JPH0882815A - 光伝送システム - Google Patents
光伝送システムInfo
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- JPH0882815A JPH0882815A JP6242403A JP24240394A JPH0882815A JP H0882815 A JPH0882815 A JP H0882815A JP 6242403 A JP6242403 A JP 6242403A JP 24240394 A JP24240394 A JP 24240394A JP H0882815 A JPH0882815 A JP H0882815A
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- transmission
- pulse
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
- H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
- H04B10/25077—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion using soliton propagation
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】簡便な手段でタイミングを抑制して長距離の超
高速・大容量光ソリトン伝送を行うことができる光伝送
システムを提供する。 【構成】リターンツウゼロ光パルスにディジタル情報を
加えた光信号を伝送する伝送用光ファイバとその光ファ
イバの損失を補償する複数台の光増幅中継器とからなる
伝送路を用い、該光パルスに加えられる非線形光学効果
によるパルス圧縮効果と分散効果によるパルス広がりの
効果とが補償される光伝送システムにおいて、該伝送路
に、ソリトン周期Ｚsol と同等の周期Ｚ毎に、中心周波
数近傍の群遅延特性が平坦である光帯域制限素子を少な
くとも１つ配置し、該光帯域制限素子の強度伝達関数の
積の中心周波数近傍の曲率ａと伝送される光パルスのス
ペクトル半値全幅Ｂsol の２乗の積ａＢsol 2 が２．１
×１０-2から８．３×１０-2範囲内であるように構成さ
れている。
高速・大容量光ソリトン伝送を行うことができる光伝送
システムを提供する。 【構成】リターンツウゼロ光パルスにディジタル情報を
加えた光信号を伝送する伝送用光ファイバとその光ファ
イバの損失を補償する複数台の光増幅中継器とからなる
伝送路を用い、該光パルスに加えられる非線形光学効果
によるパルス圧縮効果と分散効果によるパルス広がりの
効果とが補償される光伝送システムにおいて、該伝送路
に、ソリトン周期Ｚsol と同等の周期Ｚ毎に、中心周波
数近傍の群遅延特性が平坦である光帯域制限素子を少な
くとも１つ配置し、該光帯域制限素子の強度伝達関数の
積の中心周波数近傍の曲率ａと伝送される光パルスのス
ペクトル半値全幅Ｂsol の２乗の積ａＢsol 2 が２．１
×１０-2から８．３×１０-2範囲内であるように構成さ
れている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを用いた伝
送システム、特に光ソリトン等のリターンツウゼロ光パ
ルスと光増幅器を使用した長距離・大容量光伝送システ
ムに関するものである。
送システム、特に光ソリトン等のリターンツウゼロ光パ
ルスと光増幅器を使用した長距離・大容量光伝送システ
ムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信技術は、光増幅技術の進
展にささえられ超長距離化が進んでおり、再生中継器を
使用せずに太平洋横断も可能となってきた。しかしなが
ら、従来の伝送方式では、伝送速度が高くなると光ファ
イバの波長分散特性や非線形光学効果に基づく伝送特性
の劣化の影響がおおきくなり、高速・大容量化には限界
があった。
展にささえられ超長距離化が進んでおり、再生中継器を
使用せずに太平洋横断も可能となってきた。しかしなが
ら、従来の伝送方式では、伝送速度が高くなると光ファ
イバの波長分散特性や非線形光学効果に基づく伝送特性
の劣化の影響がおおきくなり、高速・大容量化には限界
があった。
【０００３】この波長分散特性や非線形光学効果による
高速化の限界を打破する方式として、光ソリトン通信方
式が近年脚光を浴びている。光ソリトン通信方式は、従
来の伝送方式の特性劣化要因である光ファイバの波長分
散特性や非線形光学効果を積極的に利用するものであ
り、ファイバの波長分散によるパルス広がりと非線形光
学効果に基づくパルス圧縮をバランスさせ光短パルスを
形を変えずに伝送する方式である。長距離光ソリトン通
信が、光伝送システムの伝送容量を更に飛躍的に増大す
る可能性を秘めた通信方式として脚光を浴びるようにな
ったのは、実用的な光増幅器であるエルビウムドープ光
ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が出現したここ数年のこと
である。形も大きさも変えることなく安定に伝搬するソ
リトンは、伝送媒体に損失がないことを前提にしている
が、通常の光ファイバには損失があるため、距離と共に
光強度が減衰し、非線形光学効果が弱まり分散効果とバ
ランスしなくなる。従って、光強度をある程度の強さに
保ちつつ見掛け上損失のない光ファイバ伝送を可能とす
るためには、光ファイバの損失を光増幅器で補償する必
要がある。光増幅器を中継器として使用した場合には、
中継間隔の平均パワーや光ファイバの平均分散をソリト
ン条件に設定することにより、理想的ソリトンと同様の
波形変化がほとんどないソリトン通信が可能となる。光
ソリトン通信においては、光増幅器の雑音は、受信端で
の光パルスのタイミングジッタに影響を及ぼし伝送特性
を劣化させる。すなわち、雑音が重畳した光ソリトンで
は光強度がランダムに揺らぎ理想的光ソリトンの形から
僅かにずれるため、非線形光学効果によるキャリア周波
数のシフト量に揺らぎが生じる。これが各中継器毎に繰
り返されるため、有限な分散値を持つ光ファイバを伝搬
するうちに光パルスの到着時間がランダムに揺らぎタイ
ミングジッタが引き起こされる。この現象は、ゴードン
ハウス効果と呼ばれ、光ソリトン通信の主たる伝送特性
の制限要因となっている。
高速化の限界を打破する方式として、光ソリトン通信方
式が近年脚光を浴びている。光ソリトン通信方式は、従
来の伝送方式の特性劣化要因である光ファイバの波長分
散特性や非線形光学効果を積極的に利用するものであ
り、ファイバの波長分散によるパルス広がりと非線形光
学効果に基づくパルス圧縮をバランスさせ光短パルスを
形を変えずに伝送する方式である。長距離光ソリトン通
信が、光伝送システムの伝送容量を更に飛躍的に増大す
る可能性を秘めた通信方式として脚光を浴びるようにな
ったのは、実用的な光増幅器であるエルビウムドープ光
ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が出現したここ数年のこと
である。形も大きさも変えることなく安定に伝搬するソ
リトンは、伝送媒体に損失がないことを前提にしている
が、通常の光ファイバには損失があるため、距離と共に
光強度が減衰し、非線形光学効果が弱まり分散効果とバ
ランスしなくなる。従って、光強度をある程度の強さに
保ちつつ見掛け上損失のない光ファイバ伝送を可能とす
るためには、光ファイバの損失を光増幅器で補償する必
要がある。光増幅器を中継器として使用した場合には、
中継間隔の平均パワーや光ファイバの平均分散をソリト
ン条件に設定することにより、理想的ソリトンと同様の
波形変化がほとんどないソリトン通信が可能となる。光
ソリトン通信においては、光増幅器の雑音は、受信端で
の光パルスのタイミングジッタに影響を及ぼし伝送特性
を劣化させる。すなわち、雑音が重畳した光ソリトンで
は光強度がランダムに揺らぎ理想的光ソリトンの形から
僅かにずれるため、非線形光学効果によるキャリア周波
数のシフト量に揺らぎが生じる。これが各中継器毎に繰
り返されるため、有限な分散値を持つ光ファイバを伝搬
するうちに光パルスの到着時間がランダムに揺らぎタイ
ミングジッタが引き起こされる。この現象は、ゴードン
ハウス効果と呼ばれ、光ソリトン通信の主たる伝送特性
の制限要因となっている。
【０００４】上述したタイミングジッタを抑制するソリ
トン制御技術の研究が活発に進められており、ソリトン
伝送実験はここ数年間で急速に進展した。ゴードンハウ
スジッタを抑制する１つの方法は、伝送信号に同期した
光変調器を伝送路に挿入し時間領域でタイミングジッタ
を直接抑制する方法である。この方法は、高速光変調器
並びにその駆動回路を光中継器に含むため、超高速化に
は限界がある上、高信頼性の要求される海底ケーブル等
への適用は困難である。他方は、伝送路中に光フィルタ
を挿入し、ランダム周波数シフトを周波数領域で制御す
るものである。この方法は、中継器内には受動素子であ
る光フィルタを含むだけであるため、高速化に対応し易
い方法である。
トン制御技術の研究が活発に進められており、ソリトン
伝送実験はここ数年間で急速に進展した。ゴードンハウ
スジッタを抑制する１つの方法は、伝送信号に同期した
光変調器を伝送路に挿入し時間領域でタイミングジッタ
を直接抑制する方法である。この方法は、高速光変調器
並びにその駆動回路を光中継器に含むため、超高速化に
は限界がある上、高信頼性の要求される海底ケーブル等
への適用は困難である。他方は、伝送路中に光フィルタ
を挿入し、ランダム周波数シフトを周波数領域で制御す
るものである。この方法は、中継器内には受動素子であ
る光フィルタを含むだけであるため、高速化に対応し易
い方法である。
【０００５】光フィルタそのものは、光増幅器の雑音を
除去する目的でソリトン伝送実験において既に使用され
ていたが（E. Yamada, K. Suzuki, and M. Nakazawa, E
lectronics Letters, Vol. 27, No. 14, pp. 1289-129
1, 4th July 1991)、その後、光バンドパスフィルタが
タイミングジッタの原因となるランダム周波数シフトを
フィルタの中心周波数に近づけタイミングジッタを抑制
する効果があることが示された（A. Mecozzi, et al.,
Optics Letters, Vol.16, pp.1841-1843, Dec.1991, a
nd Y. Kodama and A. Hasegawa, Optics Letters, Vol.
17,pp.31-33, Jan. 1992、及び特開平５−２２７１０５
号）。このフィルタは、中心からずれようとするソリト
ンを周波数領域でガイドすることから、周波数ガイディ
ングフィルタと呼ばれている。従来使用されてきた光フ
ィルタの帯域の半値全幅Ｂは、効果的にタイミングジッ
タを抑制するため、ソリトンのスペクトル半値全幅Ｂ
sol の１０倍程度の狭帯域フィルタが使用されている
（L.F. Mollenauer et al.,Electronics Letters,Vol.
27, No. 22, pp.2055-2056, 24th Oct. 1991, and L.
F. Mollenauer et al., Electronics Letters, Vol. 2
8, No.8, pp. 792-794, 9th April 1992)。帯域の半値
全幅が狭いほどガイディング効果は大くなるものの、狭
帯域フィルタはソリトンスペクトルの裾野の部分をカッ
トしてしまうため、それを補償すると、見かけ上、フィ
ルタの中心周波数近傍で、非ソリトン成分が過剰に増幅
される結果を引き起こし、ソリトンが不安定になること
が示されている。このために、使用できる光フィルタ
は、上述したようにソリトンスペクトルの半値全幅の約
１０倍程度がよいとされてきた。従来はこの周波数ガイ
ディングフィルタでは、ある程度のタイミングジッタ抑
制しかできず、１波長を用いた太平洋横断システム（全
長約９０００ｋｍ）では、７．５Ｇｂ／ｓ程度が限界
で、１０Ｇｂ／ｓは実現不可能とされてきた（L. F. Mo
llenauer et al., Electronics Letters, Vol. 28, No.
8, pp. 792-794, 9th April 1992) 。
除去する目的でソリトン伝送実験において既に使用され
ていたが（E. Yamada, K. Suzuki, and M. Nakazawa, E
lectronics Letters, Vol. 27, No. 14, pp. 1289-129
1, 4th July 1991)、その後、光バンドパスフィルタが
タイミングジッタの原因となるランダム周波数シフトを
フィルタの中心周波数に近づけタイミングジッタを抑制
する効果があることが示された（A. Mecozzi, et al.,
Optics Letters, Vol.16, pp.1841-1843, Dec.1991, a
nd Y. Kodama and A. Hasegawa, Optics Letters, Vol.
17,pp.31-33, Jan. 1992、及び特開平５−２２７１０５
号）。このフィルタは、中心からずれようとするソリト
ンを周波数領域でガイドすることから、周波数ガイディ
ングフィルタと呼ばれている。従来使用されてきた光フ
ィルタの帯域の半値全幅Ｂは、効果的にタイミングジッ
タを抑制するため、ソリトンのスペクトル半値全幅Ｂ
sol の１０倍程度の狭帯域フィルタが使用されている
（L.F. Mollenauer et al.,Electronics Letters,Vol.
27, No. 22, pp.2055-2056, 24th Oct. 1991, and L.
F. Mollenauer et al., Electronics Letters, Vol. 2
8, No.8, pp. 792-794, 9th April 1992)。帯域の半値
全幅が狭いほどガイディング効果は大くなるものの、狭
帯域フィルタはソリトンスペクトルの裾野の部分をカッ
トしてしまうため、それを補償すると、見かけ上、フィ
ルタの中心周波数近傍で、非ソリトン成分が過剰に増幅
される結果を引き起こし、ソリトンが不安定になること
が示されている。このために、使用できる光フィルタ
は、上述したようにソリトンスペクトルの半値全幅の約
１０倍程度がよいとされてきた。従来はこの周波数ガイ
ディングフィルタでは、ある程度のタイミングジッタ抑
制しかできず、１波長を用いた太平洋横断システム（全
長約９０００ｋｍ）では、７．５Ｇｂ／ｓ程度が限界
で、１０Ｇｂ／ｓは実現不可能とされてきた（L. F. Mo
llenauer et al., Electronics Letters, Vol. 28, No.
8, pp. 792-794, 9th April 1992) 。
【０００６】図６に本発明者らが２０Ｇｂ／ｓで試験し
た結果を示す。図６の縦軸は符号誤り率、横軸は伝送距
離である。伝送距離４５００ｋｍで符号誤り率は１０
-12 であり、９０００ｋｍ伝送は全く不可能であった。
これを解決するため、光フィルタの中心周波数を距離と
共に僅かにスライドさせる方法も検討されており、スラ
イディングガイディングフィルタと呼ばれている。自ら
周波数チャープを生じながら伝搬する非線形の波である
ソリトン成分は、フィルタの中心周波数の僅かな変化に
追従するが、線形の波である雑音成分はフィルタの周波
数シフトに追従せず、徐々にフィルタの帯域外へ追いや
られ、結果的に雑音累積を抑制するというものである。
中心周波数のスライド量は１０００ｋｍで約６〜７ＧＨ
ｚである。このスライディングガイディングフィルタを
用いた１０Ｇｂ／ｓ２波長多重実験が行なわれており、
９０００ｋｍ以上の伝送が可能であることが示されてい
る。（L. F. Mollenauer et al.,Electronics Letters,
Vo. 29, No. 10, pp.910-911, 13 th May, 1993) しかし、これらの狭帯域光フィルタは、実システムへの
適用は極めて困難である。光の周波数は約２００ＴＨｚ
であるが、例えばスライディングガイディングフィルタ
では、約３０ｋｍ間隔に配置された各中継器毎にフィル
タの中心周波数の絶対値を２００ＭＨｚ程度（中心周波
数に対して０．０００１％の確度）シフトさせる必要が
あり、現在の技術レベルと実システムの温度変化などの
環境変化を考慮すると、このような狭帯域光フィルタの
精密制御は実際のシステムではほぼ不可能と予想され
る。光ソリトン通信の光海底ケーブルへの適用を考慮す
ると、高信頼性が要求される中継器内部での超狭帯域光
フィルタの使用を伴う従来の技術は、システムの長期的
な信頼性などの実用的観点からは望ましくない。
た結果を示す。図６の縦軸は符号誤り率、横軸は伝送距
離である。伝送距離４５００ｋｍで符号誤り率は１０
-12 であり、９０００ｋｍ伝送は全く不可能であった。
これを解決するため、光フィルタの中心周波数を距離と
共に僅かにスライドさせる方法も検討されており、スラ
イディングガイディングフィルタと呼ばれている。自ら
周波数チャープを生じながら伝搬する非線形の波である
ソリトン成分は、フィルタの中心周波数の僅かな変化に
追従するが、線形の波である雑音成分はフィルタの周波
数シフトに追従せず、徐々にフィルタの帯域外へ追いや
られ、結果的に雑音累積を抑制するというものである。
中心周波数のスライド量は１０００ｋｍで約６〜７ＧＨ
ｚである。このスライディングガイディングフィルタを
用いた１０Ｇｂ／ｓ２波長多重実験が行なわれており、
９０００ｋｍ以上の伝送が可能であることが示されてい
る。（L. F. Mollenauer et al.,Electronics Letters,
Vo. 29, No. 10, pp.910-911, 13 th May, 1993) しかし、これらの狭帯域光フィルタは、実システムへの
適用は極めて困難である。光の周波数は約２００ＴＨｚ
であるが、例えばスライディングガイディングフィルタ
では、約３０ｋｍ間隔に配置された各中継器毎にフィル
タの中心周波数の絶対値を２００ＭＨｚ程度（中心周波
数に対して０．０００１％の確度）シフトさせる必要が
あり、現在の技術レベルと実システムの温度変化などの
環境変化を考慮すると、このような狭帯域光フィルタの
精密制御は実際のシステムではほぼ不可能と予想され
る。光ソリトン通信の光海底ケーブルへの適用を考慮す
ると、高信頼性が要求される中継器内部での超狭帯域光
フィルタの使用を伴う従来の技術は、システムの長期的
な信頼性などの実用的観点からは望ましくない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、狭帯域
バンドパスフィルタを使用する場合にはスライディング
ガイディングフィルタという方法を採用することにより
大容量・長距離光通信システムが構築できることが提案
されているが、周波数スライディングを伴わなず、か
つ、帯域の半値全幅の比較的広い帯域光フィルタについ
ては、２次のバターワースフィルタを用いた実験が報告
されているのみである（M.Suzuki et al, Electronics
Letters, Vol. 30, No. 6, pp.1083-1984, 23rd June,1
994)。２次のバターワース光フィルタは最大平坦振幅特
性を有しているため、振幅特性は比較的平坦であり、中
心周波数近傍での線形波に対する過剰利得の問題は生じ
にくいものの、群遅延特性が平坦でないためソリトンの
時間波形を変形させてしまうため、実際に使用できるフ
ィルタの帯域の半値全幅が極めて狭い範囲に制限されて
しまうという問題がある。上述のように従来のタイミン
グジッタを抑制する光バンドパスフィルタは、抑制力が
弱い、光バンドパスフィルタの精密制御の難しさなどの
問題があった。
バンドパスフィルタを使用する場合にはスライディング
ガイディングフィルタという方法を採用することにより
大容量・長距離光通信システムが構築できることが提案
されているが、周波数スライディングを伴わなず、か
つ、帯域の半値全幅の比較的広い帯域光フィルタについ
ては、２次のバターワースフィルタを用いた実験が報告
されているのみである（M.Suzuki et al, Electronics
Letters, Vol. 30, No. 6, pp.1083-1984, 23rd June,1
994)。２次のバターワース光フィルタは最大平坦振幅特
性を有しているため、振幅特性は比較的平坦であり、中
心周波数近傍での線形波に対する過剰利得の問題は生じ
にくいものの、群遅延特性が平坦でないためソリトンの
時間波形を変形させてしまうため、実際に使用できるフ
ィルタの帯域の半値全幅が極めて狭い範囲に制限されて
しまうという問題がある。上述のように従来のタイミン
グジッタを抑制する光バンドパスフィルタは、抑制力が
弱い、光バンドパスフィルタの精密制御の難しさなどの
問題があった。
【０００８】本発明は、簡便な手段でタイミングを抑制
して長距離の超高速・大容量光伝送を行うことができる
光伝送システムを提供することを目的とするものであ
る。
して長距離の超高速・大容量光伝送を行うことができる
光伝送システムを提供することを目的とするものであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、リターンツウ
ゼロ光パルスにディジタル情報を加えた光信号を伝送す
る伝送用光ファイバと、該伝送用光ファイバ上に距離Ｚ
amp 毎に配置された該光ファイバの損失を補償する複数
台の光増幅中継器を有し、該伝送用光ファイバと該光増
幅中継器とからなる伝送路の波長分散値の平均値及び該
光増幅中継器の光出力強度が、該光パルスに加えられる
非線形光学効果によるパルス圧縮効果と分散効果による
パルス広がりの効果とが補償されるように設定されてい
る光伝送システムにおいて、該伝送路に、
ゼロ光パルスにディジタル情報を加えた光信号を伝送す
る伝送用光ファイバと、該伝送用光ファイバ上に距離Ｚ
amp 毎に配置された該光ファイバの損失を補償する複数
台の光増幅中継器を有し、該伝送用光ファイバと該光増
幅中継器とからなる伝送路の波長分散値の平均値及び該
光増幅中継器の光出力強度が、該光パルスに加えられる
非線形光学効果によるパルス圧縮効果と分散効果による
パルス広がりの効果とが補償されるように設定されてい
る光伝送システムにおいて、該伝送路に、
【数６】 （但し、Ｄ： 前記伝送用光ファイバの波長分散の平均
値 λ： 前記光信号の波長 Ｃ： 光速 τ： 前記光信号時間波形の半値全幅） としたとき周期Ｚ毎に、中心周波数近傍の群遅延特性が
平坦である光帯域制限素子を少なくとも１つ以上を配置
し、該光帯域制限素子の強度伝達関数の積の中心周波数
近傍の曲率ａと伝送される光パルスのスペクトル半値全
幅Ｂsol の２乗の積ａＢsol 2 が２．１×１０-2から
８．３×１０-2範囲内であるように構成された光伝送シ
ステムである。
値 λ： 前記光信号の波長 Ｃ： 光速 τ： 前記光信号時間波形の半値全幅） としたとき周期Ｚ毎に、中心周波数近傍の群遅延特性が
平坦である光帯域制限素子を少なくとも１つ以上を配置
し、該光帯域制限素子の強度伝達関数の積の中心周波数
近傍の曲率ａと伝送される光パルスのスペクトル半値全
幅Ｂsol の２乗の積ａＢsol 2 が２．１×１０-2から
８．３×１０-2範囲内であるように構成された光伝送シ
ステムである。
【００１０】すなわち、本発明は、これらのタイミング
ジッタを抑制するために、光伝送路中に、光パルスのス
ペクトルをほとんど変形させないような帯域の半値全幅
の広い光帯域制限素子を挿入してフィルタ中心周波数近
傍での線形波に対する過剰利得を抑制し、かつ光帯域制
限素子の伝達関数を時間波形の変形を起こしにくい１次
の関数もしくは最大平坦遅延特性を有する高次関数と
し、さらに、光パルススペクトルの半値全幅に対する光
帯域制限素子の中心周波数近傍での曲率の相対値あるい
は帯域の半値全幅をある規定範囲内に設定することによ
り、光パルスのランダムな周波数シフトを周波数領域で
効果的にガイドしタイミングジッタを抑制することによ
り、長距離・大容量光通信システムを実現することがで
きる。なお、本発明は、光パルス形状，パルス幅，光中
継器出力などが、ソリトン条件で規定される狭義の光ソ
リトン伝送システムに限定されるものではない。非線形
特性を有する光ファイバ伝送では、光パルス形状が光ソ
リトンのsech2 型から極端にずれていないかぎり、光増
幅中継器出力をやや高めに設定するなどすることによ
り、伝送中に光パルスは光ソリトンに収束するので、本
発明はＲＺ光パルスを用いて伝送中に光ソリトンに収束
する伝送システムを包含する広義の光ソリトン伝送シス
テムである。
ジッタを抑制するために、光伝送路中に、光パルスのス
ペクトルをほとんど変形させないような帯域の半値全幅
の広い光帯域制限素子を挿入してフィルタ中心周波数近
傍での線形波に対する過剰利得を抑制し、かつ光帯域制
限素子の伝達関数を時間波形の変形を起こしにくい１次
の関数もしくは最大平坦遅延特性を有する高次関数と
し、さらに、光パルススペクトルの半値全幅に対する光
帯域制限素子の中心周波数近傍での曲率の相対値あるい
は帯域の半値全幅をある規定範囲内に設定することによ
り、光パルスのランダムな周波数シフトを周波数領域で
効果的にガイドしタイミングジッタを抑制することによ
り、長距離・大容量光通信システムを実現することがで
きる。なお、本発明は、光パルス形状，パルス幅，光中
継器出力などが、ソリトン条件で規定される狭義の光ソ
リトン伝送システムに限定されるものではない。非線形
特性を有する光ファイバ伝送では、光パルス形状が光ソ
リトンのsech2 型から極端にずれていないかぎり、光増
幅中継器出力をやや高めに設定するなどすることによ
り、伝送中に光パルスは光ソリトンに収束するので、本
発明はＲＺ光パルスを用いて伝送中に光ソリトンに収束
する伝送システムを包含する広義の光ソリトン伝送シス
テムである。
【００１１】
【作用】本発明者らが、従来技術の欠点に鑑み検討を行
なった結果、２０Ｇｂ／ｓクラスの大容量で太平洋横断
クラスの長距離光通信システムを実現するため必要とな
る光フィルタに要求される特性は、 １）光パルスのスペクトルをほとんど変形させないよう
な帯域の半値全幅の広い帯域制限素子を使用しフィルタ
の中心周波数近傍での線形波に対する過剰利得を抑制す
ること、 ２）光フィルタの伝達関数を、時間波形を変形させない
よう群遅延特性が帯域内でほぼ平坦となるよう選定する
こと、さらに、 ３）光パルスのスペクトルの半値全幅に対する該帯域制
限素子の中心周波数近傍での曲率または帯域の半値全幅
の相対値をある規定範囲内に設定することにより、光パ
ルスのランダムな周波数シフトを周波数領域で効果的に
ガイドしタイミングジッタを抑制すること、 が必要であることが判明した。
なった結果、２０Ｇｂ／ｓクラスの大容量で太平洋横断
クラスの長距離光通信システムを実現するため必要とな
る光フィルタに要求される特性は、 １）光パルスのスペクトルをほとんど変形させないよう
な帯域の半値全幅の広い帯域制限素子を使用しフィルタ
の中心周波数近傍での線形波に対する過剰利得を抑制す
ること、 ２）光フィルタの伝達関数を、時間波形を変形させない
よう群遅延特性が帯域内でほぼ平坦となるよう選定する
こと、さらに、 ３）光パルスのスペクトルの半値全幅に対する該帯域制
限素子の中心周波数近傍での曲率または帯域の半値全幅
の相対値をある規定範囲内に設定することにより、光パ
ルスのランダムな周波数シフトを周波数領域で効果的に
ガイドしタイミングジッタを抑制すること、 が必要であることが判明した。
【００１２】本発明では、帯域の半値全幅の広い１次の
伝達関数を有する光フィルタもしくは最大平坦遅延特性
を有する２次以上の高次の伝達関数を有する光フィルタ
を用いてタイミングジッタを抑制した大容量・長距離光
伝送システムを実現している。１次の伝達関数を有する
光フィルタは、振幅特性及び群遅延特性ともになだらか
に変化するため、時間波形を変形させることなくランダ
ム周波数シフトを抑制する効果がある。２次以上の高次
の伝達関数を有する光フィルタは、最大平坦振幅特性を
実現するバターワース型のフィルタと最大平坦遅延特性
を実現するベッセル型のフィルタに大別されるが、バタ
ーワース型フィルタは、振幅特性を平坦化する目的で設
計されるため、帯域内部で群遅延特性が平坦から大きく
ずれてしまうため、光パルスの波形を変形させてしまう
が、ベッセル型のフィルタは、帯域内での振幅特性は必
ずしも平坦ではないが、帯域内での群遅延特性をできる
だけ平坦化する目的で設計されるため、光パルス波形の
変形を引き起こさない。したがって、時間波形を変形さ
せることなく周波数シフトを抑制することが可能であ
る。光パルススペクトルの半値全幅に対する該帯域制限
素子の帯域の半値全幅の相対値あるいは中心周波数近傍
での曲率については、実施例を用いて詳細に説明する。
伝達関数を有する光フィルタもしくは最大平坦遅延特性
を有する２次以上の高次の伝達関数を有する光フィルタ
を用いてタイミングジッタを抑制した大容量・長距離光
伝送システムを実現している。１次の伝達関数を有する
光フィルタは、振幅特性及び群遅延特性ともになだらか
に変化するため、時間波形を変形させることなくランダ
ム周波数シフトを抑制する効果がある。２次以上の高次
の伝達関数を有する光フィルタは、最大平坦振幅特性を
実現するバターワース型のフィルタと最大平坦遅延特性
を実現するベッセル型のフィルタに大別されるが、バタ
ーワース型フィルタは、振幅特性を平坦化する目的で設
計されるため、帯域内部で群遅延特性が平坦から大きく
ずれてしまうため、光パルスの波形を変形させてしまう
が、ベッセル型のフィルタは、帯域内での振幅特性は必
ずしも平坦ではないが、帯域内での群遅延特性をできる
だけ平坦化する目的で設計されるため、光パルス波形の
変形を引き起こさない。したがって、時間波形を変形さ
せることなく周波数シフトを抑制することが可能であ
る。光パルススペクトルの半値全幅に対する該帯域制限
素子の帯域の半値全幅の相対値あるいは中心周波数近傍
での曲率については、実施例を用いて詳細に説明する。
【００１３】
【実施例１】図１に本発明の第１の実施例を示す。１は
２０Ｇｂ／ｓ光ソリトン送信装置、２は伝送用光ファイ
バ、３は光増幅中継器、４は光バンドパスフィルタ、５
は光ソリトン受信装置である。光ソリトン送信装置１で
は、波長１５５８ｎｍでＣＷ発振するＤＦＢレーザの出
力光を１０ＧＨｚで正弦波変調されたＩｎＧａＡｓＰ電
気吸収型光変調器により１０ＧＨｚ繰り返し光パルス列
に変換し、光パルス列を２分岐し、それぞれに光変調器
により１０Ｇｂ／ｓのデータ信号を重畳した後、光領域
で時分割多重することにより２０Ｇｂ／ｓ疑似ランダム
光信号を生成している。本実施例では、ソリトン送信パ
ルスとしては、時間波形の半値全幅（ｔ）は１１．５ｐ
ｓ、従って、ソリトンスペクトルの半値全幅（Ｂsol ＝
０．３１５／ｔ）２７．４ＧＨｚのものを使用した。
又、本光ソリトン送信装置は、２系統の光パルスの振幅
値を変化させる手段を有しており、これにより隣接ソリ
トンの振幅を交互に変えた２０Ｇｂ／ｓ交番振幅ソリト
ン信号（振幅比：１〜１．１）を実現している。
２０Ｇｂ／ｓ光ソリトン送信装置、２は伝送用光ファイ
バ、３は光増幅中継器、４は光バンドパスフィルタ、５
は光ソリトン受信装置である。光ソリトン送信装置１で
は、波長１５５８ｎｍでＣＷ発振するＤＦＢレーザの出
力光を１０ＧＨｚで正弦波変調されたＩｎＧａＡｓＰ電
気吸収型光変調器により１０ＧＨｚ繰り返し光パルス列
に変換し、光パルス列を２分岐し、それぞれに光変調器
により１０Ｇｂ／ｓのデータ信号を重畳した後、光領域
で時分割多重することにより２０Ｇｂ／ｓ疑似ランダム
光信号を生成している。本実施例では、ソリトン送信パ
ルスとしては、時間波形の半値全幅（ｔ）は１１．５ｐ
ｓ、従って、ソリトンスペクトルの半値全幅（Ｂsol ＝
０．３１５／ｔ）２７．４ＧＨｚのものを使用した。
又、本光ソリトン送信装置は、２系統の光パルスの振幅
値を変化させる手段を有しており、これにより隣接ソリ
トンの振幅を交互に変えた２０Ｇｂ／ｓ交番振幅ソリト
ン信号（振幅比：１〜１．１）を実現している。
【００１４】伝送用光ファイバ２の全長は約９０００ｋ
ｍ、平均波長分散値Ｄは、０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍに設
定してある。約３０ｋｍ毎に光ファイバの損失を補償す
るためのエルビウム光ファイバ増幅中継器３が３００台
設置されている。光増幅器の本線系は、エルビウムドー
プ光ファイバ、ＷＤＭカップラ、光アイソレータで構成
されており、波長１４８０ｎｍのＣＷレーザ光を励起光
としてＷＤＭカップラを通してエルビウムドープ光ファ
イバを後方励起している。各光増幅中継器の指音指数
は、４．５〜６．０ｄＢである。エルビウム光ファイバ
増幅中継器３の出力段には、光バンドパスフィルタ４が
３００個設置されている。各スパンの区間平均光パワー
がソリトン条件を満足するように、各光増幅中継器の平
均光出力パワーを０ｄＢｍに設定してある。光増幅中継
器の光出力パワーについては、光ソリトンが安定に伝搬
する範囲内（例えば、ソリトン条件光出力パワー±３ｄ
Ｂ）に設定すれぱよい。光バンドパスフィルタ４はその
伝達関数が１次の伝達関数
ｍ、平均波長分散値Ｄは、０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍに設
定してある。約３０ｋｍ毎に光ファイバの損失を補償す
るためのエルビウム光ファイバ増幅中継器３が３００台
設置されている。光増幅器の本線系は、エルビウムドー
プ光ファイバ、ＷＤＭカップラ、光アイソレータで構成
されており、波長１４８０ｎｍのＣＷレーザ光を励起光
としてＷＤＭカップラを通してエルビウムドープ光ファ
イバを後方励起している。各光増幅中継器の指音指数
は、４．５〜６．０ｄＢである。エルビウム光ファイバ
増幅中継器３の出力段には、光バンドパスフィルタ４が
３００個設置されている。各スパンの区間平均光パワー
がソリトン条件を満足するように、各光増幅中継器の平
均光出力パワーを０ｄＢｍに設定してある。光増幅中継
器の光出力パワーについては、光ソリトンが安定に伝搬
する範囲内（例えば、ソリトン条件光出力パワー±３ｄ
Ｂ）に設定すれぱよい。光バンドパスフィルタ４はその
伝達関数が１次の伝達関数
【数７】 Ｈ（ｆ）＝１／（１＋ｊ２（ｆ−ｆ0 ）／Ｂ） （１） 但し、ｆ0 ：フィルタの中心周波数、Ｂ：フィルタのバ
ンド幅 で、近似的に表されるものを使用している。ここで、光
フィルタの強度伝達関数の半値全幅はソリトンスペクト
ルの半値全幅の約３１倍の６．９ｎｍのものを使用し
た。
ンド幅 で、近似的に表されるものを使用している。ここで、光
フィルタの強度伝達関数の半値全幅はソリトンスペクト
ルの半値全幅の約３１倍の６．９ｎｍのものを使用し
た。
【００１５】光ソリトン受信装置５は、２０Ｇｂ／ｓの
伝送光信号を２分岐し、それぞれをＩｎＧａＡｓＰ電気
吸収型光変調器で構成されている光デマルチプレクサに
より１０Ｇｂ／ｓ光信号に分周したのち１０Ｇｂ／ｓの
光受信器で電気信号に変換するように構成されている。
各光デマルチプレクサは、２０Ｇｂ／ｓ光信号から２０
ＧＨｚの電気クロック成分を抽出し１０ＧＨｚに分周さ
れた同期信号で駆動されており、光信号と同期した幅５
０ｐｓの矩形の光ゲート波形を形成し、一方の系列のパ
ルス列を選択する構成をとっている。尚、本実施例の有
効性を実証するため、９０００ｋｍの光伝送路部分を、
９１ｋｍの光ファイバと４台の光増幅器で構成される光
ファイバループを１００周させることで等価的に実現し
た。９０００ｋｍ伝送後の符号誤り率を測定した結果、
１×１０-13 であり、実用上要求される例えば、１×１
０-12 以下の良好な伝送特性が達成された。
伝送光信号を２分岐し、それぞれをＩｎＧａＡｓＰ電気
吸収型光変調器で構成されている光デマルチプレクサに
より１０Ｇｂ／ｓ光信号に分周したのち１０Ｇｂ／ｓの
光受信器で電気信号に変換するように構成されている。
各光デマルチプレクサは、２０Ｇｂ／ｓ光信号から２０
ＧＨｚの電気クロック成分を抽出し１０ＧＨｚに分周さ
れた同期信号で駆動されており、光信号と同期した幅５
０ｐｓの矩形の光ゲート波形を形成し、一方の系列のパ
ルス列を選択する構成をとっている。尚、本実施例の有
効性を実証するため、９０００ｋｍの光伝送路部分を、
９１ｋｍの光ファイバと４台の光増幅器で構成される光
ファイバループを１００周させることで等価的に実現し
た。９０００ｋｍ伝送後の符号誤り率を測定した結果、
１×１０-13 であり、実用上要求される例えば、１×１
０-12 以下の良好な伝送特性が達成された。
【００１６】光フィルタの許容範囲を調べるため、光フ
ィルタの帯域の半値全幅を変えて試験を行なった。その
際、実際に製造された光バンドパスフィルタの伝達関数
は必ずしも厳密に式（１）で表現されるわけではないの
で、式（１）の強度伝達関数を中心周波数ｆ0 の回りで
ィルタの帯域の半値全幅を変えて試験を行なった。その
際、実際に製造された光バンドパスフィルタの伝達関数
は必ずしも厳密に式（１）で表現されるわけではないの
で、式（１）の強度伝達関数を中心周波数ｆ0 の回りで
【数８】 ｜Ｈ（ｆ）｜2 ＝１−ａ1 （ｆ−ｆ0 ）2 −ａ2 （ｆ−ｆ0 ）4 ……（２） のようにテーラ展開し、中心周波数近傍での曲率ａ1 を
変化させて、伝送特性の試験を行なった。また、周回数
を増やすことにより、更に長距離における伝送特性を評
価した。その結果、図２に示すように光フィルタの曲率
が
変化させて、伝送特性の試験を行なった。また、周回数
を増やすことにより、更に長距離における伝送特性を評
価した。その結果、図２に示すように光フィルタの曲率
が
【数９】 ３．３×１０-6≦ａ1 ≦１．３×１０-5（ＧＨｚ-2） （３） の範囲内であれば、１２０００ｋｍ伝送時の符号誤り率
として１０-9以下が達成された。１次の光バンドパスフ
ィルタに換算したときの光帯域の半値全幅は
として１０-9以下が達成された。１次の光バンドパスフ
ィルタに換算したときの光帯域の半値全幅は
【数１０】 ４．４ｎｍ≦Ｂ≦８．８ｎｍ （４） であり、ソリトンスペクトル帯域の半値全幅Ｂsol の４
０倍から２０倍に相当する。
０倍から２０倍に相当する。
【００１７】図３に、式（３）又は式（４）を満足する
光フィルタを使用し試験した場合の符号誤り率−距離依
存性の試験結果を示す。この試験の結果、式（４）を満
足する光フィルタを用いた場合には、９０００ｋｍ伝送
後で、実用的符号誤り率である１×１０-12 以下が達成
できることが判明した。１次の光フィルタでは、このよ
うに広帯域でかつ許容バンド幅がかなり広いため、製造
上のばらつき等を考慮しても十分安定にソリトン通信が
できることが判明した。従来の中心周波数をスライディ
ングさせる狭帯域フィルタでは曲率は約３×１０-4（Ｇ
Ｈｚ-2）のもの（帯域の半値全幅換算値：０．９ｎｍ、
ソリトン帯域の半値全幅の６倍程度の半値全幅）が使用
されており（L. F. Mollenauer et al.,Electronics Le
tters, Vo. 29, No. 10, pp.910-911, 13 th May, 199
3) 、本実施例の光フィルタは従来例の１／１０以下の
曲率であるとともに、帯域の半値全幅が十分広く、実用
性が高い。
光フィルタを使用し試験した場合の符号誤り率−距離依
存性の試験結果を示す。この試験の結果、式（４）を満
足する光フィルタを用いた場合には、９０００ｋｍ伝送
後で、実用的符号誤り率である１×１０-12 以下が達成
できることが判明した。１次の光フィルタでは、このよ
うに広帯域でかつ許容バンド幅がかなり広いため、製造
上のばらつき等を考慮しても十分安定にソリトン通信が
できることが判明した。従来の中心周波数をスライディ
ングさせる狭帯域フィルタでは曲率は約３×１０-4（Ｇ
Ｈｚ-2）のもの（帯域の半値全幅換算値：０．９ｎｍ、
ソリトン帯域の半値全幅の６倍程度の半値全幅）が使用
されており（L. F. Mollenauer et al.,Electronics Le
tters, Vo. 29, No. 10, pp.910-911, 13 th May, 199
3) 、本実施例の光フィルタは従来例の１／１０以下の
曲率であるとともに、帯域の半値全幅が十分広く、実用
性が高い。
【００１８】従来の典型的ガイディングフィルタ（ソリ
トンスペクトルの約１０倍の光フィルタ）では、伝送距
離は約４５００ｋｍに制限されており本発明の効果は著
しい。また、光フィルタとして、最大平坦振幅特性を有
する２次のバターワース型フィルタを使用した場合に比
べて、１次の光フィルタを使用した場合には同一の曲率
のフィルタでも伝送距離を２０００〜３０００ｋｍ伸張
できることも判明した。すなわち、光フィルタの帯域内
での位相特性がほぼ直線位相となる光フィルタの使用が
伝送特性の改善には有効であることが実証された。ま
た、この試験は、パルス幅１１．５ｐｓの光ソリトンパ
ルス、即ち、光スペクトルの半値全幅Ｂsol ＝２７．４
ＧＨｚを有するソリトンについての試験であるが、パル
ス幅の異なる信号の場合は、ソリトンスペクトル半値全
幅の２乗と光フィルタの曲率の相対値を本実施例と同様
に保つことにより、同様の伝送特性が得られた。したが
って、
トンスペクトルの約１０倍の光フィルタ）では、伝送距
離は約４５００ｋｍに制限されており本発明の効果は著
しい。また、光フィルタとして、最大平坦振幅特性を有
する２次のバターワース型フィルタを使用した場合に比
べて、１次の光フィルタを使用した場合には同一の曲率
のフィルタでも伝送距離を２０００〜３０００ｋｍ伸張
できることも判明した。すなわち、光フィルタの帯域内
での位相特性がほぼ直線位相となる光フィルタの使用が
伝送特性の改善には有効であることが実証された。ま
た、この試験は、パルス幅１１．５ｐｓの光ソリトンパ
ルス、即ち、光スペクトルの半値全幅Ｂsol ＝２７．４
ＧＨｚを有するソリトンについての試験であるが、パル
ス幅の異なる信号の場合は、ソリトンスペクトル半値全
幅の２乗と光フィルタの曲率の相対値を本実施例と同様
に保つことにより、同様の伝送特性が得られた。したが
って、
【数１１】 ２．５×１０-3≦ａ1 Ｂsol 2 ≦１．０×１０-2 （５） を満足する１次の光バンドパスフィルタを各中継器の後
段に設置することにより、１００００ｋｍ以上にわたり
正確な情報伝送が可能な光伝送システムが構築できる。
段に設置することにより、１００００ｋｍ以上にわたり
正確な情報伝送が可能な光伝送システムが構築できる。
【００１９】本実施例では、光帯域制限素子として１次
の光バンドパスフィルタを使用したが、伝達関数が最大
平坦遅延特性を有していればソリトンの時間波形の変形
の問題は生じないので２次以上の最大平坦遅延光フィル
タ（例えばベッセル型光フィルタ）を使用しても良い。
さらに、中心周波数近傍での曲率が式（５）を満足すれ
ば、強度伝達関数の周波数特性が周期的であるファブリ
ペロー型のフィルタを使用して、波長多重伝送が可能で
あることは言うまでもない。更に、光フィルタを直接使
用するのではなく、光増幅器を構成するエルビウムドー
プ光ファイバ、ＷＤＭカプラ、光アイソレータ及び光カ
プラなどの光部品に周波数特性をもたせて等価的に上述
したフィルタ特性を実現しても同等の効果が得られるこ
とは明白である。
の光バンドパスフィルタを使用したが、伝達関数が最大
平坦遅延特性を有していればソリトンの時間波形の変形
の問題は生じないので２次以上の最大平坦遅延光フィル
タ（例えばベッセル型光フィルタ）を使用しても良い。
さらに、中心周波数近傍での曲率が式（５）を満足すれ
ば、強度伝達関数の周波数特性が周期的であるファブリ
ペロー型のフィルタを使用して、波長多重伝送が可能で
あることは言うまでもない。更に、光フィルタを直接使
用するのではなく、光増幅器を構成するエルビウムドー
プ光ファイバ、ＷＤＭカプラ、光アイソレータ及び光カ
プラなどの光部品に周波数特性をもたせて等価的に上述
したフィルタ特性を実現しても同等の効果が得られるこ
とは明白である。
【００２０】本実施例では、光増幅器間隔３０ｋｍのシ
ステムについて述べたが、単位長当たりのフィルタの強
度伝達関数の曲率は、ソリトン伝送の距離の単位を表す
ソリトン周期Ｚsol （０．３２２×π2 ×Ｃ×ｔ2 ／
（λ2 ×Ｄ）、Ｃ：真空中の光速、ｔ：ソリトン時間波
形の半値全幅（ｐｓ）、λ：光の波長、Ｄ：光ファイバ
の分散値（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ））を用いると、式（５）
をＺsol / Ｚamp ＝２５０ｋｍ＝８．３３で割ることに
より求めることができる。従って、中継器間隔がＺamp
が３０ｋｍに限定されない、一般的な光増幅伝送システ
ムにおいては、波長１．５５ミクロン帯では、
ステムについて述べたが、単位長当たりのフィルタの強
度伝達関数の曲率は、ソリトン伝送の距離の単位を表す
ソリトン周期Ｚsol （０．３２２×π2 ×Ｃ×ｔ2 ／
（λ2 ×Ｄ）、Ｃ：真空中の光速、ｔ：ソリトン時間波
形の半値全幅（ｐｓ）、λ：光の波長、Ｄ：光ファイバ
の分散値（ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ））を用いると、式（５）
をＺsol / Ｚamp ＝２５０ｋｍ＝８．３３で割ることに
より求めることができる。従って、中継器間隔がＺamp
が３０ｋｍに限定されない、一般的な光増幅伝送システ
ムにおいては、波長１．５５ミクロン帯では、
【数１２】 2.5 ×１０-3×Ｚamp ／Ｚsol ×8.33≦ａ1 Ｂsol 2 ≦1.0 ×１０-2×Ｚamp ／Ｚsol ×8.33 （６） すなわち、
【数１３】 2.1 ×１０-2×Ｚamp ／Ｚsol ≦ａ1 Ｂsol 2 ≦8.3 ×１０-2×Ｚamp ／Ｚsol （７） を満足する光フィルタを使用すればよい。この値は、光
フィルタの強度伝達関数の帯域の半値全幅に換算する
と、ソリトンスペクトルの半値全幅の７×（Ｚsol／Ｚ
amp ）1/2 倍から１４×（Ｚsol ／Ｚamp ）1/2 倍に相
当する。
フィルタの強度伝達関数の帯域の半値全幅に換算する
と、ソリトンスペクトルの半値全幅の７×（Ｚsol／Ｚ
amp ）1/2 倍から１４×（Ｚsol ／Ｚamp ）1/2 倍に相
当する。
【００２１】また、本実施例では、光増幅器と光フィル
タを個別に構成したが、例えば、光増幅器内部に光フィ
ルタを組み込んだ一体化構成をとっても同様の効果が得
られる。例えば、ＷＤＭカプラ、光フィルタ、光アイソ
レータを一体化したモジュールで光増幅器を構成できる
ことは言うまでもない。本実施例では、短パルス光源と
して、単一波長レーザと電気吸収型光変調器を用いた
が、モード同期レーザ、利得スイッチレーザなどいかな
るソリトン光源を使用しても良いことは言うまでもな
い。また、２０Ｇｂ／ｓ光送信装置は光時分割２多重に
より実現しているが、光時分割多重を行なわず直接２０
Ｇｂ／ｓの光信号を送信するよう構成しても良いし、光
時分割４多重、８多重により２０Ｇｂ／ｓの光信号を実
現してもよい。また、本実施例では２０Ｇｂ／ｓ光通信
システムをとりあげたが、更に高速の数十Ｇｂ／ｓ以上
の伝送速度でも、長距離光ソリトン通信が可能である。
タを個別に構成したが、例えば、光増幅器内部に光フィ
ルタを組み込んだ一体化構成をとっても同様の効果が得
られる。例えば、ＷＤＭカプラ、光フィルタ、光アイソ
レータを一体化したモジュールで光増幅器を構成できる
ことは言うまでもない。本実施例では、短パルス光源と
して、単一波長レーザと電気吸収型光変調器を用いた
が、モード同期レーザ、利得スイッチレーザなどいかな
るソリトン光源を使用しても良いことは言うまでもな
い。また、２０Ｇｂ／ｓ光送信装置は光時分割２多重に
より実現しているが、光時分割多重を行なわず直接２０
Ｇｂ／ｓの光信号を送信するよう構成しても良いし、光
時分割４多重、８多重により２０Ｇｂ／ｓの光信号を実
現してもよい。また、本実施例では２０Ｇｂ／ｓ光通信
システムをとりあげたが、更に高速の数十Ｇｂ／ｓ以上
の伝送速度でも、長距離光ソリトン通信が可能である。
【００２２】
【実施例２】図４に本発明の第２の実施例を示す。１は
２０Ｇｂ／ｓ光ソリトン送信装置、２は伝送用光ファイ
バ、３は光増幅中継器、４は光バンドパスフィルタ、５
は光ソリトン受信装置である。光バンドパスフィルタ４
が各中継器毎ではなく３中継に１個挿入されている点が
実施例１と異なる。伝送用光ファイバ２の全長は約９０
００ｋｍ、平均波長分散値は、０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ
に設定してある。約３０ｋｍ毎に光ファイバの損失を補
償するためのエルビウム光ファイバ増幅中継器３が３０
０台設置されている。３中継毎に、エルビウム光ファイ
バ増幅中継器３の出力段に１次の光バンドパスフィルタ
４が１００個設置されている。送信パルスは実施例と同
様であり、光バンドパスフィルタ４はその伝達関数が１
次の伝達関数で近似的に表されるものを使用しており、
光フィルタの帯域の半値全幅を３．７５ｎｍとした。各
スパンの区間平均光パワーがソリトン条件を満足するよ
う、各光増幅中継器の平均光出力パワーを０ｄＢｍに設
定してある。本実施例でも９０００ｋｍ伝送後に符号誤
り率１０-13 が達成された。
２０Ｇｂ／ｓ光ソリトン送信装置、２は伝送用光ファイ
バ、３は光増幅中継器、４は光バンドパスフィルタ、５
は光ソリトン受信装置である。光バンドパスフィルタ４
が各中継器毎ではなく３中継に１個挿入されている点が
実施例１と異なる。伝送用光ファイバ２の全長は約９０
００ｋｍ、平均波長分散値は、０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ
に設定してある。約３０ｋｍ毎に光ファイバの損失を補
償するためのエルビウム光ファイバ増幅中継器３が３０
０台設置されている。３中継毎に、エルビウム光ファイ
バ増幅中継器３の出力段に１次の光バンドパスフィルタ
４が１００個設置されている。送信パルスは実施例と同
様であり、光バンドパスフィルタ４はその伝達関数が１
次の伝達関数で近似的に表されるものを使用しており、
光フィルタの帯域の半値全幅を３．７５ｎｍとした。各
スパンの区間平均光パワーがソリトン条件を満足するよ
う、各光増幅中継器の平均光出力パワーを０ｄＢｍに設
定してある。本実施例でも９０００ｋｍ伝送後に符号誤
り率１０-13 が達成された。
【００２３】尚、本実施例の有効性を実証するため実施
例１と同様に、９０００ｋｍの光伝送路部分を、９１ｋ
ｍの光ファイバと４台の光増幅器で構成される光ファイ
バループを１００周させることで等価的に実現した。図
５にさらに周回数と光フィルタの帯域の半値全幅を変え
た試験で得られた伝送距離（誤り率１０-9）と光フィル
タの帯域の半値全幅の関係を示す。この結果より、３中
継に１個光フィルタを使用する場合は、光フィルタの曲
率が式（３）の３倍に相当する
例１と同様に、９０００ｋｍの光伝送路部分を、９１ｋ
ｍの光ファイバと４台の光増幅器で構成される光ファイ
バループを１００周させることで等価的に実現した。図
５にさらに周回数と光フィルタの帯域の半値全幅を変え
た試験で得られた伝送距離（誤り率１０-9）と光フィル
タの帯域の半値全幅の関係を示す。この結果より、３中
継に１個光フィルタを使用する場合は、光フィルタの曲
率が式（３）の３倍に相当する
【数１４】 １×１０-5≦ａ1 ≦４×１０-5（ＧＨｚ-2） （８） の範囲内、即ち、半値全幅で
【数１５】 ２．５４ｎｍ≦Ｂ≦５．１ｎｍ （９） であれば、１２０００ｋｍ伝送時の符号誤り率として１
０-9以下あるいは、９０００ｋｍ伝送後で符号誤り率１
０-12 以下が達成できることが判明した。即ち、フィル
タの帯域の半値全幅をソリトンスペクトルの半値全幅で
正規化した値が
０-9以下あるいは、９０００ｋｍ伝送後で符号誤り率１
０-12 以下が達成できることが判明した。即ち、フィル
タの帯域の半値全幅をソリトンスペクトルの半値全幅で
正規化した値が
【数１６】 ２０／（３）1/2 〜４０／（３）1/2 （１０） の範囲内の光フィルタもしくはフィルタの中心周波数近
傍の曲率をＢsol 2 で正規化した値が
傍の曲率をＢsol 2 で正規化した値が
【数１７】 ３×２．５×１０-3≦ａ1 Ｂsol 2 ≦３×１×１０-2 （１１） を満足する１次の光バンドパスフィルタを３中継毎の各
中継器の後段に設置することにより、９０００ｋｍ以上
にわたり実用的な符号誤り率である１×１０-12以下を
達成する光伝送システムが構築できる。 本実施例では
３中継に１個光フィルタを挿入した例を取り上げたが、
実施例１及び２から、ｎ（ｎ≧２）中継器毎に１個の光
フィルタを挿入する場合は、各中継器に１個光フィルタ
を挿入しｎ中継したときのｎ中継全体の強度伝達関数の
中心周波数近傍の曲率とほぼ同一の曲率となる光フィル
タを使用すれば、良好な伝送特性を達成できることが判
明した。
中継器の後段に設置することにより、９０００ｋｍ以上
にわたり実用的な符号誤り率である１×１０-12以下を
達成する光伝送システムが構築できる。 本実施例では
３中継に１個光フィルタを挿入した例を取り上げたが、
実施例１及び２から、ｎ（ｎ≧２）中継器毎に１個の光
フィルタを挿入する場合は、各中継器に１個光フィルタ
を挿入しｎ中継したときのｎ中継全体の強度伝達関数の
中心周波数近傍の曲率とほぼ同一の曲率となる光フィル
タを使用すれば、良好な伝送特性を達成できることが判
明した。
【００２４】したがって、一般的に、ｎ中継に１個の割
合で光フィルタを挿入する場合、光フィルタの帯域の半
値全幅をソリトンスペクトルの半値全幅で正規化した値
が
合で光フィルタを挿入する場合、光フィルタの帯域の半
値全幅をソリトンスペクトルの半値全幅で正規化した値
が
【数１８】 ２０／（ｎ）1/2 〜４０／（ｎ）1/2 （１２） の範囲内、又は、光フィルタの曲率が
【数１９】 ｎ×２．５×１０-3≦ａ1 Ｂsol 2 ≦ｎ×１×１０-2 （１３） の範囲内であれば、９０００ｋｍ伝送時でも、符号誤り
率として１０-12 以下が達成できる。光フィルタは、ソ
リトン伝送の距離の単位を表すソリトン周期内に少なく
とも１つ以上必要であるから、ｎの最大値は、Ｚsol /
Ｚamp ＝２５０ｋｍ／３０ｋｍ＝８．３３以下の整数で
ある必要があり、この場合は８である。中継間隔が３０
ｋｍと異なる場合については、各光フィルタの強度伝達
関数の中心周波数近傍での曲率を
率として１０-12 以下が達成できる。光フィルタは、ソ
リトン伝送の距離の単位を表すソリトン周期内に少なく
とも１つ以上必要であるから、ｎの最大値は、Ｚsol /
Ｚamp ＝２５０ｋｍ／３０ｋｍ＝８．３３以下の整数で
ある必要があり、この場合は８である。中継間隔が３０
ｋｍと異なる場合については、各光フィルタの強度伝達
関数の中心周波数近傍での曲率を
【数２０】 ｎ×2.1 ×１０-2×Ｚamp ／Ｚsol ≦ａ1 Ｂsol 2 ≦ｎ×8.3 ×１０-2×Ｚamp ／Ｚsol （１４） の範囲内に設定することにより同様の効果が得られる。
この値は、光フィルタの強度伝達関数の帯域の半値全幅
に換算すると、ソリトンスペクトルの半値全幅の７×
（Ｚsol ／Ｚamp ）1/2 ／（ｎ）1/2 倍から１４×（Ｚ
sol ／Ｚamp ）1/2／（ｎ）1/2 倍に相当する。
この値は、光フィルタの強度伝達関数の帯域の半値全幅
に換算すると、ソリトンスペクトルの半値全幅の７×
（Ｚsol ／Ｚamp ）1/2 ／（ｎ）1/2 倍から１４×（Ｚ
sol ／Ｚamp ）1/2／（ｎ）1/2 倍に相当する。
【００２５】本実施例では、光フィルタの個数が少ない
ため、製造上のばらつきの影響などが受けにくい。以上
の実施例１、２では、光フィルタは、数中継器に１個、
更にｎ中継器に１個というように分散して配置した。光
フィルタは上述したように分散して配置したほうが使用
する光フィルタの帯域の半値全幅が大きくなるため実用
上は望ましいが、伝送特性上は必ずしも規則的に配置す
る必要はなく、ソリトン伝送の距離の単位を表すソリト
ン周期内に少なくとも１つ以上含むように任意の場所に
配置してもよい。その際、実施例１、２ではソリトン周
期はやく２５０ｋｍであるから、各光フィルタの強度伝
達関数の積の中心周波数近傍での曲率が、実施例１、２
のソリトン周期における強度伝達関数の積の中心周波数
近傍での曲率と同様の範囲、即ち、
ため、製造上のばらつきの影響などが受けにくい。以上
の実施例１、２では、光フィルタは、数中継器に１個、
更にｎ中継器に１個というように分散して配置した。光
フィルタは上述したように分散して配置したほうが使用
する光フィルタの帯域の半値全幅が大きくなるため実用
上は望ましいが、伝送特性上は必ずしも規則的に配置す
る必要はなく、ソリトン伝送の距離の単位を表すソリト
ン周期内に少なくとも１つ以上含むように任意の場所に
配置してもよい。その際、実施例１、２ではソリトン周
期はやく２５０ｋｍであるから、各光フィルタの強度伝
達関数の積の中心周波数近傍での曲率が、実施例１、２
のソリトン周期における強度伝達関数の積の中心周波数
近傍での曲率と同様の範囲、即ち、
【数２１】 ２．１×１０-2≦ａ1 Ｂsol 2 ≦８．３×１０-2 （１５） の範囲内の値を取るよう設定すればよい。
【００２６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、従来の方法
では伝送路の各中継器ごとに実現性が極めて困難な幅の
狭いスライディング・ガイディング・光フィルタを配置
するか、数中継毎に高速光変調器を用いて波形整形など
を行う２Ｒ中継器を設置する必要があったが、本発明で
は、伝送路中に実現性の高い帯域の半値全幅の広い光フ
ィルタを挿入し、かつフィルタの中心周波数を距離と共
に変化させる必要がないため、設計の自由度が増し、信
頼度の高い長距離・大容量光通信システムを構築するこ
とが容易となる。
では伝送路の各中継器ごとに実現性が極めて困難な幅の
狭いスライディング・ガイディング・光フィルタを配置
するか、数中継毎に高速光変調器を用いて波形整形など
を行う２Ｒ中継器を設置する必要があったが、本発明で
は、伝送路中に実現性の高い帯域の半値全幅の広い光フ
ィルタを挿入し、かつフィルタの中心周波数を距離と共
に変化させる必要がないため、設計の自由度が増し、信
頼度の高い長距離・大容量光通信システムを構築するこ
とが容易となる。
【図１】本発明の実施例１の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図２】本発明の実施例１の効果を説明するための光バ
ンドパスフィルタの曲率を適切に設定したときの２０Ｇ
ｂ／ｓでの伝送距離（誤り率：１０-9）特性の改善効果
を説明するための図である
ンドパスフィルタの曲率を適切に設定したときの２０Ｇ
ｂ／ｓでの伝送距離（誤り率：１０-9）特性の改善効果
を説明するための図である
【図３】本発明の実施例１の効果を説明するための光バ
ンドパスフィルタの帯域の半値全幅（又は曲率を）適切
に設定したときの２０Ｇｂ／ｓでの伝送距離と誤り率特
性を説明するための図である。
ンドパスフィルタの帯域の半値全幅（又は曲率を）適切
に設定したときの２０Ｇｂ／ｓでの伝送距離と誤り率特
性を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例２の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図５】本発明の実施例２による１次の光バンドパスフ
ィルタの帯域の半値全幅を適切に設定したときの２０Ｇ
ｂ／ｓでの伝送距離（誤り率：１０-9）特性の改善効果
を説明するための図である。
ィルタの帯域の半値全幅を適切に設定したときの２０Ｇ
ｂ／ｓでの伝送距離（誤り率：１０-9）特性の改善効果
を説明するための図である。
【図６】従来例で得られる符号誤り率と伝送距離の関係
を示す図である。
を示す図である。
１ 光ソリトン送信装置 ２ 伝送用光ファイバ ３ 光増幅中継器 ４ 光バンドパスフィルタ ５ 光ソリトン受信装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多賀 秀徳 東京都新宿区西新宿二丁目３番２号 国際 電信電話株式会社内 (72)発明者 山本 周 東京都新宿区西新宿二丁目３番２号 国際 電信電話株式会社内 (72)発明者 秋葉 重幸 東京都新宿区西新宿二丁目３番２号 国際 電信電話株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 リターンツウゼロ光パルスにディジタル
情報を加えた光信号を伝送する伝送用光ファイバと、該
伝送用光ファイバ上に距離Ｚamp 毎に配置された該光フ
ァイバの損失を補償する複数台の光増幅中継器を有し、
該伝送用光ファイバと該光増幅中継器とからなる伝送路
の波長分散値の平均値及び該光増幅中継器の光出力強度
が、該光パルスに加えられる非線形光学効果によるパル
ス圧縮効果と分散効果によるパルス広がりの効果とが補
償されるように設定されている光伝送システムにおい
て、該伝送路において、 【数１】 （但し、Ｄ： 前記伝送用光ファイバの波長分散の平均
値 λ： 前記光信号の波長 Ｃ： 光速 τ： 前記光信号時間波形の半値全幅 ） としたとき周期Ｚ毎に、中心周波数近傍の群遅延特性が
平坦である光帯域制限素子を少なくとも１つ以上が配置
され、該光帯域制限素子の強度伝達関数の積の中心周波
数近傍の曲率ａと伝送される該光パルスのスペクトル半
値全幅Ｂsol の２乗の積ａＢsol 2 が２．１×１０-2か
ら８．３×１０-2の範囲内であるように構成された光伝
送システム。 - 【請求項２】 リターンツウゼロ光パルスにディジタル
情報を加えた光信号を伝送する伝送用光ファイバと、該
伝送用光ファイバ上に距離Ｚamp 毎に配置された該光フ
ァイバの損失を補償する複数台の光増幅中継器を有し、
該伝送用光ファイバと該光増幅中継器とからなる伝送路
の波長分散値の平均値及び該光増幅中継器の光出力強度
が、該光パルスに加えられる非線形光学効果によるパル
ス圧縮効果と分散効果によるパルス広がりの効果とが補
償されるように設定されている光伝送システムにおい
て、 該伝送路において、光増幅中継器毎に、中心周波数近傍
の群遅延特性が平坦である光帯域制限素子が配置され、
該光帯域制限素子の強度伝達関数の中心周波数近傍の曲
率ａと伝送される該光パルスのスペクトル半値全幅Ｂ
sol の２乗の積ａＢsol 2 が、 【数２】 （但し、Ｄ： 前記伝送用光ファイバの波長分散の平均
値 λ： 前記光信号の波長 Ｃ： 光速 τ： 前記光信号時間波形の半値全幅 ） としたとき ２．１×Ｚamp / Ｚ×１０-2から８．３× Ｚamp / Ｚ
×１０-2の範囲内であるように構成された光伝送システ
ム。 - 【請求項３】 リターンツウゼロ光パルスにディジタル
情報を加えた光信号を伝送用光ファイバと、該伝送用光
ファイバ上に距離Ｚamp 毎に配置された該光ファイバの
損失を補償する複数台の光増幅中継器を有し、該伝送用
光ファイバと該光増幅中継器とからなる伝送路の波長分
散値の平均値及び該光増幅中継器の光出力強度が、該光
パルスに加えられる非線形光学効果によるパルス圧縮効
果と分散効果によるパルス広がりの効果とが補償される
ように設定されているの光伝送システムにおいて、 該伝送路において、 【数３】 （但し、Ｄ： 前記伝送用光ファイバの波長分散の平均
値 λ： 前記光信号の波長 Ｃ： 光速 τ： 前記光信号時間波形の半値全幅 ） としたとき ｎ（ｎ＝２，３，４，……Ｚ／Ｚamp 以下の整数）光増
幅中継器毎に、中心周波数近傍の群遅延特性が平坦であ
る光帯域制限素子が配置され、該光帯域制限素子の強度
伝達関数の中心周波数近傍の曲率ａと伝送される該光パ
ルスのスペクトル半値全幅Ｂsol の２乗の積ａＢsol 2
がｎ×２．１×Ｚamp / Ｚ×１０-2からｎ×８．３×Ｚ
amp / Ｚ×１０-2の範囲内であるように構成された光伝
送システム。 - 【請求項４】 リターンツウゼロ光パルスにディジタル
情報を加えた光信号を伝送する伝送用光ファイバと、該
伝送用光ファイバ上に距離Ｚamp 毎に配置された該光フ
ァイバの損失を補償する複数台の光増幅中継器を有し、
該伝送用光ファイバと該光増幅中継器とからなる伝送路
の波長分散値の平均値及び該光増幅中継器の光出力強度
が、該光パルスに加えられる非線形光学効果によるパル
ス圧縮効果と分散効果によるパルス広がりの効果とが補
償されるように設定されている光伝送システムにおい
て、 該伝送路において、光増幅中継器毎に、１次の伝達関数
もしくは最大平坦遅延特性を有する光帯域制限素子が配
置され、かつ、該光帯域制限素子の強度伝達関数の帯域
の半値全幅が、 【数４】 （但し、Ｄ： 前記伝送用光ファイバの波長分散の平均
値 λ： 前記光信号の波長 Ｃ： 光速 τ： 前記光信号時間波形の半値全幅 ） としたとき 該光パルスのスペクトル半値全幅の７×（Ｚ／Ｚamp ）
1/2 倍から１４×（Ｚ／Ｚamp ）1/2 倍の範囲内にある
ように構成された光伝送システム。 - 【請求項５】 リターンツウゼロ光パルスにディジタル
情報を加えた光信号を伝送する伝送用光ファイバと、該
伝送用光ファイバ上に距離Ｚamp 毎に配置された該光フ
ァイバの損失を補償する複数台の光増幅中継器を有し、
該伝送用光ファイバと該光増幅中継器とからなる伝送路
の波長分散値の平均値及び該光増幅中継器の光出力強度
が、該光パルスに加えられる非線形光学効果によるパル
ス圧縮効果と分散効果によるパルス広がりの効果とが補
償されるように設定されている光伝送システムにおい
て、 該伝送路において、 【数５】 （但し、Ｄ： 前記伝送用光ファイバの波長分散の平均
値 λ： 前記光信号の波長 Ｃ： 光速 τ： 前記光信号時間波形の半値全幅 ） としたとき ｎ（ｎ＝２，３，４，……Ｚ／Ｚamp 以下の整数）光増
幅中継器毎に、１次の伝達関数もしくは最大平坦遅延特
性を有する光帯域制限素子を配置し、かつ、該光帯域制
限素子の強度伝達関数の帯域の半値全幅がソリトンパル
スのスペクトル半値全幅の７×（Ｚ／Ｚamp ）1/2 ／
（ｎ）1/2 倍から１４×（Ｚ／Ｚamp ）1/2 ／（ｎ）
1/2 倍の範囲内にあるよう構成された光伝送システム。 - 【請求項６】 前記光信号を前記伝送路に送信する光送
信装置と、前記伝送路により伝送された該光信号を受信
する光受信装置とをさらに備えたことを特徴とする請求
項１ないし請求項５のいずれかに記載の光伝送システ
ム。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6242403A JP2966294B2 (ja) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | 光伝送システム |
| US08/521,952 US5642215A (en) | 1994-09-12 | 1995-08-31 | Optical transmission system |
| FR9510615A FR2724510B1 (fr) | 1994-09-12 | 1995-09-11 | Systeme de transmission optique |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6242403A JP2966294B2 (ja) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | 光伝送システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0882815A true JPH0882815A (ja) | 1996-03-26 |
| JP2966294B2 JP2966294B2 (ja) | 1999-10-25 |
Family
ID=17088627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6242403A Expired - Fee Related JP2966294B2 (ja) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | 光伝送システム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5642215A (ja) |
| JP (1) | JP2966294B2 (ja) |
| FR (1) | FR2724510B1 (ja) |
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| JP2010147532A (ja) * | 2008-12-16 | 2010-07-01 | Fujitsu Ltd | Ｗｄｍ光の伝送方法およびｗｄｍ光伝送システム |
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1995
- 1995-08-31 US US08/521,952 patent/US5642215A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-09-11 FR FR9510615A patent/FR2724510B1/fr not_active Expired - Fee Related
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