(57)【要約】【課題】　非線形ファイバ伝播から生じるチャンネル内歪みの低減のための方法を提供すること。【解決手段】　非線形ファイバ伝播から生じる光信号のチャンネル内非線形歪みを低減するための方法は、偏光モード分散（ＰＭＤ）前歪みを光信号に、異なった群遅延時間差（ＤＧＤ）によって離隔された前記光信号の２つのレプリカ信号をＰＭＤ前歪みが生成するように適用することを含む。レプリカ信号は、光ファイバを介して伝送するように適合される。ＤＧＤ間隔は、光ファイバによって与えられたチャンネル内非線形歪みを低減するように選択される。【選択図】　　　図１
2004129239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　偏光モード分散（ＰＭＤ）前歪みを光信号に適用し、前記ＰＭＤ前歪みが異なった群遅延時間差（ＤＧＤ）によって離隔された２つのレプリカ信号を生成する工程を含み、
　前記レプリカ信号が光ファイバを介して伝送するように適合され、
　前記ＤＧＤの間隔が、前記光ファイバによって与えられるチャンネル内非線形歪みを低減するように選択される方法。
【請求項２】
　前記２つのレプリカ信号が直交する偏光成分を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
　前記２つの直交する偏光成分がそれぞれＴＥおよびＴＭ偏光成分を含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
　前記光信号にＰＭＤ後補償を適用する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
　前記光信号の前記２つのレプリカがパワーにおいて実質的に等しい請求項１に記載の方法。
【請求項６】
　前記ＤＧＤが前記光信号のビット長さの２０％から７０％の間である請求項１に記載の方法。
【請求項７】
　非線形ファイバ伝播の結果として生じる光信号のチャンネル内非線形歪みを低減するための方法であって、
　前記光信号の後続の非線形ファイバ伝播が、ＰＭＤ前歪みが適用されない場合に比較して前記光信号への前記チャンネル内非線形歪みの低減をもたらすように、伝送ファイバを介して伝播する前に前記光信号に偏光モード分散（ＰＭＤ）前歪みを適用する工程を含む方法。
【請求項８】
　前記光信号にＰＭＤ後補償を適用する工程をさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】
　光信号を発生するための少なくとも１つの送信機と、
　前記光信号を受信するための少なくとも１つの受信機と、
　前記光信号にＰＭＤ前歪みを適用するための手段とを含み、前記ＰＭＤ前歪みは、異なった群遅延時間差（ＤＧＤ）によって離隔された２つのレプリカ信号を生成する伝送システムであって、
　前記レプリカ信号は、光ファイバを介して伝送するように適合され、
　前記ＤＧＤ間隔は、前記光ファイバによって与えられるチャンネル内非線形歪みを低減するように選択される伝送システム。
【請求項１０】
　前記光信号にＰＭＤ後補償を適用するための手段をさらに含む請求項９に記載の伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は光伝送システムの分野に関し、さらに詳細には伝送システムにおける非線形チャンネル内歪みの低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
　長距離高速伝送システムの最大到達距離は、非線形の信号歪みによって制限される。非線型の信号歪みは、一般に２つの範疇に分けることができる。すなわち、チャンネル間非線型信号歪みとチャンネル内非線型信号歪みである。超長距離伝送システムの場合、ＷＤＭチャンネル間のチャンネル間効果に対するものとしての、例えば、単一チャンネル内の４０Ｇｂ／ｓのチャンネル内効果は、非線形信号歪みの主な発生源となっている。
【０００３】
　一般に、チャンネル内非線形信号歪みの３つの主な発生源は、四波混合、相互位相変調、および、自己位相変調である。四波混合は、既存の信号間の相互作用から始まる新しい信号の発生を含む非線形現象である。既存の信号は、伝送システムにおける光信号の様々な周波数成分とすることができる。四波混合は、信号帯域内、すなわち、信号波長の範囲内で低い分散を有する光ファイバにおいて特に著しい。
【０００４】
　相互位相変調は、共伝播する各周波数に信号が位相ひずみを誘発する際に発生し、群速度分散がこの位相ひずみを振幅歪みに変換する。相互位相変調は、信号帯域内で比較的高い分散を有するファイバにおいて特に問題となる。
【０００５】
　自己位相変調は、大きなパワーの光信号が標準的なファイバに入射された時に誘発または経験される。自己位相変調効果は、個々の波長チャンネル内のパルスの幅の広がり、および、関連するパルス歪みとして現われる。これらの非線形信号歪みの全ては、伝送システムにおける各光搬送波の使用可能な帯域幅を制限する。
【非特許文献１】G.P.Agrawal,Nonlineer Fiber Optics,1995年,Academic Press
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
　本発明は、有利には、非線形ファイバ伝播から生じるチャンネル内歪みを低減するための方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
　本発明の実施形態において、非線形ファイバ伝播から生じる光信号のチャンネル内非線形歪みを低減するための方法は、偏光モード分散（ＰＭＤ）前歪み（プリディストーション、pre-distortion）を光信号に適用し、異なった群遅延時間差（ＤＧＤ）によって離隔された前記光信号の２つのレプリカ信号をＰＭＤ前歪みが生成することを含む。レプリカ信号は、光ファイバを介して伝送するように適合される。ＤＧＤによる間隔は、光ファイバによって与えられたチャンネル内非線形歪みを低減するように選択される。本発明の方法は、光信号にＰＭＤ後補償（ポストコンペンセーション、Post-Compensation）を適用することもさらに含むことができる。
【０００８】
　本発明の他の実施形態において、伝送システムは、光信号を発生するための少なくとも１つの送信機、光信号を受信するための少なくとも１つの受信機、および、光信号にＰＭＤ前歪みを適用するための手段を含み、ＰＭＤ前歪みは、異なった群遅延時間差（ＤＧＤ）によって離隔された２つのレプリカ信号を生成する。レプリカ信号は、光ファイバを介して伝送するように適合される。ＤＧＤによる間隔は、前記光ファイバによって与えられるチャンネル内非線形歪みを低減するように選択される。
【０００９】
　本発明の教示は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を検討することによって容易に理解することができる。
【００１０】
　理解を容易にするために、可能な場合には、各図面に共通の同一の要素を指定するために同一の参照番号を使用した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
　本発明は非線形ファイバ伝播から生じる信号歪みの低減のための方法を有利に提供する。偏光モード分散（ＰＭＤ）前歪みを光信号に適用することによって、信号のパルスのピーク・パワーが低減される。そのため、非線形効果の規模が縮小され、伝送性能が上がり、かつ、光通信の距離が延長される。本発明は、シングル・チャンネル伝送システムの状況の範囲内で説明するが、当業者には、本発明がマルチ・チャンネルを備えた伝送システムにおいても有利に実施することができることが理解されよう。
【００１２】
　例えば、４０Ｇｂ／ｓの超長距離伝送システムについては、ＲＺ伝送の非線形性の高い信号伝播が、信号伝送のために有利なリンク設計であることが証明されている。そのようなシステムについて、発明者は、ＷＤＭチャンネル間のチャンネル間効果に対するものとしてのシングル・チャンネル内のチャンネル内効果が非線形歪みの主な発生源であると決定した。したがって、シングル・チャンネルのシステムに焦点を合わせることが、非線形歪みの主な発生源を明らかにする。
【００１３】
　伝送システム内の光パルスは、ファイバに沿って伝播する際に、色分散のために互いに急速に重なり合う。その結果として生じる強度の変化は、ファイバのカー非線形性を介して信号歪みを発生する。無視できる程のＰＭＤを有するファイバにおいて、伝播式は以下の通りである。
【００１４】
【数１】
2004129239.tif 000003
【００１５】
【数２】
2004129239.tif 000004
ここで、Ａｘ、Ａｙ、γ、α、および、β１は、それぞれ、ＴＥおよびＴＭ偏光された電場成分の包絡線、カー非線形性、ファイバ減衰、および、群速度を示し、β２はファイバの色分散に関する。これらの式を念頭に置き、発明者は、ファイバを介した非線形伝播によって引き起こされる信号の非線形歪みに及ぼすＰＭＤの効果を決定した。
【００１６】
　第１次ＰＭＤは、異なった群遅延時間差（ＤＧＤ）によって離隔された２つのレプリカへのパルスの分割をもたらす。上記の式（１）および（２）から、発明者は、信号が伝送ファイバに進入する前にＰＭＤによって歪まされた時に、式（１）および（２）の右側によって述べられる非線形相互作用が弱まると決定した。このように、２つのレプリカ、例えば、ＴＥパルスおよびＴＭパルスに分割された信号は、各パルスのパルス・ピーク・パワーを減少する。パルス・ピーク・パワーの減少は、信号が伝送ファイバを介して伝播する際にその信号の非線形歪みの低減をもたらす。２つのパルス間の最適間隔は、ピーク・パワーの減少と、それまでに、および、その後に伝送される信号パルスへの電場干渉効果との兼ね合いによって与えられる。
【００１７】
　直交する２つの偏光成分、例えば、それぞれ式（１）および（２）におけるＴＥ偏光およびＴＭ偏光された電場成分を表す電場ＡｘおよびＡｙがパワーおよびＤＧＤにおいて等しく、分割された信号の２つのパルスの間のパルス間隔が、伝送システムにおけるビット長さの２０％から７０％の間に実質的に等しいことを示す時、非線形歪みの低減は本発明に従って最大となる。
【００１８】
　本発明の１つの実施形態において、ＰＭＤ前歪みは、信号を２つの偏光電場成分に分割するための偏光ビーム・スプリッタ、偏光電場成分の１つを遅延するための遅延要素、および、２つの信号成分を再結合するための偏光ビーム結合器の組み合わせを含むＰＭＤエミュレータ（ＰＭＤＥ）を介して信号を伝播することによって供給される。本発明の他の実施形態において、ＰＭＤ前歪みは、偏光維持ファイバ、または、複屈折を提供するいかなる他のファイバを介して信号を伝播することによっても提供される。いずれの実施形態においても、本発明に従って、伝送ファイバに進入する前に信号にＰＭＤ前歪みを供給することは、非線形ファイバ伝播から生じる信号歪みを有利に低減する。
【００１９】
　信号にＰＭＤ前歪みを供給した後、伝送システム内の信号のＰＭＤ前歪みを補償することが必要となることがある。そのような場合、ＰＭＤ後補償が、伝送ファイバを介して伝送後の信号に適用される。超長距離伝送システム、例えば、（チャンネル当り）４０Ｇｂ／ｓのシステムにおいて典型的には、ＰＭＤ後補償は低いＰＭＤを持つファイバを介した伝播の場合であっても既に必要となっており、したがって、ＰＭＤ前歪みへの必要な後補償は、そのような伝送システムにおいて重大な増設機器は必要ない。そのようなＰＭＤ後補償は、ＰＭＤ補償器またはＰＭＤエミュレータなどを介して信号を伝播することによって提供される。そのようなＰＭＤ補償器は、伝送ファイバを介する信号の伝播によって発生したＰＭＤを加えたＰＭＤ前補償に数値が等しいＰＭＤ後補償を提供するのに十分強力とするべきである。
【００２０】
　本発明に従った信号歪みを低減する方法は、２つの遅延された電場成分に信号パルスを分割することから生じる信号パワーの低減による、伝送システム内の全体的な信号パワーの増大を見越している。このように、信号パルスの光信号／雑音比（ＯＳＮＲ）のレベルを高めることができるために、伝送システムの到達距離を伸ばすことができる。さらに、信号が経験する非線形歪みが少なくなるため、非線形歪みとＰＭＤの双方が共存する場合には、伝送システムに配分される余裕は少なくしなければならない。発明者は、非常に多くのシミュレーションおよび実験作業を介して本発明の原理を証明した。
【００２１】
　図１は、本発明に従ってＰＭＤ前歪みを光信号に供給することができる１０Ｇｂ／ｓの３３％のＲＺのシングル・スパンにおけるＲＺ伝送のためのシングル・チャンネル伝送システム１００のブロック図である。伝送システム１００は、パルス送信機（例として、３３％ＲＺ送信機）１１０、増幅器（例として、エルビウムをドープしたファイバ増幅器）１２０、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）（例として、長さ１２ｋｍ）１３０、ラマン・ポンプ１４０、標準シングル・モード・ファイバ（ＳＳＭＦ）１５０、受信機（例として、約１４ＧＨｚの電気的帯域を備えたプレ増幅された受信機）１６０、および、２つのＰＭＤエミュレータ１７０１および１７０２（まとめて、ＰＭＤエミュレータ１７０）を含む。伝送システム１００で利用されるＲＺ送信機１１０は、ブリュアン散乱を回避するためにディザ（ｄｉｔｈｅｒｅｄ）される。上記のパラメータおよび要素は、非線形相互作用の長さ、分散、および、ビット・レートに関して、４０Ｇｂ／ｓの伝送システムの伝播条件を実質的に模倣するように選択されている。図１の伝送システム１００の要素のいくつかが特定の装置として示されているが、それらの特定の要素と実質的に同じ機能を発揮する装置を代りに使用することができる。例えば、図１の伝送システム１００の第１のＰＭＤエミュレータ１７０１は偏光維持ファイバまたは複屈折を提供する他のいかなるファイバとすることができ、第２のＰＭＤエミュレータ１７０２はＰＭＤ補償器とすることができる。さらに、図１の伝送システム１００のＰＭＤエニュレータ１７０はＤＣＦ１３０の前後に直接位置するとして示されているが、ＰＭＤエミュレータ１７０はＤＣＦ１３０からさらに離れて位置することもできる。さらに、図１の伝送システム１００は２つのＰＭＤエミュレータ１７０を含むとして示されているが、本発明は、本発明に従って信号にＰＭＤ前歪みおよびＰＭＤ後補償を供給するために、ＰＭＤエミュレータまたは他のそのような装置の組み合わせを利用することによって有利に実施することができる。
【００２２】
　実験では、ＲＺ送信機１１０からの＋１５ｄＢｍの信号が、伝送システム１００に入力される。信号は、先ず、増幅器１２０によって増幅され、次に、信号にＰＭＤ前歪みが追加される第１のＰＭＤエミュレータ１７０１を介して伝播する。第１のＰＭＤエミュレータ１７０１は、ビット長さの２０から７０％の間、この実験では３０ｐｓのＤＧＤを使用して、信号を２つの直交する偏光成分、この実験ではＴＥおよびＴＭ電場成分に分割する。続いて、信号は、−１，４００ｐｓ／ｎｍの分散および無視できるＰＭＤを有するＤＣＦ１３０を介して伝播する。既に説明したように、ＰＭＤ後補償は低いＰＭＤを有するファイバの場合であっても必要である。したがって、次に、信号は、ＤＣＦ１３０を介した非線形伝送の後のＰＭＤ後補償のために、第２のＰＭＤエミュレータ１７０２を介して伝播する。ＰＭＤエミュレータは、ＰＭＤ前歪みに等しいＰＭＤ後補償を供給する。次に、厳密に線形な伝播が起こるＳＳＭＦ１５０によって、長さ１２ｋｍのＤＣＦ１３０の色分散が完全に補償される。続いて、信号は受信機１６０に出力される。
【００２３】
　比較のために、受信機１６０における光信号のグラフを、ＰＭＤ前歪みのない場合および本発明に従ったＰＭＤ前歪みの場合についての以下の図面に示す。この場合、２３１−１のＰＲＢＳ信号が使用されている。図２ａは、ＰＭＤ前歪みが適用されず、異なった群遅延時間差がゼロに等しい受信機１６０における光信号のアイ・ダイヤグラムを視覚的に示す。図２ｂは、３０ピコ秒に等しい異なった群遅延時間差を持つＰＭＤ前歪みが光信号に適用された後の受信機１６０における光信号のアイ・ダイヤグラムを視覚的に示す。図２ａと図２ｂの比較は、信号が本発明に従ってＰＭＤ前歪みを適用された際のパルス側面の幅の狭まりを明白に実証している。パルス側面の幅の狭まりは、信号にＰＭＤ前歪みが適用された際の伝送信号におけるチャンネル内非線形歪みの低減を明白に示すものである。
【００２４】
　図２ｃは、図２ａの光信号の対応する振幅パルス変動を視覚的に示す図である。図２ｄは、図２ｂの光信号の対応する振幅パルス変動を視覚的に示す図である。この場合、非線形相互作用を解析するために短いビット・パターン（２７−１）を使用した。図２ｃと図２ｄの比較は、信号が本発明に従ってＰＭＤ前歪みを適用された際の振幅パルスの変動の改善を明白に実証している。振幅パルスの変動の改善は、信号にＰＭＤ前歪みが適用された際の伝送信号におけるチャンネル内非線形歪みの低減を明白に示すものである。
【００２５】
　パルス振幅の変動および（図２ｃの矢印によって示す）ゴースト・パルスが、チャンネル内四波混合を示す一方、アイ・ダイヤグラムのジッタはチャンネル内相互位相変調の結果として発生している。チャンネル内四波混合およびチャンネル内相互位相変調の双方とも、ＰＭＤ前歪みを適用された信号についての図２のグラフにおいて低減されて見える。
【００２６】
　図３は、図１の伝送システム１００を介した伝送の前および後の光パルスのスペクトルを視覚的に示す図である。最も狭いパルス・スペクトルは、図１の伝送システム１００を介した伝播の前の光パルスのスペクトルである。最も広いスペクトルは、ＰＭＤ前歪みが追加されていない図１の伝送システム１００を介した伝送の後の光パルスのスペクトルである。図３の最も広いスペクトルと最も狭いスペクトルとの間のパルス・スペクトルは、ＰＭＤ前歪みが光信号に適用された伝送システム１００を介した伝送の後の光パルスのスペクトルである。スペクトルの広がりの低減を示す重なり合ったスペクトルは、ＰＭＤ前歪みが適用された信号の場合におけるチャンネル内自己位相変調の低減を示すものである。
【００２７】
　本発明の上記実施形態は、１０Ｇｂ／ｓの３３％のＲＺのシングル・スパンにおけるＲＺ伝送のためのシングル・チャンネル伝送システムの範囲内で説明したが、当業者には、本発明が、チャンネル内非線形ファイバ伝播の結果生じる信号歪みの低減が所望されるいかなる高速シングル・チャンネルまたはマルチ・チャンネル・システムにおいても有利に実施できることが理解されよう。
【００２８】
　前述の内容が本発明の様々な実施形態を対象としている一方、本発明の他の、および、さらなる実施形態も、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく工夫することができる。そのため、本発明の適切な範囲は、冒頭の特許請求の範囲に従って決定される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に従ってＰＭＤ前歪みを光信号に供給することができる、１０Ｇｂ／ｓの３３％のＲＺのシングル・スパンにおけるＲＺ伝送のためのシングル・チャンネル伝送システムのブロック図である。
【図２】図２ａはＰＭＤ前歪みがなく、異なった群遅延時間差がゼロに等しい、図１の伝送システムの受信機における光信号のアイ・ダイヤグラムを視覚的に示す図である。図２ｂはＰＭＤ前歪みの後の図１の伝送システムの受信機における光信号のアイ・ダイヤグラムを視覚的に示す図である。図２ｃは図２ａの光信号の対応する振幅パルス変動を視覚的に示す図である。図２ｄは図２ｂの光信号の対応する振幅パルス変動を視覚的に示す図である。
【図３】図１の伝送システムを介した伝送の前および後の光パルスのスペクトルを視覚的に示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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