JP4785380B2

JP4785380B2 - 光信号の歪みを補償するためのスペクトル反転装置及びその方法

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Publication number: JP4785380B2
Application number: JP2004382086A
Authority: JP
Inventors: サンスイ; ヒョンウジョ; サンギュイム; ドンスイ; ジェスコ
Original assignee: Electronics and Telecommunications Research Institute ETRI
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Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: JP2006133714A; KR100613905B1; KR20060039986A

Description

本発明は、スペクトル反転装置及びその方法、特に高速光伝送システムにおいて発生する分散と非線形現象による信号の歪みを補償するためのスペクトル反転装置及びその方法に関する。

一般的に伝送速度が増加するにしたがって、分散による影響は、急激に増加して伝送距離を制限する主な要因となる。伝送速度が４倍増加する場合、分散によって伝送距離は、約１/１６に減少する。したがって、高速光伝送システムにおいては必ず分散補償装置が必要である。

このような分散を補償するために、分散補償用光ファイバが使われる。分散補償用光ファイバは、伝送用光ファイバ間の接続損失が少なく、広い帯域で使われるため、波長分割多重化方式(ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ)信号の分散補償に適している。

しかし、分散補償用光ファイバは、挿入損失が大きく、有効断面積が一般光ファイバに比べて小さいため、非線形現象に脆弱であるという問題点がある。例えば、単一モード光ファイバを介して光信号を８０ｋｍ伝送する時発生する分散を補償するため、分散補償用光ファイバを使用する場合に挿入損失は約８ｄＢとなる。

このような挿入損失にもかかわらず分散補償用光ファイバを使用する場合には、挿入損失を補償するために、中間ステップに分散補償用光ファイバが挿入された２ステップ構造の光増幅器(ｏｐｔｉｃａｌａｍｐｌｉｆｉｅｒ)を使用する。

しかし、このような２ステップ構造の光増幅器は、１ステップ構造の光増幅器に比べて構造が複雑で、かつコストが高いという問題点がある。また、光増幅器の中間ステップにて発生する挿入損失が雑音指数を低下させて、全体システムの光信号対雑音比(ｏｐｔｉｃａｌｓｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ)を低下させる問題点がある。

また、既に運用中の分散補償が必要のない低速のシステムを高速にアップグレードする場合、分散補償が必要となり、この時光線路上に設置された１ステップ構造の低価型の光増幅器を全て高価の２ステップ構造の光増幅器に交替しなければならないため、多くの費用が追加されるという問題点がある。

このような問題点の代案として、３次非線形現象の一種である４光波混合(Ｆｏｕｒ-ｗａｖｅｍｉｘｉｎｇ)現象を利用したスペクトル反転方法が提案されている。スペクトル反転方法は、光線路の中間地点において元信号からスペクトル反転信号(または位相共役波:ｐｈａｓｅｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎｗａｖｅ)を発生させ、残りの区間に前記スペクトル反転信号を伝送することによって光線路の分散を補償するものである。

このようなスペクトル反転方法は、非特許文献１および非特許文献２に開示されている。

スペクトル反転方法は、スペクトル反転のための位相整合条件を満足させることが難しいという短所があるが、光線路の中間地点から一回だけスペクトル反転信号を発生させると、分散と非線形現象とが同時に補償されるという長所がある。

したがって、スペクトル反転方法は、２ステップ構造の光増幅器の中間ステップにて発生する挿入損失による光信号対雑音比の低下を防止でき、また低速のシステムを高速のシステムにアップグレードする時、従来のリンクで使われた１ステップ構造の光増幅器をそのまま活用できるようにする。図１は、従来のスペクトル反転装置を利用した光リンクの一実施の形態の構成図であり、図２は光波混合によるスペクトル反転信号の特徴を説明する一実施の形態の図面である。

図１に示されたように、従来のスペクトル反転装置１１０は、ポンプ発生器１１１、第１光ファイバ１２０を介して送信機１３０から伝送された光信号と前記ポンプ発生器１１１から入力されたポンプ信号とを結合する結合器１１２及びスペクトル反転信号を発生させる非線形媒質１１３を含み、スペクトル反転装置１１０は、第１光ファイバ１２０を介して送信機１３０から伝送された光信号のスペクトル反転信号を出力する。

この時、送信機１３０からスペクトル反転装置１１０までの距離とスペクトル反転装置１１０から受信機１４０までの距離とが同じ場合には、完壁に信号の分散が補償される。

互いに異なる周波数ｆ１、ｆ２を有する強い強度の光が非線形媒質１１３に入力されれば、非線形媒質１１３内では、３次非線形分極(３ｒｄｏｒｄｅｒｎｏｎｌｉｎｅａｒｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）が誘導される。この時、３次非線形現状の一種である４光波混合(Ｆｏｕｒ-ｗａｖｅｍｉｘｉｎｇ)現象によって、周波数がｆ３である新しい信号成分が発生するようになる。ここで、３光波間の周波数関係は式１の通りである。
ｆ３=２ｆ１-ｆ２式１
図２に示されたように、スペクトル前部で青色遷移(ｂｌｕｅｓｈｉｆｔ)、後部分で赤色遷移(ｒｅｄｓｈｉｆｔ)を有する元光信号は、前部で赤色遷移、後部分で青色遷移を有するスペクトル成分に反転される。このようなスペクトル反転が光線への中間地点から発生し光線路の分散特性が同一ならば、線路の前部を経りながら分散によって広くなった信号は、中間地点からスペクトル反転されて、残りの半分区間を経りながら同じ分散によって狭くなり、結局、受信端での線間幅は送信端での線間幅と同一になる。

一方、非線形媒質１１３は、一般的に半導体レーザ増幅器や分散遷移光ファイバ、非線形光ファイバまたはＰＰＬＮ(ＰｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙＰｏｌｅｄＬｉｔｈｉｕｍＮｉｏｂａｔｅ)などが使われる。

非線形媒質１１３として半導体レーザ増幅器が用いられる場合、比較的に広い波長帯域にて位相整合条件が満足され小型化させることができる長所があるが、自然放出(ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓｅｍｉｓｓｉｏｎ)成分によりスペクトル反転信号の光信号対雑音比(ｏｐｔｉｃａｌｓｉｇｎａｌｔｏｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ)が低下され、半導体レーザ増幅器を駆動するための電力供給及びこれの駆動状態及び性能監視のための体系が必要だという問題点がある。

また、非線形媒質１１３としてＰＰＬＮが用いられる場合、挿入損失が大きく、類似位相マッチング(ｑｕａｓｉｐｈａｓｅｍａｔｃｈｉｎｇ)のために位相マッチング周期(ｐｈａｓｅｍａｔｃｈｉｎｇｐｅｒｉｏｄ)と温度を調節しなければならないため、遠隔地点から独立的に機能を遂行することが難しいという問題点がある。

また、非線形媒質１１３として分散遷移光ファイバまたは非線形光ファイバが用いられる場合、スペクトル反転信号発生時自発的放出成分が放出できないため、光信号対雑音比の特性が優れており、前記分散遷移光ファイバまたは非線形光ファイバは、受動型素子であるため、別の電源供給が要らないという長所がある。

１９７９年２月に刊行された論文集ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓＶｏｌ．４、Ｎｏ．２、ｐｐ．５２〜５４に収録されているＹａｒｉｖなどの「Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｏｒｃｈａｎｎｅｌｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｂｙｎｏｎｌｉｎｅａｒｏｐｔｉｃａｌｐｈａｓｅｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎ」１９８０年２月に刊行された論文集ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓＶｏｌ．５、Ｎｏ．２、ｐｐ．５９〜６０に収録されているＤ．ＭＰｅｐｐｅｒなどの「Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｆｏｒｐｈａｓｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｉｎｎｏｎｌｉｎｅａｒｍｅｄｉａｂｙｐｈａｓｅｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎ」

しかし、分散遷移光ファイバまたは非線形光ファイバを使用する場合、位相整合条件を満足させることが困難であるため、信号がスペクトル反転信号に変換される反転効率(ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）が-２０ｄＢ未満に低くなる。したがって、光伝送システムの適用に困難さがある。また、光線路の中間地点に遠隔でスペクトル反転装置を設置しなければならなく、スペクトル反転装置の動作のため、ポンプ信号の提供及び増幅のための手段が必要であるため、別の電源を供給しなければならないという問題点がある。

したがって、反転効率が高く、受動素子だけから構成されたスペクトル反転装置を具現する技術が切実に要求される。

本発明は、問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、ラマン利得が提供された伝送用光ファイバから光信号を受け取り、残りの残留ラマンポンプ信号を利用して非線形媒質にラマン利得を提供することによって、信号の歪みを補償するスペクトル反転信号の効率を上げるための、スペクトル反転装置及びその方法を提供することである。

前記目的を達成するための本発明の装置は、光通信システムにおける色分散及び非線形現象を補償するためのスペクトル反転装置において、送信端と第１光線路によって接続され、前記送信端から伝送された第１ラマンポンプ信号の第１残留ラマンポンプ信号によって、前記第１光線路から伝送された光信号及びポンプ信号を増幅するための第１増幅光ファイバと、該第１増幅光ファイバから出力された光信号及びポンプ信号が前記送信端に反射されることを防止するための光隔離手段と、該光隔離手段を介して入力された光信号及びポンプ信号に対し、４光波混合によるスペクトル反転信号を発生させるための非線形媒質と、該非線形媒質から出力された光信号、ポンプ信号及びスペクトル反転信号を増幅するための第２増幅光ファイバと、受信端と第２光線路によって接続され、前記第２増幅光ファイバから出力された光信号、ポンプ信号及びスペクトル反転信号の中からスペクトル反転信号だけをフィルタリングするためのフィルタリング手段とを備え、前記第１光線路は、前記第１ラマンポンプ信号によって分布ラマン利得が発生し、前記送信端から伝送された光信号及びポンプ信号を増幅し、前記非線形媒質は、前記受信端から伝送された第２ラマンポンプ信号の第２残留ラマンポンプ信号によって、前記光隔離手段を介して入力された光信号及びポンプ信号を増幅し、前記第２増幅光ファイバは、前記第２ラマンポンプ信号の第２残留ラマンポンプ信号によって、前記非線形媒質から出力された光信号、ポンプ信号及びスペクトル反転信号を増幅し、前記第２光線路は、前記第２ラマンポンプ信号によって分布ラマン利得が発生し、前記フィルタリング手段から出力されたスペクトル反転信号を増幅して、前記受信端に出力することを特徴とする。

また、本発明の方法は、光通信システムにおける色分散及び非線形現象を補償するためのスペクトル反転方法において、送信端から伝送された第１ラマンポンプ信号によって分布ラマン利得が発生し、前記送信端から入力された光信号及びポンプ信号を増幅する第１ラマン増幅ステップと、前記送信端から伝送された第１ラマンポンプ信号の第１残留ラマンポンプ信号によって、前記第１ラマン増幅された光信号及びポンプ信号を増幅する第１光ファイバ増幅ステップと、前記第１光ファイバ増幅された光信号及びポンプ信号に対し、４光波混合による非線形現象を利用してスペクトル反転信号を発生させるスペクトル反転信号発生ステップと、受信端から伝送された第２ラマンポンプ信号の第２残留ラマンポンプ信号によって、前記発生されたスペクトル反転信号を増幅する第２光ファイバ増幅ステップと、前記第２光ファイバ増幅された信号からスペクトル反転信号だけをフィルタリングするフィルタリングステップと、前記受信端から伝送された第２ラマンポンプ信号によって分布ラマン利得が発生し、前記フィルタリングされたスペクトル反転信号を増幅する第２ラマン増幅ステップとを含み、前記スペクトル反転信号発生ステップは、前記第２ラマンポンプ信号の第２残留ラマンポンプ信号によって、前記第１光ファイバ増幅された光信号及びポンプ信号と前記発生されたスペクトル反転信号とを増幅することを特徴とする。

一方、本発明は次のような理論的背景を根拠にする。

ポンプ信号Ｅ_Ｐ、光信号Ｅ_Ｓにだけ関係される部分的に縮退された(ｐａｒｔｉａｌｌｙｄｅｇｅｎｅｒａｔｅｄ)４光波混合に対して位相整合条件が満足される場合、スペクトル反転信号の強度Ｅ_ＳＩは式２のように定義される。

ここで、ｎは、光ファイバの屈折率、Ｘ^(３）は光ファイバの３次非線形減数率、Ｅ_Ｐ及びＥ_Ｓは、各々ポンプ信号と光信号の強度、Ａ_ｅｆｆは光ファイバの有効断面積、Ｌ_ｅｆｆは、光ファイバの有効長さ、Ｌは光ファイバの長さ、αは損失係数を示す。したがって、入力光信号とポンプ信号の強度が大きく、光ファイバの損失が減少するならば、スペクトル反転信号の強度は最大となる。

本発明では、伝送用光ファイバにラマン利得を提供し、この時残った残留ラマンポンプ信号を利用してリモート光増幅器を動作させて、非線形媒質に入力される光の強さを増加させ、非線形媒質に用いられる光ファイバにラマン利得を提供することによって、非線形媒質の有効損失(ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｏｓｓ）を減少させてスペクトル反転信号の強さを増加させる。

前記のような本発明は、スペクトル反転効率を上げて光伝送路から発生する分散と非線形現象による信号の歪みをさらに効果的に補償できる効果がある。

また、本発明は、従来のスペクトル反転装置に必要な能動素子を使用しなかったため、必ず光線路の中間地点に位置しなければならない特性による短所を解消できるという効果が得られる。

以下、添付された図面を参照して本発明に係る好ましい一実施の形態を詳細に説明する。

図３は、本発明に係るスペクトル反転装置を利用した光リンクの一実施の形態の構成図であり、図４は図３の送信端の詳細な一実施の形態の構成図である。

図３に示されたように、光リンクは送信端３１０、第１光線路３２０、スペクトル反転装置３５０、第２光線路３７０及び受信端３８０を含む。

送信端３１０は、変調された光信号を出力するための送信機３１１、スペクトル反転信号を発生させるためのポンプ信号を出力するポンプ発生器３１２、前記変調された光信号と前記ポンプ信号に対しラマン利得を提供するためにラマンポンプ信号を出力する第１ラマンポンプ発生器３１３及び前記光信号・ポンプ信号・ラマンポンプ信号を多重化するための多重化部３１４を含み、また、図４に示されたように、送信端３１０は、第１ラマンポンプ発生器３１３のラマンポンプ信号の強さを調節するために光回転器３１５及び光検出器３１６を含む。

式２にて定義されたように、スペクトル反転効率は、ポンプ信号と入力光信号の大きさに比例するため、ポンプ信号と光信号との強さを大きくして第１光線路３２０に入力させなければ高い反転効率を得ることができない。

しかし、信号の大きさを増加させる場合、第１光線路３２０では、非線形現状の一種である誘導ブリルアン散乱(ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄＢｒｉｌｌｏｕｉｎｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ;ＳＢＳ）が発生するため、これを抑制するために周波数ディザリングや、別の位相変調器を使用して変調しなければならない。しかし、これは構造的に複雑なだけでなく、位相反転信号に歪みを誘発できる。

したがって、本発明においては、送信端３１０の第１ラマンポンプ発生器３１３から第１光線路３２０にラマン利得を提供することによって、送信端３１０の送信機３１１及びポンプ発生器３１２から出力される光信号及びポンプ信号の強さを低く維持できる。

送信端３１０から出力される振幅がＥ_Ｓである光信号、振幅がＥ_Ｐであるポンプ信号、振幅がＥ_Ｒであるラマンポンプ信号は、多重化部３１４にて多重化された後第１光線路３２０を介してスペクトル反転装置３５０に伝送される。

この時、第１ラマンポンプ発生器３１３から出力されたラマンポンプ信号により、第１光線路３２０では分布ラマン利得(ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＲａｍａｎＧａｉｎ，Ｇ_Ｒ１）が発生する。したがって、ラマンポンプ信号と一共に第１光線路３２０に入力された光信号及びポンプ信号は、ラマン利得によって損失なしにスペクトル反転装置３５０まで伝送される。

また、送信端３１０の光回転機３１５は、ポンプ発生器３１２から出力されたポンプ信号が光線路３２０に沿って進行する途中に逆方向に散乱された成分を検出して光検出機３１６に出力し、光検出機３１６は抽出されたポンプ信号の散乱パワーを検出して第１ラマンポンプ発生器３１３に出力し、第１ラマンポンプ発生器３１３は、検出されたポンプ信号の散乱パワーに応じてラマンポンプ信号の強さを調節する。このようにすることによって、第１光線路３２０でのラマン利得を一定に維持させて光信号及びポンプ信号の強さを一定に維持させる。ラマン利得は、順方向と逆方向に対して全て利得を提供するため信号の伝送と関係ない散乱光に対して逆方向にあたえる利得を利用するものである。

一方、図３に示されたように、スペクトル反転装置３５０は、第１光線路３２０を介して伝送された光信号及びポンプ信号を増幅するための第１増幅光ファイバ３５１、増幅された光信号及びポンプ信号が前記送信端３１０に反射されることを防止するための光隔離部３５２、スペクトル反転信号を発生させるための非線形媒質３５３及び非線形媒質３５３から出力された信号を増幅してスペクトル反転信号だけをフィルタリングするための増幅フィルタリング部３５４を含む。

第１増幅光ファイバ３５１は、送信端３１０の第１ラマンポンプ発生器３１３から第１光線路３２０に提供されてから残った残留ラマンポンプ信号Ｅ_Ｒ１´によってポンピングされて、第１光線路３２０を通し伝送された光信号及びポンプ信号を増幅する。この時、第１増幅光ファイバ３５１は、エルビウム添加光ファイバまたはこれと同等な光ファイバが使われることができて、光信号及びポンプ信号に対し利得Ｇ_Ｅ１を提供する。したがって、本発明に係るスペクトル反転装置３５０は、スペクトル反転信号の発生のために別の増幅装置なしにスペクトル反転に必要な充分の光強度を提供できる。

光隔離部３５２は、第１増幅光ファイバ３５１から出力された光信号Ｅ_Ｓ及びポンプ信号Ｅ_Ｐが反射されて送信端３１０に入力されるのを防止し、前記光信号Ｅ_Ｓ及びポンプ信号Ｅ_Ｐを非線形媒質３５３に出力する。

非線形媒質３５３は、光隔離部３５２から出力された光信号Ｅ_Ｓ及びポンプ信号Ｅ_Ｐに対して４光波混合現象によるスペクトル反転信号Ｅ_ＳＩを生成し、前記光信号Ｅ_Ｓ、ポンプ信号Ｅ_Ｐ及びスペクトル反転信号Ｅ_ＳＩを出力する。

この時、非線形媒質３５３は、逆方向に伝送される、後述する受信端３８０のラマンポンプ発生器３８２からの残留ラマンポンプ信号Ｅ_Ｒ２´´によりラマン利得Ｇ_ＲＮＬを有し、したがって前記光信号Ｅ_Ｓ、ポンプ信号Ｅ_Ｐ及びスペクトル反転信号Ｅ_ＳＩを前記ラマン利得Ｇ_ＲＮＬほど増幅して出力する。これは光ファイバの有効損失を減少させるようになって、スペクトル反転信号が発生する臨界強度を下げるすることができ、スペクトル反転された信号に対し所定の増幅機能を提供するために非線形媒質にて位相整合条件が満足できなくてスペクトル変換効率が低い場合にも、高いスペクトル反転信号を得ることができる。

増幅フィルタリング部３５４は、非線形媒質３５３から出力された信号を増幅しスペクトル反転信号だけをフィルタリングするが、図３に示されたように、増幅フィルタリング部３５４は、非線形媒質３５３から出力された光信号、ポンプ信号及びスペクトル反転信号を増幅するための第２増幅光ファイバ３５５、第２増幅光ファイバ３５５から出力された信号のうち、スペクトル反転信号だけをフィルタリングするためのフィルタリング部３５６を含む。

この時、第２増幅光ファイバ３５５は、受信端３８０の第２ラマンポンプ発生器３８２から第２光線路３７０に提供されてから残った残留ラマンポンプ信号Ｅ_Ｒ２´によりポンピングされて利得Ｇ_Ｅ２を有し、非線形媒質３５３から伝送された信号を増幅する。すなわち、スペクトル反転信号は、第２増幅光ファイバ３５５を経ながら利得Ｇ_Ｅ２ほどまた増幅される。ここで、第２増幅光ファイバ３５５は、エルビウム添加光ファイバまたはこれと同等な光ファイバが使われることができて、第２増幅光ファイバ３５５及びフィルタリング部３５６の位置は、互いに変更が可能である。

図５は、図３の増幅フィルタリング部のフィルタリング過程を説明する一実施の形態の図面であって順方向に第１フィルタ５１０は、非線形媒質３５３から入力された光信号Ｅ_Ｓ、ポンプ信号Ｅ_Ｐ及びスペクトル反転信号Ｅ_ＳＩのうちポンプ信号Ｅ_Ｐとスペクトル反転信号Ｅ_ＳＩをフィルタリングして出力し、第２フィルタ５２０は、第１フィルタ５１０から出力されたポンプ信号Ｅ_Ｐとスペクトル反転信号Ｅ_ＳＩのうち、スペクトル反転信号Ｅ_ＳＩをフィルタリングして第２光線路３７０に出力する。一方、逆方向に第１フィルタ５１０及び第２フィルタ５２０は、後述する受信端３８０の第２ラマンポンプ発生器３８２からの残留ラマンポンプ信号を第２増幅光ファイバ３５５に伝達する。また、第１フィルタ５１０から抽出された光信号Ｅ_Ｓ、第２フィルタ５２０から抽出されたポンプ信号Ｅ_Ｐは、高い逆方向損失を有する終端部５３０、５４０によって各々縦断される。

一方、図３に示されたように、受信端３８０は、第２光線路３７０にラマン利得を提供するためのラマンポンプ信号を出力する第２ラマンポンプ発生器３８２、第２光線路３７０を介して伝送されたスペクトル反転信号を受信するための受信機３８１を含む。

第２ラマンポンプ発生器３８２から出力されたラマンポンプ信号によって第２光線路３７０では、分布ラマン利得(ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＲａｍａｎＧａｉｎ，Ｇ_Ｒ２）が発生してスペクトル反転信号の減衰を最小に減少し、第２光線路３７０に提供されてから残った残留ラマンポンプ信号は、スペクトル反転装置３５０のフィルタリング部３５６を経て第２増幅光ファイバ３５５及び非線形媒質３５３に伝達される。この時、上述したように、第２増幅光ファイバ３５５は、残留ラマンポンプ信号によりポンピングされ、また非線形媒質３５３は、前記残留ラマンポンプ信号によってラマン利得を有する。

図６及び図７は、各々本発明に係るスペクトル反転装置を利用した単一チャネル長距離リンク及び多チャンネル長距離リンクの一実施の形態の構成図である。

図６及び図７に示されたように、単一チャネル長距離リンクは、一個の送信機及び受信機を含み、多チャンネル長距離リンクは、多数の送信機及び受信機を含む。

また、長距離リンクは、光ファイバ６１０及び光増幅器６２０から構成されたＮ個の光線路を含み、長距離リンク伝送路の中間地点に本発明に係るスペクトル反転装置を設置する。すなわち、全体伝送距離をＤとすると、Ｄ/２になる地点にスペクトル反転装置を設置する。

一般的にＤ/２になる地点は、中継器と共に使われる場合、基地局内に位置するが、そうではない場合には、光線路上に任意の地点に位置するようになる。Ｄ/２地点が光線路上の任意の地点に位置する場合、送信端のポンプ発生器３１２及び第１ラマンポンプ発生器３１３は、スペクトル反転装置から送信端側に最も光中継器に設置され、受信端の第２ラマンポンプ発生器３８２は、スペクトル反転装置から受信端側に最も近い光中継器に設置される。この時、残りの光中継器としては、分散補償機能を有しない光増幅器を使用する。

このようにすることによって、分散補償が要らない２．５Ｇｂ/ｓ級の伝送速度を有するシステムを光増幅器の変更なしに１０Ｇｂ/ｓまたは４０Ｇｂ/ｓに上げることができる。

図８は、本発明に係るスペクトル反転方法を説明する一実施の形態のフローチャートである。

図面に示されたように、送信端から入力された光信号及びポンプ信号を第１ラマンポンプ信号を利用して増幅し(８１０)、残留第１ラマンポンプ信号を利用して動作されるエルビウム添加光ファイバ増幅器を利用して光信号及びポンプ信号を増幅する(８２０)。
その後、エルビウム添加光ファイバを通過しながら増幅された光信号及びポンプ信号に対し、残留第２ラマンポンプ信号の助けによってスペクトル反転信号を発生させる(８３０)。この時、残留第２ラマンポンプ信号は受信端からの残留ラマンポンプ信号である。
次に、残留第２ラマンポンプ信号を利用して動作されるエルビウム添加光ファイバ増幅器を利用して、光信号、ポンプ信号及びスペクトル反転信号を増幅し(８４０)、増幅された光信号、ポンプ信号及びスペクトル反転信号のうちスペクトル反転信号だけをフィルタリングする(８５０)。

最後に、フィルタリングされたスペクトル反転信号を、受信端から提供された第２ラマンポンプ信号を利用して増幅する(８６０)。

従来のスペクトル反転装置を利用した光リンクの一実施の形態の構成図である。光波混合によるスペクトル反転信号の特徴を説明する一実施の形態の図面である。本発明に係るスペクトル反転装置を利用した光リンクの一実施の形態の構成図である。図３の送信端の詳細な一実施の形態の構成図である。図３の増幅フィルタリング部のフィルタリング過程を説明する一実施の形態の図面である。本発明に係るスペクトル反転装置を利用した単一チャネル長距離リンクの一実施の形態の構成図である。本発明に係るスペクトル反転装置を利用した多チャンネル長距離リンクの一実施の形態の構成図である。本発明に係るスペクトル反転方法を説明する一実施の形態のフローチャートである。

符号の説明

３１１送信機
３１２ポンプ発生器
３１３第１ラマンポンプ発生器
３１４多重化部
３２０第１光線路
３５１第１増幅光ファイバ
３５２光隔離部
３５３非線形媒質
３５５第２増幅光ファイバ
３５６フィルタリング部
３７０第２光線路
３８１受信機
３８２第２ラマンポンプ発生器

Claims

光通信システムにおける色分散及び非線形現象を補償するためのスペクトル反転装置において、
送信端と第１光線路によって接続され、前記送信端から伝送された第１ラマンポンプ信号の第１残留ラマンポンプ信号によって、前記第１光線路から伝送された光信号及びポンプ信号を増幅するための第１増幅光ファイバと、
該第１増幅光ファイバから出力された光信号及びポンプ信号が前記送信端に反射されることを防止するための光隔離手段と、
該光隔離手段を介して入力された光信号及びポンプ信号に対し、４光波混合によるスペクトル反転信号を発生させるための非線形媒質と、
該非線形媒質から出力された光信号、ポンプ信号及びスペクトル反転信号を増幅するための第２増幅光ファイバと、
受信端と第２光線路によって接続され、前記第２増幅光ファイバから出力された光信号、ポンプ信号及びスペクトル反転信号の中からスペクトル反転信号だけをフィルタリングするためのフィルタリング手段とを備え、
前記第１光線路は、前記第１ラマンポンプ信号によって分布ラマン利得が発生し、前記送信端から伝送された光信号及びポンプ信号を増幅し、
前記非線形媒質は、前記受信端から伝送された第２ラマンポンプ信号の第２残留ラマンポンプ信号によって、前記光隔離手段を介して入力された光信号及びポンプ信号を増幅し、
前記第２増幅光ファイバは、前記第２ラマンポンプ信号の第２残留ラマンポンプ信号によって、前記非線形媒質から出力された光信号、ポンプ信号及びスペクトル反転信号を増幅し、
前記第２光線路は、前記第２ラマンポンプ信号によって分布ラマン利得が発生し、前記フィルタリング手段から出力されたスペクトル反転信号を増幅して、前記受信端に出力することを特徴とするスペクトル反転装置。
前記フィルタリング手段は、逆方向に前記受信端から伝送された前記第２ラマンポンプ信号の第２残留ラマンポンプ信号を前記第２増幅光ファイバと前記非線形媒質とに伝達することを特徴とする請求項１に記載のスペクトル反転装置。
前記第１ラマンポンプ信号は、前記送信端の第１ラマンポンプ発生器から出力され、
前記第２ラマンポンプ信号は、前記受信端の第２ラマンポンプ発生器から出力されることを特徴とする請求項１に記載のスペクトル反転装置。
前記第１増幅光ファイバ及び前記第２増幅光ファイバは、エルビウムが添加された光ファイバであることを特徴とする請求項１に記載のスペクトル反転装置。
前記送信端の前記第１ラマンポンプ発生器は、
前記ポンプ信号の散乱パワー検出により前記第１ラマンポンプ信号の強度を調節することを特徴とする請求項３に記載のスペクトル反転装置。
光通信システムにおける色分散及び非線形現象を補償するためのスペクトル反転方法において、
送信端から伝送された第１ラマンポンプ信号によって分布ラマン利得が発生し、前記送信端から入力された光信号及びポンプ信号を増幅する第１ラマン増幅ステップと、
前記送信端から伝送された第１ラマンポンプ信号の第１残留ラマンポンプ信号によって、前記第１ラマン増幅された光信号及びポンプ信号を増幅する第１光ファイバ増幅ステップと、
前記第１光ファイバ増幅された光信号及びポンプ信号に対し、４光波混合による非線形現象を利用してスペクトル反転信号を発生させるスペクトル反転信号発生ステップと、
受信端から伝送された第２ラマンポンプ信号の第２残留ラマンポンプ信号によって、前記発生されたスペクトル反転信号を増幅する第２光ファイバ増幅ステップと、
前記第２光ファイバ増幅された信号からスペクトル反転信号だけをフィルタリングするフィルタリングステップと、
前記受信端から伝送された第２ラマンポンプ信号によって分布ラマン利得が発生し、前記フィルタリングされたスペクトル反転信号を増幅する第２ラマン増幅ステップとを含み、
前記スペクトル反転信号発生ステップは、前記第２ラマンポンプ信号の第２残留ラマンポンプ信号によって、前記第１光ファイバ増幅された光信号及びポンプ信号と前記発生されたスペクトル反転信号とを増幅することを特徴とするスペクトル反転方法。
前記第１光ファイバ増幅ステップ及び前記第２光ファイバ増幅ステップは、エルビウムが添加された光ファイバを利用して増幅することを特徴とする請求項６に記載のスペクトル反転方法。
前記第２光ファイバ増幅ステップは、前記第２ラマンポンプ信号の第２残留ラマンポンプ信号によって、前記スペクトル反転信号発生ステップで増幅された光信号及びポンプ信号と前記発生されたスペクトル反転信号とを増幅し、
前記フィルタリングステップは、前記第２光ファイバ増幅された光信号、ポンプ信号及びスペクトル反転信号からスペクトル反転信号だけをフィルタリングすることを特徴とする請求項６に記載のスペクトル反転方法。
前記ポンプ信号の散乱パワー検出により前記第１ラマンポンプ信号の強度を調節するステップをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のスペクトル反転方法。