JPH08316912A - 波長分散補償器および波長分散補償光通信システム - Google Patents

波長分散補償器および波長分散補償光通信システム

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JPH08316912A
JPH08316912A JP8002294A JP229496A JPH08316912A JP H08316912 A JPH08316912 A JP H08316912A JP 8002294 A JP8002294 A JP 8002294A JP 229496 A JP229496 A JP 229496A JP H08316912 A JPH08316912 A JP H08316912A
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port
fiber
transmission line
signal light
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Yasushi Koyano
裕史 小谷野
Masayuki Shigematsu
昌行 重松
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光通信システムの伝送路の波長分散を補償す
る波長分散補償器を提供する。 【構成】 入力伝送路1は、光サーキュレータ2のポー
ト1に接続され、光サーキュレータ2のポート3は、出
力伝送路3に接続される。また、光サーキュレータ2の
ポート2は、波長分散補償ファイバ4に接続され、その
先に、チャープトグレーティング5が接続され、無反射
終端6により終端される。チャープトグレーティング5
は、波長分散補償ファイバ4の往復分の波長分散特性で
補償しきれない伝送路の波長分散を比較的広い波長域で
補償するように光信号を反射させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信シ
ステムの伝送路の波長分散を補償する波長分散補償器お
よびこれを用いた波長分散補償光通信システムに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】光デジタル伝送システムにおいて、伝送
路として用いる光ファイバで波長分散が存在すると、伝
送品質の低下を招く。これは、送信器である半導体レー
ザを直接変調することにより生じるチャーピングと波長
分散とが結合し、波形歪を生じるためであり、ビットレ
ートが増加するにつれ顕著となる。たとえば、10Gb
psの場合、1スロットの時間幅、すなわち、1/10
Gbps=100psの1/10程度の10ps以下に
波形歪を押さえる必要がある。
【0003】最近のビットレートの向上、ならびに、石
英系光ファイバが最低伝送損失を示す1.55μm帯で
増幅機能を有するEr添加光ファイバ増幅器の登場によ
り、無中継伝送距離が長延化されてきたことに伴い、
1.55μm帯に零分散波長のある分散シフトファイバ
(DSF)を伝送路として用いる場合でも、波長分散値
を細かく制御する必要が生じてきた。たとえば、累積し
た波長分散を、各中継点で逆極性の波長分散を持つファ
イバでキャンセルする波長分散補償技術が使われてい
る。
【0004】また、既設の1.3μm帯用シングルモー
ドファイバ(1.3SMF)や極低損失の純石英コアフ
ァイバの伝送路で、1.55μm帯光ファイバ増幅器を
使う際には、これらのファイバが波長1.55μm帯に
おいて有する大きな正の波長分散が問題となる。このた
め、波長1.55μm帯で大きな負の波長分散を有する
波長分散補償ファイバが開発されている。このような波
長分散補償ファイバは、ELECTRONICS LE
TTERS、Vol.30、No2、(1994−1−
20)、pp.161−162で知られている。また、
OPTICALFIBER TECHNOLOGY
1、(1995)、P.162−166でも知られてい
る。後者は、波長分散補償ファイバを用いた反射型構成
のものである。波長分散補償ファイバにファラデーロー
テータミラーを接続することにより、波長分散補償ファ
イバの偏波分散を往きと帰りとでキャンセルさせてい
る。
【0005】さらに、今後の一層の大容量化を考える
と、波長多重伝送方式(WDM)が有望である。この場
合、波長分散は使用する信号光の波長域で0となる必要
がある。しかし、波長分散自体に波長依存性があり、通
常、マッチドクラッド型のファイバの場合、波長に対す
る傾き、すなわち、波長分散スロープは正となる。した
がって、広い波長範囲で波長分散を0とするのは難し
い。
【0006】この問題を解決するため、伝送路自体に広
い波長域で波長分散がほぼ0となる波長分散フラットフ
ァイバが用いられている。また、負の波長分散スロープ
をもつ波長分散補償ファイバも開発されており、例え
ば、European Confernce on O
ptical Communication ’94、
pp.681−684で知られている。しかし、これら
は、屈折率分布形状が複雑で制御性に乏しいので製造が
難しいという問題がある。
【0007】一方、波長分散を補償する方法として、チ
ャープトグレーティングが提案されており、たとえば、
Optical Fiber Communicati
onConference ’94,postdead
line paper−2、PD2−1〜PD2−4で
知られている。まず、ファイバグレーティングを説明す
る。Ge添加コア光ファイバに波長240nm付近の紫
外光を照射するとコア部の屈折率が上昇することが、井
上享ほか4名、「ファイバグレーティングの作成と応用
について」、信学技法、OPE94−5、電子情報通信
学会、で知られている。この紫外線光誘起屈折率変化を
用い、ファイバコア中に周期的な屈折率変化を形成する
ことにより、回折格子を得ることができ、この回折格子
により特定の波長を反射させることができる。
【0008】図10は、チャープトグレーティングを説
明する説明図である。図中、61は波長λ1 の光信号、
62は波長λ2 の光信号、63は波長λ3 の光信号、6
4は波長λ4 の光信号、65は光ファイバである。波長
の大小関係は、λ1 >λ2 >λ3 >λ4 である。チャー
プトグレーティングは、上述した回折格子の反射波長を
ファイバ長手方向にずらせる、すなわち、チャープさせ
るものである。このチャープトグレーティングにより波
長分散を補償することが可能である。光ファイバ65
は、紫外線光誘起屈折率変化によりコア部の屈折率を変
化させたものである。図示左側から入射された波長λ1
〜λ4 の各光信号61〜64は、途中で入射側に反射さ
れる。
【0009】波長が長いものほど入射側に近い位置で反
射されるように、入射側から右側に向かって屈折率変
化、すなわち、グレーティングの周期が徐々に小さくな
るようにされている。そして、波長が長くなるにつれ、
グレーティングの周期の変化率が小さくなるように、グ
レーティングを書き込むことにより、波長分散スロープ
を負にすることができる。なお、波長分散は、伝搬遅延
時間の波長傾きであり、波長分散スロープは、この波長
分散の傾きであるから、波長分散スロープが負であると
は、伝搬遅延時間の波長依存性が上に凸であることを意
味する。
【0010】図11は、波長多重中継伝送方式を説明す
る説明図である。図中、71は波長λ1 の光送信機、7
2は波長λ2 の光送信機、73は波長λ3 の光送信機、
74は波長λ4 の光送信機、75は伝送路、76は増幅
器、77は伝送路、78は伝送路、79は波長λ1 の光
受信機、80は波長λ2 の光受信機、81は波長λ3
光受信機、82は波長λ4 の光受信機である。一例とし
て、4波の増幅中継伝送を考える。送信側において、波
長λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 の光送信機71〜74は、図
示しない合波器により1本の送信側の伝送路75に接続
される。伝送路75は、中継用の1または複数の増幅器
76および伝送路77、増幅器76を介して、受信側の
伝送路78に接続される。伝送路78は、図示しない分
波器により、波長λ1 ,λ2 ,λ3 ,λ4 の光受信機7
9〜82に接続される。
【0011】具体的に数値を用いて説明する。伝送路7
7の中継距離は80km程度になる。伝送路77が1.
3μmシングルモードファイバの場合、波長1550n
mでの波長分散は、17ps/nm/kmであるから、
中継距離全長の補償波長分散量は1360ps/nmと
なる。光ファイバ増幅器の増幅波長域を1550±10
nm、すなわち増幅波長域の幅を20nmと見積って
も、増幅波長域の上限の波長の光信号と下限の光信号と
の間に、1360×20=27200ps=27.2n
sの遅延時間差を必要とし、図10に示されたチャープ
トグレーティングを与える光ファイバ65の長さは、
2.7mにもなり実用的ではない。
【0012】なお、遅延時間差は、対象としている信号
光波長域の最も短い波長と最も長い波長の信号の伝搬時
間差であり、これがA[ps]であるためには、グレー
ティング長L[mm]は、L≒3×1011/1.5×A
×10-12 ×(1/2)=A×10-1[mm]となる。
ここで、3×1011[mm]は真空中の光速、1.5は
ガラスの屈折率、(1/2)は信号光の往復を考慮した
係数である。
【0013】したがって、各信号光波長λ1 〜λ4 ごと
に、この信号光波長付近の狭い波長幅のグレーティング
を作り、これらのグレーティングを並べるようにした方
法が、上述した、Optical Fiber Com
munication Conference ’9
4,postdeadline paper−2、PD
2−1〜PD2−4、で知られている。しかしこの方法
では、各システムの信号光波長λ1 〜λ4 をあらかじめ
知っておかなければならない等の問題が生じる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、光通信シス
テムの伝送路の波長分散を補償する波長分散補償器およ
びこれを用いた波長分散補償光通信システムを提供する
ことを目的とするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
おいては、波長分散補償器において、光サーキュレータ
と、波長分散補償ファイバと、少なくとも1つのチャー
プトグレーティングを有し、前記光サーキュレータの少
なくとも1つの中間ポートから前記チャープトグレーテ
ィングに個別に信号光が出射され、前記チャープトグレ
ーティングから前記中間ポートに信号光が入射され、前
記波長分散補償ファイバは、前記光サーキュレータの入
力ポート、出力ポート、前記中間ポートの少なくともい
ずれかに接続されることを特徴とするものである。
【0016】請求項2に記載の発明においては、波長分
散補償器において、光サーキュレータと、波長分散補償
ファイバと、チャープトグレーティングを有し、前記光
サーキュレータは、第1のポートに伝送路から信号光が
入射され、第2のポートからチャープトグレーティング
に信号光が出射され、前記チャープトグレーティングか
ら前記第2のポートに信号光を入射され、第3のポート
から伝送路へ信号光が出射されるものであり、前記波長
分散補償ファイバは、前記第1,第2,第3のポートの
少なくともいずれかに接続されるものであり、前記チャ
ープトグレーティングおよび前記波長分散補償ファイバ
により、信号光に伝送路の波長分散特性と逆の波長分散
特性を与えるものであることを特徴とするものである。
【0017】請求項3に記載の発明においては、波長分
散補償器において、光サーキュレータと、波長分散補償
ファイバが往復信号光の偏波方向を異ならせる手段を介
して反射部に接続された反射型補償手段と、少なくとも
1つのチャープトグレーティングを有し、前記光サーキ
ュレータの1つの中間ポートには、前記反射型補償手段
が接続され、前記光サーキュレータの他の中間ポートの
少なくとも1つには、前記チャープトグレーティングが
個別に接続されることを特徴とするものである。
【0018】請求項4に記載の発明においては、波長分
散補償器において、光サーキュレータと、波長分散補償
ファイバが往復信号光の偏波方向を異ならせる手段を介
して反射部に接続された反射型補償手段と、チャープト
グレーティングを有し、前記光サーキュレータは、第1
のポートに伝送路から信号光が入射され、第2のポート
または第3のポートのいずれか一方に前記反射型補償手
段が接続され、他方に前記チャープトグレーティングが
接続され、第4のポートから伝送路へ信号光が出射され
るものであることを特徴とするものである。
【0019】請求項5に記載の発明においては、請求項
3または4に記載の波長分散補償器において、前記往復
信号光の偏波方向を異ならせる手段は、ファラデー回転
子であることを特徴とするものである。
【0020】請求項6に記載の発明においては、請求項
3ないし5のいずれか1項に記載の波長分散補償器にお
いて、前記往復信号光の偏波方向を異ならせる手段は、
使用波長域における往復時の信号光偏波面の回転角が8
5゜以上95゜以下のものであることを特徴とするもの
である。
【0021】請求項7に記載の発明においては、請求項
1ないし6のいずれか1項に記載の波長分散補償器にお
いて、前記光サーキュレータに代えて、方向性結合器を
有すること特徴とするものである。
【0022】請求項8に記載の発明においては、請求項
1ないし7のいずれか1項に記載の波長分散補償器にお
いて、光ファイバ増幅器を有し、該光ファイバ増幅器
は、前記光サーキュレータの入力ポートまたは出力ポー
トの少なくともいずれかに接続されることを特徴とする
ものである。
【0023】請求項9に記載の発明においては、波長分
散補償光通信システムにおいて、伝送路と、請求項1な
いし8のいずれか1項に記載の波長分散補償器を有し、
前記伝送路は、1.3μm帯用シングルモードファイバ
であり、前記波長分散補償器は、前記伝送路の途中また
は端部に接続されるものであり、前記波長分散補償ファ
イバは、使用波長域で負の波長分散を持つファイバであ
ることを特徴とするものである。
【0024】請求項10に記載の発明においては、請求
項9に記載の波長分散補償光通信システムにおいて、前
記波長分散補償ファイバは、使用波長域で−40ps/
nm/km以下の波長分散を持つものであることを特徴
とするものである。
【0025】請求項11に記載の発明においては、波長
分散補償光通信システムにおいて、伝送路と、請求項1
ないし8のいずれか1項に記載の波長分散補償器を有
し、前記伝送路は、1.55μm帯に零分散波長を持つ
ファイバであり、前記波長分散補償器は、前記伝送路の
途中または端部に接続されるものであり、前記波長分散
補償ファイバは、使用波長域で正の波長分散を持つもの
であることを特徴とするものである。
【0026】請求項12に記載の発明においては、請求
項11に記載の波長分散補償光通信システムにおいて、
前記波長分散補償ファイバは、1.3μm帯用シングル
モードファイバであることを特徴とするものである。
【0027】請求項13に記載の発明においては、請求
項9ないし12のいずれか1項に記載の波長分散補償光
通信システムにおいて、前記使用波長域は、1540〜
1560nmであることを特徴とするものである。
【0028】
【作用】請求項1に記載の発明によれば、光サーキュレ
ータと、波長分散補償ファイバと、少なくとも1つのチ
ャープトグレーティングを有し、サーキュレータの少な
くとも1つの中間ポートからチャープトグレーティング
に個別に信号光が出射され、チャープトグレーティング
から中間ポートに信号光が入射され、波長分散補償ファ
イバは、光サーキュレータの入力ポート、出力ポート、
中間ポートの少なくともいずれかに接続される。したが
って、波長分散補償ファイバだけでは補償しきれない波
長分散を、少なくとも1つのチャープトグレーティング
にて補償することにより、広い波長域において伝送路の
波長分散を補償するとともに、グレーティング長を低減
させることができる。特に、複数のチャープトグレーテ
ィングを用いる場合には、個々のチャープトグレーティ
ングの長さを短くしたり特性を異ならせることができ
る。また、光サーキュレータを用いることにより、挿入
損失を小さくすることができる。
【0029】請求項2に記載の発明によれば、光サーキ
ュレータと、波長分散補償ファイバと、チャープトグレ
ーティングを有し、光サーキュレータは、第1のポート
に伝送路から信号光が入射され、第2のポートからチャ
ープトグレーティングに信号光が出射され、チャープト
グレーティングから第2のポートに信号光を入射され、
第3のポートから伝送路へ信号光が出射されるものであ
り、波長分散補償ファイバは、第1,第2,第3のポー
トの少なくともいずれかに接続されるものであり、チャ
ープトグレーティングおよび波長分散補償ファイバによ
り、信号光に伝送路の波長分散特性と逆の波長分散特性
を与えるものである。したがって、波長分散補償ファイ
バだけでは補償しきれない波長分散をチャープトグレー
ティングにて補償することにより、広い波長域において
伝送路の波長分散を補償するとともに、グレーティング
長を低減させることができる。また、光サーキュレータ
を用いることにより、挿入損失を小さくすることができ
る。
【0030】請求項3に記載の発明によれば、光サーキ
ュレータと、波長分散補償ファイバが往復信号光の偏波
方向を異ならせる手段を介して反射部に接続された反射
型補償手段と、少なくとも1つのチャープトグレーティ
ングを有し、光サーキュレータの1つの中間ポートに
は、反射型補償手段が接続され、光サーキュレータの他
の中間ポートの少なくとも1つには、チャープトグレー
ティングが個別に接続される。したがって、波長分散補
償ファイバだけでは補償しきれない波長分散を、少なく
とも1つのチャープトグレーティングにて補償すること
により、広い波長域において伝送路の波長分散を補償す
るとともに、グレーティング長を低減させることができ
る。波長分散補償ファイバを往復する信号光のレーリー
散乱光と信号光の干渉を抑え雑音の誘起を抑え、安定し
た受信感度で波長分散補償ファイバの必要長を半減させ
ることができる。特に、複数のチャープトグレーティン
グを用いる場合には、個々のチャープトグレーティング
の長さを短くしたり特性を異ならせることができる。ま
た、光サーキュレータを用いることにより、挿入損失を
小さくすることができる。
【0031】請求項4に記載の発明によれば、光サーキ
ュレータと、波長分散補償ファイバが往復信号光の偏波
方向を異ならせる手段を介して反射部に接続された反射
型補償手段と、チャープトグレーティングを有し、光サ
ーキュレータは、第1のポートに伝送路から信号光が入
射され、第2のポートまたは第3のポートのいずれか一
方に反射型補償手段が接続され、他方にチャープトグレ
ーティングが接続され、第4のポートから伝送路へ信号
光が出射されるものである。したがって、波長分散補償
ファイバだけでは補償しきれない波長分散を、チャープ
トグレーティングにて補償することにより、広い波長域
において伝送路の波長分散を補償するとともに、グレー
ティング長を低減させることができる。波長分散補償フ
ァイバを往復する信号光のレーリー散乱光と信号光の干
渉を抑え雑音の誘起を抑え、安定した受信感度で波長分
散補償ファイバの必要長を半減させることができる。ま
た、光サーキュレータを用いることにより、挿入損失を
小さくすることができる。
【0032】請求項5に記載の発明によれば、往復信号
光の偏波方向を異ならせる手段は、ファラデー回転子で
あることから、信号光の偏波状態に依らず安価で安定的
に往復信号光の偏波方向を異ならせることができる。
【0033】請求項6に記載の発明によれば、往復信号
光の偏波方向を異ならせる手段は、使用波長域における
往復時の信号光偏波面の回転角が85゜以上95゜以下
のものであることから、波長分散補償ファイバ4を往復
する信号光のレーリー散乱光と信号光の干渉をほぼ抑え
ることができる。
【0034】請求項7に記載の発明によれば、光サーキ
ュレータに代えて、方向性結合器を有することから、光
ファイバカプラ等の方向性結合器を用いることができ
る。
【0035】請求項8に記載の発明によれば、光ファイ
バ増幅器を有し、光ファイバ増幅器は、光サーキュレー
タの入力ポートまたは出力ポートの少なくともいずれか
に接続されることから、波長分散補償ファイバおよびチ
ャープトグレーティングの挿入損失を補償することがで
きる。
【0036】請求項9に記載の発明によれば、伝送路
と、請求項1ないし8のいずれか1項に記載の波長分散
補償器を有し、伝送路は、1.3μm帯用シングルモー
ドファイバであり、波長分散補償器は、伝送路の途中ま
たは端部に接続されるものであり、波長分散補償ファイ
バは、使用波長域で負の波長分散を持つファイバである
ことから、1.3μm帯用シングルモードファイバの伝
送路の波長分散を補償することができる。
【0037】請求項10に記載の発明によれば、波長分
散補償ファイバは、使用波長域で−40ps/nm/k
m以下の波長分散を持つものであることから、波長分散
補償ファイバの所要長を短くすることができる。
【0038】請求項11に記載の発明によれば、伝送路
と、請求項1ないし8のいずれか1項に記載の波長分散
補償器を有し、伝送路は、1.55μm帯に零分散波長
を持つファイバであり、波長分散補償器は、伝送路の途
中または端部に接続されるものであり、波長分散補償フ
ァイバは、使用波長域で正の波長分散を持つものである
ことから、1.55μm帯に零分散波長を持つファイバ
の伝送路の波長分散を補償することができる。
【0039】請求項12に記載の発明によれば、波長分
散補償ファイバは、1.3μm帯用シングルモードファ
イバであることから、波長分散補償ファイバとして特別
なものを用いる必要がない。
【0040】請求項13に記載の発明によれば、使用波
長域は、1540〜1560nmであることから、1.
55μm帯で増幅機能を有するEr添加光ファイバ増幅
器を使用することができる。
【0041】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の実施の形
態を説明する説明図であり、図1(A)は、光サーキュ
レータを用いたものであり、図1(B)は、方向性結合
器を用いたものである。図中、1は入力伝送路、2は光
サーキュレータ、3は出力伝送路、4は波長分散補償フ
ァイバ、5はチャープトグレーティング、6は無反射終
端、7は方向性結合器である。
【0042】図1(A)において、入力伝送路1は、光
サーキュレータ2のポート1に接続され、光サーキュレ
ータ2のポート3は、出力伝送路3に接続される。ま
た、光サーキュレータ2のポート2は、波長分散補償フ
ァイバ4に接続される。波長分散補償ファイバ4の先に
は、チャープトグレーティング5が接続される。この終
端は、無反射終端6により終端されていることが望まし
い。伝送路は、例えば、1.3μmシングルモード光フ
ァイバである。チャープトグレーティング5は、波長分
散補償ファイバ4の往復分の波長分散特性で補償しきれ
ない伝送路の波長分散を比較的広い波長域で補償するよ
うに光信号を反射させる。
【0043】図1(B)においては、図1(A)に示さ
れた、非相反素子である光サーキュレータ2に代えて、
方向性結合器7、例えば、光ファイバカプラを用いるも
のである。方向性結合器7の図示左側を、ポート1,ポ
ート3とし、図示右側をポート2,ポート4とする。入
力伝送路1は、ポート1に接続され、ポート3は、出力
伝送路3に接続され、ポート2は、波長分散補償ファイ
バ4に接続される。ポート4は、無反射終端6により終
端されていることが望ましい。方向性結合器7を用いた
場合には、挿入損失が3dB以上になるが、増幅器でこ
の分を補償すればよい。
【0044】図2は、本発明の第1の実施の形態の波長
分散特性を説明するグラフである。図中、横軸は光信号
の波長、縦軸は波長分散、11は伝送路の波長分散特
性、12は波長分散補償ファイバの往復分の波長分散特
性、13は伝送路の波長分散に波長分散補償ファイバの
往復分の波長分散を加えた特性、14はチャープトグレ
ーティングの波長分散特性であり、負の波長分散スロー
プ特性を有する。波長分散補償ファイバ4は、負の波長
分散を有し、この往復分の波長分散特性12は、所定の
波長λ0 において、伝送路の波長分散特性11の波長分
散と絶対値が同じで極性が反対の特性にしてある。この
結果、所定の波長λ0 において、伝送路の波長分散が補
償され波長分散の値が零になる。このようにして伝送路
の波長分散特性11のほとんどを補償すると、波長分散
の波長依存性の成分のみが補償しきれないで残る。この
残余の特性は、伝送路の波長分散に波長分散補償ファイ
バの往復分の波長分散を加えた特性13である。
【0045】そこで、波長分散の波長依存性の成分のみ
を、絶対値が同じで極性が反対の負の波長分散スロープ
を有するチャープトグレーティングにて補償することに
より、補償後の波長分散を波長によらず一定値0にする
ことができる。すなわち、チャープトグレーティング5
の波長分散特性14を、上述した残余の特性、伝送路の
波長分散に波長分散補償ファイバの往復分の波長分散を
加えた特性13と絶対値が同じで極性が反対の特性にす
る。
【0046】再び、図1(A)を参照して説明する。光
信号、例えば、1.55μm帯の光信号は、1.3μm
シングルモード光ファイバの入力伝送路1を通り、光サ
ーキュレータ2にポート1から入射され、光サーキュレ
ータ2のポート2から出射され波長分散補償ファイバ4
に導かれ、チャープトグレーティング5により反射され
る。反射された光信号は再び波長分散補償ファイバを伝
搬し、光サーキュレータ2のポート2に入射され、光サ
ーキュレータ2のポート3から出力伝送路3に入射され
る。
【0047】なお、波長分散補償ファイバ4は、光サー
キュレータ2のポート1または3に接続してもよい。あ
るいは、波長分散補償ファイバ4を2本または3本用
い、それぞれを、ポート1,ポート2,ポート3中の異
なるポートに接続するようにしてもよい。しかし、上述
したようにポート2に接続した場合には、所定の遅延時
間を得るために必要とする、波長分散補償ファイバの所
要長を半減できる利点がある。
【0048】図3は、本発明の第1の実施の形態の第1
の変形例を説明する説明図である。図中、図1と同様な
部分には同じ符号を用い説明を省略する。21は増幅
器、22は光受信器である。この変形例では、光サーキ
ュレータ2のポート1に光ファイバ増幅器等の増幅器2
1を挿入することにより、波長分散補償ファイバ4およ
びチャープトグレーティング5の挿入損失を補償するよ
うにしたものである。光サーキュレータ2のポート3に
は、伝送路3あるいは光受信器22が接続される。
【0049】図4は、本発明の第1の実施の形態の第2
の変形例を説明する説明図である。図中、図1,図3と
同様な部分には同じ符号を用い説明を省略する。23は
光送信器である。この変形例では、光サーキュレータ2
のポート3に光ファイバ増幅器21を挿入することによ
り、波長分散補償ファイバ4およびチャープトグレーテ
ィング5の挿入損失を補償するようにしたものである。
光サーキュレータ2のポート1には、伝送路1あるいは
光送信器23が接続される。
【0050】上述した第1,第2の変形例において、図
1(A)に示された光サーキュレータ2に代えて、図1
(B)に示された方向性結合器7を用いてもよい。方向
性結合器7の挿入損失の補償用の増幅器の機能を、この
増幅器21に持たせてもよい。
【0051】図1ないし図4を参照して説明した波長分
散補償器は、図11に示された4波増幅中継伝送システ
ムにおいて、伝送路75,77,78上の任意の部分に
設置されることができる。典型的には、増幅器76の前
または後に隣接して設置され、伝送路77の1つの中継
距離の波長分散を補償する。増幅器21の機能およびま
たは方向性結合器7の挿入損失補償用の増幅器の機能
は、増幅器76に持たせてもよい。
【0052】図11,図1を参照して、本発明の具体例
について説明する。まず、図11に示された4波増幅中
継伝送システムの例において、伝送路77を1.3μm
シングルモードファイバとした場合について説明する。
伝送路77の中継距離を80kmとし、光ファイバ増幅
器の増幅帯域の波長を1550±10nm、すなわち、
帯域幅20nmとする。波長λ0 =1540nmにおい
て、1.3μmシングルモードファイバの波長分散は、
16.5ps/nm/km、波長分散スロープは0.0
5ps/nm2 /km程度である。また、波長1540
nmにおいて、波長分散補償ファイバ4の波長分散は、
−80ps/nm/km、波長分散スロープは、0.1
0ps/nm2 /km程度である。波長λ0 =1540
nmにおいて、波長分散を0にするためには、波長分散
補償ファイバ4の所要長は、16.5×80/80=1
6.5kmとなる。ただし、信号光を往復させて使用す
る際は、この半分となる。このとき、1.3μmシング
ルモードファイバの伝送路77と波長分散補償ファイバ
4による補償を加えた全伝送路の波長分散スロープは、
0.05×80+0.10×16.5=5.65ps/
nm2 となる。
【0053】したがって、チャープトグレーティング5
において、(1/2)×5.65×202 =1130p
sの遅延時間差を作り出せばよい。したがって、所要グ
レーティング長は11.3cmとなる。従来技術におい
て説明した、チャープトグレーティング5単独の場合に
は、所要グレーティング長が27.2mであったから、
1/20以下にすることができる。
【0054】波長分散補償ファイバ4の所要長を実用的
な範囲に収めるには、波長分散補償ファイバ4の波長分
散は、−40ps/nm/km以下の範囲のものとする
ことが好ましい。−40ps/nm/kmであるとき
は、波長分散補償ファイバ4の所要長は、16.5×8
0/40=33kmとなる。ただし、信号光を往復させ
て使用する際は、この半分となり、上述した波長分散補
償ファイバ4と同じ長さになる。
【0055】次に、伝送路77が分散シフトファイバで
ある場合について説明する。伝送路77は、中継距離8
0kmの分散シフトファイバとする。分散シフトファイ
バ内の4光波混合を避けるため、零分散波長を、例え
ば、1570nmとする。波長分散スロープは0.08
ps/nm2 /kmとする。光ファイバ増幅器56の増
幅帯域の波長は、1550±10nm、すなわち、帯域
幅20nmとする。
【0056】まず、比較例として、波長分散補償用ファ
イバ4を使わない場合について説明する。分散シフトフ
ァイバの波長分散は、波長1550nmにおいて、0.
08×(−20)×80=−128ps/nmである。
したがって、チャープトグレーティング5において必要
とする遅延時間差は、128×20=2560psとな
る。その結果、波長分散を0にするために必要な所要グ
レ−ティング長は、25.6cmとなる。
【0057】次に、1.3μmシングルモードファイバ
を波長分散補償用ファイバ4として用いた場合について
説明する。1.3μmシングルモードファイバとして
は、極低損失である純石英コアファイバを使用するのが
好ましい。分散シフトファイバの波長分散は、波長分散
スロープが0.08ps/nm2 /km程度であるか
ら、波長λ0 =1560nmにおいて、0.08×(−
10)=−0.8ps/nm/km、1.3μmシング
ルモードファイバの波長1560nmでの波長分散は1
7.5ps/nm/km、波長分散スロープは0.05
ps/nm2 /km程度である。
【0058】波長λ0 =1560nmにおいて、波長分
散を0にするためには、波長分散補償ファイバ4の所要
長は、0.8×80/17.5=3.66kmとなる。
ただし、信号光を往復させて使用する際は、この半分と
なる。このとき、分散シフトファイバ伝送路40と波長
分散補償ファイバ4による補償を加えた全伝送路の波長
分散スロープは、0.08×80+0.05×3.66
=6.58ps/nm2 となる。
【0059】したがって、チャープトグレーティング5
において、(1/2)×6.58×202 =1316p
sの遅延時間差を作り出せばよい。その結果、所要グレ
ーティング長は13.2cmとなり、上述した波長分散
補償用ファイバ4を使わない場合の25.6cmの約半
分になり、実用的な長さとなる。
【0060】伝送路77を1.3μmシングルモードフ
ァイバとした場合と、伝送路77を分散シフトファイバ
とした場合では、所要グレーティング長は、ほとんど同
じ長さとなっている。
【0061】上述した本発明の第1の実施の形態の一例
においては、光サーキュレータの第2のポートを波長分
散補償ファイバ4を介してチャープトグレーティング5
に接続することによって、波長分散補償ファイバ4中に
信号光を往復させ、波長分散補償ファイバ4の所要長を
半減させている。波長分散補償ファイバ4中に信号光を
往復させるには、必ずしも上述した構成によらなくても
よい。従来技術として説明した、OPTICAL FI
BER TECHNOLOGY 1、(1995)、
P.162−166に記載のような、波長分散補償ファ
イバをファラデーローテータミラーを接続して反射型構
成にしたものを適用することができる。
【0062】図5は、本発明の第2の実施の形態を説明
する説明図である。図中、図1と同様な部分には同じ符
号を用いて説明を省略する。31は光サーキュレータ、
32はファラデー回転子、33は反射器である。この実
施の形態は、波長分散補償ファイバ4がファラデー回転
子32を介して反射器33に接続されたものと、チャー
プトグレーティング5が、個別に光サーキュレータ31
の中間のポートに接続されたものである。ファラデー回
転子32は、往復する信号光の偏波方向を変えるもので
ある。
【0063】入力伝送路1は光サーキュレータ31の入
力ポートである第1のポートに接続され、出力伝送路3
は出力ポートである第4のポートに接続される。波長分
散補償ファイバ4にファラデー回転子32と反射器33
をこの順に接続したものが、4端子の光サーキュレータ
31の中間ポートの一方である第2のポートに接続さ
れ、チャープトグレーティング5が中間ポートの他方で
ある第3のポートに接続される。
【0064】入力伝送路1からの信号光は、光サーキュ
レータ31の第1のポートに入力されて第2のポートに
出射され、波長分散補償ファイバ4、ファラデー回転子
32を通過し反射器33で反射され、ファラデー回転子
32、波長分散補償ファイバ4を通過して第2のポート
に入射される。第2のポートに入射された信号光は、第
3のポートに出射され、チャープトグレーティング5を
往復し第3のポートに入射され、第4のポートから出力
伝送路3に出力される。
【0065】チャープトグレーティング5および波長分
散補償ファイバ4により、信号光に伝送路の波長分散特
性と逆の波長分散特性を与え、かつ、波長分散補償ファ
イバ4の所要長を半減させることができる。その際、フ
ァラデー回転子32により、波長分散補償ファイバ4を
往復する信号光の偏波方向を変える、例えば、ほぼ直交
させるよう変えれば、波長分散補償ファイバ4を往復す
る信号光のレーリー散乱光と信号光の干渉を抑え雑音の
誘起を抑えることができる。上述した波長1.55μm
帯で大きな負の波長分散を有する波長分散補償ファイバ
4、および、1.3μmシングルモードファイバを用い
た波長分散補償用ファイバ4のいずれにおいても、干渉
が生じ雑音が誘起される。
【0066】ファラデー回転子32と反射器33とは、
近接して配置されないと、上述した干渉を抑えることが
難しくなる。ファラデー回転子32から反射器33まで
の間に偏波状態が変動するためと考えられる。ファラデ
ー回転子32と反射器33の機能が一体となったミラー
付きのファラデー回転子が知られているが、これを用い
ると干渉の抑圧効果が大きくなり好適である。なお、フ
ァラデー回転子32は、波長分散補償ファイバ4を往復
する信号光の偏波方向を、直交させるものであることが
望ましいが、レーリー散乱光と信号光の干渉を実用上差
し支えない範囲に抑えることができる程度に偏向方向を
異ならせればよい。
【0067】波長分散補償ファイバ4をファラデー回転
子32を介して反射器33に接続したものを第3のポー
トに接続し、チャープトグレーティング5を第2のポー
トに接続しても同様である。さらに、5つ以上のポート
数をもつ光サーキュレータを使用する場合には、1つの
チャープトグレーティングの代わりに、複数のチャープ
トグレーティングを用い、それぞれを個別の中間ポート
に接続することができる。
【0068】この場合、個々のチャープトグレーティン
グを合わせたものを1つのチャープトグレーティングに
置き換えることができるため、個々のチャープトグレー
ティングの長さを短くしたり、異なる特性のチャープト
グレーティングを組み合わせて用いることができる。チ
ャープトグレーティングの長さは、一般に短いものの方
が製作が容易である。なお、この置き換えは、図1を参
照して説明した第1の実施の形態についても、4つ以上
のポート数をもつ光サーキュレータを使用することによ
り、同様にして行なうことができる。
【0069】上述した波長分散補償ファイバ4およびチ
ャープトグレーティング5により、上述した第1の実施
の形態と同様に、伝送路の波長分散を補償することがで
きる。使用波長域において伝送路の波長分散特性をでき
るだけ補償することが望ましい。しかし、光サーキュレ
ータ31のポート1,ポート4などに別の波長分散補償
ファイバを接続し、これらと合わせて伝送路の波長分散
特性を補償することもできる。波長分散補償ファイバ4
をファラデー回転子32を介して反射器33に接続した
ものを2組以上用いて個別に中間ポートに接続すること
もできる。また、図1,図2に示したような波長分散補
償器を複数個使用し、これらの複数の波長分散補償器を
合わせたもので伝送路の波長分散を補償してもよい。
【0070】上述した説明では、4以上の端子数をもつ
光サーキュレータを用いた例を説明したが、複数個の3
端子光サーキュレータを縦属接続すれば、全体として、
4端子以上の光サーキュレータが得られる。例えば、1
つの3端子光サーキュレータの第3ポートに別の3端子
光サーキュレータの第1のポートを接続すれば、4端子
光サーキュレータとなる。もちろん、1つの光サーキュ
レータで機能を実現させることにより、コストを抑える
ことができ設置スペースも少なくてすむ。
【0071】光ファイバ増幅器等の増幅器は、一般に単
方向性であるから、信号光が一方向に伝送される箇所、
例えば、光サーキュレータ31の入力ポートである第1
のポート,出力ポートである第4のポートの少なくとも
いずれかに接続することができる。また、光サーキュレ
ータ31に置き換えて、光ファイバカプラ等の方向性結
合器を用いることもできる。
【0072】最後に、波長分散補償ファイバ4を往復す
る信号光の偏波方向を変えるファラデー回転子32の作
用について実験した結果を説明しておく。波長分散補償
ファイバ4として、波長1.55μm帯で大きな負の波
長分散を有するものを用い、1.3μm帯用シングルモ
ードファイバの伝送路で、1.55μm帯の光信号伝送
を行なう実験をした。
【0073】図6は、本発明の第2の実施の形態の具体
例の構成図、図7は、比較例としての従来構成図、図8
は、比較例としての本発明の第1の実施の形態の一具体
例の構成図である。図中、図1,図5と同様な部分には
同じ符号を用いて説明を省略する。41は信号発生器、
42は光送信器、43は1.3μm帯用シングルモード
ファイバ(1.3SMF)、44は可変光減衰器、45
は光受信器、46は誤り率測定器である。信号発生器4
1は、2.488Gbpsの信号を発生し、光送信器4
2は信号発生器41の出力を受けて波長λ=1.551
μmの信号光を出力する。1.3μm帯用シングルモー
ドファイバ43の波長1.55μmにおける波長分散値
は16.5ps/nm/kmであり、その長さは、67
kmである。波長分散補償ファイバ(DCF)4の波長
1.55μmにおける波長分散値は−102.4ps/
nm/kmであり、その長さは、図6,図8においては
5.5kmであるが、図7においては2倍の11kmで
ある。
【0074】図6において、光送信器2は、信号発生器
41からの信号を受け、信号光を波長分散補償器の光サ
ーキュレータ31の第1のポートに送出する。光サーキ
ュレータ31の第4のポートから出た信号光は、1.3
μm帯用シングルモードファイバ43,可変光減衰器4
4を経て光受信器45に入力される。光受信器45の出
力は誤り率測定器46に入力されて、信号光の誤り率が
測定される。ファラデー回転子32および反射器33に
は、波長1.55μmにおいて信号光の偏波面が往復で
90゜回転するミラー付きファラデー回転子を用いた。
【0075】図7において、光送信器42は、信号光を
波長分散補償ファイバ4を介して1.3μm帯用シング
ルモードファイバ43に送出する。また、図8におい
て、光送信器42は、信号光を光サーキュレータ2の第
1のポートに送出し、光サーキュレータ2の第3のポー
トから出た信号光は、1.3μm帯用シングルモードフ
ァイバ43に送出される。
【0076】図9は、図6ないし図8に示した具体例の
受信感度を示すグラフである。横軸に受光パワー[dB
m]、縦軸に符号誤り率をとったものであり、51は光
送信機42から直接光受信機45に接続する、いわゆ
る、BACK to BACK構成の誤り率を示す。5
2は図7に示した従来構成、および、図6に示した本発
明の第2の実施の形態の具体例での誤り率、53は図8
に示した本発明の第1の実施の形態の一具体例での誤り
率を示す。
【0077】受光パワーが大きくなるほど符号誤り率が
低下する。BACK to BACK構成の誤り率51
が最も小さい。図8に示した本発明の第1の実施の形態
の一具体例での誤り率53は、増加傾向にあるとともに
ばらつきがある。図7に示した従来構成、および、図6
に示した本発明の第2の実施の形態の具体例での誤り率
52は若干増加しているが、ばらつきはない。
【0078】受信感度のばらつきは、チャープトグレー
ティング5によるものではない。図8において、チャー
プトグレーティング5を反射器33である全反射ミラー
に置き換えても全く同様の現象が生じるからである。こ
のばらつきは、光サーキュレータ2の直前に配置した偏
波コントローラを操作し、光サーキュレータ2への入射
光の偏波状態を変えると増減した。受信感度のばらつき
は、波長分散補償ファイバ中で往復する一方の信号光の
レーリー散乱光と他方の信号光とが干渉を起こすためで
あると考えられる。図8において、波長分散補償ファイ
バ4を取り外し、光サーキュレータ2を出た信号光がす
ぐにチャープトグレーティング5で反射されるようにし
たときの受信感度が、上述した従来構成の受信感度と一
致し、かつ、安定するようになるからである。また、波
長分散補償ファイバ4を伝送損失が小さくレーリー散乱
の少ない分散シフトファイバ(DSF)に置き換えると
受信感度のばらつきの幅が小さくなるからである。
【0079】図8において、波長分散補償ファイバ4と
チャープトグレーティング5との間に、チャープトグレ
ーティング5の30cm程度手前にファラデー回転子3
2を挿入して測定したが、受信感度がばらついた。チャ
ープトグレーティング5をミラー付きのファラデー回転
子に置き換えると、通常構成の受信感度と一致したとこ
ろで受信感度が安定した。しかし、ファラデー回転子3
2と反射器33を別々に設ける場合には、両者の間隔が
30cm程度であると受信感度がばらついた。誤り率が
ばらついてしかも大きくなる場合は、信号光の出力を上
げたり、伝送時の誤り訂正符号の訂正能力を高めること
などによって対処することができる。
【0080】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、波長分散補償ファイバだけでは補償しきれな
い波長分散をチャープドグレーティングにて補償するこ
とにより、光ファイバ増幅器の有する広い波長帯域にお
いて、光ファイバ通信システムの伝送路の波長分散を小
さくすることができるとともに、チャープドグレーティ
ングのグレーティング長を大幅に低減させることができ
る。その結果、送信器である半導体レーザを直接変調す
ることにより生じるチャーピングと波長分散とが結合す
ることによる波形歪が少なく、伝送品質の低下を防止す
ることができるという効果がある。特に、光ファイバを
用いた波長多重伝送における各信号光の波長分散をほぼ
同時に補償する場合に用いると好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を説明する説明図で
あり、図1(A)は、光サーキュレータを用いたもので
あり、図1(B)は、方向性結合器を用いたものであ
る。
【図2】本発明の第1の実施の形態の波長分散特性を説
明するグラフである。
【図3】本発明の第1の実施の形態の第1の変形例を説
明する説明図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態の第2の変形例を説
明する説明図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態を説明する説明図で
ある。
【図6】本発明の第2の実施の形態の具体例の構成図で
ある。
【図7】比較例としての従来構成図である。
【図8】比較例としての本発明の第1の実施の形態の一
具体例の構成図である。
【図9】図6ないし図8に示した具体例の受信感度を示
すグラフである。
【図10】チャープトグレーティングを説明する説明図
である。
【図11】波長多重中継伝送方式を説明する説明図であ
る。
【符号の説明】
1…入力伝送路、2…光サーキュレータ、3…出力伝送
路、4…波長分散補償ファイバ、5…チャープトグレー
ティング、6…無反射終端、7…方向性結合器、11…
伝送路の波長分散特性、12…波長分散補償ファイバの
往復分の波長分散特性、13…伝送路の波長分散に波長
分散補償ファイバの往復分の波長分散を加えた特性、1
4…チャープトグレーティングの波長分散特性、21…
増幅器、22…光受信器、23…光送信器、31…光サ
ーキュレータ、32…ファラデー回転子、33…反射
器、51…BACK to BACK構成での誤り率、
52…図7に示した従来構成、および、図6に示した本
発明の第2の実施の形態の具体例での誤り率、53…図
8に示した本発明の第1の実施の形態の一具体例での誤
り率、65…光ファイバ。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光サーキュレータと、波長分散補償ファ
    イバと、少なくとも1つのチャープトグレーティングを
    有し、前記光サーキュレータの少なくとも1つの中間ポ
    ートから前記チャープトグレーティングに個別に信号光
    が出射され、前記チャープトグレーティングから前記中
    間ポートに信号光が入射され、前記波長分散補償ファイ
    バは、前記光サーキュレータの入力ポート、出力ポー
    ト、前記中間ポートの少なくともいずれかに接続される
    ことを特徴とする波長分散補償器。
  2. 【請求項2】 光サーキュレータと、波長分散補償ファ
    イバと、チャープトグレーティングを有し、前記光サー
    キュレータは、第1のポートに伝送路から信号光が入射
    され、第2のポートからチャープトグレーティングに信
    号光が出射され、前記チャープトグレーティングから前
    記第2のポートに信号光を入射され、第3のポートから
    伝送路へ信号光が出射されるものであり、前記波長分散
    補償ファイバは、前記第1,第2,第3のポートの少な
    くともいずれかに接続されるものであり、前記チャープ
    トグレーティングおよび前記波長分散補償ファイバによ
    り、信号光に伝送路の波長分散特性と逆の波長分散特性
    を与えるものであることを特徴とする波長分散補償器。
  3. 【請求項3】 光サーキュレータと、波長分散補償ファ
    イバが往復信号光の偏波方向を異ならせる手段を介して
    反射部に接続された反射型補償手段と、少なくとも1つ
    のチャープトグレーティングを有し、前記光サーキュレ
    ータの1つの中間ポートには、前記反射型補償手段が接
    続され、前記光サーキュレータの他の中間ポートの少な
    くとも1つには、前記チャープトグレーティングが個別
    に接続されることを特徴とする波長分散補償器。
  4. 【請求項4】 光サーキュレータと、波長分散補償ファ
    イバが往復信号光の偏波方向を異ならせる手段を介して
    反射部に接続された反射型補償手段と、チャープトグレ
    ーティングを有し、前記光サーキュレータは、第1のポ
    ートに伝送路から信号光が入射され、第2のポートまた
    は第3のポートのいずれか一方に前記反射型補償手段が
    接続され、他方に前記チャープトグレーティングが接続
    され、第4のポートから伝送路へ信号光が出射されるも
    のであることを特徴とする波長分散補償器。
  5. 【請求項5】 前記往復信号光の偏波方向を異ならせる
    手段は、ファラデー回転子であることを特徴とする請求
    項3または4に記載の波長分散補償器。
  6. 【請求項6】 前記往復信号光の偏波方向を異ならせる
    手段は、使用波長域における往復時の信号光偏波面の回
    転角が85゜以上95゜以下のものであることを特徴と
    する請求項3ないし5のいずれか1項に記載の波長分散
    補償器。
  7. 【請求項7】 前記光サーキュレータに代えて、方向性
    結合器を有することを特徴とする請求項1ないし6のい
    ずれか1項に記載の波長分散補償器。
  8. 【請求項8】 光ファイバ増幅器を有し、該光ファイバ
    増幅器は、前記光サーキュレータの入力ポートまたは出
    力ポートの少なくともいずれかに接続されるものである
    ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記
    載の波長分散補償器。
  9. 【請求項9】 伝送路と、請求項1ないし8のいずれか
    1項に記載の波長分散補償器を有し、前記伝送路は、
    1.3μm帯用シングルモードファイバであり、前記波
    長分散補償器は、前記伝送路の途中または端部に接続さ
    れるものであり、前記波長分散補償ファイバは、使用波
    長域で負の波長分散を持つファイバであることを特徴と
    する波長分散補償光通信システム。
  10. 【請求項10】 前記波長分散補償ファイバは、使用波
    長域で−40ps/nm/km以下の波長分散を持つも
    のであることを特徴とする請求項9に記載の波長分散補
    償光通信システム。
  11. 【請求項11】 伝送路と、請求項1ないし8のいずれ
    か1項に記載の波長分散補償器を有し、前記伝送路は、
    1.55μm帯に零分散波長を持つファイバであり、前
    記波長分散補償器は、前記伝送路の途中または端部に接
    続されるものであり、前記波長分散補償ファイバは、使
    用波長域で正の波長分散を持つものであることを特徴と
    する波長分散補償光通信システム。
  12. 【請求項12】 前記波長分散補償ファイバは、1.3
    μm帯用シングルモードファイバであることを特徴とす
    る請求項11に記載の波長分散補償光通信システム。
  13. 【請求項13】 前記使用波長域は、1540〜156
    0nmであることを特徴とする請求項9ないし12のい
    ずれか1項に記載の波長分散補償光通信システム。
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