JPH11355206A - 光伝送路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光信号を、より安定に、より長距離伝送させ
ることが可能な光伝送路を提供する。 【解決手段】 第１の区間では、光ファイバ伝送路を異
常分散、分散補償器を正常分散とし、両者合わせた平均
分散量を正常分散となるように設定する。第２の区間で
は、光ファイバ伝送路を異常分散、分散補償器を正常分
散とし、両者合わせた平均分散量を異常分散となるよう
に設定する。これら第１、第２の区間を接続して一組と
し、この組を複数連続させることによって、光信号の安
定した長距離伝送を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光通信システム
における光ファイバ伝送路に関するものである。より詳
細には、光ファイバ伝送路において伝送路の分散値を適
切に設定することにより、長距離の伝送を安定して行う
ことができる光ファイバ伝送路に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバを用いた光伝送路では、光伝
送路内に所定の間隔でリピーター（中継器）を配置し、
光信号を増幅して中継する構成が一般的である。またこ
の時、波長分散の影響を抑制する必要があることも、当
業者に良く知られている。波長分散による影響を抑制す
るためには、分散補償技術、あるいは伝送させる波長帯
で分散が小さくなるように設計された光ファイバを用い
るのが一般的である。

【０００３】このような構成の一例として、白木他、
「分散マネジメント線路における非線形誘起雑音の抑制
効果、１９９７年電子情報通信学会通信ソサイエティ大
会講演論文集２、Ｂー１０ー６５、Ｐ３６４、平成９年
８月１３日発行、がある。この文献の図１に示されるよ
うに、光ファイバ伝送路で発生した波長分散値に対して
符号が反対の波長分散値を有する補償デバイスにより、
分散補償を行う。波長分散の分布は、各リピーター・ス
パン間で一様になっている。

【０００４】一般に、線形伝送であるＮＲＺ信号の伝送
においては、伝送品質の劣化の原因として、光ファイバ
中の非線形光学効果（光カー効果）による波形歪み、お
よびＳ／Ｎ比（信号対雑音比）の劣化が支配的である。
上記文献のような光伝送路では、両効果はトレード・オ
フの関係にある。すなわちＳ／Ｎ比を上げようとすると
光ファイバ中の光強度が増大し、非線形効果が顕著に現
れる。

【０００５】また、伝送容量を上げるために波長多重方
式をとる場合、異なる波長間で光ファイバ中の非線形光
学効果に起因する４光波混合が生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、光ファ
イバ伝送においては様々な要因によりＳ／Ｎ比を上げる
ことは困難であり、伝送距離を伸ばすことが難しいとい
う問題があった。そのため、より長距離の伝送が可能な
光伝送路が要望されている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明では、光ファイ
バ伝送路と、この光ファイバ伝送路で生じた分散の補償
を行うための補償手段とで光伝送路を構成する。この光
伝送路は、光中継区間の平均分散が正常分散となる第１
の区間と、光中継区間の平均分散が異常分散となる第２
の区間とから構成する。このような構成により分散補償
を行うものである。具体的には、各区間の分散補償率を
変えることで、このような構成が実現できる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながらこの発
明の実施形態を説明する。まず図１に、この発明の第１
の実施形態の光伝送路を示す。この光伝送路には、所定
の間隔で光増幅器が挿入されている。

【０００９】第１の実施形態では、ＮＲＺ（Non Return
to Zero）信号の伝送を行う。ＮＲＺ信号１は第１の光
ファイバ１１に入力される。第１の光ファイバ１１に
は、第１の分散補償器２１が接続されている。この第１
の分散補償器２１に続いて、第１の光増幅器３１が接続
されている。第１の光増幅器３１は、光ファイバ１１、
そして伝送分散補償器２１における損失を補償するため
の光増幅器である。

【００１０】第１の実施形態においては、光ファイバ１
１として、１．５μｍ帯の信号光に対する波長分散値が
１６ps／nm／km程度の特性を有するシングル・モード・
ファイバ（ＳＭＦ）を用いる。ＳＭＦは、非線形効果は
比較的小さいが、一方で分散の度合いが大きいという性
質を有している。また分散補償器２１は光ファイバ１１
の残留分散を打ち消すものであり、この実施形態におい
ては、長さＺ１compを有するＤＣＦ（分散補償ファイ
バ）を用いる。この分散補償器２１は、波長分散値とし
て９０ps／nm／km程度の特性を有する。

【００１１】第１の光増幅器３１には、第２の光ファイ
バ１２が接続されている。この第２の光ファイバ１２
に、第２の分散補償器２２が接続されている。この第２
の分散補償器２２には、第２の光増幅器３２が接続され
ている。光ファイバ１２として、光ファイバ１１と同様
にＳＭＦを用いる。また分散補償器２２は、第１の分散
補償器２１と同様の特性を有し、長さＺ２compを有す
る。ここで、Ｚ１comp＞Ｚ２compとする。

【００１２】この光伝送路は、第１の区間、すなわち第
１の光ファイバ１１、第１の分散補償器２１、そして第
１の光増幅器３１で構成される区間と、第２の区間、す
なわち第２の光ファイバ１２、第２の分散補償器２２、
そして第２の光増幅器３２で構成される区間とに区分さ
れる。各区間の平均分散は分散補償率で決まるのであ
り、分散補償率が１００％を越える場合に平均分散が正
常分散となり、１００％未満であれば平均分散が異常分
散となる。

【００１３】この実施形態においては、第１の区間の平
均分散が正常分散、第２の区間の平均分散が異常分散と
いう組み合わせで光伝送路を構成する。すなわち、第１
の区間においては分散補償率が１００％以上となるよ
う、分散補償器２１の長さをＺ１compと長く設定する。
第２の区間においては分散補償率が１００％以下となる
よう、分散補償器２２の長さをＺ２compと短く設定す
る。

【００１４】以上説明した光伝送路の分散マップを図２
に示す。第１の区間は、異常分散を有する光ファイバ１
１と、分散補償率が１００％以上となるような長さに設
定された第１の分散補償器２１との組み合わせにより、
平均分散値としてＤ１aveという正常分散を有する。一
方第２の区間は、異常分散を有する光ファイバ１２と、
分散補償率が１００％以下となるような長さに設定され
た第２の分散補償器２２との組み合わせにより、平均分
散値としてＤ２aveという異常分散を有する。図２に
は、Ｄ１ave、Ｄ２aveがそれぞれ１点鎖線で示されてい
る。

【００１５】これらの区間の組み合わせにより、光伝送
路全体での平均分散値はＤaverageという異常分散とな
る。Ｄaverageは、図２中に２点鎖線で示されている。

【００１６】以下、正常分散と異常分散とを繰り返す二
つの区間を一組として光伝送路を構成し、光信号をまず
正常平均分散を持つ区間に入射する場合を考える。

【００１７】前述した通り、第１の光ファイバ１１は、
平均分散が異常分散である。このためチャープのないＮ
ＲＺパルス信号１には、第１の光ファイバ１１を通過す
ることにより、分散の影響による線形的な広がりと、非
線形光学効果による波形歪みとが生じる。第１の光ファ
イバ１１を通過した信号光は、次に分散補償器２１に入
射する。ここではＮＲＺパルス信号１に、光ファイバ１
１におけるとは逆の線形チャーピングが生じる。

【００１８】これも前述した通り、第１の区間における
分散補償率は１００％以上である。従って分散補償器２
１の出口での線形チャープ量は打ち消し合わずに、アッ
プ・チャーピングとなる。またこのとき、分散補償器２
１中で線形圧縮を受けた信号光は、過補償であるために
再び線形的に広がる。

【００１９】この状態で信号光１が第２の区間に入射す
ると、伝送ファイバである光ファイバ１２中での非線形
光学効果が抑制される。これは、第二の区間に入射した
ＮＲＺパルスは第一の区間で広がっており、ピーク強度
が十分に小さくなっていることに起因する。また、第２
の区間に入射したＮＲＺパルスはアップ・チャープであ
るので、異常分散をもつ光ファイバ１２中では線形圧縮
が生じ、さらに光ファイバ１２に続く分散補償器２２の
効果も手伝って、もとの波形に近づいていく。

【００２０】この様子を図３に模式的に示す。非線形効
果は、主に光ファイバ１１の前半の、光強度の強い領域
（非線形距離）で支配的である。従って、光強度が損失
により減衰している光ファイバ後半の部分において入射
波形に戻る過程にあっても非線形効果は無視できる。

【００２１】すなわち、光信号をまず正常平均分散を持
つ区間に入射すると、以上の過程により伝送路の偶数番
目の区間での非線形光学効果による波形歪みが抑制され
る。このため、より長距離の伝送をおこなうことができ
る。

【００２２】次に、第２の実施形態の光伝送路について
説明する。第２の実施形態は、光ファイバ伝送路として
分散シフトファイバ（ＤＳＦ）を用いるものである。こ
の構成を図４を用いて説明する。

【００２３】ＮＲＺ信号１は、第１の分散シフトファイ
バ４１に入力される。第１の分散シフトファイバ４１に
は、第１の分散補償器２１が接続されている。この第１
の分散補償器２１に続いて、第１の光増幅器３１が接続
されている。

【００２４】第２の実施形態においては、光ファイバ４
１として、たとえば１．５μｍ帯の信号光に対する波長
分散値が２ないし３ps／nm／km以下程度の特性を有する
分散シフトファイバを用いる。ＤＳＦは、光ファイバで
生じる分散が小さいという利点がある。従って分散補償
せずに光伝送路に用いたとしても、分散の度合いはＳＭ
Ｆに比較して非常に小さく抑えられる。分散補償器２１
については第１の実施形態と同様であり、詳しい説明は
省略する。

【００２５】第１の光増幅器３１には、第２の分散シフ
トファイバ４２が接続されている。この第２の分散シフ
トファイバ４２に、第２の分散補償器２２が接続されて
いる。この第２の分散補償器２２には、第２の光増幅器
３２が接続されている。第１の分散補償器２１と第２の
分散補償器２２との長さに関しては第１の実施形態と同
様である。

【００２６】近年では、光ファイバ伝送路として分散シ
フトファイバが用いられることが多くなってきている。
分散シフトファイバは、光ファイバで生じる分散が小さ
いという利点がある。従って分散補償せずに光伝送路に
用いたとしても、分散の度合いはＳＭＦに比較して非常
に小さく抑えられる。その分、光ファイバ伝送路におけ
る非線形効果が、光波形劣化の支配的な要因となる。特
に、光信号のパワーを上げると非線形効果が顕著に現れ
る。従って、非線形効果を抑圧するため分散補償ファイ
バを用いることは、ＤＳＦを用いる場合であっても有効
である。

【００２７】この第２の実施形態においても、第１の実
施形態と同様の原理により非線形効果が抑制され、良質
な伝送が実現される。このように、第２の実施形態も長
距離の光伝送路を構築する際に非常に有効である。また
分散補償器であるＤＣＦの長さを短く抑えることができ
るという効果をも有する。

【００２８】次に、第３の実施形態について図５を用い
て説明する。この実施形態は、非線型効果の抑圧と、充
分な増幅率とを両立することのできる構成である。

【００２９】この実施形態では、伝送する光信号をまず
分散補償器に入力して分散補償した後に、光ファイバ伝
送路に送出する。すなわち第３の実施形態では、ＮＲＺ
信号１は、まず第１の分散補償器２１に入力される。こ
こでＮＲＺ信号１が分散補償され、第１の光ファイバ１
１を介して伝送される。伝送されたＮＲＺ信号１は第１
の光増幅器３１に入力される。ここまでで第１の区間を
構成する。

【００３０】第１の光増幅器３１で増幅されたＮＲＺ信
号１は、第２の分散補償器２２に入力され、分散補償さ
れる。次いで第２の光ファイバ１２に入力されて伝送さ
れる。ここまでで第２の区間を構成する。

【００３１】ただし、このような構成では、分散補償器
が光増幅器の直後に配置されることになる。第１、第２
の実施形態では、分散補償器として分散補償ファイバを
用いた。しかし分散補償ファイバは、それ自体の非線形
係数が比較的大きい。したがって光増幅器のゲインを上
げすぎると、非線形光学効果によるチャーピングと正常
分散に起因するチャーピングとが互いに同じ方向になっ
ているので、波形歪みはより顕著になる。そこで第３の
実施形態では、分散補償器の後段にも光増幅器を配置
し、分散補償器に入力する光信号の強度と、光ファイバ
伝送路に入力する光信号の強度とを独立して制御する。

【００３２】すなわち第３の実施形態では、第１の分散
補償器２１と第１の光ファイバ１１との間に、後段光増
幅器３３が配置されている。また第２の分散補償器２２
と第２の光ファイバ１２との間に、後段光増幅器３４が
配置されている。

【００３３】このような構成により、分散補償器には強
度の小さい光信号を入力して分散補償を行う。こうして
分散補償された光信号を、後段増幅器により増幅して光
ファイバ伝送路に送出する。すなわち光増幅器３１は、
分散補償器における波形歪みが起こらない程度の強度の
光信号を出力する。そして後段光増幅器３３ないし３４
は、光ファイバ１１ないし１２における光伝送に必要な
だけの強度の光信号を出力する。

【００３４】これにより、分散補償器１２、２２中での
非線形効果を抑制することができる。特に、光信号がま
ず分散補償器に入力されると、分散補償器の正常分散の
ため、光信号のパルスは非常に大きなアップチャープを
有するようになる。同時にパルス幅も広がっている。こ
のような光パルスが光ファイバに入力されると、非線形
効果による波形歪みを受け難い。すなわち第４の実施形
態では、光ファイバ伝送路における非線形効果を抑圧す
るとともに、十分な増幅度を確保することのできる光伝
送路を得られる。このように第４の実施形態も、長距離
の光伝送路を構築する際に非常に有効である。

【００３５】次に、第４の実施形態について図６を用い
て説明する。第３の実施形態について説明したように、
伝送すべき光信号をまず分散補償ファイバに入力した後
で光ファイバ伝送路に接続する構成が有効である。しか
し第３の実施形態のような光伝送路では、後段増幅器を
必要とするため、光伝送路の構成が複雑になる。そこで
第４の実施形態では、分散補償のために分散補償デバイ
スを用いる。

【００３６】すなわちＮＲＺ信号１は、まず第１の分散
補償器２１に入力される。ＮＲＺ信号は第１の分散補償
器２１で分散補償器され、次いで第１の光ファイバ１１
に入力される。第１の光ファイバ１１で伝送されたＮＲ
Ｚ信号は、第１の光増幅器３１に入力される。ここまで
が第１の区間を構成する。

【００３７】第１の光増幅器３１の出力は、第２の分散
補償器２２に入力される。ここでＮＲＺ信号が分散補償
器され、次いで第２の光ファイバ１２に入力される。第
２の光ファイバ１２で伝送されたＮＲＺ信号は、第２の
光増幅器３２に入力される。ここまでが第２の区間を構
成する。このように、この第３の実施形態でも、第１の
区間では平均分散が正常分散となり、第２の区間では平
均分散が異常分散となる。

【００３８】分散補償デバイスとしては、たとえばファ
イバグレーティング（ＦＢＧ）を用いることができる。
分散補償デバイスの非線形係数は事実上無視できるた
め、波形歪みを考慮する必要がなく、伝送特性を改善す
ることができる。さらに、ＦＢＧ自体が透過特性を有す
るため、これを光増幅器の直後に配置すると、ノイズ除
去効果も得られる。

【００３９】以上のように、この第４の実施形態におい
ても非線形効果が抑圧され、良質な伝送が実現される。
さらにノイズ除去効果が得られることにより、長距離の
光伝送路を構築する際により有効である。

【００４０】次に、第５の実施形態について図７を用い
て説明する。各区間の平均分散が正常分散と異常分散と
を繰り返す構成は、図７に示すように正常分散をもつ分
散シフトファイバ５１と異常分散をもつ分散シフトファ
イバ５２の組み合わせによっても可能である。

【００４１】すなわちＮＲＺ信号１は、まず第１の分散
シフトファイバ５１に入力される。ＮＲＺ信号は第１の
分散シフトファイバ５１で伝送され、第１の光増幅器３
１に入力される。ここまでが第１の区間を構成する。

【００４２】第１の光増幅器３１の出力は、分散シフト
ファイバ５２に入力される。この第２の分散シフトファ
イバ５２で伝送されたＮＲＺ信号は、第２の光増幅器３
２に入力される。ここまでが第２の区間を構成する。

【００４３】第１の分散シフトファイバ５１は、零分散
波長を長波側に設定して、信号帯域で正常分散の小さな
値になるように設計された光ファイバである。ファイバ
であるのに対して、ＬＳファイバはファイバである。一
方第２の分散シフトファイバ５２は、一般的な分散シフ
トファイバであり、信号光の帯域である1.5μｍ帯で
０、あるいは異常分散の小さな値になるように設計され
た光ファイバである。

【００４４】このように２種類の分散シフトファイバを
組み合わせることで、第１の区間の平均分散値を正常分
散、第２の区間の平均分散値を異常分散とすることがで
きる。これまで説明してきた実施形態では、光ファイバ
と分散補償ファイバとを接続して各区間の平均分散値を
設定していたが、この実施形態では分散シフトファイバ
のみで各区間を構成することができる。

【００４５】すなわち第５の実施形態では、簡単な構成
で長距離伝送が可能な光伝送路を構築することができ
る。

【００４６】次に、第６の実施形態について図８を用い
て説明する。この実施形態では、光伝送路の設計上、第
１の区間から光信号を取り出す場合に有効である。

【００４７】すなわち、ＮＲＺ信号１は光ファイバ１１
に入力され、伝送される。伝送されたＮＲＺ信号１は第
１の分散補償器２１に入力され、分散補償される。分散
補償器２１の出力は光増幅器３１に入力され、伝送路で
受けた損失を補償すべく増幅される。ここまでが第１の
区間を構成する。光増幅器３１の出力は、分散補償器６
１に入力される。

【００４８】第１の区間の平均分散値は正常分散であ
り、ＮＲＺ信号１はこの区間を通過することによりアッ
プ・チャープとなっている。この信号を、異常分散を有
する分散補償器６１に入力することによりチャープを打
ち消すことが可能である。したがって波形が整形され、
検波が可能になる。

【００４９】すなわち第６の実施形態では、伝送路の設
計上、第１の区間から光信号を取り出す場合でも、光伝
送路を柔軟に構築することができる。

【００５０】以上の実施形態ではＮＲＺ信号を伝送する
場合について説明してきたが、この発明は波長多重され
た光信号を伝送する場合にも適用することができる。

【００５１】すなわち、波長λ１から波長λＮまでの複
数の入力光信号光を伝送する場合にも、この発明の各実
施形態が適用されうる。この場合、伝送路における非線
形光学効果が抑制されるため、波長多重伝送の際にあら
われる４光波混合に対しても有効である。このように、
波長多重された光信号であっても、品質の良い信号を長
距離伝送することが可能な光伝送路を構築することがで
きる。

【００５２】また、以上ＮＲＺ信号の伝送に関して説明
してきたが、この発明の各実施形態の構成はＲＺ（Retu
rn to Zero）信号を伝送する場合にも応用できる。

【００５３】ＲＺ信号は、ＮＲＺ信号に比べその時間幅
は狭い。よって、ＲＺ信号の周波数スペクトラム（波長
スペクトラムはＮＲＺ信号のそれに比べて、より広がっ
ている。このためＲＺ信号のパルスは、より波長分散の
影響を受けやすい。また平均光強度が同じであれば、Ｒ
Ｚ信号のパルスの方がそのピーク値は大きく、しかも周
波数スペクトラムを見ると広がっている。これらのよう
な理由により、単一波長であっても信号帯域内で４光波
混合等の非線形相互作用も起こりやすい。よってソリト
ン伝送でない限り、その伝送に伴う波形劣化が著しい。

【００５４】しかし、この発明の各実施形態のような光
伝送路であれば、第１の区間でアップ・チャープとなっ
た光信号が、第２の区間においてその非線形光学効果が
低減される。加えて、残留する非線形光学効果とアップ
・チャープとが、分散による影響を適度に打ち消す働き
をする。したがって、連続する二つの区間の交播量（平
均分散の不連続量）を適当な値に設定し、第１の区間で
のチャープ量を最適な値に設定することにより、伝送距
離を大幅に改善することができる。このように、この発
明の光伝送路をＲＺ信号の伝送に用いた場合、ＮＲＺ信
号を伝送する場合以上に良質なシステムの構築が可能と
なる。

【００５５】以上の実施形態では、分散補償器として分
散補償ファイバ、あるいは分散補償ファイバグレーティ
ングを例に説明したが、他には分散補償エタロンなどを
用いることができる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の光伝送
路によれば、光ファイバ伝送路において伝送路の分散値
を適切に設定することにより、長距離の伝送を安定して
行うことができる光ファイバ伝送路を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の光伝送路を示す図である。

【図２】この発明の光伝送路の分散マップを示す図であ
る。

【図３】第１の実施例における光波形を示す模式図であ
る。

【図４】第２の実施形態の光伝送路を示す図である。

【図５】第３の実施形態の光伝送路を示す図である。

【図６】第４の実施形態の光伝送路を示す図である。

【図７】第５の実施形態の光伝送路を示す図である。

【図８】第６の実施形態の光伝送路を示す図である。

【符号の説明】

１１、１２・・・光ファイバ ２１、２２・・・分散補償器 ３１、３２・・・光増幅器

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光パルスを伝送する光ファイバ伝送路
   と、この光ファイバ伝送路に挿入される分散補償手段と
   から構成される光伝送路において、 光中継区間の平均分散が正常分散となる第１の区間と、
   光中継区間の平均分散が異常分散となる第２の区間とを
   １単位として構成したことを特徴とする光伝送路。
2. 【請求項２】 光パルスを伝送する光ファイバ伝送路
   と、この光ファイバ伝送路の後段に接続される分散補償
   手段とから構成される光伝送路において、 光中継区間の平均分散が正常分散となる第１の区間と、
   光中継区間の平均分散が異常分散となる第２の区間とを
   １単位として構成したことを特徴とする光伝送路。
3. 【請求項３】 光パルスの分散補償を行う分散補償手段
   と、この分散補償手段の後段に接続される光ファイバ伝
   送路とから構成される光伝送路において、 光中継区間の平均分散が正常分散となる第１の区間と、
   光中継区間の平均分散が異常分散となる第２の区間とを
   １単位として構成したことを特徴とする光伝送路。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の光伝送路において、前記光ファイバ伝送路をシング
   ルモードファイバで構成したことを特徴とする光伝送
   路。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の光伝送路において、前記光ファイバ伝送路を、異常
   分散を有する分散シフトファイバで構成したことを特徴
   とする光伝送路。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の光伝送路において、前記分散補償手段を分散補償フ
   ァイバで構成したことを特徴とする光伝送路。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
   載の光伝送路において、前記分散補償手段を分散補償デ
   バイスで構成したことを特徴とする光伝送路。
8. 【請求項８】 平均分散が正常分散を有する分散シフト
   ファイバで構成した第１の区間と、平均分散が異常分散
   を有する分散シフトファイバで構成した第２の区間とを
   １単位として構成したことを特徴とする光伝送路。
9. 【請求項９】 光パルスを伝送する光ファイバ伝送路
   と、この光ファイバ伝送路に挿入される分散補償手段と
   から構成される光伝送路において、 光中継区間の平均分散が正常分散となる第１の区間に、
   適当な異常分散を持つデバイスあるいはファイバを接続
   した信号検波のための波形整形手段を接続して構成した
   ことを特徴とする光伝送路。