JP4087936B2 - 正常分散モード光ファイバ伝送システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ光伝送システムならびにそのようなシステムのための伝送方法を対象とする。
【０００２】
本発明は光ファイバ伝送システムの分野に関する。
【０００３】
【従来の技術】
以下の本説明では、「長距離」または「大距離」とは、通常、海底伝送システム用として使用される長さである６Ｍｍよりも長い距離を意味する。「高速」または「大速度」とは、長距離伝送システム用として現在考えられている速度である５Ｇビット／秒を上回る速度を意味する。長距離高速光ファイバ伝送システムの場合、特有な分散の問題が生じる。
【０００４】
伝送システム用として、光ファイバの正常分散モード、たとえば負の分散係数に対応する波長において信号ＮＲＺ（非ゼロ復帰）またはＲＺ（ゼロ復帰）を伝送用として使用することが提案された。この種の伝送は高速および長距離用であり、現状の光ファイバを使用しての検討は考えられない。事実、数Ｍｍを超える距離における分散による損失は過大である。６０００ｋｍの伝送全長についてたとえば６５ｋｍ程度の短い間隔、とくに８０００ｋｍの伝送全長について４５ｋｍ未満の間隔で中継器を配置し、信号の再生を行うことは可能である。このような解決方法は、中継器を交換または修理することができない海底結合の場合には実施することができない。また、この解決方法は、長距離の場合、経済的に見て将来性がない。
【０００５】
他の方法は、ソリトン形態のパルスまたは信号を使用することにある。異常分散光ファイバの部分内でのソリトンパルスまたはソリトンの伝送は既知の現象である。ソリトンは、ｓｅｃｈの形態のパルス信号である。この形態のパルスの場合、ファイバのうちの対応する部分内の非線形性により光信号の分散が相殺される。ソリトンの伝送は、非線形シュレーディンガー方程式により既知の方法でモデル化される。光ファイバの正常分散部分内の、連続信号内のパルス穴で構成される「黒色」ソリトンの伝送も既知である。この場合、ソリトンは、負の色分散で伝搬するような波長を有する。たとえば、Ｊ．Ｐ．Ｇｏｒｄｏｎ、Ａ．Ｈａｕｓ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．１１ Ｎｏ１０ ｐａｇｅｓ６６５−６６７の論文に記述されている、ソリトンと、伝送システム内にあるノイズとの相互作用によって発生するジグなど種々の効果により、このようなパルスの伝送が制限される。ゴードン−ハウス効果と呼ばれるこの効果により、ソリトン伝送の品質または速度に理論的制限が課される。この限界を突破できるようにするため、伝送ソリトンの急激な変化を制御することができるスライディング導波フィルタシステムが提案された。これについてはたとえばＥＰ−Ａ−０５７６２０８号明細書を参照のこと。この明細書では、スライディングフィルタによってソリトンのみを導波することができること、および、スライディングろ波のため、他の種類のパルスは顕著なエネルギー損失をこうむることが明らかにされている。
【０００６】
異常分散光ファイバの部分内をソリトンパルスまたはソリトンを伝送させることは、高速長距離光ファイバ伝送システムに関しては現在一般的に認められた解決方法である。しかしながらこの解決方法は欠点を有し、とくに、パルスの到達時間の分布がきわめて問題になることが多い。さらに、ソリトンパルスが相互に作用し、そのため、隣接する二つのソリトン間に最小「距離」が課されて有効伝送速度が制限される。これについてはたとえばＦ．Ｍ．ＭｉｔｓｃｈｋｅおよびＬ．Ｆ．Ｍｏｌｌｅｎａｕｅｒ、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｅｔｔｅｒｓ、ｖｏｌ．１２ Ｎｏ５ ３５５−３５７頁を参照のこと。
【０００７】
前述のように、先行技術においては、正常分散光ファイバの部分における高速長距離光ファイバの結合の実施可能性についての偏見が存在する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高速長距離伝送システム内の分散の問題に対する新しくかつ今までにない解決方法であって、ソリトンパルスを使用しない方法を提供する。本発明は、一般的な偏見に対抗する解決方法を提供するものであり、それにより、正常分散光ファイバ部分内での信号の伝送が可能となる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
より詳細には本発明は、光ファイバの正常分散モードに対応する周波数帯において、伝送システムに沿った距離に応じて周波数が変化する複数のフィルタを含む光ファイバ伝送システムを提供する。
【００１０】
一実施形態では、伝送システムに沿った距離に応じて前記周波数が増加する。別の実施形態では、伝送システムに沿った距離に応じて前記周波数が減少する。周波数は、伝送システムに沿った距離の非単調関数に従うこともできる。
【００１１】
前記周波数を伝送システムに沿った距離に結合する関数の変化率は、絶対値で６から１２０ＧＨｚ／Ｍｍの間、好ましくは１６から６０ＧＨｚ／Ｍｍの間に含まれる。
【００１２】
また、光ファイバの正常部分内に累積した分散を補正するために、伝送システム内の、前記周波数帯に正分散光ファイバ区域を設けることもできる。伝送システムは６Ｍｍを上回る長さを有することができる。
【００１３】
本発明はまた、ファイバの正常分散モードに対応する周波数における非ソリトン信号ＮＲＺまたはＲＺの送信を含むこのような伝送システム内での伝送方法にも関する。
【００１４】
信号は５Ｇビット／秒、好ましくは１０Ｇビット／秒を超える速度で送信することができる。信号はまた、波長の多重化により送信することができる。
【００１５】
本発明の他の特徴および長所は、例として示し添付の図面を参照して行う本発明の実施形態についての以下の説明を読むことにより明らかになろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明は、光ファイバの正常分散モードに対応する周波数帯において、スライディングフィルタを使用することを提案するものである。驚くことには、スライディングフィルタを使用することは、かつては、ファイバの異常分散部分内で伝送されるソリトン上で発生する急激な変化を補正するためのものとされていたが、正常分散モードにおいて非ソリトン信号の伝送を確実にするためにも使用することができることがわかった。その点において、本発明は、正常分散において長距離高速伝送を行うために従来当業者に提案されていた方法と異なる。
【００１７】
ソリトン信号上の急激な変化を防ぐためにスライディングフィルタを使用しても、当業者にとっては、ソリトンでない信号に関して、ソリトンが伝搬する分散モードに対抗するモードにおいてスライディングフィルタを応用し、急激な変化およびゴードン−ハウス効果の問題ではない問題を解決するということについて何ら示唆が与えられない。今一度、ＥＰ−Ａ−０５７６２０８号明細書を参照する。この明細書は、スライディングフィルタの使用に関する現行技術の一般的位置付けを反映している。
【００１８】
一般に、−３ｄＢでのろ波を行う周波数の和の1/2、あるいは対応する定義によるフィルタの中心周波数が、伝送システムに沿った距離に応じて、連続に増加または減少するスライディングフィルタを使用することが可能である。ファブリーペローフィルタなどの多重ローブフィルタの場合、一つのローブの中心周波数を想定するか、自由スペクトル間隔をモジュロとみなして作業する。数値シミュレーションでは、いずれの場合も、許容される方法で非ソリトン信号ＮＲＺまたはＲＺが伝送されることがわかっている。
【００１９】
また、伝送システムに沿った距離に応じてフィルタの中心周波数が非単調に変化し、通常、「ジグザグ」状、すなわち順々に増加および減少するスライディングフィルタを使用することもできる。
【００２０】
必要であれば、伝送信号の波長に対し正分散を有する異なる光ファイバ区間を伝送システム内に挿入することができる。この解決方法を使用する伝送システムの例を図１で説明する。
【００２１】
いずれの場合も、スライド率、あるいは距離に応じた中心周波数の変化率、すなわち、隣接する二つのフィルタの中心周波数の差とこれら二つのフィルタ間の距離の比は、６〜１２０ＧＨｚ／Ｍｍの間に含まれる絶対値を有することが好ましく、１２〜６０ＧＨｚ／Ｍｍの間の値はさらに好ましく満足のいく結果が得られる。図１の例は、−２４ＧＨｚ／Ｍｍの一定の変化率に相当する。これらの変化率は十分に低いことから、たとえ長距離でスライディング率が単調であっても、システム全体にわたるずれは許容できるものであることが保証される。図１の例では、フィルタの累積影響は１２Ｍｍの距離について２．２ｎｍに相当するが、これは依然として許容できる。
【００２２】
あらゆる種類のフィルタ、とくに、適切で使用が簡単なファブリーペロー型のフィルタを使用することができる。他の種類のフィルタは可能である。ファブリーペロー型のサンプルフィルタは、その伝達関数が多重ローブである限りにおいては、波長の多重送信にとくに適している。
【００２３】
従来、本発明による伝送システム内では、信号を増幅し伝送およびろ波によって生じる減衰を相殺することができる、たとえばエルビウムなどの稀土類でドープされたファイバのような増幅装置を使用することができる。
【００２４】
本発明によるシステムでは、非ソリトン信号ＮＲＺまたはＲＺを、５または１０Ｇビット／秒を上回る速度で、数Ｍｍを上回る距離にわたり伝送することができる。伝送システム内で複数の通信路の往来を確保するために波長多重化（ＷＤＭ）を使用することができる。
【００２５】
図１は、図２を参照して詳細に示すパルス信号の伝送に使用するための、本発明による伝送システムの構造の例を示す図であり、図１の例ではシステムは、光ファイバ区間３ｌ〜３ｎによって接続され中継器４ｌ〜４ｎ−１によって分離される二つの送受信端末１および２を含み、光ファイバ区間は、Ｄ＝−０．２ｐｓ／ｎｍ．ｋｍの分散と８０ｋｍの区間長を有するファイバから成る。
【００２６】
各中継器４ｌ〜４ｎ−１は、幅０．４８ｎｍ、自由スペクトル間隔０．７７ｎｍのファブリーペロー型フィルタを含み、フィルタは、変化率−２４ＧＨｚ／Ｍｍで伝送路に沿って減少し連続的に変化する中心周波数を有する。さらに各フィルタは＋６ｄＢの増幅器に接続される。４８０ｋｍ毎、すなわちＤ＝−０．２ｐｓ／ｎｍ．ｋｍで６区間のファイバの後に、Ｄ＝１７ｐｓ／ｎｍ．ｋｍの正分散を有する光ファイバ区間５ｌ〜５ｐをシステム内に挿入する。これらの区間により、負分散ファイバ区間の累積影響を相殺することができる。各区間は、一つが８０ｋｍの区間六つおよび正分散ファイバ区間の全体における分散を０にするのに十分な５．６ｋｍ程度の長さを有する。この図１に記述するシステムは、分散が−０．２ｐｓ／ｎｍ．ｋｍであるファイバを分散が−０．０１ｐｓ／ｎｍ．ｋｍであるファイバに置き換え、回路上で相殺を行なわない場合でも動作する。その場合、正分散ファイバの区間はないので、ソリトンモードではない。
【００２７】
図２は、図１の伝送システム内での距離ｚの変化に応じた品質係数Ｑのグラフ図である。図２の数値シミュレーション用として、従来、最大エネルギーの半分（ＦＷＨＭ）に等しいエネルギー用の、立ち上り時間４０ｐｓ、幅６０ｐｓの超ガウスパルス列を使用した。パルスは１０Ｇビット／秒の速度で送信される。
【００２８】
図２では、横軸に伝搬距離をＭｍで、縦軸に品質係数をｄＢで示した。四角形から成る曲線は振幅品質係数Ｑａを示し、三角形から成る曲線は時間品質係数Ｑｔを示す。両者とも数値上の計算値である。これら二つの係数は、６Ｍｍを上回る伝搬距離に関して１０ｄＢを上回る値を有しており、このような距離に関しての１０〜２０よりもはるかに低いＢＥＲが可能である。
【００２９】
図２は、非ソリトン信号ＲＺによる正常分散光ファイバ部分における高速長距離伝送の本発明による技術的可能性をよく示している。図は、スライディングフィルタを使用するこのような信号の伝送により正しい結合ができ、非常に近いところに中継器を置く必要がないことを明らかにしている。
【００３０】
図３Ａ〜図３Ｊには、図２のシミュレーションの場合における種々の距離についての目視線および時間軸線の変化が示してある。図３Ａ、図３Ｃ、図３Ｅ、図３Ｇ、図３Ｈおよび図３Ｉはそれぞれ、１６００ｋｍ、２４００ｋｍ、３６００ｋｍ、４８００ｋｍ、６０００ｋｍおよび８０００ｋｍの距離についての目視線図である。
【００３１】
図３Ｂ、図３Ｄ、図３Ｆおよび図３Ｊは、それぞれ、１６００ｋｍ、２４００ｋｍ、３６００ｋｍ、および８０００ｋｍの距離についての時間軸線図である。
【００３２】
種々の目視線の開きが、長距離についての本発明による信号の伝送品質を示している。さらに、対応する時間軸線の変化が本発明による伝送の可能性を明らかにしている。８Ｍｍを超えると、目視線はかなり開いているが、これは、時間品質および振幅品質の係数の許容される値に対応する。
【００３３】
もちろん本発明は、説明し図示した例および実施形態に限定されるものではなく、当業者であれば多くの変形が可能である。フィルタの伝達関数が−３ｄＢでのろ波を行う点を有さない場合でも、フィルタの中心周波数 − −３ｄＢでのろ波を行う周波数の和の1/2 − という従来の定義を一般化することができることは明らかであり、したがって、このような点が実際に存在するようになるまで出力を任意に増加するだけでよい。前記に説明したように、中心周波数という用語を使用する場合、多重ローブフィルタは除外されない。また、フィルタの中心周波数に関し種々の変化モードを選択することができることも明らかである。単向伝送の場合について図２を参照して伝送システムを説明したが、このシステムは双方向伝送においても使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による伝送システムの構造の例を示す図である。
【図２】本発明による伝送システム内での距離ｚの変化に応じた品質係数Ｑのグラフ図である。
【図３Ａ】図２の信号の場合の１６００ｋｍの距離についての目視線の変化を示す図である。
【図３Ｂ】図２の信号の場合の１６００ｋｍの距離についての時間軸線の変化を示す図である。
【図３Ｃ】図２の信号の場合の２４００ｋｍの距離についての目視線の変化を示す図である。
【図３Ｄ】図２の信号の場合の２４００ｋｍの距離についての時間軸線の変化を示す図である。
【図３Ｅ】図２の信号の場合の３６００ｋｍの距離についての目視線の変化を示す図である。
【図３Ｆ】図２の信号の場合の３６００ｋｍの距離についての時間軸線の変化を示す図である。
【図３Ｇ】図２の信号の場合の４８００ｋｍの距離についての目視線の変化を示す図である。
【図３Ｈ】図２の信号の場合の６０００ｋｍの距離についての目視線の変化を示す図である。
【図３Ｉ】図２の信号の場合の８０００ｋｍの距離についての目視線の変化を示す図である。
【図３Ｊ】図２の信号の場合の８０００ｋｍの距離についての時間軸線の変化を示す図である。
【符号の説明】
１、２ 送受信端末
３ｌ〜３ｎ 光ファイバ区間
４ｌ〜４ｎ−１ 中継器
５ｌ 光ファイバ区間

Claims (10)

1. 光ファイバの正常分散モードに対応する周波数帯において、伝送システムに沿った距離に応じて周波数が変化する複数のフィルタを含む光ファイバ伝送システム。
2. 伝送システムに沿った距離に応じて前記周波数が増加する請求項１に記載の伝送システム。
3. 伝送システムに沿った距離に応じて前記周波数が減少する請求項１に記載の伝送システム。
4. 前記周波数が、伝送システムに沿った距離の非単調関数に従う請求項１に記載の伝送システム。
5. 伝送システムに沿った距離に応じた周波数の変化率が、絶対値で６から１２０ＧＨｚ／Ｍｍの間、好ましくは１６から６０ＧＨｚ／Ｍｍの間に含まれる請求項１から４のいずれか一項に記載の伝送システム。
6. 光ファイバの正常部分内に累積した分散を補正するために、前記周波数帯に正分散光ファイバ区域をさらに含む請求項１から３または請求項５のいずれか一項に記載の伝送システム。
7. 長さが６Ｍｍを上回る請求項１から６のいずれか一項に記載の伝送システム。
8. ファイバの正常分散モードに対応する周波数における非ソリトン信号ＮＲＺまたはＲＺの送信を含む請求項１から７のいずれか一項に記載の伝送システム内での伝送方法。
9. 信号が５Ｇビット／秒、好ましくは１０Ｇビット／秒を超える速度で送信される請求項８に記載の方法。
10. 波長の多重化により信号が送信される請求項８または９に記載の方法。

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