(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長距離光ファイバ伝送システムにおいて、
少なくとも４０Ｇビット/秒の変調ビットレートを有する送信器、及び
複合光ファイバスパンによって前記送信器に光結合された受信器、
を備え、前記複合光ファイバスパンが、
前記送信器に光結合された、少なくとも１２０μｍ２の有効面積Ａ有効１、０.１８０ｄＢ/ｋｍより小さい減衰α１、非線形屈折率ｎ２１、及び３０ｋｍから９０ｋｍの長さＬ１を有する、第１の光ファイバ、及び
前記第１の光ファイバに光結合された、１２０μｍ２より小さい有効面積Ａ有効２、０.１８０ｄＢ/ｋｍより小さい減衰α２、非線形屈折率ｎ２２、及び長さＬ２を有する、第２の光ファイバ、
を含み、
前記複合光ファイバスパンの全長（Ｌ１＋Ｌ２）が、１６０ｋｍ以上４００ｋｍ以下であり、
前記複合光ファイバスパンが前記送信器と前記受信器の間に中継器を含まず、
前記複合光ファイバスパンがいかなる希土類ドーパントを含有しない、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
非線形位相シフトが、
【数１】
0005856088.tif 000004
と定義され、前記第１の光ファイバの前記非線形位相シフトが０.４６以下であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記Ａ有効１が１３０μｍ２より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の光ファイバの前記非線形屈折率ｎ２１が２.２×１０−２０ｍ２/Ｗ以下であり、前記第２の光ファイバの前記非線形屈折率ｎ２２が２.２×１０−２０ｍ２/Ｗ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
１２０μｍ２より小さい有効面積Ａ有効３、０.１８０ｄＢ/ｋｍより小さい減衰、長さＬ３及び２.２×１０−２０ｍ２/Ｗ以下の非線形屈折率ｎ２３を有する第３の光ファイバをさらに含み、前記第３の光ファイバが前記第２の光ファイバに光結合されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
１２０μｍ２より小さい有効面積Ａ有効４、０.１８０ｄＢ/ｋｍより小さい減衰、長さＬ４及び２.２×１０−２０ｍ２/Ｗ以下の非線形屈折率ｎ２４を有する第４の光ファイバをさらに含み、前記第４の光ファイバが前記第３の光ファイバに光結合され、前記第４の光ファイバの前記有効面積Ａ有効４が前記第３の光ファイバの前記有効面積Ａ有効３より大きいことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の光ファイバの前記長さＬ１が４０ｋｍであり、前記第１の光ファイバの前記有効面積Ａ有効１が１２８μｍ２である、
前記第２の光ファイバの前記長さＬ２が１５５ｋｍであり、前記第２の光ファイバの前記有効面積Ａ有効２が１１２μｍ２である、
前記第３の光ファイバの前記長さＬ３が１６０ｋｍであり、前記第３の光ファイバの前記有効面積Ａ有効３が７６μｍ２である、及び
前記第４の光ファイバの前記長さＬ４が１０ｋｍであり、前記第４の光ファイバの前記有効面積Ａ有効４が１１２μｍ２である、
ことを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２０１０年３月１０日に出願された米国仮特許出願第６１/３１２４２０号の優先権の恩典を、米国特許法第１１９条ｅ項の下に、主張する。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は全般的には光ファイバ伝送システムに関し、さらに詳しくは、有効面積が管理された低減衰複合光ファイバスパンを利用する無中継長距離光ファイバ伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
海中光ファイバケーブルシステム(すなわち水面下走行布設光ファイバケーブルシステム)は一般に、大陸間、島と島の間または大陸と島の間を、及び／または海岸線に沿って、延び、２つの地点間のデータ信号の高速伝送を容易にする。そのようなシステムは中継されることが多く、これは海中システムが、光ファイバ内の減衰を考慮して信号強度を増強するため、光ファイバシステムの長さに沿って１つ以上の中継器を利用することを意味する。中継器は一般に、信号強度を増強するための増幅器及び信号内の歪を補正するための等化器を収めている、密閉され、気密封止された、箱の形態のユニットである。一般にそのような中継器は、より長いケーブルの使用を可能にするため、海中ケーブルに沿って間隔をおいて配置される。しかし、そのような中継機は高価であり、海中ケーブルを通して通常送られる電力が必要であり、したがって光ファイバシステムの複雑さを増大させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、中継器を用いずに長いスパンにわたってデータ信号を送ることができる、代わりの光ファイバ伝送システムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態にしたがえば、長距離光ファイバ伝送システムは少なくとも４０Ｇビット/秒の変調ビットレートを有する送信器を備える。必要に応じ、受信器が第１の光ファイバ及び第２の光ファイバを有する複合光ファイバスパンを用いて送信機に光結合される。第１の光ファイバは送信器に光結合され、少なくとも１２０μｍ２の有効面積Ａ有効１、０.１８０ｄＢ/ｋｍより小さい減衰α１、非線形屈折率ｎ２１、及び約３０ｋｍから約９０ｍの長さＬ１を有する。第２の光ファイバは第１の光ファイバに光結合され、１２０μｍ２より小さい有効面積Ａ有効２、０.１８０ｄＢ/ｋｍより小さい減衰α２、非線形屈折率,ｎ２２、及び長さＬ２を有する。長さＬ１と長さＬ２の和は少なくとも１６０ｋｍである。複合光ファイバスパンは送信器と受信器の間に中継器を含んでいない。複合光ファイバスパンはいかなる希土類ドーパントも含有していない。
【０００６】
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を含み、添付図面も含む、本明細書に説明される実施形態を実施することによって認められるであろう。
【０００７】
上述の全般的説明及び以下の詳細な説明がいずれも様々な実施形態を説明し、特許請求される主題の本質及び特質を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である、添付図面は様々な実施形態のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は本明細書に説明される様々な実施形態を示し、記述とともに、特許請求される主題の原理及び動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本明細書に示され、説明される１つ以上の実施形態にしたがう、長距離光ファイバ伝送システムを簡略に示す。
【図２】図２は、本明細書に示され、説明される１つ以上の実施形態にしたがう、長距離光ファイバ伝送システムを簡略に示す。
【図３】図３は、本明細書に示され、説明される１つ以上の実施形態にしたがう、長距離光ファイバ伝送システムを簡略に示す。
【図４】図４は、第１の光ファイバが１３５μｍ２の有効面積を有し、第２の光ファイバが１１０μｍ２の有効面積を有し、第３の光ファイバが７８μｍ２の有効面積を有する、図２の光ファイバ伝送システムの非線形位相シフトをグラフで示す。
【図５】図５は、第１の光ファイバが１３５μｍ２の有効面積を有し、第２の光ファイバが７８μｍ２の有効面積を有する、図１の光ファイバ伝送システムの非線形位相シフトをグラフで示す。
【図６】図６は、本明細書に示され、説明される１つ以上の実施形態にしたがう長距離光ファイバ伝送システムの効率を決定するための実験装置の構成を簡略に示す。
【図７】図７は、長距離光ファイバ伝送システムの一実施形態について、ビットエラーレート(ＢＥＲ)をチャネル投入パワーの関数としてグラフで示す。
【図８】図８は、長距離光ファイバ伝送システムの一実施形態について、ＢＥＲを光信号対雑音比(ＯＳＮＲ)の関数としてグラフで示す。
【図９】図９は長距離光ファイバ伝送システムの一実施形態の光パワーを波長の関数としてグラフで示す。
【図１０】図１０はＱ値及び光信号対雑音比を波長の関数としてグラフで示す。
【図１１】図１１は、複合光ファイバスパンの２つの異なる構成について、ＢＥＲをポンピング電流の関数としてグラフで示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ここで、それらの例が添付図面に示される、長距離光ファイバ伝送システムに実施形態を詳細に参照する。可能であれば必ず、図面を通して同じかまたは同様の要素を指すために同じ参照数字が用いられる。長距離光ファイバ伝送システムの一実施形態が図１に示される。本長距離光ファイバ伝送システムは全般に、第２の光ファイバに光結合された第１の光ファイバを含む複合光ファイバスパンによって受信器に光結合された送信器を備える。第１の光ファイバは０.４６より小さい非線形位相シフト及び第２の光ファイバの有効面積より大きい有効面積を有する。本長距離光ファイバ伝送システムは送信器と受信器の間で複合光ファイバスパンの長さに沿って中継器を備えていない。複合光ファイバスパンは、エルビウムを含むがこれには限定されない、いかなる希土類ドーパントも含有していない。ここでは、長距離光ファイバ伝送システム及びそのようなシステムの様々なコンポーネントが図面を具体的に参照してさらに詳細に説明される。
【００１０】
本明細書に用いられるように、光ファイバの有効面積は、光が伝搬される領域の面積であり、
【数１】
0005856088.tif 000002
【００１１】
と定義される。ここで、Ｅはファイバ内を伝搬される光に付随する横電場強度であり、ｒはファイバの半径である。
【００１２】
図１をここで参照すれば、一実施形態の長距離光ファイバ伝送システム１００が簡略に示される。長距離光ファイバ伝送システム１００は複合光ファイバスパン１０６によって受信器１０４に光結合された送信器１０２を備える。送信器１０２は変調ビットレートが４０Ｇビット/秒の光出力信号を発生する。一実施形態(図示せず)において送信器１０２は、複合光ファイバスパン１０６に光結合された、ラマン増幅器及び／またはエルビウムドープファイバ増幅器(ＥＤＦＡ)を有する。
【００１３】
図１に示される実施形態において、複合光ファイバスパンは第１の光ファイバ１０８及び第２の光ファイバ１１０を含む。第１の光ファイバ１０８は送信器１０２に光結合され、第２の光ファイバ１１０は第１の光ファイバ１０８に光結合される。第１の光ファイバ１０８は、有効面積Ａ有効１、非線形屈折率ｎ２１、減衰α１及び長さＬ１を有する。本明細書に説明される実施形態において、第１の光ファイバの有効面積Ａ有効１は１２０μｍ２より大きいことが好ましく、１２５μｍ２より大きいことがさらに好ましく、１３０μｍ２より大きいことがさらに一層好ましく、１３５μｍ２以上であることが最も好ましい。第１の光ファイバ１０８の減衰α１は０.１８０ｄＢ/ｋｍより小さいことが好ましく、０.１７５ｄＢ/ｋｍより小さいことがさらに好ましい。第１の光ファイバの非線形屈折率ｎ２１は２.２×１０−２０ｍ２/Ｗ以下であることが好ましい。本明細書に説明される実施形態において、第１の光ファイバの長さＬ１は約３０ｋｍから約９０ｋｍである。
【００１４】
第１の光ファイバは、
【数２】
0005856088.tif 000003
【００１５】
と定義される非線形位相シフトを有する。
【００１６】
本明細書に説明される実施形態において、第１の光ファイバの非線形位相シフトは０.４６より小さいことが好ましく、０.４３より小さいことがさらに好ましく、０.４０より小さいことが最も好ましい。したがって、ファイバの有効面積Ａ有効１、減衰α１、非線形屈折率ｎ２１及び長さＬ１が０.４６より小さい非線形位相シフトを与えるように、第１の光ファイバが選ばれることは当然である。
【００１７】
一実施形態において、第１の光ファイバは、２００９年１月３０に日に出願された、名称を「無Ｇｅコアを有する大有効面積ファイバ(Large Effective Area Fiber With Ge-Free Core)」とする、米国特許出願第１２/３６２６９４号(現在は米国特許第６８９０８５号として発行済)の明細書に説明されているような光ファイバとすることができる。この明細書の全体は本明細書に参照として含まれる。そのような光ファイバは、中心コア領域、中心コア領域を囲み、中心コア領域に直に接している第１の環状コア領域、及び第１の環状コア領域を囲み、第１の環状コア領域に直に接している、フッ素がドープされた第２の環状コア領域を含む、複層コアを有することができる。複層コアはクラッド層で囲むことができる。複層コア及びクラッド層の諸元及び特定の相対屈折率は上述した特許出願明細書に開示されている。光ファイバの諸元及び組成は、上述したように、第１の光ファイバ１０８が少なくとも１２０μｍ２の有効面積を有するように選ぶことができる。
【００１８】
図１をさらに参照すれば、第２の光ファイバ１１０は、有効面積Ａ有効２、非線形屈折率ｎ２２、減衰α２及び長さＬ２を有する。本明細書に説明される実施形態において、第２の光ファイバの有効面積Ａ有効２は第１の光ファイバの有効面積Ａ有効１より小さい。一実施形態において、第２の光ファイバの有効面積Ａ有効２は１２０μｍ２より小さいことが好ましい。別の実施形態において、第２の光ファイバの有効面積Ａ有効２は１２０μｍ２より小さく、１００μｍ２より大きいことが好ましい。第２の光ファイバ１１０の減衰α２は０.１８０ｄＢ/ｋｍより小さいことが好ましく、０.１７５ｄＢ/ｋｍより小さいことがさらに好ましい。第２の光ファイバの非線形屈折率ｎ２２は２.２×１０−２０ｍ２/Ｗ以下であることが好ましい。本明細書に示され、説明される長距離光ファイバ伝送システムの実施形態において、第２の光ファイバの長さＬ２は、第１の光ファイバの長さＬ１と第２の光ファイバの長さＬ２の和が少なくとも１６０ｋｍであるように選ばれる。したがって、第２の光ファイバの長さＬ２が少なくとも７０ｋｍであることは当然である。
【００１９】
一実施形態において、第２の光ファイバはコーニング社(Corning Inc.)によって製造されたＶａｓｃａｄｅ(登録商標)ＥＸ１０００光ファイバで形成される。ＥＸ１０００光ファイバは７０μｍ２から８５μｍ２の間の、例えば約７８μｍ２の、有効面積を有する。したがって、本実施形態において、第２の光ファイバが約７８μｍ２の有効面積Ａ有効２を有することは当然である。
【００２０】
別の実施形態において、第２の光ファイバ１１０は、２００９年１月３０に日に出願された、名称を「無Ｇｅコアを有する大有効面積ファイバ」とする、米国特許出願第１２/３６２６９４号(現在は米国特許第６８９０８５号として発行済)の明細書に説明されているような光ファイバからなることができる。そのような光ファイバは、上述したように、中心コア領域、中心コア領域を囲み、中心コア領域に直に接している第１の環状コア領域、及び第１の環状コア領域を囲み、第１の環状コア領域に直に接しているフッ素がドープされた第２の環状コア領域を含む、複層コアを有することができる。複層コアはクラッド層で囲むことができる。複層コア及びクラッド層の特定の諸元及び相対屈折率は上述した特許出願明細書に開示されている。光ファイバの諸元及び組成は、第２の光ファイバ１１０が１２０μｍ２より小さい有効面積を有するように選ぶことができる。
【００２１】
図１に示されるように、複合光ファイバスパンは有効面積が相異なる少なくとも２本の低減衰光ファイバを含む。このタイプの複合光ファイバスパンは、有効面積管理光ファイバと称することができ、光ファイバスパンを通して伝搬される光信号の非線形性を減じるために利用される。複合光ファイバスパンの別の実施形態が次に図２及び３を参照してさらに詳細に説明される。
【００２２】
図２をここで参照すれば、第２の実施形態の長距離光ファイバ伝送システム１２０が簡略に示される。本実施形態において、長距離光ファイバ伝送システム１２０は、上述したように、複合光ファイバスパン１０６によって受信器１０４に光結合された送信器１０２を備える。しかし、本実施形態においては、複合光ファイバスパン１０６が第２の光ファイバ１１０と受信器１０４に光結合された第３の光ファイバ１１２をさらに含む。第３の光ファイバ１１２は、有効面積Ａ有効３、非線形屈折率ｎ２３、減衰α３及び長さＬ３を有する。一実施形態において、第３の光ファイバの有効面積Ａ有効３は１２０μｍ２より小さいことが好ましく、１００μｍ２より小さいことがさらに好ましい。第３の光ファイバ１１２の減衰α３は０.１８０ｄＢ/ｋｍより小さいことが好ましく、０.１７５ｄＢ/ｋｍより小さいことがさらに好ましい。第３の光ファイバの非線形屈折率ｎ２３は２.２×１０−２０ｍ２/Ｗ以下であることが好ましい。第３の光ファイバ１１２の長さＬ３は約１ｍから約２４０ｋｍである。一実施形態において、第３の光ファイバ１１２の長さＬ３は、第１の光ファイバ１１０８の長さＬ１，第２の光ファイバの長さＬ２及び第３の光ファイバ１１２の長さＬ３の和が、好ましくは３００ｋｍより長く、さらに好ましくは約３５０ｋｍより長く、最も好ましくは約４００ｋｍ以下であるように選ばれる。
【００２３】
一実施形態において、第３の光ファイバ１１２の有効面積Ａ有効３は第２の光ファイバ１１０の有効面積Ａ有効２より小さい。本実施形態において、第３の光ファイバ１１２はコーニング社によって製造されたＶａｓｃａｄｅ ＥＸ１０００光ファイバで形成される。ＥＸ１０００光ファイバは７０μｍ２から８５μｍ２の間の、例えば約７８μｍ２の、有効面積を有する。したがって、本実施形態において第３の光ファイバが約７８μｍ２の有効面積Ａ有効３を有することは当然である。本実施形態において、第２の光ファイバ１１０は、有効面積が７８μｍ２より大きく、好ましくは８５μｍ２より大きい、光ファイバで形成される。
【００２４】
別の実施形態において、第３の光ファイバ１１２の有効面積Ａ有効３は第２の光ファイバ１１０の有効面積Ａ有効２より大きい。本実施形態において、第２の光ファイバ１１０は、第２の光ファイバ１１０が７０μｍ２から８５μｍ２の間の、例えば約７８μｍ２の、有効面積Ａ有効２を有するようにＶａｓｃａｄｅ ＥＸ１０００光ファイバで形成することができ、第３の光ファイバ１１２は有効面積が７８μｍ２より大きく、好ましくは８５μｍ２より大きい、光ファイバで形成される。
【００２５】
図２に示される実施形態の長距離光ファイバ伝送システム１２０において、受信器１０４はさらに、複合光ファイバスパン１０６を反転ポンピングし、よって受信器１０４で受信される光信号を増幅し、光信号の品位を向上させるために用いることができる、ラマン増幅器(図示せず)及び／またはエルビウムドープファイバ増幅器(図示せず)を備えることができる。
【００２６】
図３を次に参照すれば、別の実施形態の長距離光ファイバ伝送システム１３０が簡略に示される。本実施形態において、長距離光ファイバ伝送システム１３０は、図２に関して上述したような、複合光ファイバスパン１０６によって受信器１０４に光結合された送信器１０２を備える。しかし、本実施形態において、複合光ファイバスパン１０６は、第３の光ファイバ１１２と受信器１０４に光結合された第４の光ファイバ１１４をさらに含む。さらに、受信器１０４は、複合光ファイバスパン１０６を反転ポンピングし、よって複合光ファイバスパン１０６を通して伝送される光信号を増幅し、光信号の品位を向上させるために用いることができる、ラマン増幅器１１６も備える。ラマン増幅器は単一のポンピング波長または複数のポンピング波長を用いることができる。本明細書に説明される実施形態において、ラマン増幅器は３つのポンピング波長を利用する。本実施形態において、受信器１０４はラマン増幅器１１６と第４の光ファイバ１１４に光結合されたエルビウムドープファイバ増幅器１１８も備える。ラマン増幅器と同様、エルビウムドープファイバ増幅器は複合光ファイバしパン１０６を通して伝送される光信号を増幅し、光信号の品位を向上させるために用いられる。第４の光ファイバ１１４はラマン増幅器及び／またはエルビウムドープファイバ増幅器の複合光ファイバ１０６への結合を容易にし、よって増幅の有効範囲を拡げるために用いられる。さらに詳しくは、第４の光ファイバ１１４の使用により、システムの総合光信号対雑音比が最大化され、同時に複合光ファイバスパン１０６における非線形ペナルティは最小限に抑えられることが分かった。さらに、第４の光ファイバ１１４の使用により、複合光ファイバスパン内の２重レイリー後方散乱の大きさが減じられ、この結果、伝搬される光信号内の雑音の大きさが減じられ、よってシステムの光信号対雑音比が向上することも分かった。
【００２７】
本明細書に説明される実施形態において、第４の光ファイバ１１４は、有効面積Ａ有効４、非線形屈折率ｎ２４、減衰α４及び長さＬ４を有する。一実施形態において、第４の光ファイバ１１４の有効面積Ａ有効４は１２０μｍ２より小さく、第３の光ファイバ１１２の有効面積Ａ有効３より大きいことが好ましい。第４の光ファイバ１１４の減衰α４は０.１８０ｄＢ/ｋｍより小さいことが好ましく、０.１７５ｄＢ/ｋｍより小さいことがさらに好ましい。第４の光ファイバ１１４の非線形屈折率ｎ２４は２.２×１０−２０ｍ２/Ｗ以下であることが好ましい。第４の光ファイバ１１２の長さＬ４は、第１の光ファイバ１０８，第２の光ファイバ１１０または第３の光ファイバ１１２のいずれの長さより短いことが好ましい。一実施形態において、第４の光ファイバ１１２の長さＬ４は約１ｋｍから約２５ｋｍであり、好ましくは約１０ｋｍから約２０ｋｍである。
【００２８】
図３の長距離光ファイバ伝送システム１３０の実施形態はラマン増幅器１１６及びエルビウムドープファイバ増幅器１１８のいずれも備えて示されるが、他の実施形態において、システムが、複合光ファイバスパンの反転ポンピングを容易にするため、ラマン増幅器１１６またはエルビウムドープファイバ増幅器１１８を備え得ることは当然である。さらに、図３のシステムはエルビウムドープファイバ増幅器１１８を備えるとして説明されるが、複合光ファイバスパン１０６が、エルビウムを含むがこれには限定されない、いかなる希土類ドーパントも含有しないことは当然である。
【００２９】
図１〜３に示される実施形態のそれぞれにおいて、複合光ファイバスパンは正分散光ファイバで形成することができる。したがって、第１の光ファイバ、第２の光ファイバ、第３の光ファイバまたは第４の光ファイバのいずれも、本明細書に述べられる所望の物理特性及び光学特性を有する正分散光ファイバとし得ることは当然である。
【００３０】
図４及び５を次に参照すれば、本明細書に説明されるような有効面積管理複合光ファイバスパンを利用する長距離光ファイバ伝送システムでは、スパン内の第１の光ファイバとして大有効面積光ファイバを用いることにより非線形位相シフトが減じられている。図４は模擬３６０ｋｍ複合光ファイバスパンの非線形位相シフトをスパン内の第１の光ファイバの長さの関数としてグラフで示す。図４のデータは、有効面積Ａ有効１が１３５μｍ２の第１の光ファイバ、有効面積Ａ有効２が１１０μｍ２の第２の光ファイバ、及び有効面積Ａ有効３が７８μｍ２の第３の光ファイバを有する模擬複合光ファイバスパンに基づく。模擬スパンの光ファイバのそれぞれの減衰は０.１７ｄＢ/ｋｍであった。複合光ファイバスパンの損失は、第１の光ファイバの長さを０ｋｍから１００ｋｍまで変えても、６１ｄＢに一定に維持されていた。非線形位相シフトは第１の光ファイバと第２の光ファイバの間の結合点及び第３の光ファイバの終端において計算した。
【００３１】
図４は模擬システムの非線形度が、ほぼ０.４２のシステム非線形度値に対応する、第１の光ファイバの長さが３０ｋｍになる、収穫逓減点に達することをグラフで示す。さらに、図４は第１の光ファイバの最適長が、約０.４２から約０.４０の非線形度範囲に概ね対応する、約３０ｋｍから約９０ｋｍの範囲にあることも示す。
【００３２】
対照として、図５は別の模擬３６０ｋｍ複合光ファイバスパンの非線形位相シフトをスパン内の第１の光ファイバの長さの関数としてグラフで示す。さらに詳しくは、図５のデータは、有効面積Ａ有効１が１３５μｍ２の第１の光ファイバ、及び有効面積Ａ有効２が７８μｍ２の第２の光ファイバを有する模擬複合光ファイバスパンに基づく。この模擬スパンには第３の光ファイバを含めていない。模擬スパン内の光ファイバのそれぞれの減衰は０.１７ｄＢ/ｋｍであった。上述したように、複合光ファイバスパンの損失は、第１の光ファイバの長さを０ｋｍから１００ｋｍまで変えても、６１ｄＢに一定に維持された。非線形位相シフトは第１の光ファイバと第２の光ファイバの間の結合点及び第２の光ファイバの終端において計算した。
【００３３】
図５は、図４の作成に用いた模擬複合光ファイバに比較して、システムの非線形位相シフトの値を０.４２未満まで減じるにはかなり長い第１の光ファイバ長が必要になることをグラフで示す。さらに詳しくは、図５は、システムの非線形位相シフトの値を０.４２未満まで減じるには少なくとも６０ｋｍの第１の光ファイバが必要であったことを示す。さらに、図５は、この実施形態における第１の光ファイバの最適長が、約０.４２から約０.４０の非線形度範囲に概ね対応する、約６０ｋｍから約９０ｋｍの範囲にあることも示す。
【実施例】
【００３４】
本発明は以下の実施例によってさらに明解にされるであろう。
【００３５】
実施例１
図２に示されるような複合光ファイバスパンを備える第１の長距離光ファイバ伝送システムを、有効面積Ａ有効１が１３５μｍ２で長さＬ１が２４ｋｍの第１の光ファイバ、有効面積Ａ有効２が１１０μｍ２で長さＬ２が１６５ｋｍの第２の光ファイバ及び有効面積Ａ有効３が７８μｍ２で長さＬ３が、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＝３５０ｋｍになるように、１６１ｋｍの第３の光ファイバで構成した。複合光ファイバスパンはポンピング波長が１４２７ｎｍ、１４４３ｎｍ及び１４６２ｎｍの３ポンプラマン増幅器とともに用いた。システムの光信号対雑音比を最大化し、同時に複合光ファイバスパン内の２重レイリー後方散乱を最小限に抑える、ポンピング電流は７００ｍＡに決定した。図１１の曲線Ａは、そのような複合光ファイバスパンを備えるシステムのビットエラーレートをラマンポンピング電流の関数としてグラフで示す。
【００３６】
実施例２
図３に示されるような複合光ファイバスパン１０６を備える第２の長距離光ファイバ伝送システムを、有効面積Ａ有効１が１３５μｍ２で長さＬ１が２４ｋｍの第１の光ファイバ、有効面積Ａ有効２が１１０μｍ２で長さＬ２が１５５ｋｍの第２の光ファイバ、及び有効面積Ａ有効３が７８μｍ２で長さＬ３が、Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＝３４０ｋｍになるように、１６１ｋｍの第３の光ファイバで構成した。この複合光ファイバスパンには、有効面積Ａ有効３が１１０μｍ２で長さＬ３が１０ｋｍの第４の光ファイバも含められ、複合光ファイバスパンの総長は３５０ｋｍになった。ポンピング波長が１４２７ｎｍ、１４４３ｎｍ及び１４６２ｎｍの３ポンプラマン増幅器とともに用いた場合の、システムの光信号対雑音比を最大化し、同時に複合光ファイバスパン内の２重レイリー後方散乱を最小限に抑える、ポンピング電流は９００ｍＡに決定した。図１１の曲線Ｂは、そのような複合光ファイバスパンを備えるシステムのビットエラーレートをラマンポンピング電流の関数としてグラフで示す。
【００３７】
実施例３
図３に示される複合光ファイバと同様の複合光ファイバスパンを備える長距離光ファイバ伝送システムの効能を評価するため、図６に示される構成の実験装置を用いた。本実験装置は１５４２.９ｎｍから１５５８.６ｎｍまでの範囲にあり、５０ＧＨｚ間隔の、４０のＤＦＢレーザを備える。レーザを合波し、ＱＰＳＫ変調器によって変調した。変調器は２８Ｇビット/秒において２つの２１５−１ＰＲＢＳパターンで駆動した。次いでＱＰＳＫ変調器からの出力を、信号を分割し、偏波状態を直交化し、相対遅延を有する数１００のシンボルで相関除去して、偏波ビームコンバイナーで組み合わせることにより偏波多重化して、１１２Ｇビット/秒で変調された最終ＰＭ-ＱＰＳＫ信号を生成した。短い標準単一モードファイバによる相関除去及び投入スペクトルが公称平坦な大パワーＥＤＦＡによる増幅の後、４０チャネルを３６５ｋｍ複合光ファイバスパンに投入した。
【００３８】
複合光ファイバスパンは有効面積が相異なる３つの相異なる超低損失シリカコアファイバで構成した。複合光ファイバスパンの第１の光ファイバは、長さ４０ｋｍの、２００９年１月３０に日に出願された、名称を「無Ｇｅコアを有する大有効面積ファイバ」とする、米国特許出願第１２/３６２６９４号(現在は米国特許第６８９０８５号として発行済)の明細書に開示されているファイバと同様の、有効面積が１２８μｍ２の開発ファイバとした。複合光ファイバスパンの第２の光ファイバは、長さが１５５ｋｍの、有効面積がほぼ１１２μｍ２のコーニング(登録商標)Ｖａｓｃａｄｅ ＥＸ２０００ファイバとした。複合光ファイバスパンの第３の光ファイバは、長さが１６０ｋｍの、有効面積が７６μｍ２のコーニングＶａｓｃａｄｅ ＥＸ１０００ファイバとした。複合光ファイバスパンの第４の光ファイバは、長さが１０ｋｍの、有効面積がほぼ１１２μｍ２のコーニングＶａｓｃａｄｅ ＥＸ２０００ファイバとした。第１，第２，第３及び第４の光ファイバの減衰はそれぞれ、０.１６２ｄＢ/ｋｍ、０.１６２ｄＢ/ｋｍ、０.１６４ｄＢ/ｋｍ及び０.１６２ｄＢ/ｋｍであった。第１の光ファイバの長さはスパンの終端において非線形許容度のバランスがとれるように選んだ。永久接続を含むファイバスパンの総合損失は約５９.６ｄＢであり、平均ファイバ損失は０.１６３ｄＢ/ｋｍになった。ラマン利得は主として第３の光ファイバの長さ内で生じ、スパンの終端における有効面積が１１２μｍ２の１０ｋｍ長ファイバの付加は非線形ペナルティを最小限に抑えながら受信器における総合システム光信号対雑音比(ＯＳＮＲ)を最大化するように模擬システムによって予測した。
【００３９】
ラマン増幅器は、１４２７ｎｍ、１４４３ｎｍ及び１４６２ｎｍの３つのポンピング波長を有していた。ポンプの総計出力パワーは、約２５ｄＢの総ラマン利得を生じさせる最適システムパワーレベルにおいて、それぞれの偏波について約７２５ｍＷであった。ラマン増幅器の直後にＥＤＦＡを配した。続いて、帯域幅が０.４ｎｍの可調フィルタを測定チャネルを選択するために用いた。
【００４０】
測定チャネルは、公称線幅が１００ｋＨｚの自走局部発振器レーザを用いる偏波／位相ダイバースデジタルコヒーレント受信器における検出の前に増幅した。平衡光検出器からの４つの信号を、電気的帯域幅が２０ＧＨｚのリアルタイムオシロスコープを用いて、５０Ｇサンプル/秒で動作するアナログ-デジタルコンバータによりデジタル化した。サンプリングした波形は、(ｉ)直交不平衡補償、(ii)５６Ｇサンプル/秒へのアップサンプリング及び固定タイムドメイン等化器(インパルス応答から決定されたフィルタ係数)を用いる色分散(〜７０００ｐｓ/ｎｍ)補償、(iii)デジタル平方及びフィルタクロック回生、(iv)適応バタフライ等化器(定包絡線基準アルゴリズムを用いて決定されたフィルタ係数)を用いる、偏波回生、偏波モード分散補償及び残留分散補償、(ｖ)キャリア周波数及び位相の回生、及び(vi)ビット判定を含む、デジタル信号処理ステップによって、コンピュータでオフライン処理される。ビットエラーレート(ＢＥＲ)は、直接エラー係数により、２５Ｇビット/秒トリビュタリ信号のそれぞれについて決定した。
【００４１】
スパンへの最適チャネル投入パワーを初めに決定した。１５５０.９２ｎｍにあるチャネルプランの中央のチャネルについて、ＢＥＲを投入パワーの関数として測定した。これらの測定からのデータを図７に示す。図７は、５０ＧＨｚ／４０チャネルシステムついてのデータを有し、比較のため、１００ＧＨｚ／１６チャネルについてのデータも有する。４０チャネルシステムに対する最適チャネル投入パワーは１３ｄＢｍと１４ｄＢｍの間に見られる。図８に、２６５ｋｍスパンを通るＤＦＢ信号を用いて測定したチャネルのＯＳＮＲ感度を、外部キャビティ信号レーザを用いて測定したバックトゥバックＯＳＮＲ感度と比較してある。
【００４２】
図７に示される結果に基づいて、最適投入パワーをチャネルあたり約１３.５ｄＢｍに設定した。３６５ｋｍスパンの終端における出力スペクトルを図９に示す。受信チャネルパワーの範囲は３ｄＢより狭い。４つのトリビュタリ信号のそれぞれについて、１００００００サンプルに基づいてＢＥＲ及びＯＳＮＲを測定した。測定したＢＥＲデータ及びＯＳＮＲデータに基づいて計算したＱ値を図１０に示す。４０チャネルの全てが８.５ｄＢの強化ＦＥＣ(ＥＦＥＣ)閾より大きいＱ値を有すると決定した。平均Ｑ値は９.６ｄＢであり、平均ＯＳＮＲ値は１４.７ｄＢであった。システムの総合帯域幅-距離積は、４０×１００Ｇビット/秒×３６５ｋｍ＝１４６０Ｔビット/秒-ｋｍであった。
【００４３】
上述した実施例は、有効面積が大きく、非線形位相シフトが０.４６より小さい、ある長さの光ファイバで開始される、有効面積管理／低減衰複合光ファイバスパンを組み込んだ無中継長距離光ファイバ伝送システムにおいて極めて高い伝送速度が得られることを実証している。
【００４４】
特許請求される主題の精神及び範囲を逸脱することなく本明細書に説明される実施形態に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に説明される様々な改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価形態の範囲内に入れば、本明細書はそのような改変及び変形を包含するとされる。
【符号の説明】
【００４５】
１００，１２０，１３０    長距離光ファイバ伝送システム
１０２    送信器
１０４    受信器
１０６    複合光ファイバスパン
１０８    第１の光ファイバ
１１０    第２の光ファイバ
１１２    第３の光ファイバ
１１４    第４の光ファイバ
１１６    ラマン増幅器
１１８    エルビウムドープファイバ増幅器
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図６】
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