(57)【要約】【課題】分布ラマン増幅用の励起光パワー増大を抑制しつつＯＳＮＲを改善することができる光通信システムを提供する。【解決手段】光通信システム１では、光ファイバ１０が送信局（または中継局）２０と受信局（または中継局）３０との間の伝送区間に布設されていて、この光ファイバ１０により送信局２０から受信局３０へ光信号を伝送する。通信システム１では、受信局３０に設けられた励起光源３１から出力されたラマン増幅用の励起光が光カプラ３２を経て光ファイバ１０に供給されて、光ファイバ１０において光信号を分布ラマン増幅する。波長１５５０ｎｍにおける光ファイバ１０の伝送損失および実効断面積は所定の関係を満たす。【選択図】図１
2011039109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送区間に布設された光ファイバにより光信号を伝送するとともに、前記光ファイバにおいて前記光信号を分布ラマン増幅する光通信システムであって、
波長１５５０ｎｍにおける前記光ファイバの伝送損失α（ｄＢ／ｋｍ）および実効断面積Ａeff（μｍ２）が以下の関係：
【数１】
2011039109.tif 000006
を満たすことを特徴とする光通信システム。
【請求項２】
前記光ファイバは、中心コアと、この中心コアを取り囲み前記中心コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドとを含み、
前記光ファイバの前記中心コアは、純シリカガラス、または、２０００molppm未満のＣｌ、２０００molppm以上１００００molppm以下のＦ、１molppm以上１００００molppm以下のＡ２Ｏ（Ａはアルカリ元素）を含むシリカガラスである
ことを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
【請求項３】
前記光ファイバは、中心コアと、この中心コアを取り囲み前記中心コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドとを含み、
前記光ファイバの前記中心コアは、純シリカガラスに１mol％以上１０mol％以下のＰ２Ｏ５が添加されたシリカガラスである
ことを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
【請求項４】
前記光ファイバは、中心コアと、この中心コアを取り囲む第１クラッドと、この第１クラッドを取り囲む第２クラッドと、この第２クラッドを取り囲む第３クラッドとを含み、前記中心コアの屈折率が最も高く、前記第２クラッドの屈折率が最も低い
ことを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
【請求項５】
前記光ファイバの前記第２クラッドは、前記第１クラッドおよび前記第３クラッドそれぞれにおけるＦ元素添加量より多くのＦ元素が添加されたシリカガラス、または、ファイバ軸方向に延在する複数の空孔が形成されたシリカガラスである
ことを特徴とする請求項４に記載の光通信システム。
【請求項６】
４値以上の多値変調で光信号を伝送することを特徴とする請求項１に記載の光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝送区間に布設された光ファイバにより光信号を伝送する光通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
伝送区間に布設された光ファイバにより光信号を伝送する光通信システムにおいて、伝送区間を長くして中継局の個数を削減するとともに大容量の情報を伝送するために、光ＳＮ比（ＯＳＮＲ）が大きいことが望ましく、その為には、光ファイバの伝送損失が小さいことが望ましく、また、光ファイバの実効断面積が大きいことが望ましい。
【０００３】
非特許文献１には、波長１５５０ｎｍにおける平均損失が０.１６９ｄＢ／ｋｍである長さ６６２ｋｍのコーニング社製光ファイバＳＭＦ-２８ＵＬＬを使用して、８ＰＳＫ変調による１１４Ｇｂｐｓ×１６１波長、総伝送容量１７Ｔｂｐｓの伝送実験結果が示されている。
【０００４】
非特許文献２には、コーニング社製光ファイバＳＭＦ-２８ＵＬＬの波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド径の中心値が１０.７μｍである旨が記載されている。ガウス型界分布を仮定すると、この光ファイバＳＭＦ-２８ＵＬＬの実効断面積は９０μｍ２である。
【０００５】
非特許文献３には、損失が０.１８４ｄＢ／ｋｍであって実効断面積が１２０μｍ２である光ファイバを使用して、ＢＰＳＫ変調による４０Ｇｂｐｓ×８１波長、総伝送容量３.２Ｔｂｐｓの伝送を、ファイバ長６４０ｋｍのループを１８周回させて伝送距離１１５２０ｋｍで実現させた実験結果が示されている。
【０００６】
非特許文献４には、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１５ｄＢ／ｋｍであって実効断面積が１１８μｍ２である光ファイバが示されている。
【０００７】
また、特許文献１には、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１６ｄＢ／ｋｍであって実効断面積が２０８μｍ２である光ファイバが示されている。
【０００８】
また、光伝送システムにおいて、伝送区間に布設された光ファイバを光信号が伝搬する間に該光信号が被る損失を補償するため、該光信号は光増幅器により増幅される。光増幅器の雑音指数（ＮＦ）の観点から、伝送区間に敷設された光ファイバにおいて該光信号を分布ラマン増幅することが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２７９５１５号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Jianjun Yu, et al, ECOC 2009, Th3.E2
【非特許文献２】コーニング社製光ファイバＳＭＦ-２８ＵＬＬカタログ（2008.8版）
【非特許文献３】G. Charlet, et al, ECOC 2008, Th3E3
【非特許文献４】K. Nagayama, et al, Electronics Letters 26th Sep. 2002, Vol.38, No.20
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一般に、光ファイバの実効断面積を大きくすると、光ファイバへの入力パワーを増大させることが可能となり、ＯＳＮＲが改善されるものの、分布ラマン増幅用の励起光パワーが増大する。本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、分布ラマン増幅用の励起光パワー増大を抑制しつつＯＳＮＲを改善することができる光通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る光通信システムは、伝送区間に布設された光ファイバにより光信号を伝送するとともに、光ファイバにおいて光信号を分布ラマン増幅する光通信システムであって、波長１５５０ｎｍにおける光ファイバの伝送損失α（ｄＢ／ｋｍ）および実効断面積Ａeff（μｍ２）が以下の関係を満たすことを特徴とする。
【００１３】
【数１】
2011039109.tif 000003
【００１４】
本発明に係る光通信システムでは、光ファイバは、中心コアと、この中心コアを取り囲み中心コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドとを含み、光ファイバの中心コアは、純シリカガラス、または、２０００molppm未満のＣｌ、２０００molppm以上１００００molppm以下のＦ、１molppm以上１００００molppm以下のＡ２Ｏ（Ａはアルカリ元素）を含むシリカガラスであるのが好適である。ここで、純シリカガラスには、製造時の脱水過程において添加される２０００molppm以上２００００molppm以下のＣｌを含む。Ａ２Ｏのアルカリ元素としては、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓが好適である。
【００１５】
本発明に係る光通信システムでは、光ファイバは、中心コアと、この中心コアを取り囲む第１クラッドと、この第１クラッドを取り囲む第２クラッドと、この第２クラッドを取り囲む第３クラッドとを含み、中心コアの屈折率が最も高く、第２クラッドの屈折率が最も低いのが好適である。また、光ファイバの第２クラッドは、第１クラッドおよび第３クラッドそれぞれにおけるＦ元素添加量より多くのＦ元素が添加されたシリカガラス、または、ファイバ軸方向に延在する複数の空孔が形成されたシリカガラスであるのが好適である。
【００１６】
また、本発明に係る光通信システムは、４値以上の多値変調（例えばＱＰＳＫや１６-ＱＡＭ等）で光信号を伝送するのが好適である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る光通信システムは、分布ラマン増幅用の励起光パワー増大を抑制しつつ、ＯＳＮＲを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る光通信システム１の構成を示す図である。
【図２】波長１５５０ｎｍにおける光ファイバの伝送損失，実効断面積およびＯＳＮＲの間の関係を示す図である。
【図３】波長１５５０ｎｍにおける光ファイバの伝送損失，実効断面積およびラマン増幅用励起光パワーの間の関係を示す図である。
【図４】光ファイバの断面（同図（ａ））および屈折率プロファイル（同図（ｂ））を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る光通信システム１の構成を示す図である。本実施形態に係る光通信システム１では、光ファイバ１０が送信局（または中継局）２０と受信局（または中継局）３０との間の伝送区間に布設されていて、この光ファイバ１０により送信局２０から受信局３０へ光信号を伝送する。また、この光通信システム１では、受信局３０に設けられた励起光源３１から出力されたラマン増幅用の励起光が光カプラ３２を経て光ファイバ１０に供給されて、光ファイバ１０において光信号を分布ラマン増幅する。また、この光通信システム１は、４値以上の多値変調で光信号を伝送する。
【００２１】
一般に、このような光通信システム１において、伝送区間に敷設された光ファイバ１０として種々の特性の物が用いられ得る。例えば、非特許文献１〜５や特許文献１に記載された光ファイバの他、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.２０ｄＢ／ｋｍであって実効断面積が５０μｍ２である分散シフト光ファイバ、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１９ｄＢ／ｋｍであって実効断面積が８０μｍ２であるシングルモード光ファイバ、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１６ｄＢ／ｋｍであって実効断面積が１１０μｍ２である純シリカ中心コア光ファイバ、等が光ファイバ１０として用いられ得る。以下では、上記の分散シフト光ファイバを比較例Ａとし、上記のシングルモード光ファイバを比較例Ｂとし、また、上記の純シリカ中心コア光ファイバを比較例Ｃとする。
【００２２】
図２は、波長１５５０ｎｍにおける光ファイバの伝送損失，実効断面積およびＯＳＮＲの間の関係を示す図である。この図は、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を縦軸とし実効断面積Ａeffを横軸とした平面におけるＯＳＮＲ改善量の分布を等高線で示す。ＯＳＮＲ改善量は、比較例Ａの光ファイバのＯＳＮＲを基準として、長さ８０ｋｍの伝送区間における伝送損失低減および自己位相変調の位相シフト量低減に基づくＯＳＮＲの改善量を表す。
【００２３】
図３は、波長１５５０ｎｍにおける光ファイバの伝送損失，実効断面積およびラマン増幅用励起光パワーの間の関係を示す図である。この図は、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を縦軸とし実効断面積Ａeffを横軸とした平面におけるラマン増幅用励起光パワーの分布を等高線で示す。ラマン増幅用励起光パワーは、長さ８０ｋｍの伝送区間における波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を相殺するだけのラマン増幅利得を得るために必要な波長１４５０ｎｍの励起光のパワーを表す。
【００２４】
これら図２および図３それぞれには、比較例Ａ〜Ｃの各光ファイバの位置が示されており、また、本実施形態に係る光通信システム１で用いられる光ファイバ１０の範囲も示されている。本実施形態における光ファイバ１０は、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失α（ｄＢ／ｋｍ）および実効断面積Ａeff（μｍ２）が以下の関係式を満たす。
【００２５】
【数２】
2011039109.tif 000004
【００２６】
このような光ファイバ１０が伝送区間に布設された光通信システム１は、比較例Ａ〜Ｃの各光ファイバを用いた場合と比較して、分布ラマン増幅用の励起光パワー増大を抑制しつつ（図３参照）、ＯＳＮＲを改善することができる（図２参照）。このような光ファイバ１０の実施例について以下に説明する。
【００２７】
第１実施例の光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１５ｄＢ／ｋｍであって実効断面積が１２０μｍ２である。例えば、この光ファイバは、中心コアと、この中心コアを取り囲み中心コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドとを含む。クラッドに対する中心コアの比屈折率差は０.２６％であり、中心コアの直径は１０.８μｍである。中心コアの仮想温度は１３００℃である。線引き時の冷却速度を制御し、中心コアのガラス構造緩和の進行を促進することで、この仮想温度を実現することができる。
【００２８】
図２から判るように、非特許文献１，３に記載された各光ファイバのＯＳＮＲ改善量は５ｄＢ弱であるのに対して、第１実施例の光ファイバのＯＳＮＲ改善量は、約７ｄＢであり、２ｄＢ以上の向上が実現できる。多段光増幅中継システムにおける受信端での波長１５５０ｎｍのＯＳＮＲは以下の式で表され、この式から明らかなように、２ｄＢのＯＳＮＲ向上は伝送距離を約１.６倍伸ばすことができる。ここで、Ｐinは波長チャネル当りの光ファイバ入力光パワーであり、ＮＦは光増幅器の雑音指数であり、Ｌspは伝送区間の損失であり、Ｎampは光増幅器の台数（＝中継区間数−１）である。
【００２９】
【数３】
2011039109.tif 000005
【００３０】
また、光増幅中継による光通信システムにおいては、分布ラマン増幅を用いることでシステム性能の向上が可能である。図３から判るように、非特許文献３に記載された光ファイバのラマン増幅用励起光パワーは、標準的なシングルモード光ファイバ（比較例Ｂの光ファイバ）と比較して１.５倍程度必要となるのに対して、第１実施例の光ファイバのラマン増幅用励起光パワーは比較例Ｂの光ファイバと同程度にすることが可能である。
【００３１】
第２実施例の光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１３ｄＢ／ｋｍであって実効断面積が１４０μｍ２である。例えば、この光ファイバは、中心コアと、この中心コアを取り囲み中心コアの屈折率より低い屈折率を有するクラッドとを含む。光ファイバの中心コアは、純シリカガラス、または、２０００molppm未満のＣｌ、２０００molppm以上１００００molppm以下のＦ、１molppm以上１００００molppm以下のＡ２Ｏ（Ａはアルカリ元素）を含むシリカガラスであるのが好適である。ここで、純シリカガラスには、製造時の脱水過程において添加される２０００molppm以上２００００molppm以下のＣｌを含む。Ａ２Ｏのアルカリ元素としては、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓが好適である。
【００３２】
或いは、例えば、第２実施例の光ファイバは、図４に断面（同図（ａ））および屈折率プロファイル（同図（ｂ））が示されるように、中心コア１１と、この中心コア１１を取り囲む第１クラッド１２と、この第１クラッド１２を取り囲む第２クラッド１３と、この第２クラッド１３を取り囲む第３クラッド１４とを含む。中心コア１１の屈折率が最も高く、第２クラッド１３の屈折率が最も低い。第２クラッド１３は、第１クラッド１２および第３クラッド１４それぞれにおけるＦ元素添加量より多くのＦ元素が添加されたシリカガラスである。または、第２クラッド１３は、ファイバ軸方向に延在する複数の空孔が形成されたシリカガラスであるのも好適である。第１クラッド１２および第３クラッド１４それぞれの屈折率は互いに等しく、これらの屈折率を基準として、中心コア１１の比屈折率差は０.２２％であり、第２クラッド１３の比屈折率差は−０.７５％である。中心コア１１の直径は１１.９μｍであり、第１クラッド１２の直径は２０.８μｍであり、第２クラッド１３の直径は３９.０μｍであり、第３クラッド１４の直径は１２５μｍである。
【００３３】
シリカガラスの粘性を低減し、ファイバ状態での中心コアの仮想温度を１０００度程度とすることで、伝送損失０.１３ｄＢ／ｋｍの実現が可能である。中心コアの仮想温度を１０００度とするには、シリカガラスに２０００molppm未満のＣｌ、２０００molppm以上１００００molppm以下のＦ、１molppm以上１００００molppm以下のＡ２Ｏ（Ａはアルカリ元素）を添加することで実現が可能である。ここで、純シリカガラスには、製造時の脱水過程において添加される２０００molppm〜２００００molppmのＣｌを含む。Ａ２Ｏのアルカリ元素としては、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓが好適である。また、中心コアの仮想温度を１０００度とするには、純シリカガラス、上記アルカリ添加シリカガラスを中心コアとするファイバを、線引時の冷却速度を制御しながら製造することで実現が可能である。
【００３４】
実効断面積を１４０μｍ２まで拡大する場合には、マクロベンド損失およびマイクロベンド損失の増大が懸念される。しかし、マクロベンドに対しては、図４に示されるような低屈折率の第２クラッド１３を設ける等の手段により、標準的なシングルモード光ファイバと同程度のレベルに抑えることが可能である。また、マイクロベンドに対しては、ファイバ被覆の改良等の手段により、標準的なシングルモード光ファイバと同程度のレベルに抑えることが可能である。
【００３５】
図２から判るように、第２実施例の光ファイバのＯＳＮＲ改善量は、約９ｄＢであって、非特許文献１，３に記載された各光ファイバと比較して４ｄＢ以上向上している。文献「水落、2008 年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会、BCI-1-12」の図２に記載されているとおり、４ｄＢのＯＳＮＲ向上は、誤り率を一定に保ったままＱＰＳＫから１６-ＱＡＭへの移行を可能とする。したがって、第２実施例の光ファイバが伝送区間に布設された本実施形態に係る光通信システム１は、非特許文献１，３に記載された光通信システムと比較して、二倍の伝送容量を実現することが可能となる。また、図３から判るように、ラマン増幅用励起光パワーは、標準的なシングルモード光ファイバと同等以下に抑えられている。
【符号の説明】
【００３６】
１…光通信システム、１０…光ファイバ、１１…中心コア、１２…第１クラッド、１３…第２クラッド、１４…第３クラッド、２０…送信局、３０…受信局。
【図１】
2011039109.tif 000007
【図２】
2011039109.tif 000008
【図３】
2011039109.tif 000009
【図４】
2011039109.tif 000010