(57)【要約】【目的】  光ファイバ伝送路の波長分散を補償した光伝送システムに関し、光ファイバ伝送路の１次分散と２次分散とを補償して波長多重光信号の長距離伝送を可能とする。【構成】  送信部６と受信部７との間の光ファイバ伝送路１と、光増幅器５と、分散補償器２とを縦続接続し、分散補償器２を、光ファイバ伝送路１の１次分散と逆符号の１次分散を有する第１分散補償器３と、光ファイバ伝送路１の２次分散と逆符号の２次分散を有し、且つ光ファイバ伝送路１及び第１分散補償器３の１次分散及び２次分散を補償する第２分散補償器４とにより構成する。第１分散補償器３及び第２分散補償器４を、それぞれ光ファイバにより構成することができる。【選択図】      図１
2006014360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ伝送路と、光増幅器と、前記光ファイバ伝送路の１次分散と逆符号の１次分散を有する第１の分散補償器と、前記光ファイバ伝送路の２次分散と逆符号の２次分散を有し、前記光ファイバ伝送路及び前記第１の分散補償器の１次分散及び２次分散を補償する第２の分散補償器とを縦続接続した構成を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【請求項２】
前記光ファイバ伝送路の信号波長帯域内若しくはその近傍の異なる波長λ１，λ２に対して予め設定した残留分散値Ｄ１，Ｄ２と、前記第１，第２の分散補償器の累積分散値及び２次分散値とについて、
（設計波長での伝送路累積分散値）＋（設計波長での第１分散補償器の累積分散値）＋（設計波長での第２分散補償器の累積分散値）≒Ｄ１
（伝送路の２次分散値×伝送路長）＋（第１分散補償器の２次分散値）＋（第２分散補償器の２次分散値）≒Ｄ２／（λ１−λ２）
の条件を満足するように、前記第１，第２の分散補償器の累積分散値及び２次分散値を設定することを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項３】
前記第１，第２の分散補償器を、光ファイバにより構成した第１，第２の分散補償ファイバとし、該第１，第２の分散補償ファイバの長さをＬ１ｓｔＤＣＦ，Ｌ２ｎｄＤＣＦ、前記光ファイバ伝送路の長さをＬＴｒａｎｓ、該光ファイバ伝送路の２次分散値をＳＴｒａｎｓ、前記第１分散補償ファイバの２次分散値をＳ１ｓｔＤＣＦ、前記第２分散補償ファイバの２次分散値をＳ２ｎｄＤＣＦ、前記光フイァバ伝送路の１次分散値をＤＴｒａｎｓ、前記第１，第２の分散補償ファイバの１次分散値をＤ１ｓｔＤＣＦ、Ｄ２ｎｄＤＣＦ、波長λ１での残留分散値をＤ１、波長λ２での残留分散値をＤ２、波長λ１と波長λ２との差分の波長帯域をＢＷＤＭ、全長をＬＴＯＴＡＬとして、
ＬＴｒａｎｓ＋Ｌ１ｓｔＤＣＦ＋Ｌ２ｎｄＤＣＦ＝ＬＴＯＴＡＬ
（ＤＴｒａｎｓ×ＬＴｒａｎｓ）＋（Ｄ１ｓｔＤＣＦ×Ｌ１ｓｔＤＣＦ）＋（Ｄ２ｎｄＤＣＦ×Ｌ２ｎｄＤＣＦ）≒Ｄ１
ＢＷＤＭ〔（ＳＴｒａｎｓ×ＬＴｒａｎｓ）＋（Ｓ１ｓｔＤＣＦ×Ｌ１ｓｔＤＣＦ）＋（Ｓ２ｎｄＤＣＦ×Ｌ２ｎｄＤＣＦ）〕≒Ｄ２
の条件を満足するように、前記第１，第２の分散補償ファイバの長さＬ１ｓｔＤＣＦ，Ｌ２ｎｄＤＣＦと、１次分散値Ｄ１ｓｔＤＣＦ、Ｄ２ｎｄＤＣＦと、２次分散値Ｄ１ｓｔＤＣＦ、Ｄ２ｎｄＤＣＦとを設定したことを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
【請求項４】
前記光ファイバ伝送路は、信号波長帯域内に於いて分散値の符号が負の分散シフトファイバにより構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の光伝送システム。
【請求項５】
分散値の符号が負の前記光ファイバ伝送路と、複数の波長を多重化した光信号の前記光ファイバ伝送路及び前記第１，第２の分散補償器による累積分散値が、正の符号とならないように、長さ及び分散値を設定したことを特徴とする請求項１乃至４項の何れか１項記載の光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ伝送路の分散補償を行って長距離伝送を可能とする光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
光増幅器として、エルビウム（Ｅｒ）添加光ファイバ増幅器が開発され、光伝送システムへの適用が検討されている。このような光増幅器は、中継伝送方式の線形中継器、送信部の送信出力を増大させるブースタ増幅器或いは受信部の受信感度を向上させる前置増幅器等に適用することができる。特に、線形中継器として光増幅器を用いると、再生中継器に於いて必要とする超高速電子回路が不要となるから、構成が簡単且つ小型となる。
【０００３】
しかし、光増幅器を用いた線形中継器を光伝送路に接続した中継伝送方式に於いては、各線形中継器で発生する雑音と、光伝送路を構成する光ファイバの非線形効果とが累積し、伝送容量や伝送距離に制限が生じる問題がある。即ち、最大伝送距離と光パワーレベルダイヤグラム及び中継器間隔等の関数として許容される最大伝送速度が決定される。注意深く設計された光伝送システムに於いては、例えば、５Ｇｂ／ｓの伝送速度で、１０，０００ｋｍ程度の最大伝送距離が得られることが知られている。このように、光増幅器の適用は、光パワーの増大と線形中継距離の拡大とをもたらすが、光増幅器で発生する雑音と光ファイバの波長分散及び非線形効果の累積が新たな技術的課題となっている。
【０００４】
波長分散は、光パルスの伝播速度が光の波長（周波数）に依存する現象である。高速に変調された光パルスは、周波数領域では広いスペクトラムを持つことになり、このような光パルスが光ファイバ中を伝播すると、光ファイバの波長分散の影響によりスペクトラム中の短波長成分と長波長成分との伝播速度が相違し、光パルスの波形が変化する。このような波長分散の影響を軽減する為に、光ファイバの分散値がほぼ零となる波長に光信号波長を設定すれば良いことが知られている。
【０００５】
現在、一般的には、１．３μｍ帯零分散シングルモードファイバ（以下ＳＭＦと略称する）が多く敷設されており、１．３μｍ帯の光源を使用した光通信システムが実用化されている。又前述のエルビウム添加光ファイバ増幅器（以下ＥＤＦＡと略称する）の増幅帯域は、１．５μｍ帯であり、信号波長をこの波長帯域としてＳＭＦとＥＤＦＡとを組合せた光伝送システムにより光信号を伝送する場合、ＳＭＦは、１．５５μｍ帯で＋１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の大きな分散値を有するものである。従って、ＳＭＦ中を数Ｇｂ／ｓ程度以上の伝送速度で光信号を伝送する場合に、波長分散を補償する技術が必要となる。
【０００６】
又大陸横断等の超長距離光伝送システムに於いては、ＥＤＦＡの増幅光信号帯域の１．５μｍ帯に零分散波長をシフトした分散シフトファイバ（以下ＤＳＦと略称する）が用いられている。しかし、このような超長距離光伝送システムに於いて、零分散波長近傍に信号波長を設定すると、ＥＤＦＡ等の光増幅器から発生する自然放出光雑音と信号光との間の非線形効果（四光波混合）により、伝送品質を劣化させる問題がある。
【０００７】
このような問題は、光ファイバの長手方向の分散値を管理することにより回避できる。即ち、信号光帯域近傍の自然放出光雑音の光ファイバの非線形効果による劣化は、光ファイバの分散値を大きくすることにより回避でき、又分散による光パルスの波形の変化は、光パルスのパワーが小さい場合には、線形に累積して影響を受ける。
【０００８】
そこで、図１０に示すように、光信号送信部ＯＳと光信号受信部ＯＲとの間の光伝送路を、分散シフトファイバＤＣＦとエルビウム添加光ファイバ増幅器ＥＤＦＡとにより構成すると共に、ＤＣＦの累積分散値と逆符号の分散値を有するＳＭＦを分散補償器として接続し、分散値〔ｐｓ／ｎｍ〕の曲線で示すように、平均分散を零とする構成が知られている。このような波長分散管理の手段を設けることにより、分散による波形劣化及び四光波混合に起因する波形劣化を改善することができる。
【０００９】
又超長距離光伝送システムに於ける分散補償器の間隔は、最適間隔が存在するものである。図１１は伝送距離と分散補償器間隔との関係説明図であり、アイパターンペナルティを１ｄＢ、群遅延補償を１００％、光増幅器のノイズフィギュア（ＮＦ）を６ｄＢ、光ファイバ伝送路の分散値をパラメータとして、伝送距離〔ｋｍ〕と分散補償器の間隔〔ｋｍ〕との関係を示すものであり、光ファイバ伝送路の分散値が、−１０．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、−１．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、−０．１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの場合について示している。例えば、光ファイバ伝送路の分散値を−１．０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとすると、最適分散補償器間隔は、５００ｋｍ程度であり、この場合、９，０００ｋｍ程度の伝送可能距離となる（例えば、非特許文献１参照）。
【００１０】
この分散補償器の間隔は、最適の間隔より短くても長くても伝送可能の距離は短くなる。これは、分散補償器間隔を短くすると、分散補償器による零分散に戻る頻度が高くなる為に、光増幅器による自然放出光雑音と光信号との間の四光波混合に起因する伝送劣化が顕著になり、反対に、分散補償器間隔を長くすると、光信号の自己位相変調効果に起因する光パルスの立上り，立下りに於ける光周波数変化（周波数チャープ）と分散との相互作用による波形劣化が発生し、伝送品質を劣化させることによるものである。
【００１１】
なお、分散補償器としては、（１）グレーティングを用いた構成、（２）光干渉計を用いた構成、（３）光ファイバを用いた構成等が提案されている。この中でも光ファイバを用いた分散補償器は、制御回路等が必要でなく、受動的な動作が可能であること、使用波長帯域が他の構成の分散補償器に比較して極めて広いこと等によって、最も実用性が高いと考えられている。
【００１２】
図１２は分散特性説明図であり、横軸を波長〔ｎｍ〕とし、縦軸を分散値〔ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ〕として示し、ａは波長１３００ｎｍに於いて零分散となるＳＭＦ、ｂは波長１５４０ｎｍに零分散シフトを行ったＤＳＦを示す（例えば、非特許文献２参照）。この場合、ＳＭＦもＤＳＦも、零分散波長近傍で、ほぼ０．０８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の分散値を有するものであるが、光信号の波長毎に分散値が異なるから、波長多重伝送に於いて問題となる。
【００１３】
例えば、９，０００ｋｍ程度の伝送距離の場合、ＤＳＦと分散補償器としてのＳＭＦとにより構成し、それぞれの分散スロープ（分散値の微分値＝２次分散値）が共に０．０８ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ、最長波長と最短波長との波長間隔を５ｎｍとすると、最長波長の光信号と最短波長の光信号との間には、
５〔ｎｍ〕×０．０８〔ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ〕×９０００〔ｋｍ〕
＝３６００〔ｐｓ／ｎｍ〕
程度の波長分散の差が生じることになる。即ち、最長波長と最短波長との光信号間では、累積分散値が３６００ｐｓ／ｎｍ異なることになる。
【００１４】
又前述の図１１に於いて、光ファイバ伝送路の分散が、−１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの場合、９，０００ｋｍ程度の伝送を行う為には、最適分散補償器間隔は５００ｋｍ程度であることが示されている。即ち、累積分散値が−５００ｐｓ／ｎｍとなった位置で分散補償を行うことを示している。
【００１５】
しかし、波長多重伝送に於いては、光ファイバの分散スロープの影響により総ての光信号波長に対して分散補償を行うことが不可能である。例えば、前述の場合のように、最長波長に対して分散補償を最適化すると、その最長波長の光信号に対しては完全に分散補償が可能であっても、最短波長の光信号に対しては３６００ｐｓ／ｎｍ程度の累積分散が発生することになり、伝送距離を長くすることができない。
【００１６】
図１３は従来例の分散補償説明図であり、横軸を距離〔ｋｍ〕、縦軸を分散値〔ｐｓ／ｎｍ〕とし、伝送距離５，０００ｋｍの光伝送システムに於いて１，０００ｋｍ毎に分散補償を行った場合を示し、ＤＳＦによる光ファイバ伝送路の分散値（１次分散値）を−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、ＤＳＦの分散スロープ（２次分散値）を０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ、ＳＭＦによる分散補償器の分散値（１次分散値）を＋１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ（２次分散値）を０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍとした場合の例を示している。
【００１７】
設計波長（Δλ＝０ｎｍ）に対しては、点線で示すように、９００ｋｍのＤＳＦの累積分散値（９００ｋｍ×−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ＝−１８００ｐｓ／ｎｍ）を１００ｋｍのＳＭＦの累積分散値（１００ｋｍ×１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ＝１８００ｐｓ／ｎｍ）によって補償し、合計で１区間１，０００ｋｍ毎に分散値を零とすることができるが、５ｎｍ離れた波長（Δλ＝−５ｎｍ）に対しては、実線で示すように、分散スロープの影響によって５，０００ｋｍ先の受信器端では、−１７５０ｐｓ／ｎｍの分散補償誤差（−５ｎｍ×０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ×５０００ｋｍ−１７５０ｐｓ／ｎｍ）が生じることが判る。
【００１８】
そこで、光信号波長間の累積分散値の差を小さくする為に、波長間隔を狭くすることが考えられるが、波長間隔を狭くすると、光信号間での四光波混合等が顕著となって、伝送特性が劣化する問題が生じる。
【００１９】
このような問題を回避する為に、波長毎に分散補償を行うことが提案されている。例えば、図１４に示すように、信号光源５３１〜５３５からの波長λ１〜λ５の光信号は、光ファイバ５２１〜５２５からなる分散補償器５２を介して合波器５４によって合波され、波長多重光信号として光ファイバ伝送路５１により伝送され、分波器５５により波長λ１〜λ５に分波され、それぞれ光検出器５６１〜５６５により検出される。即ち、光信号の送信側に於いて、波長λ１〜λ５対応に光ファイバ５２１〜５２５により分散補償を行う場合を示す（例えば、特許文献１参照）。
【００２０】
又図１５に示すように、アレイ導波路型分波器６１により波長対応に分波し、波長対応のアレイ導波路型光遅延線６３により累積分散値が零となるように補償し、アレイ導波路型合波器６２により合波して送出する構成が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００２１】
図１６は従来例の過剰補償による分散補償説明図であり、図１４に於ける光信号の送信側のように、予め分散補償を施す場合を示す。この場合、図１３と同様に、設計波長（Δλ＝０ｎｍ）に於いて１，０００ｋｍ毎に累積分散値を零とするように分散補償するものであるが、設計波長から５ｎｍ離れた波長（Δλ＝５ｎｍ）に対しては、送信部で予め１７５０ｐｓ／ｎｍ分の分散補償を与えている。その結果、設計波長（Δλ＝０ｎｍ）でも又５ｎｍ離れた波長（Δλ＝５ｎｍ）でも、累積分散値を零とすることが可能となる。
【００２２】
又前述の伝送距離が９，０００ｋｍの光伝送システムに於いても、前述のように、設計波長から５ｎｍ離れた波長に対して、送信側で５〔ｎｍ〕×０．０８〔ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ〕×９０００〔ｋｍ〕＝３６００〔ｐｓ／ｎｍ〕分の分散を予め与えておけば、受信側に於いて累積分散値を零とすることができる。又受信側に於ける後置補償を併用し、送信側と受信側とに於いて半分宛補償を行う場合には、１８００ｐｓ／ｎｍの分散を送信側に於いて与え、受信側で１８００ｐｓ／ｎｍの分散を与えれば良いことになる。
【特許文献１】特開昭６２−１８１３１号公報
【特許文献２】特開平５−３４６５１５号公報
【非特許文献１】斉藤，信学技報  ＯＣＳ９４−２６，１９９４
【非特許文献２】Ｓ．Ｅ．Ｍｉｌｌｅｒ，Ｉ．Ｐ．Ｋａｍｉｎｏｗ“ＯＰＴＩＣＡＬ  ＦＩＢＥＲ  ＴＥＬＥＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ  II”Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，１９８８，ｐ３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
超長距離の光伝送システムに於いては、光ファイバの波長分散及び非線形効果の累積が問題となり、前述のように、従来例に於いても分散補償等が提案されている。例えば、図１４又は図１６について説明したように、送信側で予め分散補償を行う場合、過剰な分散を与えることになるから、大きく歪んだ波形の光信号を伝送する問題が生じる。又前述のように、距離が９，０００ｋｍ程度の光伝送システムに於いて、累積分散値が−５００ｐｓ／ｎｍ程度以内に分散補償を行う必要があるが、これを満足させることができない。更に、過剰な分散補償により、伝送路の前半部分では異常分散領域（分散値が正）を伝送することになる。これらのことは、光ファイバ中の種々の非線形効果の影響によって伝送特性を劣化させる要因となる。従って、超長距離の波長多重伝送に於いては、送信部と受信部との何れか一方又は両方に於ける分散補償では、全波長に対する累積分散値を所定の値にすることができない問題がある。
【００２４】
又波長多重伝送に於いて、光中継器の中で波長分離した後、波長毎に分散補償を行う例えば図１５に示すような手段に於いては、数１０〜数１００ｋｍ程度の間隔に配置された光増幅中継器の中で、２次分散を補償することが可能であるから、総ての波長に対して累積分散値を−５００ｐｓ／ｎｍ以内となるように補償することが可能となる。しかし、狭い間隔で多重化した波長多重光信号の分波及び合波には、光導波路等を用いた精密な光回路が必要となり、非常に高価な構成となって実用的でない問題がある。
【００２５】
本発明は、光ファイバ伝送路の１次分散及び２次分散を簡単な構成で補償し、光信号の長距離伝送を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の光伝送システムは、光ファイバ伝送路と、光増幅器と、前記光ファイバ伝送路の１次分散と逆符号の１次分散を有する第１の分散補償器と、前記光ファイバ伝送路の２次分散と逆符号の２次分散を有し、前記光ファイバ伝送路及び前記第１の分散補償器の１次分散及び２次分散を補償する第２の分散補償器とを縦続接続した構成を備えている。
【００２７】
又前記光ファイバ伝送路の信号波長帯域内若しくはその近傍の異なる波長λ１，λ２に対して予め設定した残留分散値Ｄ１，Ｄ２と、前記第１，第２の分散補償器の累積分散値及び２次分散値とについて、
（設計波長での伝送路累積分散値）＋（設計波長での第１分散補償器の累積分散値）＋（設計波長での第２分散補償器の累積分散値）≒Ｄ１
（伝送路の２次分散値×伝送路長）＋（第１分散補償器の２次分散値）＋（第２分散補償器の２次分散値）≒Ｄ２／（λ１−λ２）
の条件を満足するように、前記第１，第２の分散補償器の累積分散値及び２次分散値を設定するものである。
【００２８】
又前記第１，第２の分散補償器を光ファイバにより構成した第１，第２の分散補償ファイバとし、該第１，第２の分散補償ファイバの長さをＬ１ｓｔＤＣＦ，Ｌ２ｎｄＤＣＦ、前記光ファイバ伝送路の長さをＬＴｒａｎｓ、該光ファイバ伝送路の２次分散値をＳＴｒａｎｓ、前記第１分散補償ファイバの２次分散値をＳ１ｓｔＤＣＦ、前記第２分散補償ファイバの２次分散値をＳ２ｎｄＤＣＦ、前記光フイァバ伝送路の１次分散値をＤＴｒａｎｓ、前記第１，第２の分散補償ファイバの１次分散値をＤ１ｓｔＤＣＦ、Ｄ２ｎｄＤＣＦ、波長λ１での残留分散値をＤ１、波長λ２での残留分散値をＤ２、波長λ１と波長λ２との差分の波長帯域をＢＷＤＭ、全長をＬＴＯＴＡＬとして、
ＬＴｒａｎｓ＋Ｌ１ｓｔＤＣＦ＋Ｌ２ｎｄＤＣＦ＝ＬＴＯＴＡＬ
（ＤＴｒａｎｓ×ＬＴｒａｎｓ）＋（Ｄ１ｓｔＤＣＦ×Ｌ１ｓｔＤＣＦ）＋（Ｄ２ｎｄＤＣＦ×Ｌ２ｎｄＤＣＦ）≒Ｄ１
ＢＷＤＭ〔（ＳＴｒａｎｓ×ＬＴｒａｎｓ）＋（Ｓ１ｓｔＤＣＦ×Ｌ１ｓｔＤＣＦ）＋（Ｓ２ｎｄＤＣＦ×Ｌ２ｎｄＤＣＦ）〕≒Ｄ２
の条件を満足するように、前記第１，第２の分散補償ファイバの長さＬ１ｓｔＤＣＦ，Ｌ２ｎｄＤＣＦと、１次分散値Ｄ１ｓｔＤＣＦ、Ｄ２ｎｄＤＣＦと、２次分散値Ｄ１ｓｔＤＣＦ、Ｄ２ｎｄＤＣＦとを設定するものである。
【００２９】
又前記光ファイバ伝送路は、信号波長帯域内に於いて分散値の符号が負の分散シフトファイバにより構成することができる。
【００３０】
又分散値の符号が負の前記光ファイバ伝送路と、複数の波長を多重化した光信号の前記光ファイバ伝送路及び前記第１，第２の分散補償器による累積分散値が、正の符号とならないように、長さ及び分散値を設定することができる。
【発明の効果】
【００３１】
光ファイバ伝送路１に於いて生じる１次分散及び２次分散を分散補償器２によって補償することにより、広帯域にわたる波長分散を補償して、高速，大容量の光通信を可能とすることができる利点がある。又分散補償器２を、光ファイバ伝送路の１次分散を主として補償する第１分散補償器３と、光ファイバ伝送路１の２次分散を主として補償する第２分散補償器４とを用いることにより、第１，第２の分散補償器３，４の製造が比較的容易な光ファイバによって構成することができる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の光伝送システムは、図１を参照すると、光ファイバ伝送路１と、光増幅器５と、光ファイバ伝送路１の１次分散と逆符号の１次分散を有する第１の分散補償器３と、光ファイバ伝送路１の２次分散と逆符号の２次分散を有し、光ファイバ伝送路１及び第１の分散補償器３の１次分散及び２次分散を補償する第２の分散補償器４とを縦続接続した構成を備えている。
【実施例１】
【００３３】
図１は本発明の実施例１の説明図であり、１は光ファイバ伝送路、２は分散補償器、３第１分散補償器、４は第２分散補償器、５は光増幅器、６は送信部、７は受信部である。この光増幅器５は、前述のように、エルビウム添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）とすることができる。又光ファイバ伝送路１は、例えば、ＤＳＦ（分散シフトファイバ）とし、又第１，第２の分散補償器３，４は、ＳＭＦ（零分散シングルモードファイバ）とすることができる。
【００３４】
伝送距離が、例えば、９，０００ｋｍ程度の光伝送システムに於いて、ＤＳＦを光ファイバ伝送路１とする場合、信号光と光増幅器５で発生する自然放出光雑音との四光波混合による伝送特性の劣化を抑圧する為に、正常分散領域（分散値が負）で伝送することが望ましいものであり、このことは、前述の非特許文献１にも示されている。特に波長多重伝送を行う場合は、信号間同志の四光波混合の影響を回避する為に、分散値を−１〜−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の大きい値に設定することが必要である。このことについて、ＤＳＦを光ファイバ伝送路１として使用する場合、信号光と光増幅器５で発生する自然放出光雑音との四光波混合の影響を回避する為に、分散値を−１〜−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の値に設定することが必要であることが提案されている（例えば、Ｒ．Ｗ．Ｔｋａｃｈ  ｅｔ  ａｌ．ＥＣＯＣ’９４  ＰＤ，ｐ４５−４９，１９９４，参照）。
【００３５】
従って、ＤＳＦを用いた光ファイバ伝送路１の分散を補償する為には、分散の符号が正で絶対値の大きい分散補償器２が必要となる。この分散補償器２を光ファイバにより構成した場合、ＳＭＦを用いることができる。このＳＭＦは低損失で比較的安価であり、１．５５μｍ帯では＋１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の大きさの１次分散値を有するものである。従って、光ファイバ伝送路１の１次分散値を−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとすると、ＳＭＦはこの１０倍程度の分散値を有するから、伝送距離の１／１０程度の長さを分散補償器として付加するか、又伝送路の一部として敷設することにより、光ファイバ伝送路１の１次分散値を補償することができる。この場合、前述のように９，０００ｋｍ程度の伝送距離の場合、約１，０００ｋｍをＳＭＦに置き換えて、残りの約８，０００ｋｍを光ファイバ伝送路１とすれば良いことになる。
【００３６】
なお、分散値の符号が正で絶対値が大きい光ファイバを使用すれば、原理上は分散補償ファイバの長さを短縮できるが、光ファイバの材料である石英の有する分散特性と導波路構造に起因する分散特性とを考慮すると、分散値の絶対値を大きくするには限度がある。又分散値を大きくすると、シングルモードで伝播しなくなる問題が生じる。
【００３７】
又光ファイバ伝送路１としてのＤＳＦと、分散補償器２としてのＳＭＦとは、通常は２次分散値（以下分散スロープと２次分散値とを同一の意味に使用し、単に分散値とした場合は１次分散値を示す）は、０．０６〜０．０８ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ程度の値を有するものである。従って、２次分散補償の為の分散補償器は、光ファイバ伝送路１としてのＤＳＦの２次分散と符号が逆であると共に、絶対値の大きい特性を有する必要がある。又その場合の１次分散値の符号は、１次分散補償を補助することからみて、正の符号であることが望ましい。
【００３８】
前述のように、ＤＳＦを光ファイバ伝送路１とし、９，０００ｋｍの伝送距離の場合に於ける１次分散と２次分散とを１００％補償する為には、第１，第２の分散補償器３，４を構成する第１分散補償ファイバと、第２分散補償ファイバと、それらの分散値及び分散スロープにより、
（ＤＳＦ伝送路長＋ＳＭＦ長＋第２分散補償ファイバ長）＝９０００ｋｍ
…（１）
（ＤＳＦ分散値×ＤＳＦ伝送路長）＋（ＳＭＦ分散値×ＳＭＦ長）＋（２次分    散補償ファイバの分散値×第２分散補償ファイバ長）＝０                    …（２）
（ＤＳＦ分散スロープ×ＤＳＦ伝送路長）＋（ＳＭＦ分散スロープ×ＳＭＦ長    ）＋（第２分散補償ファイバの分散スロープ×第２分散補償ファイバ長）
＝０                                                            …（３）
の条件を満足させるものである。
【００３９】
前記（１）式は伝送路長に対する条件、（２）式は１次分散補償に対する条件、（３）式は２次分散補償に対する条件を示す。このうち、ＤＳＦの分散値と分散スロープと、ＳＭＦの分散スロープとは既知であるから、第２分散補償ファイバの分散値と分散スロープとを定めると、（１）〜（３）式からＤＳＦ伝送路長と、第１分散補償ファイバ長、即ち、ＳＭＦ伝送路長と、第２分散補償ファイバ長とを求めることができる。
【００４０】
分散補償器２を光ファイバにより構成した場合の一般式は、次のように表される。
ＬＴｒａｎｓ＋Ｌ１ｓｔＤＣＦ＋Ｌ２ｎｄＤＣＦ＝ＬＴＯＴＡＬ                      …（４）
（ＤＴｒａｎｓ×ＬＴｒａｎｓ）＋（Ｄ１ｓｔＤＣＦ×Ｌ１ｓｔＤＣＦ）＋（Ｄ２ｎｄＤＣＦ×Ｌ２ｎｄＤＣＦ）  ＝Ｄ１                                                          …（５）
ＢＷＤＭ〔（ＳＴｒａｎｓ×ＬＴｒａｎｓ）＋（Ｓ１ｓｔＤＣＦ×Ｌ１ｓｔＤＣＦ）＋（Ｓ２ｎｄＤＣＦ×Ｌ２ｎｄＤＣＦ）〕＝Ｄ２                                                    …（６）
【００４１】
但し、第１，第２の分散補償ファイバの長さをＬ１ｓｔＤＣＦ，Ｌ２ｎｄＤＣＦ、光ファイバ伝送路１の長さをＬＴｒａｎｓ、この光ファイバ伝送路１の２次分散値をＳＴｒａｎｓ、第１分散補償ファイバの２次分散値をＳ１ｓｔＤＣＦ、第２分散補償ファイバの２次分散値をＳ２ｎｄＤＣＦ、光フイァバ伝送路１の１次分散値をＤＴｒａｎｓ、第１，第２の分散補償ファイバの１次分散値をＤ１ｓｔＤＣＦ、Ｄ２ｎｄＤＣＦ、波長λ１での残留分散値をＤ１、波長λ２での残留分散値をＤ２、波長λ１と波長λ２との差分の波長帯域をＢＷＤＭ、全長をＬＴＯＴＡＬとした場合を示す。
【００４２】
設計波長をλ１とすると、波長帯域ＢＷＤＭだけ離れた波長λ２に於ける残留分散値Ｄ２と、設計波長λ１に於ける残留分散値Ｄ１とを零として、前述の（４）〜（６）式からなる連立方程式を解くことにより、伝送路長ＬＴｒａｎｓと、第１分散補償ファイバ長Ｌ１ｓｔＤＣＦと、第２分散補償ファイバ長Ｌ２ｎｄＤＣＦとを求めることができる。但し、送信部６に於ける変調器で生じるプリチャープ（強度変調と同時に発生する位相変調成分）の大きさや、非線形効果による波形チャープの大きさ及び受信部７の帯域等によって、残留分散値Ｄ１，Ｄ２は零でない方が良い場合もある。その場合は、これらのパラメータに依存して前述のＤ１，Ｄ２が最適な値に選定される。
【００４３】
又分散補償器２としては、光ファイバを用いて構成する以外に、各種の構成を適用できるものであり、その場合の一般化した式を下記に示す。
（設計波長での伝送路累積分散値）＋（設計波長での第１分散補償器の累積分散値）
＋（設計波長での第２分散補償器の累積分散値）≒Ｄ１（波長λ１の残留分散値）                                                                      …（７）
（伝送路の２次分散値×伝送路長）＋（第１分散補償器の２次分散値）
＋（第２分散補償器の２次分散値）
≒Ｄ２（波長λ２の残留分散値）／（λ１−λ２）                  …（８）
【００４４】
波長λ１，λ２は、波長多重信号の帯域内若しくは帯域近傍の波長であり、二つの波長λ１，λ２に対する所望の残留分散値Ｄ１，Ｄ２と、伝送路の累積分散値と分散スロープ（２次分散値）とが与えられ、第１，第２の分散補償器３，４の分散スロープを仮定すると、第１，第２の分散補償器３，４に必要な累積分散値を求めることができる。そして、累積分散値を適当な中継間隔毎に配分して、最適な累積分散値となる伝送距離毎に補償することになる。
【００４５】
図２は本発明の実施例の分散特性説明図であり、光ファイバ伝送路１を分散シフトファイバ（ＤＳＦ）により構成し、第１分散補償器３をシングルモードファイバ（ＳＭＦ）により構成し、第２分散補償器４を分散補償ファイバ（ＤＣＦ）により構成した場合に於いて、分散シフトファイバ（ＤＳＦ）長とシングルモードファイバ（ＳＭＦ）長と分散補償ファイバ（ＤＣＦ）長とを縦軸〔ｋｍ〕に、又分散補償ファイバ（ＤＣＦ）の２次分散値〔ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ〕を横軸として示す。
【００４６】
又ＤＳＦの分散値Ｄ＝−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ＝０．０８ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ、又ＳＭＦの分散値Ｄ＝＋１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ＝０．０８ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ、又ＤＣＦの分散値Ｄ＝＋１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとした場合に、ＤＣＦの分散スロープ（２次分散値）を−０．５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ程度の値とすると、ＤＳＦ長７，０４５ｋｍ、ＳＭＦ長７１５ｋｍ、ＤＣＦ長１，２４０ｋｍとすることによって、１次分散と２次分散とを補償することができる。又前述のように、累積分散値が、例えば、−５００ｐｓ／ｎｍ程度となるように、数１００ｋｍ毎に分割して前述の分散補償を行えば良いことになる。
【００４７】
図３は本発明の実施例の分散補償説明図であり、伝送距離５，０００ｋｍの光伝送システムに於いて、１，０００ｋｍ間隔で１次分散及び２次分散の補償を行った場合を示す。又１区間のＤＳＦ長は７９５．６ｋｍ、１次分散値は−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、２次分散値は＋０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ、１次分散補償ファイバ（第１分散補償器３）としてのＳＭＦの長さは８１．６ｋｍ、１次分散値は＋１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、２次分散値は＋０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ、２次分散補償ファイバ（第２分散補償器４）の長さは１２２．８ｋｍ、１次分散値は＋１．０ｐｓ／ｎｓ／ｋｍ、２次分散値は−０．５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍとした。
【００４８】
設計波長（Δλ＝０ｎｍ）では、点線で示すように、正確に分散補償が行われることになり、又設計波長（Δλ＝０ｎｍ）から５ｎｍ短い波長側に離れた波長（Δλ＝５ｎｍ）及び設計波長（Δλ＝０ｎｍ）から５ｎｍ長い波長側に離れた波長（Δλ＝−５ｎｍ）でも、実線で示すように、１，０００ｋｍ毎に正確に分散補償が行われた。即ち、１次分散と２次分散とを同時に補償することにより、広い波長帯域にわたり分散補償を行うことができる。
【００４９】
又信号光と光増幅器による自然放出光雑音との間の四光波混合によって伝送特性が劣化する場合があるが、この伝送特性の劣化を軽減させる為に、総ての信号波長に対して伝送路１及び第１，第２の分散補償器３，４の累積分散値を負に設定することが望ましい。この場合、設計波長（Δλ＝０ｎｍ）から短い波長側で使用することが望ましい。
【００５０】
図４は本発明の実施例の波長多重光伝送システムの説明図であり、陸上伝送に適用した場合を示し、１１１〜１１ｎは電光変換器（Ｅ／Ｏ）、１２は合波器、１３は光ファイバ伝送路を構成する分散シフトファイバ（ＤＳＦ）、１４は光中継器、１５はプリアンプ、１６はエルビウム添加光ファイバ増幅器等の光増幅器、１７は第１分散補償器を構成するシングルモードファイバ（ＳＭＦ）、１８は第２分散補償器を構成する分散補償ファイバ（ＤＣＦ）、１９は合波器、２０１〜２０ｎは光電変換器（Ｏ／Ｅ）を示す。
【００５１】
光中継器１４の間隔は例えば８０ｋｍ程度を想定しており、光ファイバ伝送路１３を構成するＤＳＦの１次分散値を−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとし、第１，第２の分散補償器を構成するＳＭＦ１７及びＤＣＦ１８を、光中継器１４及びプリアンプ１５内に光増幅器１６と共に内蔵させた場合を示す。従って、この構成の場合は、既設の光ファイバ伝送路の光中継器１４内に第１，第２の分散補償器を設けることができる。又光中継器１４又はプリアンプ１５に於いて、前段の光増幅器１６により増幅してＳＭＦ１７，ＤＣＦ１８に入力して分散補償を行い、後段の光増幅器１６により増幅して光ファイバ伝送路１３のＤＳＦに光信号を送出して、安定な分散補償を行わせることができる。
【００５２】
図５は本発明の実施例の波長多重光伝送システムに於ける２次分散値と長さとの関係説明図であり、図４に示すように、ＤＳＦを光ファイバ伝送路１３とし、その１次分散値を前述のように、−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、２次分散値（分散スロープ）を０．０８ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ、又第１分散補償器３（図１参照）としてのＳＭＦ１７の１次分散値を＋１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、２次分散値（分散スロープ）を０．０８ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ、又第２分散補償器４（図１参照）としてのＤＣＦ１８の１次分散値を＋１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとした場合を示し、第２分散補償器４としてのＤＣＦ１８の２次分散値（分散スロープ）が−０．５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ程度の値とすると、ＳＭＦ長は８．１ｋｍ、ＤＣＦ長は１４ｋｍ程度の長さとすることにより、１次分散と２次分散とを共に補償することができる。
【００５３】
図６は分散値の波長依存性の説明図であり、前述のように、光ファイバ伝送路１３としてのＤＳＦの長さＬ＝８０ｋｍ、第１分散補償器としてのＳＭＦ１７の長さＬ＝８．１ｋｍ、第２分散補償器としてのＤＣＦ１８の長さＬ＝１４．１ｋｍとし、ＤＳＦ１３とＳＭＦ１７との分散スロープ（２次分散値）がそれぞれ同一符号の０．０８ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍとし、ＤＳＦ１３とＳＭＦ１７とが実線で示す特性を有する場合に、それらを組合せると、ＤＳＦ＋ＳＭＦの点線で示すように、波長の一点、例えば、１５６３ｎｍ近傍に於いて分散値を零とすることができる。
【００５４】
しかし、他の波長に於いては分散値を零となるように補償することができないものである。そこで、第２分散補償器としてのＤＣＦ１８の分散スロープ（２次分散値）を、ＤＳＦ１３とＳＭＦ１７との符号と逆の分散スロープ（２次分散値）の例えば点線で示す特性の−０．５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍとする。それによって、ＤＳＦ＋ＳＭＦ＋ＤＣＦの一点鎖線で示すように、総ての波長帯域にわたって分散値を零とすることができる。
【００５５】
前述の各実施例に於いては、光ファイバ伝送路の分散を１００％補償することを前提として説明しているが、波長多重に於ける波長数，送信部に於ける波長チャープ，光ファイバ中の非線形効果による波長チャープ，受信部の特性等に応じて、最適な分散補償量が異なることがある（例えば、Ｇ．Ｉｓｈｉｋａｗａ  ｅｔ  ａｌ．“１０−Ｇｂ／ｓ  Ｒｅｐｅａｔｅｒｌｅｓｓ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ・・・”ＩＥＩＣＥ  ＴＲＡＮＳ．ＥＬＥＣＴＲＯＮ，Ｖｏｌ．Ｅ７８−Ｃ，Ｎｏ．１，Ｊａｎ．参照）。即ち、前述の（５）〜（８）式に於ける残留分散値Ｄ１，Ｄ２を最適な値に選定する必要がある。
【００５６】
又前述のＤＣＦのように、２次分散補償ファイバは、例えば、１５５０ｎｍ帯で、ＳＭＦやＤＳＦの２次分散と符号が逆で絶対値が大きい２次分散値とすることが望ましい。一般に、シングルモードで伝播する光ファイバの総分散は、材料分散と構造分散との和となるもので、このうちの材料分散は、光ファイバの材料である石英によってほぼ決まり、屈折率を制御するドーパントの種類や濃度には殆ど影響されないものである。これに対して、構造分散は、光ファイバの屈折率分布を変化させることにより、ある程度制御することができる。
【００５７】
従って、第２分散補償器４（図１参照）として、例えば、Ｗ型又は四重クラッド型と称される光ファイバを適用することができる（Ｗ型又は四重クラッド型構造の光ファイバについては、例えば、Ｂ．Ｊ．Ａｉｎｓｌｉｅ  ｅｔ  ａｌ．“Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒｓ  ｗｉｔｈ  Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ”ＪＯＬＴ．，Ｖｏｌ．ＬＴ−４，Ｎｏ．８，ｐ９６７−９７９，１９８６，参照）。
【００５８】
図７は、Ｗ型構造の分散特性説明図であり、基準値に対する屈折率差Δｎ１（０．００６）及びΔｎ２（−０．００８）を一定とし、半径ａ１，ａ２の比率をパラメータとして、波長〔μｍ〕と分散値〔ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ〕との関係を示す。例えば、ａ２／ａ１＝１とすると、１．３５μｍ（１３５０ｎｍ）近傍に於いて分散値が零となり、分散スロープ（２次分散値）は負の小さい値となる。又ａ２／ａ１＝１．９１とすると、１５５０ｎｍに於いて１次分散値がほぼ零で、分散スロープ（２次分散値）が大きな正の値の光ファイバが得られる。この時の分散スロープ（２次分散値）は、約−０．５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍとなる。
【００５９】
図８は四重クラッド型構造の分散特性説明図であり、半径ａ１〜ａ４の領域の基準値に対する屈折率差Δｎ１〜Δｎ４について、コアの半径ａ１をパラメーターとして、波長〔μｍ〕に対する分散値〔ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ〕を示す。この場合、コアの半径ａ１を変化させた時に、１．３μｍ帯で分散値が零となると共に、それより長波長側では、半径ａ１を大きくするに従って、分散値が零となる波長が長くなる。そして、分散スロープ（２次分散値）が前述のＤＳＦやＳＭＦとは逆の符号となる。この場合の１．５μｍ帯に於ける分散スロープ（２次分散値）は、約−０．２５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであった。
【００６０】
前述のように、光ファイバ伝送路としての例えばＤＳＦの累積分散値を補償する１次分散値を有し、且つ分散スロープ（２次分散値）が大きく且つ符号が逆のＷ型構造又は四重クラッド型構造の分散補償ファイバ等を、分散補償器として用いることにより、光ファイバ伝送路の１次分散及び２次分散を補償して、超長距離の波長多重伝送を可能とすることができる。その場合、前述のように、残留分散値Ｄ１，Ｄ２を最適化するように、分散補償ファイバの１次分散値と２次分散値と長さとを選定することになる。
【００６１】
又前述のＷ型構造の光ファイバ及び四重クラッド型構造の光ファイバは、例えば、１３００ｎｍ帯〜１５５０ｎｍ帯の広い帯域にわたって分散値をほぼ零とする為に開発されたものであるが、損失が０．３〜０．４ｄＢ／ｋｍ程度と大きいことと、構造パラメータの変動により分散値が敏感に変化することとによって、同一条件で製造しても、分散値が大きく変動する可能性がある。
【００６２】
そこで、前述のように、光ファイバ伝送路１の１次分散値及び２次分散値を、第１分散補償器３により、主として１次分散値を補償し、第２分散補償器４により、主として２次分散値を補償することにより、再現性の優れた分散補償を可能とするものである。その場合、１次分散値と２次分散値とが大きい分散補償ファイバを用いることにより、相対的に分散補償ファイバの長さを短くすることができるから、損失の増加も僅かで済むことになる。又２次分散補償用の光ファイバは、分散スロープ（２次分散値）が大きいことが重要で、その１次分散値の絶対値は余り重要ではない。従って、１次分散補償用の光ファイバとは別個に設計，製造することにより、それぞれ所望の特性の分散補償ファイバを容易に実現できる。
【００６３】
図９は本発明の実施例の分散値と長さとの関係説明図であり、全長ＬＴＯＴＡＬ＝９０００ｋｍの伝送路に於いて、光ファイバ伝送路として、１次分散値Ｄ＝−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ（２次分散値）＝０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍのＤＳＦに対して、第１分散補償器として、１次分散値Ｄ＝＋１８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ（２次分散値）＝０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍのＳＭＧを用い、又第２分散補償器として、分散スロープ（２次分散値）＝−０．５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍのＤＣＦを用いて分散補償する場合、ＳＭＦとＤＣＦとの長さを、ＤＣＦの１次分散値の関数として求めた結果を示す。
【００６４】
伝送路全体の分散値は、総分散量の大きいＤＳＦとＳＭＦとにより決定され、２次分散補償用のＤＣＦの分散値の絶対値には殆ど影響しないことが判る。又２次分散補償用のＤＣＦの分散値が製造上大きくばらついても、その分散値は、１次分散補償用のＳＭＦの分散値を調節することにより、容易に所望の値に調整することができる。
【００６５】
本発明は前述の各実施例にのみ限定されるものではなく、例えば、光ファイバ伝送路の２次分散が伝送容量や伝送距離を制限している時分割多重伝送方式や、位相共役を用いた方式等に対しても適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施例の説明図である。
【図２】本発明の実施例の分散特性説明図である。
【図３】本発明の実施例の分散補償説明図である。
【図４】本発明の実施例の波長多重光伝送システムの説明図である。
【図５】本発明の実施例の波長多重光伝送システムに於ける２次分散値と長さとの関係説明図である。
【図６】分散値の波長依存性の説明図である。
【図７】Ｗ型構造の分散特性説明図である。
【図８】四重クラッド型構造の分散特性説明図である。
【図９】本発明の実施例の分散値と長さとの関係説明図である。
【図１０】従来例の波長分散管理の説明図である。
【図１１】伝送距離と分散補償器間隔との関係説明図である。
【図１２】分散特性説明図である。
【図１３】従来例の分散補償説明図である。
【図１４】従来例の分散補償手段の説明図である。
【図１５】従来例の分散補償手段の説明図である。
【図１６】従来例の過剰補償による分散補償説明図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  光ファイバ伝送路
２  分散補償器
３  第１分散補償器
４  第２分散補償器
５  光増幅器
６  送信部
７  受信部
【図１】
2006014360.tif 000003
【図２】
2006014360.tif 000004
【図３】
2006014360.tif 000005
【図４】
2006014360.tif 000006
【図５】
2006014360.tif 000007
【図６】
2006014360.tif 000008
【図７】
2006014360.tif 000009
【図８】
2006014360.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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