの構成例を示す。

このような短波長光源を用いて長距離・高速伝送を行う方法としては、（１）使用する光源波長よりも短波長側にλ_ｃを持つシングルモード光ファイバを用いる、（２）シングルモード光ファイバを数ｃｍの径にコイル巻きして作製したモードフィルタによって、１次の高次モードＬＰ１１を入射端あるいは出射端で取り除くという２つが提案されている。

例えば、（１）の方法を用いた１．２μｍ帯ＶＣＳＥＬによる２Ｇｂｉｔ／ｓ−５ｋｍ伝送が報告されており（例えば、非特許文献４参照）、（２）の方法を用いた０．８μｍ帯ＶＣＳＥＬによる3Ｇｂｉｔ／ｓ−４．３ｋｍ伝送が報告されている（例えば、非特許文献５）。これらの狭線幅なＶＣＳＥＬ光源を用いて数Ｇｂｉｔ／ｓオーダの速度の伝送を行う場合、波長分散は問題にならず、損失が伝送距離を制限する要因となる。

川上彰二郎、白石和男、大橋正治共著、「光ファイバとファイバ型デバイス」培風館、1996年、p.36-43 「電子情報通信学会総合大会SC-6-4」、2003年伊賀健一、小山二三夫編著、「面発光レーザの基礎と応用」、共立出版、1999年、p.97-114 「Photonics Technology Letters, Vol.1.2, Ｎo.2」２０００年、p.1.25-11.27 「Photonics Technology Letters, Vol.10, Ｎo.1.2」１９９８年、p.1781-1783

しかしながら、このように、０．８μｍ帯、１〜１．２μｍ帯、１．２６μｍ〜１．６μｍ帯のそれぞれにおいて高速光伝送技術は確立されつつあるが、これらの波長領域にまたがるＷＤＭ通信方式やネットワーク構成は実用化されておらず、研究開発レベルにおいても提案されていない。この主な理由として、（ａ）短波長領域では光ファイバ伝送路の損失が増大し、システムの送受間レベル差も短波長領域では小さくなる傾向がある。（ｂ）短波長領域と長波長領域では使用する光ファイバ伝送路の多モード分散や損失などの特性が異なるという２点が考えられる。

上記の理由（ａ）について、光ファイバではＲａｙｌｅｉｇｈ散乱によって短波長になるほど損失が増大する。例えば波長１μｍでの損失は１．３μｍでの値の２倍程度に達するため、システムの送受間レベル差を一定と仮定しても、波長１μｍの信号は１．３μｍの信号の半分程度の距離しか伝搬できない。従って、両波長の信号光のＷＤＭ伝送を行う場合は１μｍの信号の伝搬可能距離によって伝送距離が制限される。

上記の理由（ｂ）について、ＷＤＭ伝送用にMMFを用いると、前述のように多モード分散によって高速伝送時の伝送距離が１00m程度の距離に制限される。また、ＷＤＭ伝送用に実効遮断波長λ_ｃの短いシングルモード光ファイバあるいはモードフィルタを用いると、いずれの場合も１．５μｍ帯以上の波長帯で曲げによる損失が急激に増加するため、今度は長波長領域の信号の伝搬可能距離によって伝送距離が制限される。さらに、曲げによる損失増加は長波長側ほど著しく、ファイバ心線ごとに増加の度合いも大きく異なるため、長波長領域の信号についての伝送距離の設計が非常に困難になってしまう。

以上に述べたように、図１または２のような一地点から一地点（ポイントツーポイント）への伝送を前提とするネットワーク構成では、シングルモード光ファイバの伝送波長帯域が限られており波長によって信号光の伝搬距離が大きく異なるため、０．８μｍ、１〜１．２μｍ帯、１．２６μｍ〜１．６μｍ帯に伝送波長域がまたがるＷＤＭ通信システムの導入は困難である。

本発明は、前記の従来方法の問題点を鑑み、伝送波長域が０．８μｍ、１〜１．２μｍ帯、１．２６μｍ〜１．６μｍ帯のうちの二つまたは三つの領域にまたがり、１ｋｍ以上の距離の伝送を可能とするＷＤＭネットワークの構成、およびネットワーク中で用いる低損失な短波長シングルモード伝送用の光ファイバと光ファイバ部品を提供することを目的とする。

本発明では、前記目的を達成するために、実施例に対応する図３のネットワーク構成に示すように、送信器と受信器との間に設置された光波長フィルタで複数の波長の信号光を長波長領域と短波長領域に分岐し、分岐された短波長領域の信号光を短波長領域用の受信器で受信する。その際、光波長フィルタと短波長領域用の受信器との間にモードフィルタを用いる。

また、伝送路に用いるシングルモード光ファイバとして、ＳＭＦまたはλ_ｃが１μｍ近傍にあり、コア径がＳＭＦと同等な大きさであることを特徴とする短波長シングルモード伝送用光ファイバ（ＳＳＭＦ）を用いる。

また、光波長フィルタとして、下記の特徴を持つＷＤＭ光ファイバ波長カプラを用いることができる。これは、２本のシングルモード光ファイバから作製され、入力ポートから入力される複数の波長の信号光を、伝送路に用いられる光ファイバのλ_ｃ以上でシングルモード伝送となる長波長領域の信号光と、２モード伝送となる波長領域を含む短波長領域の信号光に分岐し、短波長領域の出力ポートは１次の高次モードを除去するため曲げを加え螺旋状とした螺旋形状の除去部を有するＷＤＭ光ファイバ波長カプラである。

送信器と受信器との間に設置された光波長フィルタでは複数の波長の信号光を長波長領域と短波長領域に分岐する。この光波長フィルタによって、一地点から多地点（ポイントツーマルチポイント）、多地点から多地点（マルチポイントツーマルチポイント）を結ぶネットワーク構成が可能となる。また、長波長領域と短波長領域の信号を別々に伝送するため、それぞれの波長領域の信号を、光波長フィルタを含むそれぞれの伝送路の損失に対応した距離まで伝送することが可能になる。

以上説明したように、本発明のネットワークシステムによれば、複数の波長領域の信号光を伝送する光ファイバ伝送路と、複数の波長領域の信号光を分岐させ、分岐された各波長領域の信号光を伝送する光ファイバである分岐光ファイバおよび光ファイバ伝送路に結合した光波長フィルタと、各波長領域に分岐された信号光のうち信号光の一次の高次モードＬＰ１１が含まれる信号光を伝送する分岐ファイバに結合した、一次の高次モードＬＰ１１を除去するモードフィルタとを備えているため、ＶＣＳＥＬなどの経済的な短波長用光源が活用でき、従来は困難であったＳＭＦの実効遮断波長以下へのＷＤＭ伝送波長域の広帯域化と長距離伝送が可能になる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態として、図３にＷＤＭネットワークの構成例を示す。図３（ａ）において送信器３０１は異なる波長を出力するＮ個の光源と光合波器から構成され、合波されたＮ個の信号光は、実効遮断波長λ_ｃのシングルモード光ファイバ３１１を伝搬する。これらの信号光は光波長フィルタ３０２で短波長領域の信号λ_１〜λ_ｋと長波長領域の信号λ_ｋ＋１〜λ_Ｎに分岐され（ｋは１からＮ−１までの任意の数）、それぞれ短波長領域用の受信器３０４と長波長領域用の受信器３０５によって受信される。また、λ_１〜λ_ｋにλ_ｃ以下の信号が含まれる場合、光波長フィルタ３０２と受信器３０４との間の伝送路を、シングルモード光ファイバ３１２とモードフィルタ３０３によって構成する。

光波長フィルタ３０２としては、例えば「2002年電子情報通信学会総合大会B-13-26」に示されているような誘電体多層膜等の既存技術を用いて、低損失な光波長フィルタを実現できる。また、後述するＷＤＭ光ファイバ波長カプラを用いることも可能である。図３（ａ）には光波長フィルタ３０２を１個だけを用いた例を示したが、複数個用いて分岐数を増やすこともでき、ポイントツーマルチポイントの伝送が実現できる。なお、１ｋｍ程度の短距離伝送の場合は、光波長フィルタ３０２とモードフィルタ３０３、異なる波長領域用の受信器３０４、３０５のすべてを同一のノード（例えばユーザ宅）に設置し、見かけ上のポイントツーポイントのネットワーク構成をとることも当然可能である。

図３（ｂ）に送信器側にも光波長フィルタを用いたネットワーク構成例を示す。この構成ではマルチポイントツーマルチポイントの伝送が可能である。また、長波長領域用の送信器３０６、シングルモード光ファイバ３１１、光波長フィルタ３０８、光波長フィルタ３０２、長波長領域用の受信器３０５でシステムを構成しておき、需要やサービスの増加に応じて、短波長領域用のシステム（送信器３０７、シングルモード光ファイバ３１２、３１３、モードフィルタ３０３、受信器３０４）を追加することも可能である。また、リング状に並んだ各ノードに送信器と受信器を設置して再生中継を行い、リング状のネットワークを構成することもできる。この場合は、短波長領域用のシステムの伝送距離が短いので、長波長領域用のシステムはいくつかのノードを適宜スルーする構成にすれば良い。

上記のネットワーク構成においては、伝送路用シングルモード光ファイバ３１１の一部をすべての波長の信号が共有することで光ファイバ心線の節約が可能になる。また、長波長領域と短波長領域の信号を波長フィルタで分岐後は別々に伝送することによって、それぞれの波長領域の信号を、光波長フィルタを含むそれぞれの伝送路の損失に対応した距離だけ伝送できる。また、長波長領域では光ファイバが低損失であり、波長帯によっては光ファイバアンプの適用も可能である。従って、短波長領域用のシステムとは独立に長波長領域用のシステムの伝送距離や送受信器数を設定することができる。つまり、本発明によって需要に応じた柔軟で経済的なネットワーク構成が可能になる。

上記のネットワーク構成で用いるモードフィルタでは、シングルモード光ファイバのλ_ｃ付近では、１次の高次モードＬＰ１１の損失が基本伝搬モードＬＰ０１の損失よりも顕著に大きくなることを利用して、ＬＰ１１モードを除去する。例えば前述の非特許文献５では、シングルモード光ファイバを外径１７ｍｍで５回巻き付けたという単純な構成でモードフィルタ機能を実現している。本発明において、短波長領域の信号λ_１〜λ_ｋの波長上限λ_ｋを伝送路用の光ファイバのλ_ｃ付近にすれば、モードフィルタの曲げによって生じる基本伝搬モードＬＰ０１モードへの損失増加は無視できる。従って、本発明においても、例えば伝送路に用いたシングルモード光ファイバを２ｃｍ程度の外径に数回巻き付けた構成のモードフィルタを用いることができる。なお、ＬＰ０１とＬＰ１１のモード間結合（モード間での光パワーのやりとり）は、前述の非特許文献１に示されているように小さいので、図３のようにモードフィルタを送信器側か受信器側のどちらかだけに設置した構成とすることもできる。

一方、短波長領域の信号の下限波長λ_１は、伝送路用の光ファイバが２モード伝送となる波長領域に含まれている必要がある。つまり、波長λ_１において光ファイバのＶ値が３．８３以下でなくてはならない。Ｖ値は波長λ、コア半径をａ、比屈折率差をΔ、コアの屈折率をｎ_１とすると、以下の（１）式で与えられる。Ｖ_ｃは定数である。
Ｖ=２πａ／λ・ｎ_１（２Δ）^０．５＝Ｖ_ｃλ_ｃ／λ・・・（１）

本発明では、伝送路としてＳＭＦ、または、λ_ｃを１μｍ近傍に持ちコア径がＳＭＦと同等な短波長シングルモード伝送用光ファイバ（本発明では、これを「ＳＳＭＦ（Short wavelength single mode fiber）」と称する）のいずれかを使用する。（１）式において、コア径ａとコアの屈折率ｎ_１を一定と仮定すれば、実効遮断波長λ_ｃはΔの０．５乗に比例する。ＳＭＦではΔの典型的な値は約０．３％でλ_ｃの規格値が１．２６μｍ以下である。従って（１）式より、図４の屈折率分布例のように、ＳＳＭＦではΔを約０．２％にすれば、λ_ｃを約１．０μｍにすることができる。

図５はＳＭＦとＳＳＭＦのＶ値の波長依存性の一例である。ＳＭＦでは波長０．９μｍで、ＳＳＭＦでは０．７５μｍでＶ値が３．５に達するので、光ファイバ製造の歩留まり等も考慮すると、下限波長λ_１はＳＳＭＦで０．７５μｍ、ＳＭＦで０．９μｍとなる。図６に、ＳＭＦとＳＳＭＦのシングルモード伝送領域と２モード伝送領域を示す。ＳＳＭＦはＳＭＦよりも曲げに対して弱くなるが、使用波長上限を１．３μｍ帯とすれば、曲げ損失の増大は伝送上の問題にはならない。従って、図３に示したネットワーク構成例においてＳＳＭＦを伝送路に用いれば、０．８μｍ帯〜１．３μｍ帯の範囲にまたがるＷＤＭシングルモード伝送が実現できる。また、ＳＭＦを伝送路に用いれば、１μｍ帯〜１．６μｍ帯の範囲にまたがるＷＤＭシングルモード伝送が実現できる。

本発明の実施例として、ＳＳＭＦの具体的な作製方法と特性について述べる。図４に示した構造のＳＳＭＦはＳＭＦと同様に、ＧｅＯ_２（酸化ゲルマニウム）ドープ石英ガラスをコア、純石英ガラスをクラッドとする母材を線引きして作製できる。ＳＳＭＦの使用波長域０．８μｍ帯〜１．３μｍ帯においては、Ｒａｙｌｅｉｇｈ散乱が損失特性の支配要因になる。Ｒａｙｌｅｉｇｈ散乱の大きさはＲａｙｌｅｉｇｈ散乱係数Ｒ（ｄＢ／ｋｍ／μｍ^４）に比例し、「信学論B-1,Vol.J86-B,No.1,pp.1-1.2,2003.」に示されているように、ＧｅＯ_２ドープ石英ガラス光ファイバのＲは、[ＧｅＯ_２]を純石英ガラスとの比屈折率差で表したＧｅＯ_２濃度とすると、以下の（２）式で良く近似される。
Ｒ＝０．７５（１＋０．６２［ＧｅＯ_２］）・・・（２）
Δ=［ＧｅＯ_２］＝〜０．２より、ＳＳＭＦのＲとして０．８５（ｄＢ／ｋｍ／μｍ^４）程度の値が実現でき、これは既に布設されたＳＭＦケーブルのＲと比べて１０％程度小さい値である。ＳＳＭＦの構造として、純石英ガラスをコア、Ｆ（フッ素）ドープ石英ガラスをクラッドとする構成も可能であり、その場合は［ＧｅＯ_２］＝０より、Ｒとして０．７５（ｄＢ／ｋｍ／μｍ^４）程度の値が実現でき、これは布設されたＳＭＦケーブルのＲと比べて２０％程度小さい値である。

また、光コネクタ等の接続損失（ｄＢ）は主に軸ずれに起因し、その大きさは光ファイバのモードフィールド径Wの２乗に反比例する。ＳＳＭＦのWは同じ波長での比較でＳＭＦよりも１０％程度大きいので、ＳＳＭＦのコネクタ接続損失はＳＭＦよりも２０％程度小さくなる。以上より、ＳＳＭＦを用いれば、ＳＭＦを用いる場合よりも１０％程度低損失な伝送路を構成することができる。なお前述の非特許文献１に示されているように、図４のようなステップ型の屈折率分布を持つＳＳＭＦの零分散波長はＳＭＦと比べてほとんど変化しない。従って、ＳＳＭＦではＳＭＦと同等な高速伝送が可能であり、損失の低減によって伝送距離をＳＭＦに比べて１０〜２０％程度延ばすことができる。また、ＳＭＦと同等のプロセスで安価に作製できる。

また図３のネットワーク構成中に用いる光波長フィルタとして、ＷＤＭ光ファイバ波長カプラを用いることができる。ＷＤＭ光ファイバ波長カプラには安価で低損失という利点があり、例えば「ブロードバンド光ファイバ応用技術（シーエムシー出版、2001年発行）,pp-113-117」にその設計方法や種類が詳しく述べられている。ＷＤＭ光ファイバ波長カプラは２本のシングルモード光ファイバを溶融延伸して作製され、通常は異なる２つの波長の信号光を合分岐するために使用される。分離する２つの波長の間隔は延伸する部分の長さによって調節し、既に０．９８／１．５５μｍ用、１．３／１．５５μｍ用、１．４８／１．５５μｍ用が市販品として製品化されている。

例えば１．４８／１．５５μｍ用ＷＤＭ光ファイバ波長カプラでは分離する波長の間隔Δλは７０ｎｍ（０．０７μｍ）となる。また、研究レベルにおいては「2000年電子情報通信学会総合大会B-13-26」でΔλとして３０ｎｍの間隔が実現されている。ＷＤＭ光ファイバ波長カプラは周期性を持つので、出力ポート（Ｘ）からの複数の出力光の波長はそのうちの一つをλ_ｘとすると、λ_ｘ±２ｎΔλ、出力ポート（Ｙ）から出力波長はλ_ｘ±（２ｎ−１）Δλで近似的に表される（ｎは正の整数）。

本発明の実施例として、ＷＤＭ光ファイバ波長カプラの構造の模式図を図７示す。（ａ）はＳＭＦ同士で、（ｂ）はＳＳＭＦ同士で作製され、Δλは現状の技術で実現可能な４０ｎｍである。（ｃ）はＳＭＦ同士で作製される１．１／１．５５μｍ帯用（Δλ＝４５０μｍ）、（ｄ）はＳＳＭＦ同士で作製される０．８／１．１μｍ帯用（Δ＝３００μｍ）の波長カプラである。これらのカプラではすべて、短波長領域用の出力ポート（Ｘ）に曲げを加え、光ファイバ伝送路の実効遮断波長以下で発生するＬＰ１１モードを除去するモードフィルタ機能を持たせている。この曲げは、前述のように波長カプラのＸポート側のファイバの余長を２０ｍｍ程度の外径に数回巻き付ければ良い。また（ａ）,（ｃ）のＳＭＦから作製した波長カプラはＳＭＦ伝送路に、（ｂ）,（ｄ）のＳＳＭＦから作製した波長カプラはＳＳＭＦ伝送路に対して用いることで、伝送路と波長カプラの接続損失を低減できる。

図９に図７（ａ）,（ｂ）の構造のＷＤＭ光ファイバ波長カプラの（Ｘ）と（Ｙ）のポートから出力可能な波長の例を示す。例えば図７（ａ）では、図９中に下線で示した８波を汎用光源の波長から選んで、信号を入力すれば、短波長領域用の（Ｘ）ポートからは１．１５、１．２３、１．３１μｍの３波が、長波長領域用の（Ｙ）ポートからは１．２７、１．３５、１．４３、１．５１、１．５９μｍの５波が出力される。例えば図７（ｂ）では、図９（ｂ）中に下線で示した５波を光源波長に選べば、（Ｘ）ポートからは０．７７、０．８５μｍの２波が、（Ｙ）ポートからは１．１３、１．２１、１．２９μｍの３波が出力される。このように図７（ａ）、（ｂ）の構造のカプラは、波長間隔の広いＷＤＭシステムに対して使用できる。

また、図７（ｃ）,（ｄ）の構造のＷＤＭ光ファイバ波長カプラではΔλが大きいため、図７（ａ）,（ｂ）の構造に比べ、０．８μｍ帯、１．１μｍ帯、１．５５μｍ帯の各出力ポートについて低損失な波長帯域が広がっている。

図８は、２ｃｍの外径に２回巻き付けたＳＭＦの透過損失特性を白色光源を用いて測定した結果を示すグラフである。すなわち、ＷＤＭ光ファイバ波長カプラのＸポート側のファイバを２ｃｍの外径に２回巻き付けると、図８に示すように、実効遮断波長以下の１ｍｍ付近では１次の高次モードＬＰ１１の損失が観測されるのでモードフィルタ機能が実現できる。従って、図７のＷＤＭ光ファイバ波長カプラのＸポート側の曲げとしては、上記程度の曲げ条件を与えれば良い。

これらの各波長域ではＤＦＢ−ＬＤやＶＣＳＥＬなどの狭線幅光源の技術が発達しているので、狭い波長間隔で複数の光源をＷＤＭ伝送に用いることが可能である。例えば、１．５５μｍ帯では０．４〜０．８ｎｍ間隔で波長の異なる複数の光源からの信号光を伝送するＤＷＤＭ技術が確立されており、１．１μｍ帯では「2003年電子情報通信学会総合大会SC-6-4」において、０．７ｎｍ間隔で８波長を集積したＶＣＳＥＬ光源が報告されている。従って、図７（ｃ）,（ｄ）のＷＤＭ光ファイバ波長カプラの波長帯域幅に応じて波長数を決定し、複数の光源を用いたＷＤＭネットワークを構成できる。例えば、波長帯域幅を２０ｎｍ、光源波長間隔を４ｎｍ程度に設定すると、出力ポートの各波長帯で４波程度（計８波程度）の使用が可能になる。このように図７（ｃ）,（ｄ）の構造のカプラは、０．８μｍ帯、１．１μｍ帯、１．５５μｍ帯の光源を用いたＷＤＭシステムに対して使用できる。

本発明の実施例として、図３（ａ）のネットワーク構成に対して図７（ａ）の波長カプラとＳＭＦを用いた場合を図１０（ａ）に、図７（ｂ）の波長カプラとＳＳＭＦ１０１１、１０１２を用いた場合を図１０（ｂ）に示す。図１０においては、図３に示す実施例で用いられた光波長フィルタ３０２およびモードフィルタ３０３に代えて、ＷＤＭ光ファイバ波長カプラ１００１、１００２が用いられている。したがって、図１０（ａ）および（ｂ）に示すネットワーク構成においては、ＷＤＭ光ファイバカプラ１００１、１００２がモードフィルタの機能もあわせ持つので、図３中のモードフィルタは省略することができる。

また、図３（ｂ）のネットワーク構成に対して図７（ｃ）の波長カプラとＳＭＦ３１１〜３１３を用いた場合を図１１（ａ）に、図７（ｄ）の波長カプラとＳＳＭＦ１０１１、１０１２、１１１１を用いた場合を図１１（ｂ）に示す。ここでは、各波長帯で４波ずつを使用する場合を示している。また、図３（ｂ）に示す実施例では光波長フィルタ３０２、３０８が用いられていたが、図１１においてはこれに代えて、ＷＤＭ光ファイバ波長カプラ１１０１または１１０３、１１０２または１１０４が用いられる。これらのネットワーク構成においても、ＷＤＭ光ファイバカプラがモードフィルタの機能を持つので、図３中のモードフィルタは省略することができる。

図１０、１１に示したネットワーク構成においては、送信器と受信器の間の伝送路区間は経済的かつ低損失な光ファイバと光ファイバ部品で構成され、ＷＤＭ光ファイバカプラで長波長領域の信号と短波長領域の信号を分岐後は別々に伝送するため、それぞれの波長領域の信号をそれぞれの伝送路の損失に対応した距離だけ伝送できる。また、短波長領域用には安価で狭線幅なＶＣＳＥＬ光源を用いるため、Ｇｂｉｔ／ｓオーダの高速ＷＤＭ伝送が可能である。こうした伝送速度では波長分散の影響はほとんど問題にならず、主に損失によって伝送距離は制限される。光ファイバの損失は０．８μｍ帯で最も大きくなるが、使用するＳＳＭＦでは接続損失を含めても２．５ｄＢ／ｋｍ程度に抑えることができる。従って、０．８μｍ帯のシステムの送受間レベル差を１５ｄＢ、光波長フィルタ（ＷＤＭ光ファイバカプラ）の損失分を１ｄＢ程度と想定すると、最も伝搬可能距離の短くなる０．８μｍ帯の信号についても５ｋｍ以上の伝送が可能である。これは、従来のマルチモード光ファイバによる伝送距離を大きく凌ぐ値である。また１μｍ帯〜１．６μｍ帯では光ファイバ（ＳＭＦ）の損失が小さくなるため、同様な条件下で１０ｋｍ以上の伝送が可能である。

以上説明したように、低損失な短波長シングルモード伝送用光ファイバとＷＤＭ光ファイバ波長カプラをネットワーク中に用いることで、伝送路損失を低減し、ＷＤＭ伝送距離をさらに拡大することが可能になる。

さらに本発明のＷＤＭ通信ネットワークは、経済的な光源と光部品とファイバ伝送路から構成され、広い波長帯域を活用するので、需要やサービスの増加に応じた波長数の増加などの柔軟な対応が可能になる。

従来技術であるＣＷＤＭシステムの構成例を示す図である。従来技術である０．８μｍ帯ＶＣＳＥＬ光源とマルチモード光ファイバを使った単一チャネル通信システムの構成例を示す図である。本発明のＷＤＭネットワークの構成例を示す図であり、（ａ）は光波長フィルタを１個だけ使用する場合を示し、（ｂ）は送信器側にも光波長フィルタを使用する場合を示す。シングルモード伝送用光ファイバ（ＳＭＦ）の屈折率分布例を示す図であり、（ａ）は通常のＳＭＦの場合を示し、（ｂ）はＳＳＭＦの場合を示す。ＳＭＦとＳＳＭＦのＶ値の波長依存性の一例を示す図である。ＳＭＦとＳＳＭＦのシングルモード伝送領域と2モード伝送領域を示す。本発明のＷＤＭネットワーク中で用いるＷＤＭ光ファイバ波長カプラの概略構造を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）は光ファイバの種類およびΔλの値をそれぞれ変化させた場合を示す。所定の曲げを加えたＳＭＦの透過損失特性を白色光源を用いて測定した結果を示すグラフである。図７（ａ）、（ｂ）の構造のＷＤＭ光ファイバ波長カプラの（Ｘ）と（Ｙ）のポートから出力可能な波長の例をそれぞれ示す。図３（ａ）のＷＤＭネットワーク中にＳＭＦまたはＳＳＭＦおよびＷＤＭ光ファイバ波長カプラを用いた構成例を示す図であり、（ａ）は通常のＳＭＦを使用する場合を示し、（ｂ）はＳＳＭＦを使用する場合を示す。図３（ｂ）のＷＤＭネットワーク中にＳＭＦまたはＳＳＭＦおよびＷＤＭ光ファイバ波長カプラを用いた構成例を示す図であり、（ａ）は通常のＳＭＦを使用する場合を示し、（ｂ）はＳＳＭＦを使用する場合を示す。

符号の説明

３０１送信器
３０２、３０．８光波長フィルタ
３０３モードフィルタ
３０４短波長領域用受信器
３０５長波長領域用受信器
３０６長波長領域用送信器
３０７短波長領域用送信器
３１１〜３１３シングルモード光ファイバ
１００１、１００２、１１０１〜１１０４ＷＤＭ光ファイバ波長カプラ
１０１１、１０１２、１１１１短波長シングルモード光ファイバ

Claims

複数の波長領域の信号光を伝送する光ファイバ伝送路と、
前記光ファイバ伝送路に結合し、前記複数の波長領域の信号光を波長領域ごとに分岐させる光波長フィルタと、
前記光波長フィルタに結合し、当該分岐された各波長領域の信号光をそれぞれ伝送する複数の分岐光ファイバと、
前記複数の分岐光ファイバのうち、当該各波長領域に分岐された信号光の一次の高次モードＬＰ１１が含まれる信号光を伝送する分岐光ファイバに結合し、該一次の高次モードＬＰ１１を除去するモードフィルタと
を備え、前記複数の波長領域の信号光は、
前記光ファイバ伝送路および前記分岐光ファイバの実効遮断波長以上であり、シングルモード伝送が保証される長波長領域の光信号と、
前記実効遮断波長以下であり、２モード伝送となる短波長領域の光信号と
を含み、
前記一次の高次モードＬＰ１１が含まれる信号光を伝送する分岐光ファイバは、前記短波長領域の信号を伝送する分岐光ファイバであることを特徴とする光通信ネットワークシステム。
前記光ファイバ伝送路として、１．３μｍ零分散シングルモード光ファイバを用いることを特徴とする請求項１に記載の光通信ネットワークシステム。
前記光ファイバ伝送路として、０．９μｍ〜１．１μｍの範囲の実効遮断波長を有する光ファイバであって、コア径が１．３μｍ零分散シングルモード光ファイバのコア径と同一であり、およびステップ型の屈折率分布を有するシングルモード伝送用光ファイバを用いることを特徴とする請求項１に記載の光通信ネットワークシステム。
前記光波長フィルタは、１つの入力ポートから入力する複数の波長領域の信号光を分岐して、該複数の波長領域の信号光の各々を複数の出力ポートの各々に出力するＷＤＭ光ファイバ波長カプラの分岐部であり、
前記モードフィルタは、前記複数の出力ポートのうち少なくとも１つの出力ポートに結合し、該出力ポートから出力された各波長領域の信号光の一次の高次モードＬＰ１１を除去する所定の曲げ形状を有する前記ＷＤＭ光ファイバ波長カプラの除去部であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光通信ネットワークシステム。