JPH10224297A - 波長分散等化方法及び波長分散等化システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厳密な光ファイバ伝送路の分散補償を実現す
る方法及びシステムを提供する。 【解決手段】 伝送路の温度を測定し、温度変動量から
波長分散変動量を推定するステップ並びに分散補償デバ
イス及び光増幅器を含むループ状の光回路に信号光を入
力し、この光回路をＮ回伝搬した光信号を選択して出力
するステップを含む。この光回路が、２以上の特性が異
なる分散補償デバイスを含むとよい。分散補償デバイス
としてファイバグレーティングを用い、これに張力と温
度勾配とをそれぞれ与え、ファイバグレーティングの帯
域とチャープ量とをそれぞれ独立に制御することができ
る。システムは、光ファイバ伝送路、光ファイバ伝送路
の波長分散変動を検知する検知装置、光ファイバ伝送路
中に設けられ光ファイバ伝送路における波長分散を補償
する可変分散等化装置、及び、可変分散等化装置の補償
量を制御する制御装置を具える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信における光
ファイバ伝送路の波長分散等化方法及び波長分散等化シ
ステムに関するものである。

【０００２】光ファイバ内を光信号が伝搬すると、光フ
ァイバの波長分散の影響を受け、信号波形が劣化して信
号の識別が困難になる。この波長分散による信号波形の
劣化は、通信が可能な伝送距離を制限し、その距離は光
ファイバの単位距離当たりの波長分散量と信号のビット
レートによって決まる。依って、伝送距離を長くするた
めには光ファイバ伝送路の波長分散を小さくする方がよ
い。そこで、信号波長帯である１．５５μｍ帯において
波長分散が最小になる分散シフトファイバが開発され
た。

【０００３】光ファイバの波長分散は材料分散と構造分
散とを含み、シングルモードファイバでは材料分散が支
配的であるため零分散波長は１．５５μｍ帯より短波長
の１．３μｍ帯にある。分散シフトファイバは、コアと
クラッドの屈折率分布を設計することによって構造分散
を抑制し、零分散波長が１．５５μｍ帯にあるようにし
た光ファイバである。分散シフトファイバを伝送路とし
て使用することにより、現在、再生中継なしに１０Ｇｂ
／ｓで３２０ｋｍの伝送が達成されている。

【０００４】しかしながら、パーソナルコンピュータを
使ったデータ通信が中心となるマルチメディア社会の到
来に備え、基幹系バックボーンネットワークでは飛躍的
に大容量の伝送容量が必要になるとされている。これを
受けて伝送システムの研究が活発に行われており、光時
分割多重（光ＴＤＭ）により数百Ｇｂ／ｓの伝送速度が
達成され、波長多重伝送（ＷＤＭ）により数テラｂ／ｓ
の伝送容量が達成されている。しかし、伝送速度が上が
ることにより波長分散による制限が更に厳しくなるこ
と、波長チャネル数を増やすことによりチャネル毎の波
長分散量が異なること等のため、光ＴＤＭ或いはＷＤＭ
のシステムを実現するには光ファイバ伝送路に波長分散
を等化する技術が必要になる。

【０００５】光ファイバ伝送路の波長分散等化技術に関
しては、光ファイバ伝送路との接続及び挿入損失等を考
慮して、分散補償ファイバ、チャープファイバグレーテ
ィング、分散補償光導波路といった分散補償デバイスが
提案されている。しかしながら、これらのデバイスには
それぞれ問題がある。

【０００６】即ち、分散補償ファイバは、光ファイバ伝
送路との接続性がよく広帯域であるが、分散補償量に比
例して長尺になること、挿入損失が大きく分散補償量が
固定である等の欠点がある。チャープファイバグレーテ
ィングは、コンパクトで張力或いは熱を加えることによ
り分散補償量を変化させることができるが、狭帯域であ
り、分散補償量を変化させると帯域が変化してしまう等
の欠点がある。分散補償光導波路は、コンパクトで分散
補償量を変化させることはできるが、狭帯域であり且つ
伝送路との接続性に問題がある。

【０００７】ＴＤＭ或いはＷＤＭに必要とされる波長分
散等化は以下のような問題を考慮する必要がある。即
ち、ＴＤＭでは、許容される波長分散量が極めて小さい
こと、及びＷＤＭでは波長チャネル毎に異なる分散補償
が必要であることである。しかし、光ファイバ伝送路の
分散量は一定ではなく、また温度変化によって波長分散
が変化する。従って、前述したような分散補償デバイス
により波長分散の等化を行っても、光ファイバ伝送路の
波長分散変動に応じた分散補償量の制御を行わなけれ
ば、厳密な分散補償はできない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
ような問題点に鑑み、より厳密な光ファイバ伝送路の分
散補償を実現するために、システムを運用したままで光
ファイバ伝送路の波長分散変動を検知し、分散の変動量
に応じて動的に分散補償量を制御する波長分散等化方法
及び波長分散等化システムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の波長分散等化方
法は、上述の目的を達成するため、光ファイバ伝送路の
波長分散変動を検知するステップ、及び検知した波長分
散変動量に基づいて光ファイバ伝送路における波長分散
を補償するステップを含み、波長分散を補償するステッ
プが、分散補償デバイス及び光増幅器を含むループ状の
光回路に信号光を入力し、この光回路をＮ回（Ｎは正の
整数）伝搬した光信号を選択して出力するステップを含
むことを特徴とする。このような本発明は、分散補償デ
バイスを伝搬する回数を制御することにより分散補償量
を制御する。これにより、分散補償デバイスに構造的な
変化を与えずに分散補償量を制御することができるの
で、帯域を変えることなく波長分散量のみを変えること
ができる。

【００１０】このような本発明においては、前記波長分
散変動を検知するステップが、光ファイバ伝送路の温度
を測定し、温度変動量から波長分散変動量を推定するス
テップを含むことが望ましい。この本発明は、光ファイ
バ伝送路の波長分散の変動は光ファイバケーブルの周囲
の温度の変動に依存していることに着目して行われたも
のであり、このようにすれば、システムを運用したまま
で容易に波長分散変動を検知することができ、これに基
づいて光ファイバ伝送路の波長分散を動的に補償するこ
とができる。このように光ファイバ伝送路の波長分散が
厳密に補償されることにより、光ＴＤＭによる高ビット
レートの光信号の伝送が可能になる。

【００１１】また、本発明においては、前記分散補償デ
バイス及び光増幅器を含むループ状の光回路が、２以上
の特性が異なる分散補償デバイスを含むことが望まし
い。この分散補償デバイスは、光導波路、ファイバグレ
ーティング又は分散補償ファイバであってもよい。この
ようにすれば、ＷＤＭにおける波長チャネル毎に異なる
分散量をそれぞれ補償することができる。

【００１２】更に、前記分散補償デバイスの一つとして
ファイバグレーティングを用いる場合は、ファイバグレ
ーティングに張力と温度勾配とをそれぞれ与え、ファイ
バグレーティングの帯域とチャープ量とをそれぞれ独立
に制御するとよい。ファイバグレーティングに張力をか
けることにより所望の反射波長を設定することができ、
温度勾配を制御することにより分散補償量を可変にする
ことができる。

【００１３】また、本発明の波長分散等化システムは、
光ファイバ伝送路、光ファイバ伝送路の波長分散変動を
検知する検知手段、光ファイバ伝送路中に設けられ光フ
ァイバ伝送路における波長分散を補償する可変分散補償
手段、及び、可変分散補償手段の分散量を制御する制御
手段を具える。

【００１４】このような本発明の波長分散等化システム
における波長分散変動検知手段は、特にケーブルに温度
センサーを取付け、検知された温度の変化量から波長分
散の変動量を推定するように構成されることが望まし
い。

【００１５】更に、上述の目的を達成するための本発明
の波長分散等化システムにおける波長分散等化装置は、
分散補償デバイス及び光増幅器を含むループ状の光回
路、該光回路に信号光を入力する光入力部、及び、該光
回路をＮ回（Ｎは正の整数）伝搬した光信号を選択して
出力する光出力部を具えることができる。この場合、可
変分散等化装置が、２以上の特性が異なる分散補償デバ
イスを具えることが望ましい。更に、分散補償デバイス
は、光導波路、ファイバグレーティング又は分散補償フ
ァイバとすることが望ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、図面を用いて本発明の実施
例を説明する。図１は本発明の一実施例を説明するため
の図であり、この実施例では温度を検知する方法として
後方ラマン散乱光を利用している。先ず、光ファイバケ
ーブル１中の信号用光ファイバ３の波長分散をケーブル
敷設時に測定し、分散補償器４の補償量を設定する。光
ファイバケーブル１の外側に１本の光ファイバ２を設置
し、これに信号光の伝搬方向と逆方向にレーザパルスを
入射する。光ファイバ２を光パルスが伝搬することによ
り、信号光と同じ方向に伝搬するラマン散乱光が発生す
る。

【００１７】このラマン散乱光の発生の様子を図２に示
す。図に示すように、ラマン散乱光はストークス側と反
ストークス側とに発生する。両側の散乱光の中で、反ス
トークス側のラマン散乱光は光ファイバの温度に依存し
て光強度が変化する。従って温度変動検知器６により、
両者の散乱光の強度比から散乱光が発生した位置での温
度が分かる。散乱光が発生した位置の検出は、散乱光が
温度変動検知器６に戻って来るまでの遅延時間から求め
られる。

【００１８】この方法によれば、光ファイバ１本でケー
ブル１本の温度をモニターすることが可能になり、得ら
れた温度変動情報から信号光ファイバ３における波長分
散の変動量を推定する。図３に光ファイバの波長分散の
温度依存性を測定した結果を示す。この測定において
は、光ファイバをケーブルの状態で恒温槽に入れ、設定
した温度を保持したままで１．５５μｍの波長における
波長分散を測定した。測定温度は５℃、１５℃及び３０
℃であり、図中の黒丸と四角形は１２本の光ファイバの
波長分散の最小値と最大値とを示し、白丸は平均値であ
る。この図によれば、温度が＋１℃変化することによ
り、光ファイバの波長分散は−0.002 ps/nm/km程度変化
することが示されている。

【００１９】本発明においては、このような相関関係を
用いて温度変動情報に基づいて分散補償器４の補償量を
制御する。この制御は、コンピュータにより自動的に行
うことができる。コンピュータには、図３に示す光ファ
イバ伝送路の温度の変化に対する波長分散の変化量を記
憶させておき、分散補償器４のスイッチを制御して分散
補償量を変化させる。波長分散を補償した光信号は、光
増幅器５で増幅して伝送路に送出する。

【００２０】本発明の分散補償器４に用いる分散補償デ
バイスとしては種々のものを使うことができるが、図４
にそのうちの３種類を用いた場合の概念図を示す。図４
(a)は分散補償ファイバ７を、図４(b) はファイバグレ
ーティング８を、図４(c) は分散補償光導波路９を、そ
れぞれ分散補償デバイスとして使用する場合の概念図で
ある。図４において参照番号10は光入出力部及びスイッ
チを表す。

【００２１】次に本発明の測定例を説明する。分散シフ
トファイバにより、100 kmの光ファイバ伝送路を模擬し
て分散補償を行った。波長分散が１ps/nm/kmの分散シフ
トファイバを用いた100 kmの光ファイバ伝送路の波長分
散は＋100 ps/nm となる。光ファイバ伝送路の標準温度
は２５℃、温度変動範囲を−１５℃〜＋１５℃と仮定す
ると前記光ファイバ伝送路の波長分散は、図３の結果か
ら＋103 〜＋97ps/nm程度変動することが想定される。
従って光ファイバに温度変化を与え、波長分散を＋103
〜＋97ps/nm の範囲で変化させて分散補償を行った。具
体的には、分散補償器４を１回伝搬した時の分散補償量
は１ps/nm とし、１０３回から９７回まで周回数を変え
て分散補償を行った。

【００２２】図５に本発明による分散補償器４の一実施
例を示す。図中のデバイスは全て偏波保持のデバイスを
使用する。図において、波長分散により波形が歪んだ信
号が入力ポートから光カプラ13に入る。信号光は偏波コ
ントローラ14により偏波方向がポーラライザ16の偏波方
向と直交するようにする。光信号は光カプラ13から光増
幅器12に入って増幅された後、分散補償デバイス11を１
回伝搬する。この分散補償器の損失は約１０dBであるた
め、光増幅器12の利得は１０dB程度である。

【００２３】信号光はコンピュータ17によって制御され
た偏波コントローラ15に入射し、或る特定の偏波方向に
なる。そこで再び光カプラ13を介して出力ポートに向か
うものと、もう一度光増幅器12に向かうものとに分岐す
る。出力ポートにはポーラライザ16が設置されているた
め、特定の偏波状態の光のみが通過するので偏波コント
ローラ15を制御することにより、信号を選択的に取出す
ことができる。

【００２４】図６は本発明による分散補償器４の他の実
施例を示す。この実施例においては、分散補償デバイス
11を複数設置することにより、ＷＤＭ用の波長チャネル
毎に異なった波長分散量を各々補償することができる。
図６において、分散補償デバイス11の数はＷＤＭの波長
チャネル数に対応するが、この実施例の構成では、光増
幅器12の利得と分散補償デバイス11の挿入損失から１０
チャネル程度が上限である。

【００２５】図７は本発明による分散補償器４の更に他
の実施例を示す。この実施例は分散補償デバイス11とし
てファイバグレーティング20を用いる。ファイバグレー
ティング20としては、反射波長が均一な、チャープがな
いファイバグレーティングを使用し、張力コントローラ
22で制御した張力を張力伝達部21を介してファイバグレ
ーティング20に付与し、反射波長帯を所望の波長に設定
する。この実施例では、反射波長のシフトは約0.13nm/1
00g である。張力によって反射波長が変化するのは、張
力をかけることによりファイバが伸びて、式 λb ＝２
ｎeff Λ によって反射波長を決定するグレーティング
のピッチが伸びることによる。ここで、λb はグレーテ
ィングの反射波長、ｎeff は有効屈折率、Λはピッチを
それぞれ表す。

【００２６】図８に張力を加えることにより反射波長が
変化する様子の一例を示す。図８(a) は張力付与前の、
図８(b) は張力付与後の、それぞれ反射量を示してお
り、前者のピーク値は1544.530nmにあり、後者のピーク
値は1546.257nmにある。これは張力の付与により約1.7n
m 長波長側にシフトしたことを示している。

【００２７】反射波長域を設定した後、ファイバグレー
ティングのチャープ量を制御するため、温度コントロー
ラ18によりサーマルプレート23に温度勾配を付与し、温
度伝達部分19を通してファイバグレーティング20に温度
勾配を付与する。ファイバは熱によって伸縮するため、
温度勾配を付与することによって部分的に伸縮の変化を
生じ、反射波長が部分的に異なるファイバグレーティン
グになる。図９に温度勾配によってチャープ量が変化す
る様子の一例を示す。この例では、温度勾配の傾きを変
化させることにより、チャープ量は1670ps/nm から5000
ps/nm まで変化したことを示している。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
システムを運用したままで光ファイバ伝送路の波長分散
変動を検知し、伝送路の波長分散変動分に応じて波長分
散補償器の補償量を制御することにより、効果的な分散
補償を実現する。光ファイバ伝送路の波長分散が厳密に
補償されることにより、光ＴＤＭによる高ビットレート
の光信号の伝送が可能になる。また、分散補償量を制御
する手段として、分散補償デバイスを通過する回数を制
御すれば、デバイスに物理的な変化を与えないので帯域
を変化させずに分散補償量のみを変化させることができ
る。波長分散補償手段として、特性が異なる分散補償デ
バイスを複数使用することにより、ＷＤＭの波長チャネ
ルによって異なる分散量をそれぞれ補償することができ
る。分散補償デバイスの一つであるファイバグレーティ
ングに張力と温度勾配を与えることにより、所望の反射
波長において分散補償量が可変の波長分散等化器を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するための図である。

【図２】ラマン散乱光の発生の様子を示す図である。

【図３】光ファイバの波長分散の温度依存性を測定した
結果を示す図である。

【図４】分散補償器の概念図である。

【図５】本発明による分散補償器の一実施例を示す図で
ある。

【図６】本発明による分散補償器の他の実施例を示す図
である。

【図７】本発明による分散補償器の更に他の実施例を示
す図である。

【図８】張力を加えることにより反射波長が変化する様
子の一例を示す図である。

【図９】温度勾配によってチャープ量が変化する様子の
一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 光ファイバケーブル ２ 温度測定用光ファイバ ３ 信号用光ファイバ ４ 分散補償器 ５ 光増幅器 ６ 温度変動検知器 ７ 分散補償ファイバ ８ ファイバグレーティング ９ 分散補償光導波路 １０ 光入出力部及びスイッチ １１ 分散補償デバイス １２ 光増幅器 １３ 光カプラ １４、１５ 偏波コントローラ １６ ポーラライザ １７ コンピュータ １８ 温度コントローラ １９ 温度伝達部分 ２０ ファイバグレーティング ２１ 張力伝達部 ２２ 張力コントローラ ２３ サーマルプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 文彦 東京都新宿区西新宿３丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 辻 幸嗣 東京都新宿区西新宿３丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバ伝送路の波長分散変動を検知
   するステップ、及び検知した波長分散変動量に基づいて
   光ファイバ伝送路における波長分散を補償するステップ
   を含む波長分散等化方法において、波長分散を補償する
   ステップが、分散補償デバイス及び光増幅器を含むルー
   プ状の光回路に信号光を入力し、この光回路をＮ回（Ｎ
   は正の整数）伝搬した光信号を選択して出力するステッ
   プを含むことを特徴とする波長分散等化方法。
2. 【請求項２】 前記波長分散変動を検知するステップ
   が、光ファイバ伝送路の温度を測定し、温度変動量から
   波長分散変動量を推定するステップを含むことを特徴と
   する請求項１に記載の波長分散等化方法。
3. 【請求項３】 前記分散補償デバイス及び光増幅器を含
   むループ状の光回路が、２以上の特性が異なる分散補償
   デバイスを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載
   の波長分散等化方法。
4. 【請求項４】 前記分散補償デバイスが光導波路、ファ
   イバグレーティング又は分散補償ファイバであることを
   特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長
   分散等化方法。
5. 【請求項５】 前記分散補償デバイスの一つとしてファ
   イバグレーティングを用い、ファイバグレーティングに
   張力と温度勾配とをそれぞれ与え、ファイバグレーティ
   ングの帯域とチャープ量とをそれぞれ独立に制御するこ
   とを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
   波長分散等化方法。
6. 【請求項６】 光ファイバ伝送路、光ファイバ伝送路の
   波長分散変動を検知する検知装置、光ファイバ伝送路中
   に設けられ光ファイバ伝送路における波長分散を補償す
   る可変分散等化装置、及び、可変分散等化装置の補償量
   を制御する制御装置を具えることを特徴とする波長分散
   等化システム。
7. 【請求項７】 前記検知装置が、光ファイバ伝送路の温
   度を測定し、温度変動量から波長分散変動量を推定する
   ことを特徴とする請求項６に記載の波長分散等化システ
   ム。
8. 【請求項８】 前記可変分散等化装置が、分散補償デバ
   イス及び光増幅器を含むループ状の光回路、該光回路に
   信号光を入力する光入力部、及び、該光回路をＮ回（Ｎ
   は正の整数）伝搬した光信号を選択して出力する光出力
   部を具えることを特徴とする請求項６又は７に記載の波
   長分散等化システム。
9. 【請求項９】 前記可変分散等化装置が、２以上の特性
   が異なる分散補償デバイスを具えることを特徴とする請
   求項６乃至８のいずれか１項に記載の波長分散等化シス
   テム。
10. 【請求項１０】 前記分散補償デバイスが光導波路、フ
    ァイバグレーティング又は分散補償ファイバであること
    を特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の波
    長分散等化システム。