JP4397854B2

JP4397854B2 - 自動分散補償装置

Info

Publication number: JP4397854B2
Application number: JP2005157014A
Authority: JP
Inventors: 岳川崎; 明秀佐野; 智由片岡; 伸治松岡
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-05-30
Filing date: 2005-05-30
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2025-05-30
Also published as: JP2006333312A

Description

本発明は、波長多重光伝送システムにおける光ファイバ伝送路の波長分散および波長分散スロープを適応的に補償する自動分散補償装置に関する。

１本の光ファイバ伝送路に複数の波長を多重して伝送する波長多重光伝送システムにおいて、伝送容量増大のために多くの波長を多重する場合には、広帯域で均一かつ安定した伝送品質を確保することが不可欠となる。この伝送品質を制限する要因の一つとして光ファイバの波長分散があり、この波長分散をいかに補償できるかが重要な課題になっている。

また、伝送速度が40Ｇbit/s 以上の高速な光伝送システムでは、10Ｇbit/s 以下のシステムに比べて波長分散に対する耐力が著しく低下するため、高精度な波長分散補償技術が必要とされる。さらに、波長多重光伝送システムでは、光ファイバの波長分散の高次分散である波長分散スロープにより、伝送距離および伝送容量が大きく制限される要因となっており、波長分散スロープを含めた補償が重要な課題になっている。

従来の波長分散補償には、光ファイバ伝送路として用いられる分散シフトファイバ（ＤＳＦ）の波長分散と波長分散スロープを同時に補償する分散スロープ補償型分散補償ファイバ（ＳＣ−ＤＣＦ）を用いる方法がある（非特許文献１）。このＳＣ−ＤＣＦを用いた波長多重光伝送システムの構成例を図７に示す。

図７において、Ａ局送信部１０は、送信器（Ｔx)１１−１〜１１−ｎで送信信号Ｓ1 〜Ｓn を波長λ１〜λｎの光信号に変換し、光合波器１２で波長多重して光ファイバ伝送路１に送信する構成である。Ｂ局受信部２０は、光ファイバ伝送路１から入力する波長多重光信号を分散スロープ補償型分散補償ファイバ（ＳＣ−ＤＣＦ）２１を介して分散補償し、光分波器２２で波長λ１〜λｎの光信号に分波してそれぞれ受信器（Ｒx ）２３−１〜２３−ｎで受信する構成である。

また、気温変化に伴う光ファイバの波長分散変動や、システム運用時の光ファイバ心線切り替え等に伴う光ファイバ長変動による波長分散変動に対して、波長分散をモニタして適応的に波長分散を補償する方法がある（非特許文献２）。波長分散モニタ部を含む波長多重光伝送システムの構成例を図８に示す。

図８において、Ａ局送信部１０は、送信器（Ｔx ）１１−１〜１１−ｎで送信信号Ｓ1 〜Ｓn を波長λ１〜λｎの光信号に変換し、光合波器１２で波長多重して光ファイバ伝送路１に送信する構成である。Ｂ局受信部２０は、光ファイバ伝送路１から入力する波長多重光信号を光分波器２２で波長λ１〜λｎの光信号に分波し、それぞれ可変分散補償器（ＴＤＣ）２４−１〜２４−ｎで光ファイバ伝送路１の波長分散を補償してから受信器（Ｒx ）２３−１〜２３−ｎで受信する構成である。なお、Ｂ局受信部２０の受信端に、光ファイバ伝送路１の波長分散に対して逆特性を有する波長分散補償ファイバを挿入して一括した分散補償を行い、各可変分散補償器（ＴＤＣ）で各波長の分散補償を適応的に行うような構成もある。

ここで、Ａ局送信部１０では、光ファイバ伝送路１の波長分散をモニタするために、各波長の光信号に変調周波数ｆの変調信号を重畳する構成をとる。Ｂ局受信部２０では、変調周波数ｆの変調信号を抽出し、位相差測定法（非特許文献２）により光ファイバ伝送路１および可変分散補償器２４の波長分散の総和（残留波長分散）を測定する波長分散モニタ部２５が配置される。図８では簡略のために、波長λｎの光信号に変調周波数ｆの変調信号を重畳する波長分散モニタ系を示す。すなわち、Ａ局送信部１０では、波長分散モニタ用クロック１３から送信器１１−ｎに変調信号が供給され、波長λｎの光信号に重畳される。Ｂ局受信部２０では、可変分散補償器２４−ｎと受信器２３−ｎとの間に挿入した光カプラ２６から波長λｎの光信号の一部を分岐し、波長分散モニタ部２５で変調周波数ｆの変調信号を抽出し、光ファイバ伝送路１および可変分散補償器２４−ｎの波長分散の総和（残留波長分散）を測定し、得られた波長分散値に基づいて可変分散補償器２４−ｎをフィードバック制御する構成である。以上の構成は、他の波長の光信号についても同様である。
鈴木他、「分散シフトファイバ用分散補償ファイバモジュール」、電子情報通信学会技術研究報告、ＯＣＳ2003-6、pp.31-36、2003 T.Kawasaki et al.,"Adaptive Dispersion Compensation Experiment in 15ｘ43Gbit/s 400km Transmission by a Simple Dispersion Monitoring Scheme utilizing the periodic frequency response of ＡＷＧ", OECC2004, 15C3-3, 2004

図７に示す分散スロープ補償型分散補償ファイバ（ＳＣ−ＤＣＦ）２１を用いて光ファイバ伝送路１の波長分散および波長分散スロープを同時に補償するシステムでは、環境変化に伴って変化する波長分散を適応的に補償する構成にはなっていない。

一方、図８に示すシステムでは、各波長ごとに可変分散補償器（ＴＤＣ）２４で分散補償を行うことにより波長分散スロープの補償も可能であるが、波長数に応じた可変分散補償器（ＴＤＣ）２４が必要になり、コストおよび消費電力の増大が避けられない。

本発明は、低コストで波長分散および波長分散スロープを高精度かつ適応的に補償することができる自動分散補償装置を提供することを目的とする。

本発明は、光ファイバ伝送路を介して接続される送信部と受信部とを有し、送信部は複数の波長の光信号を光合波器で波長多重して光ファイバ伝送路へ送信する構成であり、受信部は光ファイバ伝送路を介して伝送された波長多重光信号を光分波器で各波長の光信号に分波して受信する構成である波長多重光伝送システムに用いられ、光ファイバ伝送路の波長分散および波長分散スロープを補償する自動波長分散補償装置において、送信部は、波長多重光信号の伝送波長帯域の中心波長に対して対称の波長λa,λb のモニタ用光信号に所定の変調周波数の変調信号を重畳し、光合波器で波長多重光信号に合波して送信する手段を備え、受信部は、光分波器の前段で光ファイバ伝送路の波長分散および波長分散スロープを補償する可変波長分散補償器および可変波長分散スロープ補償器と、光分波器で分波された波長λa,λb のモニタ用光信号を入力し、波長λa,λb のモニタ光信号に重畳された変調信号を抽出し、波長λa,λb における光ファイバ伝送路、可変分散補償器および可変波長分散スロープ補償器の波長分散の総和（残留波長分散）をそれぞれ測定し、さらに波長λa,λb における残留波長分散から波長分散スロープを算出する波長分散モニタ部とを備え、波長分散モニタ部は、波長分散スロープが最小になるように可変波長分散スロープ補償器を制御し、かつ波長λa,λb における残留波長分散が所定の分散許容範囲になるように可変波長分散補償器を制御する構成であり、波長λa,λb のモニタ用光信号は、光合波器および光分波器で一括合分波される２つの光キャリア成分をそれぞれ有し、波長分散モニタ部は、波長λa のモニタ用光信号の２つの光キャリア成分の変調周波数の信号成分を抽出し、波長λb のモニタ用光信号の２つの光キャリア成分の変調周波数の信号成分を抽出し、各２つの信号成分間の位相差から波長λa における残留波長分散および波長λb における残留波長分散を測定する構成である。

ここで、モニタ用光信号の波長λa,λb として伝送される光信号波長の長波長側および短波長側に設定し、波長λa 〜λb を波長多重光信号の伝送波長帯域とする。

本発明は、伝送波長帯域内のすべての波長に対して、光ファイバ伝送路の波長分散および波長分散スロープを時間変動も含めて高精度に補償することができる。これにより、広帯域に渡る高精度な波長分散補償を適応的に行うことができ、波長多重光伝送システムの伝送距離および伝送容量を増大させることができる。

図１は、本発明の自動分散補償装置の実施形態を示す。
図において、Ａ局送信部１０は、送信器（Ｔx ）１１−１〜１１−ｎで送信信号Ｓ1 〜Ｓn を波長λ１〜λｎの光信号に変換し、さらにモニタ用光源１４ａ，１４ｂから波長λa ，λb のモニタ用光信号を出力し、光合波器１２で波長多重して光ファイバ伝送路１に送信する。また、波長分散モニタ用クロック１３からモニタ用光源１４ａ，１４ｂに周波数ｆの変調信号が供給され、波長λa ，λb のモニタ用光信号に重畳される。

受信部２０は、光ファイバ伝送路１から波長多重光信号を可変波長分散スロープ補償器（ＴＤＳＣ）２７および可変分散補償器（ＴＤＣ）２８に入力し、光ファイバ伝送路１の波長分散および波長分散スロープを補償し、光分波器２２で波長λ１〜λｎの光信号および波長λa,λb のモニタ用光信号を分波し、波長λ１〜λｎの光信号を受信器（Ｒx ）２３−１〜２３−ｎで受信するとともに、波長λa,λb のモニタ用光信号を波長分散モニタ部２９に入力する。波長分散モニタ部２９は、波長λa,λb のモニタ用光信号からそれぞれ変調周波数ｆの変調信号を抽出し、位相差測定法（非特許文献２）により波長λa,λb における光ファイバ伝送路１、可変波長分散スロープ補償器２７および可変分散補償器２８の波長分散の総和（残留波長分散）を測定し、得られた波長分散値に基づいて可変波長分散スロープ補償器２７および可変分散補償器２８をフィードバック制御する。

なお、Ｂ局受信部２０の受信端に、光ファイバ伝送路１の波長分散に対して逆特性を有する波長分散補償ファイバを挿入してもよい。また、可変波長分散スロープ補償器２７および可変分散補償器２８の前後には、必要に応じて光増幅器を挿入してもよい。また、波長多重光信号の多重度が高い場合には、光分波器２２の前段に波長多重光信号を OddチャネルとEvenチャネルに分波し、それぞれの経路に可変波長分散スロープ補償器２７および可変分散補償器２８を配置し、一括してフィードバック制御する構成としてもよい。

図２は、ＷＤＭ伝送波長帯域と残留波長分散との関係を示す。ここでは、モニタ用光信号の波長λa ，λb を主信号の波長λ１〜λｎの両側に設定し、λa 〜λb をＷＤＭ伝送波長帯域とするが、モニタ用光信号の波長λa ，λb はＷＤＭ伝送波長帯域の中心波長に対して対称波長であればよい。また、例えば波長λ１，λｎの主信号に変調信号を重畳し、受信側で波長λ１，λｎの主信号から変調信号を抽出する構成としてもよい。

なお、波長λa ，λb のモニタ用光信号にそれぞれ各２本の矢印線を記しているのは、波長分散モニタ部２９で波長λa ，λb におけるそれぞれの波長分散を測定するために２本の光キャリアを用いることを示している。光合波器１２および光分波器２２では、波長λa ，λb のモニタ用光信号としてそれぞれ一括合分波される。モニタ用光源１４ａ，１４ｂでは、各２本の光キャリアが変調周波数ｆにより変調され、それぞれにサイドバンドが発生する。波長分散モニタ部２９では、波長λa のモニタ用光信号の各光キャリア成分（長波長成分、短波長成分）を分離し、各光キャリアの変調周波数ｆに対応する信号成分を抽出し、２つの信号成分間の位相差を検出し、波長λa における波長分散を測定する構成である。また、波長λb のモニタ用光信号についても同様である（非特許文献２）。

ここでは、波長λa において波長分散Ｄ1 が検出され、波長λb において波長分散Ｄ2 が検出され、
Δλ＝λb −λa
ΔＤ＝Ｄ2 −Ｄ1
とすると、波長分散スロープΔＳは、
ΔＳ＝ΔＤ／Δλ
となる。

波長分散モニタ部２９は、この波長分散スロープΔＳが最小になるように、すなわちΔＤが最小になるように、可変波長分散スロープ補償器２７に対してフィードバック制御する。そして、波長分散スロープΔＳが最小のゼロになった場合（Ｄ1 ＝Ｄ2 ）でも波長分散の絶対値がゼロ（分散許容範囲）でない場合には、可変分散補償器２８に対して波長分散がゼロ（分散許容範囲）になるようにフィードバック制御する。図３は、残留波長分散および残留波長分散スロープの補償の様子を示す。

図４は、可変波長分散スロープ補償器（ＴＤＳＣ）の波長分散特性の一例を示す。このような特性をもつＴＤＳＣは公知であり、例えば文献（久保田、「光通信技術のなかの光学、３次元自由曲面ミラーを用いたＶＩＰＡ型可変分散補償器、O plus E、Vol.27, No.5）にある。このような可変波長分散スロープ補償器（ＴＤＳＣ）を用いることにより、図３に示すように波長分散スロープおよび波長分散を一括して補償することが可能である。

ところで、波長多重光伝送システムでは、気温変動や光ファイバ伝送路の距離変化あるいは心線変更によって波長分散や波長分散スロープが設定初期の値からずれることがある。図５は、光ファイバ伝送路長の距離変化に伴う波長分散の変動を示す。波長分散が分散許容範囲から外れる波長が増えた場合には、波長分散モニタ部２９と可変波長分散スロープ補償器（ＴＤＳＣ）２７および可変分散補償器（ＴＤＣ）２８を用いて適応制御する。

図６は、気温変動に伴う波長分散の変動を示す。光ファイバの波長分散は温度依存性をもつことが知られており、温度変化ΔＴに対する波長分散変動Δｄは、光ファイバの波長分散スロープをＳ（ps／nm²／km）、光ファイバ長をＬ（km）とすると、
Δｄ＝−0.03×Ｓ×Ｌ×ΔＴ
となる。すなわち、伝送波長帯域における波長分散の変動量は、図６に示すように一様であるため、この分散補償には可変分散補償器（ＴＤＣ）２８を用いる。

本発明の自動波長分散補償装置の実施形態を示す図。ＷＤＮ伝送波長帯域と残留波長分散の関係を示す図。残留波長分散および残留波長分散スロープの補償を様子を示す図。ＴＤＳＣの波長分散特性の一例を示す図。光ファイバ伝送路の距離変化に伴う波長分散変動の一例を示す図。気温変動に伴う波長分散変動の一例を示す図。ＳＣ−ＤＣＦを用いた光波長多重伝送システムの構成例を示す図。波長分散モニタ部を用いた光波長多重伝送システムの構成例を示す図。

符号の説明

１光ファイバ伝送路
１０Ａ局送信部
１１送信器（Ｔx ）
１２光合波器
１３波長分散モニタ用クロック
２０Ｂ局受信部
２１分散スロープ補償型分散補償ファイバ（ＳＣ−ＤＣＦ）
２２光分波器
２３受信器（Ｒx ）
２４可変分散補償器（ＴＤＣ）
２５波長分散モニタ部
２６光カプラ
２７可変波長分散スロープ補償器（ＴＤＳＣ）
２８可変分散補償器（ＴＤＣ）
２９波長分散モニタ部

Claims

光ファイバ伝送路を介して接続される送信部と受信部とを有し、送信部は複数の波長の光信号を光合波器で波長多重して光ファイバ伝送路へ送信する構成であり、受信部は光ファイバ伝送路を介して伝送された波長多重光信号を光分波器で各波長の光信号に分波して受信する構成である波長多重光伝送システムに用いられ、前記光ファイバ伝送路の波長分散および波長分散スロープを補償する自動波長分散補償装置において、
前記送信部は、前記波長多重光信号の伝送波長帯域の中心波長に対して対称の波長λa,λb のモニタ用光信号に所定の変調周波数の変調信号を重畳し、前記光合波器で前記波長多重光信号に合波して送信する手段を備え、
前記受信部は、前記光分波器の前段で前記光ファイバ伝送路の波長分散および波長分散スロープを補償する可変波長分散補償器および可変波長分散スロープ補償器と、前記光分波器で分波された前記波長λa,λb のモニタ用光信号を入力し、前記波長λa,λb のモニタ光信号に重畳された前記変調信号を抽出し、前記波長λa,λb における前記光ファイバ伝送路、前記可変分散補償器および前記可変波長分散スロープ補償器の波長分散の総和（残留波長分散）をそれぞれ測定し、さらに前記波長λa,λb における残留波長分散から波長分散スロープを算出する波長分散モニタ部とを備え、
前記波長分散モニタ部は、前記波長分散スロープが最小になるように前記可変波長分散スロープ補償器を制御し、かつ前記波長λa,λb における残留波長分散が所定の分散許容範囲になるように前記可変波長分散補償器を制御する構成であり、
前記波長λa,λb のモニタ用光信号は、前記光合波器および前記光分波器で一括合分波される２つの光キャリア成分をそれぞれ有し、前記波長分散モニタ部は、前記波長λa のモニタ用光信号の２つの光キャリア成分の前記変調周波数の信号成分を抽出し、前記波長λb のモニタ用光信号の２つの光キャリア成分の前記変調周波数の信号成分を抽出し、各２つの信号成分間の位相差から前記波長λa における残留波長分散および前記波長λb における残留波長分散を測定する構成である
ことを特徴とする自動波長分散補償装置。
請求項１に記載の自動波長分散補償装置において、
モニタ用光信号の波長λa,λb として伝送される光信号波長の長波長側および短波長側に設定し、波長λa 〜λb を波長多重光信号の伝送波長帯域とする
ことを特徴とする自動波長分散補償装置。