KR100488267B1 - Wavelength Division Multiplexing Waveguide System - Google Patents

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KR100488267B1
KR100488267B1 KR1019940011364A KR19940011364A KR100488267B1 KR 100488267 B1 KR100488267 B1 KR 100488267B1 KR 1019940011364 A KR1019940011364 A KR 1019940011364A KR 19940011364 A KR19940011364 A KR 19940011364A KR 100488267 B1 KR100488267 B1 KR 100488267B1
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fibers
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앤드류알.크라플리비
로버트윌리암트카취
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에이티 앤드 티 코포레이션
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Abstract

본 발명은 파장 분할 다중화하여 동작하는 고용량 광 파이버 네트워크에 관한 것이다. 고려되는 시스템들은 100km가 넘는 스팬 거리를 사용할 수 있고, 초당 수 기가 비트에서 동작하는 다수의 다중화된 채널들을 제공한다.The present invention relates to a high capacity optical fiber network operating by wavelength division multiplexing. The systems considered can use span distances in excess of 100 km and provide multiple multiplexed channels operating at gigabits per second.

Description

파장 분할 다중화 광 도파관 시스템Wavelength Division Multiplexed Optical Waveguide System

발명의 배경Background of the Invention

기술적 분야Technical field

본 발명의 분야는 파장 분할 다중화(wavelength division multiplexing)로 동작하는 고용량 광파이버 네트워크들에 관한 것이다. 고려되는 시스템들은 100 킬로미터를 초과하는 스팬 거리들(span distances)에 기초하고; 스팬들 내의 중계기들(repeaters) 보다는 오히려 신호 증폭에 의존하며, 각각이 최소한 5.0gbit/sec로 동작하는 3개 이상의 다중 채널들을 사용한다.FIELD OF THE INVENTION The field of the present invention relates to high capacity optical fiber networks operating with wavelength division multiplexing. Considered systems are based on span distances greater than 100 kilometers; It relies on signal amplification rather than repeaters in spans and uses three or more multiple channels, each operating at least 5.0 gbit / sec.

종래 기술의 설명Description of the prior art

본 발명이 고려되는 분야의 기술 수준은 1992년 11월에 발표된, "Lightwave", 제 25 내지 29 페이지의 "Dispersion-shifted Fiber"란 훌륭한 논문에 요약되어 있다. 그 논문에 언급된 바와 같이, 현재 설치되고 있거나 계획 단계에 있는 가장 진보된 광파이버 시스템들은 분산 천이 파이버(dispersion-shifted fiber; DS fiber)에 의존한다. 다수의 개발에 의해 1.55㎛의 캐리어 파장이 선호되었다. 일반적으로 사용되는 단일 모드 실리카에 기초한 파이버에 대한 최소 손실이 이 파장에 존재하고, 현재 유일한 실용 파이버 증폭기인 에르븀(erbium) 증폭기가 이러한 파장에서 최상으로 동작한다. 선형 분산 영점(linear dispersion null point)-즉, 색 분산(chromatic dispersion)이 부호를 변화시켜 0을 통과하는 방사파장-은 실리카에 기초한 파이버에 대해서는 자연적으로 약 1.31㎛로 떨어진다는 것은 오랫 동안 공지되었다. DS 파이버-즉, 분산 영점이 1.55㎛로 천이되는 파이버-는 색 분산의 2개의 주요 성분들, 즉, 재료 분산 및 도파관 분산(waveguide dispersion)의 균형에 의존한다. 도파관 분산은 파이버의 굴절률 형상(profile)을 맞춤으로써 조절된다.The technical level of the field in which the present invention is considered is summarized in the excellent paper entitled "Lightwave", published in November 1992, "Dispersion-shifted Fiber" on pages 25-29. As mentioned in the paper, the most advanced optical fiber systems currently being installed or in the planning stage rely on dispersion-shifted fiber (DS fiber). Many developments have favored a carrier wavelength of 1.55 μm. There is a minimal loss at this wavelength for fibers based on commonly used single mode silica, and the erbium amplifier, the only practical fiber amplifier at present, works best at this wavelength. It has long been known that the linear dispersion null point, ie the radiation wavelength where the chromatic dispersion changes sign and passes through zero, naturally falls to about 1.31 μm for silica based fibers. . The DS fiber, ie, the fiber whose dispersion zero transitions to 1.55 μm, depends on the balance of the two main components of color dispersion, namely material dispersion and waveguide dispersion. Waveguide dispersion is controlled by matching the refractive profile of the fiber.

DS 파이버의 사용은 다중 채널 동작, 즉, 파장 분할 다중화(wavelength division multiplex: WDM)에 기여할 것으로 기대된다. 여기에서, 다수의 근접 이격된 캐리어 파장들은 개별 채널들을 규정하고, 그 채널들 각각은 고용량, 즉, 5.0gbit/sec 이상으로 동작한다. 초기의 WDM을 위한 설비 또는 고려되는 업그레이드를 위한 WDM용 설비는 각각 0 분산점에 충분히 근접하여 동작하고, 각각 동일한 용량에서 동작하는 3개 이상의 채널 동작을 사용한다. 고려되는 시스템들은 일반적으로 4 개 또는 8 개의 WDM 채널들에 기초하며, 그 각각은 그 용량으로 동작하거나 또는 그 용량으로 업그레이드 가능하다.The use of DS fiber is expected to contribute to multichannel operation, namely wavelength division multiplex (WDM). Here, a plurality of closely spaced carrier wavelengths define separate channels, each of which operates at high capacity, i.e., 5.0 gbit / sec or more. The facilities for the initial WDM or for the upgrades under consideration use three or more channel operations, each operating close enough to zero distribution points, each operating at the same capacity. Systems contemplated are generally based on four or eight WDM channels, each of which can operate at or upgrade to that capacity.

WDM 시스템들은 가능하다면 신호 재생(signal regeneration)보다는 오히려 광 증폭을 사용한다. WDM은 전자적 검출 및 광 재생에 의존하는 통상의 중계기(repeater)를 광 증폭기로 대체함으로써 실용적으로 되었다. Er 증폭기의 사용은 중계기들 또는 단말기들 간의 수백 킬로미터의 파이버 스팬들을 가능하게 한다. 계획 단계의 어떤 시스템은 360km의 스팬 길이에 걸쳐 120km에서 이격된 광증폭기를 사용한다.WDM systems use optical amplification rather than signal regeneration if possible. WDM has become practical by replacing conventional repeaters with optical amplifiers that rely on electronic detection and optical regeneration. The use of Er amplifiers enables hundreds of kilometers of fiber spans between repeaters or terminals. Some systems in the planning phase use optical amplifiers spaced 120 km apart over a span length of 360 km.

상기 참조 논문에는 최고 용량 원거리 시스템용 분포 피드백(distributed feedback; DFB) 레이저로부터 사용할 수 있는 좁은 스펙트럼 선폭들의 사용에 대하여 설명하고 있다. 비교적 값싸고 용이하게 사용가능한 "패브리 패로 레이저(Fabry Perot laser)"는 통상의 초기 동작용으로는 충분하다. 상기 논문에 보고된 바와 같이, "Telefonos de Mexico; MCI; 및 AT&T"에 의해 설치된 시스템들은 DS 파이버에 기초한다.The reference paper describes the use of narrow spectral linewidths that can be used from distributed feedback (DFB) lasers for high-capacity remote systems. Relatively inexpensive and readily available "Fabry Perot lasers" are sufficient for normal initial operation. As reported in the paper, the systems installed by "Telefonos de Mexico; MCI; and AT & T" are based on DS fiber.

다수의 연구들이 비선형 효과를 고려하고 있다(1991년 3월에 출간된 J. Lightwave Technology 제 9 권 No 3. 페이지 356 내지 361에 D. Marcuse에 의한 "Single-Channel Operation in Very Long Nonlinear Fibers With Optical Amplifiers at Zero Dispersion" 및, 1991년 1월에 출간된 J. Lightwave Technology, 제 9 권, No 1, 페이지 121 내지 128에 D. Marcuse, A.R. Chraplyvy 및, R.W.Tkach에 의한 "Effect of Fiber Nonlinearity on Long- Distance Transmission" 참조). 연구된 비선형 효과들은 "Stimulated Brillouin Scattering; Self-Phase and Cross- Phase Modulation; Four-Photon Mixing(4PM) 및; Stimulated Raman Scattering"을 포함한다. 선형 분산 문제의 보정이 최종적인 해결책은 아니라는 것이 이전부터 공지되었다. 적어도 원칙적으로는 보다 긴 길이에 걸쳐, 그리고 더 고용량으로 동작하는 훨씬 보다 고도한 시스템들은 비선형 효과도 결국 고려될 필요가 있다.Many studies have considered nonlinear effects (J. Lightwave Technology, Vol. 9 No. 3, published in March 1991, by D. Marcuse, “Single-Channel Operation in Very Long Nonlinear Fibers With Optical”. Amplifiers at Zero Dispersion, and "Effect of Fiber Nonlinearity on Long" by D. Marcuse, AR Chraplyvy and RWTkach, published in January 1991, J. Lightwave Technology, Vol. 9, No. 1, pages 121-128. -Distance Transmission ". Nonlinear effects studied include "Stimulated Brillouin Scattering; Self-Phase and Cross-Phase Modulation; Four-Photon Mixing (4PM) and Stimulated Raman Scattering". It has been previously known that correction of the linear dispersion problem is not the final solution. At least in principle, much higher systems that operate over longer lengths and at higher capacities will eventually need to account for nonlinear effects.

용어 설명Term description

WDM - 단일 파이버내에 다중-채널 동작을 위해 제공하는, 파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplex). 채널들은 단일 광 증폭기에 의해 동시에 증폭될 수 있을 만큼 충분히 가깝다. 이때, 일반적으로 사용되는 광증폭기(에르븀 도핑된 실리카 파이버 증폭기; the erbium-doped silica fiber amplifier)는 △λ~10-20nm의 사용가능한 대역폭을 갖는다.WDM-Wavelength Division Multiplex, which provides for multi-channel operation within a single fiber. The channels are close enough to be amplified simultaneously by a single optical amplifier. At this time, a commonly used optical amplifier (the erbium-doped silica fiber amplifier) has a usable bandwidth of Δλ ~ 10-20nm.

분산(Dispersion) - 단독으로 사용될 때, 이 용어는 색 분산, 즉, 캐리어 스펙트럼 내의 파장 의존 속도에 기인한 선형 효과를 가리킨다.Dispersion—When used alone, the term refers to a linear effect due to color dispersion, ie wavelength dependent velocity in the carrier spectrum.

스팬(Span) - 중계기가 없는 파이버 길이를 가리킨다. 광 증폭기들을 포함할 수도 있는 이 길이는 신호가 전자 형태로부터 변환되거나 전자 형태로 변환되는 스테이션(station)들간의 거리(일반적으로 가장 가까운 신호 재생기들 간의 거리)이다. 이 스팬은 전체 시스템을 규정하거나 또는 하나 이상의 부가적인 스팬들과 결합될 수도 있다.Span-refers to the fiber length without a repeater. This length, which may include optical amplifiers, is the distance between stations (generally between the nearest signal regenerators) where the signal is converted from or in electronic form. This span may define the entire system or be combined with one or more additional spans.

발명의 개요Summary of the Invention

가장 관련 있는 의미로, 초기 또는 고려되는 WDM 광파이버 통신 시스템들을 위한 새로운 설비에는 실질적으로 통신 스팬의 전체에 걸쳐 최소한의 분산을 갖는 파이버가 필요하며, 어떠한 길이의 DS 파이버의 사용도 금지한다. 스팬들은 바람직하게는 적어도 1.5ps/nm-km의 값에서 일정한 분산을 갖는 균등한 파이버로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 스팬들은 "쇄상 연결(concatenation)" 또는 "보상(compensation)"에 의해 상이한 분산을 갖는 일련의 파이버를 사용할 수도 있다. 양쪽 모두 1.5ps/nm-km 보다 더 큰 분산을 갖는 파이버를 포함한다. 쇄상 연결은 일반적으로 동일한 정도의 크기를 갖는 양(positive) 및 음(negative) 분산을 갖는 연속적인 파이버 길이를 사용한다. 보상은 매우 큰 분산을 갖는 비교적 짧은 길이의 "분산 정합(dispersion matching)" 파이버를 사용하여 반대 크기의 분산을 갖는 주요(major) 파이버 길이들을 보상한다. 가까운 장래의 WDM 시스템의 사용은 규정된 작은 평균량의 색 분산을 허용하며, 고려되는 시스템들은 평균하여 λ0 = 1550nm를 허용한다. 본 시스템에서 임의의 주어진 파이버 길이에 대해 어느 최대값 이하의 분산을 유지시키는 것이 양호하다. 특히, 전체 용량이 40gbit/sec 4-채널 또는 80gbit/sec 8-채널 보다 더 큰 시스템들에 있어서는 캐리어-발생 레이저에 의해 도입된 것 이상으로 스펙트럼 내용을 증가시키는 자발적 생성은 용량을 제한하는 분산을 가져올 수 있다. 그 결과적인 색 분산은 사실상 비선형이기 때문에, 초기 펄스 내용은 더 이상 복구될 수 없다. 이러한 목적을 위해, 8ps/nm-km의 최대 분산값이 장래의 더 정교한 시스템들에 대해 규정될 수 있다.In the most relevant sense, new facilities for initial or contemplated WDM fiber optic communication systems require fibers with substantially minimal dispersion throughout the communication span and prohibit the use of DS fibers of any length. The spans may preferably consist of even fibers with constant dispersion at values of at least 1.5 ps / nm-km. Alternatively, spans may use a series of fibers with different dispersion by "concatenation" or "compensation". Both include fibers with dispersion greater than 1.5 ps / nm-km. Chain connections generally use continuous fiber lengths with positive and negative variances of equal magnitude. Compensation compensates for major fiber lengths with variances of opposite sizes using relatively short length “dispersion matching” fibers with very large variances. The use of WDM systems in the near future allows for a defined small average amount of color dispersion, and the systems considered allow λ 0 = 1550 nm on average. It is desirable to maintain the dispersion below a certain maximum for any given fiber length in the present system. In particular, in systems where the overall capacity is greater than 40 gbit / sec 4-channel or 80 gbit / sec 8-channel, spontaneous generation that increases the spectral content beyond that introduced by a carrier-generating laser may result in capacity-limited dispersion. I can bring it. Since the resulting color dispersion is virtually nonlinear, the initial pulse content can no longer be recovered. For this purpose, a maximum variance of 8 ps / nm-km can be defined for future more sophisticated systems.

향상된 신호 용량은 용량 제약 요인으로서의 4-광자 혼합을 회피하는 파이버 경로 설계에 기인한다. 이러한 고려 사항은 2.5nm 이하의 간격들을 갖는 4 개 이상의 채널 시스템들; 적어도 300km의 스팬 길이들; 적어도 100km의 증폭기 간격들의 허용에 대하여 결정한다. 본 발명은 그에 따라 규정된다.The improved signal capacity is due to the fiber path design which avoids four-photon mixing as a capacity constraint. This consideration includes four or more channel systems having spacings of 2.5 nm or less; Span lengths of at least 300 km; Determine for the allowance of amplifier spacings of at least 100 km. The invention is defined accordingly.

함께 출원된 미국 특허출원 제08/069962호에는 WDM 시스템 사용에 적합한 작지만 임계적인 색 분산을 보장하는 형상을 갖는 파이버가 청구되어 있다. 그 파이버의 사용은 본 발명의 일종으로 간주된다.Co- filed US patent application Ser. No. 08/069962 claims a fiber having a shape that ensures a small but critical color dispersion suitable for use with a WDM system. The use of the fiber is regarded as a kind of present invention.

가장 광범위한 표현으로 본 발명은, 4-광자 혼합(four-photon mixing)이 고려되는 WDM 시스템의 설계에서 고려되어야 할 관련 매커니즘이라는 관찰 결과를 반영한다. 다수의 요인들은 본 발명의 가르침이 전술된 형태로 나타날 것이라는 가정에 확신을 준다. 일례로, DS 파이버내에 필요한 분산을 도입하기 위해 캐리어 파장을, 예를 들어, λ= 1550 ± 20nm로 변화시키는 것은 원칙적으로는 적절하지만, 쉽게 달성할 수는 없다. 현재 진척된 개발 상태에서의 에르븀(erbium) 증폭기는 1550nm 근처에서 동작 피크를 갖는다. 이 피크에서 20nm 벗어나서 동작하는 것은, 캐리어 전력 레벨을 하나 이상의 채널들에 있어서 불필요하게 낮은 크기로 감소시킨다. 에르븀 증폭기의 대체물 또는 그 증폭기의 설계에 있어서의 어떤 다른 변화가 이러한 동작을 허용한다는 것이 생각될 수 있다. 장래의 시스템들이 종래의 에르븀 증폭기의 현재 또는 보다 진보된 단계의 이점을 취하여 계속해서 설계될 것이라는 점은 더욱 분명하다.In its broadest sense, the present invention reflects the observation that the relevant mechanisms to be considered in the design of WDM systems where four-photon mixing is considered. Many factors convince the assumption that the teachings of the present invention will appear in the form described above. In one example, it is appropriate in principle to change the carrier wavelength to, for example, λ = 1550 ± 20 nm in order to introduce the necessary dispersion in the DS fiber, but it cannot be easily achieved. In advanced development, erbium amplifiers have an operating peak near 1550 nm. Operating 20 nm outside this peak reduces the carrier power level to an unnecessarily low magnitude for one or more channels. It is conceivable that an alternative to the erbium amplifier or any other change in the design of the amplifier allows this operation. It is even clearer that future systems will continue to be designed taking advantage of the current or more advanced stages of conventional erbium amplifiers.

4-광자 혼합은 발생된 캐리어들의 정확한 파장들에 의존한다. 균등하게 이격된 4-채널 시스템들은 불가피하게 이러한 요건을 만족시킨다. 4PM의 중요성은 3-채널 시스템에 대해서는 다소 감소되고, 또한 4-채널 시스템에서도 엄밀하게 균일하지 않은 간격의 경우 원칙적으로는 4PM을 회피할 수 있다. 이러한 접근법을 채택함에 있어서의 문제점들은, 현재 기술 수준을 넘는 동작 파라미터가 요구되고, 이것이 설령 실현될지라도 추가의 비용이 요구된다는 것이다. 이러한 정밀성을 유지하기 위한 신뢰성 있는 안정화는 예를 들어, 열적 드리프트(thermal drift) 때문에 문제가 된다.Four-photon mixing depends on the exact wavelengths of the carriers generated. Evenly spaced four-channel systems inevitably meet this requirement. The importance of 4PM is somewhat reduced for three-channel systems, and in the case of strictly non-uniform intervals in four-channel systems, in principle, 4PM can be avoided. Problems in adopting this approach are that operating parameters beyond the current technical level are required and even if this is realized additional costs are required. Reliable stabilization to maintain this precision is problematic due to, for example, thermal drift.

이런 대안의 접근법들은 새로 설치되는 시스템들에서는 심각하게 고려되지 않을 수도 있지만, 이미 설치된 시스템들(inground systems) 특히, DS 파이버를 가진 시스템의 업그레이드에 가치가 있을 것이다.These alternative approaches may not be taken seriously into newly installed systems, but would be worth upgrading to already installed systems, especially those with DS fibers.

상세한 설명details

일반Normal

DSF에 의해 달성되어야 할 궁극적인 목적은 색 분산이 제거되는 바로 그 완전함에 의해 방해된다는 것이 현재 알려져 있다. DSF 사양 테이블에서 파장 범위 λ=1525-1575nm에 걸친 <3.5ps/nm-km의 허용된 분산 공차(tolerance)는 그 자체가 가까운 장래의 시스템들에서도 WDM 동작에 곤란함을 일으키기에 충분한 비선형 분산의 확증이다. 계획된 시스템들은 비선형의 형태 때문에 동작이 불가능하다는 것이 현재 발견되었다. 제한을 가져오는 비선형성, 즉, 4-광자 혼합(4PM)은 최근에 공지되었고, 위에서 인용된 "장거리 전송에서의 파이버 비선형성의 영향(Effect of Fiber Nonlinearity on Long-Distance Transmission)"으로 명명된 자료에 참조되어 기술되어 있다. 대부분의 목적에 있어서, 4PM은 학술적인 관심 대상으로만 고려되었다. 인용된 논문은 7500km의 스팬 길이를 갖는 시험 시스템들을 잘 고찰하고 있다. 특히, WDM 동작용 DSF의 계속적인 판매와 설치뿐만 아니라 이미 설치된 시스템(inplace system)(훨씬 더 짧은 통상의 스팬 길이에 기초함)들이 이러한 견해와 일치한다.It is now known that the ultimate goal to be achieved by the DSF is to be hampered by the very perfection in which color dispersion is removed. In the DSF specification table, the allowed dispersion tolerance of <3.5 ps / nm-km over the wavelength range λ = 1525-1575 nm, which itself is sufficient for nonlinear dispersion to cause difficulty in WDM operation in future systems. Confirmation. It has now been found that planned systems are inoperable because of their nonlinear form. Constrained nonlinearity, ie four-photon mixing (4PM), was recently known and referred to above as "Effect of Fiber Nonlinearity on Long-Distance Transmission" cited above. It is described with reference to. For most purposes, 4PM has been considered only for academic interest. The cited paper considers well test systems with span lengths of 7500 km. In particular, not only continued sales and installation of DSFs for WDM operation, but also inplace systems (based on much shorter common span lengths) agree with this view.

고도화된 회로 설계에 의해, 4PM에 의해 부가된 제한들을 감소시키는 것이 가능하다. 채널 간격들 및 변조 포맷들에 유의하면, 심하게 감소된 용량, 즉, 제한된 채널들의 수와 제한된 거리들의 WDM 시스템들에 대해 DSF를 계속 사용하게 할 수도 있다. 현재 고려되는 WDM 시스템들은 허용되지 않는데, 본 발명의 실시에 의해 가능해진다. DSF의 대체는 추구되는 용량, 예를 들면 4-채널 동작, 적어도 5Gb/sec의 채널당 용량; 360 킬로미터 이상의 무중계기 스팬 길이 및, 1.0nm 내지 2.0nm의 채널 간격들을 허용한다. 시스템 설계자들은 본 가르침을 용이하게 이해하여 구현할 것이다.With advanced circuit design, it is possible to reduce the constraints imposed by 4PM. Note that channel spacings and modulation formats may lead to continued use of DSF for heavily reduced capacity, i.e., limited number of channels and limited distances of WDM systems. Currently considered WDM systems are not allowed, which is made possible by the practice of the present invention. Replacement of DSFs may be accomplished with capacities sought, such as four-channel operation, at least 5 Gb / sec capacity per channel; Repeater span lengths greater than 360 kilometers and channel spacings of 1.0 nm to 2.0 nm are allowed. System designers will easily understand and implement this teaching.

본 명세서의 다른 곳에서와 마찬가지로, 특정한 크기들은 예시적이지만 가까운 장래의 실질적인 목적을 만족시키기 위해 설계될 수도 있다. 일례로서, 1.0nm 이상의 채널 간격들은 송신기들 및 수신기들의 용이하게 달성가능한 주파수 안정화를 고려한다. 본 발명의 4PM의 저감 효과를 이용하여 더 큰 허용 시스템 용량을 갖는 더 좁은 간격이 정당화될 수도 있다. 설계 고려 사항들은 0.8nm의 가정된 간격에 이르게 한다.As elsewhere in this specification, specific sizes are exemplary but may be designed to satisfy a practical purpose in the near future. As an example, channel spacings of 1.0 nm or greater allow for easily attainable frequency stabilization of transmitters and receivers. Narrower intervals with larger allowable system capacity may be justified using the reduction effect of 4PM of the present invention. Design considerations lead to an assumed spacing of 0.8 nm.

본 가르침은 당업자의 배경 지식에 의존한다. 엄격히 말해서, 4PM은 상이한 채널들의 신호들을 필연적으로 수반하는 보강 간섭 및 상쇄 간섭에 기인한 전력 패널티(power penalty)로서의 변동하는 이득 또는 손실(fluctuating gain or loss)로 나타난다. 4PM은 잡음원(noise source)이 아니다. 상기 효과는 일부분의 진폭이 증가되고 일부분의 진폭이 감소되는 신호 왜곡이기 때문에, 그 효과는 나중에도 교정되지 않을 수도 있다. 4PM의 크기는 전력 의존적이기 때문에, 발사 전력(launch power)을 감소시킴으로써 상기 효과가 감소될 수 있다. 주어진 파이버 스팬 길이에 대해, 삽입 손실은 발사 전력의 감소를 허용하기 위해 증폭기들의 수를 증가시키는 접근법에 의해 감소될 수 있다. "용어 설명"에서 규정된 바와 같이, WDMF는 각각이 고려되는 WDM용 DSF에 의해 방해받는 전력 레벨로 동작하는 증폭기들의 사용을 허용한다. 이러한 목적들을 위해, 2.5mw/Gb-sec의 발사 전력 레벨에서 동작하는 하나 이상의 증폭기들과 함께 증폭기 간격이 120km 이상이라는 점에서 본 발명의 진보성이 규정된다.The teachings rely on the background knowledge of those skilled in the art. Strictly speaking, 4PM appears as a fluctuating gain or loss as a power penalty due to constructive and destructive interference that inevitably involves signals of different channels. 4PM is not a noise source. Since the effect is signal distortion in which the amplitude of the portion is increased and the amplitude of the portion is reduced, the effect may not be corrected later. Since the size of 4PM is power dependent, the effect can be reduced by reducing the launch power. For a given fiber span length, insertion loss can be reduced by an approach that increases the number of amplifiers to allow for a reduction in firing power. As defined in the terminology, WDMF allows the use of amplifiers operating at power levels hindered by the DSF for WDM, each of which is considered. For these purposes, the inventive progress is defined in that the amplifier spacing is at least 120 km with one or more amplifiers operating at a firing power level of 2.5mw / Gb-sec.

이런 고려 사항들은, 증폭기간 간격에 대해 33dB의 접합 손실들(splice losses)과 노화 효과 등을 포함하는 손실 예산에 관한 것이다. 다른 고려 사항들이 다른 방법들을 제시할 수도 있다. 명백한 예로서, 해저 시스템들은, 재생기 장비의 더 큰 설치 및 유지비에 기인하여 지상용으로 고려되는 것보다 실질적으로 더 긴 스팬 길이들을 사용할 수도 있다. 이는 다시 더 좁은 증폭기 간격들, 즉, 100km 이하의 간격들을 요한다.These considerations relate to loss budgets, including splice losses of 33 dB and aging effects over the spacing between amplifiers. Other considerations may suggest other methods. As an obvious example, subsea systems may use substantially longer span lengths than are considered for ground use due to the larger installation and maintenance costs of regenerator equipment. This in turn requires narrower amplifier spacings, i.e. spacings of 100 km or less.

본 발명의 시스템들은 시스템 설계자의 높은 레벨의 기대를 만족시키지만, 이 기대들은 현재 DSF에서는 불가능한 것으로 나타난다.While the systems of the present invention meet the high level of expectations of the system designer, these expectations appear to be impossible with current DSFs.

제 1 도는 가까운 장래의 설비로서 고려되는 특징적인 WDM 시스템을 도시한다. 이것은 수동 4:1 결합기(14)에 결합된 4 개의 송신기들(10, 11, 12 및 13)로 이루어진다. 결합된 신호는 2 개의 광 증폭기들(16 및 17)이 마련된 파이버 전송선(15)으로 도입된다. 수신기의 말단에서, 4-채널 신호들은 디멀티플렉서(18)에 의해 분할되며, 그 후 분리된 신호들은 4 개의 재생기들(19, 20, 21 및, 22)로 루트된다.1 shows a characteristic WDM system that is considered as a near future installation. This consists of four transmitters 10, 11, 12 and 13 coupled to a passive 4: 1 combiner 14. The combined signal is introduced into a fiber transmission line 15 provided with two optical amplifiers 16 and 17. At the end of the receiver, the four-channel signals are split by the demultiplexer 18, and the separated signals are then routed to four players 19, 20, 21 and 22.

제 1 도는 더 많은 채널들의 수를 포함할 수 있는 본 발명의 시스템들을 대표하지만, 8-채널 시스템들이 현재 고려되고 있다. 보다 긴 시스템들은 보다 긴 스팬들 또는 다수의 스팬들을 포함할 수도 있어서 4 개의 송신기들이 재생기 역할을 할 수 있다. 계획 단계에 있는 한 시스템에서는, 스팬 길이가 360km이고 증폭기 간격이 120km이다. 채널 간격 즉, 캐리어 파장의 차는 200GHz(또는 약 1.5nm)이다. 논의된 바와 같이, 파이버 경로는 끝에서 끝까지 주로 불변의 고정 분산 파이버로 구성될 수 있고, 쇄상 연결되거나 보상된 파이버로 구성될 수도 있다.Although Figure 1 represents the systems of the present invention that may include a greater number of channels, eight-channel systems are currently contemplated. Longer systems may include longer spans or multiple spans so four transmitters can act as a player. In one system in the planning phase, the span length is 360 km and the amplifier spacing is 120 km. The channel spacing, or difference in carrier wavelength, is 200 GHz (or about 1.5 nm). As discussed, the fiber path may consist primarily of invariant, fixed, distributed fibers from end to end, and may consist of stranded or compensated fibers.

청구된 WDM 시스템들은 주로 파이버 전송선의 성질에 있어서 현재 계획되는 시스템들과는 다르다. 이전의 시스템들은 색 분산이 용량의 제어 요인이라는 전제하에서 설계되었다. 분산 천이 파이버(dispersion shifted fiber;DSF)의 사용이 WDM 목표, 즉 360km의 초기 스팬 길이, 각각의 5gbit/sec의 채널 당 용량의 4-채널을 허용하게 할 것이라고 예상되었다. 비선형 분산의 형태인 4-광자 혼합(4PM)이 4-채널 20gbit/sec 용량 목표의 달성을 방해한다는 것이 본원 발명을 하게한 취지이다. 그 직접적인 결과가 임의의 길이의 DS 파이버의 사용을 배제하는 것이다. 새로이 설치된 시스템들은 이제 분산 파이버를 사용할 것으로 예상된다. 부과된 임의의 색 분산에 의한 제약은 쇄상 연결 또는 보상에 의해 오프셋될 것이다.The claimed WDM systems differ from those currently planned, primarily in the nature of fiber transmission lines. Previous systems were designed on the premise that color dispersion was a factor in capacity control. It was expected that the use of dispersion shifted fiber (DSF) would allow four channels of WDM target, i.e. an initial span length of 360 km, capacity per channel of 5 gbit / sec each. It is the intention of the present invention that four-photon mixing (4PM), which is a form of nonlinear dispersion, hinders the achievement of the 4-channel 20 gbit / sec capacity target. The direct result is the elimination of the use of DS fibers of arbitrary length. Newly installed systems are now expected to use distributed fiber. Constraints by any color dispersion imposed will be offset by chain linkage or compensation.

그 두 가지 접근법들은 실질적인 분산치들을 갖는 파이버의 사용, 즉, λ=1550nm에서 측정되었을 때 4ps/nm-km 이상의 분산을 갖는 파이버 사용을 허용한다. 양쪽 모두 분산을 정확하게 보상하여 적절한 레벨까지 감소시키기 위해 정밀하게 규정된 파이버 길이를 필요로 한다. 첫째로, 쇄상 연결은 일련의 길이의 상반된 부호의 분산을 갖는 "정상" 분산 파이버를 사용한다. "정상"은 시스템의 재료 분산에 의해 도입된 것 또는 그 이하의 분산을 갖는 파이버를 의미하며, 현재 사용 중인 파이버에서는 약 18ps/nm-km 이하이다. 이 접근법은 해저 설비에 대해서는 중요하게 여겨지지만, 지상용으로는 일반적으로 무시되어 왔다. 이 해결책은 설치 전에 각각의 파이버 형태에 대하여 정밀한 길이 결정을 필요로 한다. 둘째로, 보상은 비교적 짧은 길이의 고분산 파이버를 사용하여 정상 파이버를 보상한다. 보상 파이버는 증폭기나 말단 지점들에 설치되는 릴(reel)들 상에 놓이는 것으로 예상된다.The two approaches allow the use of fibers with substantial dispersions, ie the use of fibers with a dispersion of 4 ps / nm-km or more when measured at λ = 1550 nm. Both require precisely defined fiber lengths to accurately compensate for dispersion and reduce it to an appropriate level. First, the chain linkage uses "normal" distributed fibers with variances of opposite codes of length. "Normal" means a fiber with a dispersion introduced at or below the material dispersion of the system, which is less than about 18 ps / nm-km in the fiber currently in use. This approach is considered important for subsea installations but has been generally ignored for ground use. This solution requires precise length determination for each fiber type prior to installation. Secondly, compensation compensates for normal fibers using relatively short lengths of highly dispersed fibers. The compensation fiber is expected to rest on reels installed at the amplifier or at the end points.

제 2 도 내지 제 5 도2 to 5

이 도면들의 "눈(eye)모양" 다이어그램은 시간 함수로서 채널 전력을 추적한다.The “eye” diagram in these figures tracks the channel power as a function of time.

이 다이어그램들은 수신된 신호를 시간의 함수로서 플로팅하고, 시간축을 1 비트 간격만큼 천이하여 다시 플로팅 함으로써 얻어진다. 횡좌표 간격은 약 1 비트 길이이다. 이렇게 중첩된 64 비트들은 플로팅된 특정 채널에 인접한 3 개의 채널들에서의 전송에 기인하는 가장 가능성이 높은 (보강 및 상쇄) 간섭 경우를 규정한다. 이러한 눈모양 다이어그램은 곡선들의 최대 좌표값에 의해(피크와 영 간의 빈공간의 세로 크기에 의해) 측정되는 최악의 손상 상태를 나타내고 있다. 과도하게 손상되지 않은 시스템은 다이어그램의 중심에 큰 "눈모양 개구(eye opening)"을 갖는, "1(ones)"과 "0(zeros)" 사이에 분명한 구별(discrimination)을 보여준다. 손상되지 않은 시스템은 1.0의 "눈모양 개구"를 갖는 것으로 여겨진다. 약 0.9의 개구에서 동작하는 실제 시스템들은 실질적으로 손상되지 않은 것으로 여겨진다. 실제 시스템들은 이와 같은 개구들을 위해 설계되기 때문에, 실질적으로 더 큰 손상은 고가의 설계 변경, 즉 WDM의 경우 증폭기/보상 거리의 감소 및/ 또는 증폭기 발사 전력의 감소에 의한 설계 변경을 요한다.These diagrams are obtained by plotting the received signal as a function of time, and then plotting the time base again by one bit interval. The abscissa interval is about 1 bit long. These overlapping 64 bits define the most likely (reinforcement and cancellation) interference case due to transmission on three channels adjacent to a particular floated channel. This eye diagram shows the worst case of damage measured by the maximum coordinate value of the curves (by the vertical size of the empty space between the peak and zero). An overly intact system shows a clear discrepancy between "ones" and "zeros", with a large "eye opening" in the center of the diagram. An intact system is believed to have a "eye opening" of 1.0. Actual systems operating at an aperture of about 0.9 are believed to be substantially intact. Since actual systems are designed for such openings, substantially greater damage requires expensive design changes, i.e., design changes by reducing amplifier / compensation distance and / or reducing amplifier firing power in the case of WDM.

다이어그램들은 64-비트 패턴을 보여주고 (선형) 분산 및 비선형 굴절률에 기인한 분산의 효과를 모두 포함한다. 일관성을 위해, 모든 곡선들은 제 3 채널에 대한 것이다. 원인이 되는 요인들은 주로 색 분산, 4PM, 및 SPM이다. 동작 전력 레벨들이 충분히 낮기 때문에, 다른 비선형 효과들은 무시될 수 있다(매우 낮은 레벨에서의 비선형 효과들에는: 유도 브릴루앙 산란(Stimulated Brillouin Scattering) 및 유도 라만 산란(Stimulated Raman Scattering)이 있다). 스퓨리어스 선들(spurious lines)은 가능한 모든 상호 작용에 의한 것이다. 이 다이어그램의 중요성은 "눈의 개구" 즉, 피크와 영 간에 아무것도 없는 공간 부분에 있다.The diagrams show 64-bit patterns and include both the effects of dispersion due to (linear) dispersion and nonlinear refractive index. For consistency, all curves are for the third channel. The causative factors are mainly color dispersion, 4PM, and SPM. Since the operating power levels are low enough, other nonlinear effects can be ignored (nonlinear effects at very low levels include: Stimulated Brillouin Scattering and Stimulated Raman Scattering). Spurious lines are due to all possible interactions. The importance of this diagram lies in the "opening of the eye", that is, the part of space where there is nothing between the peak and the zero.

제 2 도는 200GHz(1.5nm)의 채널 간격; 360km의 스팬 길이; 120km의 증폭기 간격을 가지고; 5Gb/sec의 채널 당 용량으로 동작하는 DSF 4-채널 WDM 시스템에 대한 눈 모양 다이어그램이다. 그것의 ∼0.560의 개구는 동작에 부적당하다. 비선형 분산이기 때문에, 분산 및 SPM은 무시될 수 있으므로, 눈 모양의 폐쇄(closing)는 전적으로 4PM에 기인한다.2 shows channel spacing of 200 GHz (1.5 nm); Span length of 360 km; Has an amplifier spacing of 120 km; An eye diagram of a DSF 4-channel WDM system operating at 5 Gb / sec per channel capacity. Its ˜0.560 opening is inadequate for operation. Since it is a nonlinear dispersion, dispersion and SPM can be ignored, so the closing of the eye shape is entirely due to 4PM.

제 3 도는 동일한 조건하에서 동작하는 WDMF 시스템에 대한 눈모양 다이어그램이다. 이러한 시스템의 ~0.814의 눈모양 개구는 동작에 충분한 대비(contrast)이다. 이 도면의 시스템은 그것의 +2p/nm-km의 분산에 대해서는 보상되지 않는다. 그것의 분산을 감소시키기 위한 보상 파이버의 사용은 동작을 더 향상시킬 것이고, 이는 이러한 조건하에서는 필요하지 않지만, 증가된 용량을 허용할 것이다.3 is an eye diagram for a WDMF system operating under the same conditions. The ocular opening of ˜0.814 in such a system is sufficient contrast for operation. The system of this figure is not compensated for its + 2p / nm-km dispersion. The use of compensation fiber to reduce its dispersion will further improve the operation, which is not necessary under these conditions but will allow for increased capacity.

제 4 도는 동일한 WDM 시스템에 대해 +16ps/nm-km의 분산을 갖는 파이버 사용을 도시한다. 분산값이 충분히 높기 때문에, 그 동작 조건들 하에서 4PM은 현저하지 않다. 스퓨리어스 선들은 분산 및 SPM에 기인한다. 개구는 ~0.414이다.4 shows the use of fibers with a variance of +16 ps / nm-km for the same WDM system. Since the dispersion value is high enough, 4PM is not significant under those operating conditions. Spurious lines are due to dispersion and SPM. The opening is ˜0.414.

제 5 도는 제 4 도의 모든 요인들에 대해 도시하지만 각각의 증폭기 위치(120km의 증폭기간 간격을 가짐)에서 분산을 영으로 보상한다. (선형) 분산에만 기초한 보상은 SPM을 완전히 무시하는 경우 눈모양 개구를 ~0.924까지 증가시킨다. 이러한 플롯에 기초하여, 위에서 기술한 동작 조건들 하에서는, 적어도 시스템의 120km 선 길이들에 걸친 보상에 대해, SPM를 고려될 필요성이 존재하지 않는다.FIG. 5 shows all the factors of FIG. 4 but compensates for the variance by zero at each amplifier position (with an inter-amplifier spacing of 120 km). Compensation based only on (linear) variance increases the eye opening to ˜0.924 when the SPM is completely ignored. Based on this plot, under the operating conditions described above, there is no need to consider the SPM for compensation over at least 120 km line lengths of the system.

SPM에 의해 유도된 폐쇄는 비선형 효과이다. 보다 긴 길이에 걸친 보상은 예컨대, 스팬의 말단에만 보상 파이버를 설치 하는 것에 의해, 이 효과에 기인하여 폐쇄를 3배 이상으로 증가시킨다. 이 다이어그램은 이것조차도 그다지 중요하지 않다는 것을 시사한다. 보다 적은 분산, 예컨대, 8 ps/nm-km 이하의 작은 분산을 갖는 파이버에 대한 선호는 실질적으로 보다 큰 보상으로부터 보상까지의 거리들을 갖거나 또는 상당히 더 큰 용량의 시스템들에 대해서만 중요한 것으로 예상된다.Closure induced by SPM is a nonlinear effect. Compensation over a longer length increases the closure more than three times due to this effect, for example by installing the compensation fiber only at the end of the span. This diagram suggests that even this is not so important. Preferred for fibers with less dispersion, eg, less than 8 ps / nm-km, is expected to be important only for systems with substantially larger compensation to compensation or significantly larger capacities. .

I. 전송선I. Transmission Line

A) WDM 파이버A) WDM Fiber

DS 파이버에서는 쇄상 연결 또는 보상을 모두 필요로 하지 않는데, DS 파이버가 다른 접근법들보다 선호되는 것은 주로 이러한 이유 때문이다. 동시 출원된 미국 특허 출원 제08/069962호의 WDM 파이버는 분산 제로화(dispersion nulling)를 허용하지 않는 가까운 장래의 시스템들에 있어서 DS 파이버를 대체할 것으로 기대된다. 1.5-4ps/nm-km의 허용 범위내에서 색 분산을 갖는 이러한 파이버는 4-채널, 360km 스팬 길이, 20gbit/sec 시스템용으로 사용된다. 훨씬 더 큰 용량/스팬 길이를 갖는 장래의 시스템들은 보상 WDM 파이버 선들을 사용하여 선형 분산을 더 감소시킬 수도 있다. 동시 출원된 출원에서 설명된 이유들로 인해, WDM 파이버에서 요구되는 분산의 부호는 양(positive)(+1.5-4ps/nm-km)인 것이 바람직하다. 따라서, 보상 파이버는 음(negative) 분산일 것이다. 동시 출원된 출원에서 기술된 바와 같이, 본 발명의 가르침이 함축하는 것은 기술된 분산 범위를 넘는다. 이러한 범위의 사양은 고려되는 시스템들에 대해 결국 적절하다. 보다 작은 분산, 즉 1.0ps/nm-km 이하의 분산의 사용은 지정된 범위와 비교하면 다소 감소된 것이지만, DSF의 사용을 통해 개선된 용량을 계속 보장한다.DS fiber does not require any offset connections or compensation, which is primarily the reason that DS fiber is preferred over other approaches. The WDM fiber of co-pending US patent application Ser. No. 08/069962 is expected to replace DS fiber in near future systems that do not allow dispersion nulling. These fibers with color dispersion in the tolerance range of 1.5-4 ps / nm-km are used for four-channel, 360 km span length, 20 gbit / sec systems. Future systems with much larger capacity / span lengths may further reduce linear dispersion using compensated WDM fiber lines. For the reasons described in the co- filed application, it is preferred that the sign of variance required in the WDM fiber is positive (+ 1.5-4 ps / nm-km). Thus, the compensation fiber will be negative variance. As described in co-pending applications, the implications of the teachings of the present invention are beyond the described dispersion ranges. This range of specifications is eventually appropriate for the systems under consideration. The use of smaller variances, i.e., less than 1.0 ps / nm-km, is somewhat reduced compared to the specified range, but the use of DSF continues to ensure improved capacity.

상술한 바와 같이, WDMF는 등화(equalization) 없이 다수의 시스템 요구사항들을 만족시키면서 사용될 수 있으나, 등화는 용량을 더 증가시킬 수 있다. 보상 파이버의 사용에 의해 가능한 등화에 부가하여 특정 형태의 쇄상 연결이 매력적이다. 여기서, 쇄상 연결은 반대 부호의 분산을 갖는 WDMF 길이들을 필요로 하며, 양쪽의 길이들은 1.5-4ps/nm-km의 분산 범위 내에 있는 것이 바람직하다.As mentioned above, WDMF can be used while satisfying multiple system requirements without equalization, but equalization can further increase capacity. In addition to the equalization possible by the use of compensating fibers, certain types of chain connections are attractive. Here, the chain linkage requires WDMF lengths with opposite sign variances, with both lengths preferably being within a dispersion range of 1.5-4 ps / nm-km.

가까운 장래의 시스템용으로 적합한 WDM 파이버에 대한 시험적인 사양 테이블이 다음에 제시되어 있다:An experimental specification table for WDM fibers suitable for near future systems is given below:

WDM 사양 테이블WDM Specification Table

설계시 고려 사항들은 DSF와의 주요한 차이인, 작지만 결정적인 분산(critical dispersion)에 관한 것이다. 특히, 매크로벤딩 손실(macrobending loss), 모드 필드 지름(mode field diameter) 등에 관한 다른 설계 표준들은 종래기술의 파이버(예를 들면, DSF) 설계와 대체적으로 일치하고, 진보가 이루어짐에 따라 변경될 수도 있다. 1986년 출간된 "AT&T Technical Journal", 제 65 권, 5판의 페이지 105 내지 121가 대표적이다. 파이버는 실리카에 기초하고, 실리카로 이루어지거나, 또는 플루오르로 다운 도핑될 수 있는 하나 이상의 클래딩 층들과 함께, 게르마늄 도핑된 코어를 포함한다. 전체 125㎛의 구조는 약 6㎛의 코어 지름을 갖는다. 굴절률 피크(index peak)는 비도핑된 실리카(undoped silica)에 대해 0.013 - 0.015인 Δn을 갖는다. 통상의 형상은 삼각형 또는 사다리꼴이고, Δn0.002의 20㎛ 플랫폼 위에 위치할 수 있다. 지정된 WDM 파이버는 보상 파이버의 스풀(spool)에 의해 보상 될 수 있다. 93년 11월 18일자로 동시 출원되어 계류 중인 미국 특허 출원 제07/978,002호의 보상 파이버가 이 목적에 적합하다. 실례가 되는 구조들은 2ps/nm-km의 분산을 갖는다.Design considerations relate to small but critical dispersion, which is a major difference from DSF. In particular, other design standards regarding macrobending loss, mode field diameter, etc., are generally consistent with prior art fiber (eg, DSF) designs and may change as advances are made. have. Pages 105-121 of the "AT & T Technical Journal", vol. 65, fifth edition, published in 1986, are representative. The fiber comprises a germanium doped core, based on silica, with one or more cladding layers that can be made of silica or can be doped down with fluorine. The overall structure of 125 μm has a core diameter of about 6 μm. The index peak has Δn of 0.013 to 0.015 for undoped silica. Typical shapes are triangular or trapezoidal, Δn It can be placed on a 20 μm platform of 0.002. The designated WDM fiber can be compensated by a spool of compensation fiber. Compensation fibers of pending US patent application Ser. No. 07 / 978,002, filed concurrently on November 18, 93, are suitable for this purpose. Illustrative structures have a dispersion of 2 ps / nm-km.

B) 보상B) compensation

그 원리는 설명되었다. 음 분산의 보상 파이버에 의해 수반되는 양의 부호의 분산을 갖는 파이버의 주요 길이(major length)의 형태를 취할 수 있다. WDM 파이버와 마찬가지로, 보상 파이버는 동시 계류 중인 미국 특허 출원에 기술된 형태가 될 수도 있다.The principle is explained. It can take the form of a major length of fiber with a positive sign variance carried by the compensation fiber of negative variance. Like the WDM fiber, the compensation fiber may be of the type described in co-pending US patent application.

자기 위상 변조(Self-Phase Modulation) 즉, 상이한 파장들의 랜덤한 발생을 초래하는 비선형 효과가 작다는 것이 발견되었다. 제 4 도 및 제 5 도로부터, 적절한 거리(이 경우에서는 120km 간격을 둔 증폭기 위치)의 (선형) 분산에 대한 보상은 고려 사항으로서 SPM을 효과적으로 제거한다는 결론이 내려진다. 이런 상황하에서, λ0=1310nm인 파이버가 허용가능하다(보상의 불편 및 비용을 무시한 경우). 본 명세서가 기초에 가까운 장래의 WDM 시스템(360km 의 스팬 길이, 4-채널, 5gbit/채널)은 λ0=1310nm인 파이버의 ~17ps/nm- km인 비보정 재료 분산을 허용한다. 보다 긴 스팬들 또는 보다 큰 용량을 갖는 장래의 시스템들은 ~ 8ps/nm-km의 분산의 파이버를 사용할 수도 있다.It has been found that the self-phase modulation, i.e., the nonlinear effect that results in random generation of different wavelengths is small. From Figures 4 and 5, it is concluded that the compensation for the (linear) variance of the appropriate distance (in this case 120 km apart amplifier position) effectively removes the SPM as a consideration. Under this situation, a fiber with λ 0 = 1310 nm is acceptable (if the inconvenience and cost of compensation are ignored). Future WDM systems (360 km span length, 4-channel, 5 gbit / channel), where the specification is close to the base, allow ˜17 ps / nm-km dispersion of uncorrected material of fibers with λ 0 = 1310 nm. Future systems with longer spans or larger capacities may use fiber with a dispersion of ˜8 ps / nm-km.

SPM를 고려하면, 각 스팬 길이를 따라 여러 번의 보상이 이루어진다. 가까운 장래의 WDM 시스템에 대한 필요 조건은 각각의 증폭기에서(예를 들면, 120km의 간격) 약 17ps/nm-km 파이버의 보상에 의해 충족된다. 본 발명의 성취는 논의된 바와 같이, 보다 짧은 스팬 길이의 시스템들에 유용하다. (보상 또는 쇄상 연결에 의한) 등화는 전체 DS 파이버로서 동작하기 위해서는 그러한 짧은 길이들에서 행해지지 않아야 한다. 1km 거리에서의 등화는 이런 이유 때문에 배제된다. 20km 미만의 길이는 가장 회피되어야 한다. 경제적 이유로 인해, 수십 킬로미터(예를 들면, 50km 이상)의 비등화된 파이버를 제공하는 실용적인 시스템 설계가 적합하다.Considering the SPM, multiple compensations are made along each span length. The requirements for a near future WDM system are met by compensation of about 17 ps / nm-km fiber in each amplifier (eg 120 km spacing). The achievement of the present invention is useful for shorter span length systems, as discussed. Equalization (by compensation or chain linking) must not be done at such short lengths to operate as a full DS fiber. Equalization at a distance of 1 km is excluded for this reason. Lengths less than 20 km should be most avoided. For economic reasons, practical system designs that provide tens of kilometers (eg, 50 kilometers or more) of boiled fiber are suitable.

C) 쇄상 연결C) chain connection

시스템 성능에 대한 고려 사항들은 보상에 대한 고려 사항들과 매우 유사하다. 약 20km 보다 훨씬 더 짧은 파이버 길이들에 걸친 쇄상 연결은 DS 파이버 에 근접하는 선의 거동(line behavior)을 야기한다. 또한, 수십 킬로미터의 비등화된 길이를 이용한 편리한 설계가 적절하다. 부가적인 가능한 제한적 비선형 효과인 SPM은 고려되는 20gbit 4-채널 시스템들에서 허용된다. 계획된 업그레이드 및 보다 고용량의 새로운 설비들은 양호한 최대 분산을 약 8ps/nm-km으로 설정할 수도 있다.Considerations for system performance are very similar to those for compensation. The chain connection over fiber lengths much shorter than about 20 km results in line behavior approaching the DS fiber. Also, a convenient design using boiled lengths of tens of kilometers is appropriate. An additional possible limiting nonlinear effect, SPM is allowed in the 20 gbit four channel systems considered. Planned upgrades and higher capacity new installations may set a good maximum dispersion of about 8 ps / nm-km.

보상과 마찬가지로, 쇄상 연결은 평균 분산을 완전히 제거한다. 현재 계획된 WDM 시스템들은 그러한 정확성을 요구하지 않을 수도 있다. 제시된 WDM 파이버 사양 테이블의 분산 (≥2.0ps/nm-km)까지 분산을 감소시키는 것으로 충분하다.Like compensation, the chain link completely eliminates the mean variance. Currently planned WDM systems may not require such accuracy. It is sufficient to reduce the variance to the variance (≧ 2.0 ps / nm-km) of the presented WDM fiber specification table.

쇄상 연결은 가까운 장래의 지상 시스템들에서 주된 역할을 담당할 것으로 기대되지 않는다. 해저 시스템들에 더욱 가능성이 있다.The chain linkage is not expected to play a major role in the near future terrestrial systems. There is even more potential for subsea systems.

D) 기타 고려사항D) Other Considerations

스팬 길이는 고려되는 시스템에 관련되어 논의되었다. 360km 크기의 스팬들이 제공된다. 그러한 시스템은 또한 보다 짧은 스팬 길이들을 포함할 수도 있다. 이러한 고려 사항들이 더 넓은 조건으로 기술될 수도 있다. 기본적 접근법은 설계의 자유가 허용되고 설계의 허용 공차가 완화되기만 하면, 모든 WDM 시스템에서 유용하다. 5gbit/sec, 4-채널 시스템은 본 가르침으로부터 대략 200km의 스팬 길이들에 대해 현저하게 이득을 얻는다. 용량과 스팬 길이간의 관계는 다음과 같이 정의된다:Span lengths have been discussed in relation to the system under consideration. 360 km spans are provided. Such a system may also include shorter span lengths. These considerations may be described in broader terms. The basic approach is useful in all WDM systems as long as the freedom of design is allowed and the tolerance of the design is relaxed. The 5 gbit / sec, four-channel system benefits significantly from span lengths of approximately 200 km from this teaching. The relationship between capacity and span length is defined as follows:

B2L ≤ 10400/D (Eq.1)B 2 L ≤ 10400 / D (Eq.1)

여기에서:From here:

B = 비트 전송률 [gbit/sec]B = bit rate [gbit / sec]

L = 길이 [km]L = length [km]

D = 평균 분산 [ps/nm-km]D = mean dispersion [ps / nm-km]

길이가 비트 전송률의 제곱에 따라 변하기 때문에, 10gbit/sec의 선 용량에 대해 대응하는 스팬 길이는 50km이다. 일반적으로, 본 발명의 가르침에 기초한 시스템들은 Eq.1 에 따른 적어도 하나의 파이버 스팬을 포함한다.Since the length varies with the square of the bit rate, the corresponding span length is 50 km for a line capacity of 10 gbit / sec. In general, systems based on the teachings of the present invention comprise at least one fiber span according to Eq.1.

II. 송신기II. transmitter

수신기 및 광 증폭기 뿐만 아니라 이러한 구성 요소는 1992년 출간된 "Fiber Laser Sources and Amplifiers IV", SPIE, 제 1789 권, 페이지 260 내지 266 - 에 상세히 설명되어 있다. 송신기는 각각의 채널에 대한 레이저로 이루어진다. 레이저 출력들은 개별적으로 변조되고, 변조된 신호들은 다중화되어 전송선에 공급된다.These components, as well as receivers and optical amplifiers, are described in detail in 1992 published in "Fiber Laser Sources and Amplifiers IV", SPIE, vol. 1789, pages 260-266. The transmitter consists of a laser for each channel. The laser outputs are individually modulated and the modulated signals are multiplexed and fed to the transmission line.

III. 수신기III. receiving set

스팬 길이의 말단에서, 이러한 구성요소는 본 시스템의 말단에서 있을 수 있고, 또는 신호 재생기의 일부일 수도 있다. 상기 수신기는 채널들을 디멀티플렉싱하는 수단을 포함한다. 이것은 관심있는 채널 파장을 통과하고, 반면에 다른 파장들을 차단하는 장치를 필요로 한다. 이것은 각 채널에 튜닝된 출력 포트들에서 광 파이버들과 결합된 단순한 분할기(splitter)일 수 있고(Nagel의 논문 참조) 또는 단일 유닛 내의 분할 및 필터링(filtering) 기능들을 결합하는 장치일 수도 있다.At the end of the span length, such a component may be at the end of the present system, or may be part of a signal regenerator. The receiver comprises means for demultiplexing channels. This requires a device that passes the channel wavelength of interest, while blocking other wavelengths. This can be a simple splitter combined with optical fibers at the output ports tuned to each channel (see Nagel's paper) or a device that combines the splitting and filtering functions within a single unit.

IV. 광 증폭기IV. Optical amplifier

오늘날, 이 구성요소는 에르븀 증폭기이다. 단일 에르븀 증폭기의 유용한 이득 영역은 λ=40-50nm이다. 증폭기들이 직렬 접속될 때, 순 이득은 작다(이는 "이득 영역"내의 진폭이 피크의 한쪽 편에서 감소되기 때문임). 참조된 10-20nm의 대역폭은 3-증폭기 스팬에 대해 적절한 값이다.Today, this component is an erbium amplifier. A useful gain region of a single erbium amplifier is λ = 40-50 nm. When the amplifiers are connected in series, the net gain is small (since the amplitude in the "gain area" is reduced on one side of the peak). The 10-20 nm bandwidth referenced is an appropriate value for a three-amplifier span.

V. 기타 고려 사항들V. Other Considerations

대부분 기타 고려사항들은 표준적이다. 거의 예외 없이, DS 파이버와 함께 사용 되도록 설계된 WDM 시스템들은 본 발명에서 직접 사용될 수 있다. 시스템 설계는 종래 기술 및 본 발명에 공통적인 고려 사항들에 따른다. 채널 간격은 광 증폭기의 피크 내에 채널들을 맞추도록 해야 한다. 최대 스팬 길이는 삽입 손실과, 발사 전력 및, 허용가능한 펄스 확산에 의해 설정된다. 고려사항들은 물론 부과된 제한들에 맞춰질 수도 있다. 예컨대, 보상없는 WDM 파이버의 사용은 비트 전송률 및 스팬 길이의 곱(product)에 제한을 설정한다. 스팬 길이는 필요에 의해, 예를 들면, 보상이 제공되거나 쇄상 연결된 파이버 길이가 시작되는 곳에 설정될 수도 있다.Most other considerations are standard. Almost without exception, WDM systems designed for use with DS fibers can be used directly in the present invention. System design follows the considerations common to the prior art and the present invention. The channel spacing should allow the channels to fit within the peak of the optical amplifier. The maximum span length is set by insertion loss, firing power and allowable pulse spread. Considerations may of course be tailored to the imposed restrictions. For example, the use of WDM fiber without compensation sets a limit on the product of bit rate and span length. The span length may be set as needed, for example, where compensation is provided or where the stranded fiber length begins.

계획된 WDM 시스템들은, 분산 패널티를 줄이고 채널들의 스펙트럼 안정성을 개선시키기 위해 외부 변조를 사용한다.Planned WDM systems use external modulation to reduce dispersion penalty and improve the spectral stability of the channels.

제 1 도는 다양한 본 발명 종류의 설명을 위한 WDM 시스템의 개략도.1 is a schematic diagram of a WDM system for explaining various types of the present invention.

제 2 도 내지 제 5 도는 전력 및 시간의 좌표상에 도시된 것으로서, 4-채널 시스템용 선형 분산 및 4PM을 포함하는 다양한 형태의 분산에 기인한, 비트 스트림(bitstream)에서의 1과 0 간의 대비(contrast)를 보여주는 "눈모양" 다이어그램.2 through 5 show the coordinates of power and time, contrast between 1 and 0 in the bitstream, due to various forms of dispersion including 4PM and linear dispersion for 4-channel systems. "eye" diagram showing contrast.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10, 11, 12, 13 : 송신기 14 : 4:1 결합기10, 11, 12, 13: transmitter 14: 4: 1 combiner

15 : 전송선 16, 17 : 광 증폭기15: transmission line 16, 17: optical amplifier

18 : 디멀티플렉서 19, 20, 21, 22 : 재생기18: Demultiplexer 19, 20, 21, 22: player

Claims (16)

파장 분할 다중화 광 도파관 시스템으로서,A wavelength division multiplexed optical waveguide system, 채널 캐리어들을 발생시키고, 변조하고, 변조된 채널 캐리어들을 다중화하여 전송선으로 도입하기 위한 송신기로서, 그룹화된 채널 캐리어들의 파장 범위 내의 크기를 가진 "시스템 파장"을 특징으로 하는, 상기 송신기와; 변조된 채널 캐리어들을 역다중화(demultiplex)하는 것을 포함하는 기능들을 수행하기 위한 수신기와; 광 증폭기들; 및 하나의 말단은 송신기에 의해 규정되고 다른 말단은 수신기에 의해 규정되는, 적어도 하나의 파이버 스팬을 포함하는 광 파이버의 전송선으로서, 상기 스팬은 적어도 하나의 광 증폭기를 포함하는, 상기 전송선을 포함하는, 상기 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템에 있어서,A transmitter for generating, modulating, and multiplexing modulated channel carriers and introducing them into a transmission line, said transmitter characterized by a "system wavelength" having a magnitude within a wavelength range of grouped channel carriers; A receiver for performing functions including demultiplexing modulated channel carriers; Optical amplifiers; And a transmission line of an optical fiber comprising at least one fiber span, one end of which is defined by the transmitter and the other end of which is defined by the receiver, the span comprising at least one optical amplifier. In the wavelength division multiplexing optical waveguide system, 상기 스팬을 규정하는 파이버의 주요 부분(major portion)은 상기 시스템 파장에서 1.5-8ps/nm-km 범위의 절대값의 색 분산을 갖는 것을 특징으로 하는, 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템.A major portion of the fiber defining the span is characterized by having an absolute color dispersion in the range of 1.5-8 ps / nm-km at the system wavelength. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 시스템 파장은 대략 1550nm인, 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템.And the system wavelength is approximately 1550 nm. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 실질적으로 상기 스팬을 규정하는 모든 파이버는 실질적으로 균일한 색 분산을 갖는, 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템.Substantially all of the fibers defining the span have a substantially uniform color dispersion. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 색 분산은 2ps/nm-km 이상인, 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템.Wherein the color dispersion is at least 2 ps / nm-km. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 스팬을 규정하는 파이버의 평균 선형 분산은 상이한 부호들의 분산을 갖는 적어도 2개의 파이버 길이들을 포함함으로써 대략 0의 크기로 균등하게 되는, 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템.And the average linear dispersion of the fibers defining the span is equalized to approximately zero magnitude by including at least two fiber lengths having dispersions of different codes. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 실질적으로 상기 스팬을 규정하는 모든 파이버는 2ps/nm-km 이상의 균일한 색 분산을 가지고, 균등화는 보상 파이버의 포함에 기인하는, 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템.Substantially all of the fibers defining the span have a uniform color dispersion of at least 2 ps / nm-km, and equalization is due to the inclusion of a compensation fiber. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 광 증폭기들은 에르븀 도핑된 실리카(erbium-doped silica)로 이루어지는, 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템.And the optical amplifiers are made of erbium-doped silica. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 채널들의 극단(extreme) 파장들은 20nm 이하의 스펙트럼을 규정하는, 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템.The wavelength division multiplexed optical waveguide system in which the extreme wavelengths of the channels define a spectrum of 20 nm or less. 제 8 항에 있어서,The method of claim 8, 0.8 내지 4nm 만큼 이격된, 적어도 4 개의 채널들을 사용하는, 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템.A wavelength division multiplexing optical waveguide system using at least four channels spaced apart by 0.8 to 4 nm. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스팬내의 파이버의 실질적 길이(substantial length)는 λ0 ~1550nm를 갖는, 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템.The substantial length of the fibers in the spans (substantial length) are wavelength division multiplexed optical waveguide system has a λ 0 ~ 1550nm,. 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템으로서,A wavelength division multiplexed optical waveguide system, 채널 캐리어들을 발생시키고, 변조하고, 변조된 채널 캐리어들을 다중화하여 전송선으로 도입하기 위한 송신기로서, 그룹화된 채널 캐리어들의 파장 범위 내의 크기를 가진 "시스템 파장"을 특징으로 하는, 상기 송신기와; 변조된 채널 캐리어들을 역다중화(demultiplex)하는 것을 포함하는 기능들을 수행하기 위한 수신기와; 광 증폭기들; 및 하나의 말단은 송신기에 의해 규정되고 다른 말단은 수신기에 의해 규정되는, 적어도 하나의 파이버 스팬을 포함하는 광 파이버의 전송선으로서, 상기 스팬은 적어도 하나의 광 증폭기를 포함하는, 상기 전송선을 포함하는, 상기 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템에 있어서,A transmitter for generating, modulating, and multiplexing modulated channel carriers and introducing them into a transmission line, said transmitter characterized by a "system wavelength" having a magnitude within a wavelength range of grouped channel carriers; A receiver for performing functions including demultiplexing modulated channel carriers; Optical amplifiers; And a transmission line of an optical fiber comprising at least one fiber span, one end of which is defined by the transmitter and the other end of which is defined by the receiver, the span comprising at least one optical amplifier. In the wavelength division multiplexing optical waveguide system, 상기 적어도 하나의 파이버 스팬은 1993년 5월 28일 이후에 설치된 것이고, 상기 스팬의 광 파이버는 본질적으로 반대 부호의 분산을 갖는 적어도 2개의 파이버들로 구성됨으로써 상기 스팬에서의 평균 분산의 절대값이 4ps/nm-km 이하인 것을 특징으로 하는, 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템.The at least one fiber span was installed after May 28, 1993, and the optical fiber of the span consists of at least two fibers having essentially opposite sign variances such that the absolute value of the mean variance in the span A wavelength division multiplexing optical waveguide system, characterized in that less than 4 ps / nm-km. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 파이버들 중 하나의 파이버는 파이버 재료 분산과 실질적으로 동일한 분산을 가지며, 균등화는 보상 파이버의 포함에 기인하는, 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템.The fiber of one of the fibers has a dispersion substantially the same as the fiber material dispersion, and the equalization is due to the inclusion of a compensation fiber. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 파이버들 중 하나의 파이버는 8ps/nm-km 이상의 분산을 가지고, 균등화는 보상 파이버의 포함에 기인하는, 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템.Wherein one fiber of the fibers has a dispersion of at least 8 ps / nm-km and the equalization is due to the inclusion of a compensation fiber. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 스팬을 규정하는 파이버의 주요 부분(major portion)은 본질적으로 제 1 부호의 분산을 갖는 제 1 파이버들 및 상기 제 1 부호의 반대 부호의 분산을 갖는 제 2 파이버들로 구성되고, 제 1 파이버 및 제 2 파이버는 동일한 정도(order)의 크기의 분산값들을 갖는, 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템.The major portion of the fiber defining the span consists essentially of first fibers having a variance of a first sign and second fibers having a variance of an opposite sign of the first sign, the first fiber And the second fiber has dispersion values of the same order of magnitude. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 범위는 1.5-4ps/nm-km인, 파장 분할 다중화 광 도파관 시스템.Wherein the range is 1.5-4 ps / nm-km. 파장 분할 다중화 시스템들에 사용하기 적합한 적어도 하나의 광 파이버를 포함하는 물품(article)으로서, 상기 파이버는 코어(core) 및 클래드(clad)를 포함하고, 1550nm에서 0.25dB/km 이하의 감쇠를 가지고, 0.095 ps/(nm2-km) 미만의 분산 기울기를 갖는, 상기 물품에 있어서,An article comprising at least one optical fiber suitable for use in wavelength division multiplexing systems, the fiber comprising a core and a clad, having an attenuation of 0.25 dB / km or less at 1550 nm. , Wherein the article has a dispersion slope of less than 0.095 ps / (nm 2 -km), 적어도 2.2km의 파이버 길이에 대해 1550nm에서의 평균 색 분산의 절대 크기가 1.5-8ps/nm-km인 것을 특징으로 하는, 물품.An article characterized in that the absolute magnitude of the average color dispersion at 1550 nm for a fiber length of at least 2.2 km is 1.5-8 ps / nm-km.
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