JPH07183848A - 線路の歪みに対する補正を備えた光ファイバ伝送システム - Google Patents

線路の歪みに対する補正を備えた光ファイバ伝送システム

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JPH07183848A
JPH07183848A JP6177436A JP17743694A JPH07183848A JP H07183848 A JPH07183848 A JP H07183848A JP 6177436 A JP6177436 A JP 6177436A JP 17743694 A JP17743694 A JP 17743694A JP H07183848 A JPH07183848 A JP H07183848A
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optical
absorption
saturable absorber
digital signal
optical fiber
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JP6177436A
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Francis Pirio
ピリオ フランシス
Jean-Baptiste Thomine
トミヌ ジャン─バプティスト
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Orange SA
France Telecom R&D SA
Original Assignee
CENTRE NAT ETD TELECOMM
France Telecom SA
Centre National dEtudes des Telecommunications CNET
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    • H04B10/291—Repeaters in which processing or amplification is carried out without conversion of the main signal from optical form
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    • H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
    • H04B10/2513—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion
    • H04B10/2525—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion using dispersion-compensating fibres

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 オンライン光増幅を行う光ファイバ上で、非
常に長距離の伝送線路によって起こる歪を補正すること
が可能なシステムを提供する。 【構成】 所定の通過帯域を有するデジタル信号を、オ
ンライン光増幅を行って伝送線路上で伝送するためのシ
ステムであって、前記伝送線路が複数の光ファイバ部１
と複数の光増幅器２とを備えており、光増幅器のそれぞ
れが隣接する２個の光ファイバ部の間に挿入されてお
り、前記システムが、特にノイズと伝送線路上を伝播す
ることによってデジタル信号に生ずる歪みとをオンライ
ン補正するための装置を１つ以上備えており、前記のオ
ンライン補正装置３が、デジタル信号の通過帯域に実質
的に匹敵する通過帯域を有する１個以上の帯域通過光フ
ィルタ４、および光パワーに応じてその吸収が減少する
非線形の受動光学素子である１個以上の可飽和吸収素子
５を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバによる非常
に長距離（数千キロメートル）のデジタル伝送分野で、
線路光増幅器を使用したシステムに関するものである。
このような非常に長距離のシステムにおいては、伝送フ
ァイバによって起こる歪みが、ビットレートを制限する
主要因の１つになっている。実際、そのような歪みは、
標準的な光ファイバシステム（数百キロメートル程度の
リンクを提供するもの）においては一般的に見過ごされ
るが、長距離伝送システムにおいては、大きな妨害要因
となる。
【０００２】本発明は、大洋横断リンクなどにおいて使
用される長さ1,000 キロメートル以上の伝送線路におい
て、この伝送線路によって起こる歪みを、オンラインで
補正することの可能な光ファイバ線路上での伝送システ
ムに関するものである。
【０００３】
【従来の技術】伝送ファイバによって起こる歪みは、単
モードファイバで起こる２つの現象、つまり色分散およ
び非線形効果が組み合わされて存在することによって発
生する。第１の現象は色分散である。この現象は、シリ
カの屈折率が周波数依存性であることによって発生す
る。その結果、伝播時間が動作波長に応じて変化する。
一般に、色分散はデジタル信号列のパルスを拡げ、従っ
て、符号間干渉を作り出す傾向にある。
【０００４】一般に使用されている光ファイバでは、色
分散は1.3 μｍ付近でゼロ、1.55μｍ付近で約17ps/nm/
kmという正の値をとる。また、1.55μｍ領域で色分散が
ゼロとなるように設計されたオフセット分散を有する光
ファイバを使用することも可能である。非常に長距離の
システム（数千キロメートルの距離をカバーするもの）
は1.55μｍで作動する。この波長においては、一般に使
用される光ファイバは、その色分散値があまりに高いた
めに使用不可能であり、従ってその場合、オフセット分
散を有する光ファイバが使用される。
【０００５】色分散による歪みの影響は、パルスのスペ
クトル成分に大きく依存することに注意されたい。つま
り、パルスの光の位相がその開始点で正であり、その終
了点で負である変化をする場合、このパルスは正の色分
散によって大きく拡大される。負の分散については反対
のことが言える。結局、色分散は光パワーとは無関係の
歪みを引き起こす。
【０００６】第２の現象は非線形効果に関するものであ
る。光ファイバにおける最も重要な非線形効果はカー効
果である。この効果は、例えばKW.blow and J.J.Doran
の"Non-Linear effects in optical fibers and fiber
devices"（IEEE Proceedings, June 1987, pp.138-14
4) に記載されており、シリカの光パワーに対するシリ
カの一次依存性を表現するものである。この効果は、光
システム操作の通常の分野（約400km 以下の距離でパワ
ーの値が約10mW以下）では非常に低いものであるが、非
常に高いパワーの値（１ワット程度）または中程度のパ
ワーの値で非常に長距離を伝播させる場合（周期的な増
幅を用いたシステムにおいて数百キロメートル）、無視
できないものとなる。
【０００７】色分散がない場合には、カー効果が光パル
スの自己位相変調を誘発する。つまり、光パワーに比例
して、パルスの開始点で位相が減少し、その終了点で増
加する。このことによって、光スペクトルは拡がり、ス
ペクトル組成が、負の色分散について大きく拡張され
る。長距離増幅システムにおいては、伝送光ファイバに
よって与えられる歪みは、従って、色分散（第１の現
象）と非線形効果（第２の現象）の組み合わせであると
見なされるべきである。以上２つの効果の組み合わせ
は、シュレディンガーの非線形方程式として公知の、距
離および時間についての偏微分である非線形方程式で表
され、その解は、特にG.Agrawal の"Non-linear Fiber
Optics" Academic Pressに述べられている。
【０００８】この方程式の数値的および解析的研究によ
り、色分散（Ｄ）の符号とパルスの形状に応じて、性質
上非常に異なる２種類の挙動があることが示されてい
る。第１の挙動タイプはＤ＞０に対応する。この場合、
カー効果および色分散が伝送パルスに対して反対の効果
を有する。一般に、このことによって「変調不安定」現
象として知られる現象、つまり、1,000 〜2,000 キロメ
ートル後にパルスが「バースト」して非常に短いパルス
となり、光スペクトルが大幅に拡がる。このことが光通
過帯域に関する問題を引き起こすこともある。さらに、
このタイプの挙動には、ソリトンとして知られている特
殊なタイプのパルスが存在し、このパルスは、その時間
的およびスペクトル的形状とピークパワーとによって正
確に規定され、形状の変化なしに伝播されるという特性
を有する。
【０００９】第２の挙動タイプはＤ＜０に対応する。こ
の場合、変調不安定はなく、伝播中にスペクトルが単調
に拡がるが、スペクトルが妥当な幅を保っている間は、
パルスはある程度の完全性を維持する。しかしながら、
パルスは時間の経過と共に大きく拡がる。これにより、
符号間干渉が生ずる。この干渉は、色分散の絶対値に応
じて増加し、従ってこの領域における色分散の許容範囲
を大きく制限する。
【００１０】ビット比が５Ｇbit/s で作動する非常に長
距離（6,000 〜9,000 キロメートル）の増幅された水中
のシステムについては、これらの効果がすでに主なもの
であり、信号波長、増幅器の出力パワーおよび色分散に
応じた線路光ファイバの配置または選択に関する対策が
必要とされている。その場合、選択される動作範囲は、
いわゆるＮＲＺ変調方式（強度変調、直接検出）で色分
散がゼロに近いマイナスのもの（Ｄ＜０）である。
【００１１】結果的に、同様な長さでより高いビットレ
ートを有する（10Ｇbit/s 以上）システムを設計するに
は、上記の伝播効果は重大で非常に制限的なものであ
る。その場合設計者らは色分散の分野について特別な選
択に直面する。つまり、負か正かいずれかの色分散であ
る。実際、色分散がほぼゼロでわずかに負である時、波
長に関して動作領域はさらに狭められることは確実で、
同時に、線路および伝送／受信装置に関して製造の際の
制限がさらに厳しいものになるであろう。
【００１２】このような色分散の値がほぼゼロである場
合、伝送線路によって引き起こされる歪みに対する全て
の公知の補正方法では、伝送における補正か、あるいは
受信時における補正のいずれかを行う。従ってこれら公
知の方法は全て、パルスを時間的およびスペクトル的に
再形成できないという大きな欠点を有する。その結果、
これら公知の方法は符号間干渉を起こすパルスの過度な
拡大を防ぐことができない。いずれの場合でも、現在の
技術では、10Ｇbit/s を越えるビットレートを得るのは
非常に困難であろう。
【００１３】さらに、色分散が正であってパルスがソリ
トンであれば、ソリトンは伝播中に変形されず、従って
伝播歪みがないという利点を有する。しかしながら、こ
れらソリトンタイプのパルスは増幅器によって出される
ノイズと非線形的に混合される。これにより、受信の際
に、エラーのレベルの素となるジッターが発生する（ゴ
ードンハウス（Gordon-Haus)ジッターとして知られてい
る）。このジッターのみを考慮するならば、非常に長距
離（6,000 〜9,000 km）でソリトンを使用するシステム
のビットレートに対する制限は、５Ｇbit/s の範囲であ
る。このジッターに関わらず、ビットレートを増加する
ために、数種類の方法が提案されている。
【００１４】第１に知られている２つの方法は、多重化
技術に基づいたものである（１つの方法は波長の多重
化、もう１つは分極の多重化）。この他の公知の２つの
方法は、最大モノチャンネルビットレートを増加させる
ためにジッターそのものを減少させようとするもので、
オンライン制御を行う。１つの方法では、比較的狭い光
フィルタを線路に配置するという、フィルタリングによ
る制御を行う。別の方法は、変調による制御を行うもの
で、ソリトン列に対して、クロックの周波数で光のオン
ラインの再変調を行う。この方法は従って、線路内での
高周波モジュレータの使用を意味するものである。
【００１５】後者２つの方法には欠点がある。オンライ
ンフィルタリングについては、ジッターの減少はフィル
タのスペクトルの狭さに依存する。ここで、このフィル
タのスペクトルを狭くすると、そのために余計な利得が
必要になり、その結果、増幅器によって出されるノイズ
が大幅に増加するので、過度に狭くすることはできな
い。いわゆるスライドフィルタ(Sliding filter)が提案
されている。これは、フィルタの中心周波数を線路に沿
って全体にスライドさせるというものである。この方法
は実験室内では良好な結果を与えるものの、フィルタの
幅（約100 ＧHz)と比較して周波数のシフトが非常に低
い（数百ＭHz）ために、システムにおいて実施するのは
困難と思われ、従って、工業的な規模で実施するのは非
常に難しい。オンライン変調に関しては、制限はむしろ
オンライン変調器部品と、非常に高速で作動しなければ
ならず線路上で給電を必要とする、オンライン変調器の
電子回路部品とより発生する。結局、フィルタリングと
は異なり、変調は波長多重化とは両立しない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に、これ
ら従来技術のさまざまな欠点を克服しようとするもので
ある。より特定するならば、本発明の目的は、オンライ
ン光増幅を行う光ファイバ上での非常に長距離の伝送線
路によって起こる歪みを補正することの可能なシステム
を提供することにある。本発明のもう１つの目的は、実
施が簡単で、コストが低く、信頼性が高く、線路への電
力供給や精密な電子部品のセットを必要としないそのよ
うなシステムを提供することにある。
【００１７】さらに本発明の目的は、高いモノチャンネ
ルのビットレート（10Ｇbit/s を越える）を可能にし、
波長多重化と両立可能であるそのようなシステムを提供
することにある。本発明のさらなる目的は、「０」およ
び「１」でのノイズのレベルを安定させるために使用可
能であるそのようなシステムを提供することにある。本
発明の補足的な目的は、正の色分散を有する光ファイバ
を使用する場合と同様に、ソリトンと色分散がほぼゼロ
（およびゼロ未満）の光ファイバとを組み合わせて動作
可能なシステムを提供することにある。
【００１８】本発明のさらなる目的は、ソリトン伝送の
場合に、非常に高いジッター減少率を有するそのような
システムを提供することにある。本発明のもうさらなる
目的は、正の色分散において、情報を伝達する光パルス
の時間的およびスペクトル的な再形成を可能にするその
ようなシステムを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】以上の目的、ならびに以
下に示されるその他の目的は、本発明の所定の通過帯域
を有するデジタル信号を、オンライン光増幅を行って伝
送線路上で伝送するためのシステムであって、前記伝送
線路が複数の光ファイバ部と複数の光増幅器とを備えて
おり、光増幅器のそれぞれが隣接する２個の光ファイバ
部の間に挿入されており、前記システムが、特にノイズ
と伝送線路上を伝播することによってデジタル信号に生
ずる歪みとをオンライン補正するための装置を１つ以上
備えており、前記のオンライン補正装置が、第１に、デ
ジタル信号の通過帯域に実質的に匹敵する通過帯域を有
する１個以上の帯域通過光フィルタ、および第２に、光
パワーに応じてその吸収が減少する非線形の受動光学素
子である１個以上の可飽和吸収素子を備えることを特徴
とするシステムにより、達成される。
【００２０】つまり、オンライン補正装置は、状況に応
じて複数の部位に挿入可能で、可飽和吸収素子と少なく
とも１個の帯域通過光フィルタとを結合している。可飽
和吸収素子は２つの機能を有する。つまり、第１に、特
にパワーが最低である末端成分の作動減衰を行うことに
よりデジタルトレインのパルスを時間およびスペクトル
両方について再形成し、第２に、トレインの低パワーの
ストレイ（ノイズおよび場合によってはパルスエネルギ
ーの一部の漏れによる漂遊）の作動減衰を行い、そうし
て伝播中にそれらが蓄積するのを防止する。換言するな
らば、可飽和吸収素子は、「０」に存在するエネルギー
を「１」に存在するエネルギーよりも大きく減衰させる
ことによって、トレインに作動利得を印加する。
【００２１】この再形成によって、システムの与えられ
た特性（ビットレート、線路パラメータなど）につい
て、システムの動作特性という点でのマージンを広げ、
従来技術よりも高いモノチャンネルビット比を有する本
発明を用いた新規システムを設計し、従来技術において
可能であった許容量よりも高い合計許容量を有するチャ
ンネルの分極多重化および／または波長および本発明を
用いた新規システムをデザインすることが可能となる。
【００２２】光信号の比較的狭い帯域通過フィルタでの
フィルタリングは、パルスのスペクトル幅を制限するこ
とによって、可飽和吸収素子の影響を安定化することを
目的としている。本発明における第１の有利な具体例で
は、上記の補正装置が可飽和吸収素子と隣接する帯域通
過光フィルタを備えている。本発明における第２の有利
な具体例では、上記の補正装置が可飽和吸収素子と、２
つ以上の帯域通過光フィルタを備え、上記帯域通過光フ
ィルタが上記伝送線路にそって分散して配置されてい
る。
【００２３】このようにして、可飽和吸収素子が、それ
が特殊な部品であるために、所定の位置に置かれるなら
ば、それと組み合わされた一組の帯域通過光フィルタで
構成されるフィルタが線路にそって分散して配置され
る。有利な点として、上記の吸収部材および上記の帯域
通過光フィルタおよび１個以上のフィルタは、まず光フ
ァイバ部分に対して上流に、次に光増幅器に対して下流
に配置される。つまり、線路に沿って分散配置されたフ
ィルタの場合、この分散配置されたフィルタを形成して
いるそれぞれの光フィルタは増幅器の後に位置し、単一
の（分散配置されていない）フィルタによって行われる
フィルタリングよりも弱いフィルタリングを行う。この
ように、以上の光フィルタを合わせることは、可飽和吸
収素子の近傍に配置されるより狭いフィルタに相当す
る。
【００２４】本発明の好ましい具体例では、上記光ファ
イバ部分の平均光学分散は、このシステムの操作波長に
おいて、ごくわずかに負である。有利な変形例によれ
ば、上記光ファイバ部分の平均色分散は、このシステム
の操作波長において正で、上記デジタル信号はソリトン
トレインの形で送り出される。この変形例では、帯域通
過フィルタリングによって、時間的なジッターを制限す
ることが可能になる。さらに、適当な吸収部材によって
従来技術において使用されるフィルタよりもずっと狭い
フィルタを使用することが可能になる（従って、フィル
タリングの品質を向上することによって時間的なジッタ
ーをさらに抑制することが可能となる）。
【００２５】上記の可飽和吸収素子は以下の特性のうち
１つ以上を有するのが好ましい。一方で上記吸収が最小
である時に、飽和状態で、上記可飽和吸収素子によって
伝送される最大の光パワーの、もう一方で上記の吸収が
最大の時に、飽和していない状態で、上記飽和性の吸収
部材によって伝送される最小の光パワーに対する比が大
きい、吸収部材の入力において、上記デジタル信号を形
成するパルスのピークパワーが、上記可飽和吸収素子の
上記吸収を飽和する。上記の可飽和吸収素子が、飽和し
ていない最大吸収から飽和している最小吸収となるのに
かかる時間、およびその逆となるのにかかる時間が、上
記デジタル信号を形成するそれぞれのパルスの幅よりも
短い。
【００２６】最大光パワーと最小光パワーの間の比をコ
ントラストと呼ぶこともできる。上記３つの特性を有す
る可飽和吸収素子が最も効率の良いものであることを明
らかである。可飽和吸収素子の最大飽和と最小飽和との
間の行ったり来たりの時間は、飽和パルスの通過後、次
のパルスの到着前に吸収部材の吸収が再び上昇し、さら
に、飽和パルスの到着時に、吸収部材の吸収が急速に低
下してこのパルスをできるだけ効率良く通過させるため
に短く設定されるのが好ましい。
【００２７】上記の可飽和吸収素子は、上記のデジタル
信号を形成するパルスのピークパワーによって飽和さ
れ、さらに、上記可飽和吸収素子のすぐ上流に配置され
た光増幅器は、その出力パワーを調整する手段を備えて
いる。このようにして、可飽和吸収素子のすぐ上流に配
置された光増幅器の出力パワーが、この可飽和吸収素子
の入力において要求されるパワーに適応されるようにな
る。可飽和吸収素子のすぐ上流に配置された上記光増幅
器は、さらにその出力パワーをチェックする手段を備
え、上記チェック手段が上記調整手段を作動させるのが
有利である。従って、可飽和吸収素子の入力には所定の
パワー平均値が存在し、従って時間に対して一定の動作
特性が存在することを保証することができる。
【００２８】上記可飽和吸収素子のすぐ上流に配置され
た上記光増幅器の前に、追加の増幅器が設置されるのが
有利である。これは、可飽和吸収素子が、例えば標準の
線路増幅器の出力における飽和パワーよりも10倍高い値
を必要とする場合に相当する。この追加の増幅器によっ
て、パワーを必要なレベルまで増加させることができ
る。
【００２９】光減衰器は上記の可飽和吸収素子に対して
下流に設置されるのが有利である。これにより、必要な
場合には、光ファイバの入力におけるパワーをより低い
必要レベルまで減少させることが可能となる。上記デジ
タル信号はＲＺ２進方式によってコード化されるのが好
ましい。上記１つ以上の帯域通過光フィルタは、干渉レ
イヤーによって造られた光フィルタとファブリ・ペロー
の法則に従って造られた光フィルタで構成されるグルー
プに属するのが有利である。上記の可飽和吸収素子は、
例えば、In Ga As,Ga As型半導体の超格子より製造され
るのが有利である。本発明のその他の特徴および利点
は、好ましい具体例に関する以下の記載と添付した図に
よって明らかとなろう。これらの例はなんら限定的なも
のではない。
【００３０】
【実施例】本発明は従って、送信ステーションと受信ス
テーションとの間の非常に長距離のデジタル信号伝送を
行うシステムに関するものである。この送信ステーショ
ンおよび受信ステーションは光ファイバ伝送線路によっ
て連結されており、オンラインの光増幅を備えている。
図１および図２は、そのような伝送線路と、特にノイズ
と伝送線路上の伝播によって起こる歪みのオンライン補
正を行うための装置のそれぞれ別の具体例を示す。伝送
線路には複数の光ファイバ部１があり、２つの連続した
光ファイバ部は光増幅器２で分離されている。図１に示
す第１の具体例では、オンライン補正装置３が、第１
に、１桁の程度の誤差はあるが、伝送されるデジタル信
号の帯域に匹敵する通過帯域値を有する帯域通過光フィ
ルタ４、および第２に、非線形の受動光学素子である可
飽和吸収素子５を備えている。
【００３１】従って、帯域通過光フィルタ４の通過帯域
は、例えば、伝送される信号の帯域以上（20倍まで）で
ある。この実施例では、補正装置３は伝送線路の決まっ
た地点に配置されている。より明確には、補正装置は光
ファイバ部１の上流で光増幅器の下流に位置している。
この図１では、フィルタ４は可飽和吸収素子５の上流に
配置されている。しかしながら、補正装置３を構成する
これら２つの素子４と５の間の順序はさまざまである。
【００３２】図２に示す第２の具体例の、図１に示す第
１の具体例との違いは、帯域通過フィルタリングが１つ
のフィルタのみで行われるのではなく、伝送線路に沿っ
て分散して配置された複数の帯域通過光フィルタ４1 〜
４3 によって行われるということのみである。これら４
1 〜４3 のフィルタの配置は、例えば、増幅器２よりも
下流に置かれた帯域フィルタのそれぞれが、単一のフィ
ルタよりも弱いフィルタリングを行うようになされる。
つまり、これら４1 〜４3 のフィルタを合わせて、可飽
和吸収素子近くに配置されたより狭いフィルタに相当す
るようになされる。
【００３３】これら２つの本発明の補正装置の具体例で
は、帯域通過光フィルタは、例えば、干渉レイヤによっ
て、またはファブリ・ペローの原理によって製造するこ
とができる。さらに、可飽和吸収素子は、例えば、半導
体超格子、特にInGaAs、GaAsタイプのもので造られてい
る。
【００３４】図３は、可飽和吸収素子５の吸収の変化
を、光パワーの関数として示した曲線の例を示してい
る。この吸収は、光パワーと共に急激に低下し、吸収が
ほぼ一定となるレベルを２つ有する。つまり、１つは光
パワーの値が低い場合の吸収レベルＡ1 と光パワーの値
が高い場合の吸収レベルＡ2 である。この曲線におい
て、飽和パワーＰs は、吸収が（Ａ1 −３ｄＢ）に等し
い時の光パワーとして定義される。
【００３５】デジタル信号はパルス波の状態で伝送され
る。図４(a)はＲＺ方式に従ってコード化され、連続し
た２つのパルス41および42で構成された２進列の部分の
光パワーの変化を時間の関数として示す曲線を示してい
る。それぞれのパルス41、42は２進数の１に相当する。
２つの連続したパルス間の幅がビット時間Ｔb である。
【００３６】図４(b)は図４(a)に示す信号が異なる可飽
和吸収素子に印加された時の吸収の変化を、時間の関数
として示す曲線Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 を示している。第１の
曲線Ｃ1 は、反応時間ゼロの非常に好ましい可飽和吸収
素子の例に相当する。つまり、吸収は、光パワーと正反
対に、遅延なく変化する。飽和なしの最大吸収と飽和し
た最小吸収との間を行って戻る時間は、パルス列の変化
時間（つまりビット時間Ｔb ）と比較して短い。
【００３７】第２の曲線Ｃ2 は、上記のものほどは好ま
しくないものの、許容可能である可飽和吸収素子に対応
し、反応時間はゼロではないが十分に短い。吸収時間は
光パワーと反対に、わずかな遅延をもって変化する。第
３の曲線Ｃ3 は、反応時間が長過ぎる、好ましからざる
許容不可能な吸収部材に対応する。吸収は光パワーと反
対に、大きな遅延をもって変化する。可飽和吸収素子と
帯域通過光フィルタの挙動は、時間に関しては図５
(a)、図５(b)および図５(c)に、周波数に関しては図６
(a)、図６(b)および図６(c)に示されている。
【００３８】図５(a)および図６(a)は、線路の、補正装
置の前の位置におけるパルスの光パワーの変化を、それ
ぞれ時間と光の周波数の関数として示した曲線を示して
いる。このパルスの時間幅はΔＴ1 、スペクトル幅はΔ
Ｆ1 である。図５(b)および図６(b)は、線路の、可飽和
吸収素子の後かつ帯域通過光フィルタの前の位置におけ
るパルスの光パワーの変化を、それぞれ時間と光の周波
数の関数として示した曲線を示している。このパルスの
時間幅ΔＴ2 は減少した（ΔＴ2 ＜ΔＴ1 ）。従って、
可飽和吸収素子は、最低のパワーを有する末端成分と、
ノイズおよびパルスのエネルギーが一部漏れる場合それ
に起因する低パワーの漂遊パルスとの差動減衰を行うこ
とによって、パルスの品質を向上させる役割を有する。
これに対して、パルスのスペクトル幅ΔＦ2は増加した
（ΔＦ2＞ΔＦ1）
【００３９】図５(c)および図６(c)はそれぞれ、線路
の、補正装置の後の位置におけるパルスの光パワーの変
化を、それぞれ時間と光周波数の関数として示す曲線を
示している。このパルスのスペクトル幅ΔＦ3 は減少し
た（ΔＦ3 ＜ΔＦ2 ）。通過帯域光フィルタは従って、
パルスのスペクトル幅を制限することによって、可飽和
吸収素子の動作を安定させる役割を有している。反対
に、時間幅ΔＴ3 は増加した（ΔＴ3 ＞ΔＴ2 ）。最も
好ましいのは、ΔＴ3 ≒ΔＴ1 でΔＦ1 ≒ΔＦ3 である
ような場合である。つまり、パルスは歪みなく受信され
る。
【００４０】可飽和吸収素子のようなパワー非線形部材
と加えることによって、伝播に関する問題の基本的な要
素が根本的に変化することに注意されたい。なぜなら、
もしフィルタの幅と可飽和吸収素子の飽和レベルが適切
に選択されるならば、補正装置は、パルスの品質を時間
およびスペクトル両方について再改良するので、再発生
機能に近いものを有する。所定の特性を有する長距離シ
ステム内に周期的に配置することによって、この補正装
置はパルス列を周期的に向上させる。従って、仮にパル
スが、２つの補正装置間で、線路のパラメータに応じて
拡がるか、時間的に狭くなるか、スペクトル的に狭くな
ったとしても、次の補正装置に達っした直後に再び平衡
状態に回復される。従って、これにより、線路を通して
安定した伝播が確実に行われる。同様に、線路の入力に
おいて、パルスが正確に平衡状態に対応していない場合
でも、そのパルスは、線路の一部を通過してさらに数個
の補正装置を通過した後に、この状態に向かう。補正装
置の数とそれらの正確な特性は、例えば、次の一般則に
従って数値上のシミュレーションによって決定すること
ができる。つまり、補正装置は、システムが再生不可能
になる位置の前に（つまり、連続したパルス間に符号間
干渉が生じる前、あるいは、パルス間に大量の漂遊が発
生する前に）挿入されなければならない。
【００４１】ソリトンを使用したシステムの場合には、
フィルタの特性の選択は、希望するジッターの減少レベ
ルにも関係してくる。このソリトンタイプのパルスの例
においては、帯域通過光フィルタは、時間的なジッター
を抑制するのにも使用することができる。さらに、可飽
和吸収素子によって、一般に使用されるフィルタよりも
ずっと狭いものを使用することが可能となる。これによ
り、さらにジッターを減少させることができる。
【００４２】補正装置は、（例えば変調による制御とは
違って）線路上に全く給電を必要とせず、あるいは（特
に「スライドフィルタ」法とは違って）線路に沿ってフ
ィルタの中心周波数を正確に設定する必要もない。結
局、可飽和吸収素子は、図３における差（Ａ1 −Ａ2 ）
がより大きく、パルスのピークパワーが真にその吸収を
飽和させ、最大飽和と最小飽和との間を行って戻る時間
が伝送トレインの時間よりも短いと、ますます効果的な
ものとなる。
【００４３】図７(a)および図７(b)は図１に示した本発
明の伝送システムの、それぞれ別の変形例である。この
２つの変形例は、パルスのピークパワーが、可飽和吸収
素子の吸収を確実に飽和させることを、特に意図して設
計されている。実際、図７(a)に示すように、可飽和吸
収素子５のすぐ上流に設置された通常の光増幅器は、第
１に光増幅器72の出力パワーを調節するための調整手段
（図示せず）と、第２に光増幅器72の出力パワーをチェ
ックするための制御手段73を備えた特殊な光中継器71で
置換することが可能である。これら制御手段73は、第１
に増幅器72の出力パワーを検出するためのカプラ74に、
第２にこの増幅器72を調整する手段へと連結されてい
る。この特殊な光中継器71によって、可飽和吸収素子に
必要なパワーを入力することが可能となる。制御手段73
により、さらに可飽和吸収素子の入力における所定の平
均パワーが保証され、従って、時間に対して一定の動作
特性が確実に得られるようになる。さらに、可飽和吸収
素子５に沿った光ファイバ部１の入力におけるパワー
は、必要に応じて、可飽和吸収素子の出力に配置された
光減衰器75によって、要求されている低い値まで低下さ
せることができる。
【００４４】例えばエルビウムを添加した典型的な増幅
器をとれば、このタイプの構成によって、飽和レベルで
２〜３の大きさの利得が得られる（増幅器の平均出力レ
ベルは−10〜＋15 dBm）。このようにして、線路および
伝播の観点から必要とされるパワー特性とは比較的異な
った特性を有する可飽和吸収素子を使用することができ
る。図７(b)は、可飽和吸収素子がさらに高い飽和パワ
ー値、例えば標準の線路増幅器の出力におけるパワーの
値より10倍高い値を必要とする場合に相当する。この場
合、吸収素子のすぐ上流に配置される中継器71の前に、
追加の光増幅器76が設置される。従って２つの増幅段階
が存在し、これによりパワーを必要なレベルまで上げる
ことができる。
【００４５】以下の記載は本発明の伝送システムを実施
した場合の３つの結果を示すものである。これら３つの
結果では、動作波長は、エルビウムを添加された光ファ
イバ増幅器の増幅ウインド内にある（つまり1,528nm か
ら約150nm ）。線路の光ファイバの有効表面積は約50μ
ｍ2 であり、カー指数は約 2.7×10 -20ｍ2/Ｗ、減衰値
は約0.2dB/kmである。
【００４６】第１のケースでは、システムは、ほぼゼロ
の色分散モードでＲＺ変調を使用し、以下の特性を有す
る。20Ｇbit/s で半値幅が10psであるパルスで変調され
るＲＺ列、および動作波長におけるオフセット色分散の
平均値が-0.05ps/nm/km で、損失0.2dB/kmの光ファイバ
と、40kmの間隔を有し、平均の出力パワーが０dBm でノ
イズファクタが６dBであるエルビウムを添加された光フ
ァイバ増幅器とで構成される線路。
【００４７】補正装置なしでは、2,000 キロメートル後
には、動作特性は極めて不良である（クロック信号は回
復不可能）。バンドが３dBで約0.4nm の帯域通過光フィ
ルタと可飽和吸収素子（飽和パワーは数ミリワット）で
構成される補正装置を、200km 間隔（増幅器の後）に配
置し、補正装置の出力における出力パワーの値を０dBm
に維持すれば、パルス列は最大9,000kmまで、優れた動
作特性を維持したままで（エラー率は9,000kmで10-10を
大きく下回る）伝播される。
【００４８】第２のケースでは、システムはソリトン伝
播モードでＲＺ変調を使用し、以下の特性を有する。20
Ｇbit/s で半値幅が10psであるパルスで変調されるＲＺ
列、および動作波長におけるオフセット色分散の平均値
が0.22ps/nm/kmで、損失0.2dB/kmの光ファイバと、40km
の間隔を有し、平均の出力パワー＋３dBm でノイズファ
クタが６dBであるエルビウムを添加された光ファイバ増
幅器で構成される線路。補正装置なしでは、9,000 キロ
メートルで、動作特性は極めて不良である（クロック信
号は回復不可能）。３dB、1.5nm の帯域フィルタを各増
幅器の後に挿入すると、動作特性は9,000kmで極めて不
良（クロック信号は回復不可能）。400kmおき（増幅器
の後）に可飽和吸収素子（飽和パワーは数ミリワット）
を挿入し、フィルタを維持することにより、パルス列は
優れた動作特性を維持したままで（エラー率は9,000km
で10-10 を大きく下回る）伝播される。
【００４９】第３のケースでは、システムはソリトン伝
播モードでのＲＺ変調を使用し、以下の特性を有する。
40Ｇbit/s で半値幅が５psであるパルスで変調されるＲ
Ｚトレイン、および動作波長におけるオフセット色分散
の平均値が0.11ps/nm/kmで、損失0.2dB/kmの光ファイバ
と、40kmの間隔を有し、平均の出力パワー＋５dBm でノ
イズファクタが６dBであるエルビウム添加光ファイバ増
幅器とで構成される線路。装置なしでは、距離2,000km
以降、動作特性は極めて不良である（クロック信号は回
復不可能）。３dB、1.25nmの帯域フィルタを各増幅器の
後に挿入すると、動作特性は、距離3,000km 以降極めて
不良である（クロック信号は回復不可能）。フィルタを
入れたまま、可飽和吸収素子（飽和パワーは数ミリワッ
ト）を挿入（各増幅器の後、つまり40kmおきに）し、さ
らに出力パワーを（この場合は補正装置の出力で）＋５
dBm に維持することにより、パルス列は優れた動作特性
を維持したままで伝播される（エラー率は9,000km で10
-10 を大きく下回る）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の伝送システムにおいて使用される伝送
線路と補正装置の具体例である。
【図２】本発明の伝送システムにおいて使用される伝送
線路と補正装置の具体例である。
【図３】本発明のシステムにおいて使用される可飽和吸
収素子の吸収の変化を光パワーの関数として示した曲線
の例である。
【図４】(a)は、ＲＺ２進方式にコード化されて連続す
る２つの「１」で構成される２進トレインの一部につい
て、光パワーの変化を時間の関数として示した曲線であ
り、(b)は(a)に示す信号が印加された場合の、それぞれ
別個の可飽和吸収素子の吸収の変化を時間の関数として
示した曲線である。
【図５】(a)、(b)、(c)はそれぞれ、本発明の伝送線路
の異なる位置にある、すなわちそれぞれ、補正装置の
前、可飽和吸収素子の後で帯域通過光フィルタの前、補
正装置の後における同一のパルスの光パワーの変化を時
間の関数として示した曲線である。
【図６】(a)、(b)および(c)はそれぞれ、図５の(a)、
(b)および(c)に対応する位置の同一のパルスの光パワー
の変化を光の周波数の関数として示した曲線である。
【図７】(a)および(b)は図１に示す本発明の伝送システ
ムのそれぞれ別の変形例を示す。
【符合の説明】
１ 光ファイバ部 ２、72、76 光増幅器 ３ 補正装置 ４、４1 、４2 、４3 帯域通過光フィルタ ５ 可飽和吸収素子 41、42 パルス 71 中継器 73 制御手段 74 カプラ 75 光減衰器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/135 10/13 10/12

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の通過帯域を有するデジタル信号
    を、オンライン光増幅を行って伝送線路上で伝送するた
    めのシステムであって、前記伝送線路が複数の光ファイ
    バ部と複数の光増幅器とを備えており、光増幅器のそれ
    ぞれが隣接する２個の光ファイバ部の間に挿入されてお
    り、前記システムが、特にノイズと伝送線路上を伝播す
    ることによってデジタル信号に生ずる歪みとをオンライ
    ン補正するための装置を１つ以上備えており、前記のオ
    ンライン補正装置が、 第１に、デジタル信号の通過帯域に実質的に匹敵する通
    過帯域を有する１個以上の帯域通過光フィルタ、および
    第２に、光パワーに応じてその吸収が減少する非線形の
    受動光学素子である１個以上の可飽和吸収素子を備える
    ことを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】 前記補正装置が、隣接して配置された可
    飽和吸収素子と帯域通過光フィルタを備えていることを
    特徴とする請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】 前記補正装置が、可飽和吸収素子と２個
    以上の帯域通過光フィルタとを備え、帯域通過光フィル
    タが、伝送線路に沿って分散して配置されていることを
    特徴とする請求項１に記載のシステム。
  4. 【請求項４】 前記吸収素子および前記帯域通過光フィ
    ルタが、光ファイバ部の上流であって、光増幅器の下流
    に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のシ
    ステム。
  5. 【請求項５】 前記吸収素子および複数の帯域通過光フ
    ィルタが、光ファイバ部の上流であって、光増幅器の下
    流に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の
    システム。
  6. 【請求項６】 前記光ファイバ部の平均の光学分散が、
    システムの動作波長において、ごくわずかに負であるこ
    とを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  7. 【請求項７】 前記光ファイバ部の平均の色分散が、シ
    ステムの動作波長において正であり、デジタル信号がソ
    リトン列の形で伝送されることを特徴とする請求項１に
    記載のシステム。
  8. 【請求項８】 前記可飽和吸収素子が、以下に示す群に
    属する特性の少なくとも１つを備えることを特徴とする
    請求項１に記載のシステム： −飽和状態で、吸収が最小である時に、可飽和吸収素子
    によって伝送される最大の光パワーと、飽和していない
    状態で、吸収が最小である時に、可飽和吸収素子によっ
    て伝送される最小の光パワーとの比が大きい； −吸収素子の入力において、デジタル信号を形成するパ
    ルスのピークパワーが、可飽和吸収素子の吸収を飽和さ
    せる；および −可飽和吸収素子が、飽和していない最大吸収から飽和
    している最小吸収となるのにかかる時間およびその逆と
    なるのにかかる時間が、デジタル信号を形成するそれぞ
    れのパルスの幅よりも短い。
  9. 【請求項９】 前記可飽和吸収素子が、デジタル信号を
    形成するパルスのピークパワーで飽和される吸収を有す
    るようなタイプのものであるシステムにおいて、可飽和
    吸収素子のすぐ上流に配置された光増幅器が、その出力
    パワーを調整する手段を備えていることを特徴とする請
    求項８に記載のシステム。
  10. 【請求項１０】 前記可飽和吸収素子のすぐ上流に配置
    されている光増幅器が、さらに、その出力パワーをチェ
    ックする制御手段を備えており、制御手段が前記調整手
    段を作動させること特徴とする請求項９に記載のシステ
    ム。
  11. 【請求項１１】 前記可飽和吸収素子のすぐ上流に配置
    されている光増幅器の前に、追加の光増幅器を設けられ
    ていることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 前記可飽和光学素子の下流に光減衰器
    が配置されていることを特徴とする請求項９に記載のシ
    ステム。
  13. 【請求項１３】 デジタル信号が、ＲＺ２進方式に従っ
    てコード化されていることを特徴とする請求項１に記載
    のシステム。
  14. 【請求項１４】 上記帯域通過光フィルタが干渉レイヤ
    ーによって造られた光フィルタ；およびファブリ・ペロ
    ーの法則に従って造られたフィルタ；で構成される群に
    属していることを特徴とする請求項１に記載のシステ
    ム。
  15. 【請求項１５】 前記可飽和吸収素子が、半導体超格子
    より造られていることを特徴とする請求項１に記載のシ
    ステム。
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