WO2009113355A1 - 光通信システム - Google Patents

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WO2009113355A1
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pbgf
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Inventor
笹岡　英資
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住友電気工業株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02295—Microstructured optical fibre
    • G02B6/02314—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
    • G02B6/02319—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by core or core-cladding interface features
    • G02B6/02323—Core having lower refractive index than cladding, e.g. photonic band gap guiding
    • G02B6/02328—Hollow or gas filled core

Definitions

  • the present invention relates to an optical communication system.
  • a single mode optical fiber (hereinafter referred to as a single mode optical fiber) having a single core as an optical transmission line laid between an optical transmitter that outputs signal light and an optical receiver that receives signal light. Is called a normal optical fiber).
  • wavelength division multiplexing that transmits and receives signal light of a plurality of channels having different wavelengths is used as a communication method for efficiently increasing transmission capacity.
  • WDM Multiplexing
  • Patent Document 1 proposes to alleviate the influence of nonlinearity by means such as pre-emphasis. However, the addition of such means makes the configuration of the optical communication system more complicated, but the effect of mitigating nonlinearity is not always perfect.
  • a photonic bandgap fiber (Photonic ⁇ ⁇ Band Gap Fiber, hereinafter referred to as “PBGF”) having a hollow core can also be a candidate for an optical transmission line.
  • PBGF Photonic ⁇ ⁇ Band Gap Fiber
  • Non-Patent Documents 1 and 2 propose a PBGF having a theoretical transmission loss of 10 ⁇ 3 dB / km or less.
  • Non-Patent Document 2 proposes PBGF having a theoretical transmission loss of 10 ⁇ 2 dB / km or less.
  • the minimum loss value of PBGF may be smaller than that of a normal optical fiber
  • the width of the low loss wavelength band of PBGF tends to be narrower than that of a normal optical fiber.
  • it when compared in a wavelength band with a loss of 1 dB / km or less, it is in the range of about 1.0 to 1.7 ⁇ m for a normal optical fiber, whereas for PBGF described in Non-Patent Documents 1 and 2, it is about 0.7.
  • the width is about 2 ⁇ m. Therefore, when PBGF is applied as an optical transmission path, WDM transmission in a wide wavelength range is difficult in the conventional optical transmission system.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and has a structure for enabling the application of PBGF as an optical transmission path and for transmitting a large amount of information by using PBGF.
  • An object of the present invention is to provide an optical communication system.
  • the optical communication system includes at least an optical transmission unit and an optical transmission line.
  • the optical transmission unit outputs signal light whose phase or optical frequency is modulated.
  • the optical transmission line includes a photonic band gap fiber having a hollow core, and propagates signal light output from the optical transmission unit.
  • the optical transmitter performs phase modulation on each subcarrier of signal light and multicarrier modulation by OFDM to output the signal light.
  • the phase or optical frequency modulation of the signal light corresponds to performing phase modulation on each subcarrier, and multiplexing these modulated subcarriers corresponds to performing multicarrier modulation.
  • OFDM is a technique for ensuring the orthogonality of each subcarrier on the frequency axis so that the subcarriers do not affect each other.
  • the transmission capacity of the optical communication system can be further increased by multicarrier modulation.
  • a photonic bandgap fiber having a hollow core it is possible to avoid deterioration in transmission performance due to a large peak-to-average power ratio and nonlinearity of the optical fiber, which can be a problem in OFDM.
  • the optical transmission unit also modulates the amplitude of the signal light and outputs the signal light. It is preferable that the optical transmitter modulates the signal light with multiple values exceeding two values. It is preferable that the optical transmitter multiplexes signal lights having two or more wavelengths included in the low loss wavelength band of the photonic band gap fiber.
  • the confinement ratio of the signal light power to the hollow core of the photonic band gap fiber is preferably 99% or more.
  • the optical communication system enables the use of PBGF as an optical transmission line by performing phase modulation or frequency modulation of signal light in an optical transmitter, and by using this PBGF, as described above. Large-capacity information transmission pointed out as a problem can be achieved.
  • FIGS. 1-10 show the structure of one Embodiment of the optical communication system which concerns on this invention. These are the notched perspective views which show the structure of a photonic band gap fiber (PBGF) as an optical transmission line included in the optical communication system which concerns on this embodiment.
  • PBGF photonic band gap fiber
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of an optical communication system according to the present invention.
  • the optical communication system 1 illustrated in FIG. 1 includes an optical transmission unit 10, an optical reception unit 20, and an optical transmission path 30 provided between the optical transmission unit 10 and the optical reception unit 20.
  • the optical transmitter 10 outputs the signal light whose phase or optical frequency is modulated to the optical transmission line 30.
  • the optical transmitter 10 may also modulate the amplitude of the signal light and output the signal light to the optical transmission line 30. Furthermore, it is preferable that the optical transmitter 10 modulates the signal light with multiple values exceeding two values.
  • the optical transmission line 30 transmits the signal light output from the optical transmitter 10 to the optical receiver 20.
  • the optical receiver 20 receives the signal light transmitted from the optical transmitter 10 via the optical transmission path 30.
  • the optical transmission line 30 includes a photonic bandgap fiber having a hollow core.
  • FIG. 2 is a cutaway perspective view showing the structure of a photonic bandgap fiber (PBGF) 2 as the optical transmission line 30 included in the optical communication system 1 shown in FIG.
  • PBGF photonic bandgap fiber
  • the photonic bandgap fiber 2 is made of linear quartz glass, and has an end face 2c at one end and an end face 2d at the other end.
  • the photonic bandgap fiber 2 has holes 2a and 2b.
  • One hole 2a is formed at the center of the cross section that intersects the longitudinal direction of the photonic bandgap fiber 2 (ie, the optical axis direction A).
  • the hole 2a extends in the optical axis direction inside the photonic bandgap fiber 2 and penetrates from the end surface 2c to the end surface 2d.
  • a plurality of holes 2b are formed around the hole 2a.
  • the air holes 2b extend in the optical axis direction inside the photonic band gap fiber 2 and penetrate from the end surface 2c to the end surface 2d.
  • the holes 2b are formed in an arrangement and interval so as to realize a photonic crystal structure in a cross section intersecting the longitudinal direction of the photonic band gap fiber 2 (that is, the optical axis direction A).
  • a photonic band gap which is a forbidden band of light, appears around the hole 2a, and the laser light L can be confined in and near the hole 2a.
  • the laser light L incident on the photonic band gap fiber 2 mainly propagates in the air holes 2a.
  • This hole 2a becomes a hollow core.
  • the optical transmission unit 10 preferably multiplexes signal light having two or more wavelengths included in the low-loss wavelength band of the photonic band gap fiber 2, and the multiplexed signal light is transmitted to the optical transmission line 30. Is output.
  • the confinement ratio of signal light power to the hollow core of the photonic band gap fiber 2 is preferably 99% or more.
  • the signal light power confinement ratio in the hollow core (hole 2a) portion is 99% or more (that is, the signal light power leakage rate into the quartz glass portion is 1% or less), and the hollow core Non-linearity can be reduced to 1/100 or less by maintaining a state close to vacuum by means such as sealing the part after reducing the pressure. Further, under such conditions, the loss can be reduced to 1/100 or less of the loss inherent to the material. Regarding the loss, there are also factors such as a confinement loss due to the photonic band gap structure design and a scattering loss at the interface between the hollow core portion and the quartz glass portion. However, by reducing these factors, the loss can be reduced to 1/10 or less of the loss of the conventional optical fiber.
  • the optical communication system 1 In the optical communication system 1 according to the present embodiment, a case is considered in which 16-level amplitude modulation and 16-level phase modulation are combined as multilevel modulation of signal light.
  • the PBGF used as the optical transmission line 30 is 1/10 or less of a normal optical fiber in terms of both loss and nonlinearity. Therefore, even if the maximum amplitude and the maximum phase change amount remain the same as those of the conventional optical communication system, there is a possibility of securing an SN ratio necessary for transmission. Therefore, compared with a general optical communication system that performs binary modulation of amplitude or intensity, the optical communication system according to this embodiment has a bit rate (log 2 (16 ⁇ 16)) that is eight times the same symbol rate. Can be realized.
  • the transmission capacity is 320 Gbps in the above example.
  • PBGF is likely to have a transmission wavelength band of several tens of nanometers even though it has a tendency to have a low loss wavelength band as compared with a normal optical fiber
  • WDM transmission is possible. May be possible.
  • WDM transmission with a wavelength interval of 0.4 nm and a wavelength bandwidth of 80 nm (that is, 200 waves) is performed with 40 G symbols / second, 16 amplitude values, 16 phase values, the entire system will have one PBGF.
  • the transmission capacity is 64 Tbps.
  • PBGF-1 has an optical power confinement ratio of 90% or more in the hollow core portion, a loss of 0.2 dB / km at a wavelength of 1.55 ⁇ m, and a nonlinear constant of 2 ⁇ 10 ⁇ 11 / W.
  • PBGF-2 has an optical power confinement ratio of 99% or more in the hollow core portion, a loss of 0.012 dB / km at a wavelength of 1.55 ⁇ m, and a nonlinear constant of 2 ⁇ 10 ⁇ 12 / W.
  • the SMF has a loss of 0.2 dB / km at a wavelength of 1.55 ⁇ m and a nonlinear constant of 3 ⁇ 10 ⁇ 10 / W.
  • the nonlinear constant is represented by the ratio (n 2 / Aeff) between the secondary refractive index n 2 and the effective area A eff.
  • a transmission capacity of 40 Gbps per wavelength can be sufficiently realized by amplitude modulation or phase modulation.
  • PBGF-1 is equivalent in terms of loss and 1/15 in terms of nonlinearity. Therefore, in PBGF-1, when the input power is equivalent to that of SMF, the phase noise due to the nonlinearity of the fiber can be reduced to 1/15. For this reason, even when multi-leveling up to 16 values is performed in the case of phase modulation, the same transmission quality is maintained at the same symbol rate ( ⁇ 40 G symbol / second) as when SMF is used. Therefore, an optical communication system of 160 Gbps per wavelength can be realized by performing 16-level phase modulation using PBGF-1.
  • the input power to PBGF-1 can be allowed up to 15 times that of SMF.
  • the optical SN ratio is also improved by 15 times. . This means that, even in the case of amplitude modulation, even if multi-leveling is performed up to 16 values, the same transmission quality is maintained at a symbol rate equivalent to that using SMF (that is, 40 G symbols / second). Means that. Therefore, an optical communication system of 160 Gbps per wavelength can be realized by performing 16-value amplitude modulation using PBGF-1.
  • PBGF-2 is about 1/16 of the SMF in terms of loss in addition to nonlinearity. Therefore, when the input power is equivalent to that of SMF, the phase noise due to the nonlinearity of the fiber can be reduced to about 1/16, and the optical SN ratio in amplitude modulation is improved by about 16 times. Note that increasing the input optical power by 16 times is equivalent to reducing the loss to 1/16 while maintaining the same input optical power. As a result, phase modulation up to 16 values and amplitude modulation up to 16 values can be supported while maintaining the same transmission quality at the same symbol rate as when using SMF. Thus, an optical communication system of 320 Gbps per wavelength can be realized.
  • Examples of methods for modulating the phase and amplitude of light include QAM described in Non-Patent Document 3 and Patent Document 2.
  • the distance from the origin corresponds to the amplitude of the light
  • the angle from the horizontal axis (I axis) corresponds to the phase of the light
  • 8-QAM shown in Fig. 8 The amplitude is binary
  • the phase is 4 values (90 degree steps) for each amplitude
  • the modulation is 8 values (3 bits) as a whole.
  • FIG. 3 of Patent Document 2 discloses an example of 16-value (4-bit) modulation.
  • FIG. 9 of Non-Patent Document 3 shows the relationship between the frequency utilization efficiency (SpectralciEfficiency) and the required SN ratio per bit (SNR per bit) for a plurality of modulation schemes including QAM.
  • the frequency utilization efficiency improves as the multiplicity (corresponding to Constellation Size M in Table. 6 of Non-Patent Document 3) increases, but the desired SN ratio per bit increases accordingly.
  • QAM has the smallest desired signal-to-noise ratio per bit for achieving the same frequency utilization efficiency, and can be said to be an efficient modulation scheme in this respect.
  • Constellation Size M exceeds 4
  • an increase in the desired SN ratio per bit is inevitable.
  • the incident optical power is increased or incident is increased. Since the attenuation of optical power can be further reduced, the S / N ratio can be improved.
  • Patent Document 3 discloses an example of a device for reducing the peak-to-average power ratio.
  • the process described in Patent Document 3 and an apparatus for realizing this process are indispensable.
  • the processing described in Patent Document 3 is performed by using a photonic bandgap fiber having a low nonlinear, low loss hollow core as an optical transmission line. Even without this, multiplexing by OFDM can be realized without degrading transmission performance due to nonlinearity of the optical fiber.

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Abstract

　本発明は、光伝送路としてのＰＢＧＦの適用を可能にするとともに、ＰＢＧＦ使用による大容量の情報伝送を可能にするための構造を備えた光通信システムに関する。当該光通信システム(1)は、光送信部(10)と、光受信部(20)と、光伝送路(30)を備える。光送信部(10)は、位相変調または光周波数変調された信号光を光伝送路(30)へ出力する。光伝送路(30)は、光送信部(10)から出力される信号光を光受信部(20)へ伝送する。光受信部(20)は、光送信部(10)から光伝送路(30)を経て伝送されてきた信号光を受信する。光伝送路(30)は、中空コアを有するフォトニックバンドギャップファイバを含む。

Description

光通信システム
　本発明は、光通信システムに関するものである。
　従来の光通信システムでは、一般に、信号光を出力する光送信器と、信号光を受信する光受信機との間に敷設された光伝送路として、単一コアを有するシングルモード光ファイバ（以下、通常の光ファイバという）が適用されている。
　このような通常の光ファイバが光伝送路に適用された光通信システムでは、伝送容量を効率的に増大させる通信方式として、互いに波長の異なる複数チャネルの信号光を送受信する波長分割多重（Wavelength Division Multiplexing、以下「ＷＤＭ」という）伝送が採用されている。
特開２００５－１１０２５６号公報 特開２００７－２８８５９１号公報 特開２００７－１２９７５５号公報 村尾覚志、他、「実効的単一モード極低損失中空コアフォトニックバンドギャップファイバの設計」、２００７年電子情報通信学会総合大会、Ｃ-３-５１ 武笠和則、他、「ＤＷＤＭ伝送用フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）に関する検討」、２００７年電子情報通信学会総合大会、Ｃ-３-５２ Optics Express, Vol.16, No.2, pp.753-791, 21 January 2008
　発明者らは、従来の光通信システムについて検討した結果、以下のような課題を発見した。
　通常の光ファイバの光伝送路では、損失の大幅な低減が困難であるので、伝送距離の長距離化を実現するためには、光伝送路へ入力される光パワーを増加させる必要がある。しかしながら、入力光パワーの増大は通常の光ファイバが適用された光伝送路における非線形光学現象の発現を誘発してしまう。そのため、現状では、光伝送路の低損失化、低非線形化の研究が盛んに行われている。特許文献１にはプリエンファシス等の手段で非線形性の影響を緩和することが提案されている。しかしながら、このような手段の追加は、当該光通信システムの構成をより複雑にする一方、非線形性緩和の効果が完全となるとは限らない。
　また、単に低損失、低非線形性の光伝送媒体という観点のみに着目すると、中空コアを有するフォトニックバンドギャップファイバ（Photonic Band Gap Fiber、以下「ＰＢＧＦ」という）も、光伝送路の候補となり得るが、ＷＤＭ伝送用の光伝送路としてのＰＢＧＦの適用は困難であった。
　なお、ＰＢＧＦは、クラッドを構成する２次元周期構造のフォトニック結晶のフォトニックバンドギャップを利用して中空コアに光を閉じ込めることにより、その光を導波させることができる。このようなＰＢＧＦは、中空コア以外の石英ガラス部分の光パワー比率を極めて小さく（全光パワーの１％以下）することにより、低非線形光学特性や低損失伝送の特徴を有する光伝送路を実現し得るものとして、研究開発がなされている（非特許文献１、２参照）。例えば、非特許文献１では、理論上の伝送損失が１０－３ｄＢ／ｋｍ以下であるＰＢＧＦが提案されている。また、非特許文献２では、理論上の伝送損失が１０－２ｄＢ／ｋｍ以下であるＰＢＧＦが提案されている。
　ところが、ＰＢＧＦの最低損失値は、通常の光ファイバより小さくなる可能性があるものの、ＰＢＧＦの低損失な波長帯域の幅は通常の光ファイバより狭くなる傾向にある。例えば、損失１ｄＢ／ｋｍ以下の波長帯域で比較すると、通常の光ファイバでは１.０～１.７μｍ程度の範囲であるのに対して、非特許文献１、２に記載されたＰＢＧＦでは０.２μｍ程度の幅となっている。したがって、光伝送路としてＰＢＧＦが適用された場合、従来の光伝送システムでは広い波長範囲でのＷＤＭ伝送が困難であった。
　本発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、光伝送路としてのＰＢＧＦの適用を可能にするとともに、ＰＢＧＦ使用による大容量の情報伝送を可能にするための構造を備えた光通信システムを提供することを目的としている。
　本発明に係る光通信システムは、少なくとも、光送信部と、光伝送路を備える。光送信部は、位相または光周波数が変調された信号光を出力する。光伝送路は、中空コアを有するフォトニックバンドギャップファイバを含み、光送信部から出力される信号光を伝搬する。
　本発明に係る光通信システムにおいて、光送信部は、信号光の個々のサブキャリアに位相変調を行うとともにＯＦＤＭによるマルチキャリア変調を行って該信号光を出力するのが好適である。なお、信号光の位相または光周波数の変調が個々のサブキャリアに位相変調を行うことに対応し、これらの変調した個々のサブキャリアを多重することがマルチキャリア変調を行うことに対応する。また、ＯＦＤＭは、周波数軸上で各サブキャリアの直交性を確保して各サブキャリアが相互に影響しないようにする手法である。この場合には、マルチキャリア変調により、光通信システムの伝送容量をさらに増大させることが可能となる。また、中空コアを有するフォトニックバンドギャップファイバを使用することにより、ＯＦＤＭにおいて問題となり得る大きなピーク対平均値パワー比と光ファイバの非線形性による伝送性能の劣化を回避できる。
　本発明に係る光通信システムにおいて、光送信部は、信号光の振幅をも変調してこの信号光を出力するのが好適である。光送信部は、２値を超える多値で信号光を変調するのが好適である。光送信部は、フォトニックバンドギャップファイバの低損失波長帯域に含まれる２波長以上の信号光を多重化するのが好適である。また、フォトニックバンドギャップファイバの中空コアへの信号光パワー閉じ込め率は、９９％以上であるのが好適である。
　なお、通常の光ファイバが光伝送路に適用された従来の光通信システムでは、振幅変調、位相変調、周波数変調などによる各信号チャネルの多値化は困難である。すなわち、通常の光ファイバの光伝送路では、損失の大幅な低減が困難であるので、振幅変調による多値化を進めると十分なＳＮ比を確保することができなくなる。また、通常の光ファイバの光伝送路では、非線形性の大幅な低減が困難であるので、位相変調、周波数変調による多値化を進めると、非線形性に起因する自己位相変調（ＳＰＭ）や周波数チャープの影響で十分なＳＮ比を確保することができなくなる。
　本発明に係る光通信システムによれば、光送信部において信号光の位相変調または周波数変調を実施することにより、光伝送路としてのＰＢＧＦの使用を可能にし、このＰＢＧＦの使用により、上述のように課題として指摘した大容量の情報伝送が可能になる。
は、本発明に係る光通信システムの一実施形態の構成を示す図である。 は、本実施形態に係る光通信システムに含まれる光伝送路として、フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）の構造を示す切欠き斜視図である。
符号の説明
　１…光通信システム、１０…光送信部、２０…光受信部、３０…光伝送路。
　以下、添付図面を参照して、本発明に係る光通信システムの各実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一要素、同一部位には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
　図１は、本発明に係る光通信システムの一実施形態の構成を示す図である。図１に示された光通信システム１は、光送信部１０と、光受信部２０と、これら光送信部１０および光受信部２０の間に設けられた光伝送路３０を備える。
　光送信部１０は、位相または光周波数が変調された信号光を光伝送路３０へ出力する。光送信部１０は、信号光の振幅をも変調して該信号光を光伝送路３０へ出力してもよい。さらに、光送信部１０は、２値を超える多値で信号光を変調するのが好適である。光伝送路３０は、光送信部１０から出力される信号光を光受信部２０へ伝送する。光受信部２０は、光送信部１０から光伝送路３０を経て伝送されてきた信号光を受信する。
　光伝送路３０は、中空コアを有するフォトニックバンドギャップファイバを含んで構成される。図２は、図１に示された光通信システム１に含まれる光伝送路３０として、フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）２の構造を示す切欠き斜視図である。
　図２に示されたように、フォトニックバンドギャップファイバ２は、線状の石英ガラスからなり、一端に端面２ｃを、他端に端面２ｄをそれぞれ有している。また、フォトニックバンドギャップファイバ２は、空孔２ａおよび２ｂを有している。空孔２ａは、フォトニックバンドギャップファイバ２の長手方向（すなわち光軸方向Ａ）と交差する断面における中心部分に１つ形成されている。また、空孔２ａは、フォトニックバンドギャップファイバ２の内部を光軸方向に延びており、端面２ｃから端面２ｄへ貫通している。一方、空孔２ｂは、空孔２ａの周囲に複数形成されている。また、空孔２ｂは、それぞれフォトニックバンドギャップファイバ２の内部を光軸方向に延びており、端面２ｃから端面２ｄへ貫通している。
　空孔２ｂは、フォトニックバンドギャップファイバ２の長手方向（すなわち光軸方向Ａ）と交差する断面においてフォトニック結晶構造を実現するような配列及び間隔で形成されている。これによって、空孔２ａの周囲に光の禁制帯であるフォトニックバンドギャップが発現し、空孔２ａ内及びその近傍にレーザ光Ｌを閉じ込めることができる。この結果、フォトニックバンドギャップファイバ２に入射したレーザ光Ｌは、主に空孔２ａ内を伝搬することとなる。この空孔２ａが中空コアとなる。
　光送信部１０は、フォトニックバンドギャップファイバ２の低損失波長帯域に含まれる２波長以上の信号光を多重化するのが好適であり、このように多重化された信号光が光伝送路３０へ出力される。また、フォトニックバンドギャップファイバ２の中空コアへの信号光パワー閉じ込め率は、９９％以上であるのが好適である。
　石英ガラスを利用したＰＢＧＦにおいて、中空コア（空孔２ａ）部分への信号光パワー閉じ込め率を９９％以上（すなわち、石英ガラス部分への信号光パワー染み出し率を１％以下）とし、中空コア部分を減圧した上で封止する等の手段により真空に近い状態に保てば、非線形性を１／１００以下にすることが可能になる。また、このような条件下では、損失についても材料固有の損失の１／１００以下にすることが可能になる。損失に関しては、フォトニックバンドギャップ構造設計に起因する閉じ込め損失、中空コア部分と石英ガラス部分との界面での散乱損失等の要因もある。しかしながら、これら要因を低減することにより、従来の光ファイバの損失の１／１０以下の損失とすることができる。
　本実施形態に係る光通信システム１において、信号光の多値変調として１６値の振幅変調と１６値の位相変調とを組み合わせた場合を考える。光伝送路３０として用いられるＰＢＧＦは、損失および非線形性の両面で通常の光ファイバの１／１０以下となっている。そのため、最大振幅および最大位相変化量については従来の光通信システムと同等としたままであっても、伝送に必要なＳＮ比確保の可能性がある。したがって、振幅または強度の２値変調を行っている一般的な光通信システムと比較して、本実施形態に係る光通信システムは、同一シンボルレートで８倍のビットレート(log2(16x16))を実現することができる。
　一例として、４０Ｇシンボル／秒の場合、上記の例では３２０Ｇｂｐｓの伝送容量となる。さらに、ＰＢＧＦは、通常の光ファイバと比較して、低損失の波長帯域が狭い傾向にあるとは言っても、数十ｎｍの伝送波長帯域を確保できる可能性が十分にあるので、ＷＤＭ伝送を実現することができる可能性もある。一例として、４０Ｇシンボル／秒、振幅１６値、位相１６値で、波長間隔０.４ｎｍ、波長帯域幅８０ｎｍ（すなわち、２００波）のＷＤＭ伝送を実施すれば、システム全体としてＰＢＧＦの１本当たりの伝送容量は６４Ｔｂｐｓとなる。
　次に、ＰＢＧＦとして以下のような２種類のＰＢＧＦ-１およびＰＢＧＦ-２を考え、一波長当たりの伝送容量に関して、従来の通常のシングルモード光ファイバ（Single Mode Fiber、以下「ＳＭＦ」という）と比較する。ＰＢＧＦ-１は、中空コア部分への光パワー閉じ込め率が９０％以上であり、波長１.５５μｍにおいて損失が０.２ｄＢ／ｋｍであり、非線形定数が２x１０－１１／Ｗである。ＰＢＧＦ-２は、中空コア部分への光パワー閉じ込め率が９９％以上であり、波長１.５５μｍにおいて損失が０.０１２ｄＢ／ｋｍであり、非線形定数が２x１０－１２／Ｗである。また、ＳＭＦは、波長１.５５μｍにおいて損失が０.２ｄＢ／ｋｍであり、非線形定数が３x１０－１０／Ｗである。なお、非線形定数は、２次の屈折率ｎ２と実効断面積Ａeffとの比（ｎ２／Ａeff）で表される。
　光伝送路としてＳＭＦを使用する場合、振幅変調または位相変調により一波長当たり４０Ｇｂｐｓの伝送容量は十分実現可能である。一方、ＰＢＧＦ-１は、ＳＭＦと比較すると、損失については同等で、非線形性については１／１５となっている。それ故、ＰＢＧＦ-１において、ＳＭＦと同等な入力パワーとした場合には、ファイバの非線形性に起因する位相ノイズを１／１５とすることができる。そのため、位相変調の場合に１６値までの多値化を行っても、ＳＭＦを使用する場合と同等なシンボルレート（→４０Ｇシンボル／秒）において、同程度な伝送品質が維持される。したがって、ＰＢＧＦ-１を使用して１６値の位相変調を行うことで一波長当たり１６０Ｇｂｐｓの光通信システムが実現可能となる。
　また、ＳＭＦを使用する場合と同等の位相ノイズを許容した場合、ＰＢＧＦ-１への入力パワーは、ＳＭＦの１５倍まで許容され得る、振幅変調の場合には光ＳＮ比も１５倍改善される。このことは、振幅変調の場合には１６値までの多値化を行っても、ＳＭＦを使用する場合と同等なシンボルレート（すなわち、４０Ｇシンボル／秒）において、同程度な伝送品質が維持されることを意味する。したがって、ＰＢＧＦ-１を使用して１６値の振幅変調を行うことで一波長当たり１６０Ｇｂｐｓの光通信システムが実現可能になる。
　ＰＢＧＦ-２は非線形性に加えて損失についてもＳＭＦの１／１６程度となっている。それ故、ＳＭＦと同等な入力パワーとした場合には、ファイバの非線形性に起因する位相ノイズを１／１６程度とすることができるとともに、振幅変調における光ＳＮ比も１６倍程度改善される。なお、入力光パワーを１６倍にすることと、入力光パワー同等のまま損失を１／１６とすることは等価である。この結果、ＳＭＦを使用する場合と同等なシンボルレートにおいて、同程度の伝送品質を維持しつつ、１６値までの位相変調、１６値までの振幅変調に対応することができ、両者を組合せることにより一波長当たり３２０Ｇｂｐｓの光通信システムが実現され得る。
　光の位相および振幅を変調する方式の一例として、非特許文献３や特許文献２に記載されているＱＡＭが挙げられる。文献１のFig.８において、原点からの距離が光の振幅に対応し、横軸（Ｉ軸）からの角度が光の位相に対応し、Fig.８に図示される８-ＱＡＭの場合、振幅は２値であり、位相は各振幅に対して４値（９０度ステップ）であって、全体として８値（３ビット）の変調を行っている。また、特許文献２の図３には１６値（４ビット）の変調の例が開示されている。
　非特許文献３のFig.９には、ＱＡＭを含む複数の変調方式について、周波数利用効率(Spectral Efficiency)とビット当りの所要ＳＮ比（SNR per bit）との関係が示されている。何れの変調方式においても、多重度（非特許文献３のTable.６中のConstellation Size M に対応）が大きくなるほど、周波数利用効率が向上するが、これに伴いビット当りの所望ＳＮ比も増大する。他の変調方式と比較すると、ＱＡＭは、同一周波数利用効率を達成するためのビット当り所望ＳＮ比が最も小さく、この点で効率の良い変調方式と言える。一方、ＱＡＭにおいても、Constellation Size Mが４を超える場合には、ビット当りの所望ＳＮ比の増大を免れない。
　これに対して、本実施形態に係る光通信システムでは、低非線形で低損失の中空コアを有するフォトニックバンドギャップファイバを光伝送路として用いることで、入射光パワーをより大きくする、あるいは、入射光パワーの減衰をより小さくすること出来るため、ＳＮ比を改善させることが可能となる。
　また、非特許文献３のpp.785-789に記載されているとおり、光の位相および振幅を変調した上で、さらにＯＦＤＭによる多重化を行い、光通信の伝送容量増加を図ることも可能である。一方、非特許文献３のp.798の最後の部分にも記載されているとおり、ＯＦＤＭにおいてはピークパワーの平均値パワーに対する比であるピーク対平均値パワー比（ＰＡＲ）が大きくなる可能性があり、このために光ファイバの非線形性による伝送性能の劣化が懸念される。特許文献３にはピーク対平均値パワー比を低減させるための工夫の一例が開示されている。しかしながら、特許文献３の工夫を実現するためには、当該特許文献３に記載された処理、および、この処理を実現するための装置が必須となる。
　これに対して、本実施形態に係る光通信システムでは、低非線形で低損失の中空コアを有するフォトニックバンドギャップファイバを光伝送路として用いることにより、特許文献３に記載された処理等を行わなくとも、光ファイバの非線形性による伝送性能の劣化を招くことなくＯＦＤＭによる多重化を実現することができる。

Claims (6)

  1. 位相または光周波数が変調された信号光を出力する光送信部と、
    　中空コアを有するフォトニックバンドギャップファイバを含み、前記光送信部から出力される信号光を伝送する光伝送路と、
    　を備えた光通信システム。
  2. 請求項１記載の光通信システムにおいて、
    　前記光送信部は、前記信号光の個々のサブキャリアに位相変調を行うとともにＯＦＤＭによるマルチキャリア変調を行って該信号光を出力する。
  3. 請求項１または２記載の光通信システムにおいて、
    　前記光送信部は、前記信号光の振幅をも変調する。
  4. 請求項１～３のいずれか一項記載の光通信システムにおいて、
    　前記光送信部は、２値を超える多値で前記信号光を変調する。
  5. 請求項１記載の光通信システムにおいて、
    　前記光送信部は、前記フォトニックバンドギャップファイバの低損失波長帯域に含まれる２波長以上の信号光を多重化する。
  6. 請求項１記載の光通信システムにおいて、
    　前記フォトニックバンドギャップファイバの中空コアへの信号光パワー閉じ込め率は、９９％以上である。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014036405A2 (en) * 2012-08-30 2014-03-06 The Board Of Regents Of The University Of Texas System Method and apparatus for ultrafast multi-wavelength photothermal optical coherence tomography (oct)
JP7255693B2 (ja) * 2019-08-23 2023-04-11 日本電信電話株式会社 光伝送システム
CN111490825B (zh) * 2020-05-15 2021-06-08 暨南大学 基于反谐振空芯光纤的数据传输且同时分发量子密钥方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005110256A (ja) 2003-09-29 2005-04-21 Lucent Technol Inc 光伝送のシステム及び方法
WO2006072025A2 (en) * 2004-12-30 2006-07-06 Imra America, Inc. Photonic bandgap fibers
JP2007068077A (ja) * 2005-09-02 2007-03-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 高速光伝送システム及び高速光伝送方法
JP2007129755A (ja) 1999-11-09 2007-05-24 Aware Inc マルチキャリア通信におけるキャリア位相のランダム化によるｐａｒ（ピーク対平均値パワー比）の低減
JP2007288591A (ja) 2006-04-18 2007-11-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光直交振幅変調回路および光送信器

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2332602B (en) * 1997-12-22 2000-03-08 Lsi Logic Corp Improvements relating to multidirectional communication systems
US7430257B1 (en) * 1998-02-12 2008-09-30 Lot 41 Acquisition Foundation, Llc Multicarrier sub-layer for direct sequence channel and multiple-access coding
US6559994B1 (en) * 1999-08-18 2003-05-06 New Elite Technologies, Inc. Optical fiber transmitter for long distance subcarrier multiplexed lightwave systems
FR2832228B1 (fr) * 2001-11-12 2004-11-19 Cit Alcatel Systeme de transmission optique
US20040061863A1 (en) * 2002-08-20 2004-04-01 Digonnet Michel J.F. Fiber optic sensors with reduced noise
JP4259186B2 (ja) * 2002-08-29 2009-04-30 住友電気工業株式会社 光伝送システム
US7321712B2 (en) * 2002-12-20 2008-01-22 Crystal Fibre A/S Optical waveguide
WO2004083918A1 (en) * 2003-03-21 2004-09-30 Crystal Fibre A/S Photonic bandgap optical waveguidewith anti-resonant core boundary
US20050074037A1 (en) * 2003-10-06 2005-04-07 Robin Rickard Optical sub-carrier multiplexed transmission
US7430345B2 (en) * 2006-03-02 2008-09-30 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Polarization controller using a hollow-core photonic-bandgap fiber
JP4733745B2 (ja) * 2006-06-19 2011-07-27 富士通株式会社 光信号処理装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007129755A (ja) 1999-11-09 2007-05-24 Aware Inc マルチキャリア通信におけるキャリア位相のランダム化によるｐａｒ（ピーク対平均値パワー比）の低減
JP2005110256A (ja) 2003-09-29 2005-04-21 Lucent Technol Inc 光伝送のシステム及び方法
WO2006072025A2 (en) * 2004-12-30 2006-07-06 Imra America, Inc. Photonic bandgap fibers
JP2007068077A (ja) * 2005-09-02 2007-03-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 高速光伝送システム及び高速光伝送方法
JP2007288591A (ja) 2006-04-18 2007-11-01 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光直交振幅変調回路および光送信器

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KAZUNORI MUKASA: "Study for DWDM transmission photonic band gap fiber (PBGF)", GENERAL CONFERENCE OF THE INSTITUTE OF ELECTRONICS, INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS, 2007, pages C-3 - 52
OPTICS EXPRESS, vol. 16, no. 2, 21 January 2008 (2008-01-21), pages 753 - 791
See also references of EP2264917A4
TADASHI MURAO: "Design of extremely low loss hollow type core photonic band gap fiber having effective single mode", GENERAL CONFERENCE OF THE INSTITUTE OF ELECTRONICS, INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS, 2007, pages C-3 - 51 1

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