(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号波長に対して正の２次分散および３次分散を有する正分散光ファイバと、負の２次分散および３次分散を有する負分散光ファイバで１対とし、それを２対以上接続して全体の累積３次分散値が周期的に零となり、かつ累積２次分散値が十分に小さくなるように設定された光ファイバ伝送路を介して波長多重信号光を伝送する光波長多重伝送システムにおいて、
前記光ファイバ伝送路は累積３次分散値が零となる波長で累積２次分散値が正となるように構成し、前記波長多重信号光の波長帯域の中心波長が前記光ファイバ伝送路の３次分散値が零となる波長に設定されたことを特徴とする光波長多重伝送システム。
【請求項２】
請求項１に記載の光波長多重伝送システムにおいて、
前記正分散光ファイバおよび前記負分散光ファイバの各長さが、各光ファイバの２次分散値と信号光のパルス幅と信号光波長から決まる２次分散長と、各光ファイバ内の信号光の平均電力と各光ファイバの光ファイバ非線形定数で決まる非線形長との積の平方根で定まる長さの１／２以下に設定された
ことを特徴とする光波長多重伝送システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光波長多重伝送システムにおいて、
前記光ファイバ伝送路に信号光を増幅する光増幅器を配置し、その光増幅器の出力側に、前記正分散光ファイバおよび前記負分散光ファイバのうち非線形定数の小さい光ファイバを配置する
ことを特徴とする光波長多重伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正分散光ファイバと負分散光ファイバを組み合わせた光ファイバ伝送路を介して波長多重信号光を伝送する光波長多重伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいて、光信号の伝送距離を延ばすためには、光信号の減衰等を考慮すると光信号強度を増大させる必要がある。しかし、光伝送路として一般に用いられている光ファイバは、伝搬する光信号の強度および伝送距離の増加とともに、その非線形性による効果が顕著になることが知られている。この非線形性による効果は、一般的に次のような現象を引き起こして光信号の伝送可能距離を制限する要因になる（非特許文献１）。
【０００３】
(1) 光強度変化に応じた信号光自身の位相変化をもたらす自己位相変調。
(2) 異なる波長の信号光間、または信号光と雑音光間の相互作用を引き起こす四光波混合。
(3) 波長多重信号光間の光強度変化に応じて信号光自身の位相変化をもたらす相互位相変調。
【０００４】
自己位相変調効果は、信号光自身のスペクトルを拡大するため、光ファイバの波長分散による信号光波形劣化を増大させる。この波形劣化の原因となる光ファイバの波長分散は、一般的に２次以上の次数の分散を意味する。したがって、自己位相変調効果の低減または防止を図るには、信号光の波長を光ファイバの零分散波長に設定して伝送すればよい。
【０００５】
一方、四光波混合および相互位相変調は、異なる波長の信号光間または信号光と雑音光間の群速度差に依存し、この群速度差が大きいほど相互作用の大きさは小さくなる。この群速度差は２次分散値にほぼ比例するので、四光波混合および相互位相変調効果の低減を図るには、２次分散値が大きくなるようにすればよい。すなわち、自己位相変調効果の低減のための対応とはトレードオフの関係にある。
【０００６】
次に、３次分散が信号光に与える影響について考える。３次分散は２次分散の傾き（分散スロープ）であり、波長に応じて２次分散値が異なることになるので、例えば光伝送路中で２次分散値を補償しても特定の波長に対する２次分散値を補償できるだけで、他の波長に対する２次分散値を同時に零にすることは不可能である。その結果、補償できない波長の信号光が光伝送路を伝搬すると分散の影響を受け、しかも光伝送路中でこの分散が補償されないために２次分散がシステム全体にわたって累積し、信号光波形劣化を増大させることになる。
【０００７】
このような問題を解決するための従来技術としては、図３に示すように、信号波長における正の２次分散および３次分散を有する正分散光ファイバ１と、負の２次分散および３次分散を有する負分散光ファイバ２を１対とし、光増幅中継器３を介して２対以上接続し、全体の累積３次分散を減少させ、かつ周期的に累積２次分散値を零にする分散マネジメント法が提案されている（非特許文献２）。本方法は、光ファイバの非線形性の影響を強く受ける長距離光波長多重伝送システムに有効である。
【０００８】
【非特許文献１】
G.P.Agrawal 著, Nonlinear Fiber Optics, Academic Press, 1989
【非特許文献２】
村上誠、前田英樹、今井崇雅、ファイバ高次分散マネジメントによる16×10Gb/s長距離波長多重伝送、1998年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会
【非特許文献３】
H.Maeda et al.,"Effectiveness of receiver-side compensation against FBG dispersion-induced SNR degradation in long-haul WDM optical networks", LEOS2001 Annual Meeting of the IEEE 2001, 2001
【非特許文献４】
M.Murakami et al.,"Long-haul WDM transmission with 20 Gb/s data channels using Raman assisted optical amplification", ECOC'01, 2001
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図４〜図６は、累積２次分散と波長多重信号光の伝送可能波長帯域の関係を示す。
【００１０】
図４は、３次分散を補償することにより累積２次分散が大幅に低減し（破線から実線）、零分散波長を中心に累積２次分散値が小さい範囲で多くの信号光波長を配置できることを示す。
【００１１】
しかし、波長多重信号光の波長多重数を零分散波長を中心に増大していくと、図５に示すように零分散波長から離れた波長域ａ，ｂでは、３次分散に起因する累積２次分散が大きくなって信号波形劣化が生じ、波長多重数が制限されることになる。特に、短波長側ａで生じる負の累積２次分散は信号波形劣化を大きくする（非特許文献３）。
【００１２】
また、零分散波長で３次分散が零になるように光ファイバ伝送路を構成すると、図６のような凸型の曲線の分散特性が得られる。これは、４次以上の分散特性が影響しているためである（非特許文献４）。このため、波長多重数を増大していくと、図５に示した場合と同様に零分散波長から離れた波長域ａ，ｂでは、ともに負の累積２次分散による信号波形劣化により伝送可能な波長帯域が制限される問題があった。
【００１３】
本発明は、光ファイバ中の３次分散に起因する累積２次分散による信号波形劣化を回避し、システムのもつ伝送容量、伝送距離の制限要因を緩和することができる光波長多重伝送システムを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、信号波長に対して正の２次分散および３次分散を有する正分散光ファイバと、負の２次分散および３次分散を有する負分散光ファイバで１対とし、それを２対以上接続して全体の累積３次分散値が周期的に零となり、かつ累積２次分散値が十分に小さくなるように設定された光ファイバ伝送路を介して波長多重信号光を伝送する光波長多重伝送システムにおいて、光ファイバ伝送路は累積３次分散値が零となる波長で累積２次分散値が正となるように構成し、波長多重信号光の波長帯域の中心波長が光ファイバ伝送路の３次分散値が零となる波長に設定する。
【００１５】
また、正分散光ファイバおよび負分散光ファイバの各長さが、各光ファイバの２次分散値と信号光のパルス幅と信号光波長から決まる２次分散長と、各光ファイバ内の信号光の平均電力と各光ファイバの光ファイバ非線形定数で決まる非線形長との積の平方根で定まる長さの１／２以下に設定する。
【００１６】
また、光ファイバ伝送路に信号光を増幅する光増幅器を配置し、その光増幅器の出力側に、正分散光ファイバおよび負分散光ファイバのうち非線形定数の小さい光ファイバを配置する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光波長多重伝送システムの構成例を示す。ここでは、システム構成と光ファイバ伝送路の累積２次分散の変化を示す。
【００１８】
図において、正の２次分散および３次分散を有する正分散光ファイバ１と、負の２次分散および３次分散を有する負分散光ファイバ２を１対とし、光増幅中継器３を介して２対以上接続して光ファイバ伝送路とする構成は、従来のものと同様である。本発明の特徴は、光ファイバ伝送路全体の累積３次分散値が周期的に零となり、かつ累積２次分散が十分に小さくなるように設定するときに、図２に示すように、累積３次分散値が零となる波長で累積２次分散値が正となるように構成し、波長多重信号光の波長帯域の中心波長を光ファイバ伝送路の３次分散値が零となる波長に設定するところにある。
【００１９】
これにより、波長多重信号光の伝送可能波長帯域は累積２次分散値が正となる波長域とともに、２つの零分散波長の外側にある累積２次分散が負かつ小である範囲にまで広げることができる。したがって、広帯域にわたって光ファイバの非線形効果による信号波形劣化、および負の累積２次分散による信号波形劣化を回避することができる。
【００２０】
また、光増幅中継器３の出力側に、正分散光ファイバ１および負分散光ファイバ２のうち非線形定数の小さい光ファイバ（ここでは正分散光ファイバ１）を配置することにより、光ファイバの非線形効果の影響を抑えることができる。
【００２１】
ここで、光ファイバ非線形係数をｋ、２次分散値をＤ、光ファイバ内の１波長信号あたりの平均電力をＰ、信号光のパルス幅（パルス波形の半値全幅または半値半幅、またはパルス波形ピーク値の１／ｅの値となるパルス幅）をＴ0 、信号光波長をλ（近似的に全信号波長に対して共通とする）、光速をｃとしたときに、光ファイバの非線形性の尺度となる非線形長ＬNLと、２次分散の大きさの尺度である２次分散長ＬD を
ＬNL＝１／(ｋＰ)                  …(1)
ＬD ＝Ｔ02／(λ2｜Ｄ｜／(2πｃ))  …(2)
と定義する。さらに、正分散光ファイバ１の２次分散長をＬDp、負分散光ファイバ２の２次分散長をＬDnと定義する。
【００２２】
このとき、正分散光ファイバ１の長さＬp と、負分散光ファイバ２の長さＬn は、
Ｌp <<（ＬDpＬNL)1/2          …(3)
Ｌn <<（ＬDnＬNL)1/2          …(4)
となるように設定する。例えば、
Ｌp ≦（ＬDpＬNL)1/2／２      …(5)
Ｌn ≦（ＬDnＬNL)1/2／２      …(6)
とすることにより、これらの区間で起こる光ファイバ非線形性と２次分散による信号波形劣化を効果的に抑えることができる（非特許文献４）。
【００２３】
なお、非特許文献３には、伝送速度10Ｇbit/s で伝送距離6000ｋｍの場合、累積２次分散の許容範囲（累積分散耐力Δ）は約−1000ps／nm〜＋2000ps／nmとあるので、正の２次分散値Ｄは約＋0.3 ps／nm／km（＝2000／6000）、負の２次分散値Ｄは約−0.16ps／nm／km（＝−1000／6000）がよいと考えられる。この値は、伝送速度の増加または伝送距離の増加により減少する。また、図６のａおよびｂの波長に対応する３次分散値が0.01ps／nmnm／kmおよび−0.01ps／nmnm／kmとすると、非特許文献３に示されている累積分散耐力から次のように見積もることができる。すなわち、伝送距離6000ｋｍとしたときに、図６の従来の場合では累積分散耐力Δは０〜−1000ps／nm（０〜−0.16ps／nm／km）の範囲を利用するので、伝送可能な波長帯域はおおよそ±15ｎｍとなる。一方、図２の本発明の場合では、累積分散耐力Δは−1000〜＋2000ps／nm（＋0.3 〜−0.16ps／nm／km）の範囲を利用することができ、伝送可能な波長帯域はおおよそ±45ｎｍとなって従来の３倍に広げることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光波長多重伝送システムは、累積３次分散値が零となる波長で累積２次分散値が正となるように光ファイバ伝送路を構成し、かつ波長多重信号光の波長帯域の中心波長が光ファイバ伝送路の３次分散値が零となる波長に設定することにより、広帯域にわたって光ファイバの非線形効果による信号波形劣化、および負の累積２次分散による信号波形劣化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光波長多重伝送システムの構成例を示す図。
【図２】本発明の光波長多重伝送システムにおける波長多重信号光の伝送可能波長帯域を示す図。
【図３】従来の光波長多重伝送システムの構成例を示す図。
【図４】累積２次分散と波長多重信号光の伝送可能波長帯域の関係１を示す図。
【図５】累積２次分散と波長多重信号光の伝送可能波長帯域の関係２を示す図。
【図６】累積２次分散と波長多重信号光の伝送可能波長帯域の関係３を示す図。
【符号の説明】
１  正分散光ファイバ
２  負分散光ファイバ
３  光増幅中継器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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