JPH08288904A

JPH08288904A - 光パルス伝送方式

Info

Publication number: JPH08288904A
Application number: JP7085738A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Takara; 秀彦高良; Satoki Kawanishi; 悟基川西; Toshio Morioka; 敏夫盛岡; Osamu Kamatani; 修鎌谷; Masatoshi Saruwatari; 正俊猿渡
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 1996-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】光パルス信号列を光ファイバを用いて伝送す
る際に、伝送用光ファイバでの非線形光学効果による伝
送特性の劣化を少なくする。【構成】光パルス信号列を送信部101aから受信部104a
へ伝送用光ファイバ102a及び中継器103a-1、103a-2を介
して伝送する光パルス伝送方式において、伝送用光ファ
イバ102a前に光パルスのパルス幅を広げる分散付与手段
105aを配置し、伝送用光ファイバ102a後に分散補償手段
106aを配置する。分散付与手段105aの全分散量が光パル
ス信号列のパルス幅を２倍以上に広げる値であり、分散
補償手段106aの全分散量が分散付与手段105aと伝送用光
ファイバ102aの全分散量の和とほぼ同じ大きさで符号が
異なり、分散付与手段105aおよび分散補償手段106aの長
さがともに伝送用光ファイバ102aに比べて十分に短いこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光パルス列を光ファイ
バを用いて伝送する光パルス伝送方式に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】超高速の時分割多重（time-division-mu
ltiplexing、以後ＴＤＭと称する）光伝送方式は光通信
の大容量化を実現する有効な方法であり現在様々な研究
開発が進められている（参考文献 S.Kawanishi et a
l.,"100 Gbit/s,200 km transmission experiment usin
g extremely low jitter PLL timing extraction and a
ll-optical demultiplexing based on polarization in
sensitive four-wave mixing",Electron.Lett.vol.30,N
O.10,1994,pp.482-484）。これは現在用いられているＴ
ＤＭ光伝送方式（符号化された光パルスを時間軸上に並
べて多重して伝送する方式）において、光パルスを短パ
ルス化することで１タイムスロット当りの所用時間を短
縮してチャンネル多重数の増加を可能とし、単位時間当
りの光パルス数（情報量）を増大する方法である。

【０００３】図８（ａ）は従来のＴＤＭ光伝送方式の一
例を示したものである。ここで１０１は送信部、１０２
（１０２−１，１０２−２および１０２−３）は伝送用
光ファイバ、１０３（１０３−１および１０３−２）は
中継器、１０４は受信部である。送信部１０１では光パ
ルス発生、符号化および複数のチャンネルの時間軸上で
の多重化を行い高速（数Ｇｂｉｔ/ｓ〜１Ｔｂｉｔ/ｓ）
の光パルス信号列を生成し、伝送用光ファイバ１０２お
よび中継器１０３からなる伝送路に送出する。伝送路中
の中継器１０３としては現在主に希土類添加光ファイバ
増幅器等で構成される１Ｒ中継器が用いられている。こ
の１Ｒ中継器は一中継区間での光ファイバでの損失を補
償するために設けられている。伝送路を伝播した光パル
ス信号列は受信部１０４において各チャンネルに分離さ
れ電気信号に変換される。

【０００４】図９（ア）および（イ）はこの伝送系にお
ける光パルス信号波形を示したものである。送信部１０
１直後の光パルス信号は図９（ア）に示したように強度
変調された短光パルスを時間軸上に配置したものであ
る。高速のＴＤＭ光伝送系を実現するためには、隣接す
る光パルス信号との符号間干渉を避けるために幅の狭い
光パルスを用いて単位時間当たりのパルス多重数を高く
する必要がある。しかし、送信部１０１で符号間干渉の
少ない超短光パルスの信号列を生成しても、伝送光ファ
イバ１０２の波長分散が大きい場合には図９（イ）のよ
うに光パルス広がりが生じ符号間干渉が生じてしまう。
したがって、従来の伝送系においては伝送用光ファイバ
１０２の波長分散によるパルス広がりを避けるため、図
８（ｂ）に示したように伝送用光ファイバ１０２の波長
分散Ｄ_tを零に一致させていた。これにより、光パルス
幅は一定のまま伝播することができ（図８（ｃ）参
照）、波長分散の影響による伝送特性の劣化を妨げるこ
とができた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな伝送系では以下に示す欠点があった。図８（ｃ）の
ように従来方式では光ファイバ中の光パルス信号列のパ
ルス半値全幅Ｔ_fwhmは常に細い状態にある。一方、光パ
ルス信号列の平均パワーＰ_ave は、光ファイバ１０２−
１〜１０２−３の損失と中継器１０３−１、１０３−２
の利得を繰り返し受けながら伝搬するため図８（ｄ）に
示すようになる。このとき光パルス信号列のピークパワ
ーＰ_peakは、一タイムスロット（一データ当りの時間）
をＴ_slotとすると次式で近似できる。

【０００６】

【数１】

【０００７】その結果図８（ｅ）のように、伝送開始地
点と各中継器１０３−１、１０３−２直後でピークパワ
ーが高くなる領域が生じてしまう。光ファイバ伝送系に
おいては、高パワーの光を伝搬させると光ファイバ内で
の３次の非線形光学効果で伝送特性の劣化が生じること
が知られている。その伝送特性劣化の主な要因として
は、自己位相変調、四光波混合、変調不安定による光パ
ルス信号の光スペクトル広がりや変化があげられる。こ
れらについての参考文献として例えば下記のものがあ
る。

【０００８】○自己位相変調、四光波混合、変調不安
定；菊池和朗、「光増幅中継系における増幅器雑音の
蓄積−光ファイバの非線形性と分散の影響の解析−」、
信学技報、ＯＱＥ９２−１１６、１９９２ ○自己位相変調；那賀明他、「光ファイバ長距離伝
送における自己位相変調と群速度分散によるアイ開口劣
化」、信学技報、ＯＱＥ９２−１１７、１９９２ ○四光波混合；青木恭弘他、「長距離光増幅中継伝
送系における非線形劣化要因の実験的検討」、１９９２
年電子情報通信学会秋期全国大会、Ｂ−６６４、１９９
２ ○変調不安定；笠、「コヒーレント光増幅中継システム
における非線形効果による信号光スペクトル構造変
化」、１９９２年電子情報通信学会秋期全国大会、Ｂ−
６６１，１９９２

【０００９】自己位相変調とは、Ｋｅｒｒ（カー）効果
により光強度に比例して信号光の位相が変化する現象で
ある。これにより光スペクトル広がりが生じ、伝送用光
ファイバの波長分散の影響が増大する。四光波混合と
は、例えば、光周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の３つの光波が
入射した時に新たな光周波数ｆ４＝ｆ１＋ｆ２−ｆ３の
光波が発生し、各光波間でパラメトリック相互作用が起
きる現象である。信号光が伝送用光ファイバの零分散波
長付近にあるとき四光波混合の位相整合条件が満足され
るため、信号光と中継器の光増幅器で発生した自然放出
光との間に相互作用が起き、雑音である自然放出光が信
号光により増幅される。そして、変調不安定とは、Ｋｅ
ｒｒ効果と異常分散に基づいて起きる変調不安定性であ
り、四光波混合と同様に信号光近傍の雑音が増大する現
象である。

【００１０】従って、従来の伝送方式では、伝送路中で
光パルスは常に短パルスの状態であるためピークパワー
が高くなるので、上記の非線形光学効果による伝送特性
の劣化が生じやすいという欠点があった。

【００１１】また、上記非線形光学効果の中でも、特に
自己位相変調は、光パルス伝送方式において大きな制限
要因であった。例えば、光パルス信号としてガウシアン
形パルスを用いた場合、自己位相変調による光スペクト
ルの増加量δωは次式で近似できる（参考文献：G.P.Ag
rawal, "Nonlinear Fiber Optics", Academic Press,Ch
apter 4）。

【００１２】

【数２】

【００１３】ここで、γは非線形定数、Ｚは伝搬距離で
ある。（２）式より自己位相変調よる光スペクトルの増
加量はピークパワーに比例するとともに、パルス幅に逆
比例する。つまり、同等のピークパワーにおいても、パ
ルス幅の細いほうが、自己位相変調による光スペクトル
広がりが大きくなってしまう。そのため、短光パルス信
号を用いる場合は、自己位相変調による光スペクトル広
がりを抑圧するため、ピークパワーを低減する必要があ
った。従って、従来の伝送方法では、伝送速度の高速化
にともない、一パルス当りのエネルギＥ（≡Ｐ_peak・Ｔ
_fwhm）が低下するため、信号の信号対雑音比（ＳＮ比）
が劣化し伝送可能な距離（中継器間隔）が減少するとい
う欠点があった。

【００１４】

【発明の目的】上述の課題を解決するため、本発明は、
光パルス信号列を光ファイバを用いて伝送する光パルス
伝送方式において、伝送用光ファイバでの非線形光学効
果による伝送特性の劣化を少なくすることができる光パ
ルス伝送方式を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明の
光パルス伝送方式は、伝送用光ファイバ前に分散付与手
段を配置し、伝送用光ファイバ後に分散補償手段を配置
する。また、該分散付与手段の全分散量（＝波長分散(p
s/nm/km)と長さ(km)の積）が光パルス信号列のパルス幅
を２倍以上に広げるのに十分高く、該分散補償手段の全
分散量が該分散付与手段と該伝送用光ファイバの全分散
量の和とほぼ同じ大きさで符号が異なり、該分散付与手
段および該分散補償手段ともに長さが該伝送用光ファイ
バに比べて十分に短いことを特徴とする。

【００１６】請求項２に記載の発明の光パルス伝送方式
は、伝送用光ファイバ前に分散付与手段を配置し、該分
散付与手段の全分散量（＝波長分散(ps/nm/km)と長さ(k
m)の積）が光パルス信号列のパルス幅を２倍以上に広げ
る値であり、該分散付与手段の長さが該伝送用光ファイ
バに比べて十分に短く、信号光の波長を該分散付与手段
と該伝送用光ファイバの全分散量の和がほぼ零となる波
長とすることを特徴とする。

【００１７】

【作用】請求項１記載の発明では、分散付与手段によっ
て光パルス信号列が分散の影響を受け、各光パルスのパ
ルス幅が広がった状態で、伝送用光ファイバによって伝
送される。そして、分散補償手段において、分散付与手
段および伝送用光ファイバでの分散が補償され、分散付
与手段前の光パルス信号列が復元される。したがって、
伝送用光ファイバを伝送させているときにのみ光パルス
幅を広げることができ、また光パルスのピークパワーを
低下させることができるので、伝送用光ファイバにおけ
る非線形光学効果による伝送特性の劣化を少なくするこ
とがでる。なお、分散付与手段および分散補償手段の長
さが共に伝送用光ファイバに比べて十分に短いので、分
散付与手段および分散補償手段におけるピークパワーの
増大による非線形光学効果による伝送特性の劣化は非常
に小さい。

【００１８】また、請求項２記載の発明では、請求項１
記載の発明と同様にして伝送用光ファイバにおける非線
形光学効果による伝送特性の劣化を低減する際に、信号
光の波長を分散付与手段と伝送用光ファイバの全分散量
の和をほぼ零とする波長とすることによって、分散補償
手段を省略している。

【００１９】

【実施例】

［実施例１］図１（ａ）は、第１の請求項に記載の光パ
ルス伝送系の第１の実施例の構成図である。ここで１０
１ａ〜１０４ａは図８（ａ）に示した従来技術と同様に
それぞれ送信部、伝送用光ファイバ、中継器、受信部で
ある。１０５ａは分散付与手段、１０６ａは分散補償手
段である。分散付与手段１０５ａおよび分散補償手段１
０６ａとしては、図２に示す（ａ）光ファイバ、（ｂ）
半導体レーザ増幅器、（ｃ）プレーナ型光波回路、
（ｄ）反射型ファブリペロー光共振器、（ｅ）ファイバ
グレイティング等が使用できる。図２において、１０７
は光ファイバ、１０８は半導体レーザ増幅器、１０９は
励起電流源、１１０は石英等の基板、１１１は導波路、
１１２は位相シフタ、１１３は光カップラまたは光サー
キュレータ、１１４は反射率１００％未満の光学ミラ
ー、１１５は反射率１００％の光学ミラー、１１６はフ
ァイバにフォトリフラクティブ効果等で書き込まれたグ
レイティングである。これらについて、参考文献を以下
に示す。

【００２０】○光ファイバ； A.M. Vengsarkar et al,
"Fandamental mode dispersion-conpensating fibers:
disign considerations and experiments", OFC'94, T
hk2,1994 ○プレーナ型光波回路； K.Takiguti et al., "Planar
lightwzae circuit optical dispersion equalizer",EC
OC'93,ThC12.9,1993 ○ＧＴ干渉計；深代他；「光共振器を用いた分散補償
方式の検討」、１９９４年電子情報通信学会秋期大会講
演論文集、Ｂ−９３５，１９９４ ○ファイバグレイティング； K.O. Hill et al., "Aper
iodic in-fiber Bragggratings for optical fiber dis
persion compensation", OFC'94 PD2, 1994

【００２１】以下、本実施例の原理について説明する。
図１（ａ）に示したように、伝送用光ファイバ１０２ａ
−１、１０２ａ−２および１０２ａ−３ならびに中継器
１０３ａ−１および１０３ａ−２からなる伝送路の前に
分散付与手段１０５ａ、伝送路後に分散補償手段１０６
ａをそれぞれ配置する。この分散付与手段１０５ａの全
分散量（＝波長分散(ps/nm/km)×長さ(km)）は光パルス
信号のパルス幅を２倍以上に広げるのに十分高く、分散
補償手段１０６ａの全分散量は分散付与手段１０５ａと
伝送路の全分散量の和と同じ大きさで符号が異なる。ま
た分散付与手段１０５ａおよび分散補償手段１０６ａの
長さＬ_addおよびＬ_compは伝送用光ファイバ１０２ａの
全長Ｌ_tに比べて十分に短い。

【００２２】本実施例における波長分散の分布を図１
（ｂ）に示す。伝送用光ファイバ１０２ａ内での四光波
混合、変調不安定の影響を低減するために伝送用光ファ
イバ１０２ａの波長分散Ｄ_tを正常分散に設定してい
る。また本実施例は、分散付与手段１０５ａの波長分散
Ｄ_addが異常分散で、分散付与手段１０５ａと伝送用光
ファイバ１０２ａとの全分散量の和が負（Ｄ_add・Ｌ_add
＋Ｄ_t・Ｌ_t＜０）の場合である。従って、分散補償手段
１０６ａの波長分散Ｄ_comp・Ｌ_comp（＝−Ｄ_add・Ｌ_add
−Ｄ_t・Ｌ_t＞０）は異常分散である。

【００２３】図１（ｃ）および図９（ア）〜（エ）は本
実施例におけるパルス幅の変化を示している。光パルス
信号列のパルス幅は送信部１０１ａ直後では細いが（図
９（ア）参照）、分散付与手段１０５ａを伝搬すること
によりパルス幅が広がる（図９（イ）参照）。伝送路を
伝送した光パルス信号列は伝送路の波長分散の影響をさ
らに受ける。本実施例の場合、分散付与手段１０５ａと
伝送用光ファイバ１０２ａの波長分散の符号が異なるた
めパルス幅は徐々に細くなる。そして分散付与手段１０
５ａと伝送用光ファイバ１０２ａの全分散量の和が零と
なる距離（この場合は約４０ｋｍ）で一度パルス幅が最
初の値に戻り、その後また広がる（図９（ウ）参照）。
分散補償手段１０６ａの全分散量は分散付与手段１０５
ａと伝送路の全分散量の和とほぼ同じ大きさで符号が異
なるため、分散補償手段１０６ａ直後では、光パルス信
号列の受ける全分散量の和はほぼ零となり、送信部１０
１ａ直後のパルス幅に復元する（図９（エ）参照）。

【００２４】このとき光パルス幅の平均パワーの変化は
図８（ｄ）に示す従来方式と同様である（図１（ｄ）参
照）。従って、光パルス列のピークパワーＰ_peakの変化
の振る舞いは（１）式で求めると図１（ｅ）のようにな
る。本実施例ではピークパワーの高い領域は分散付与手
段１０５ａと分散補償手段１０６ａの非常に短い領域と
伝送路中の一部のみである。この図と従来方式のピーク
パワーを示す図８（ｅ）を見比べると、本実施例の方が
ピークパワーの高い領域が減少していることが分かる。
すなわち本発明により、伝送路中での光パルス信号列の
パルス幅を広げて、ピークパワーの高い領域を従来方式
より削減することが可能であり、その結果非線形光学効
果による伝送特性の劣化を低減することができる。

【００２５】具体的には例えば、中心波長（λ_sig）１
５５６ｎｍ、パルス幅２ｐｓの光パルス信号を用いて、
伝送用光ファイバ（１０２ａ−１、１０２ａ−２および
１０２ａ−３）として長さ（Ｌ_t）１００ｋｍ（４０ｋ
ｍ＋４０ｋｍ＋２０ｋｍ）、零分散波長（λ０）１５５
８ｎｍ、波長分散Ｄ_t＝−０．１６ps/nm/kmの分散シフ
ト光ファイバ（以下ＤＳＦと称する）を用いる光パルス
伝送系において、分散付与手段１０５ａとして長さ（Ｌ
_add）４００ｍで零分散波長（λ０）１３００ｎｍ、波
長分散Ｄ_add＝１６ps/nm/kmの１．３μｍ零分散光ファ
イバ（以下１．３λ０ファイバと称する）を用いた場
合、分散付与手段１０５ａの全分散量はＤ_add・Ｌ_add＝
６．４ps/nmとなり、伝送用光ファイバ１０２ａの全分
散量はＤ_t・Ｌ_t＝−１６ps/nmとなる。分散補償手段１
０６ａとして分散付与手段１０５ａと同様に波長分散Ｄ
_comp＝１６ps/nm/kmの１．３λ０ファイバを用いた場
合、必要な長さＬ_compは次式で計算できる。

【００２６】

【数３】

【００２７】従って、この場合分散補償手段１０６ａと
して６００ｍの長さの１．３λ０ファイバを用いれば、
光パルス信号を列受信部１０４ａ直前で送信部１０１ａ
直後と同じ短光パルス信号列に復元することができる。
一方、分散媒質伝搬前後の光パルス幅Ｔ_fwhm1，Ｔ_fwhm2
の関係は論理的に次式で与えられる（参考文献：G.P. A
grawal, "Nonlinear Fiber Optics", AcademicPress, C
hapter 3）。

【００２８】

【数４】

【００２９】ここで、Ｃはパルスのチャーピングの大き
さを示すチャーピングパラメータ、ｃは光速、Ｄは波長
分散、Ｚは伝搬距離、Ｔ_fwhm0はチャーピングが無い状
態でのパルス幅である。（４）式において送信部１０１
ａ直後の光パルス信号がチャーピングの無い光パルスで
パルス幅Ｔ_fwhm0＝２ｐｓであるとすると、分散付与手
段１０５ａ後、伝送後および分散補償手段１０６ａ後の
パルス幅はそれぞれ１１ｐｓ、１６ｐｓおよび２ｐｓと
計算される。これより上記設定の場合、分散付与手段１
０５ａにより光パルス信号列のパルス幅を約５倍に広げ
てピークパワーを１／５程度に低減してから伝送するこ
とにより、同じ平均パワーを保持した上で、従来の方式
に比べて、非線形光学効果による伝送特性の劣化を大幅
に低減することができる。

【００３０】さらに、、本発明を用いることによって、
伝送路中の平均パワーを増加させることが可能であるた
め、伝送速度の高速化と中継器間隔の増大を同時に実現
することが可能である。

【００３１】なお、本実施例では、中継器１０３ａ−１
および１０３ａ−２の数が２である場合について説明し
たが、中継器数がそれ以外の場合についても当然ながら
本発明は適用できる。また、本発明は、伝送用光ファイ
バ１０２ａとして分散シフト光ファイバ（ＤＳＦ）以外
に１．３μｍ零分散光ファイバを用いた伝送系において
も適用可能である。このとき、分散付与手段１０５ａお
よび分散補償手段１０６ａの波長分散を正常分散に設定
する場合は、分散付与手段１０５ａおよび分散補償手段
１０６ａとして例えば分散シフト光ファイバが使用でき
る。逆に分散付与手段１０５ａおよび分散補償手段１０
６ａの波長分散を異常分散に設定する場合は、例えば短
波長用光ファイバ（零分散波長＜１．３μｍ）が使用で
きる。

【００３２】［実施例２］図３（ａ）は、請求項１に記
載の光パルス伝送系の第２の実施例の構成図であり、こ
の図に示す各構成には、図１（ａ）に示す対応する各構
成と同一の符号を付けている。ただし、図３では添字と
して英字ａに代えた英字ｂを用いている。

【００３３】本実施例は、分散付与手段１０５ｂと分散
補償手段１０６ｂがともに正常分散を有して、伝送用光
ファイバ１０２ｂ（１０２ｂ−１〜１０２ｂ−３）が異
常分散を有している場合である（図３（ｂ）参照）。こ
れは分散付与手段１０５ｂ、分散補償手段１０６ｂおよ
び伝送用光ファイバ１０２ｂの波長分散の符号が実施例
１と逆であるが、パルス広がりの振る舞いは実施例１と
同様になる（図３（ｃ）参照）。従ってピークパワーの
振る舞いも実施例１と同様に、伝送用光ファイバ１０２
ｂ中で一度高くなり、また減少する。従って本実施例に
おいても伝送路中でのパルス幅を広げてピークパワーの
高い領域を低減することができ（図３（ｅ）参照）、従
来の方式より非線形光学効果による伝送特性の劣化を抑
圧することができる。

【００３４】具体的には例えば、波長分散Ｄ_t＝０．１
６ps/nm/kmのＤＳＦを用いる光パルス伝送系において、
分散付与手段１０５ｂとして長さＬ_add＝０．２ｋｍで
波長分散Ｄ_add＝−４０ps/nm/kmの長波長零分散光ファ
イバを用いた場合、分散付与手段１０５ｂの全分散量は
Ｄ_add・Ｌ_add＝−８ps/nmとなり、伝送用光ファイバ１
０２ｂの全分散量はＤ_t・Ｌ_t＝１６ps/nmとなる。分散
補償手段１０６ｂとして波長分散Ｄ_comp＝−４０ps/nm/
kmの長波長零分散光ファイバを用いた場合、必要な長さ
Ｌ_c _ompは（３）式より、Ｌ_comp＝０．２ｋｍとなる。従
って、この場合、分散補償手段１０６ｂとして０．２ｋ
ｍの長さの長波長零分散光ファイバを用いれば、受信部
１０４ｂ直前で送信部１０１ｂ直後と同じ超短パルス信
号列に復元することができる。なお、本実施例の場合、
光パルス信号列の送信平均パワーを伝送用光ファイバ１
０２ｂ中で変調不安定が生じない程度に設定する必要が
ある。

【００３５】［実施例３］図４（ａ）は請求項１に記載
の光パルス伝送系の第３の実施例の構成図であり、図１
（ａ）に示すものに対応する各構成には、添字をｃに代
えた同一の符号を付けている。本実施例は、分散付与手
段１０５ｃの波長分散を異常分散、伝送用光ファイバ１
０２ｃの波長散量を正常分散とし、かつ分散付与手段１
０５と伝送用光ファイバ１０２ｃの全分散量の和が正
（Ｄ_t・Ｌ_t＋Ｄ_add・Ｌ_add＞０）とした場合である。従
って、分散補償手段１０６ｃの波長分散は正常分散（＝
−Ｄ_t・Ｌ_t−Ｄ_add・Ｌ_add＜０）である（図４（ｂ）参
照）。ただし、それ以外は第１の実施例と同様である。

【００３６】図４（ｃ）は本実施例におけるパルス幅の
変化を示している。光パルス信号列のパルス幅は送信部
１０１ｃ直後では細いが、分散付与手段１０５ｃを伝搬
することによりパルス幅が広がる。伝送路中では、分散
付与手段１０５ｃと伝送用光ファイバ１０２ｃの波長分
散の符号が異なるためパルス幅は徐々に細くなる。本実
施例の場合、伝送路中で分散付与手段１０５ｃと伝送用
光ファイバ１０２ｃの全分散量の和が零とならないため
パルス幅は伝送路中で常に広がっている。分散補償手段
１０６ｃの全分散量は分散付与手段１０５ｃと伝送路の
全分散量の和とほぼ同じ大きさで符号が異なるため、分
散補償手段１０６ｃ直後では光パルス信号列の受ける全
分散量はほぼ零となり、送信部１０１ｃ直後のパルス幅
に復元する。

【００３７】本実施例においても光パルス幅の平均パワ
ーの変化は従来方式と同じである（図４（ｄ）参照）。
光パルス列のピークパワーの変化の振る舞いを（１）式
で求めると図４（ｅ）にようになる。図より明らかなよ
うに本実施例により伝送路中でのピークパワーを常に低
いレベルに維持することができる。分散付与手段１０５
ｃと分散補償手段１０６ｃの領域ではピークパワーが高
くなるが伝搬距離が十分短いので非線形光学効果は無視
しえる。従って、本実施例は第１，第２の実施例よりさ
らに非線形光学効果による伝送特性の劣化を抑圧するこ
とができる。

【００３８】具体的には例えば、波長分散Ｄ_t＝−０．
０８ps/nm/kmのＤＳＦを用いる光パルス伝送系におい
て、分散付与手段１０５ｃとして長さＬ_add＝１ｋｍで
波長分散Ｄ_add＝１６ps/nm/kmの１．３λ０ファイバを
用いた場合、分散付与手段１０５ｃの全分散量はＤ_add
・Ｌ_add＝１６ps/nmとなり、伝送用光ファイバ１０２ｃ
の全分散量はＤ_t・Ｌ_t＝−８ps/nmとなる。分散補償手
段１０６ｃとして波長分散Ｄ_comp＝−４０ps/nm/kmの長
波長零分散光ファイバを用いた場合、必要な長さＬ_comp
は（３）式よりＬ_comp＝０．２ｋｍとなる。従って、こ
の場合、分散補償手段１０６ｃとして０．２ｋｍの長さ
の長波長零分散光ファイバを用いれば、受信部１０４ｃ
直前で送信部１０１ｃ直後と同じ超短パルス信号列に復
元することができる。

【００３９】（４）式ににより分散付与手段１０５ｃ
後、伝送後および分散補償手段１０６ｃ後のパルス幅を
求めると、それぞれ２７ｐｓ、１４ｐｓおよび２ｐｓと
なる（図４（ｃ）参照）。これより上記設定の場合、分
散付与手段１０５ｃにより伝送路中の光パルス信号列の
パルス幅を約７〜１３倍に広げ、ピークパワーを常に１
／７以下に低減することができる。従って、第１、第２
の実施例より非線形光学効果による伝送特性の劣化を著
しく低減することができる。

【００４０】［実施例４］図５（ａ）は、請求項１に記
載の光パルス伝送系の第４の実施例の構成図であり、図
１（ａ）に示すものに対応する各構成には、添字をｄに
代えた同一の符号を付けている。本実施例は、分散付与
手段１０５ｄおよび伝送用光ファイバ１０２ｄが正常分
散を有し、分散補償手段１０６ｄが異常分散を有してい
る場合である（図５（ｂ）参照）。

【００４１】図５（ｃ）は本実施例におけるパルス幅の
変化を示している。本実施例の場合、伝送路中では、分
散付与手段１０５ｄと伝送用光ファイバ１０２ｄの波長
分散の符号が等しいためパルス幅は単調増加する。分散
補償手段１０６ｄの全分散量は分散付与手段１０５ｄと
伝送路の全分散量とほぼ同じ大きさで符号が異なるた
め、分散補償手段１０６ｄ直後では光パルス信号列の受
ける全分散量はほぼ零となり、送信部１０１ｄ直後のパ
ルス幅に復元する。

【００４２】本実施例においても伝送路中の光パルス列
のパルス幅を常に広げてピークパワーを常に低いレベル
に維持することができる（図５（ｃ），（ｅ）参照）。
従って、本実施例は第３の実施例と同様に第１，第２の
実施例よりさらに非線形光学効果による伝送特性の劣化
を抑圧することができる。本実施例は第３の実施例の分
散付与手段１０５ｃと分散補償手段１０６ｃの分散符号
を入れ替えて、分散付与手段１０５ｄと分散補償手段１
０６ｄを構成したものである。従って具体例として、第
３の実施例の分散付与手段１０５ｃと分散補償手段１０
６ｃの分散の符号を入れ替えたものを用いれば、受信部
１０４ｄ直前で送信部１０１ｄ直後と同じ超短パルス信
号列に復元することができ、ピークパワーも同様に常に
１／７以下に低減することができる。従って、第１、第
２の実施例より非線形光学効果による伝送特性の劣化を
低減することができる。

【００４３】［実施例５］図６（ａ）は、請求項２に記
載の光パルス伝送系の第１の実施例の構成図であり、図
１（ａ）に示すものに対応する各構成には、添字をｅに
代えた同一の符号を付けている。本実施例は、分散付与
手段１０５ｅのみを伝送用光ファイバ１０２ｅ（この場
合、１０２ｅ−１）前に配置しており、この分散付与手
段１０５ｅは、その全分散量が光パルス信号のパルス幅
を２倍以上に広げるのに十分高く、その長さＬ_addが伝
送用光ファイバ１０２ｅの全長Ｌ_tに比べて十分に短
い。また、光パルス信号列の波長λ_sigeを、分散付与手
段１０５ｅと伝送用光ファイバ１０２ｅとの全分散量の
和がほぼ零となるように設定する。

【００４４】本実施例における波長分散の分布を図６
（ｂ）に示す。伝送用光ファイバ１０２ｅ内での四光波
混合、変調不安定の影響を低減するために伝送用光ファ
イバ１０２ｅの波長分散Ｄ_tを正常分散に設定してい
る。従って、分散付与手段１０５ｅの波長分散Ｄ_addは
異常分散（Ｄ_add・Ｌ_add＋Ｄ_t・Ｌ_t＝０）となる。

【００４５】図６（ｃ）は本実施例におけるパルス幅の
変化を示している。分散付与手段１０５ｅを伝搬して広
がったパルス幅は、さらに、伝送路の波長分散の影響を
受ける。本実施例の場合、分散付与手段１０５ｅと伝送
用光ファイバ１０２ｅの波長分散の符号が異なるためパ
ルス幅は徐々に細くなる。そして伝送用光ファイバ１０
２ｅ（この場合、１０２ｅ−３）直後で光パルス信号列
の受ける全分散量の和はほぼ零となり、送信部１０１ｅ
直後のパルス幅に復元する。

【００４６】従って、光パルス列のピークパワーＰ_peak
の変化の振る舞いは図６（ｅ）のようになる。本実施例
ではピークパワーの高い領域は分散付与手段１０５ｅの
非常に短い領域と伝送路の最後の一部のみである。すな
わち本発明においても、伝送路中での光パルス信号列の
パルス幅を広げてピークパワーの高い領域を従来方式よ
り削減することが可能であり、その結果、非線形光学効
果による伝送特性の劣化を低減することができる。

【００４７】具体的には例えば、波長分散Ｄ_t＝−０．
１６ps/nm/kmのＤＳＦを用いる光パルス伝送系におい
て、分散付与手段１０５ｅとして長さ（Ｌ_add）１ｋｍ
で零分散波長（λ０）１３００ｎｍ、波長分散Ｄ_add＝
１６ps/nm/kmの１．３λ０ファイバを用いた場合、分散
付与手段１０５ｅの全分散量はＤ_add・Ｌ_add＝１６ps/n
mとなり、伝送用光ファイバ１０２ｅの全分散量はＤ_t・
Ｌ_t＝−１６ps/nmとなる。従って、この場合、分散付与
手段１０５ｅと伝送用光ファイバ１０２ｅの全分散量和
は零となり、受信部１０４ｅ直前で送信部１０１ｅ直後
と同じ短光パルス信号列に復元することができる。

【００４８】（４）式において送信部１０１ｅ直後の光
パルス信号がチャーピングの無い光パルスでパルス幅Ｔ
_fwhm0＝２ｐｓであるとすると、分散付与手段１０５ｅ
後および伝送後のパルス幅はそれぞれ２７ｐｓおよび２
ｐｓと計算される。これより上記設定の場合、分散付与
手段１０５ｅにより光パルス信号列のパルス幅を約１３
倍に広げてピークパワーを１／１３程度に低減してから
伝送することにより、非線形光学効果による伝送特性の
劣化を大幅に低減することができる。従って、本実施例
を用いることにより、伝送路中の平均パワーの増加が可
能であるため、伝送速度の高速化と中継器間隔の増大を
同時に実現することが可能である。本実施例では、中継
器数２の場合について説明したが、中継器数がそれ以外
の場合についても本発明を適用することができる。また
伝送用光ファイバ１０２ｅとして分散シフト光ファイバ
以外に１．３μｍ零分散光ファイバを用いた伝送系にお
いても適用可能である。

【００４９】［実施例６］図７（ａ）は、請求項２に記
載の光パルス伝送系の第２の実施例の構成図であり、図
６（ａ）に示すものに対応する各構成には、添字をｆに
代えた同一の符号を付けている。本実施例は、実施例５
において、分散付与手段１０５ｅが正常分散であり伝送
用光ファイバ１０２ｅが異常分散である場合である（図
６（ｂ）および図７（ｂ）参照）。つまり、本実施例
は、分散付与手段１０５ｆおよび伝送用光ファイバ１０
２ｆの波長分散の符号が実施例５と逆の場合であるが、
パルス広がりの振る舞いは実施例５と同様になる（図７
（ｃ）参照）。従ってピークパワーの振る舞いも実施例
５と同様に、伝送用光ファイバ１０２ｆ中で低い状態か
ら徐々に高くなる（図７（ｅ）参照）。従って本実施例
においてもパルス幅を広げてピークパワーの高い領域を
低減することができ、従来の方式より非線形光学効果に
よる伝送特性の劣化を抑圧することができる。

【００５０】具体的には例えば、伝送用光ファイバ１０
２ｆとして波長分散Ｄ_t＝０．１６ps/nm/kmのＤＳＦを
用いる光パルス伝送系において、分散付与手段１０５ｆ
として長さＬ_add＝０．４ｋｍで波長分散Ｄ_add＝−４０
ps/nm/kmの長波長零分散光ファイバを用いた場合、分散
付与手段１０５ｆの全分散量はＤ_add・Ｌ_add＝−１６ps
/nmとなり、伝送用光ファイバ１０２ｆの全分散量はＤ_t
・Ｌ_t＝１６ps/nmとなる。従って、分散付与手段１０５
ｆと伝送用光ファイバ１０２ｆの全分散量の和は零とな
り、受信部１０４ｆ直前で送信部１０１ｆ直後と同じパ
ルス幅の光パルス信号列に復元することができる。ただ
し本実施例の場合、光パルス信号列の送信平均パワーを
伝送用光ファイバ１０２ｆ中で変調不安定が生じない程
度に設定する必要がある。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明は、光パルス信号列を光ファイバを用いて伝送する光
パルス伝送系において、光パルス信号のパルス幅を広げ
るのに十分高い全分散量を有する分散付与手段を伝送用
光ファイバの前に配置し、該分散付与手段と伝送用光フ
ァイバの全分散量の和と同じ大きさで符号が異なる全分
散量を有する分散補償手段を伝送用光ファイバの後ろに
配置することで、伝送用光ファイバでの分散および非線
形光学効果による伝送特性の劣化の著しく少ない光パル
ス伝送系を提供することができる。

【００５２】また、請求項２記載の発明によれば、伝送
用光ファイバ前に、全分散量がパルス信号列のパルス幅
を十分広げられる値であり、かつ長さが伝送用光ファイ
バに比べて十分に短い分散付与手段を配置し、光パルス
信号光の波長を分散付与手段と伝送用光ファイバの全分
散量の和がほぼ零となる波長とするので、平均パワーを
低下させることなく光パルス列のピークパワーを下げる
ことができ、伝送用光ファイバでの分散および非線形光
学効果による伝送特性の劣化の著しく少ない光パルス伝
送系を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の光パルス伝送系の第１の実施
例を示す図である。

【図２】分散付与手段および分散補償手段の構成例を示
す構成図である。

【図３】請求項１に記載の光パルス伝送系の第２の実施
例を示す図である。

【図４】請求項１に記載の光パルス伝送系の第３の実施
例を示す図である。

【図５】請求項１に記載の光パルス伝送系の第４の実施
例を示す図である。

【図６】請求項２に記載の光パルス伝送系の第１の実施
例を示す図である。

【図７】請求項２に記載の光パルス伝送系の第２の実施
例を示す図である。

【図８】光パルス伝送方式の従来例を示す図である。

【図９】光パルス信号列の波形の変化を示す図である。

【符号の説明】

１０１ａ〜１０１ｆ送信部１０２ａ〜１０２ｆ伝送用光ファイバ１０３ａ−１〜１０３ｆ−１、１０３ａ−２〜１０３ｆ
−２中継器１０４ａ〜１０４ｆ受信部１０５ａ〜１０５ｆ分散付与手段１０６ａ〜１０６ｄ分散補償手段１０７光ファイバ１０８半導体レーザ増幅器１０９励起電流源１１０石英等の基板１１１導波路１１２位相シフタ１１３光カップラまたは光サーキュレータ１１４反射率１００％未満の光学ミラー１１５反射率１００％の光学ミラー１１６ファイバにフォトリラクティブ効果等で書き込
まれたグレイティング

フロントページの続き (72)発明者鎌谷修東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者猿渡正俊東京都千代田区内幸町一丁目１番６号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光パルス信号列を伝送用光ファイバを用
いて伝送する光パルス伝送方式において、前記伝送用光ファイバ前に分散付与手段を配置し、該伝送用光ファイバ後に分散補償手段を配置し、該分散付与手段の全分散量（＝波長分散(ps/nm/km)と長
さ(km)の積）が前記光パルス信号列のパルス幅を２倍以
上に広げる値であり、該分散補償手段の全分散量が該分散付与手段と該伝送用
光ファイバの全分散量の和とほぼ同じ大きさで符号が異
なり、該分散付与手段および該分散補償手段ともに長さが該伝
送用光ファイバに比べて十分に短いことを特徴とする光
パルス伝送方式。
【請求項２】光パルス信号列を伝送用光ファイバを用
いて伝送する光パルス伝送方式において、前記伝送用光ファイバ前に分散付与手段を配置し、該分散付与手段の全分散量（＝波長分散(ps/nm/km)と長
さ(km)の積）が前記光パルス信号列のパルス幅を２倍以
上に広げられる値であり、該分散付与手段の長さが該伝送用光ファイバに比べて十
分に短く、該光パルス信号光の波長を該分散付与手段と該伝送用光
ファイバの全分散量の和がほぼ零となる波長とすること
を特徴とする光パルス伝送方式。