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。）。
Ｐ． Ｊ． Ｗｉｎｚｅｒ ｅｔ ａｌ．， "Ｐｅｎａｌｔｉｅｓ ｆｒｏｍ Ｉｎ－Ｂａｎｄ Ｃｒｏｓｓｔａｌｋ ｆｏｒ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｆｏｒｍａｔｓ"，ＥＣＯＣ２０１１， Ｔｕ．５．Ｂ．７ （２０１１） Ｈ． Ｔａｋａｒａ ｅｔ ａｌ．， "１０００－ｋｍ ７－ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ １０ ｘ ９６－Ｇｂ／ｓ ＰＤＭ－１６ＱＡＭ ｕｓｉｎｇ Ｒａｍａｎ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ６．５ Ｗ ｐｅｒ ｆｉｂｅｒ"， Ｏｐｔ． Ｅｘｐ． ２０．９．１０１００ （２０１２） Ｋ． Ｋｉｔａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．， "Ｃｒｏｓｓ－ｔａｌｋ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ａ Ｈｙｂｒｉｄ Ｍｕｌｔｉ－ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｕｓｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｒａｍａｎ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ"， ＯＥＣＣ２０１３ ＴｕＳ１－３ （２０１３）
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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