JPH07212304A - 光分散補償器 - Google Patents

光分散補償器

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JPH07212304A
JPH07212304A JP6278202A JP27820294A JPH07212304A JP H07212304 A JPH07212304 A JP H07212304A JP 6278202 A JP6278202 A JP 6278202A JP 27820294 A JP27820294 A JP 27820294A JP H07212304 A JPH07212304 A JP H07212304A
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    • H04B2210/258Distortion or dispersion compensation treating each wavelength or wavelength band separately

Abstract

(57)【要約】 【目的】本件発明は、長い光ファイバ又は特別に設計さ
れたファイバを使用することなく低損失の分散補償を実
現することを目的とする。 【構成】本件発明は、入力デマルチプレクサ、出力マル
チプレクサ及び該デマルチプレクサの出力ポートを該マ
ルチプレクサの入力ポートに接続する複数の遅延差ライ
ンからなり、波長分散に起因する光伝送システム内での
パルスの広がりは、異なる波長成分を分離してこれらを
選択的に遅延することによって低減されている。また、
再結合の際にはこれら波長成分の元の位相が復元され、
これによりこれらパルスが狭化されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光伝送システム、より詳
細には、光ファイバ内の群速度分散の影響を低減するた
めの構成に関する。
【0002】
【発明の背景】異なる波長の光波が光ファイバに沿って
伝播するとき、これらは、異なる群速度にて伝播する。
このいわゆる色分散、或は群速度分散はパスルの広がり
(pulse broadening)を起こすが、これは光ファイバを
通じて運ぶことができる情報の速度を制限する。最近、
LP11空間モードにて、それらの遮断波長近傍で動作す
る二重モードファイバを使用する分散補償器に関心が寄
せられている。光ファイバ内の高次の空間モードは大き
な負の色分散を示すために、このような構成は、従来の
単一モードファイバスパン内の正の分散を補償するため
の手段を提供する。これに関しては、例えば、1993
年2月9日付けで交付され、本発明の譲受人に譲渡され
た米国特許第5,185,827号を参照すること。
【0003】分散補償のための二重モードファイバの使
用の魅力は、それがLP11モードにてそれらの遮断周波
数近傍で動作することによって大きな負の導波路分散を
達成でき、このためにある与えられた量の正の分散を補
償するために要求されるファイバの量が最小化できるこ
とに由来する。1993年11月9日付けで出願され、
本発明の譲受人に譲渡されたCraing.D.Poole(Case5)
の特許出願、つまり、米国特許出願第08/150,5
13号において説明されているように、少ないファイバ
の使用は損失を低減するが、ただし、遮断周波数近傍で
の動作は、曲げ損失(bending losses)に対する弱さ
(sensitivity )を大きく増加させ、この損失がどれだ
けの分散補償が実現できるかの実施上の制約となる。
【0004】この問題に対する別のアプローチは、V.A.
Bhagavatula らによって、「エレクトロン レター」
(Electron Lett.)、19,317(1983年)によ
って掲載された『低損失及び低分散のセグメント化コア
単一モードファイバ(Segmented Core Single Mode Fib
ers )』という標題の論文において説明されているよう
に分散シフトファイバ(dispersion shifted fiber)を
使用する。ただし、分散シフトファイバは期待されるよ
りかなり損失が大きくなる傾向がある。
【0005】従って、本発明の一つの目的は、長さの長
い光ファイバ、或は特別に設計されたファイバを使用す
ることなく、低損失の分散補償を実現することにある。
本発明のもう一つの目的は、空間モードの向き(spatia
l mode orientation)に敏感でない手段によって分散補
償を実現することにある。
【0006】
【本件発明の概要】光パルスが光ファイバに沿って伝播
するとき、異なる波長成分が異なる群速度にて伝播する
パルスを構成する。これは結果として、これら成分の相
対位相に変化を与え、また、パルスの広がりの原因とな
る。本発明によると、異なる波長成分を分離し、これら
を選択的に遅延することによってこれら位相が復元さ
れ、パルスが狭化される。
【0007】本発明の一つの長所は、波長の分離、遅延
及び再結合を行なうために必要とされる全ての成分が実
質的に損失のない手段によって達成できることである。
本発明のもう一つの長所は、分散補償器全体が集積光学
技術を使用して製造できることである。
【0008】本発明のこれら及びその他の目的、本発明
の性質、及び本発明の様々な特徴が付属との図面との関
係で以下に詳細に説明される様々な一例としての実施例
を考察することによって一層明確になるものである。
【0009】
【詳細な記述】図1には本発明と関係のある一例として
の光ファイバ通信システム10が示される。典型的に
は、このシステムは光送信器11を含むが、この出力
は、一連の光パルス15、光受信器12、及び相互接続
光ファイバリンク13を構成する。ただし、光波エネル
ギがファイバに沿って伝播する速度が波長の関数として
変動するために、単一モード及び多重モードの両方の全
ての光ファイバは分散を導入し、この結果として、光パ
ルスがこれらがファイバに沿って伝播するにしたがって
広がる。光パルスが広がるとシステムの情報搬送能力が
低減されるために、波長分散(wavelength dispersion
)の影響を低減するための様々な技法が提唱されてい
る。こうして、典型的には、分散補償器14がファイバ
リンク13の出力端の所に挿入され、ここで、広がった
パルス16がそれらの元の形状17に復元される。結果
として、この分散補償器は、ファイバリンク内で生成さ
れる分散を補償するピコ秒/ナノメータ/キロメータ
(picoseconds per nanometer per kilometer )の共通
単位にて表現される負の分散を導入する。
【0010】次に説明される図2は、ブロック図にて、
本発明の教示に従う分散補償器20を示す。この補償器
は、複数の遅延差ライン(differential delay line )
によって相互接続された入力デマルチプレクサ21及び
出力マルチプレクサ22から構成される。
【0011】この補償器の動作は、光パルスが図3に示
されるように波長λ1 、λ2 ...λ1 を中心とする幅
Δλの複数のサブバンドに分割することができる波長分
布Δλn を持つという認識に基づく。異なる波長成分の
伝播速度は異なるために、様々な成分間の位相関係が乱
され、結果として、望ましくないパルスの広がりが起こ
る。波長成分間の正確な位相関係を復元するために、本
発明によると、これらの成分がデマルチプレクサによっ
て分離され、補償遅延が導入される。こうして、補償プ
ロセスにおける第一のステップは、数個の異なる波長成
分を分離することから成る。これが入力デマルチプレク
サ21を示す図4に解説されるが、全ての波長成分λ
1 、λ2 ...λi は、これに加えられ、デマルチプレ
クサ21の出力は、分離された個別の波長成分から構成
される。
【0012】短い波長成分は長い波長成分よりも高い速
度にて伝播する傾向があるために、補償器は短い波長成
分が長い波長成分よりも多く遅延されることを要求す
る。こうして、遅延差ライン内の遅延が波長成分の関数
として調節される。例えば、図5においては、最も長い
波長信号λi に対する遅延ライン23iの長さli は、
それが最も遅い速度にて伝播するために、全ての他の遅
延ラインの長さよりも短い。最も短い波長信号λ1 に対
する遅延ラインの長さは最も長く、これは、l1にある
長さ差(differential length )Δli を加えたものに
等しい。全ての中間波長信号λ2 、λ3 、...、に対
しては、遅延ライン23−2、23−3...の長さ
は、それぞれ、l1 +Δl2 、l1 +Δl3 ...に等
しい。ここで、Δl1 >Δl2 >Δl3 ...>Δli
である。
【0013】幾つかの波長間の適当な位相関係の再確立
が達成されたら、補償された信号が出力マルチプレクサ
21内で再結合される。
【0014】一例として、それを通じて帯域幅Bの信号
が伝送される長さLの伝送ファイバを考慮する。ファイ
バ分散g(ps/nm/km)に対しては、分散に起因
する受信信号の総時間広がり(total time spread )Δ
Tは、以下によって与えられる。
【0015】 ΔT=BgL (1) g=15 ps/nm/km B=10Ghz≒0.07nm 及び L=100kmに対しては ΔT=100ps である。
【0016】結果としてのファイバを通じてパルスが伝
わる長さの増加は、 l=c/nΔT (2) である。ここで、は光の速さであり、はファイバの
屈折率である。n=1.5であるこのケースにおいて
は、 l=2cm である。
【0017】これを補償するための、最も長い遅延ライ
ン23−1と最も短い遅延ライン23−iとの間の長さ
の差Δl1 は、従って、2cmである。中間ラインに対
する長さの差は、これら幾つかの信号成分の波長に比例
してスケーリングされる。
【0018】図6は、本発明を実現するために使用する
ことができるマルチプレクサ/デマルチプレクサを図解
する。このデバイスは、C.Dragone によって1991年
9月に発行のアイ・イー・イー・イー フォトニクス
テクノロジーレターズ(IEEEPhotonics Technology Let
ters)、Vol.3、No.9に発表の『二つの星形結
合器のプレーナ構成を使用するNxN光マルチプレクサ
(An NxN Optical Multiplexer Using a Planar Arrang
ment of Two Star Couplers )』という標題の論文にお
いて説明されるタイプのものである。この構成は、遅延
ラインの配列から構成されるグレーティング62によっ
て接続されたペアの星形結合器60及び61を含む。動
作においては、複数の波長成分λ1 、λ2 ...λi
含む入力信号が星形結合器60に加えられる。星形結合
器61の出力の所で、これらの異なる波長成分が分離さ
れ、結合器からその個別の経路に沿って出て、補償器の
遅延差ライン23に加えられる。
【0019】図7は、M.Born及びE.Wolfによって、マク
ミラン カンパニー オブ ニューヨーク(The Macmil
lan Company of New York)から1959年に出版され
た彼等の著書『オプティクスの原理(Principles of Op
tics)』において説明されるタイプの反射フォーカシン
グ回折格子(reflective focusing diffraction gratin
g )を採用するマルチプレクサ/デマルチプレクサを使
用する分散補償器の一つの代替実施例を示す。これに関
してはまたJ.B.D.Soole らによって「アプライドフィシ
ックス レターズ(Applied Physics Letters)」 の1
991年5月6日版(56)に掲載の『1.48−1.
56μm波長レンジ用のモノリシックInP/InGa
As/InP格子スペクトル計(Monolithic InP/InGaA
s/InP grating spectrometer for the 1.48-1.56μm wa
velength range)』という標題の論文も参照すること。
【0020】上に説明のデバイスはそれらが本質的に損
失を持たないという長所を持つ。従って、本発明に従う
分散補償器内の入力デマルチプレクサ及び出力マルチプ
レクサとして機能させるためにこれらデバイスを罰則な
しに使用することができる。
【0021】図8に示される分散補償器の実施例におい
ては、波長の分離は帯域通過フィルタの使用によって達
成される。この実施例においては、分散補償器は遅延差
ライン83によって接続された入力星形結合器81及び
出力星形結合器82から構成れる。全ての波長成分が結
合器81の出力の所に存在するために、各遅延ライン
は、これら波長成分の一つを通過するように調節及び同
調(tune)された帯域通過フィルタ84−1、84−
2、...84−iを含む。上に説明されるように、各
遅延ラインはそのライン内でフィルタによってパスされ
る波長に適当な遅延を提供するように調節される。構成
することは簡単であるが、このデバイス内での損失は、
図6及び7に示されるマルチプレクサ/デマルチプレク
サを使用する場合よりもかなり高い。
【0022】これまでの議論においては、一つの入力信
号の分散補償についてのみ考慮されてきた。ただし、光
伝送システムは、通常、複数の多重化されたチャネルを
持つ。このようなケースにおいては、本発明が補償器を
それがチャネル間隔或はその倍数に等しい自由スペクト
ルレンジを持つように設計することによって全てのチャ
ネルを同時に補償するために使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関する一例としての光ファイバ通信シ
ステムを示す。
【図2】本発明の教示に従う分散補償器をブロック図に
て示す。
【図3】典型的な光パルスの波長分散を示す。
【図4】入力マルチプレクサと関連する入力及び出力信
号の波長分布を示す。
【図5】異なる波長信号成分と関連する遅延差ライン及
び遅延を示す。
【図6】複数の遅延差ラインによって相互接続された二
つの星形結合器から構成されるマルチプレクサ/デマル
チプレクサを示す。
【図7】本発明に従う反射フォーカシング回折格子を採
用するマルチプレクサ/デマルチプレクサを使用する分
散補償器を示す。
【図8】波長分離を達成するための帯域フィルタを使用
する分散補償器を示す。
【符号の説明】
15 一連の光パルス 16 広がったパルス 17 元の形状 20 分散補償器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力デマルチプレクサ、 出力マルチプレクサ、及び該デマルチプレクサの出力ポ
    ートを該マルチプレクサの入力ポートに接続する複数の
    遅延差ラインから構成されることを特徴とする分散補償
    器。
  2. 【請求項2】 入力信号をその波長成分に分離するため
    の入力手段、 該波長成分を異なる時間長だけ遅延するための手段、及
    び該遅延された成分を一つの共通波長経路に再結合する
    ための出力手段を含むことを特徴とする分散補償器。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の分散補償器において、
    短い波長成分が長い波長成分よりも長く遅延されること
    を特徴とする補償器。
  4. 【請求項4】 請求項2に記載の分散補償器において、
    該入力手段が、 一つの入力ポート及び同一の複数の波長フィルタに接続
    された複数の出力ポートを持つ星形結合器を含み、 該出力手段が該遅延手段に結合された複数の入力ポート
    を持つ一つの星形結合器、及び該共通波長経路に結合さ
    れた一つの出力ポートから構成されることを特徴とする
    補償器。
JP6278202A 1993-11-15 1994-11-14 光分散補償器 Pending JPH07212304A (ja)

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