JPH11331078A - 光増幅中継伝送システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光伝送路での波長分散やプリブロードニング
法による信号光パルス広がりに起因し、その非線形光学
効果（特にＦＷＭ）によって生じる伝送特性の劣化を抑
制する。 【解決手段】 各伝送用光ファイバを伝搬する信号光パ
ルスのパルス幅が所定値以下になるように調整するパル
ス幅調整手段を備える。このパルス調整手段により信号
光パルスのパルス幅を所定値以下に調整し、隣接光パル
ス同士の時間的重なりを少なくすることにより、非線形
光学効果のビット間ＦＷＭを抑制し、隣接光パルス間の
クロストークが生じないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光増幅中継器を介
して信号光パルスを伝送する光増幅中継伝送システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の光増幅中継伝送システム
の構成例を示す。光送信器１から送信された信号光パル
スは、伝送用光ファイバ２−１〜２−Ｎおよび光増幅手
段３−１〜３−（Ｎ−１）を介して光受信器４まで伝送
される。このとき、各伝送用光ファイバ２における損失
により信号光パルス強度が低下するが、各光増幅手段３
で信号光パルスを増幅することにより、損失による信号
対雑音比の劣化が抑えられるようになっている。

【０００３】また、従来の光増幅中継伝送システムにお
いて、伝送用光ファイバ２および光増幅手段３での波長
分散による信号光パルス広がりが伝送特性に影響する場
合には、光受信器４内の分散補償手段によって全光伝送
路が有する波長分散を一括して補償する構成をとる。

【０００４】また、信号光パルスのピークパワーが高い
場合には、光ファイバ中の非線形光学効果の影響を受け
やすくなることが知られている。そのため、図７に示す
ように、光送信器１の後段に分散付与手段５を配置し、
伝送前に信号光パルス幅を広げてピークパワーを低減さ
せ、非線形光学効果の影響を抑圧するプリブロードニン
グ法が提案されている（参考文献：Y.Miyamoto et al.,
"10 Gbit/s, 280km nonrepeatered transmission with
suppression of modulation instability", Electron.
Lett., 10, pp.797-798, 1994)。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光伝送路で
の波長分散やプリブロードニング法によって信号光パル
ス幅が広がり、隣接光パルス同士が時間的に重なり合う
と、非線形光学効果による相互作用を引き起こし、隣接
光パルス間のクロストークが生じることが明らかになっ
た。特に、隣接光パルスが時間的重なりを保ったまま光
増幅して光伝送路に送出すると、光強度が高いためにそ
の非線形光学効果も大きくなり、隣接光パルス間のクロ
ストークも大きくなる。

【０００６】図８は、プリブロードニング法を用いる場
合の信号光パルス列の伝送状態を示す。信号光パルス列
は、プリブロードニング用の分散付与手段（例えば光フ
ァイバ）５を介してパルス幅を広げられた後に伝送用光
ファイバ２を伝搬し、光受信器４の分散補償手段で分散
補償される。(a) はプリブロードニング前、(b) はプリ
ブロードニング後（伝送前）、(c) は伝送後、(d) は分
散補償後の各信号波形を示す。ただし、上段は信号光パ
ルス列の時間分解分光像を示し、下段は信号光パルス列
の強度波形を示す。なお、(b),(c) の各下段の光強度波
形は、分かりやすくするために各ビットごとに表示して
いるが、実際にはそれらを合成した波形となる。以下に
示す図２，５の光強度波形においても同様である。

【０００７】信号光パルス列として、(a) のように
「０，１，１，０」を用いた場合における上記非線形光
学効果の発生機構について説明する。分散付与手段５に
よってパルス幅が広がった信号光パルスＡ，Ｂは、適当
な時間分解能をもつ時間分解分光によって観測すると、
(b) のように各時点で異なる光周波数成分をもつことが
わかる。

【０００８】時間的に重なり合うこの信号光パルス列が
伝送用光ファイバ２を伝搬すると、信号光パルスＡ，Ｂ
が互いにポンプ光，プローブ光として働く四光波混合
（ＦＷＭ）が起こる。(c) の上段には、信号光パルスＡ
をポンプ光とするＦＷＭによってＦＷＭ光(1) が発生し
ている様子と、信号光パルスＢをポンプ光とするＦＷＭ
によってＦＷＭ光(2) が発生している様子を示してい
る。ここで、時間的に重なり合う信号光パルスＡ，Ｂの
周波数成分の周波数差は、信号光パルスのスペクトル幅
以下であるので、光強度が比較的小さくてもＦＷＭ効率
は高い。

【０００９】(c) の上段におけるＦＷＭ光(1) 、信号光
パルスＡ，Ｂ、ＦＷＭ光(2) の時間間隔は、ちょうど１
タイムスロット相当の等間隔である。その結果、分散補
償された信号光パルス列には、(d) に示すように「０」
であるべきタイムスロットにＦＷＭ光成分が現れる。こ
れは、隣接光パルス間のクロストークとなり、伝送特性
劣化の原因となる。

【００１０】また、プリブロードニング法を用いない場
合でも、伝送用光ファイバ中での波長分散による信号光
パルス広がりにより、隣接光パルスに時間的重なりが生
じると図８と同様のＦＷＭが起こり、伝送特性劣化の原
因となる（参考文献：社家他“光ＴＤＭ伝送におけるビ
ット間四光波混合の影響”，電子情報通信学会1998年総
合大会講演論文集，Ｂ−10−143)。

【００１１】このように、従来の光増幅中継伝送システ
ムでは、隣接光パルス同士が時間的に重なったときのＦ
ＷＭにより隣接光パルス間のクロストークが大きくな
り、伝送特性の劣化が避けられなかった。

【００１２】本発明は、光伝送路での波長分散やプリブ
ロードニング法による信号光パルス広がりに起因し、そ
の非線形光学効果（特にＦＷＭ）によって生じる伝送特
性の劣化を抑制することができる光増幅中継伝送システ
ムを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の光増幅中継伝送
システムは、各伝送用光ファイバを伝搬する信号光パル
スのパルス幅が所定値以下になるように調整するパルス
幅調整手段を備えたことを特徴とする。これにより、光
伝送路での波長分散やプリブロードニング法により信号
光パルスが広がっても、信号光パルスのパルス幅を所定
値以下に調整できる。すなわち、隣接光パルス同士の時
間的重なりを少なくすることができ、非線形光学効果の
ビット間ＦＷＭを抑制し、隣接光パルス間のクロストー
クが生じないようにすることができる。

【００１４】パルス幅調整手段は、光増幅中継伝送シス
テムを構成する複数の光増幅中継器のうちの一部の光増
幅中継器の前段または後段に備える。また、各光増幅中
継器の前段または後段にパルス幅調整手段を備えてもよ
い。

【００１５】さらに、パルス幅調整手段は、信号光パル
スの１タイムスロットをＴとしたときに、次段の伝送用
光ファイバの入力端で信号光パルスのパルス幅ｄｔが、 Ｔ／２≦ｄｔ≦Ｔ となるように調整する。すなわち、信号光パルス幅をタ
イムスロットの１／２〜１の間に調整することにより、
隣接光パルス同士の時間的重なりを少なくすることがで
きる。

【００１６】また、パルス幅調整手段は、高分散性光フ
ァイバまたはチャープ光ファイバグレーティングまたは
ＰＬＣ型分散補償器を用いた構成とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、本発
明の光増幅中継伝送システムの第１の実施形態を示す。

【００１８】本実施形態の構成は、図６に示す従来構成
における伝送用光ファイバ２−１および光増幅手段３−
１〜３−（Ｎ−１）の各前段にそれぞれパルス幅調整手
段６−１〜６−Ｎを配置したものである。なお、パルス
幅調整手段６−２〜６−Ｎは、各光増幅手段３の後段
（伝送用光ファイバ２−２〜２−Ｎの前段）に配置して
もよい。また、パルス幅調整手段６は、各光増幅手段と
必ずしもペアで配置する必要はなく、伝送用光ファイバ
の入力端における信号光パルスのパルス幅が所定値を越
えるような位置にのみ配置するようにしてもよい。

【００１９】以下、図２を参照して第１の実施形態の動
作例について説明する。図２(a) は、ｍ番目（ｍは１以
上Ｎ未満の整数）の中継区間と、（ｍ＋１）番目の中継
区間を示す。また、比較のために、従来構成におけるｍ
番目の中継区間と（ｍ＋１）番目の中継区間を図２(b)
に示す。

【００２０】伝送用光ファイバ２−ｍを伝搬した信号光
パルス(a1),(b1) は、その波長分散によりパルス幅が広
がり、隣接光パルス同士が重なり合う。この信号光パル
ス幅をパルス幅調整手段６−（ｍ＋１）によって調整す
ると (a2) のようになり、光増幅手段３−ｍで増幅する
と (a3) のようになって伝送用光ファイバ２−（ｍ＋
１）に送出される。一方、従来構成では信号光パルス
(b1) を光増幅手段３−ｍで増幅するので (b2) のよう
になり、伝送用光ファイバ２−（ｍ＋１）に送出され
る。

【００２１】光伝送路での非線形光学効果は信号光パル
ス強度が大きいほど大きいので、伝送用光ファイバ２−
（ｍ＋１）への送出直後が非線形光学効果の影響が最も
大きい。したがって、伝送用光ファイバ２−（ｍ＋１）
への送出時に、隣接光パルス同士の重なりがある場合
(b2) と、信号光パルス幅が調整されて隣接光パルス同
士の重なりがない場合 (a3) を比較すると、後者の方が
非線形光学効果（特にＦＷＭ）の影響は小さい。

【００２２】図３は、横軸に伝送距離（または伝送スパ
ン数）、縦軸に信号光パルス重なりによる非線形光学効
果（ビット間ＦＷＭ）に起因する隣接光パルス間クロス
トークの大きさ（パワーペナルティ）を示す。図に示す
ように、適当な間隔で信号光パルス幅を所定値以下に調
整する本発明の方が、隣接光パルス間クロストークが抑
制されていることがわかる。

【００２３】なお、パルス幅調整手段６は、伝送用光フ
ァイバ２で付加された分散に対して異符号の分散を付加
することにより、信号光パルスのパルス幅を所定値以下
に調整するものである。例えば、高分散性光ファイバ、
チャープ光ファイバグレーティング、ＰＬＣ型分散補償
器（参考文献： K.Takiguchi et al.,"Higher orderdis
persion equaliser of dispersion shifted fiber usi
ng a lattice-formprogrammable optical filter", El
ectron. Lett., vol.32, no8, pp.755-757,1996) 等を
用いることができる。ただし、パルス幅調整手段６は、
完全な分散補償を目的とするものではなく、ピークパワ
ーが所定値以上にならないようにする必要がある。詳し
くは、次の第２の実施形態において説明する。

【００２４】（第２の実施形態）信号光パルス強度が高
い場合にはプリブロードニング法が有効であるが、パル
ス幅を広げ過ぎると隣接光パルス同士が重なり、隣接光
パルス間クロストークが増大する。ここで、プリブロー
ドニング後の信号光パルス幅（半値全幅）とパワーペナ
ルティとの関係を数値計算した結果を図４に示す。計算
条件は、信号光パルスのビットレートを 100Ｇbit/s 、
入力平均パワーを＋10ｄＢｍ、信号波長を1553ｎｍ、光
ファイバの零分散波長を1552ｎｍ、伝送距離を80ｋｍと
した。比較のために、自己位相変調（ＳＰＭ）と群速度
分散（ＧＶＤ）による波形劣化に起因する隣接光パルス
間クロストークの影響も調べた。

【００２５】10ビット符号が「０，１，０，０，０，
０，０，０，０，０」の繰り返しに相当するパルスパタ
ン（パタン１）を伝搬させた場合には、「１」が10ビッ
ト離れているために、プリブロードニングによってパル
ス幅を広げても隣接光パルス同士の重なりが起こりにく
く、ＳＰＭとＧＶＤの影響のみが現れる。一方、10ビッ
ト符号が「０，１，１，０，０，０，０，０，０，０」
の繰り返しに相当するパルスパタン（パタン２）を伝搬
させた場合には、ＳＰＭ・ＧＶＤと隣接光パルス同士
「１，１」の重なりによるＦＷＭの影響が共に現れる。

【００２６】図４において、×印がパタン１の場合に対
応し、○印がパタン２の場合に対応する。パワーペナル
ティは、隣接光パルス間クロストークから導いた。クロ
ストークは、伝送後の「１」であるべきタイムスロット
に含まれる光エネルギーに対して、「０」であるべきタ
イムスロットに漏れ込んだ光エネルギーの比として算出
した。

【００２７】パタン１の場合は、信号光パルス幅が 13
ｐｓ（図示しないが約100 ｐｓ）までは、ビット間ＦＷ
Ｍの影響が無視でき、ＳＰＭとＧＶＤによる波形劣化の
影響のみが現れる。なお、信号光パルス幅が５ｐｓ以下
になると、ピークパワーが大きくなるためにＳＰＭとＧ
ＶＤによる波形劣化の影響がさらに大きくなる。一方、
パタン２の場合は、「１，１」の隣接光パルス間隔が 1
0 ｐｓとなることから、そのＦＷＭの影響がパワーペナ
ルティに現れる。信号光パルス幅が６ｐｓ以上では、パ
タン１の場合とパタン２の場合でパワーペナルティの変
化に違いが見られる。パタン１の場合は、プリブロード
ニングによって信号光パルスを広げても、パワーペナル
ティはほとんど変化しない。一方、パタン２の場合は、
信号光パルス幅を広げていくとパワーペナルティが増大
する。これは、プリブロードニングによる信号光パルス
幅の拡大により、隣接光パルス間のＦＷＭの影響が増大
するためである。

【００２８】以上により、パワーペナルティの許容範囲
の上限となる信号光パルス幅は、隣接光パルス間隔（＝
タイムスロットＴ）と同じ10ｐｓが望ましい。また、信
号光パルス幅が５ｐｓ以下では、パタン１およびパタン
２ともにＳＰＭとＧＶＤの影響が顕著になる。結果とし
て、パワーペナルティの許容範囲に対応する信号光パル
ス幅ｄｔの範囲として、 Ｔ／２≦ｄｔ≦Ｔ が得られる。

【００２９】図５は、本発明の光増幅中継伝送システム
の第２の実施形態の動作例を示す。なお、本実施形態の
構成は、図１に示す第１の実施形態と同様である。本実
施形態の特徴は、パルス幅調整手段６で完全に分散補償
を行うのではなく、信号光パルス幅をＴ／２〜Ｔに調整
することである。図２(a) と図５を比較すると、信号光
パルス幅を本実施形態のように調整する方が、完全に分
散補償を行うよりもピークパワーを抑えてＳＰＭとＧＶ
Ｄによる影響を抑制し、かつ隣接光パルスの重なりによ
るＦＷＭの影響も小さく抑えることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光増幅中
継伝送システムは、信号光パルスのパルス幅を所定値以
下に調整することにより、隣接光パルス同士の時間的重
なりを少なくすることができる。これにより、非線形光
学効果のビット間ＦＷＭを抑制し、隣接光パルス間のク
ロストークを最小限に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光増幅中継伝送システムの第１の実施
形態を示すブロック図。

【図２】本発明の光増幅中継伝送システムの第１の実施
形態の動作例を示す図。

【図３】伝送距離とパワーペナルティの関係を示す図。

【図４】数値計算によるプリブロードニング後の信号光
パルス幅（半値全幅）とパワーペナルティとの関係を示
す図。

【図５】本発明の光増幅中継伝送システムの第２の実施
形態の動作例を示す図。

【図６】従来の光増幅中継伝送システムの構成例を示す
ブロック図。

【図７】プリブロードニング法を用いた従来の光増幅中
継伝送システムの構成例を示すブロック図。

【図８】プリブロードニング法を用いる場合の信号光パ
ルス列の伝送状態を示す図。

【符号の説明】

１ 光送信器 ２ 伝送用光ファイバ ３ 光増幅手段 ４ 光受信器 ５ 分散付与手段 ６ パルス幅調整手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川西 悟基 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 山林 由明 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光送信器から送信された信号光パルスを
   複数の伝送用光ファイバおよび光増幅中継器を介して光
   受信器に伝送する光増幅中継伝送システムにおいて、 前記各伝送用光ファイバを伝搬する信号光パルスのパル
   ス幅が所定値以下になるように調整するパルス幅調整手
   段を備えたことを特徴とする光増幅中継伝送システム。
2. 【請求項２】 光増幅中継伝送システムを構成する複数
   の光増幅中継器のうちの一部の光増幅中継器の前段また
   は後段にパルス幅調整手段を備えたことを特徴とする請
   求項１に記載の光増幅中継伝送システム。
3. 【請求項３】 光増幅中継伝送システムを構成する各光
   増幅中継器の前段または後段にパルス幅調整手段を備え
   たことを特徴とする請求項１に記載の光増幅中継伝送シ
   ステム。
4. 【請求項４】 パルス幅調整手段は、信号光パルスの１
   タイムスロットをＴとしたときに、次段の伝送用光ファ
   イバの入力端で信号光パルスのパルス幅ｄｔが、 Ｔ／２≦ｄｔ≦Ｔ となるように調整することを特徴とする請求項１，２，
   ３のいずれかに記載の光増幅中継伝送システム。
5. 【請求項５】 パルス幅調整手段は、高分散性光ファイ
   バまたはチャープ光ファイバグレーティングまたはＰＬ
   Ｃ型分散補償器を用いた構成であることを特徴とする請
   求項１，２，３，４のいずれかに記載の光増幅中継伝送
   システム。