JPH0611620A - 分散補償光導波路ファイバ - Google Patents

分散補償光導波路ファイバ

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JPH0611620A
JPH0611620A JP5039296A JP3929693A JPH0611620A JP H0611620 A JPH0611620 A JP H0611620A JP 5039296 A JP5039296 A JP 5039296A JP 3929693 A JP3929693 A JP 3929693A JP H0611620 A JPH0611620 A JP H0611620A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 約1310nmにおいて零分散を有する伝送ファイ
バにおいて1550nm波長ウインドウ内の所定の波長におけ
る光源を用いた伝送システムを提供すること。 【構成】 分散補償光ファイバが、1520〜1565nm波長ウ
インドウにおける低分散動作に適した伝送リンクを形成
するために1290nmから1330nmまでの範囲内の波長におけ
る零分散動作のために最適化された従来の単一モ−ド伝
送ファイバとともに使用するために適合される。それら
の分散補償光ファイバは、-20ps/nm-kmよりも負方向に
大きい分散および1520〜1565nm領域内の波長における1d
b/kmより小さい減衰を与え得る。それらの分散補償ファ
イバうちのあるものは、伝送ファイバの分散対波長傾斜
を補償するために、1520〜1565nm領域内で負の傾斜を有
する分散対波長関係をも呈示する。この分散補償ファイ
バは、それによってシステム中に導入される減衰を克服
するようになされた補償器を形成するために、ファイバ
増幅器と結合されうる。１つの実施例では、分散補償フ
ァイバは分布ファイバ増幅器である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は零分散波長が伝送波長と
は実質的に異なっている伝送リンク上での低分散、低減
衰単一モ−ド伝送のためのシステムおよびそのシステム
に用いられる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ伝送リンクの長さを制限する
重大な要因は減衰である。シリカをベ−スとした光ファ
イバの設計および製造においては、光ファイバの減衰性
能は１９７０年代では0dB/kmであったのが今日では理論
的最小値に近い値まで改善されており、1310nmでは約0.
35db/kmであり、また1550nmでは約0.2dB/kmである。
【０００３】さらに、希土類ド−パントを用いた光ファ
イバ増幅器が公知であり、そして最近では種々の商用シ
ステムが利用できるようになっている。例えば、Armita
ge,"Three-level fiber laser amplifier: a theoretic
al model", APPLIED OPTICS, Vol. 27, No. 23, Dec.
1, 1988,およびそこで引用されている文献を参照された
い。これらのファイバ増幅器はファイバの減衰に基因す
るリンク長制限を実質的に軽減することができる。今日
までのところ、唯一の実用ファイバ増幅器は1520 - 156
5 nmの近辺で動作し、その範囲ではEr+3ド−パント・イ
オンに遷移が存在する。
【０００４】他の重要なリンク長制限は、伝送リンクを
形成する光ファイバにおける材料分散および導波路分散
に基因して生ずる全色分散（total chromatic dispersi
on）である。ガラスファイバ導波路中での光の速度はそ
の光の波長の関数であるから、分散はある範囲の波長を
含むパルスに対するパルス拡散の原因となる。パルス広
がりはファイバ分散、ファイバ長、および光源のスペク
トル幅の関数である。光源の波長の範囲が非常に狭いシ
ステムでも、すべての光源の波長範囲が例えばレ−ザ−
光源チャ−プに基因してある程度は広がる。
【０００５】標準的なステップ・インデックス単一モ−
ド・ファイバでは、全色分散対波長のグラフは主として
材料分散の関数であり、正の傾斜をもったほぼ直線の曲
線として描くことができる。この曲線はほぼ1310 nmで
零交差を有し、1550 nmにおいて約15 ps/nm-kmの値に達
する。Agrawal, Nonlinear Fiber Optics, Academic Pr
ess, Inc., Sandiego, CA., 1989, p. 11. このような
従来のファイバでは、分散がほぼ零となる1310 nm付近
で帯域幅が最大となる。これらの従来のファイバは1310
nm付近での動作のために最適化されている（以下で
は、1310 nmでの動作のために最適化されている）と言
われている。
【０００６】他方、GeO2-SiO2ガラスで作成された従来
の単一モ−ド・ファイバにおける最小理論減衰は1550 n
mの領域にあり、これはレイリ−散乱および赤外線吸収
に基因する。伝送が1310nmで行なわれる場合には、標準
のステップ・インデックスは1550nmにおける理論最小値
の約1.75倍の減衰を有する。標準ステップ・インデック
ス光ファイバが実質的な分散を生ずる1550nmにおける伝
送では、分散の効果が減衰上の利益を上回るから、リン
ク長は分散で制限される。
【０００７】ファイバのト−タル・パ−フォ−マンス
（total performance）は分散と減衰との両方の関数で
あるから、1550nmにおける分散を最小限に抑えて、その
波長範囲における最小減衰を利用するための種々の試み
がなされている。分散対波長曲線の零交差を1550nm領域
にシフトする種々の「分散シフト」ファイバ設計（"dis
persion-shifted" fiber designs）が開発されている。
例えば、Cohen, Lin andFrench, ELECTRONICS LETTERS,
Vol. 15, No. 12, June 7, 1979 pp. 334-335;Bhagava
tulaの米国特許第４７１５６７９号；Saifi et al., "T
riangular-profile single-mode fiber", OPTICS LETTE
RS, Vol. 7, No. 1, January 1982, pp.43-45; Ohashi
et al.の米国特許第４７５５０２２号；Bhagavatula, "
Dispersion-shifted and dispersion-flattened single
-mode designs", Technical Digest, Conference on Op
tical Fiber Communication, paper WF1, Feb. 26, 198
6; およびTanaka etal., "Low-Loss Dispersion Shifte
d Fiber with Dual ShapeRefractive Index Profile",
National Conference Record 1987, Semiconductor Dev
ices and Materials, I.E.I.C.E. (1987), p. 2-217を
参照されたい。きおれらの分散シフトファイバは分散対
波長曲線を全体として右方に（長い波長の方へと）シフ
トさせるために負の導波路分散を生ずる特別の屈折率分
布に基づいている。
【０００８】さらに、1300nmと1550nmの両方の伝送領域
で零分散交差を有する種々の「分散フッラト」ファイバ
（"dispersion flattened" fibers）が設計されてい
る。例えば上述したBhagavatulaの米国特許および上記
文献Okamoto et al.,"Dispersion Minimization in sin
gle-mode fibers over a wide spectral range", ELECT
RONICS LETTERS, Vol. 15, No. 22, Oct. 25, 1979, p
p. 729-731; Okamoto et alの米国特許第４５２５０２
７号；Cohen et al.の英国特許第２１１６７４４号；Co
hen et al., "Low-loss Quadruple-clad single-mode l
ightguides with dispersion below 2 ps/km-nm over t
he 1.28μm - 1.65μmwavelength range", ELECTRONICS
LETTER, Vol. 18, No. 24, Nov. 25, 1982, pp. 1023-
1024; Cohenet al., "Ultrabroadband single-mode fib
ers", Technical Digest, Conference on Optical Fibe
r Communication, paper MF4, Feb. 28, 1983; Cohen e
t al., "A systematic approach to fabricating singl
e-mode lightguides", Proc.SPIE, Vol. 425 (1983), p
p. 28-32; Sears et al., "Measurements of the axial
uniformity of dispersion spectra in single/-mode
fibers", Proc. SPIE,Vol. 425(1983), pp. 56-62; Ung
erの米国特許第４６９１９９１号；Francois,"Propagat
ion Mechanisms in Quadruple-clad fibers: mode coup
ling, dispersion and pure bend losses", ELECTRONIC
S LETTERS, Vol. 19, No. 21, Oct. 13, 1983, pp. 885
-886; およびShigematsu et al.ヨ−ロッパ公開特許公
報第０２８３ ７４８号を参照されたい。
【０００９】幾つかの文献が、分散フラットファイバは
零交差の付近で傾斜が低下し、それによって伝送波長の
近傍における比較的広い波長範囲において低分散伝送を
可能にするという利点をも有していることを示してい
る。例えば、Okamoto et al.の米国特許第４３７２６４
７号およびLazay et al.の米国特許第４４３９００７号
を参照されたい。
【００１０】ある種の分散フラットファイバ設計は1300
nmから1550nmまでの範囲内の波長において若干負の全分
散を生ずる。Bhagavatula et al., "Segmented-core Si
ngle-mode Fibers with Low Loss and Low Dispersio
n", ELECTRONICS LETTERS, Vol. 19, No. 9, April 25,
1983, pp. 317-318の図３には1300nmにおける約-5ps/k
m-nmから1550nmにおける約-2ps/km-nmまで変化する全分
散対波長曲線を有する分散フラットファイバ設計Ｃが示
されている。この分散フラット設計は、必要とされる分
散補償ファイバの長さが伝送ファイバの長さの７〜８倍
となるので、1550nmにおける分散補償のためには実用で
きでない。同様の分散対波長曲線がReedの米国特許第４
８５２９６８号の第９欄第２５〜３０行目に記載されて
いる。
【００１１】Cohen et al., "Tailoring the shpaes of
dispersion spectra to control bandwithds in singl
e-mode fiber", OPTICS LETTERS, Vol. 7, No. 4, Apri
l 1982, pp. 183-185はコンピュ−タ・シミュレ−ショ
ンの「ダブル・クラッド」ファイバ（"double-clad" fi
bers）における分散フラット化に関するものである。第
８５頁の図６は、「短波長零交差が材料分散零交差より
も短い波長に移動されうると考えられる」と著者が主張
する１つのシミュレ−トされたファイバ設計を含んでい
る。零交差を左へとシフトさせることに加えて、このシ
ミュレ−トされた設計は、1450nm波長領域における非常
に急激に負の傾斜と、この領域における-40ps/km-nmよ
り小さい全色分散を示している。Cohen et al.の米国特
許第４４３５０４０号は第６欄第４５〜５４行目に図６
に関する平行開示を含んでいる。
【００１２】この文献は1550nm領域に関してどういうこ
とを示しているのか明らかではない。分散曲線が単にル
−ラで延長されただけであれば、1550nmにおける値は全
体のスケ−ルの数倍だけ図６の測定スケ−ルからはずれ
ることになるであろう。ケ−ス３のシミュレ−ションは
1310より小さい波長における零交差を生ずることに関す
るものであるから、この文献には1550nm領域に関しては
開示されても暗示されてもいない。
【００１３】上記Cohen et al.の"Tialoring ...."とい
う文献から明らかなことは、全分散曲線の傾斜の絶対値
（約2 ps/nm2-km）は、1310nmにおける伝送に対して最
適化された標準の単一モ−ドファイバの場合の全分散曲
線の傾斜（それは約0.06 ps/nm2-km）よりはるかに大き
いということである。この設計のファイバは1550nmの光
を伝送しないと考えられる。このようなファイバは1dB/
kmよりはるかに大きい、非常に大きな減衰を有するであ
ろう。このシミュレ−トされたファイバは多くの理由で
1550nmウインドウ（約1520nm - 1565nm）における分散
補償ファイバとしては実用できないであろう。第１に、
このファイバは1550nm領域における光を伝送しないであ
ろう。なぜなら、このような非常に大きく負方向に傾斜
した分散対波長曲線を示すであろうとこの実際のファイ
バに対するベンド・エッジ波長（bend-edge wavelengt
h）が1520nmより大幅に低いであろうからである。ベン
ド・エッジ波長というのは、真っ直ぐなファイバが基本
モ−ドを伝播しなくなる波長のことである。
【００１４】第２に、伝送波長のわずかな変化でも分散
補償効果に、従って従来の1310nm伝送リンクにおける正
の分散を打消すのに必要な分散補償ファイバの長さに大
きな変化を生ずることになる。さらに、著者等はこれら
の「考えれ得る」シミュレ−トされたファイバを製造す
ることの困難性を認めており、「予想されうるように、
ダブル・クラッド光導波路の潜在的に魅力のある特性は
直径および屈折率差に厳しい裕度を要求する」と述べて
いる（第１８５頁、第１欄、第１段）。
【００１５】リンクにおける全色分散を打消すための分
散補償手段を有する伝送リンクに対する技術が提案され
ている。Kogelnick et al.の米国特許第４２６１６３９
号は単一モ−ド・ファイバ伝送システムにおけるパルス
分散を最小限におさえるための光パルス等化技術に関す
るもんどえある。（またLin, Kogelnick and Cphen,"Op
tical-pulse equalization of low-dispersion transmi
ssion in single-mode fibers in the 1.3-1.7μm spec
tral region", OPTICS LETTERS, Vol. 5, No.11, Nove.
1980, pp. 476-478をも参照されたい。）Kogelnickの
システムでは、伝送ファイバの負の分散がイコライザ・
ファイバの正の分散によって打消される。２本のファイ
バの長さはそれらの分散値の比に基づいて整合される。
【００１６】上記米国特許第第４２６１６３９号に記載
されている例（第４欄第２６〜５６行目）では、1560nm
で最小分散を有する100Km伝送ファイバを通じて1550nm
において5nmのスペクトル幅を有する信号を伝送して(-
0.8ps/nm-km)(100km)(5nm) =-400psecの分散を生じてい
る。1350nm単一モ−ド・ファイバがイコライザ・ファイ
バとして意図されており、、かつ1550nmにおけるそれの
分散は約16ps/nm-kmであるから、5kmの長さのイコライ
ザ・ファイバが400psecの分散を生じ、かつそれによっ
て合成リンクにおける全分散を打消して零にする。
【００１７】上記Lin, Kogelnick and Cohenの文献（第
４７７頁）では、そこに記載されて例は1510nmで零分散
を有する1kmファイバと、1320nmで零分散を有する0.76k
mファイバを伴った伝送リンクである。この合成ファイ
バの場合の全分散曲線の零交差は1420nmで測定される。
【００１８】上記米国特許第第４２６１６３９号のシス
テムは重大な問題を有している。伝送ファイバの零分散
波長と光源波長との差が小さい場合には、その特許で説
明されているように、比較的短い長さの市販のイコライ
ザ・ファイバを使用することができる。しかし、上記Li
n, Kogelnick and Cohenの文献に呈示されているよう
に、波長の差が大きい場合には、それに伴って長い長さ
のイコライザ・ファイバが必要とされ、リンク長が減衰
で制限されるようになる。従って、Kogelnickの考え方
は本発明が関係する基本的な問題を解決することはでき
ない。すなわち、1310nmにおいて零分散を有する伝送フ
ァイバに対して1550nm光源を利用した実用的な伝送シス
テムを実現することはできない。
【００１９】同じ難点を有する同様のシステムがLarner
and Bhagavatula, "Dispersion Reduction in Single-
mode-fiber links", ELECTRONICS LETTERS, Vol. 21, N
o. 24, Nov. 21, 1985, pp. 1171-72に記載されてい
る。このシステムでは、1310nmで零分散を有する1kmお
よび2.5knの標準の単一モ−ド・ファイバが、1550nmで
零分散を有する分散シフト・ファイバの60kmリンクに付
加され、そのリンクの零分散の波長を1541nmの光源波長
に向ってシフトさせている。改善された伝送性能が測定
されかつグラフ化されている。
【００２０】米国特許第４９６９７１０号はさらに他の
分散補償技術であって、SiO2をベ−スとした光ファイバ
における分散を補償するためにフッ化物ガラスをベ−ス
としたファイバを用いることに関するものである。フッ
化物ガラスをベ−スとしたファイバの零分散波長は約20
00nmである。そこに記載された仮想の例では、伝送波長
において合成リンクに対する零分散を実現するために、
1320nmにおいて零分散を有するSiO2をベ−スとした光フ
ァイバ1kmが、2000nmにおいて零分散を有するフッ化物
ガラスをベ−スとしたファイバ0.54kmと結合されている
（第６欄２４〜２６行目および第７欄４８〜５９行目を
参照されたい）。標準の分散規定を用いると、1550nmに
おける標準ファイバの分散は、約15 ps-km-nmとなり、
従ってフッ化物ガラスファイバのそれは約-33 ps/km-nm
となるであろう。（分散の定義に対する符号の付け方が
異なっているために、上記米国特許第４９６９７１０号
の図４と図５では分散対波長のグラフが上下に反転して
いることに注目されたい。本発明の目的に対しては、Ag
rawal, Nonlinear Fiber Optics, Academic Press,In
c., SanDiego, CA., 1989, p. 10に示されているよう
に、米国で慣用されている符号の付けかたおよび分散方
程式に従ものである）。
【００２１】この技術は、上記米国特許第第４２６１６
３９号のイコライザ・ファイバよりも短い長さのフッ化
物ガラスファイバを使用できるようにするが、上記米国
特許第４９６９７１０号で要求されているフッ化物ガラ
スファイバは現在一般に入手不能であるという難点があ
る。
【００２２】ヨ−ロッパ特許公開公報第０ ０８９ ６
５５号は約1600nmにおいて零材料分散交差を有するフッ
化物ガラス（62HfF4 - 33BaF2 - 5LaF3）で作成された
ファイバに関するものである（図３参照）。このヨ−ロ
ッパ特許公開公報の図３は、このようなフッ化物ガラス
を用いた分散シフト・ファイバ分布では-10 ps/km-nmの
ように低い分散値が可能でありうることを示唆してい
る。
【００２３】他の多くの分散補償技術が従来技術で検討
されている。米国特許第４７５０８０２号は分散補償の
ためのファイバ・ディレイライン・アレイに関するもの
である。米国特許第４７６８８５３号は分散変換器とし
て多モ−ドファイバのセグメントを用いた分散補償シス
テムに関するものである。米国特許第４９１３５２０号
はレ−ザ−出力パルス幅を圧縮するために自己位相変調
を用いるパルス圧縮技法に関するものである。米国特許
第４９７９２３４号は飽和半導体レ−ザ−増幅器を用い
たパルス圧縮技法に関するものである。
【００２４】
【本発明が解決しようとする課題】上述のように、本発
明の第１の課題は約1310nmにおいて零分散を有する伝送
ファイバを通じて伝送するものであって、1550nmのウイ
ンドウ内に所定の波長の光源を利用した伝送システムの
設計および実施である。今日敷設されているファイバ伝
送リンクのうちの圧倒的多数が約1310nmで零分散を有す
る光ファイバを基礎としているから、この課題は商業的
に重要である。既存の標準的な単一モ−ドの1310nmで最
適化された光ファイバ・ル−トをより高い容量にアップ
グレ−ド（upgrading）することはロングホ−ル（long-
haul）通信提供者にとって非常に関心の高い問題であ
る。
【００２５】例えば、標準のステップ・インデックス単
一モ−ド・ファイバを通じて伝送する1550nmシステムの
場合には、ファイバの約15ps/km-nmの正の分散レベルが
４０チャンネル（あるいはそれ以上の）50-500MHz ＡＭ
ビデオ信号の歪みを生じさせ、かつリンク長を5km以下
に制限する。Vodhanel et al., "Performance of Direc
tly Modulated DFB Lasers in 10-Gb/s ASK, FSK, and
DPSK Lightwave Systems", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECH
NOLOGY, Vol. 8, No. 9, September 1990, pp.1379-138
5は、1550nm DFBレ−ザ−の直接強度変調および直接検
知を用いた10-Gb/s伝送実験において、標準の1300nm最
適化ファイバを通じての伝送は、許容できないビット・
エラ−・レ−トが生ずるまえに、3kmの長さに制限され
る。
【００２６】理想的には、既存の1310nm最適化リンクに
対するアップグレ−ド法は、増大されたデ−タ・レ−ト
と電子発生器サイトの両方を含み（より長いスパン容量
を介して）、既存のファイバが新しい装置を最少限に抑
えてさらに効率的に使用できるようにすることであろ
う。1550nm波長ウインドウ（約1520nm-1565nm）では、
エルビウムをド−プした光ファイバ増幅器（OFAs）が減
衰損失制限を効果的に除去することができる。しかし、
1310nm波長ウインドウでは、光ファイバ増幅器は利用で
きない。
【００２７】Gnauck et al., "Optical Equalization o
f Fiber Chromatic Dispersion ina 5-Gb/s Transmisio
n System", IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol.
2,No. 8, August 1990, pp. 585-587,は反射形ファブ
リ−ペロ−干渉計を用いた分散等化技法に関するもので
ある。この文献はその等化処理で6dBの損失を認めてい
るが、その損失は光増幅によって補償され得るかあるい
は光サ−キュレ−タを用いて軽減され得ると述べている
（第２欄１〜５行目）。
【００２８】Gysel, "CATV AM Optical Transmission L
inks Using the 1550 nm Window",Proc. Manual, Fiber
Optics 1991, Society of Cable Television Engineer
s,January 1991, pp. 161-166は1310nmにおいて零分散
を有する単一モ−ド・ファイバでの1550nm伝送によって
生ずる分散を補償する電気的分散補償回路に関するもの
である。この電子的技法はそれが依存するフィルタ装置
の動作波長範囲が狭いことによる制限をうける。
【００２９】分散補償技術における上述の問題点を考慮
すると、ファイバを基礎とした分散補償システムに対す
る重大な商業上の必要性が存在する。本発明の１つの目
的はファイバの減衰および全色分散に基因するリンク長
に対する制限が最小限であるオ−ルファイバの光伝送リ
ンクを提供することである。本発明の他の目的は、本質
的に1310nmで最適化されたファイバをそれがあたかも分
散シフトファイバであるかのように1550nm波長ウインド
ウ内で動作させ、伝送帯域幅を実質的に増大されかつ／
または複合二次（CSO）歪みを軽減させるようになし得
る単純なファイバを基礎とした全光分散補償技術を提供
することである。
【００３０】本発明の他の目的は、減衰が付加されるこ
とがない分散補償を与えるために、大きい負の分散を伴
って1550nmで動作し、1550nmで正の分散を有する伝送リ
ンクと結合され得るエルビウムをド−プした光ファイバ
増幅器システムを提供することである。
【００３１】本発明の他の目的は、1520nmから1565nmま
での波長範囲内で大きく負の全色分散を与える分散補償
SiO2-GeO2ガラスファイバを提供することである。本発
明の他の目的は、1310nmにおける伝送に対して最適化さ
れたファイバの標準長リンクにおける分散を補償するた
めに比較的短い長さで用いることができるこの種のファ
イバを提供することである。本発明のさらに他の目的は
市販の標準ファイバのkm当りの減衰の５倍より大きくな
い、好ましくは３倍より小さい低減衰のこの種の分散補
償ファイバを提供することである。
【００３２】本発明の他の目的は、1550nm波長範囲にお
いて特定のリンクに対する分散フラット化を与えるよう
に傾斜がコントロ−ルされる全分散対波長曲線を伴うフ
ァイバを作成することである。この特徴は、本明細書中
では「傾斜補償」"slope compensation"）として記述さ
れており、かつそれは１本のファイバで幾つかの信号を
多重化することあるいは発信レ−ザ−の平均波長および
スペクトル幅に対するより大きな寛容度を許容する。本
発明の１つの実施例では、分散曲線の傾斜は0から-1.2p
s/nm2-kmまでの範囲内である。
【００３３】
【課題を解決するための手段】これのおよび他の目的が
本発明によって達成されるものであり、１つの実施例で
は、本発明は負の導波路分散を生ずるように調整された
屈折率分布を有するシリカをベ−スとした分散補償光導
波路ファイバを具備し、そのファイバの全分散が1520nm
から1565nmまでの範囲内の所定の波長で-20ps/nm-kmよ
り小さいようになされている。
【００３４】他の実施例では、本発明は1290nmと1330nm
の間の範囲内の波長で低分散動作するように最適化され
た少なくとも40kmの標準単一モ−ド伝送ファイバと、こ
の標準単一モ−ド伝送ファイバの長さの約二分の一より
小さい長さをもって負の導波路分散を発生するように調
整された屈折率分布を有する分散補償光導波路ファイバ
との直列結合よりなる分散を補償された光伝送リンクを
具備しており、この分散を補償された光伝送リンクの光
源スペクトル幅のnm当りの全分散が1520nmから1565nmま
での波長範囲内の所定の波長において300ps/nmより小さ
くなるようになされている。
【００３５】さらに他の実施例では、本発明は1290nmと
1330nmとの間の範囲内の波長において低減衰動作をする
ように最適化された標準単一モ−ド伝送ファイバに使用
するための分散補償器を具備し、この補償器は1520nmか
ら1565nmまでの範囲内の所定の波長で負の全色分散を有
する分散補償ファイバと直列に接続された光ファイバ増
幅器を具備しており、この光ファイバ増幅器は前記所定
の波長で増幅を与えるようになされている。
【００３６】他の実施例では、本発明は1520nmから4565
nmまでの範囲内における所定の波長で動作する光源、光
検知器、光伝送ファイバ、分散補償ファイバ、および前
記光源と検知器との間に接続された光ファイバ増幅器よ
りなり、前記光伝送ファイバは1290nmと1330nmの間の範
囲内における波長での低分散動作に対して最適化されて
おり、前記分散補償ファイバは負の導波路分散を発生す
るように調整された屈折率分布を有しており、前記ファ
イバの全分散が1520nmから1565nmまでの範囲内の所定の
波長において-20ps/nm-kmより小さくなるようになされ
ている。
【００３７】
【実施例】本発明の伝送システムは図１に示されている
多数のシステム要素を用いている。1290nm-1330nmの範
囲内における1310nmのような波長において零分散を有す
る標準の単一モ−ド光ファイバよりなる伝送リンク２
（以後これを「1310nm伝送リンク」と呼ぶ）に550nm光
源が入射される。1310nm伝送リンク２の端部において、
信号がエルビウムをド−プされた光ファイバ増幅器（Ｏ
ＦＡ）３に結合される。このような増幅器は公知であ
る。例えば、米国特許第４９５９８３７号、第５００５
１７５号、および第５０６７７８９号を参照されたい。
本発明の１つの実施例によれば、その増幅された信号が
分散補償ファイバ４に結合される。分散補償ファイバ４
は伝送リンクにおけるＯＦＡ３の両側に配置されうる。
ある実施例では、分散補償ファイバ４は、伝送リンク２
の長さに依存して、ＯＦＡを伴うことなしに使用しても
よい。その信号が検知器５に送られる前にＯＦＡ３から
の不要な増幅された自然放出（ＡＳＥ）を濾波するため
に帯域フィルタ６が用いられる。
【００３８】本発明の他の実施例では、分散補償ファイ
バ４の屈折率分布を有するファイバよりなりかつ光増幅
器の性能を高めるためにアルミナを添加してまたは添加
することなしにコアにErド−ピングを含んだ分布ファイ
バ増幅器で、ＯＦＡ３と分散補償ファイバ４を置換しう
る。コア中に分布されたErド−ピングを伴った分散シフ
トファイバに関する、Tanaka et al., "Attenuation Fr
ee, Dispersion Shifted Fiber Doped with Distribute
d Erbium", Techinical Digest on Optical Amplifiers
and Their Applications, 1990, Optical Society of
America, Vol.13, pp. 138-141と対比されたい。
【００３９】信号が分散補償ファイバ４に結合される
と、その信号は伝送リンク２内で誘起された正の分散に
よって判別しにくくなりうる。本発明の分散補償ファイ
バ４は分散されたパルスを等化しかつ信号が検知器５に
よって受信されたときにその信号を読取り可能にするた
めの実用的で、廉価な低減衰手段を与える。ＯＦＡ３が
適当なレベルの光増幅を与える場合には、全伝送リンク
の長さを増大させるために、検知器５を付加的な伝送リ
ンクで置換しうる。
【００４０】これらのシステム構成は1310nmファイバに
伴う分散限界によって、他の場合にに許容されるよりも
長いリンク長を許容する。
【００４１】図２は1310nmおよび1550nm信号の高ビット
・レ−ト伝播を同時に許容する本発明の他の実施例を示
している。ＷＤＭカプラ１９が1310nm光源１１および15
50nm光源１１ａからの信号を1310nm伝送リンク１２に結
合する。1310nm伝送リンク１２の出力側におけるＷＤＭ
カプラ１６はそれら２つの信号をそれらの波長に基づい
て分割する。このようなカプラは公知であり、例えば米
国特許第４９３８５５６号、第４９４１７２６号、およ
び第４９５５０２５号を参照されたい。1310nm信号はレ
ピ−タ１７によって処理され、かつ1550nm信号はＯＦＡ
１３によって増幅され、それの分散が分散補償ファイバ
１４によって補償される。再生された1310nm信号および
増幅され分散補償された1550nm信号は、他の伝送リンク
に再導入されるためにＷＤＭカプラ１８によって再結合
される。
【００４２】図３は本発明の他の実施例を示しており、
この実施例では、1550nm光源２１が分散補償ファイバ２
４に入射されるが、これによりＯＦＡ２５によって増幅
されるべき1550nm信号を先行歪ませるので、1310nm伝送
ファイバ２２の後続の長さ部分中を伝播した後で、全色
分散が実質的に打消される。1310nm伝送ファイバ２２か
らの分散補償された信号はＯＦＡ２３によって増幅さ
れ、光帯域フィルタ２６によって濾波され、そして検知
器２７によって受取られる。
【００４３】図４は非常に長い1310nm伝送リンクを通じ
ての1550nm信号の高ビット・レ−ト伝播を許容する他の
実施例を示している。光源２８は続いてＯＦＡ３０によ
って増幅される1550nm信号を先行歪ませるように分散補
償ファイバ２９に導入して、1310nm伝送ファイバ３１の
長い長さ部分を通じて伝播した後に、全色分散が部分的
にのみ補償されるようになされうる。弱い信号はＯＦＡ
３２によって増幅され、帯域フィルタ（ＢＰＦ）３３に
よって濾波され、そして検知器３５に到達する前に分散
補償ファイバ３４によって分散を補正される。この実施
例は所定の高いビット・レ−トで1310nm伝送リンクによ
る最も長い非中継距離の1550nm伝送を許容しうる。
【００４４】分散補償ファイバに対する長さ計算の方法
はが、図１に示されたシステムに関する下記の例によっ
て示される。1550nmにおいて約15ps/km-nmの分散を有す
る50kmの伝送ファイバ２に場合には、光源スペクトル幅
のnm当りの全伝送ファイバ分散は750ps/nmである。本発
明の１つの実施例では、分散補償ファイバ４は-30ps/nm
-kmの分散を有しており、50kmの伝送リンクにおける正
の分散を完全に補償するためには、25kmの長さを必要と
する。この長さの値は正確である必要はなく、精密でな
ければ分散を生ずるが、従来のシステムではシステムパ
ラメ−タに応じてアルレベルの分散が許容される。伝送
ファイバおよび分散補償ファイバの長さは特定の伝送波
長（典型的には1520nm-1565nmの範囲）につきシステム
を零交差に微同調するために変化されうる。本発明の分
散補償伝送システムでは、分散補償ファイバの所要長は
1310nm伝送リンク・ファイバの長さの約２分の１より大
きくないことが好ましく、かつ光源スペクトル幅の1550
nmにおけるnm当りの分散補償伝送リンク全体の全分散は
約300ps/nmより小さい。1550nm波長ウインドウにおける
1310nm伝送リンク・ファイバの分散は約±5ps/nm-kmで
あるから、分散補償ファイバの所要長が1310nm伝送リン
ク・ファイバの長さ２分の１より大きくないようにする
ために、伝送波長における分散補償ファイバの分散は-2
0ps/nm-kmまたはそれより負方向に大きい値であること
が好ましい。
【００４５】標準単一モ−ド伝送ファイバ２の減衰は、
約10dBのリンク減衰に対しては、約0.2dB/kmのオ−ダ−
である。分散補償ファイバ４の減衰が0.5dB/kmのオ−ダ
−であれば、分散補償ファイバ４がシステムに12.5dBの
減衰を付加するが、それはＯＦＡ３によって用意に除去
されうる。分散補償リンクの減衰は≦1dB/kmであること
が好ましい。
【００４６】分散補償ファイバの良度指数はkm当りのフ
ァイバ分散を公称伝送波長におけるkm当りのファイバ減
衰で割算した値である。前述の例における分散補償ファ
イバの良度指数は-60ps/nm-kmでおなるであろう（註：
良度指数が低ければ（より負の方向であれば）、性能は
それだけ良くなる）。
【００４７】前記ファイバ光分散補償システムを実際に
実施できるようにするためには、良度指数が-40pn/nm-k
mまたはそれより負方向に大きい値の範囲でなければな
らず、好ましくは-120ps/nm-kmより負方向に大きくなけ
ればならない。これらの範囲は、既存の通信エンクロ−
ジャにおけるコストおよびパッケ−ジングに関して分散
補償ファイバを実用的な長さに保持している場合に付加
されうえう最大システム減衰に基づいている。好ましく
は、分散補償ファイバの長さによって付加される最大減
衰は＜30dBであり、伝送ファイバにおける損失を同時に
克服する１つまたは２つの増幅器でもって損失が克服
（補償）され得るようになされるべきである。
【００４８】システム応用において、および特に結合さ
れた増幅器／分散補償ファイバ要素においては、分散補
償ファイバは、エンクロ−ジャまたは増幅器ハウジング
内のリ−ル上に通常設けられる。従って、分散補償ファ
イバの好ましい最大実用長さは、分散補償器を形成する
ために単一の光ファイバ増幅器でパッケ−ジされた場合
には約30kmである。
【００４９】正確な傾斜補償のための目標値は下記の式
（１）に従って計算される。 Sdcf/Ddcf = Stf/Dtf (1) ただし、Sdcfは伝送波長の±25nmの範囲にわたる分散補
償ファイバの分散対波長曲線の傾斜であり、Stfは伝送
波長の±25nmの範囲にわたる伝送ファイバの分散対波長
曲線の傾斜であり、Ddcfは分散補償ファイバの伝送波長
における分散であり、Dtfは伝送ファイバの伝送波長に
おける分散である。1310nmで最適化された標準の単一モ
−ド・ファイバにおいて、1550nmの伝送波長では、Stf
= 0.06ps/nm2-kmであり、かつDtf = 15ps/nm-kmであ
る。Ddcfの値 =-60と仮定すると、Sdcfの値は-0.24のオ
−ダ−でなければならない。Sdcfの範囲は、傾斜を過剰
補償したことから生ずる問題と結合されたベンド・エッ
ジによって約0〜1.2ps/nm2-kmに制限っされる。整合し
たクラッド標準単一モ−ド・ファイバではDtfは約15ps/
nm-kmであるが、この値は異なるファイバ設計および155
0nm波長ウインドウ（1520nm〜1565nm）内の異なる伝送
波長に対して変化する。デルタおよびコア半径のような
標準単一モ−ド・ファイバの設計パラメ−タおよび1550
nm波長ウインドウ内で選択された公称伝送波長に依存し
て、その1550nm波長ウインドウ内ではDtf = 15 ± 5 ps
/nm-kmである。
【００５０】傾斜補償のために意図された１つの好まし
い実施例では、Stfの過剰補償を回避するために、平均
傾斜Sdcfが式（１）によって与えられる値のゼロ〜２倍
の範囲内でなければならない。すなわち、 0 ≧Sdcf≧2Ddcf(Stf/Dtf) (2)
【００５１】本発明はディジタルまたはＡＭ-ビデオ伝
送に限定されるものではなく、それらの両方に適当に適
用されうるものであることに注目すべきである。
【００５２】ファイバの例 分散補償ファイバの１つの実施例は全色分散の負方向に
大きい値を実現するためにリング／セグメンテッド・コ
アによって負方向に非常に大きい波長分散を発生する単
一モ−ド・ファイバである。
【００５３】図５〜８Ａは本発明の分散補償ファイバに
関連し得る５つの特定の光ファイバ屈折率分布類別を示
している。図５および６における分布類別は分散補償で
ありうる。図７、８および８Ａにおける分布類別は分布
および傾斜の両方の補償かあるいは単に分散補償だけで
あるように設計されうる。
【００５４】各分布類別はクラッド５１の屈折率と比較
して比較的大きい屈折率デルタを有しているとともに、
従来のステップ・インデックス単一モ−ド・ファイバと
比較して比較的狭い帯域幅を有する中央コア領域５０を
含んでいる。図６、８および８Ａにおける分布類別は中
央コア領域から離間されかつ中央コア領域５０のデルタ
より小さい屈折率デルタを有するコア・リング５２（お
よび１０２）を含んでいる。図７、８および８Ａにおけ
る分布類別は凹状屈折率分布（クラッド５１の屈折率よ
り下に凹んだ）コア・モ−ト５５を中央コア領域とコア
・リングとの間に含んでいる。コア・モ−トの屈折率凹
みはコア・モ−トに例えばフッ素のよう負のド−パント
を添加することにより、あるいはSiO2コア・モ−トを設
けかつ例えばGeO2でド−ピングすることによりクラッド
５１（および１０１）の屈折率を高めることによって与
えられる。他の分布類別であるコ−ンが破線５１’で示
されている。表１は分布５１’ではなくて分布５０につ
いて示している。
【表１】
【００５５】これらの分布類別に対する分散補償性能に
影響する主たる要因は、i）中央コア領域における高い
ピ−ク・デルタ、およびii）中央コア領域に対する小さ
い半径である。補償は半径に感応するが、システムで用
いられる分散補償ファイバの長さは製造半径の変化を補
償するように調節され得る。補償の程度と曲げ損失に対
するファイバの耐性との間には妥協が存在する。有用な
概念は「ベンド・エッジ」、または真っ直ぐなファイバ
がもはや基本モ−ドを保持しない波長である。コア・リ
ングを伴う分布類別６、８および８Ａは、所定の曲げ損
失について、図５および７のリングを伴わない分布類別
よりも大きい分散補償を与えるように設計され得る。
【００５６】単一モ−ド光ファイバのカットオフ波長は
伝送波長より小さくなければならなず、さもないと多モ
−ドが伝播してしまう。さらに、ベンド・エッジ波長が
カットオフ波長より約150nmだけ高い値に近い図６、８
および８Ａに示されているように高デルタの中央コア領
域およびコア・リングを伴う分布の場合には、カットオ
フ波長は、公称伝送波長がカットオフ波長とベンド・エ
ッジ波長とのほぼ中間であるように調整されうる。これ
は低減衰と負方向に大きい分散との最適組合せを与え
る。分布類別５および７の場合のベンド・エッジは、ベ
ンド・エッジ波長とカットオフ波長との間の間隔が典型
的にこれらの設計の場合には800nmのオ−ダ−であるか
ら、ベンド・エッジにはそれほど感応しない。
【００５７】分散補償と傾斜補償との間にも妥協が存在
する。傾斜を補償するためには、分散補償ファイバに対
する1525nmおよび1575nmにおける分散の比は伝送ファイ
バにおけるこれらの分散の比とほぼ同一でなければなら
ない、すなわち1310nmでの伝送に対して最適化された標
準のステップ・インデックス単一モ−ド・ファイバの場
合には約1.2でなければならない（上記の式（１）をも
参照されたい）。
【００５８】図５〜８における分布類別は、中央コア領
域、コア・リングおよびコア・モ−トに対して示された
屈折率の変化を修正することによってさらに修正されう
る。これらのコアはα分布を含む他の屈折率分布を有し
うる。α分布の項は、中央コア領域の屈折率が数１によ
って定義されることを意味するするために用いられてい
る。ただし、n1はファイバ軸線上の屈折率、Δ=(n1 2 -
n2 2)/2n1 2、n2はクラッドの屈折率、rは半径、そしてa
は中央コア領域の外部半径である。図５の三角形または
コ−ン状の曲線５１’はα=1のα分布を表わしている。
屈折率の放物線状の変化がα=2の場合に生ずる。放物線
状または三角形のコア（下記の表では「コ−ン」分布と
呼ばれている）、およびテ−パしたリングは若干だけ良
好な分散補償を与える。さらに、中央コアはそれらの基
部のまわりにペデスタルを有しうる。
【数１】
【００５９】図８Ａに示された分布類別は、領域１０３
がコアとオ−バ−クラッドとの間の境界面を含むので、
製造上の利点を与えるものと考えられる（下記のファイ
バ製造の項における製造処理工程についての論述を参照
されたい）。GeO2-SiO2ケ−ン上にGeO2-SiO2ス−ト（ガ
ラス粒子）を沈積させるのと同時にシ−ドを回避しかつ
一定のド−ピング・レベルを、従って均一な屈折率レベ
ルを維持することは困難である。図８Ａの設計では、ク
ラッドはGeO2をド−プしたSiO2であることが好ましく、
かつ内側および外側のコア・モ−ト領域１０５および１
０３はド−プされていないSiO2であることが好ましい。
【００６０】表１は特定の分布の例における該当する特
性の計算値を示している。利用できないデ−タは＊で示
されている。
【００６１】後述する本発明の分散補償光ファイバによ
って、下記のレベルの負分散および減衰を得ることがで
き、その結果得られた良度指数が表２に示されている。
【表２】
【００６２】表１および２に示された項目に関する註： − 中央コア領域、コア・リングおよびコア・モ−トに
対するデルタ値はすべてクラッドの屈折率の百分率であ
る。 − リング半径はリングの外側エッジで測定される。 − モ−ト半径はリングの内側エッジで測定される。 − 傾斜比は1575nmにおける分散を1525nmにおける分散
で割算した値である。 − 分散は括弧内に表示された波長で測定された。
【００６３】ファイバ製造方法 本発明の分散補償ファイバは、軸付け法（ＶＡＤ）、外
付け法（ＯＶＤ）あるいは修正化学蒸気沈積（ＭＣＶ
Ｄ）のような標準的なファイバ製造方法によって作成さ
れ得る。表２におけるファイバはＯＶＤ法によって作成
された。ＯＶＤ法は米国特許第４４８６２１２号、第４
１２５３８８号、第５０６７９７５号、第４３１４８３
７号、および第４７１５６７９号のような多数の特許公
報に記載されている。
【００６４】ファイバI.D. 7873-01および7873-02は下
記のようにダブル・オ−バ−クラッド法によって作成さ
れた。コア直径62.5μmのグレ−デッド・インデックス
多モ−ド・ファイバのためのコア・プリフォ−ムが標準
のＯＶＤ法（マンドレル上にガラス粒子を沈積させそし
てそのマンドレルを除去する）によって作成され、コン
ソリデ−トされ、そして延伸されてケ−ン（再延伸され
る）となされた。ピ−ク・コア組成は36重量％GeO2をド
−プされたシリカであった。このような沈積および再延
伸法（deposition and redraw process）が蒸気米国特
許第４４８６２１２号および第５０６７９７５号に記載
されている。この直径7mmのケ−ンはSiO 2でオ−バ−ク
ラッドされて80mmのス−ト直径となされ、そして脱水さ
れかつコンソリデ−トされてガラス母材を形成した。こ
のガラス母材が再延伸されて外径約7mmのケ−ンとなさ
れた。第１のオ−バ−クラッド・ケ−ンが再び第２のSi
O2ス−ト層でオ−バ−クラッドされて直径58mmのス−ト
となされた。このオ−バ−クラッド・ス−ト・プリフォ
−ムが脱水されそしてコンソリデ−トされて最終のガラ
ス母材となされた。この最終のガラス母材が延伸されて
ファイバ（標準のコ−ティングを有する）となされた。
【００６５】上記母材は、107μmから80μmまで変化す
るファイバ外径（ガラスファイバＯ．Ｄ．）に延伸され
た。このファイバの複数の部分が測定され、その結果、
コア直径の増大に伴って分散補償性能が改善されること
が判った。80μmファイバは標準の出荷リ−ル上でベン
ド・エッジに感応した。コア輪郭は細いコ−ン（図５の
５１’を参照されたい）に似たような延伸された放物線
状中実である。ト−タルで、ファイバI.D. 7873-01（80
μm O.D.）3.1kmおよびファイバI.D. 7873-02（107μm
O.D.）3.3kmが延伸されかつ測定された。
【００６６】ファイバI.D. 7939-011から-016までは単
一のオ−バ−クラッド工程を伴うＯＶＤ法によって製造
された母材から線引きされた６本のファイバよりなる。
第１に、コア・プリフォ−ムが、高デルタ・ステップ・
インデックス分布およびSiO2中における40重量％のGeO2
濃度をもってマンドレル上に沈積された。このコア・プ
リフォ−ムはそれの外表面上に沈積された純粋なSiO2の
層（0.15のコア／クラッド比を生ずるために）および74
mmのス−ト直径を有していた。このコア・プリフォ−ム
が従来の塩素乾燥によって脱水されかつコンソリデ−ト
され、そして再延伸されて外径7mmのコア・ケ−ンとな
された。コア・ケ−ンは85mmのス−ト直径となるように
SiO2でオ−バ−クラッドされた。この最終のプリフォ−
ムが脱水されかつコンソリデ−トされて、線引きによっ
てファイバとなされるための最終のガラス母材となされ
た。
【００６７】線引き（およびコ−ティング）によって長
いファイバを形成する前に、7939-011および-016のため
の母材の一部分が延伸されて、110μmから85μmまで変
化するO.D.を有する2kmの長さのファイバ（ガラス）と
なされた。この2kmの長さのファイバの異なる直径部分
における分散が測定され、110μmの直径では-17ps/nm-k
mが、そして85μmの直径では-45ps/nm-kmの値が得られ
た。その後で、母材の残部から次のようにして６本のフ
ァイバが線引きされた。7939-011(30.7km); -012(7km);
-013(15.9km); -014(12.7km); -015(6.7km); および-0
16(11.6km) これら６本のファイバの測定された特性は
均一であえり、上記の表２に示されている。
【００６８】ファイバI.D. 7-8015-01〜-03は単一のオ
−バ−クラッド工程を含むＯＶＤ法によって製造された
母材から線引きされた３本のファイバよりなる。第１
に、コア・プリフォ−ムがSiO2中で40重量％の目標GeO2
濃度を有し、かつSiO2中で8重量％GeO2の目標濃度を有
するデルタの低下したコア・リングによって包囲された
高デルタのステップ・インデックス中央コア領域をもっ
てマンドレル上に沈積された。コア・プリフォ−ムはそ
れの外表面上に沈積された純粋なSiO2の薄い層、および
74mmのス−ト直径を有していた。このコア・プリフォ−
ムが従来の塩素乾燥によって脱水されかつコンソリデ−
トされ、そして再延伸されて外径が7mmのコア・ケ−ン
となされた。このコア・ケ−ンは82mmのス−ト直径とな
るようにSiO2でオ−バ−クラッドされた。この最終のプ
リフォ−ムが脱水されかつコンソリデ−トされて、線引
きによってファイバ（標準のコ−ティングを有する）と
なされるための最終のガラス母材となされた。
【００６９】ファイバI.D. 7-8015-01〜-013の長さは6.
4km(-01)、11km(-03)、および22km(-02)であった。これ
ら３本のファイバの測定された特性は均一であり、それ
らは上記の表２に示されている。
【００７０】モ−トを有するファイバ設計は従来のファ
イバ製造方法によって作成され得る。そのモ−トはフッ
素のような屈折率低下ド−パントをド−ピングすること
によって形成される凹状領域でありうるが、純粋なシリ
カであってもよく、その場合には、GeO2をド−プしたシ
リカよりなるクラッドが用いられる。
【００７１】これらのファイバの分散がファイバ・オプ
ティック・テスト・プロシ−ジュアEIA/TIA-455-168に
記載されている標準分散測定技法によって測定された。
これらの測定は、分散補償ファイバの２つの端部に標準
ステップ・インデックス単一モ−ド・ファイバの短いセ
クションを添接してその分散補償ファイバに入射される
光が単一モ−ドであるようにすることによって、改善さ
れうる。
【００７２】システム例１ 40チャンネルＡＭビデオ・テストでの分散補償ファイバ
のテストが図９〜１２に示されているようなシステムに
基づいて行なわれた。このテストの結果が表３に示され
ている。
【表３】
【００７３】表３および図９〜１２に示されているよう
に、一連の比較テストにおいて同じ送信機、受信機およ
び光ファイバ増幅器が用いられた。送信はチャンネル当
りの変調深さを有する40チャンネルNTSC AMビデオを装
填され、かつ受信機のパワ−・レベルは表３に示されて
いるようになされた。各テストにおいて補正されたキャ
リア対ノイズ（CNR）、複合２次（CSO）および複合３次
ビ−ト（CTB）歪みが55.25および325.25メガヘルツで測
定された。これら２つの周波数はそれらが40チャンネル
・スペクトルにおける周波数歪みの最悪のケ−スを表わ
すから選ばれた。
【００７４】表３における第１のテスト（テスト＃１）
（図９参照）は結合された送信機および光ファイバ増幅
器に対するベ−スラインをキャリア対ノイズ、ＣＳＯお
よびＣＴＢ歪みレベルについて確立することを含む。受
信機で0dBを実現するように可変光減衰器が調節され
た。テスト＃１はレ−ザ−・チャ−プとファイバ分散の
相互作用による劣化を比較するための基礎となる。1310
nmで最適化されたファイバ（テスト＃２）および分散補
償ファイバを伴った1310nmで最適化されたファイバ（テ
スト＃３）による伝送がテスト＃１の結果と比較され
た。
【００７５】表３のテスト＃２（図１０参照）では、40
キロメ−トルの長さの標準単一モ−ド・ファイバ（Corn
ing SMF-28, Corning Incorporated, Corning, N.Y. 14
831）が敷設され、そして受信機で0dBパワ−・レベルを
許容するように可変光減衰器が調節された。このテスト
では、レ−ザ−・チャ−プとファイバ分散との相互作用
により、ベ−スに比較して、ＣＳＯが55.2メガヘルツで
12.8dB、そして325.25メガヘルツで24.25dB劣化され
た。これらは、特に325.25メガヘルツの周波数において
比較的大きな変化であり、50dBより大きいキャリア対ノ
イズ比、-60dBより低いＣＳＯレベル、および-65dBより
低いＣＴＢレベルによって特徴づけられうる典型的なＡ
Ｍバックボ−ン伝送システムの最低基準をこのテストが
満足しない点までＣＳＯレベルを劣化させた。
【００７６】表３のテスト＃３（図１１）では、11.6キ
ロメ−トルの分散補償ファイバ（上述したファイバI.D.
7939-016）がＣＳＯ歪みを補正するためにテスト＃２
のシステムに付加された。性能デ−タによって示されて
いるように、このシステムでは、ベ−スに比較して両方
のＲＦ周波数において付加された歪み実質的な部分が補
正された。55.25メガヘルツでは、12.8dBの付加歪みの1
1.4dBが補正された。325.25メガヘルツでは、24.2dBの
付加歪みの15.5dBが補正され、8.7dBが補正されないま
まであった。
【００７７】この補正が完全でなかったということは補
償ファイバの長さが正しくなかったか、あるいは1310nm
最適化ファイバに対して分散補償ファイバの分散傾斜が
ミスマッチであることのいずれかに基因するものと考え
られる。
【００７８】分散補償ファイバによる1310nm最適化ファ
イバの伝送を分散シフト（ＤＳ）ファイバによる伝送と
比較することは有意義である。表３のテスト＃４（図１
２参照）では、全てのファイバが1550nmにおける性能を
最適化された分散シフトファイバ（Corning SMF-DS）の
40キロメ−トルで置換された。1550nmで動作する補償ま
たは伝送回路網は分散シフトファイバの全体のエンド・
ツ−・エンド性能よりも良好に機能しうることはありえ
ない。
【００７９】デルタで表示されるように、分散シフトフ
ァイバ・テストに比較して、分散補償ファイバは良く機
能した。55.25メガヘルツにおいては、ＳＤＯ歪みは分
散シフトファイバを通る場合の0.2dBという歪み値の範
囲内であったが、325.25メガヘルツというそれより高い
周波数では、そのＳＤＯ歪みが分散シフトファイバを通
る場合の7dBという歪み値以内に補正された。325.25メ
ガヘルツにおいてＳＤＯ歪みが完全に補正されたわけで
はないが、これは分散補償ファイバの長さが不正確であ
ること、あるいは伝送ファイバの分散傾斜と分散補償フ
ァイバのそれとの間のミスマッチに関係しているものと
考えられる。
【００８０】この場合にも、この補正が完全でなかった
ということは補償ファイバの長さが正しくなかったか、
あるいは1310nm最適化ファイバに対して分散補償ファイ
バの分散傾斜がミスマッチであることのいずれかに基因
するものと考えられる。
【００８１】この補償方法は、標準の単一モ−ド・ファ
イバをそれがあたかも分散シフトファイバであるかのよ
うに動作せて、1320nm伝送リンクを通じて1550nmのＡＭ
ビデオ信号を伝送するシステムに存在するＣＳＯ歪みを
大幅に減少させることができる。傾斜補償された分散補
償ファイバは標準の単一モ−ド・ファイバを通じた場合
のこのＣＳＯ劣化を完全に補正するために有用であろう
と考えられる。
【００８２】システム例２ この例で用いられた分散補償ファイバは３本のファイバ
I.D. Nos. 7-8015-01〜 -03 （合計で39.4km）よりなる
ものであり、それは1550nmにおいて-65.5ps/nm-kmの分
散を呈示したが、これは標準の単一モ−ド・ファイバの
正の分散より約４倍の大きさである。この分散補償ファ
イバのスペクトル減衰が図１３に示されている。1550nm
における損失は0.48dB/kmであった。この分散補償ファ
イバの分散が図１６に波長との関係でプロットされてい
る。
【００８３】1310nm伝送に対して最適化された標準の単
一モ−ド・ファイバの分散を補正するためには、39kmの
分散補償ファイバが必要とされ、これによって19dBの過
剰損失が生じた。1310nm伝送リンクおよび分散補償ファ
イバの損失は３つのＯＦＡを用いることによって克服さ
れた。分散補償ファイバの所要長は重要であるが、この
分散補償ファイバは曲げ損失に対する耐性が非常に強い
ので、コンパクトなファイバ・リ−ルに巻取ることがで
きる。
【００８４】分散補償は線形で受動的な技法であるか
ら、分散補償ファイバは送信端部、受信端部、あるいは
ＯＦＡｓまたは光受信機にとって許容できる最低パワ−
・レベルによってのみ制限される、補償されている標準
単一モ−ド・ファイバの中間点に配置され得る。この例
では、図１４に示されているように、6.4kmの分散補償
ファイバがリンクの送信端部に配置され、その分散補償
ファイバの残りの33kmはリンクの受信端部に配置され
た。送信端部におけるＯＦＡ＃１は、出力パワ−が11dB
のブ−スタ−増幅器として用いられる980nm逆方向ポン
ピング（backward-pumped）増幅器であった。標準1310n
m最適化単一モ−ド・ファイバ・リンクは長さが150kmで
あり、1550nmにおいて約2500ps/kmのエンド・ツ−・エ
ンド分散、および33dBの減衰損失を伴った。ＯＦＡ＃２
は980nm順方向ポンピング（forward-pumped）の25dB利
得増幅器であり、その後に1.2nm帯域光フィルタが配置
だれた。ＯＦＡ＃３は+13dBmの飽和出力パワ−を有し、
31dBの利得を生ずる２つの980nm逆方向ポンピング増幅
器であり、その後に3nm帯域光フィルタが配置された。
ＯＦＡ＃３によるノイズ寄与を軽減するために、受信端
部における分散補償ファイバが２つのセクションに分割
され、これによってＯＦＡ＃３の入力におけるパワ−・
レベルを増大させるようになされた。これらのＯＦＡは
すべて入力および出力側に光アイソレ−タを有してい
た。
【００８５】0.5nmのスペクトル幅（-20dBmで測定し
て）を有する均一な回折格子ＤＦＢレ−ザ−ダイオ−ド
が光源として用いられた。そのレ−ザ−はテスト送信機
から直接の10 Obit/s NRZ（非ゼロ復帰）波形で駆動さ
れた。デ−タ・パタ−ンは長さ2 23-1の準ランダム・パ
タ−ンであった。
【００８６】レ−ザ−光消滅比は約８対１であった。光
受信機は、後段に1.2nm帯域同調可能光フィルタ、可変
光減衰器、ＰＩＮフォトダイオ−ド、および電気的前置
増幅器を設けられたＯＦＡ＃２で構成されていた。可変
光減衰器はＢＥＲ（ビット・エラ−・レ−ト）テスト時
にＰＩＮフォトダイオ−ドに一定の光レベルを維持する
ために用いられた。光受信機の正味感度は1E-12 BERで-
30dBmであった。
【００８７】図１７はＯＦＡｓおよび分散補償ファイバ
を含んだ全光通路の測定されたエンド・ツ−・エンド色
分散を示している。150kmの標準ファイバから予想され
る分散傾斜（9ps/nm2）がデ−タ点上に重畳されて、測
定値と予想値との間にかなり良好な合致を呈示した。
【００８８】標準の1310nm最適化ファイバの0.020kmを
通じて伝送された後における光波形のアイ・パタ−ンが
図１８（ａ）に示されている。補償を伴わない1310nm最
適化ファイバの12kmを通じて伝送された後の光波形のア
イ・パタ−ンが図１８（ｂ）に示されている。1310nm最
適化ファイバの150kmプラス分散補償ファイバの39.4km
を通じて伝送された後におけるアイ・パタ−ンが図１８
（ｃ）に示されている。分散補償を伴わない場合のアイ
・パタ−ンから予測されうるように、このシステムは標
準ファイバの12kmだけを通じてでは動作しない。しか
し、ファイバをベ−スとした光補償器を所定の場所に設
置すれば、図１５のＢＥＲグラフに示されているよう
に、標準ファイバの150kmを通じて動作する場合に、1dB
以下のの受信機パワ−・ペナルティ（power penalty）
が得られた。
【００８９】1310nm最適化ファイバをそれがあたかも分
散シフトファイバかのように本質的に動作させ得る単純
なファイバをベ−スとした全光分散補償技術が実施され
た。この波長許容度のある方法で非分散シフトファイバ
の分散を補償することによって、ファイバの容量をビッ
ト・レ−トおよび光源スペクトル特性とほとんど無関係
にすることができた。これが、ファイバの得られるビッ
ト・レ−ト距離積が大きく増加されるので、容量のアッ
プグレ−ドのための便利な方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の増幅器および分散補償ファイバを具備
した特定のシステムのブロック図である。
【図２】本発明の増幅器および分散補償ファイバを具備
した特定のシステムのブロック図である。
【図３】本発明の増幅器および分散補償ファイバを具備
した特定のシステムのブロック図である。
【図４】本発明の増幅器および分散補償ファイバを具備
した特定のシステムのブロック図である。
【図５】本発明による分散補償ファイバ設計に対する屈
折率分布の一例を示している。
【図６】本発明による分散補償ファイバ設計に対する屈
折率分布の一例を示している。
【図７】本発明による分散補償ファイバ設計に対する屈
折率分布の一例を示している。
【図８】本発明による分散補償ファイバ設計に対する屈
折率分布の一例を示している。
【図８Ａ】本発明による分散補償ファイバ設計に対する
屈折率分布の一例を示している。
【図９】システム実施例１に用いられる４つのシステム
要素構成のうちの１つを示すブロック図であり、かつ表
３におけるデ−タに対応している。
【図１０】システム実施例１に用いられる４つのシステ
ム要素構成のうちの１つを示すブロック図であり、かつ
表３におけるデ−タに対応している。
【図１１】システム実施例１に用いられる４つのシステ
ム要素構成のうちの１つを示すブロック図であり、かつ
３におけるデ−タに対応している。
【図１２】システム実施例１に用いられる４つのシステ
ム要素構成のうちの１つを示すブロック図であり、かつ
３におけるデ−タに対応している。
【図１３】システム実施例２で用いられる分散補償ファ
イバのスペクトル減衰を示すグラフである。
【図１４】システム実施例２で用いられるシステム要素
構成のブロック図である。
【図１５】システム実施例２の場合のビット・エラ−・
レ−トテスト結果のグラフである。
【図１６】システム実施例２で用いられる分散補償ファ
イバの分散対波長曲線のグラフである。
【図１７】システム実施例２の分散補償された伝送リン
クの実効分散対波長のグラフである。
【図１８】（ａ）は規格化された、（ｃ）は分散補償を
伴った、そして（ｂ）は分散補償を伴わない場合のシス
テム実施例２の伝送リンクにおける受信機「アイ」（ey
e）パタ−ンを示している。
【符号の説明】
１ 光源 ２ 伝送リンク ３ 光ファイバ増幅器（ＯＦＡ） ４ 分散補償ファイバ ５ 検知器 ６ 帯域フィルタ １１ 1310nm光源 １１ａ 1550nm光源 １２ 伝送リンク １６ ＷＤＭカプラ １７ レピ−タ １８ ＷＤＭカプラ １９ ＷＤＭカプラ ２１ 1550nm光源 ２２ 伝送ファイバ ２３ ＯＦＡ ２４ 分散補償ファイバ ２５ ＯＦＡ ２６ 光帯域フィルタ ２７ 検知器 ２８ 光源 ２９ 分散補償ファイバ ３０ ＯＦＡ ３１ 伝送ファイバ ３２ ＯＦＡ ３３ 帯域フィルタ（ＢＰＦ） ３４ 分散補償ファイバ ３５ 検知器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダグラス ワレン ホール アメリカ合衆国ニューヨーク州14830、コ ーニング、フォレスト ヒル ドライブ 48 (72)発明者 エドワード フランシス マーフィ アメリカ合衆国ニューヨーク州14870、ペ イテッド ポスト、ティンバーレイン 21 (72)発明者 ディビッド キニー スミス アメリカ合衆国ニューヨーク州14870、ペ インテッド ポスト、ティンバーレイン 18

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 負の導波路分散を発生するように調整さ
    れた屈折率分布を有していて、全分散が1520nmから1565
    nmまでの範囲内の所定の波長において-20ps/nm-km以下
    であり、かつ前記所定の波長における減衰が1dB/km以下
    であるようになされたシリカをベ−スとした分散補償光
    導波路ファイバ。
  2. 【請求項２】 前記ファイバの分散対波長曲線が1290nm
    と1565nmの間の波長の範囲内ゼロ交差を有していない請
    求項１のファイバ。
  3. 【請求項３】 前記所定の波長における前記ファイバの
    分散を前記所定の波長における前記ファイバの減衰で割
    算したものが-40ps/nm-dBより小さいようになされてい
    る請求項１のファイバ。
  4. 【請求項４】 前記所定の波長における前記ファイバの
    分散を前記所定の波長における前記ファイバの減衰で割
    算したものが-120ps/nm-dBより小さいようになされてい
    る請求項３のファイバ。
  5. 【請求項５】 公称伝送波長がカットオフ波長とベンド
    ・エッジ波長との間のほぼ中間となるようにカットオフ
    波長が調整されている請求項１のファイバ。
  6. 【請求項６】 前記屈折率分布がクラッド領域によって
    包囲された中央コア領域よりなり、前記中央コア領域
    は、前記クラッド領域に対比して、前記負の導波路分散
    を生ずるために十分に小さい直径およびそのために十分
    に大きい屈折率を有している請求項１のファイバ。
  7. 【請求項７】 中央に配置されてクラッドガラスによっ
    て包囲されかつ所定の屈折率の中央コア領域を有するコ
    アと、前記中央コア領域を包囲したクラッドガラスの層
    と、前記所定の屈折率と前記クラッドガラスの屈折率と
    の中間の屈折率を有するコア・リング領域を具備した請
    求項１のファイバ。
  8. 【請求項８】 中央に配置されてクラッドガラスによっ
    て包囲されたコアを具備しており、このコアは前記クラ
    ッドガラスの屈折率より低い屈折率を有するコア・モ−
    ト領域を有している請求項１のファイバ。
  9. 【請求項９】 中央に配置されてクラッドガラスによっ
    て包囲されたコアを具備しており、このコアは、（ａ）
    所定の屈折率を有する中央コア領域、（ｂ）前記クラッ
    ドガラスの屈折率より低い屈折率を有するコア・モ−
    ト、および（ｃ）前記所定の屈折率と前記クラッドガラ
    スの屈折率との中間の屈折率を有するコア・リング領域
    を半径が増大する方向に見てこの順序で具備している請
    求項１のファイバ。
  10. 【請求項１０】 中央に配置されてクラッドガラスによ
    って包囲されたコアを具備しており、このコアは、
    （ａ）所定の屈折率を有する中央コア領域、（ｂ）前記
    クラッドガラスの屈折率より低い屈折率を有するコア・
    モ−ト、（ｃ）前記所定の屈折率と前記クラッドガラス
    の屈折率との中間の屈折率を有するコア・リング領域、
    および（ｄ）前記クラッドガラスの屈折率より低い屈折
    率を有する第２のコア・モ−トを半径が増大する方向に
    見てこの順序で具備している請求項１のファイバ。
  11. 【請求項１１】 負の導波路分散を生ずるように調整さ
    れた屈折率分布を有するシリカをベ−スにした分散補償
    光導波路ファイバであって、全分散が1520nmから1565nm
    までの範囲内の所定の波長において-20ps/nm-kmより小
    さくなされ、かつ1520nmと1565nmとの間の前記波長範囲
    内における分散対波長曲線の平均傾斜が0と-1.2ps/nm-k
    mとの間であるようになされたシリカをベ−スとした分
    散補償光導波路ファイバ。
  12. 【請求項１２】 負の導波路分散を生ずるように調整さ
    れた屈折率分布を有するシリカをベ−スにした分散補償
    光導波路ファイバであって、全分散が1520nmから1565nm
    までの範囲内の所定の波長において-20ps/nm-kmより小
    さくなされ、かつ1520nmと1565nmとの間の前記波長範囲
    内における分散対波長曲線の平均傾斜Sdcfが 0 ≧ Sdcf ≧ 2Ddcf(Stf/Dtf) という関係式によって決定され、Ddcfは前記分散補償フ
    ァイバの分散、Stfは1290nmと1330nmとの間の範囲内の
    波長における低分散動作のために最適化された標準の単
    一モ−ド伝送ファイバの1520nmと1565nmとの間の波長範
    囲における分散対波長曲線の平均傾斜、Dtfは1520nmと1
    565nmとの間の範囲内の波長における前記標準の単一モ
    −ド伝送ファイバの分散であり、かつDdcfは-20〜-120p
    s/nm-kmの範囲内にあるようになされたシリカをベ−ス
    とした分散補償光導波路ファイバ。
  13. 【請求項１３】 Dtfが約15ps/nm-km、プラスまたはマ
    イナス5ps/nm-kmであるようになされた請求項１２のフ
    ァイバ。
  14. 【請求項１４】 負の導波路分散を生ずるように調整さ
    れた屈折率分布を有するシリカをベ−スにした分散補償
    光導波路ファイバであって、全分散が1520nmから1565nm
    までの範囲内の所定の波長において-20ps/nm-kmより小
    さくなされ、かつ1520nmと1565nmとの間の前記波長範囲
    内における分散対波長曲線の平均傾斜Sdcfが 0 ≧ Sdcf ≧ 2Ddcf(Stf/Dtf) という関係式によって決定され、Ddcfは前記分散補償フ
    ァイバの分散、Stfは1290nmと1330nmとの間の範囲内の
    波長における低分散動作のために最適化された標準の単
    一モ−ド伝送ファイバの1520nmと1565nmとの間の波長範
    囲における分散対波長曲線の傾斜、Dtfは1520nmと1565n
    mとの間の範囲内の波長における前記標準の単一モ−ド
    伝送ファイバの分散、そしてDdcfは前記所定の波長にお
    ける前記標準の単一モ−ド伝送ファイバの分散であるシ
    リカをベ−スとした分散補償光導波路ファイバ。
  15. 【請求項１５】 1290nmと1330nmとの間の範囲内の波長
    における低分散動作のために最適化された標準単一モ−
    ド伝送ファイバの少なくとも40kmと、前記標準単一モ−
    ド伝送ファイバの長さの約２分の１以下の長さでもって
    負の導波路分散を生ずるように調整された分散補償光導
    波路ファイバとの直列の組合せよりなる分散補償された
    光伝送リンクであって、このリンクの光源スペクトル幅
    のnm当りの全分散が1520nmから1565nmまでの波長範囲内
    の所定の波長において300ps/nm以下であるようになされ
    た分散補償された光伝送リンク。
  16. 【請求項１６】 前記分散補償ファイバおよび前記標準
    ファイバに直列に接続された光ファイバ増幅器をさらに
    具備しており、前記分散補償された光伝送リンクにおけ
    る損失が標準単一モ−ド・ファイバの少なくとも40kmの
    長さにおける減衰より小さいかあるいはそれに等しくな
    された請求項１５の光伝送リンク。
  17. 【請求項１７】 前記分散補償ファイバがコアにErド−
    ピングを含んでおり、かつさらに分布ファイバ増幅器を
    具備している請求項１５の光伝送リンク。
  18. 【請求項１８】 1290nmと1330nmとの間の範囲内の波長
    における低分散動作のために最適化されたシリカをベ−
    スにした標準単一モ−ド伝送ファイバの少なくとも40km
    と、負の導波路分散を生ずるように調整された屈折率分
    布を有する分散補償光導波路ファイバの所定長との直列
    組合せを具備しており、前記ファイバの全分散が1520nm
    から1565nmまでの範囲内の所定の波長において-20ps/nm
    -kmより小さく、前記所定の波長における前記ファイバ
    の減衰が、1dB/kmより小さく、かつ前記分散補償ファイ
    バの長さが前記標準単一モ−ド伝送ファイバの長さの約
    ２分の１より大きくないようになされた分散を補償され
    た光伝送リンク。
  19. 【請求項１９】 1290nmと1330nmとの間の範囲内の波長
    における低分散動作のために最適化されたシリカをベ−
    スにした標準単一モ−ド伝送ファイバの少なくとも40km
    と、負の導波路分散を生ずるように調整された屈折率分
    布を有する分散補償光導波路ファイバの所定長との直列
    組合せを具備しており、1520nmから1656nmまでの波長範
    囲内における分散対波長曲線の平均傾斜が0と-1.2ps/nm
    2-kmとの間であり、前記分散補償ファイバの長さが前記
    標準単一モ−ド伝送ファイバの長さの約２分の１より大
    きくないようになされた分散を補償された光伝送リン
    ク。
  20. 【請求項２０】 1290nmと1330nmとの間の範囲内の波長
    における低分散動作のために最適化された標準単一モ−
    ド伝送ファイバの第１の長さと、負の導波路分散を生ず
    るように調整された屈折率分布を有する分散補償光導波
    路ファイバの所定長との直列組合せを具備する分散を補
    償された光伝送リンクであって、負の導波路分散を生ず
    るように調整された屈折率分布を有しかつ前記第１の長
    さの約２分の１より小さい第２の長さを有する分散補償
    光導波路ファイバとの直列組合せよりなり、1520nmから
    1565nmまでの波長範囲内の所定の波長における前記伝送
    リンクの複合２次歪み積が、前記所定の波長における低
    分散動作のために最適化されかつ前記第１の長さと同じ
    長さを有する分散シフト単一モ−ド・ファイバよりなる
    伝送リンクの複合２次歪み積とほぼ同一のレベルまで低
    下されるようになされた分散を補償された光伝送リン
    ク。
  21. 【請求項２１】 1290nmと1330nmとの間の範囲内の波長
    における低分散動作のために最適化された標準単一モ−
    ド伝送ファイバに対して使用するための分散補償器であ
    って、1520nmから1565nmまでの範囲内の所定の波長にお
    いて負の全色分散を有する分散補償ファイバと直列に接
    続された光ファイバ増幅器を具備しており、この光ファ
    イバ増幅器は前記所定の波長において増幅を与えるよう
    になされている分散補償器。
  22. 【請求項２２】 前記負の全色分散が前記ファイバの屈
    折率分布に基因するものであり、その屈折率分布は負の
    導波路分散を生ずるように調整されている請求項２１の
    分散補償器。
  23. 【請求項２３】 前記分散補償ファイバの長さが約30km
    より小さい請求項２１の分散補償器。
  24. 【請求項２４】 前記光ファイバ増幅器が増幅器ファイ
    バを含んでおりかつその増幅器ファイバと前記分散補償
    ファイバとの間のスプライスによって前記分散補償ファ
    イバに接続されている請求項２１の分散補償器。
  25. 【請求項２５】 1520nmから1565nmまでの範囲内の所定
    の波長で動作する光源と、光検知器と、光伝送ファイバ
    と、分散補償ファイバと、前記光源および光検知器間に
    直列に接続された光ファイバ増幅器を具備し、前記伝送
    ファイバは1290nmから1330nmまでの範囲内の波長におけ
    る低分散動作のために最適化されており、前記分散補償
    ファイバは負の導波路分散を生ずるように調整された屈
    折率分布を有し、このファイバの全分散が1520nmから16
    56nmまでの範囲内の所定の波長において-20ps/nm-kmよ
    り小さくなるようになされている光伝送システム。
  26. 【請求項２６】 前記光源が前記伝送ファイバ、前記分
    散補償ファイバおよび前記ファイバ増幅器の直列組合せ
    に第１のＷＤＭカプラ手段によって接続されており、前
    記システムは1290nmと1330nmとの間の波長で動作する第
    ２の光源をさらに具備しており、この第２の光源は前記
    第１のＷＤＭカプラ手段によって前記直列組合せに接続
    されており、前記検知器は第２のＷＤＭカプラ手段によ
    って前記直列組合せに接続されており、さらにまた前記
    第２のカプラ手段によって前記直列組合せに接続された
    第２の検知器を具備しており、この第２の検知器は前記
    第２の光源によって発生された信号を受信するようにな
    されている請求項２５のシステム。
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