JP7375941B2 - 光伝送システム - Google Patents

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Description

本開示は、複数の光伝送コアを有するマルチコア光ファイバを用いた光伝送システムに関する。
マルチコア光ファイバ(MCF)を用いた光伝送システムでは各コアを伝搬する光が隣接コアへ漏洩することによるクロストークノイズ(XT)が伝送品質劣化を引き起こすひとつの要因である。XTの信号品質への影響は変調方式によって異なり、例えば、QPSK変調では受信時におけるXT(受信XT)が-16dB以上、16QAM変調では受信XTが-24dB以上の時、光パワーペナルティが1dB以上となることが知られている。このように変調方式が要求するXTを満たすようにMCFのコア間距離やコア構造が設計される(例えば、非特許文献1を参照。)。
しかし、MCFを用いる光伝送システムは、受信XTがコア間の伝送損失差によってその求められている設計値からずれることがある。例えば、受信XTは、各コアの製造品質偏差や光ファイバ接続品質偏差によって変動し、変調方式によって要求されるXTを満たせない場合がある。
ここで、コアを伝搬する光信号の強度を増幅することで受信XTを要求されている値に抑えることができる。例えば、非特許文献2,3でMCFを用いる光伝送システムにおける分布ラマン増幅の検討例が示されている。しかし、非特許文献2,3では、SMFと同じように増幅特性が得られることが示されているのみで、上記のMCFのコア間特性偏差に対する影響は明らかにされていない。
つまり、引用文献には、MCFを用いる光伝送システムに対し、どのように分布ラマン増幅を適用すればよいかが明確でないという課題がある。
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、MCFにコア間損失差が存在していても変調方式によって要求されるXTを満たすことができる光伝送システムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る光伝送システムは、双方向から入射する分布ラマン増幅用の励起光の強度比率を調整することとした。
具体的には、本発明に係る光伝送システムは、
複数のコアのうち、少なくとも2つのコア間で伝送損失が異なるマルチコア光ファイバと、
前記マルチコア光ファイバのコア毎に光信号の伝送方向と同じ方向にラマン増幅励起光を入射する前方励起光源と、
前記マルチコア光ファイバのコア毎に光信号の伝送方向と逆方向にラマン増幅励起光を入射する後方励起光源と、
を備える光伝送システムであって、
受信側でのクロストークノイズが設計値に近づくように、前記前方励起光源が出力する前記ラマン増幅励起光と前記後方励起光源が出力する前記ラマン増幅励起光との強度比率が調整されていることを特徴とする。
コア損失差によって受信XTが設計値からずれたとしても、双方向から入射する分布ラマン増幅用の励起光の強度比率を所定範囲内に調整することで、受信XTの設計値からの変動量を抑制することができる。従って、本発明は、MCFにコア間損失差が存在していても変調方式によって要求されるXTを満たすことができる光伝送システムを提供することができる。
具体的な調整範囲は、次の通りである。
前記強度比率を、前記前方励起光源が出力する前記ラマン増幅励起光の強度と前記後方励起光源が出力する前記ラマン増幅励起光の強度の和に対する、前記前方励起光源が出力する前記ラマン増幅励起光の強度の割合Rとすると、
前記2つのコア間での伝送損失差Δαが、
0dB/km<Δα≦0.05dB/kmであるとき、
0.500+0.179Δα-1.52×10-2/Δα
≦R≦0.500+0.179Δα、
-0.05dB/km≦Δα<0dB/kmであるとき、
0.500+0.179Δα≦R≦
0.500+0.179Δα-1.52×10-2/Δα
の範囲に調整されていることを特徴とする。
本発明は、MCFにコア間損失差が存在していても変調方式によって要求されるXTを満たすことができる光伝送システムを提供することができる。
本発明に係る光伝送システムを説明する図である。 受信XTとコア間損失差との関係を説明する図である。 本発明に係る光伝送システムにおける、受信XTの設計値からの変動と伝送距離との関係を説明する図である。 本発明に係る光伝送システムにおける、受信XTの設計値からの変動とMCFのクロストークとの関係を説明する図である。 本発明に係る光伝送システムにおける、双方向からの分布ラマン増幅用の励起光の強度比率とコア間損失差との関係を説明する図である。 本発明に係る光伝送システムにおける、双方向からの分布ラマン増幅用の励起光の強度比率とコア間損失差との関係を説明する図である。
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
図1は、本実施形態の光伝送システムを説明する図である。本光伝送システムは、
複数のコアのうち、少なくとも2つのコア間で伝送損失が異なるマルチコア光ファイバ50と、
マルチコア光ファイバ50のコア毎に光信号の伝送方向と同じ方向にラマン増幅励起光(前方励起光)を入射する前方励起光源11と、
マルチコア光ファイバ50のコア毎に光信号の伝送方向と逆方向にラマン増幅励起光(後方励起光)を入射する後方励起光源12と、
を備える光伝送システムであって、
受信側でのクロストークノイズが設計値に近づくように、前方励起光源11が出力する前記ラマン増幅励起光と後方励起光源12が出力する前記ラマン増幅励起光との強度比率が調整されていることを特徴とする。
本光伝送システムは、双方向分布ラマン増幅を用いたマルチコア光ファイバ(MCF)光伝送システムである。マルチコア光ファイバ50のコア数と同数の送信機15(15-1~15-N)で生成された信号光はファンインデバイス13を通してマルチコア光ファイバ50のN個のコアに入射される。この時前方励起ラマン増幅に用いる前方励起光源11(11-1~11-N)からの励起光が合波部17によって信号光伝送路に合波され、各信号光が分布ラマン増幅される。ファンアウトデバイス14で取り出されたマルチコア光ファイバ50の各コアの信号光はコア数と同数の受信機16(16-1~16-N)で受信される。また、後方励起ラマン増幅に用いる後方励起光源12(12-1~12-N)からの励起光が合波部18によって信号光伝送路に合波され、各信号光は分布ラマン増幅される。
図2は、2コアのMCFを備える光伝送システムにおけるXTの損失差依存性を説明する図である。伝送距離を100kmとし、MCFの単位長さ当たりのXTは-50dB/kmに設計されているものとする。また、1つのコア(コア1)の単位長さ当たりの損失は0.19dB/kmとする。他のコア(コア2)の単位長さ当たりの損失をコア1に対して±0.05dB/kmの範囲(つまり、0.185~0.195dB/km)で変化させている。図2において、縦軸は受信XT(dB)、横軸はコア2のコア1に対する損失差(dB/km)である。
破線は、上記範囲のコア2の損失差に対する受信端でのXT(受信XT)の依存性を表す。コア2の損失差が変化することで受信XTは設計値の-30dBから変動する。一方、実線は双方向励起による分布ラマン増幅を施した時の受信XTを表す。光信号をMCFに入射するときの入射光強度と光信号がMCFから出射するときの受信光強度とが同一レベルになる(netgain=0dB)となるように利得を設定している。前方励起光の強度と後方励起光の強度の和に対する前方励起光の強度の割合をRとし、ここではR=0.5とした。R=0.5の双方向励起を行うことで、受信XTがコア2の損失差の変化に依らず設計値と同等となることが、図2に示されている。なお、Rの値は全てのコアで同じ値である。
なお、ここでは基準としたコア1の損失を0.19dB/kmとしたが、他の損失の値であっても同様の効果が得られる。またMCFは2コアとしたが、3コア以上であっても同じである。さらにnetgain=0dBとしているが、入射光強度と受信光強度とが同一であれば、netgainが0dB以外の値であっても同様の効果が得られる。
図3は、受信XTの伝送距離依存性を説明する図である。横軸はMCFでの伝送距離(km)、縦軸は受信XTの設計値からのずれ量(dB)を示している。R=0.5の双方向励起の分布ラマン増幅を行い、コア間損失差は0.04dB/kmである。10~100kmのいずれの伝送距離においても受信XTの設計値からの変動は0.02dB以下であり、十分抑制されている。すなわち、本光伝送システムのように、双方向励起での分布ラマン増幅を行うことで、伝送距離に関わらず受信XTの設計値からのずれを抑制することができる。
図4は、受信XTのファイバXT依存性を説明する図である。ファイバXTとは、MCFの単位距離当たりのXT量である。図4において、横軸はファイバXT(dB/km)、縦軸は受信XTの設計値からのずれ量(dB)を示している。R=0.5の双方向励起の分布ラマン増幅を行い、コア間損失差が0.04dB/kmである。MCFのファイバXTが-80~-30dB/kmのいずれであっても受信XTの設計値からの変動は十分抑制されている。すなわち、本光伝送システムのように、双方向励起での分布ラマン増幅を行うことで、MCFのファイバXTに関わらず受信XTの設計値からのずれを抑制することができる。
図5は、受信XTの設計値からのずれ量ΔXT、Rの値、及びコア間損失差Δαとの関係を説明する図である。横軸はコア間損失差(dB/km)、縦軸はRの値である。実線は、ΔXT=0dBとなるRとΔαの関係を示している。また、破線は、ΔXT=+0.1dBおよび+1.0dBとなるRとΔαの関係を示している。
コア間損失差Δαが-0.05~0.05dB/kmの範囲において、ΔXTが+0.1dBとなるR+0.1は以下の式で表すことができる。
Figure 0007375941000001
一方、コア間損失差Δαが-0.05~0.05dB/kmの範囲において、ΔXTが+1.0dBとなるR+1.0は以下の式で表すことができる。
Figure 0007375941000002
図6も、受信XTの設計値からのずれ量ΔXT、Rの値、及びコア間損失差Δαとの関係を説明する図である。図6は、特にΔXT=0dBとなるRとΔαとの関係性に注目した図である。コア間損失差Δαが-0.05~0.05dB/kmの範囲において、ΔXT=0となる最適なRoptは以下の式で表すことができる。
Figure 0007375941000003
以上より、マルチコア光ファイバ50のコア間損失差Δαが0<Δα≦0.05dB/kmの範囲ではRを
Figure 0007375941000004
とすることでΔXTを0~+1.0dBに抑制することができる。
また、マルチコア光ファイバ50のコア間損失差Δαが-0.05≦Δα<0dB/kmの範囲ではRを
Figure 0007375941000005
とすることでΔXTを0~+1.0dBに抑制することができる。
(効果)
本光伝送システムは、伝送路がコア間損失差が存在するMCFであっても、受信XTが設計値からずれることを抑制できる。
11、11-1、11-2、・・・、11-N:前方励起光源
12、12-1、12-2、・・・、12-N:後方励起光源
13:ファンイン
14:ファンアウト
15、15-1、15-2、・・・、15-N:送信機
16、16-1、16-2、・・・、16-N:受信機
17、17-1、17-2、・・・、17-N:合波部
18、18-1、18-2、・・・、18-N:合波部
50:マルチコア光ファイバ

Claims (2)

  1. 複数のコアのうち、少なくとも2つのコア間で伝送損失が異なるマルチコア光ファイバと、
    前記マルチコア光ファイバのコア毎に光信号の伝送方向と同じ方向にラマン増幅励起光を入射する前方励起光源と、
    前記マルチコア光ファイバのコア毎に光信号の伝送方向と逆方向にラマン増幅励起光を入射する後方励起光源と、
    を備える光伝送システムであって、
    受信側でのクロストークノイズが設計値に近づくように、前記前方励起光源が出力する前記ラマン増幅励起光と前記後方励起光源が出力する前記ラマン増幅励起光との強度比率が調整されていることを特徴とする光伝送システム。
  2. 前記強度比率を、前記前方励起光源が出力する前記ラマン増幅励起光の強度と前記後方励起光源が出力する前記ラマン増幅励起光の強度の和に対する、前記前方励起光源が出力する前記ラマン増幅励起光の強度の割合Rとすると、
    前記2つのコア間での伝送損失差Δαが、
    0dB/km<Δα≦0.05dB/kmであるとき、
    0.500+0.179Δα-1.52×10-2/Δα
    ≦R≦0.500+0.179Δα、
    -0.05dB/km≦Δα<0dB/kmであるとき、
    0.500+0.179Δα≦R≦
    0.500+0.179Δα-1.52×10-2/Δα
    の範囲に調整されていることを特徴とする請求項1に記載の光伝送システム。
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