(57)【要約】  送信端末及び／または受信端末において勾配補償を用いるＷＤＭ光伝送システム及び方法。このシステム及び方法は短パルス幅及び広光スペクトルをもつ変調フォーマットとともに用いることができる。
2008532435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長分割多重化光通信システムにおいて、
それぞれの光信号が随伴データで変調され、前記データに付随するビット時間の約４０％より短いパルス幅を有する、複数の光信号を提供するように構成された送信器、
受信器、
前記送信器を前記受信器に接続し、前記送信器から前記受信器に伝送される波長の範囲にわたる端端分散勾配を確立する、光ファイバ伝送路、及び
前記端端分散勾配の少なくとも一部分を補償するように構成され、前記送信器または前記受信器に配置された、少なくとも１つの分散勾配補償器、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記光信号の内の少なくとも１つが前記データに付随する前記ビット時間の約３１％より短いパルス幅を有す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】
前記送信器が、
前記光信号の内の少なくとも１つを発生するように構成された光信号源、
前記光信号源に接続され、データ変調周波数において前記光信号の内の前記少なくとも１つを前記データで変調するように構成されたデータ変調器、及び
前記光信号源に接続され、振幅変調周波数において前記光信号の内の前記少なくとも１つの強度の周期変調を与えるように構成された振幅変調器、
を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記データ変調器がＤＰＳＫ変調フォーマットを用いて前記光信号の内の前記少なくとも１つを前記データで変調するように構成されることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記システムが、前記光信号の内の前記少なくとも１つの強度の前記周期変調の深さを選択的に調節するための振幅調整器をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項６】
前記振幅変調器が約１００％に等しい強度変調深さにおいて前記周期変調を与えるように構成されることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記振幅変調周波数が前記データ変調周波数に等しいことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項８】
前記データ変調周波数が前記振幅変調器に接続されたクロックによって確立されることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項９】
前記振幅変調器が、規定された位相をもつ、前記光信号の内の前記少なくとも１つの強度の前記周期変調を与えるように構成されることを特徴とする請求項３に記載のシステム。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの分散補償器が前記受信器に配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記システムが前記受信器に配置された複数の前記分散補償器を備え、前記分散補償器のそれぞれは、少なくとも１つの付随波長帯域を受けて、前記付随波長帯域にわたり確立された前記端端分散勾配を補償するために接続されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記システムが前記送信器に配置された少なくとも１つの送信器分散補償器及び前記受信器に配置された少なくとも１つの受信器分散補償器を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記システムが前記伝送線路によって前記光信号の少なくとも１つに付加された色分散の量の少なくとも一部分を補償するように構成された少なくとも１つの色分散補償器を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの分散勾配補償器が第１，第２及び第３のポートを有する光サーキュレータを有し、前記第１のポートは前記光信号の内の少なくとも１つを受けるように構成され、前記第２のポートはファイバ回折格子に接続されて前記ファイバ回折格子から反射された前記光信号の内の前記少なくとも１つの少なくとも一部分を受けるように構成され、前記第３のポートは前記分散勾配補償器の出力として前記光信号の内の前記少なくとも１つの前記一部分を与えるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記システムが、前記第１のポートに接続され、前記伝送線路によって前記光信号の前記少なくとも１つに付加された色分散の量の少なくとも一部分を補償するように構成された色分散補償ファイバをさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
波長分割多重化光通信システムにおいて、
複数の光信号を提供するように構成された、前記光信号のそれぞれがＤＰＳＫフォーマットを用いて前記光信号のそれぞれを変調する随伴データを有し、前記データに付随するビット時間の約３１％より短いパルス幅を確立するために約１００％に等しい強度変調深さにおいて前記光信号のそれぞれにかけられた周期強度変調を有する、送信器であって、
前記光信号の内の少なくとも１つを発生するように構成された光信号源と、
前記光信号源に接続され、データ変調周波数において前記光信号の前記少なくとも１つを前記データで変調するように構成されたデータ変調器と、
前記光信号源に接続され、前記光信号の内の前記１つに前記周期強度変調をかけるように構成された振幅変調器と、
を有する送信器、
受信器、
前記送信器を前記受信器に接続し、前記送信器から前記受信器に伝送される波長の範囲にわたり端端分散勾配を確立する、光ファイバ伝送路、及び
前記端端分散勾配の少なくとも一部分を補償するように構成され、前記送信器または前記受信器に配置された、少なくとも１つの分散勾配補償器、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
複数の光信号を、光ファイバ伝送路を介して受信器に伝送するための送信器を備え、前記光ファイバ伝送路が前記光信号にわたる端端分散勾配を確立する、システムにおける波長分割多重光信号通信方法において、前記方法が、
前記送信器または前記受信器において前記端端分散勾配の少なくとも一部分を補償する工程、及び
前記補償する工程がない場合に最大のＱ因子を達成するに必要なパルス幅より短いパルス幅を用いて前記光信号をデータで変調する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記補償する工程がない場合に最大のＱ因子を達成するに必要なパルス幅より短い前記パルス幅が前記データに付随するビット時間の約３１％より短いことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記変調する工程がＤＰＳＫ変調フォーマットを用いて前記光信号を前記データで変調する工程を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記変調する工程が前記光信号に周期振幅変調をかける工程を含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記方法が、前記補償する工程がない場合に最大のＱ因子を達成するに必要なパワーレベルより大きなパワーレベルにおいて前記光信号を伝送する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
既設のパルス幅を用いてデータで変調された複数の光信号を、光ファイバ伝送路を介して受信器に伝送するための送信器を備え、前記光ファイバ伝送路が前記光信号にわたり端端分散勾配を確立する、既存の波長分割多重通信システムの性能を向上させる方法において、前記方法が、
前記送信器または前記受信器において前記端端分散勾配の少なくとも一部分を補償する工程、及び
前記既設のパルス幅を減じる工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記既設のパルス幅を減じる前記工程が、前記補償する工程がない場合に最大のＱ因子を達成するに必要なパルス幅より短い新しいパルス幅に前記既設のパルス幅を減じる工程を含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記新しいパルス幅が前記データに付随するビット時間の約３１％より短いことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記方法が前記データに対する変調フォーマットをＤＰＳＫ変調フォーマットに変更する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記方法が前記光信号に周期振幅変調をかける工程をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記方法が前記光信号のそれぞれに付随するパワーレベルを高める工程をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２００６年２月２８日に出願された米国仮特許出願第６０/６５７１２５号の出願日の優先権を主張する。上記出願の明細書の教示は完全に本明細書に参照として含まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は情報の光伝送に関し、さらに詳しくは、分散勾配補償を有する光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）のような高性能光増幅器が利用できることで、光伝送システムに対する波長分割多重化（ＷＤＭ）の間断ない開発が促進された。ＷＤＭ伝送システムでは、２つまたはそれより多くの光データ伝送チャネルが結合されて遠隔受信器への伝送のための共通経路上載せられる。長距離光ファイバシステムでは、一組の波長チャネルを光増幅器ベース中継器において同時に増幅することができる。ＦＤＦＡは、望ましくないクロストークをほとんどまたは全く生じさせずに複数のチャネルを増幅できるため、この用途に特に有用である。
【０００４】
一般に、長距離伝送システムは高いチャネル当りデータレートで動作させることが有利である。長距離システムは、例えば４０Ｇｂ/ｓまでまたはそれより高い同期デジタルハイアラーキー（ＳＤＨ）標準で、動作することができる。ビットレートがギガビット毎秒範囲で高くなるにつれて、伝送ファイバ内に投射される光パワーを、例えばチャネル当り１ｍＷまたはそれ以上に、高める必要がある。非特許文献１に示されるように、様々な形式のゼロ復帰（ＲＺ）変調フォーマットが光増幅ファイバ路を通して大量のデータを伝送するために特に有用である。
【０００５】
しかし、高データレート（例えば４０Ｇｂ/ｓ ＲＺ-ＤＰＳＫチャネル）における長距離動作に対しては、望ましい低分散を確保するため、色分散及び分散勾配を制御する必要がある。分散シフト光ファイバは、色分散を制御する必要がある場合に好ましい伝送媒体となっている。長距離伝送、低分散及び高チャネルパワーが合さると、クロストーク、すなわち伝送ファイバ内の若干の非線形性によるチャネルの混合が生じ得る。大洋横断距離にわたる多数のＷＤＭチャネルの伝送はチャネル間の非線形相互作用によって制限され得る上に、この非線形相互作用は分散量の影響を受ける。この主題は非特許文献２で総合的に論評されている。
【０００６】
チャネル間非線形相互作用問題の一解決策は、伝送ファイバにおけるゼロ分散波長を送信器の動作波長からオフセットさせることによって混合成分の発生が低減される、「分散マッピング」として知られる。この確立された手法では、いくつかの増幅器区画が、それぞれの分散が正または負の分散シフトファイバ区間を有することができる。分散は、多くの増幅器区間にわたり、例えば５００〜１０００ｋｍにかけて累積し、累積分散が逆の分散をもつファイバにしたがう結果として（ケーブル長にわたって平均される）平均分散はゼロに戻される。この方式の問題の１つは、従来の分散マップが限定された帯域幅（すなわち一部のＷＤＭチャネル）にわたる伝送ファイバの分散しか補償せず、ＷＤＭチャネルの多くについては分散を大きな値まで蓄積させることである。この問題を緩和するため、端末（例えば送信器及び／または受信器）において分散補償ファイバを用いる追加分散補償を、チャネルが送信器で合波される前に、またはチャネルが受信器で分波された後に、施すことができる。しかし、この分散補償方法は一般にデータチャネルの光帯域幅内の分散勾配の累積は補償しない。
【０００７】
これらの従来の分散管理方式を用いると、４０Ｇｂ/ｓチャネルの長距離伝送には望ましくない分散勾配の問題がおこる。高速光データチャネルには良好な光信号対雑音比（ＳＮＲ）のために高いチャネルパワーが必要になり得る。周知のように、光ファイバ非線形性の問題をかかえる長距離光伝送システムは、ＲＺ，ＣＲＺ及びＲＺ-ＤＰＳＫのような短パルス伝送フォーマットで一層よく作動する。残念ながら、短光パルスは広い光スペクトルを有する。分散勾配は広スペクトルパルスを有する信号の帯域にかけて分散を変化させ、これは信号歪を生じさせ、そのようなシステムのチャネル当りビットレートを高め得る能力を制限する。
【０００８】
４０Ｇｂ/ｓ動作を改善する一方法は、「分散フラット」ファイバとして知られる伝送ファイバを用いることである。残念ながら、より低いビットレートで作動するように設計された既存のシステムの大多数は、高累積分散勾配を有する通常のファイバを用いている。したがって、例えば従来の分散マップとともに用いた場合に、高速信号の性能を向上させるシステム及び方法が必要とされている。
【非特許文献１】カイ（Cai）等，「１３１００ｋｍの既敷設非勾配整合海底ファイバを通した現場ＲＺ-ＤＰＳＫ試行（RZ-DPSK field trial over 13100km of installed non-slope-matched submarine fibers）」，Journal of Lightwave Technology, ２００５年１月，第２３巻，第１号，ｐ.９５〜１０３
【非特許文献２】ツカッチ（Tkach）等，Journal of Lightwave Technology, １９９５年５月，第１３巻，第５号，ｐ.８４１〜８４９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、ＷＤＭ光伝送システムに改善された伝送性能をもたらす分散管理のためのシステム、装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様にしたがえば、受信端末及び／または送信端末において、累積分散勾配を補償するために、分散勾配補償素子すなわち分散勾配補償器が用いられる。これにより、短い（すなわち広い光帯域幅を有する）光パルスをより高い光パワーレベルで用いることが可能になる。
【００１１】
本発明の別の態様にしたがえば、ＷＤＭ光伝送システムは、それぞれの光信号が随伴データで変調され、そのデータに付随するビット時間の（例えば約４０％より短い）短いパルス幅を有する、複数の光信号を提供するように構成された送信器、受信器、送信器を受信器に接続して送信器から受信器に伝送される波長の範囲にわたる端端分散勾配を確立する光ファイバ伝送路及び、送信器または受信器に配置された、端端分散勾配の少なくとも一部分を補償するように構成された少なくとも１つの分散勾配補償器を備える。分散勾配補償器は少なくとも１つのチャネルまたはチャネルブロックの勾配を補償することができる。勾配補償器はチャネル選択フィルタとしてはたらくこともできる。光路には非勾配整合ファイバ及び／または分散フラットファイバを含めることができる。
【００１２】
本発明の別の態様にしたがえば、補償装置は、入力路、分散補償ファイバ、光サーキュレータ、補償素子及び出力路を有する。補償素子はファイバ回折格子とすることができる。分散補償ファイバは入力路と光サーキュレータの間または光サーキュレータと補償素子の間に配置することができる。
【００１３】
本発明のまた別の態様にしたがえば、ＷＤＭ光伝送システムは、送信器、受信器、送信機を受信器に接続し、送信機から受信器に伝送される波長の範囲にわたる端端分散勾配を確立する、光ファイバ伝送路及び、端端分散勾配の少なくとも一部分を補償するように構成され、送信器または受信器に配置された、少なくとも１つの分散勾配補償器を備える。送信器は複数の光信号を提供するように構成することができ、それぞれの光信号はＤＰＳＫ変調フォーマットを用いて随伴データで変調され、データに付随するビット時間の約３１％より短いパルス幅を確立するために約１００％に等しい強度変調深さで周期強度変調がそれぞれの光信号にかけられる。送信器は、光信号の内の少なくとも１つを発生するように構成された光信号源、光信号源に接続され、光信号の内の上記少なくとも１つをデータ変調周波数においてデータで変調するように構成されたデータ変調器及び、光信号源に接続され、光信号の内の上記少なくとも１つの強度の周期変調を与えるように構成された振幅変調器を有することができる。短パルス幅または広光スペクトル帯域をもつ変調フォーマットを勾配補償器とともに用いることによって、非線形性の緩和が可能になり、初めに数チャネルしかもたずに開発されたシステムに対しては特に、より高いチャネル当りパワーでの動作が可能になる。
【００１４】
本発明の別の態様にしたがえば、ＷＤＭ光伝送システムにおいて光信号を伝送する方法は、光信号を送信及び／または受信するときに１つまたはそれより多くのチャネルまたは1つのチャネルブロックにおいて分散勾配を補償する工程を含む。本方法は短パルス幅または広光スペクトルをもつ変調フォーマットを用いて光信号を変調する工程を含むことができる。変調フォーマットには、ＲＺ，ＣＳＲＺ，ＣＲＺ及びＲＺ-ＤＰＳＫを含めることができる。短パルス幅は補償する工程がない場合に最大のＱ因子を達成するに必要なパルス幅より短いパルス幅とすることができる。本方法は、送信される光信号をつくるために、ＤＰＳＫ変調信号を強度変調する工程も含むことができる。本方法は、伝送線路における累積分散変化を補償するために、（１つまたはそれより多くの）勾配補償器の中心周波数を調節または同調する工程も含むことができる。
【００１５】
本発明の別の態様にしたがえば、チャネル当りのビットレートを高めるためにＷＤＭシステムをグレードアップする方法は、送信端末及び／または受信端末に勾配補償を付加する工程及びシステム上を送信される光信号に付随する既設のパルス幅を縮める工程を含む。パルス幅は補償する工程がない場合に最大のＱ因子を達成するに必要なパルス幅より短い新しいパルス幅まで縮めることができる。グレードアップされるＷＤＭシステムは通常の（非勾配整合）光ファイバを備えることができる。
【００１６】
特許請求される主題の実施形態の特徴及び利点は、以下の詳細な説明が進むにつれて、また図面を参照して、明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図面において、同様の参照数字は同様の要素を表す。
【００１８】
説明を簡単かつ容易にするため、本明細書では様々な例示的実施形態が説明される。しかし、本明細書に説明される実施形態は、限定としてではなく、例示として提示されることは当然である。
【００１９】
図１は、端端累積分散は比較的小さいが、大きな局所分散は維持するように、分散ファイバ区画１１１，１１２が連結された光増幅器１１０Ｎを有する、光伝送路の５００ｋｍ区間の例を示す。高性能長距離システムについては、（例えば非線形混合低減のために）大きな局所分散及び（例えば高信号忠実度のために）低端端分散を有することが望ましい。これらの２つの特性は（「分散マップ」としても知られる）「分散管理型」増幅器ケーブルを用いることで満たすことができる。分散マップの一例は非ゼロ分散シフトファイバ（ＮＺ-ＤＳＦ）分散マップである。分散管理型ケーブルでは、分散の符号が逆の、タイプが異なる２つのファイバを用いることができる。本例において、負分散ファイバ１１１Ｎの平均分散は−２ｐｓ/ｋｍ-ｎｍであり、正分散ファイバ１１２の平均分散は＋１７ｐｓ/ｋｍ-ｎｍである。２つのファイバタイプの長さは分散値の比に比例するように選ぶことができる。
【００２０】
３つの例示的チャネルについての累積分散が曲線１０１，１０２及び１０３として図１Ａに示される。この構成に対し、色分散は初め負分散、次いで正分散を累積し、最終的に分散周期の終りでゼロに戻る。あるタイプのファイバでは、曲線１０１についての（累積分散に対し）ゼロに戻る特性は平均ゼロ分散波長におかれたチャネルでしか得られない。曲線１０２は波長が高い側のチャネルでは参照数字１０４で示されるように正味が正の分散が蓄積され得ることを示し、曲線１０３は波長の低い側のチャネルでは参照数字１０５で示されるように正味が負の分散が蓄積され得ることを示す。
【００２１】
分散勾配として知られるこの特性が、図２に示されるそれぞれのファイバタイプについての分散対波長のグラフに示される。曲線２０１は負分散ファイバ１１１Ｎについての分散対波長特性を示し、曲線２０２は正分散ファイバ１１２についての分散対波長特性を示し、曲線２０３は全区間についての分散対波長特性を示す。曲線２０３に対する（図にλ０で示される）累積分散がゼロの点についてさえも未だ大きな分散勾配があり、これはいずれのタイプのファイバも正の分散勾配を有することの結果である。分散における線形変化は式（１）：
【数１】
2008532435.tif 000003
【００２２】
で近似することができる。ここで、λ信号は信号波長（図２の独立変数）、λ０はファイバのゼロ分散波長、Ｓは、一般に単位をｐｓ/ｋｍ-ｎｍ２として表される、ファイバの分散勾配、Ｌはファイバ長である。ファイバの分散にこの線形近似を用いれば、波長の関数としての群遅延の変化（Δτ）は、周知の放物形状を与える、式（２）：
【数２】
2008532435.tif 000004
【００２３】
で近似することができる。
【００２４】
図３において、群遅延曲線３０１は、図１と同様の分散マップをもつ６２５０ｋｍの伝送ファイバ区間についての、式（２）の計算結果を表す。曲線３０１をつくるために上式に用いた値は、Ｓ＝０.０７５ｐｓ/ｋｍ-ｎｍ２，Ｌ＝６２５０ｋｍ及びλ０＝１５５０ｎｍである。曲線３０２は、０ｄＢのキャリア対側帯波比についての、４３Ｇｂ/ｓＲＺ光信号に対する光スペクトルを表し、ここでパルス幅は約６.７ｐｓである。例示的曲線３０１，３０２は群遅延がデジタル信号の光スペクトルにわたるビット周期の大きなパーセンテージで変わることを示す。４３Ｇｂ/ｐｓデータ信号のビット時間は約２３.３ｐｓである。したがって、曲線３０２で表されるスペクトルを有するデータ信号は、そのような大きさの分散勾配を通して伝送されれば、大きな弊害を受けることになろう。
【００２５】
図４は、本発明の一実施形態にしたがう、例示的ＷＤＭ光伝送システムの簡略なブロック図を示す。図示されるように、光伝送システムは、光路を通して遠隔受信器に伝送されるべき随伴チャネルにおいてＷＤＭ光信号を発生するための複数の送信器４０１１〜４０１Ｎを備える。送信器４０１１〜４０１Ｎは、例えば、ＲＺ，ＣＲＺ及び／またはＲＺ-ＤＰＳＫ送信器を含む、技術上既知のいくつかのタイプとすることができる。送信器４０１１〜４０１Ｎの出力は、分散補償ユニットまたは分散補償器４０２１〜４０２Ｎに、次いで分散勾配補償ユニットまたは勾配補償器４０３１〜４０３Ｎに光接続させることができる。本明細書で用いられるような表現「光接続」または「光結合」は、１つの光システム素子によって伝えられる光信号が「接続」または「結合」された素子に分与される、いずれかの接続、結合、リンク等を指す。そのような「光接続」または「光結合」デバイスは相互に直接接続される必要はなく、中間光コンポーネントまたはデバイスによって隔てられることがあり得る。同様に、物理的接続または結合に関して本明細書に用いられるような術語「接続」または「結合」は相対的術語であり、直接の物理的接続を必要としない。
【００２６】
複数のＷＤＭチャネルは結合器４０４によって共通光ファイバ上に合波させることができる。結合器４０４は、例えば、簡単なＮ×Ｎ方向性結合器または波長ルータデバイスとすることができる。複数のＷＤＭチャネルは次いで、光増幅器４０５１〜４０５Ｎ及び光ファイバ区画４０６１〜４０６Ｎを有する光路を通して伝送される。この例示的実施形態において、光路の構成は図１に示される構成と同様とすることができる。あるいは増幅器段は、ラマン増幅器及び／またはＥＤＦＡとラマン増幅器の組合せに基づくことができる。この例示的伝送システムに用いられるファイバ区間は、図１に示されるように、非勾配整合型とすることができ、あるいは分散フラットファイバ区画または両タイプの組合せを有することができる。
【００２７】
受信器端において、光伝送システムはＷＤＭチャネルを別々の光路上に分波するための結合器４０７を備えることができる。光伝送システムの受信器端は複数の、分散補償器４０８１〜４０８Ｎ、分散勾配補償器４０９１〜４０９Ｎ及び受信器４１０１〜４１０Ｎも備えることができる。受信器４１０１〜４１０Ｎは当業者には既知のタイプのような平衡受信器とすることができる。分散補償器４０８１〜４０８Ｎ及び分散勾配補償器４０９１〜４０９Ｎは、以下でさらに詳細に説明されるような、当業者には既知の技法を用いて実施することができる。
【００２８】
図４に示される光伝送システムの例示的実施形態は、送信端末及び受信端末のいずれにも配置された、分散補償器４０２及び４０８並びに分散勾配補償器４０３及び４０９を備える。そのような補償器の一方のタイプ（または両タイプ）をシステムの一方の端だけに配置すれば費用効果が高め得ることが当業者には理解され得る。例えば、伝送システムの別の実施形態は、送信端に分散補償器４０２１〜４０２Ｎ，受信端に分散補償器４０８１〜４０８Ｎを備え、受信端だけに分散勾配補償器４０９１〜４０９Ｎを備えることができる。当業者には、分散補償器と分散勾配補償器の順序が入れ換え可能であることも理解されるであろう。
【００２９】
システム動作において、分散補償器４０２１〜４０２Ｎ及び４０８１〜４０８Ｎの分散補償量はシステムにわたって累積されるいかなる分散も実質的に補償するようにすることができる。図１において、例えば、約５００ｋｍ後に短波長チャネルでは参照数字１０４で示される分散量が累積される。したがって約６０００ｋｍ（すなわち５００ｋｍの１２倍）通過後、短波長チャネルには分散補償器で実質的に補償されるべき大量の分散が累積するであろう。
【００３０】
勾配補償器４０３１〜４０３Ｎ及び４０９１〜４０９Ｎにおける分散勾配補償量はシステムにわたって累積されるいかなる分散勾配も実質的に補償するようにすることができる。図３の群遅延曲線３０１は、例えば、約４８０ｐｓ/ｎｍ２の累積分散勾配に対応して群遅延が波長とともにどのように変化するかを示す。勾配補償器４０３１〜４０３Ｎ及び４０９１〜４０９Ｎの組合せは、符号は反対の、絶対値が群遅延曲線３０１に実質的に等しい群遅延特性を有するようにつくることができる。
【００３１】
図示される例示的実施形態は分散補償器と分散勾配補償器を別々の２つのデバイスとして備える。当業者には理解され得るように、分散補償及び勾配補償の機能は、以下で説明され、例えば、図８に示されるように、合せて共通のデバイスに組み込むことができる。一実施形態において、正しい量の分散補償及び分散勾配補償のいずれをも提供するように直交チャープファイバ回折格子を設計することができる。
【００３２】
図示される例示的実施形態はそれぞれのＷＤＭ光チャネルに対して個別の光路を備える。当業者には理解され得るように、チャネルは、共通のデバイスで補償され得る、サブバンドにまとめることができる。また、共通分散補償デバイスの数は分散勾配補償デバイスの数に等しい必要はない。これは、曲線２０３として示される累積分散の量が注目する波長範囲にわたって実質的に異なっていることがわかる、図２の曲線を見れば明らかである。しかし、分散勾配（すなわち曲線２０３の勾配）の大きさは全てのチャネルについてほぼ同じである。したがって、いくつかのチャネルでは、勾配補償器を用いるが分散補償器は用いないとすることができる。
【００３３】
伝送システムの別の実施形態にしたがえば、分散勾配補償器は、例えば分散勾配補償器の中心周波数を可調とすることによって、分散補償器に対する微調素子として機能することもできる。分散勾配補償器の中心周波数を信号の中心周波数からずらした周波数に合せることによって、連続分散調節を得ることができ、これはＷＤＭチャネルの性能を最適化するために用いることができる。中心周波数の調節すなわち同調により一次分散は調節されるが、二次分散は固定されたままである。上述したように、リンク残留分散を整合するために微小残留分散を微調整しながら、分散勾配補償器に対する分散を同調させることもできる。４０Ｇｂ/ｓ信号は残留分散に非常に敏感であり、リンク分散は温度変化のために時間の経過とともに変わり得るであろう。
【００３４】
図５は図４に示される伝送システムに用いることができる送信器の一実施形態の簡略なブロック図を示す。図示される例示的実施形態では、データ変調器５０２に接続された経路５０１上にレーザ５００がＣＷ光信号をつくる。データ変調器５０２は光信号に情報を載せるために周知の態様で光信号を変調することができる。当業者には様々な変調フォーマットを適用するための様々なデータ変調器構成がよく知られている。例えば、データ変調器５０２は、ＮＲＺ，ＲＺ，位相シフトキーイング（ＰＳＫ），差動位相シフトキーイング（ＤＰＳＫ）等のような、よく知られたフォーマットを用いて光信号を変調するように構成することができる。しかし、本方法は特定の変調フォーマットに限定されず、その他のフォーマット（例えば、ＯＯＫ，ＤＢＰＳＫ，ＤＱＰＳＫ等）を用いることもできる。光伝送システムに分散勾配補償器を備えることにより、複数の送信器に用いられる伝送フォーマットの最適化に一層大きなフレキシビリティを与えることができる。
【００３５】
光信号に情報を載せるためにＤＰＳＫフォーマットを用いて光信号を変調するようにデータ変調器５０２が構成される実施形態において、データ変調器５０２は、光信号５０１に載せられるべきデータをデータ源５０４から受取り、周知の態様でＤＰＳＫ変調された信号５０３を形成するためにクロック５０６によって決定された周波数において光信号５０１を変調することができる。ＤＰＳＫ変調光情報信号５０３はデータ変調器５０２から、光情報信号５０３に同期強度変調をかける、振幅変調器５０７に送信することができる。
【００３６】
振幅変調器５０７でかけられる強度変調は周期的とすることができる。周期的振幅変調をかけるため、変調器５０７は、正弦波信号または方形波信号のような、周期信号で駆動することができる。一実施形態において、振幅変調器５０７は信号に位相変調をかけずに振幅変調をかけるように構成することができる。すなわち、振幅変調器５０７はＤＰＳＫ変調信号５０３を、正弦波信号を発生するクロック源５０６で定められるような、データが光信号５０１に載せられるレートに等しいレートで再変調することができる。振幅変調器によってＤＰＳＫ変調光信号にかけられる強度変調の一例が、米国特許第６５５６３２６号明細書及び係属米国特許出願第１０/７８０８３０号明細書に詳細に説明されている。これらの明細書は本明細書に参照として含まれる。
【００３７】
そのような実施形態におけるＤＰＳＫ変調器５０２には、例えば、ティー・チカマ（T. Chikama）等，「光ヘテロダインＰＳＫ伝送システムにおける変調及び復調技法（Modulation and Demodulation Techniques in Optical Heterodyne PSK Transmission Systems）」，Journal of Lightwave Technology，１９９０年３月，第８巻，第３号、ｐ.３０９〜３２２に説明されているような、マッハ−ツェンダー型光変調器を含めることができる。この論文の教示は本明細書に参照として含まれる。そのような構成において、データ変調器からでてくるＤＰＳＫ変調信号５０３の光位相は差分ビット間の遷移時に０°から１８０°まで（すなわち０からπラジアンまで）急激に変化し、したがって高忠実度デジタル位相変調を与える。
【００３８】
データ変調器がＤＰＳＫ変調器である実施形態では、電気的可変遅延５０９及び振幅調節５１０を与えることも有利であり得る。可変遅延５０９は振幅変調器５０７によってかけられるデータ変調の位相をデータ変調器５０２によってかけられるデータ変調の位相に対して選択的に調節するために用いることができる。振幅調節５１０は振幅変調器５０７が信号５０３にかける変調の深さを設定するために用いることができる。これらの調節に対する最適設定はシステムの多くのパラメータに依存するであろうが、経験的に決定することができる。一実施形態において、可変遅延５０９によって与えられる遅延は線路５０３上のデータビットの中心を振幅増幅器５０７によってかけられる同期振幅変調のピーク振幅点に合せるように設定することができる。ここでも、ＷＤＭシステムにおいては、それぞれのチャネルについての最適設定が同じである必要はなく、したがってチャネルは個別に最適化することができる。
【００３９】
図４に示される例示的分散勾配補償型ＷＤＭシステムにおける図５に示される例示的送信器の組合せを用いれば、送信器のパルス幅を調節することによって伝送性能を最適化することが可能である。図５Ａは、図示される波形のそれぞれが振幅変調器５０７によってかけられた様々なレベルの振幅変調の深さから得られる、一連の波形５２０〜５２５を示す。５２０で始まり５２５に至る波形の進行は漸進的に深くなる振幅変調及び、したがって、短くなるパルス幅を示す。波形５２０は通常のＤＰＳＫ波形についての強度プロファイルの一例を示し、時に、非ゼロ復帰ＤＰＳＫ（ＮＲＺ-ＤＰＳＫ）を表すとされる。波形５２１，５２２，５２３，５２４及び５２５はそれぞれ、２０％，４０％，６０％，８０％及び１００％の振幅変調深さを示す。これらの様々なレベルの振幅変調は、例えば、振幅調節機構５１０によって確立することができる。波形５２５の光強度は二進数の０またはπの連続ブロック中に実質的にゼロに戻り、したがって時にゼロ復帰ＤＰＳＫ（ＮＺ-ＤＰＳＫ）を表すとされる。
【００４０】
図６は、図１と同様の増幅器チェーン及び図５と同様の４３Ｇｂ/ｓ ＲＺ-ＤＰＳＫ送信器を用いる、６２５０ｋｍの距離にかけて実施された伝送実験の結果を示す。本図は、分散勾配補償器を用いた場合（曲線６０１）及び分散勾配補償器を用いない場合（曲線６０２）について、測定されたＱ因子対４３Ｇｂ/ｓパルスに対するビット時間の％としての（送信器で設定される）パルス幅を示す。図示される例示的実施形態において、パルス幅は図５の説明にしたがう送信信号に付随するビット時間の約２５％と約４０％の間に調節される。
【００４１】
曲線は、受信端末において勾配補償器を用いたときの、約２５％と約４０％の間のパルス幅についての性能優位性を示す。また、曲線は、勾配補償器を用いたときに、パルスを短くしてシステムを動作させることが可能であることも示す。詳しくは、曲線６０１が勾配補償器が用いられたときに約２７〜３１％の間のパルス幅に対して約１３.５ｄＢの最大Ｑ因子を示す一方で、曲線６０２は勾配補償器が用いられないときには約３０〜３３％の間のパルス幅に対して約１１.５ｄＢの最大Ｑ因子を示す。Ｑ因子は、勾配補償器が用いられたときには、より高い値に、及びより短いパルスで、最大化される。図６に示される実施形態では、例えば、約３１％より短いパルス幅において、非勾配補償型システムのＱ因子は下がり、勾配補償型システムのＱ因子は上がる。したがって、既存システムをグレードアップする場合、分散勾配を補償して既存パルスの幅を、例えば勾配補償をもたない既存システムでの最適パルス幅よりも短くすることによって性能を向上させることができる。また、図示されるように、勾配補償型システムでは、約４０％より短いパルス幅において、パルス幅は同じで勾配補償は用いられない場合に比較してＱ因子性能はかなり向上したままになる。
【００４２】
図７は図６におけると同じ距離にわたって実施された伝送実験の結果を示す。一方の実験伝送は、分散勾配補償器を用い、ＲＺ-ＤＰＳＫ変調フォーマットを用いて行い、他方の実験伝送は、分散勾配補償器を用いず、ＣＳＲＺ-ＤＰＳＫ変調フォーマットを用いて行った。本図は測定されたＱ因子対ｄＢｍで表した平均光チャネルパワーを示す。曲線７０１は分散勾配補償有（ＲＺ-ＤＰＳＫ）で測定し、曲線７０２は分散勾配補償無（ＣＳＲＺ-ＤＰＳＫ）で測定した。実験によれば、分散勾配補償器を用いると全てのパワーレベルで性能が向上し、分散勾配補償器の付加によってＷＤＭチャネルをより高い光パワーで動作させることが可能になる。また、より高い光パワーを有する狭いパルス幅で動作できる能力は、より高い受信信号対雑音比をチャネルに与え、改善された性能をもたらす。
【００４３】
図８は、色分散及び分散勾配のいずれをも補償するために用いることができる補償器の一実施形態の簡略なブロック図を示す。動作において、本装置は、図４に示される伝送システムの受信側の分散補償器４０８及び勾配補償器４０９及び／または送信側の分散補償器４０２及び勾配補償器４０３のいずれとしてもはたらくことができる。入力光信号は経路８０１で補償器装置に入り、次いで分散補償ファイバ８０２に受け渡される。分散補償ファイバ８０２の一例は、ＯＦＳ Ｒｉｇｈｔｗａｖｅ（登録商標）分散補償モジュールである。次いで、信号は光サーキュレータ８０３のポート８１０に入る。信号はポート８２０でサーキュレータ８０３からでて、次に、直交チャープ型ファイバ回折格子のような、ファイバ回折格子８０４に入る。回折格子８０４から反射された信号はポート８２０に戻ってサーキュレータ８０３に入り、サーキュレータ８０３のポート８３０から経路８０２にでる。動作において、分散補償ファイバ８０２は増幅器４０５及びファイバ区画４０６（図４を見よ）を含む光路において累積された分散を補償するように設計することができる。回折格子８０４から反射された信号の群遅延特性は上述した光路の分散勾配を補償するように設計される。
【００４４】
図８に示される補償器の別形にしたがえば、光サーキュレータ８０３とファイバ回折格子８０４の間に分散補償ファイバ８０２を配置することができる。このようにすれば、所要分散補償ファイバ長を１/２に縮めることができる。伝送システムの別の実施形態にしたがえば、勾配補償器は、当業者には知られる現用の３ポートチャネル抜取フィルタと同様の、チャネル選択フィルタとしてもはたらくことができる。
【００４５】
本明細書に説明した実施形態は、本発明を利用する実施形態の内のいくつかだけであり、説明としてであって、限定としてではなく、ここに述べられている。当業者には容易に明らかであろう、その他の多くの実施形態が本発明の精神及び範囲を実質的に逸脱することなくなされ得る。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１−１】図１は、本発明に関して有用な例示的光伝送路の一区画の簡略なブロック図を示す
【図１−２】図１Ａは、図１に示される光伝送路区画に付随する累積色分散のグラフを示す
【図２】光伝送システムの全長にわたる色分散対波長のグラフを示す
【図３】図１に示されるようなシステムについての群遅延対波長のグラフを伝送信号の光スペクトルとともに示す
【図４】それぞれのチャネル路に分散勾配補償器が配置された、本発明にしたがう、ＷＤＭ伝送システムの一例示的実施形態の簡略なブロック図を示す
【図５−１】図５は、本発明にしたがう、分散勾配補償型システムと組み合わせて用いることができる送信器の一例示的実施形態の簡略なブロック図を示す
【図５−２】図５Ａは、ＤＰＳＫ変調フォーマット及び様々な振幅変調レベルを用いる、本発明にしたがう、例示的送信器からの例示的波形出力を示す
【図６】６２５０ｋｍ伝送路についての伝送性能対パルス幅のグラフを示す
【図７】６２５０ｋｍ伝送路についての伝送性能対平均チャネルパワーのグラフを示す
【図８】分散及び分散勾配のいずれをも補償することができる装置の一実施形態の簡略なブロック図を示す
【符号の説明】
【００４７】
４０１    送信器
４０２，４０８    分散補償器
４０３，４０９    分散勾配補償器
４０４，４０７    結合器
４０５    光増幅器
４０６    光ファイバ区画
４１０    受信器
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５Ａ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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