JP4639570B2 - Ｗｄｍ伝送システム - Google Patents
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Description
技術分野
この発明は、複数チャネルの信号を伝送する波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムに関するものである。
背景技術
ＷＤＭ伝送システムは、複数チャネルの多重化信号（以下、ＷＤＭ信号という）を伝送することにより、大容量の情報の長距離かつ高速伝送を可能にする。このＷＤＭ伝送システムにおいて、大容量の情報を長距離に亘って高速に伝送するには、光伝送路における非線形光学現象に起因した信号波形の劣化を抑制することが重要であり、また、該光伝送路における累積波長分散に起因した信号波形の劣化を抑制することも重要である。このような観点から多くの研究開発が行われている。
例えば、「Ｓ．Ｔｓｕｄａ，ｅｔ ａｌ．，”Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ８０ｘ１０Ｇｂｉｔ／ｓ ＷＤＭ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｗｉｔｈ ５０ＧＨｚ ｓｐａｃｉｎｇ ｏｖｅｒ ５００ｋｍ ｏｆ ＬＥＡＦＴＭ ｆｉｂｅｒ”，ＯＦＣ２０００，ＴｕＪ６（２０００）」（第１文献）において、波長１５５０ｎｍにおいて４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有するノンゼロ分散シフト光ファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ：Ｎｏｎ−Ｚｅｒｏ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ）を用いたＷＤＭ伝送実験が報告されている。また、「Ｓ．Ｂｉｇｏ，ｅｔ ａｌ．，”１．５Ｔｅｒａｂｉｔ／ｓ ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ １５０ｃｈａｎｎｅｌｓ ａｔ １０Ｇｂｉｔ／ｓ ｏｖｅｒ ４ｘ１００ｋｍ ｏｆ ＴｅｒａＬｉｇｈｔＴＭ ｆｉｂｒｅ”，ＥＣＯＣ’９９，ＰＤ２−９（１９９９）」（第２文献）において、波長１５５０ｎｍにおいて８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有するノンゼロ分散シフト光ファイバを用いたＷＤＭ伝送実験が報告されている。
「Ｃ．Ｆｕｒｓｔ，ｅｔ ａｌ．，”Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｍｉｔｓ ｏｆ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ＲＺ ａｎｄ ＮＲＺ ｃｏｄｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｔ １０ ａｎｄ ４０Ｇｂ／ｓ ｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｉｂｅｒｓ”，ＯＦＣ２０００，ＷＭ３１（２０００）」（第３文献）において、ビットレートが１０Ｇｂｉｔ／ｓあるいは４０Ｇｂｉｔ／ｓであるとき、波長１．３μｍ付近に零分散波長を有する標準的なシングルモード光ファイバと比べて、波長１．５５μｍにおいて絶対値が数ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の波長分散を有するノンゼロ分散シフト光ファイバの方が、信号のパワーマージンが大きいという計算結果が報告されている。また、この第３文献には、光伝送路における波長分散の絶対値が大きくなると、非線形光学現象の一種である自己位相変調（ＳＰＭ：Ｓｅｌｆ−Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）と波長分散との相互作用に起因した信号波形の劣化が顕著になることが指摘されている。
発明の開示
発明者らは、上述の従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、上記第１〜第３文献には、ＷＤＭ伝送システムに関して伝送性能向上を目的とした研究やその成果が報告されている。しかしながら、優れた伝送特性を発揮するためのＷＤＭ伝送システムの最適条件は未だ明らかになっていないのが現状である。
例えば、絶対値の小さい（例えば４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度）波長分散を有するノンゼロ分散シフト光ファイバが光伝送路に適用されたケースにおいて、ＷＤＭ信号のチャネル間隔（信号チャネル間の波長間隔）を狭くして更なる大容量化を図ろうとすると、ＷＤＭ信号間に疑似位相整合条件が成り立つことから、非線形光学現象の一種である四光波混合（ＦＷＭ：ｆｏｕｒ−ｗａｖｅ ｍｉｘｉｎｇ）に起因した信号波形の劣化が生じ易すくなる。加えて、相互位相変調（ＸＰＭ：Ｃｒｏｓｓ−Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）の影響も受け易くなることから、更なる波形劣化が生じる結果となる。
一方、絶対値の大きい（例えば２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度）波長分散を有する標準的なシングルモード光ファイバが光伝送路に適用されたケースでは、波形圧縮効果に起因した高ピークパワーのＷＤＭ信号が当該光伝送路を長距離に亘って伝搬することになるため、自己又は相互位相変調と波長分散との相互作用に起因した各ＷＤＭ信号の波形劣化が顕著になる可能性がある。また、光伝送路における累積波長分散の絶対値が非常に大きくなることから、必要な分散補償量が増大して、システム設計上の困難が生じ、また、コストが高くなる。
この発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、大容量の情報の長距離かつ高速伝送を可能にするための構造を備えたＷＤＭ伝送システムを提供することを目的としている。
この発明に係るＷＤＭ伝送システムは、チャネル間隔が０．４ｎｍ以下であって、それぞれのビットレートが９Ｇｂｉｔ／ｓ以上の４チャネル以上のＷＤＭ信号を伝送する光伝送路を含む。なお、この光伝送路は、送信器と受信器との間のみならず、該送信器と受信器との間に１又はそれ以上の中継器（光増幅器等を含む）が配置されている場合には、該送信器と中継器との間、中継器間、中継器と受信器との間の少なくともいずれかに配置される。
特に、上記光伝送路は、波長１．５５μｍにおける諸特性として、絶対値が８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散と、光伝送路の非線形屈折率Ｎ２と実効断面積Ａｅｆｆとの比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）であって、６．４×１０−１０／Ｗ以下の比を有する。なお、上記光伝送路の伝送損失は０．３ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好ましい。また、この光伝送路が当該ＷＤＭ伝送システムに適用されることにより、システム設計の際の要求レベルが低減され、安価で安定した伝送品質が得られるシステムの構築が容易になる。
当該ＷＤＭ伝送システムによれば、上記光伝送路における波長分散の絶対値が小さい場合に生じ易い四光波混合に起因した信号波形の劣化が抑制されるとともに、該光伝送路における波長分散の絶対値が大きい場合に生じ易い自己又は相互位相変調と波長分散との相互作用に起因した信号波形の劣化が抑制される。この結果、大容量の情報の長距離かつ高速伝送が可能になる。
なお、この発明に係るＷＤＭ伝送システムにおいて、上記光伝送路は、絶対値が９〜１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有するのが好ましく、さらには絶対値が１０〜１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有するのがより好ましい。すなわち、この発明に係るＷＤＭ伝送システムにおいて、波長分散の絶対値下限は、８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上、好ましくは９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上、より好ましくは１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上である一方、該波長分散の絶対値上限は、１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下、好ましくは１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下、より好ましくは１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、これら上限値及び下限値の組み合わせにより当該波長分散の絶対値範囲が規定される。これらの場合、特に、四光波混合に起因した信号波形の劣化が十分に抑制されるとともに、自己又は相互位相変調と波長分散との相互作用に起因した信号波形の劣化が十分に抑制される。
さらに、この発明に係るＷＤＭ伝送システムにおける周波数使用効率は、０．１ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ以上であるのが好ましく、さらには０．２ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ以上であるのがより好ましい。このような条件を満たすことにより、大容量の情報伝送が可能になるとともに該ＷＤＭ信号の波形劣化が効果的に抑制される。なお、上記周波数使用効率は、ＷＤＭ信号の各チャネルにおけるビットレート（単位：Ｇｂｉｔ／ｓ）とチャネル間隔（単位：ＧＨｚ）との比（ビットレート／チャネル間隔）で定義される。
この発明に係るＷＤＭ伝送システムにおいて、光増幅器の配置間隔で規定される中継区間、すなわち、当該ＷＤＭ伝送システムに複数の光増幅器が設けられている場合のこれら光増幅器間に配置される上記光伝送路は、２０ｋｍ以上の長さを有するのが好ましく、さらには４０ｋｍ以上の長さを有するのがより好ましい。いずれの場合も長距離の情報伝送が可能となり、ＷＤＭ信号の波形劣化も効果的に抑制される。
この発明に係るＷＤＭ伝送システムは、上記ＷＤＭ信号の各波長において上記光伝送路における波長分散を補償するための分散補償器をさらに備えることが可能である。この場合、分散補償器により上記光伝送路における波長分散が補償されるため、光伝送路及び分散補償器を含む中継区間全体における累積波長分散の絶対値が小さくなり、結果的に該ＷＤＭ信号の波形劣化がさらに抑制される。なお、中継区間ごとに分散補償器が設けられる場合には、中継器において該ＷＤＭ信号の一部をアド・ドロップ等することが容易になり好ましい。
なお、上記分散補償器の分散スロープ補償率は略１００％であるのが好ましい。ここで、分散スロープ補償率（単位：％）は、ＷＤＭ信号の各波長において、光伝送路における波長分散をＤ１、該光伝送路の分散スロープをＳ１、分散補償器の波長分散をＤ２、そして、該分散補償器の分散スロープをＳ２とするとき、１００×（Ｓ２／Ｄ２）／（Ｓ１／Ｄ１）で定義される。この場合、光伝送路における波長分散が分散補償器により補償されるだけでなく、該光伝送路における分散スロープも該分散補償器により補償されるので、ＷＤＭ信号それぞれの波形劣化のバラツキが低減され、広帯域の信号伝送が可能になる。
さらに、この発明に係るＷＤＭ伝送システムにおいて、上記光伝送路は、０．２ｐｓ・ｋｍ−１／２以下の偏波モード分散を有するのが好ましい。該偏波モード分散に起因した信号波形の劣化が抑制され、大容量の情報の長距離かつ高速伝送が可能になるからである。また、当該ＷＤＭ伝送システムの光伝送路上に光増幅器が設けられている場合、ＷＤＭ信号に対する該光増幅器の増幅利得が偏波依存性を有していても、該ＷＤＭ信号それぞれに対して安定した利得の増幅が可能となる。
この発明に係るＷＤＭ伝送システムにおいて、上記光伝送路へ入力されるＷＤＭ信号光それぞれのパワーは、１ｄＢｍ以上のが好ましい。該ＷＤＭ信号のパワーマージンの拡大によりシステム全体の安定性が向上するからである。また、伝送時のロスバジェット増大により光増幅器の設置台数が削減でき低コスト化を図ることも可能になる。
さらに、上記ＷＤＭ信号（チャネル間隔が０．４ｎｍ以下、ビットレートが９Ｇｂｉｔ／ｓ以上）の各波長において、上記光伝送路は、絶対値が８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有するのが好ましい。上記ＷＤＭ信号を含む信号波長帯域全体における波形劣化が抑制され、システムについて煩わしい再設計を行うことなく中継器における信号のアド・ドロップが可能になるからである。
なお、この発明に係るＷＤＭ伝送システムは、波長１．５８μｍにおいても、上記光伝送路が、絶対値が８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有するのが好ましい。１．５５μｍ波長帯に加えて１．５８μｍ波長帯でも、該光伝送路における波長分散の絶対値が小さい場合に生じ易い四光波混合に起因した信号波形の劣化が抑制されるとともに、該光伝送路における波長分散の絶対値が大きい場合に生じ易い自己又は相互位相変調と波長分散との相互作用に起因した信号波形の劣化が抑制されるからである。この結果、大容量の情報のさらなる長距離かつ高速伝送が可能になる。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明に係るＷＤＭ伝送システムの実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、この発明に係るＷＤＭ伝送システムの一実施形態の構成を示す図である。このＷＤＭ伝送システム１は、Ｎ個の送信器１１１〜１１Ｎ、合波器１２、光増幅器１３０〜１３Ｍ、Ｍ個の分散補償器１４１〜１４Ｍ、Ｍ本の光伝送路１５１〜１５Ｍ、分波器１６、Ｎ個の受信器１７１〜１７Ｎを備える。なお、Ｎは４以上の整数、Ｍは１以上の整数である。また、以下では特に断らない限り、ｎは１以上Ｎ以下の任意の整数であり、ｍは１以上Ｍ以下の任意の整数である。
各送信器１１ｎは、波長λｎの信号をそれぞれ送出する。ここで、波長λ１〜λＮは、例えば１．５５μｍ波長帯に含まれ、λｎ＜λｎ＋１（１≦ｎ＜Ｎ）なる関係式を満たす。また、これら波長λｎの信号チャネルは、チャネル間隔が０．４ｎｍ以下（５０ＧＨｚ以下）であって、そのビットレートは９Ｇｂｉｔ／ｓ以上である。
合波器１２は、各送信器１１ｎから送出された波長λｎの信号を合波して、ＷＤＭ信号を送出する。光増幅器１３０は、合波器１２から出力されたＷＤＭ信号を一括増幅して光伝送路１５１へ送出する。各光伝送路１５ｍは、光増幅器１３ｍ−１により増幅されて出力されたＷＤＭ信号を分散補償器１４ｍへ導く光ファイバであり、０．３ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を有するのが好ましい。各分散補償器１４ｍは、信号波長帯域における光伝送路１５ｍの波長分散を補償する光学部品であり、例えば分散補償光ファイバあるいは光ファイバグレーティングを含む光ファイバであって、光伝送路１５ｍを伝搬したＷＤＭ信号を分散補償して光増幅器１３ｍへ出力する。
各光増幅器１３ｍ（１≦ｍ≦Ｍ−１）は、分散補償器１４ｍから出力されたＷＤＭ信号を一括増幅して光伝送路１５Ｍ＋１へ送出する。光増幅器１３Ｍは、分散補償器１４Ｍから出力されたＷＤＭ記号を一括増幅して分波器１６へ送出する。分波器１６は、光増幅器１３Ｍにより増幅されたＷＤＭ信号を各波長λｎの信号に分波し、各波長に対応する受信器１７ｎへ出力する。各受信器１７ｎは、分波器１６から出力された対応する波長λｎの信号をそれぞれ受信する。
すなわち、このＷＤＭ伝送システム１では、各送信器１１ｎから送出された波長λｎの信号は、合波器１２によりＷＤＭ信号として合波されて、このＷＤＭ信号が光増幅器１３０により一括増幅される。この光増幅された波長λ１〜λＮのＷＤＭ信号は、光伝送路１５１〜１５Ｍを順に伝搬し、最終的に分波器１６に到達するまでの間に、分散補償器１４１〜１４Ｍにより分散補償されるとともに光増幅器１３０〜１３Ｍにより一括増幅される。そして、分波器１６に到達した波長λ１〜λＮのＷＤＭ信号は、該分波器１６により分波され、これら分波された各信号が対応する受信器１７１〜１７Ｎによりそれぞれ受信される。
図２は、図１に示されたＷＤＭ伝送システムに適用される光伝送路１５の波長分散特性を説明するための図である。波長１．５５μｍにおいて、各光伝送路１５ｍの波長分散の絶対値は、８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、好ましくは９〜１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、より好ましくは１０〜１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。各光伝送路１５ｍにおける波長分散の絶対値がこの範囲を下回る場合には、四光波混合に起因した信号波形の劣化が生じ易くなる一方、各光伝送路１５ｍにおける波長分散の絶対値がこの範囲より上回る場合には、自己又は相互位相変調と波長分散との相互作用に起因した信号波形の劣化が生じ易くなる。しかし、各光伝送路１５ｍにおける波長分散の絶対値がこの範囲内に収まっていれば、四光波混合に起因した信号波形の劣化が十分に抑制されるとともに、自己又は相互位相変調と波長分散との相互作用に起因した信号波形の劣化も十分に抑制される。この結果、大容量の情報の長距離かつ高速伝送が可能になる。
また、波長λ１〜λＮそれぞれにおいて、各光伝送路１５ｍにおける非線形屈折率Ｎ２と実効断面積Ａｅｆｆとの比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）は、６．４×１０−１０／Ｗ以下である。すなわち、各光伝送路１５ｍにおける非線形光学現象の発生を抑制するには、非線形屈折率Ｎ２は小さい方が好ましく、また、実効断面積Ａｅｆｆは大きい方が好ましい。したがって、比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）は小さい方が好ましい。比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）が６．４×１０−１０／Ｗ以下であれば、各光伝送路１５ｍにおける非線形光学現象の発生が十分に抑制される。
なお、上記実効断面積Ａｅｆｆは、特開平８−２４８２５１号公報（ＥＰ ０ ７２４ １７１ Ａ２）に示されたように、以下の式で与えられる。
ここで、Ｅは伝搬光に伴う電界、ｒはコア中心からの径方向の距離である。
また、強い光の下における媒質の屈折率Ｎは、上述のように光強度によって変わる。したがって、この屈折率Ｎに対する最低次の効果は、
Ｎ＝Ｎ０＋Ｎ２・｜Ｅ｜２
ここで、Ｎ０：線形分極に対する屈折率
Ｎ２：３次の非線形分極に対する２次の非線形屈折率
｜Ｅ｜２：光強度
で表される。すなわち、強い光の下では、媒質の屈折率Ｎは通常の値Ｎ０と光電場振幅Ｅの２乗に比例する増加分との和で与えられる。特に、第２項の比例定数Ｎ２（単位：ｍ２／Ｗ）は２次の非線形屈折率と呼ばれる。また、信号光パルスの歪は、非線形屈折率のうち主に２次の非線形屈折率の影響を受けるので、この明細書において、非線形屈折率とは、主にこの２次の非線形屈折率を意味する。
さらに、ＷＤＭ伝送システム１における周波数使用効率は、０．１ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ以上であるのが好ましく、より好ましくは０．２ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ以上である。ここで、周波数使用効率は、波長λ１〜λＮの各信号チャネルにおけるビットレート（単位：Ｇｂｉｔ／ｓ）とチャネル間隔（単位：ＧＨｚ）との比（ビットレート／チャネル間隔）で定義される。周波数使用効率をこのような範囲に設定することにより、大容量の情報伝送が可能になる。また、一般にこのような周波数使用効率が大きい場合には四光波混合の影響が大きくなりがちであるが、この実施形態では、ＷＤＭ伝送システム１における各光伝送路１５ｍが波長分散及び比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）に関して上記要件を満たすことにより、信号波形の劣化が抑制される。
また、このＷＤＭ伝送システム１では、光増幅器１３ｍに挟まれた中継区間，なわち各光伝送路１５ｍの長さは、２０ｋｍ以上、より好ましくは４０ｋｍ以上の長さを有する。光伝送路１５ｍの長さを上記範囲内に設定することにより、長距離の情報伝送が可能になる。また、一般に長距離伝送の場合、非線形光学現象や累積波長分散の影響が大きくなりがちであるが、この実施形態では、ＷＤＭ伝送システム１における各光伝送路１５ｍが波長分散及び比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）に関して上記要件を満たすことにより、信号波形の劣化が抑制される。
このＷＤＭ伝送システム１は、ＷＤＭ信号の各波長における光伝送路１５ｍの波長分散を補償する分散補償器１４ｍを備えており、これら分散補償器１４ｍにより光伝送路１５ｍにおける波長分散が補償され、光伝送路１５ｍ及び分散補償器１４ｍを含む当該システム全体の累積波長分散の絶対値が小さくなるので、信号波形の劣化がさらに抑制される。なお、図１に示されたように、中継区間毎に分散補償器１４ｍが設けられることにより、中継器における信号のアド・ドロップが可能になる。
また、各分散補償器１４ｍの分散スロープ補償率は、略１００％である。ここで、分散スロープ補償率（単位：％）とは、ＷＤＭ信号の各波長において、光伝送路１５ｍの波長分散をＤ１、光伝送路１５ｍの分散スロープをＳ１、分散補償器１４ｍの波長分散をＤ２、そして、分散補償器１４ｍの分散スロープをＳ２とするとき、１００×（Ｓ２／Ｄ２）／（Ｓ１／Ｄ１）で定義される。この場合、光伝送路１５ｍの波長分散が分散補償器１４ｍにより補償されるたけでなく、光伝送路１５ｍの分散スロープも分散補償器１４ｍにより補償されるので、各波長λ１〜λＮの波形劣化のバラツキが低減され、広帯域の信号伝送が可能になる。
また、ＷＤＭ伝送システム１において、各光伝送路１５ｍは、０．２ｐｓ・ｋｍ−１／２以下の偏波モード分散を有する。この場合、偏波モード分散に起因した信号波形の劣化が抑制されるので、この点においても、大容量の情報の長距離かつ高速伝送が可能になる。
ＷＤＭ伝送システム１において、各光増幅器１３ｍ−１から光伝送路１５ｍへ入力される波長λ１〜λＮのＷＤＭ信号の各パワーは、１ｄＢｍ以上である。この場合、各信号のパワーマージンの拡大により当該システムの安定性が向上するとともに、伝送時のロスバジェット増大により光増幅器１３ｍの設置台数を削減でき、低コスト化を図ることが可能になる。
次に、この発明に係るＷＤＭ伝送システム１のより具体的な構成について説明する。この構成では、チャネル数（多重化される信号数）Ｎが８、中継区間の数Ｍ（光伝送路の数）が５である。多重化された信号（ＷＤＭ信号）の各波長は１．５５μｍ波長帯に含まれ、チャネル間隔は０．４ｎｍ（５０ＧＨｚ）、ビットレートは１０Ｇｂｉｔ／ｓである。また、周波数使用効率は０．２ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚである。光増幅器１３ｍ−１から光伝送路１５ｍへ入力される波長λ１〜λ８のＷＤＭ信号の各パワーは４ｄＢｍである。
各光伝送路１５ｍについては、８０ｋｍの長さと、波長１．５５μｍにおいて０．２ｄＢ／ｋｍの伝送損失と、波長１．５５μｍにおいて０．０８ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの分散スロープと、波長１．５５μｍにおいて３．２×１０−２０ｍ２／Ｗの非線形屈折率Ｎ２とを有する光ファイバが適用される。なお、各光伝送路１５ｍは、波長１．５５μｍにおいて４〜２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散と、波長１．５５μｍにおいて５０〜８５μｍ２の実効断面積Ａｅｆｆとを有し、比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）は３．８×１０−１０〜６．４×１０−１０／Ｗである。
各分散補償器１４ｍは、１つの中継区間で累積される分散及び分散スロープの双方を完全に補償する。なお、挿入損失は１ｄＢであり、非線形屈折率Ｎ２は無視される。
図３は、上述のような具体的な構成を有するＷＤＭ伝送システムに適用される光伝送路１５ｍとして、それぞれ異なる実効断面積Ａｅｆｆを有する光伝送路についてその波長分散とパワーペナルティとの関係を示すグラフである。なお、この図３において、横軸は波長λ１〜λ８の中心波長における各光伝送路１５ｍの波長分散、縦軸はビットエラーレート（ＢＥＲ）が１０−９となるときのパワーペナルティである。また、グラフＧ１００は５０μｍ２の実効断面積Ａｅｆｆを有する光伝送路、グラフＧ２００は５７μｍ２の実効断面積Ａｅｆｆを有する光伝送路、グラフＧ３００は６４μｍ２の実効断面積Ａｅｆｆを有する光伝送路、グラフＧ４００は７１μｍ２の実効断面積Ａｅｆｆを有する光伝送路、そして、グラフＧ５００は８５μｍ２の実効断面積Ａｅｆｆを有する光伝送路についての測定結果をそれぞれ示す。測定は、各波長λ１〜λ８のＷＤＭ信号を互いに同一の偏波状態としかつ同一ビットパターンのパルス信号として最悪条件で行われた。
この図３から分かるように、上述の各条件の数値範囲内では、各光伝送路１５ｍの波長分散が８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであればパワーペナルティが小さくなり、各光伝送路１５ｍの波長分散が９〜１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであればパワーペナルティがさらに小さくなる。また、各光伝送路１５ｍの波長分散が１０〜１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであれば、各光伝送路１５ｍの実効断面積Ａｅｆｆの値によらず、パワーペナルティは２ｄＢ以下となる。
なお、この図３では、光増幅器１３ｍ−１から光伝送路１５ｍへ入力されるＷＤＭ信号の各パワーを４ｄＢｍとした場合の測定結果が示されているが、光伝送路１５ｍへ入力されるＷＤＭ信号の各パワーを例えば１ｄＢｍ以下まで小さくすることにより、ペナルティを改善することも可能である。しかしながら、光伝送路１５ｍへ入力されるＷＤＭ信号の各パワーが小さくなると、各信号のパワーマージンが小さくなることから、実際のシステムを構築する上では適当ではない。以上のことなら、比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）の上限値は６．４×１０−１０／Ｗが好ましい。
また、上述のような構成のＷＤＭ伝送システムにおいて、偏波モード分散が０．２ｐｓ・ｋｍ−１／２である場合と比べて、偏波モード分散が０．３ｐｓ・ｋｍ−１／２である場合には、伝送後のパワーペナルティが１ｄＢ程度の差が生じた。偏波モード分散が０．２ｐｓ・ｋｍ−１／２を超えると、伝送特性への影響が顕著に現れるため、偏波モード分散が０．２ｐｓ・ｋｍ−１／２以下に抑えられることが必要である。
なお、チャネル間隔が０．４ｎｍ以下、ビットレートが９Ｇｂｉｔ／ｓ以上であるＷＤＭ信号の各波長において、各光伝送路１５ｍの波長分散の絶対値は８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるのが好ましい。この場合、ＷＤＭ信号が含まれる信号波長帯域全体で波形劣化が抑制されるので、当該システムについて煩わしい再設計を行うことなく中継器における信号のアド・ドロップを容易に行うことなできる。
また、波長１．５８μｍにおいて、各光伝送路１５ｍの波長分散の絶対値は８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるのが好ましい。この場合、１．５５μｍ波長帯に加えて１．５８μｍ波長帯でも、光伝送路１５ｍにおける波長分散の絶対値が小さい場合に生じ易い四光波混合に起因した信号波形の劣化が抑制されるとともに、光伝送路１５ｍにおける波長分散の絶対値が大きい場合に生じ易い自己又は相互位相変調と波長分散との相互作用に起因した信号波形の劣化も抑制されて、大容量の情報の長距離に亘るさらなる高速伝送が可能になる。
産業上の利用可能性
以上のようにこの発明によれば、チャネル間隔が０．４ｎｍ以下であって、それぞれのビットレートが９Ｇｂｉｔ／ｓ以上の４チャネル以上のＷＤＭ信号を伝送する光伝送路を含むＷＤＭ伝送システムにおいて、該光伝送路は、該ＷＤＭ信号の各波長それぞれ、あるいは波長１．５５μｍにおける諸特性として、絶対値が８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散と、６．４×１０−１０／Ｗ以下の比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）を有している。このような光伝送路が適用されることにより、該光伝送路における波長分散の絶対値が小さい場合に生じ易い四光波混合に起因した信号波形の劣化が抑制されるとともに、該光伝送路における波長分散の絶対値が大きい場合に生じ易い自己又は相互位相変調と波長分散との相互作用に起因した信号波形の劣化が抑制される。この結果、大容量の情報の長距離かつ高速伝送が可能になる。また、このような光伝送路が適用されることにより、ＷＤＭ伝送システムのシステム設計の際の要求レベルが低減され、安価で安定した伝送品質が得られるシステムを容易に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明に係るＷＤＭ伝送システムの一実施形態の構成を示す図である。
図２は、図１に示された光伝送路の波長分散特性を説明するためのグラフである。
図３は、この発明に係るＷＤＭ伝送システムに適用可能な複数種類の光伝送路について、それらの波長分散とパワーペナルティとの関係を示すグラフである。
この発明は、複数チャネルの信号を伝送する波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送システムに関するものである。
背景技術
ＷＤＭ伝送システムは、複数チャネルの多重化信号（以下、ＷＤＭ信号という）を伝送することにより、大容量の情報の長距離かつ高速伝送を可能にする。このＷＤＭ伝送システムにおいて、大容量の情報を長距離に亘って高速に伝送するには、光伝送路における非線形光学現象に起因した信号波形の劣化を抑制することが重要であり、また、該光伝送路における累積波長分散に起因した信号波形の劣化を抑制することも重要である。このような観点から多くの研究開発が行われている。
例えば、「Ｓ．Ｔｓｕｄａ，ｅｔ ａｌ．，”Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ ８０ｘ１０Ｇｂｉｔ／ｓ ＷＤＭ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｗｉｔｈ ５０ＧＨｚ ｓｐａｃｉｎｇ ｏｖｅｒ ５００ｋｍ ｏｆ ＬＥＡＦＴＭ ｆｉｂｅｒ”，ＯＦＣ２０００，ＴｕＪ６（２０００）」（第１文献）において、波長１５５０ｎｍにおいて４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有するノンゼロ分散シフト光ファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ：Ｎｏｎ−Ｚｅｒｏ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ）を用いたＷＤＭ伝送実験が報告されている。また、「Ｓ．Ｂｉｇｏ，ｅｔ ａｌ．，”１．５Ｔｅｒａｂｉｔ／ｓ ＷＤＭ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ １５０ｃｈａｎｎｅｌｓ ａｔ １０Ｇｂｉｔ／ｓ ｏｖｅｒ ４ｘ１００ｋｍ ｏｆ ＴｅｒａＬｉｇｈｔＴＭ ｆｉｂｒｅ”，ＥＣＯＣ’９９，ＰＤ２−９（１９９９）」（第２文献）において、波長１５５０ｎｍにおいて８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有するノンゼロ分散シフト光ファイバを用いたＷＤＭ伝送実験が報告されている。
「Ｃ．Ｆｕｒｓｔ，ｅｔ ａｌ．，”Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｍｉｔｓ ｏｆ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ＲＺ ａｎｄ ＮＲＺ ｃｏｄｅｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｔ １０ ａｎｄ ４０Ｇｂ／ｓ ｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｉｂｅｒｓ”，ＯＦＣ２０００，ＷＭ３１（２０００）」（第３文献）において、ビットレートが１０Ｇｂｉｔ／ｓあるいは４０Ｇｂｉｔ／ｓであるとき、波長１．３μｍ付近に零分散波長を有する標準的なシングルモード光ファイバと比べて、波長１．５５μｍにおいて絶対値が数ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の波長分散を有するノンゼロ分散シフト光ファイバの方が、信号のパワーマージンが大きいという計算結果が報告されている。また、この第３文献には、光伝送路における波長分散の絶対値が大きくなると、非線形光学現象の一種である自己位相変調（ＳＰＭ：Ｓｅｌｆ−Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）と波長分散との相互作用に起因した信号波形の劣化が顕著になることが指摘されている。
発明の開示
発明者らは、上述の従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、上記第１〜第３文献には、ＷＤＭ伝送システムに関して伝送性能向上を目的とした研究やその成果が報告されている。しかしながら、優れた伝送特性を発揮するためのＷＤＭ伝送システムの最適条件は未だ明らかになっていないのが現状である。
例えば、絶対値の小さい（例えば４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度）波長分散を有するノンゼロ分散シフト光ファイバが光伝送路に適用されたケースにおいて、ＷＤＭ信号のチャネル間隔（信号チャネル間の波長間隔）を狭くして更なる大容量化を図ろうとすると、ＷＤＭ信号間に疑似位相整合条件が成り立つことから、非線形光学現象の一種である四光波混合（ＦＷＭ：ｆｏｕｒ−ｗａｖｅ ｍｉｘｉｎｇ）に起因した信号波形の劣化が生じ易すくなる。加えて、相互位相変調（ＸＰＭ：Ｃｒｏｓｓ−Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）の影響も受け易くなることから、更なる波形劣化が生じる結果となる。
一方、絶対値の大きい（例えば２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度）波長分散を有する標準的なシングルモード光ファイバが光伝送路に適用されたケースでは、波形圧縮効果に起因した高ピークパワーのＷＤＭ信号が当該光伝送路を長距離に亘って伝搬することになるため、自己又は相互位相変調と波長分散との相互作用に起因した各ＷＤＭ信号の波形劣化が顕著になる可能性がある。また、光伝送路における累積波長分散の絶対値が非常に大きくなることから、必要な分散補償量が増大して、システム設計上の困難が生じ、また、コストが高くなる。
この発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、大容量の情報の長距離かつ高速伝送を可能にするための構造を備えたＷＤＭ伝送システムを提供することを目的としている。
この発明に係るＷＤＭ伝送システムは、チャネル間隔が０．４ｎｍ以下であって、それぞれのビットレートが９Ｇｂｉｔ／ｓ以上の４チャネル以上のＷＤＭ信号を伝送する光伝送路を含む。なお、この光伝送路は、送信器と受信器との間のみならず、該送信器と受信器との間に１又はそれ以上の中継器（光増幅器等を含む）が配置されている場合には、該送信器と中継器との間、中継器間、中継器と受信器との間の少なくともいずれかに配置される。
特に、上記光伝送路は、波長１．５５μｍにおける諸特性として、絶対値が８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散と、光伝送路の非線形屈折率Ｎ２と実効断面積Ａｅｆｆとの比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）であって、６．４×１０−１０／Ｗ以下の比を有する。なお、上記光伝送路の伝送損失は０．３ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好ましい。また、この光伝送路が当該ＷＤＭ伝送システムに適用されることにより、システム設計の際の要求レベルが低減され、安価で安定した伝送品質が得られるシステムの構築が容易になる。
当該ＷＤＭ伝送システムによれば、上記光伝送路における波長分散の絶対値が小さい場合に生じ易い四光波混合に起因した信号波形の劣化が抑制されるとともに、該光伝送路における波長分散の絶対値が大きい場合に生じ易い自己又は相互位相変調と波長分散との相互作用に起因した信号波形の劣化が抑制される。この結果、大容量の情報の長距離かつ高速伝送が可能になる。
なお、この発明に係るＷＤＭ伝送システムにおいて、上記光伝送路は、絶対値が９〜１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有するのが好ましく、さらには絶対値が１０〜１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有するのがより好ましい。すなわち、この発明に係るＷＤＭ伝送システムにおいて、波長分散の絶対値下限は、８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上、好ましくは９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上、より好ましくは１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上である一方、該波長分散の絶対値上限は、１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下、好ましくは１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下、より好ましくは１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、これら上限値及び下限値の組み合わせにより当該波長分散の絶対値範囲が規定される。これらの場合、特に、四光波混合に起因した信号波形の劣化が十分に抑制されるとともに、自己又は相互位相変調と波長分散との相互作用に起因した信号波形の劣化が十分に抑制される。
さらに、この発明に係るＷＤＭ伝送システムにおける周波数使用効率は、０．１ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ以上であるのが好ましく、さらには０．２ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ以上であるのがより好ましい。このような条件を満たすことにより、大容量の情報伝送が可能になるとともに該ＷＤＭ信号の波形劣化が効果的に抑制される。なお、上記周波数使用効率は、ＷＤＭ信号の各チャネルにおけるビットレート（単位：Ｇｂｉｔ／ｓ）とチャネル間隔（単位：ＧＨｚ）との比（ビットレート／チャネル間隔）で定義される。
この発明に係るＷＤＭ伝送システムにおいて、光増幅器の配置間隔で規定される中継区間、すなわち、当該ＷＤＭ伝送システムに複数の光増幅器が設けられている場合のこれら光増幅器間に配置される上記光伝送路は、２０ｋｍ以上の長さを有するのが好ましく、さらには４０ｋｍ以上の長さを有するのがより好ましい。いずれの場合も長距離の情報伝送が可能となり、ＷＤＭ信号の波形劣化も効果的に抑制される。
この発明に係るＷＤＭ伝送システムは、上記ＷＤＭ信号の各波長において上記光伝送路における波長分散を補償するための分散補償器をさらに備えることが可能である。この場合、分散補償器により上記光伝送路における波長分散が補償されるため、光伝送路及び分散補償器を含む中継区間全体における累積波長分散の絶対値が小さくなり、結果的に該ＷＤＭ信号の波形劣化がさらに抑制される。なお、中継区間ごとに分散補償器が設けられる場合には、中継器において該ＷＤＭ信号の一部をアド・ドロップ等することが容易になり好ましい。
なお、上記分散補償器の分散スロープ補償率は略１００％であるのが好ましい。ここで、分散スロープ補償率（単位：％）は、ＷＤＭ信号の各波長において、光伝送路における波長分散をＤ１、該光伝送路の分散スロープをＳ１、分散補償器の波長分散をＤ２、そして、該分散補償器の分散スロープをＳ２とするとき、１００×（Ｓ２／Ｄ２）／（Ｓ１／Ｄ１）で定義される。この場合、光伝送路における波長分散が分散補償器により補償されるだけでなく、該光伝送路における分散スロープも該分散補償器により補償されるので、ＷＤＭ信号それぞれの波形劣化のバラツキが低減され、広帯域の信号伝送が可能になる。
さらに、この発明に係るＷＤＭ伝送システムにおいて、上記光伝送路は、０．２ｐｓ・ｋｍ−１／２以下の偏波モード分散を有するのが好ましい。該偏波モード分散に起因した信号波形の劣化が抑制され、大容量の情報の長距離かつ高速伝送が可能になるからである。また、当該ＷＤＭ伝送システムの光伝送路上に光増幅器が設けられている場合、ＷＤＭ信号に対する該光増幅器の増幅利得が偏波依存性を有していても、該ＷＤＭ信号それぞれに対して安定した利得の増幅が可能となる。
この発明に係るＷＤＭ伝送システムにおいて、上記光伝送路へ入力されるＷＤＭ信号光それぞれのパワーは、１ｄＢｍ以上のが好ましい。該ＷＤＭ信号のパワーマージンの拡大によりシステム全体の安定性が向上するからである。また、伝送時のロスバジェット増大により光増幅器の設置台数が削減でき低コスト化を図ることも可能になる。
さらに、上記ＷＤＭ信号（チャネル間隔が０．４ｎｍ以下、ビットレートが９Ｇｂｉｔ／ｓ以上）の各波長において、上記光伝送路は、絶対値が８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有するのが好ましい。上記ＷＤＭ信号を含む信号波長帯域全体における波形劣化が抑制され、システムについて煩わしい再設計を行うことなく中継器における信号のアド・ドロップが可能になるからである。
なお、この発明に係るＷＤＭ伝送システムは、波長１．５８μｍにおいても、上記光伝送路が、絶対値が８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有するのが好ましい。１．５５μｍ波長帯に加えて１．５８μｍ波長帯でも、該光伝送路における波長分散の絶対値が小さい場合に生じ易い四光波混合に起因した信号波形の劣化が抑制されるとともに、該光伝送路における波長分散の絶対値が大きい場合に生じ易い自己又は相互位相変調と波長分散との相互作用に起因した信号波形の劣化が抑制されるからである。この結果、大容量の情報のさらなる長距離かつ高速伝送が可能になる。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明に係るＷＤＭ伝送システムの実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、この発明に係るＷＤＭ伝送システムの一実施形態の構成を示す図である。このＷＤＭ伝送システム１は、Ｎ個の送信器１１１〜１１Ｎ、合波器１２、光増幅器１３０〜１３Ｍ、Ｍ個の分散補償器１４１〜１４Ｍ、Ｍ本の光伝送路１５１〜１５Ｍ、分波器１６、Ｎ個の受信器１７１〜１７Ｎを備える。なお、Ｎは４以上の整数、Ｍは１以上の整数である。また、以下では特に断らない限り、ｎは１以上Ｎ以下の任意の整数であり、ｍは１以上Ｍ以下の任意の整数である。
各送信器１１ｎは、波長λｎの信号をそれぞれ送出する。ここで、波長λ１〜λＮは、例えば１．５５μｍ波長帯に含まれ、λｎ＜λｎ＋１（１≦ｎ＜Ｎ）なる関係式を満たす。また、これら波長λｎの信号チャネルは、チャネル間隔が０．４ｎｍ以下（５０ＧＨｚ以下）であって、そのビットレートは９Ｇｂｉｔ／ｓ以上である。
合波器１２は、各送信器１１ｎから送出された波長λｎの信号を合波して、ＷＤＭ信号を送出する。光増幅器１３０は、合波器１２から出力されたＷＤＭ信号を一括増幅して光伝送路１５１へ送出する。各光伝送路１５ｍは、光増幅器１３ｍ−１により増幅されて出力されたＷＤＭ信号を分散補償器１４ｍへ導く光ファイバであり、０．３ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を有するのが好ましい。各分散補償器１４ｍは、信号波長帯域における光伝送路１５ｍの波長分散を補償する光学部品であり、例えば分散補償光ファイバあるいは光ファイバグレーティングを含む光ファイバであって、光伝送路１５ｍを伝搬したＷＤＭ信号を分散補償して光増幅器１３ｍへ出力する。
各光増幅器１３ｍ（１≦ｍ≦Ｍ−１）は、分散補償器１４ｍから出力されたＷＤＭ信号を一括増幅して光伝送路１５Ｍ＋１へ送出する。光増幅器１３Ｍは、分散補償器１４Ｍから出力されたＷＤＭ記号を一括増幅して分波器１６へ送出する。分波器１６は、光増幅器１３Ｍにより増幅されたＷＤＭ信号を各波長λｎの信号に分波し、各波長に対応する受信器１７ｎへ出力する。各受信器１７ｎは、分波器１６から出力された対応する波長λｎの信号をそれぞれ受信する。
すなわち、このＷＤＭ伝送システム１では、各送信器１１ｎから送出された波長λｎの信号は、合波器１２によりＷＤＭ信号として合波されて、このＷＤＭ信号が光増幅器１３０により一括増幅される。この光増幅された波長λ１〜λＮのＷＤＭ信号は、光伝送路１５１〜１５Ｍを順に伝搬し、最終的に分波器１６に到達するまでの間に、分散補償器１４１〜１４Ｍにより分散補償されるとともに光増幅器１３０〜１３Ｍにより一括増幅される。そして、分波器１６に到達した波長λ１〜λＮのＷＤＭ信号は、該分波器１６により分波され、これら分波された各信号が対応する受信器１７１〜１７Ｎによりそれぞれ受信される。
図２は、図１に示されたＷＤＭ伝送システムに適用される光伝送路１５の波長分散特性を説明するための図である。波長１．５５μｍにおいて、各光伝送路１５ｍの波長分散の絶対値は、８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、好ましくは９〜１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、より好ましくは１０〜１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。各光伝送路１５ｍにおける波長分散の絶対値がこの範囲を下回る場合には、四光波混合に起因した信号波形の劣化が生じ易くなる一方、各光伝送路１５ｍにおける波長分散の絶対値がこの範囲より上回る場合には、自己又は相互位相変調と波長分散との相互作用に起因した信号波形の劣化が生じ易くなる。しかし、各光伝送路１５ｍにおける波長分散の絶対値がこの範囲内に収まっていれば、四光波混合に起因した信号波形の劣化が十分に抑制されるとともに、自己又は相互位相変調と波長分散との相互作用に起因した信号波形の劣化も十分に抑制される。この結果、大容量の情報の長距離かつ高速伝送が可能になる。
また、波長λ１〜λＮそれぞれにおいて、各光伝送路１５ｍにおける非線形屈折率Ｎ２と実効断面積Ａｅｆｆとの比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）は、６．４×１０−１０／Ｗ以下である。すなわち、各光伝送路１５ｍにおける非線形光学現象の発生を抑制するには、非線形屈折率Ｎ２は小さい方が好ましく、また、実効断面積Ａｅｆｆは大きい方が好ましい。したがって、比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）は小さい方が好ましい。比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）が６．４×１０−１０／Ｗ以下であれば、各光伝送路１５ｍにおける非線形光学現象の発生が十分に抑制される。
なお、上記実効断面積Ａｅｆｆは、特開平８−２４８２５１号公報（ＥＰ ０ ７２４ １７１ Ａ２）に示されたように、以下の式で与えられる。
また、強い光の下における媒質の屈折率Ｎは、上述のように光強度によって変わる。したがって、この屈折率Ｎに対する最低次の効果は、
Ｎ＝Ｎ０＋Ｎ２・｜Ｅ｜２
ここで、Ｎ０：線形分極に対する屈折率
Ｎ２：３次の非線形分極に対する２次の非線形屈折率
｜Ｅ｜２：光強度
で表される。すなわち、強い光の下では、媒質の屈折率Ｎは通常の値Ｎ０と光電場振幅Ｅの２乗に比例する増加分との和で与えられる。特に、第２項の比例定数Ｎ２（単位：ｍ２／Ｗ）は２次の非線形屈折率と呼ばれる。また、信号光パルスの歪は、非線形屈折率のうち主に２次の非線形屈折率の影響を受けるので、この明細書において、非線形屈折率とは、主にこの２次の非線形屈折率を意味する。
さらに、ＷＤＭ伝送システム１における周波数使用効率は、０．１ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ以上であるのが好ましく、より好ましくは０．２ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ以上である。ここで、周波数使用効率は、波長λ１〜λＮの各信号チャネルにおけるビットレート（単位：Ｇｂｉｔ／ｓ）とチャネル間隔（単位：ＧＨｚ）との比（ビットレート／チャネル間隔）で定義される。周波数使用効率をこのような範囲に設定することにより、大容量の情報伝送が可能になる。また、一般にこのような周波数使用効率が大きい場合には四光波混合の影響が大きくなりがちであるが、この実施形態では、ＷＤＭ伝送システム１における各光伝送路１５ｍが波長分散及び比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）に関して上記要件を満たすことにより、信号波形の劣化が抑制される。
また、このＷＤＭ伝送システム１では、光増幅器１３ｍに挟まれた中継区間，なわち各光伝送路１５ｍの長さは、２０ｋｍ以上、より好ましくは４０ｋｍ以上の長さを有する。光伝送路１５ｍの長さを上記範囲内に設定することにより、長距離の情報伝送が可能になる。また、一般に長距離伝送の場合、非線形光学現象や累積波長分散の影響が大きくなりがちであるが、この実施形態では、ＷＤＭ伝送システム１における各光伝送路１５ｍが波長分散及び比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）に関して上記要件を満たすことにより、信号波形の劣化が抑制される。
このＷＤＭ伝送システム１は、ＷＤＭ信号の各波長における光伝送路１５ｍの波長分散を補償する分散補償器１４ｍを備えており、これら分散補償器１４ｍにより光伝送路１５ｍにおける波長分散が補償され、光伝送路１５ｍ及び分散補償器１４ｍを含む当該システム全体の累積波長分散の絶対値が小さくなるので、信号波形の劣化がさらに抑制される。なお、図１に示されたように、中継区間毎に分散補償器１４ｍが設けられることにより、中継器における信号のアド・ドロップが可能になる。
また、各分散補償器１４ｍの分散スロープ補償率は、略１００％である。ここで、分散スロープ補償率（単位：％）とは、ＷＤＭ信号の各波長において、光伝送路１５ｍの波長分散をＤ１、光伝送路１５ｍの分散スロープをＳ１、分散補償器１４ｍの波長分散をＤ２、そして、分散補償器１４ｍの分散スロープをＳ２とするとき、１００×（Ｓ２／Ｄ２）／（Ｓ１／Ｄ１）で定義される。この場合、光伝送路１５ｍの波長分散が分散補償器１４ｍにより補償されるたけでなく、光伝送路１５ｍの分散スロープも分散補償器１４ｍにより補償されるので、各波長λ１〜λＮの波形劣化のバラツキが低減され、広帯域の信号伝送が可能になる。
また、ＷＤＭ伝送システム１において、各光伝送路１５ｍは、０．２ｐｓ・ｋｍ−１／２以下の偏波モード分散を有する。この場合、偏波モード分散に起因した信号波形の劣化が抑制されるので、この点においても、大容量の情報の長距離かつ高速伝送が可能になる。
ＷＤＭ伝送システム１において、各光増幅器１３ｍ−１から光伝送路１５ｍへ入力される波長λ１〜λＮのＷＤＭ信号の各パワーは、１ｄＢｍ以上である。この場合、各信号のパワーマージンの拡大により当該システムの安定性が向上するとともに、伝送時のロスバジェット増大により光増幅器１３ｍの設置台数を削減でき、低コスト化を図ることが可能になる。
次に、この発明に係るＷＤＭ伝送システム１のより具体的な構成について説明する。この構成では、チャネル数（多重化される信号数）Ｎが８、中継区間の数Ｍ（光伝送路の数）が５である。多重化された信号（ＷＤＭ信号）の各波長は１．５５μｍ波長帯に含まれ、チャネル間隔は０．４ｎｍ（５０ＧＨｚ）、ビットレートは１０Ｇｂｉｔ／ｓである。また、周波数使用効率は０．２ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚである。光増幅器１３ｍ−１から光伝送路１５ｍへ入力される波長λ１〜λ８のＷＤＭ信号の各パワーは４ｄＢｍである。
各光伝送路１５ｍについては、８０ｋｍの長さと、波長１．５５μｍにおいて０．２ｄＢ／ｋｍの伝送損失と、波長１．５５μｍにおいて０．０８ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの分散スロープと、波長１．５５μｍにおいて３．２×１０−２０ｍ２／Ｗの非線形屈折率Ｎ２とを有する光ファイバが適用される。なお、各光伝送路１５ｍは、波長１．５５μｍにおいて４〜２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散と、波長１．５５μｍにおいて５０〜８５μｍ２の実効断面積Ａｅｆｆとを有し、比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）は３．８×１０−１０〜６．４×１０−１０／Ｗである。
各分散補償器１４ｍは、１つの中継区間で累積される分散及び分散スロープの双方を完全に補償する。なお、挿入損失は１ｄＢであり、非線形屈折率Ｎ２は無視される。
図３は、上述のような具体的な構成を有するＷＤＭ伝送システムに適用される光伝送路１５ｍとして、それぞれ異なる実効断面積Ａｅｆｆを有する光伝送路についてその波長分散とパワーペナルティとの関係を示すグラフである。なお、この図３において、横軸は波長λ１〜λ８の中心波長における各光伝送路１５ｍの波長分散、縦軸はビットエラーレート（ＢＥＲ）が１０−９となるときのパワーペナルティである。また、グラフＧ１００は５０μｍ２の実効断面積Ａｅｆｆを有する光伝送路、グラフＧ２００は５７μｍ２の実効断面積Ａｅｆｆを有する光伝送路、グラフＧ３００は６４μｍ２の実効断面積Ａｅｆｆを有する光伝送路、グラフＧ４００は７１μｍ２の実効断面積Ａｅｆｆを有する光伝送路、そして、グラフＧ５００は８５μｍ２の実効断面積Ａｅｆｆを有する光伝送路についての測定結果をそれぞれ示す。測定は、各波長λ１〜λ８のＷＤＭ信号を互いに同一の偏波状態としかつ同一ビットパターンのパルス信号として最悪条件で行われた。
この図３から分かるように、上述の各条件の数値範囲内では、各光伝送路１５ｍの波長分散が８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであればパワーペナルティが小さくなり、各光伝送路１５ｍの波長分散が９〜１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであればパワーペナルティがさらに小さくなる。また、各光伝送路１５ｍの波長分散が１０〜１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであれば、各光伝送路１５ｍの実効断面積Ａｅｆｆの値によらず、パワーペナルティは２ｄＢ以下となる。
なお、この図３では、光増幅器１３ｍ−１から光伝送路１５ｍへ入力されるＷＤＭ信号の各パワーを４ｄＢｍとした場合の測定結果が示されているが、光伝送路１５ｍへ入力されるＷＤＭ信号の各パワーを例えば１ｄＢｍ以下まで小さくすることにより、ペナルティを改善することも可能である。しかしながら、光伝送路１５ｍへ入力されるＷＤＭ信号の各パワーが小さくなると、各信号のパワーマージンが小さくなることから、実際のシステムを構築する上では適当ではない。以上のことなら、比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）の上限値は６．４×１０−１０／Ｗが好ましい。
また、上述のような構成のＷＤＭ伝送システムにおいて、偏波モード分散が０．２ｐｓ・ｋｍ−１／２である場合と比べて、偏波モード分散が０．３ｐｓ・ｋｍ−１／２である場合には、伝送後のパワーペナルティが１ｄＢ程度の差が生じた。偏波モード分散が０．２ｐｓ・ｋｍ−１／２を超えると、伝送特性への影響が顕著に現れるため、偏波モード分散が０．２ｐｓ・ｋｍ−１／２以下に抑えられることが必要である。
なお、チャネル間隔が０．４ｎｍ以下、ビットレートが９Ｇｂｉｔ／ｓ以上であるＷＤＭ信号の各波長において、各光伝送路１５ｍの波長分散の絶対値は８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるのが好ましい。この場合、ＷＤＭ信号が含まれる信号波長帯域全体で波形劣化が抑制されるので、当該システムについて煩わしい再設計を行うことなく中継器における信号のアド・ドロップを容易に行うことなできる。
また、波長１．５８μｍにおいて、各光伝送路１５ｍの波長分散の絶対値は８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるのが好ましい。この場合、１．５５μｍ波長帯に加えて１．５８μｍ波長帯でも、光伝送路１５ｍにおける波長分散の絶対値が小さい場合に生じ易い四光波混合に起因した信号波形の劣化が抑制されるとともに、光伝送路１５ｍにおける波長分散の絶対値が大きい場合に生じ易い自己又は相互位相変調と波長分散との相互作用に起因した信号波形の劣化も抑制されて、大容量の情報の長距離に亘るさらなる高速伝送が可能になる。
産業上の利用可能性
以上のようにこの発明によれば、チャネル間隔が０．４ｎｍ以下であって、それぞれのビットレートが９Ｇｂｉｔ／ｓ以上の４チャネル以上のＷＤＭ信号を伝送する光伝送路を含むＷＤＭ伝送システムにおいて、該光伝送路は、該ＷＤＭ信号の各波長それぞれ、あるいは波長１．５５μｍにおける諸特性として、絶対値が８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散と、６．４×１０−１０／Ｗ以下の比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）を有している。このような光伝送路が適用されることにより、該光伝送路における波長分散の絶対値が小さい場合に生じ易い四光波混合に起因した信号波形の劣化が抑制されるとともに、該光伝送路における波長分散の絶対値が大きい場合に生じ易い自己又は相互位相変調と波長分散との相互作用に起因した信号波形の劣化が抑制される。この結果、大容量の情報の長距離かつ高速伝送が可能になる。また、このような光伝送路が適用されることにより、ＷＤＭ伝送システムのシステム設計の際の要求レベルが低減され、安価で安定した伝送品質が得られるシステムを容易に構築することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明に係るＷＤＭ伝送システムの一実施形態の構成を示す図である。
図２は、図１に示された光伝送路の波長分散特性を説明するためのグラフである。
図３は、この発明に係るＷＤＭ伝送システムに適用可能な複数種類の光伝送路について、それらの波長分散とパワーペナルティとの関係を示すグラフである。
Claims (16)
- チャネル間隔が０．４ｎｍ以下であって、それぞれのビットレートが９Ｇｂｉｔ／ｓ以上の４チャネル以上の信号を伝送するためのＷＤＭ伝送システムであって、
波長１．５５μｍにおける諸特性として、
絶対値が８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散と、
非線形屈折率Ｎ２と実効断面積Ａｅｆｆとの比（Ｎ２／Ａｅｆｆ）であって、６．４×１０−１０／Ｗ以下の比を有する光伝送路を備えたＷＤＭ伝送システム。 - 請求項１記載のＷＤＭ伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、波長１．５５μｍにおいて絶対値が９〜１４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有する。 - 請求項１記載のＷＤＭ伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、波長１．５５μｍにおいて絶対値が１０〜１２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有する。 - 請求項１記載のＷＤＭ伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、波長１．５５μｍにおいて絶対値が９〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有する。 - 請求項１記載のＷＤＭ伝送システムにおいて、
当該ＷＤＭ伝送システムにおける周波数使用効率は、０．１ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ以上である。 - 請求項１記載のＷＤＭ伝送システムにおいて、
当該ＷＤＭ伝送システムにおける周波数使用効率は、０．２ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚ以上である。 - 請求項１記載のＷＤＭ伝送システムにおいて、
光増幅器の配置間隔で規定される中継区間は、２０ｋｍ以上の長さを有する。 - 請求項１記載のＷＤＭ伝送システムにおいて、
光増幅器の配置間隔で規定される中継区間は、４０ｋｍ以上の長さを有する。 - 請求項１記載のＷＤＭ伝送システムは、さらに、
前記信号の各波長において前記光伝送路の波長分散を補償するための分散補償器を備える。 - 請求項９記載のＷＤＭ伝送システムにおいて、
前記分散補償器の分散スロープ補償率は、略１００％である。 - 請求項１記載のＷＤＭ伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、０．２ｐｓ・ｋｍ−１／２以下の偏波モード分散を有する。 - 請求項１記載のＷＤＭ伝送システムにおいて、
前記光伝送路へ入力される各信号のパワーは、１ｄＢｍ以上である。 - 請求項１記載のＷＤＭ伝送システムにおいて、
前記４チャネル以上の信号それぞれの波長において、前記光伝送路は、絶対値が８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有する。 - 請求項１３記載のＷＤＭ伝送システムにおいて、
前記４チャネル以上の信号それぞれの波長において、前記光伝送路は、絶対値が９〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有する。 - 請求項１記載のＷＤＭ伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、波長１．５８μｍにおいて絶対値が８〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有する。 - 請求項１５記載のＷＤＭ伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、波長１．５８μｍにおいて絶対値が９〜１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有する。
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