(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送路の略中間点に位相共役器を備えた長距離波長分割多重伝送システムにおいて、
前記位相共役器よりも前半の伝送路および後半の伝送路のそれぞれを分散シフトファイバとこの分散シフトファイバの分散の傾きを補償する分散スロープ補償ファイバとで構成し、
前記分散シフトファイバと前記分散スロープ補償ファイバの零分散波長が前記位相共役器内のポンプ光波長を中心として対称となるように設定されている、
ことを特徴とする長距離波長分割多重伝送システム。
【請求項２】
前記伝送路に所定間隔をあけて増幅器を配置し、
各増幅器間の伝送路を分散シフトファイバとこの分散シフトファイバの分散の傾きを補償する分散スロープ補償ファイバとで構成した、
ことを特徴とする請求項１記載の長距離波長分割多重伝送システム。
【請求項３】
前記位相共役器が、前半の伝送路を経て入射した信号光を増幅する増幅器と、この増幅器で増幅された信号光とポンプ光発生器からのポンプ光とを合成する光カプラと、この光カプラで合成された合成信号から四光波混合光を発生させる分散フラットファイバと、この四光波混合光を増幅して後半の伝送路に入射する増幅器とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の長距離波長分割多重伝送システム。
【請求項４】
伝送路の略中間点に位相共役器を備えた長距離波長分割多重伝送システムにおいて、
前記位相共役器よりも前半の伝送路および後半の伝送路のそれぞれを分散シフトファイバとこの分散シフトファイバの分散の傾きを補償する分散スロープ補償ファイバとで構成し、
前記分散シフトファイバと前記分散スロープ補償ファイバの零分散波長が前記位相共役器内のポンプ光波長を中心として対称となるように設定され、
波長に対する分散の傾きが正の傾きである分散シフトファイバの分散特性と、波長に対する分散の傾きが負の傾きである分散スロープ補償ファイバの分散特性とを正の分散領域で交差し、伝送路としての分散値が正の分散値を持つ構成としたことを特徴とする長距離波長分割多重伝送システム。
【請求項５】
伝送路の略中間点に位相共役器を備えた長距離波長分割多重伝送システムにおいて、
前記位相共役器よりも前半の伝送路および後半の伝送路のそれぞれを分散シフトファイバとこの分散シフトファイバの分散の傾きを補償する分散スロープ補償ファイバとで構成し、
前記分散シフトファイバと前記分散スロープ補償ファイバの零分散波長が前記位相共役器内のポンプ光波長を中心として対称となるように設定され、
波長に対する分散の傾きが正の傾きである分散シフトファイバの零分散波長をポンプ光波長よりも短波長側に設定し、波長に対する分散の傾きが負の傾きである分散スロープ補償ファイバの零分散波長をポンプ光波長よりも長波長側に設定したことを特徴とする長距離波長分割多重伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位相共役器を用いた長距離波長分割多重伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、伝送路の中間点に位相共役器（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｃｏｎｊｕｇａｔｏｒ；ＯＰＣ）を備え、前半の伝送路で受けた分散や非線形性による歪みを後半の伝送路で補償する伝送システムが知られている。
【０００３】
従来のＯＰＣでは、四光波混合発生用非線形媒体として主に分散シフトファイバ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｓｈｉｆｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ；ＤＳＦ）を用いているため、四光波混合の発生効率が信号光波長により変化する。
【０００４】
そのため、長大容量光通信伝送方式の候補である波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｉｔｐｌｅｘｉｎｇ；ＷＤＭ）方式の光伝送への応用が困難であった。
【０００５】
これを解消するため、図１１に示すように、分散フラットファイバ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｆｌａｔ Ｆｉｂｅｒ；ＤＦＦ）を用いたＯＰＣが提案される。このＯＰＣでは、前半の伝送路を経て波長λｓの信号光Ｅｓが入射した場合、増幅器ＥＤＦＡで増幅された後、光カプラに入射する。この光カプラでは信号光Ｅｓに波長λｐのポンプ光Ｅｐが合成され、この合成信号は分散フラットファイバＤＦＦに入射し、四光波混合光を発生させる。
【０００６】
そして、波長がλｃ＝２λｐ−λｓの信号光（位相共役光）がフィルタで切り出され、ＥＤＦＡで増幅されて波長λｃの信号光Ｅｃとなって後半の伝送路に入射される。この構成によれば、四光波混合の発生効率が周波数に依らず一定となるので、広帯域なＯＰＣが実現できるようになり、ＷＤＭ伝送システムへの応用が可能になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の提案は、そのシステム全長が１００ｋｍの比較的短距離のＷＤＭ伝送システムであって、その中間の５０ｋｍ地点にＯＰＣを備えたＷＤＭ伝送システムを前提としている。
【０００８】
この提案を、システム全長が例えば１０００ｋｍを越える長距離ＷＤＭ伝送システムに応用した場合、波長が異なるチャネルのパルス同士が衝突する際に発生する四光波混合（ＦＷＭ）や相互位相変調（ＸＰＭ）等の非線形効果により、伝送特性が著しく劣化するという問題がある。
【０００９】
また、長距離ＷＤＭ伝送システムでは、ＸＰＭに起因して、チャネル毎にキャリアの波長が異なるために群速度が異なり、異なるチャネル間のパルス同士がファイバ中で衝突を起こし、この衝突の際にパルスが引き合い時間軸上でパルス揺らぎ（ジッタ）を生じるという問題がある。
【００１０】
上記ＦＷＭの影響は、信号光を不等間隔で配置したり、伝送路における分散を制御したりすることにより抑制できる。
【００１１】
しかしながら、従来、ＸＰＭによるタイミングジッタを抑制・補償する方法がなく、これが今後大きな問題となることが予想される。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、ＸＰＭによるタイミングジッタを抑制・補償することを可能にした、長距離ＷＤＭ伝送システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、伝送路の略中間点に位相共役器を備えた長距離波長分割多重伝送システムにおいて、前記位相共役器よりも前半の伝送路および後半の伝送路のそれぞれを分散シフトファイバとこの分散シフトファイバの分散の傾きを補償する分散スロープ補償ファイバとで構成し、前記分散シフトファイバと前記分散スロープ補償ファイバの零分散波長が前記位相共役器内のポンプ光波長を中心として対称となるように設定されている、ことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、伝送路に所定間隔をあけて増幅器を配置し、各増幅器間の伝送路を分散シフトファイバとこの分散シフトファイバの分散の傾きを補償する分散スロープ補償ファイバとで構成した、ことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のものにおいて、位相共役器が、前半の伝送路を経て入射した信号光を増幅する増幅器と、この増幅器で増幅された信号光とポンプ光発生器からのポンプ光とを合成する光カプラと、この光カプラで合成された合成信号から四光波混合光を発生させる分散フラットファイバと、この四光波混合光を増幅して後半の伝送路に入射する増幅器とを備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項４記載の発明は、伝送路の略中間点に位相共役器を備えた長距離波長分割多重伝送システムにおいて、前記位相共役器よりも前半の伝送路および後半の伝送路のそれぞれを分散シフトファイバとこの分散シフトファイバの分散の傾きを補償する分散スロープ補償ファイバとで構成し、前記分散シフトファイバと前記分散スロープ補償ファイバの零分散波長が前記位相共役器内のポンプ光波長を中心として対称となるように設定され、波長に対する分散の傾きが正の傾きである分散シフトファイバの分散特性と、波長に対する分散の傾きが負の傾きである分散スロープ補償ファイバの分散特性とを正の分散領域で交差し、伝送路としての分散値が正の分散値を持つ構成としたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項５記載の発明は、伝送路の略中間点に位相共役器を備えた長距離波長分割多重伝送システムにおいて、前記位相共役器よりも前半の伝送路および後半の伝送路のそれぞれを分散シフトファイバとこの分散シフトファイバの分散の傾きを補償する分散スロープ補償ファイバとで構成し、前記分散シフトファイバと前記分散スロープ補償ファイバの零分散波長が前記位相共役器内のポンプ光波長を中心として対称となるように設定され、波長に対する分散の傾きが正の傾きである分散シフトファイバの零分散波長をポンプ光波長よりも短波長側に設定し、波長に対する分散の傾きが負の傾きである分散スロープ補償ファイバの零分散波長をポンプ光波長よりも長波長側に設定したことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による長距離波長分割多重伝送システムの一実施形態を、添付の図面を参照して説明する。
【００１９】
図１において、１は送信機を示している。この送信機１には前半の伝送路１００を介して位相共役器（ＯＰＣ）３が接続され、このＯＰＣ３には後半の伝送路２００を介して受信機５が接続されている。前半の伝送路１００は約５００ｋｍの長さを有し、そこには所定間隔（例えば５０ｋｍ）で複数の増幅器（ＥＤＦＡ）７が接続されている。また、後半の伝送路２００も同様に約５００ｋｍの長さを有し、そこには所定間隔（例えば５０ｋｍ）で複数の増幅器７が接続されている。本システムの全長は、約１０００ｋｍである。
【００２０】
複数の増幅器７間の伝送路１００，２００は、いずれも分散シフトファイバ（ＤＳＦ）２１とこの分散シフトファイバの分散の傾きを補償する分散スロープ補償ファイバ（ＤＳＣＦ）２２とで構成されている。
【００２１】
増幅器７間の距離が５０ｋｍとした場合、ＤＦＦの長さと、ＤＳＣＦの長さとが等しく、共に２５ｋｍに設定されている。
【００２２】
上記ＯＰＣ３は、増幅器３１と、ポンプ光発生器３２と、増幅器３３と、光カプラ３４と、分散フラットファイバ（ＤＦＦ）３５と、フィルタ３６と、増幅器３７とを備えて構成されている。
【００２３】
このＯＰＣ３の動作を説明すると、前半の伝送路１００を経て波長λｓの信号光Ｅｓが入射した場合、増幅器３１で増幅された後、光カプラ３４に入射する。この光カプラ３４では、信号光Ｅｓに、増幅器３３で増幅されたポンプ光発生器３２からの波長λｐのポンプ光Ｅｐが合成され、この合成信号は分散フラットファイバ３５に入射し、四光波混合光を発生させる。
【００２４】
そして、波長がλｃ＝２λｐ−λｓの信号光（位相共役光）がフィルタ３６で切り出され、増幅器３７で増幅されて波長λｃの信号光Ｅｃとなって後半の伝送路２００に入射される。この構成によれば、四光波混合の発生効率が周波数に依らず一定となるので、広帯域なＯＰＣ３が実現できるようになり、いわゆるＷＤＭ伝送システムへの応用が可能になる。
【００２５】
本実施形態では、上述したように、増幅器７間の伝送路が分散シフトファイバ２１と、この分散シフトファイバ２１の分散の傾きを補償する分散スロープ補償ファイバ２２とで構成されており、各々のファイバ２１，２２の零分散波長が、図２に示すように、ＯＰＣ３内のポンプ光の波長λｐを中心として対称となるように設定されている。
【００２６】
分散シフトファイバ２１の波長に対する分散の傾きは正であり、分散スロープ補償ファイバ２２の波長に対する分散の傾きは負である。そして、各ファイバ２１，２２の分散特性が正の分散領域で交わり、伝送路としての分散値Ｄが正の分散値を持っている。
【００２７】
また、波長に対する分散の傾きが正の傾きである分散シフトファイバ２１の零分散波長が、ポンプ光波長λｐよりも短波長側に設定され、波長に対する分散の傾きが負の傾きである分散スロープ補償ファイバ２２の零分散波長が、ポンプ光波長λｐよりも長波長側に設定されている。
【００２８】
従って、増幅器７間の伝送路に分散スロープ補償ファイバ２２を用いることにより、伝送路の分散特性が、図２に示すようにフラットとなる。
【００２９】
そのために、ＷＤＭシステムでは、波長の異なるチャンネルの累積分散が全て同じになる。さらにシステムの中間点にはＯＰＣ３が設置され、システムの後半では、信号光の位相共役光を伝送させることにより、分散と非線形性とが完全に補償される。
【００３０】
この長距離ＷＤＭ伝送システムでは、波長が異なるチャネルのパルス同士が衝突する際に発生する相互位相変調（ＸＰＭ）に起因して、チャネル毎にキャリアの波長が異なるために群速度が異なり、異なるチャネル間のパルス同士がファイバ中で衝突を起こし、この衝突の際にパルスが引き合い時間軸上でパルス揺らぎ（ジッタ）を生じるおそれがある。
【００３１】
しかし、ＯＰＣ３の構成しだいでは、チャネル間の相対的な群速度差を、ＯＰＣ３の前後で反転でき、結果として、ＯＰＣ３の前後でパルスに与えられるＸＰＭの影響を相殺することができる。
【００３２】
本実施形態では、各々のファイバ２１，２２の零分散波長が、図２に示すように、ＯＰＣ３内のポンプ光波長λｐを中心として対称となるように設定されているので、チャネル間の群速度差がＯＰＣ３前後の信号光波長の変化に関係なくなり、ＸＰＭによるジッタの補償が可能となる。
【００３３】
以下に、上記システムを用いてシュミレーションした実験結果を示す。
【００３４】
この実験では、チャネル当たりのビットレートは１０Ｇｂ／ｓとし、パルス幅２０ｐｓ、占有率を０．２とした。また、ＸＰＭの影響を詳しく見るために、多重数は２とし、ｃｈ１（１５４８ｎｍ）、ｃｈ２（１５４９ｎｍ）ともビットパターンは１、０、１、０、１…、とし、ＯＰＣ３内のポンプ光波長λｐは１５４５．０ｎｍ、各々のファイバ２１，２２の零分散波長は１５４４．５ｎｍ、１５４５．５ｎｍとした。
【００３５】
この実験において、増幅器７ではＡＳＥ雑音を畳重していないため、ゴードンハウスジッタは発生しない。このため、ジッタの要因はＸＰＭのみである。そこで、伝搬前と１０００ｋｍ伝搬後のアイパターンからＸＰＭによるジッタ量を計算した。
【００３６】
図３は、ＯＰＣ３を配置しない場合（破線）と、ＯＰＣ３を配置した場合（実線）のＸＰＭによるジッタの累積状況を距離毎に示している。
【００３７】
これによると、ＯＰＣ３を配置しない場合（破線）、距離の増加に伴い、ＸＰＭによるジッタの累積が増加しているが、中間点にＯＰＣ３を配置した場合（実線）、ＸＰＭにより発生したジッタが、５００ｋｍ地点から徐々に低減することがわかった。
【００３８】
図４、図５は、ＯＰＣ３の有無による伝搬前と１０００ｋｍ伝搬後のアイパターンを示している。このアイパターンではランダム性がないために、すべて同一軌跡で示されている。
【００３９】
図４に示すように、ＯＰＣ３が無い場合、１０００ｋｍ伝搬後のアイパターンにＸＰＭによるジッタが発生し、そのために伝搬前後でのピークがずれている。一方、図５に示すように、ＯＰＣ３が有る場合、ＸＰＭによるジッタが低減され、伝搬前後でのピークがほぼ一致している。
【００４０】
このように、上記構成によるＯＰＣ３を用いたシステムでは、ＸＰＭによるジッタを補償できることがわかった。
【００４１】
ところで、従来の構成に従う多くのＯＰＣにおいて、分散シフトファイバを用いたものが多く見受けられるが、本実施形態では、それに代わって分散フラットファイバ３５が用いられている。この構成によれば、四光波混合の発生効率が周波数に依らず一定となるので、広帯域なＯＰＣ３が実現できるようになり、いわゆるＷＤＭ伝送システムへの応用が可能になる。
【００４２】
以下、その実験結果を説明する。
【００４３】
この実験に用いたＷＤＭシステムは、上記構成の長距離ＷＤＭシステムではなく、増幅器７の間隔が５０ｋｍ（ＤＳＦ２５ｋｍ、ＤＳＧＦ２５ｋｍ）、システム全長が１００ｋｍのいわば短距離ＷＤＭシステムである。この場合、ＯＰＣ３は、システム中間点５０ｋｍに設置した。
【００４４】
図６は、ＯＰＣ３内の分散フラットファイバ３５の分散の傾きが０．０１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2のときのビット誤り率特性を示している。チャネルＣＨ３、４、５では、平均受信パワが−２４ｄＢｍ以下でビット誤り率１０-12を得られるが、チャネルＣＨ２では、平均受信パワが−２１ｄＢｍ、チャネルＣＨ１では、平均受信パワが−２０ｄＢｍ以上必要となる。
【００４５】
この原因は、ＯＰＣ３内の四光波混合発生用非線形媒体に分散フラットファイバ３５を用いることによって、四光波混合光が非常に発生しやすくなるため、信号光とポンプ光間だけではなく、各チャネル間に信号光の四光波混合光が生じてしまうためである。
【００４６】
特に、零分散波長に近いチャネル間では四光波混合が発生しやすいため、チャネルＣＨ１、２に対する影響が大きく現れている。以上のことから、分散の傾きが非常に小さいファイバ３５を用いた場合、零分散波長に近いチャネルを用いることができないことがわかった。
【００４７】
ＷＤＭシステムに適用するには、信号光とポンプ光間による四光波混合ができるだけ高効率かつ平坦で、チャネル間の四光波混合を低く抑えられることが要求される。つまり、分散の傾きが大きい場合と小さい場合ともに問題があり、最適な傾きが存在することが推定される。
【００４８】
ここでＯＰＣ３内の分散フラットファイバ３５の分散の傾きを変えた場合について検討する。図７は、ＯＰＣ３内のファイバ３５の分散の傾きが０．０２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2のビット誤り率特性を示している。この図に示すように、全チャネルにわたって、平均受信パワが−２２ｄＢｍのとき、ビット誤り率が１０-12以下となり、全チャネルのパワペナルティは３ｄＢ以内に抑えられることがわかった。従って、ファイバ３５の分散の傾きが０．０２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2を用いたＯＰＣ３では、例えば２０Ｇｂｉｔ×５ｃｈ×１００ｋｍのＷＤＭ伝送を可能とすることがわかった。
【００４９】
ＯＰＣ３内におけるポンプ光の波長と光ファイバの零分散波長との差が大きくなると、四光波混合光の発生効率が低下する。
【００５０】
ここで、ポンプ光の波長を変えることにより、その影響を抑えられることがわかった。すなわち、図８は、ＯＰＣ３内のファイバ３５の分散の傾きが０．０１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2、ポンプ光波長が１５４５．１ｎｍと、１５４５．２ｎｍの場合、ビット誤り率が１０-12を満たす最小平均受信パワを表している。ポンプ光波長が１５４５．１ｎｍ（破線）の場合、チャネルＣＨ１の１００ｋｍ伝搬後、最小平均受信パワが−１９ｄＢｍに対し、１５４５．２ｎｍ（実線）の場合、平均受信パワが−２２ｄＢｍまで改善された。
【００５１】
図９、図１０は、１００ｋｍ伝搬後のチャネルＣＨ１の波形の様子を示す。点線は０ｋｍの波形、実線は１００ｋｍの波形である。
【００５２】
図９に示すように、ポンプ光波長が１５４５．１ｎｍの場合、チャネル間の四光波混合による波形劣化が顕著に現れているのに対し、図１０のポンプ光波長が１５４５．２ｎｍの場合、１５４５．１ｎｍの場合より波形劣化が小さく伝送特性が顕著に改善されていることがわかった。すなわち、チャネル間の四光波混合による影響を有効に抑えられることがわかった。分散フラットファイバ３５を用いることによって、位相共役光の発生効率はほぼ一定となるが、ＯＰＣ３内では各チャネル間の四光波混合の影響により波形が劣化する。そこで、分散フラットファイバ３５の分散の傾き、及びポンプ光の波長を適当な値に選ぶことで、チャネル間の四光波混合が有効に抑えられ、２０Ｇｂｉｔ×５ｃｈ×１００ｋｍのＷＤＭ伝送が可能であることがわかった。
【００５３】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものでないことは明らかである。
【００５４】
【発明の効果】
本発明では、伝送路を分散シフトファイバとこの分散シフトファイバの分散の傾きを補償する分散スロープ補償ファイバとで構成し、各々のファイバの零分散波長が位相共役器内のポンプ光波長を中心として対称となるように設定したから、ＸＰＭによるジッタを抑制・補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるシステム構成を示す図である。
【図２】各々のファイバの零分散波長を示す図である。
【図３】ＯＰＣを配置しない場合と、配置した場合のＸＰＭによるジッタの累積状況を距離毎に示す図である。
【図４】ＯＰＣが無い場合の伝送路における伝搬前と１０００ｋｍ伝搬後のアイパターンを示す図である。
【図５】ＯＰＣが有る場合の伝送路における伝搬前と１０００ｋｍ伝搬後のアイパターンを示す図である。
【図６】ＯＰＣ内の分散フラットファイバの分散の傾きが０．０１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2のときのビット誤り率特性を示す図である。
【図７】ＯＰＣ内の分散フラットファイバの分散の傾きが０．０２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2のときのビット誤り率特性を示す図である。
【図８】ＯＰＣ内の分散フラットファイバの分散の傾きが０．０１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ2、ポンプ光波長が１５４５．１ｎｍ、１５４５．２ｎｍの場合、ビット誤り率が１０-12を満たす最小平均受信パワを示す図である。
【図９】１００ｋｍ伝搬後のチャネルＣＨ１の波形の様子を示す図である。
【図１０】同じく１００ｋｍ伝搬後のチャネルＣＨ１の波形の様子を示す図である。
【図１１】従来のＯＰＣの構成を示す図である。
【符号の説明】
１  送信機
３  位相共役器（ＯＰＣ）
５  受信機
７  増幅器
２１  分散シフトファイバ（ＤＳＦ）
２２  分散スロープ補償ファイバ（ＤＳＣＦ）
３１  増幅器
３２  ポンプ光発生器
３３  増幅器
３４  光カプラ
３５  分散フラットファイバ（ＤＦＦ）
３６  フィルタ
３７  増幅器
１００  伝送路
２００  伝送路
【図１】
0003721036.tif 000002
【図２】
0003721036.tif 000003
【図３】
0003721036.tif 000004
【図４】
0003721036.tif 000005
【図５】
0003721036.tif 000006
【図６】
0003721036.tif 000007
【図７】
0003721036.tif 000008
【図８】
0003721036.tif 000009
【図９】
0003721036.tif 000010
【図１０】
0003721036.tif 000011
【図１１】
0003721036.tif 000012