(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに波長の異なる直線偏波の光信号を送出する複数の光送信器と、
前記複数の光送信器の出力光信号を共に一本に結合する光結合器と、
この光結合器で結合された光信号を光ファイバケーブルにより伝送する光ファイバ伝送路と、
この光ファイバ伝送路中に介在され、前記光ファイバケーブルの挿入損失を補償する複数の光増幅器と、
前記光ファイバ伝送路の受信側で個別に各波長の光信号を受信する複数の光受信器とを具備し、
前記光ファイバ伝送路中の全偏波モード分散が被伝送光信号の光周波数スペクトルの標準偏差の逆数より大きくなるようにしたことを特徴とする光伝送装置。
【請求項２】
互いに波長の異なる直線偏波の光信号を送出する複数の光送信器と、
前記複数の光送信器の出力光信号を共に一本に結合する光結合器と、
この光結合器で結合された光信号を光ファイバケーブルにより伝送する光ファイバ伝送路と、
この光ファイバ伝送路中に介在され、前記光ファイバケーブルの挿入損失を補償する複数の光増幅器と、
前記光ファイバ伝送路の受信側で個別に各波長の光信号を受信する複数の光受信器と、
前記光ファイバ伝送路中の全偏波モード分散が被伝送光信号の光周波数スペクトルの標準偏差の逆数より大きくなるように、前記光ファイバ伝送路中に分散配置される複数の偏波モード分散素子とを具備したことを特徴とする光伝送装置。
【請求項３】
互いに波長の異なる直線偏波の光信号を送出する複数の光送信器と、
前記複数の光送信器の出力光信号を共に一本に結合する光結合器と、
この光結合器で結合された光信号を光ファイバケーブルにより伝送する光ファイバ伝送路と、
この光ファイバ伝送路中に介在され、前記光ファイバケーブルの挿入損失を補償する複数の光増幅器と、
前記光ファイバ伝送路の受信側で個別に各波長の光信号を受信する複数の光受信器とを具備し、
前記光結合器で前記複数の光送信器の任意の出力光信号を対にして互いに偏波方向が直交するように、かつ同一振幅レベルとなるようにして結合するようにしたことを特徴とする光伝送装置。
【請求項４】
前記複数の光送信器と前記結合器との接続に偏波保持ファイバを用いることを特徴とする請求項３記載の光伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えば長距離光ファイバ通信システムに用いられる長距離光伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、世界中に１００００ｋｍ級の光増幅器を用いた長距離光ファイバ通信システムの設置が行われている。しかしながら、最近になって、光増幅器で信号光と直交する偏波の雑音光が強く発生することが報告されている。これはエルビウム原子の二つの励振密度の存在に起因して、一方が一つの偏波の光と相互作用し、他方がそれと直交偏波の光と相互作用するためであると考えられている。すなわち、信号光がエルビウム原子の一つの励起状態と強く相互作用するように偏光していると、他方の励起状態が強く反転分布し、結果的に多量のノイズが放出されることになるといわれている。
【０００３】
このようなエルビウムドープ光ファイバ増幅器における偏波依存性は偏波ホールバーニング（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｈｏｌｅ  Ｂｕｒｎｉｎｇ  ：以下、ＰＨＢと記す）と呼ばれ、長距離光ファイバ通信システムに多大な信号対雑音比の劣化をもたらす。
【０００４】
従来では、偏波スクランブル処理によってＰＨＢを抑えている。すなわち、伝送前に信号光の偏波状態をエルビウム原子の平均寿命（１ｍｓ程度）より速く、二つの直交する偏波状態に切り替えることで、ＰＨＢを抑制し、信号対雑音比の改善を図っている。このような偏波スクランブラは、偏波依存位相変調器またはファラデー回転子で実現できる。
【０００５】
しかしながら、偏波スクランブル処理を行うと、他の効果によって信号が劣化する。すなわち、偏波をスクランブルすると、光ファイバと光増幅器における偏波依存性ロス（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｅｐｅｎｄａｎｔ  Ｌｏｓｓ  ：以下、ＰＤＬと記す）によって受信信号の振幅が変動してしまう。
【０００６】
この問題を防ぐためには、受信帯域より数倍高い周波数でスクランブルする必要がある。しかし、高い周波数で偏波をスクランブルするために必要となる高振幅の電気信号の発生が困難である。また、光スペクトルも広がることから、波長多重を用いるシステムでは、チャネル間のクロストークも増加してしまい、波長分散などによる信号劣化も発生してしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来の光伝送装置において、ＰＨＢを抑制するために偏波スクランブルを行うと、受信信号の振幅変動または光スペクトルの広がりが発生して信号劣化の起因となり、新たな問題が生じてしまう。
【０００８】
この発明は上記の課題を解決するためになされたもので、簡単な手法で、偏波スクランブル処理を行わずにＰＨＢを抑制することのできる光伝送装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第１の発明は、互いに波長の異なる直線偏波の光信号を送出する複数の光送信器と、前記複数の光送信器の出力光信号を共に一本に結合する光結合器と、この光結合器で結合された光信号を光ファイバケーブルにより伝送する光ファイバ伝送路と、この光ファイバ伝送路中に介在され、前記光ファイバケーブルの挿入損失を補償する複数の光増幅器と、前記光ファイバ伝送路の受信側で個別に各波長の光信号を受信する複数の光受信器とを具備し、前記光ファイバ伝送路中の全偏波モード分散が被伝送光信号の光周波数スペクトルの標準偏差の逆数より大きくなるようにしたことを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、互いに波長の異なる直線偏波の光信号を送出する複数の光送信器と、前記複数の光送信器の出力光信号を共に一本に結合する光結合器と、この光結合器で結合された光信号を光ファイバケーブルにより伝送する光ファイバ伝送路と、この光ファイバ伝送路中に介在され、前記光ファイバケーブルの挿入損失を補償する複数の光増幅器と、前記光ファイバ伝送路の受信側で個別に各波長の光信号を受信する複数の光受信器と、前記光ファイバ伝送路中の全偏波モード分散が被伝送光信号の光周波数スペクトルの標準偏差の逆数より大きくなるように、前記光ファイバ伝送路中に分散配置される複数の偏波モード分散素子とを具備したことを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、互いに波長の異なる直線偏波の光信号を送出する複数の光送信器と、前記複数の光送信器の出力光信号を共に一本に結合する光結合器と、この光結合器で結合された光信号を光ファイバケーブルにより伝送する光ファイバ伝送路と、この光ファイバ伝送路中に介在され、前記光ファイバケーブルの挿入損失を補償する複数の光増幅器と、前記光ファイバ伝送路の受信側で個別に各波長の光信号を受信する複数の光受信器とを具備し、前記光結合器で前記複数の光送信器の任意の出力光信号を対にして互いに偏波方向が直交するように、かつ同一振幅レベルとなるようにして結合するようにしたことを特徴とする。この手法は、特に偏波モード分散が低い光ファイバケーブルを用いる場合に有効である。
【００１２】
【作用】
第１の発明に係る光伝送装置では、光ファイバ伝送路中の全偏波モード分散が被伝送光信号の光周波数スペクトルの標準偏差の逆数より大きくなるようにすることで、伝送中に波長毎に異なって変動し、光信号全体の偏光度が下がり、これによってＰＨＢを抑制する。
【００１３】
第２の発明に係る光伝送装置では、光ファイバ伝送路中に複数の偏波モード分散素子を分散配置することで、光ファイバ伝送路中の全偏波モード分散が被伝送光信号の光周波数スペクトルの標準偏差の逆数より大きくなるようにし、これによってＰＨＢを抑制する。
【００１４】
第３の発明に係る光伝送装置では、光結合器で複数の光送信器の任意の出力光信号を対にして互いに偏波方向が直交するように、かつ同一振幅レベルとなるようにして結合することで、対となった光信号の周波数差により偏波状態を回転させ、高い周波数で偏波スクランブルした場合と等価にし、これによってＰＨＢを抑制する。
【００１５】
【実施例】
まず、図３を参照してこの発明の動作原理を説明する。
図３は互いに波長の異なる直線偏波の二つの光信号を結合した場合の光出力偏波の状態変化を示すものである。
【００１６】
いま、λ１、λ２の直線偏波の光信号を光結合する場合を考える。初めに、図３（ａ）に示すように、それぞれの偏波状態が一致しているものとすると、結合した光信号の偏波状態も同じになる。しかし、図３（ｂ）に示すように、λ１とλ２の偏波状態が直交していると、結合した信号の偏波状態は、各瞬間で直線となるが、その向きは光信号の光周波数に応じて回転する。このため、光信号全体の時間平均の偏光度をゼロ（無偏光）にすることができる。
【００１７】
例えば、１５５０ｎｍ領域で、波長が１ｎｍ離れた互いに直交する二つの直線偏波の光信号を結合した場合、振幅が同一であるものと仮定すれば、結合した光信号の偏波状態は１２６ＧＨｚで回転することになる。すなわち、光信号を１２６ＧＨｚで偏波スクランブルした場合と結果的に同じになる。
【００１８】
この効果は、長距離光伝送におけるＰＨＢの抑制に利用可能である。特に、偏波スクランブラを用いずに、各波長の光信号の偏波状態が直交していると、エルビウム原子の２つの励振密度の反転分布を抑圧できることから、ＰＨＢを抑制できる。そして、各光信号の光スペクトルが広がらないため、クロストークの発生は生じない。
【００１９】
但し、この効果は光ファイバ伝送路の全偏波モード分散ＰＭＤの値ｔｄが比較的小さい場合に限定される。
図１は上記の効果を利用した光伝送装置の実施例の構成を示すもので、１１１〜１１ｎはそれぞれ互いに異なる波長λ１〜λｎの直線偏波の光信号を同一振幅で出力する光送信器である。これらの光送信器１１１〜１１ｎから出力される光信号はそれぞれ光結合器１２に送出され、１本に結合される。
【００２０】
ここで、各光送信器１１１〜１１ｎの光信号出力端は偏波保持ファイバを通じて光結合器１２と接続されており、各光信号は他の光信号と対になって互いに偏波の向きが直交するように調整される。
【００２１】
光結合器１２で結合された光信号は光ファイバ伝送路１３に入力される。この光ファイバ伝送路１３は光ファイバケーブルの複数箇所（約３０ｋｍ毎）にエルビウムドープ光ファイバ増幅器（以下、ＥＤＦＡと記す）１３１１〜１３１ｍを介在するようにしたもので、ＥＤＦＡ１３１１〜１３１ｍにより光ファイバケーブルの挿入損失を補償するようになっている。但し、光ファイバ伝送路１３の全偏波モード分散ＰＭＤの値ｔｄは使用波長域で十分小さいものとする。
【００２２】
光ファイバ伝送路１３を通じて伝送された光信号は光ファイバ端末でｎ系統に分岐されてｎ個の光受信器１４１〜１４ｎに入力される。各光受信器１４１〜１４ｎはそれぞれ互いに異なる波長λ１〜λｎの光信号を受信する機能を有する。
【００２３】
すなわち、上記構成による光伝送装置では、被伝送光信号がそれぞれ対となって互いに偏波方向が直交するように結合されているため、結合した光信号の偏波状態が伝送中にその周波数差に応じて回転し、偏波スクランブルした場合と結果的に同じになる。
【００２４】
したがって、上記構成によれば、偏波スクランブラを用いずに、各波長の光信号の偏波状態が直交させているため、エルビウム原子の２つの励振密度の反転分布を抑圧でき、これによってＰＨＢを抑制できる。このとき、各光信号の光スペクトルが広がらないため、クロストークの発生は生じない。
【００２５】
ところで、図１の構成において、光ファイバ伝送路１３の全偏波モード分散ＰＭＤの値ｔｄが大きい場合、その影響で偏波が伝送中に波長毎に異なって変動する。すなわち、光ファイバの入力で異なる波長の信号光の偏波状態が一致していても、伝送中に偏波は直交したりするので、ＰＨＢによる多重雑音の発生をある程度抑制できる。
【００２６】
そこで、異なる波長の光を偏光を気にせずに組み合わせ、光ファイバ伝送路１３での偏波モード分散の値を十分大きくさせ、伝送中に異なる波長の偏波状態の変動も異ならせる。
【００２７】
いま、図４に示すように、光ファイバ伝送路１３の入力偏波状態を同じにしてみると、光の波長によって出力では偏波状態が異なる。すなわち、互いに振幅と偏光が同じで、光周波数の差がｄｆの光信号を、偏波モード分散ｔｄを持つ光ファイバで伝送すると、一次近似ではｔｄ≧２／ｄｆの場合、それぞれの偏波状態が無相関になる。言い換えれば、全体の信号が無偏光になる。
【００２８】
ＥＤＦＡ１３１１〜１３１ｍと他の部品の波長依存性を考慮にいれて、伝送距離による光信号の平均パワースペクトルの例を図５に示す。この場合、光波長と周波数の平均と標準偏差は下記の式で得られる。
【００２９】
【数１】
0003566396.tif 000002
【００３０】
ここで、λａｖは平均波長、λは波長、Ｐ（λ）はパワースペクトル密度、ο  は波長標準偏差、οａｖは光周波数標準偏差、οｆ  はＥＤＦＡの許容帯域を示している。
【００３１】
すなわち、もし、偏波モード分散が光ファイバ伝送路１３に平均に分散しているとすれば、ｔｄ≧１／οｆ  となり、ＰＨＢを抑制することができる。
以上のことから、送信波長と、ファイバ及び光増幅器と他の偏波モード分散を持つ部品の偏波モード分散の選択によって、受信側で劣化が少ない信号を受信できることは明らかである。
【００３２】
図２は上記の効果を利用したこの発明に係る光伝送装置の第２の実施例の構成を示すものである。但し、図２において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。
【００３３】
すなわち、この実施例では、光ファイバ伝送路１３の伝送路中に多数の偏波モード分散素子１３２１〜１３２ｋを平均に配置して、光伝送路の全偏波モード分散ＰＭＤの値ｔｄを増加させている。偏波モード分散素子の挿入方法としては、光ファイバ自体の特性を変えるようにしてもよいが、図６に示すように、複数の複屈折率結晶２１を利用してもよい。尚、図６において、２２，２３はレンズ、２４，２５はそれぞれ入力用光ファイバ、出力用光ファイバを示している。
【００３４】
このように、この発明の長距離光伝送装置では、偏波ホールバーニングを抑えて、信号のスペクトル広がりによる信号劣化、またはチャネル間のクロストークなしで、長距離に光を伝送することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、簡単な手法で、偏波スクランブル処理を行わずにＰＨＢを抑制することのできる光伝送装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る光伝送装置の第１の実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明に係る光伝送装置の第２の実施例の構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の動作原理を説明するための図である。
【図４】この発明の動作原理を説明するための図である。
【図５】図４の動作における伝送距離による光信号の平均パワースペクトルの例を示す図である。
【図６】第２の実施例の偏波モード分散素子の一例を示す図である。
【符号の説明】
１１１〜１１ｎ…光送信器
１２…光結合器
１３…光ファイバ伝送路
１３１１〜１３１ｍ…エルビウムドープ光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）
１３２１〜１３２ｋ…偏波モード分散素子
１４１〜１４ｎ…光受信器
２１…複屈折率結晶
２２，２３…レンズ
２４，２５…光ファイバ
【図１】
0003566396.tif 000003
【図２】
0003566396.tif 000004
【図３】
0003566396.tif 000005
【図４】
0003566396.tif 000006
【図５】
0003566396.tif 000007
【図６】
0003566396.tif 000008