(57)【要約】【課題】  効率性・経済性のより高い無中継光伝送システムおよび無中継光伝送方法を得る。【解決手段】  ピュアシリカコアファイバ４および分散補償ファイバ５を有し無中継で光信号を伝播させる無中継伝送区間１０を形成する無中継伝送路を有して無中継光伝送システムが構成される。本システムにおいて、送信端で光増幅器３によって増幅された光信号は、ピュアシリカコアファイバ４と分散補償ファイバ５中を伝播するに従い、光ファイバの損失により信号力が減衰する。この減衰した信号を、後方から入射した、例えば１．４８μｍのレーザ光により増幅し、無中継伝送距離を拡大する。無中継伝送区間内において分散補償ファイバを用いることにより、中継器を用いずに長距離、大容量伝送を行い、端末における信号増幅等を不要にする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一モードファイバと分散補償ファイバとが縦列に接続され、光信号を無中継で伝搬する無中継伝送路と、
前記無中継伝送路の受信側から励起光を入射する励起光入射手段と、を備え、
前記分散補償ファイバは、前記単一モードファイバ中の前記光信号に生じた分散を補償し、かつ、前記励起光によるラマン増幅により、前記単一モードファイバ中の前記光信号に生じた損失を補償することを特徴とする無中継光伝送システム。
【請求項２】
前記光信号は、波長多重されていることを特徴とする請求項１記載の無中継光伝送システム。
【請求項３】
前記無中継伝送路の受信側に、前記光信号を受信する受信手段を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の無中継光伝送システム。
【請求項４】
前記受信手段は、光フィルタと、フォトダイオードと、を備えていることを特徴とする請求項３記載の無中継光伝送システム。
【請求項５】
前記受信手段は、光増幅器を備えていることを特徴とする請求項３または４記載の無中継光伝送システム。
【請求項６】
前記無中継伝送路の送信側に、前記光信号を送信する送信手段を備えることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の無中継光伝送システム。
【請求項７】
前記送信手段は、前記光信号を発信するレーザダイオードと、送信機と、を備えていることを特徴とする請求項６記載の無中継光伝送システム。
【請求項８】
前記送信機は、強度変調手段と、合波手段と、を備えていることを特徴とする請求項７記載の無中継光伝送システム。
【請求項９】
前記送信手段は、光増幅器を備えていることを特徴とする請求項６または７記載の無中継光伝送システム。
【請求項１０】
前記単一モードファイバは、ピュアシリカコアファイバであることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の無中継光伝送システム。
【請求項１１】
前記無中継伝送路は、エルビウム添加ファイバを備えていることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の無中継光伝送システム。
【請求項１２】
前記励起光の波長は、１．４２μｍから１．４８μｍ付近であることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の無中継光伝送システム。
【請求項１３】
前記励起光の波長は、１．４８μｍ付近であることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の無中継光伝送システム。
【請求項１４】
信号光を無中継で伝播する無中継伝送手段と、
所定波長のレーザ光を励起し、該励起したレーザ光を、前記無中継伝送手段の後方から入射する励起光源と、
を有する無中継光伝送システムであって、
前記無中継伝送手段は、
前記信号光を伝播する正分散の光ファイバと、前記正分散の光ファイバを伝播した信号光を伝播する分散補償ファイバと、を有し、無中継で光信号を伝播させる無中継伝送区間を形成し、
前記分散補償ファイバは、前記正分散の光ファイバを伝播した信号光に生じた分散を補償し、かつ、前記励起光源から入射されたレーザ光によるラマン増幅により、前記正分散の光ファイバを伝播した信号光に生じた損失を補償することを特徴とする無中継光伝送システム。
【請求項１５】
信号光を無中継で伝播する無中継伝送手段と、
所定波長のレーザ光を励起し、該励起したレーザ光を、前記無中継伝送手段の後方からレーザ光を入射する励起光源と、
を有する無中継光伝送システムであって、
前記無中継伝送手段は、
前記信号光を伝播する第１の正分散の光ファイバと、
前記第１の正分散の光ファイバを伝播した信号光を伝播するエルビウム添加ファイバと、
前記エルビウム添加ファイバを伝播した信号光を伝播する第２の正分散の光ファイバと、
前記第２の正分散の光ファイバを伝播した信号光を伝播する分散補償ファイバと、を有し、無中継で光信号を伝播させる無中継伝送区間を形成し、
前記励起光源は、
前記励起したレーザ光を、前記無中継伝送区間の後方から入射し、前記分散補償ファイバ中の信号光と、前記エルビウム添加ファイバ中の信号光と、を増幅させ、
前記分散補償ファイバは、
前記正分散の光ファイバを伝播した信号光に生じた分散を補償し、かつ、前記励起光源から入射されたレーザ光によるラマン増幅により、前記正分散の光ファイバを伝播した信号光に生じた損失を補償することを特徴とする無中継光伝送システム。
【請求項１６】
前記分散補償ファイバは、
前記正分散の光ファイバとは逆の負の分散値、且つ、負の分散傾斜を有し、前記正分散の光ファイバを伝播した信号光に生じた累積分散値と、前記累積分散の波長依存性と、を同時に補償し、且つ、前記励起光源から入射されたレーザ光によるラマン増幅により、前記正分散の光ファイバを伝播した信号光に生じた損失を補償することを特徴とする請求項１４または１５記載の無中継光伝送システム。
【請求項１７】
光信号を無中継で伝搬する光伝送ステップと、
前記光伝送ステップにより生じた分散及び損失を、無中継で補償する分散及び損失補償ステップとを備え、
前記分散及び損失補償ステップは、分散補償ファイバを用いて、前記光伝送ステップで生じた分散を補償すると共に、受信端より励起光を入射し、該励起光によるラマン増幅により前記光伝送ステップにより生じた損失を補償することを特徴とする無中継光伝送方法。
【請求項１８】
前記光伝送ステップは、単一モードファイバを用いていることを特徴とする請求項１７記載の無中継光伝送方法。
【請求項１９】
前記光信号は、波長多重されていることを特徴とする請求項１７記載の無中継光伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を伝送するための無中継光伝送システムおよび無中継光伝送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無中継光伝送システムおよび無中継光伝送方法は、例えば、光信号の長距離伝送の無中継伝送路の伝送システムおよび伝送方法に適用される。このような無中継伝送路は、中継器が不要であることによるコスト削減の効果から、光信号伝送に限らず盛んに方式検討が行われている。
【０００３】
例えば、ＥＤＦ（erbium-doped fiber(amplifier) ／光増幅器）とラマン効果を用いた無中継伝送技術が報告されたものがある（例えば、非特許文献１参照）。図４は、この報告におけるシステム構成を示している。
【０００４】
このシステムにおいて、送信端で多重化された１０Gbit／s−３２chＷＤＭ（wavelength division multiplex／波長多重方式）信号は、伝送路中の３箇所のＥＤＦ（erbium-doped fiber) と３箇所目のＥＤＦ後に挿入された１００ｋｍのＳＭＦ（single mode fiber／単一モードファイバ）によって増幅されることで、長距離伝送を実現している。また、受信端では、無中継伝送路中で蓄積された分散を補償している。
【０００５】
なお、本発明と技術分野の類似する先願発明例として、海底用通信等に適する無中継で高品質の光信号を伝送するシステムに関するものがある（例えば、特許文献１参照）。また、励起光パワーを増大させることによって伝送距離の拡大を図ったものがある（例えば、特許文献２参照）。また、非線形光学効果の発生を抑え、かつ無中継で長距離伝送を行っても一定の受信感度の確保を図ったものがある（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平８−２０４６３４号公報
【特許文献２】特開平９−２３０３９９号公報
【特許文献３】特開平１０−２００５０９号公報
【非特許文献１】ECOC‘99 Post Deadline、ERROR-FREE 32X10Gbit/s UNREPEATERED TRANSMISSION OVER 450km(Alcatel)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の伝送路には以下の問題を伴う。
第一に、このシステムでは、無中継の長距離伝送を実現するために、励起光を伝搬させる光ファイバを伝送路に並行して挿入している点である。このように構成すると、無中継区間にファイバを２本敷かなければならないことになり、特に、海底ケーブルとして無中継伝送を行う場合には、コストは大幅に増加する。
【０００７】
第二に、分散補償を受信端で行っていることにより、端局装置が大規模化するという点である。このようなシステムでは、伝送距離を増加するに伴いＳＭＦで生じる分散の蓄積量が増大するため、ＤＣＦ（dispersion compensation fiber／分散補償ファイバ）によって端局で分散補償をする場合には、伝送距離が大きくなるにつれ端局装置は大規模化することになる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、効率性・経済性のより高い無中継光伝送システムおよび無中継光伝送方法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】
【０００９】
かかる目的を達成するために、本発明は以下の特徴を有することとする。
【００１０】
本発明にかかる無中継光伝送システムは、単一モードファイバと分散補償ファイバとが縦列に接続され、光信号を無中継で伝搬する無中継伝送路と、無中継伝送路の受信側から励起光を入射する励起光入射手段と、を備え、分散補償ファイバは、単一モードファイバ中の光信号に生じた分散を補償し、かつ、励起光によるラマン増幅により、単一モードファイバ中の光信号に生じた損失を補償することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明にかかる無中継光伝送システムにおいて、光信号は、波長多重されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明にかかる無中継光伝送システムは、無中継伝送路の受信側に、光信号を受信する受信手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明にかかる無中継光伝送システムにおいて、受信手段は、光フィルタと、フォトダイオードと、を備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明にかかる無中継光伝送システムにおいて、受信手段は、光増幅器を備えていることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明にかかる無中継光伝送システムは、無中継伝送路の送信側に、光信号を送信する送信手段を備えることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明にかかる無中継光伝送システムにおいて、送信手段は、光信号を発信するレーザダイオードと、送信機と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明にかかる無中継光伝送システムにおいて、送信機は、強度変調手段と、合波手段と、を備えていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明にかかる無中継光伝送システムにおいて、送信手段は、光増幅器を備えていることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明にかかる無中継光伝送システムにおいて、単一モードファイバは、ピュアシリカコアファイバであることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明にかかる無中継光伝送システムにおいて、無中継伝送路は、エルビウム添加ファイバを備えていることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明にかかる無中継光伝送システムにおいて、励起光の波長は、１．４２μｍから１．４８μｍ付近であることを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明にかかる無中継光伝送システムにおいて、励起光の波長は、１．４８μｍ付近であることを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明にかかる無中継光伝送システムは、信号光を無中継で伝播する無中継伝送手段と、所定波長のレーザ光を励起し、該励起したレーザ光を、無中継伝送手段の後方から入射する励起光源と、を有する無中継光伝送システムであって、無中継伝送手段は、信号光を伝播する正分散の光ファイバと、正分散の光ファイバを伝播した信号光を伝播する分散補償ファイバと、を有し、無中継で光信号を伝播させる無中継伝送区間を形成し、分散補償ファイバは、正分散の光ファイバを伝播した信号光に生じた分散を補償し、かつ、励起光源から入射されたレーザ光によるラマン増幅により、正分散の光ファイバを伝播した信号光に生じた損失を補償することを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明にかかる無中継光伝送システムは、信号光を無中継で伝播する無中継伝送手段と、所定波長のレーザ光を励起し、該励起したレーザ光を、無中継伝送手段の後方からレーザ光を入射する励起光源と、を有する無中継光伝送システムであって、無中継伝送手段は、信号光を伝播する第１の正分散の光ファイバと、第１の正分散の光ファイバを伝播した信号光を伝播するエルビウム添加ファイバと、エルビウム添加ファイバを伝播した信号光を伝播する第２の正分散の光ファイバと、第２の正分散の光ファイバを伝播した信号光を伝播する分散補償ファイバと、を有し、無中継で光信号を伝播させる無中継伝送区間を形成し、励起光源は、励起したレーザ光を、無中継伝送区間の後方から入射し、分散補償ファイバ中の信号光と、エルビウム添加ファイバ中の信号光と、を増幅させ、分散補償ファイバは、正分散の光ファイバを伝播した信号光に生じた分散を補償し、かつ、励起光源から入射されたレーザ光によるラマン増幅により、正分散の光ファイバを伝播した信号光に生じた損失を補償することを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明にかかる無中継光伝送システムにおいて、分散補償ファイバは、正分散の光ファイバとは逆の負の分散値、且つ、負の分散傾斜を有し、正分散の光ファイバを伝播した信号光に生じた累積分散値と、累積分散の波長依存性と、を同時に補償し、且つ、励起光源から入射されたレーザ光によるラマン増幅により、正分散の光ファイバを伝播した信号光に生じた損失を補償することを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明にかかる無中継光伝送方法は、光信号を無中継で伝搬する光伝送ステップと、光伝送ステップにより生じた分散及び損失を、無中継で補償する分散及び損失補償ステップとを備え、分散及び損失補償ステップは、分散補償ファイバを用いて、光伝送ステップで生じた分散を補償すると共に、受信端より励起光を入射し、該励起光によるラマン増幅により光伝送ステップにより生じた損失を補償することを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明にかかる無中継光伝送方法において、光伝送ステップは、単一モードファイバを用いていることを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明にかかる無中継光伝送方法において、光信号は、波長多重されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、単一モードファイバと分散補償ファイバとが縦列に接続され、光信号を無中継で伝搬する無中継伝送路と、無中継伝送路の受信側から励起光を入射する励起光入射手段と、を備え、分散補償ファイバは、単一モードファイバ中の光信号に生じた分散を補償し、かつ、励起光によるラマン増幅により、単一モードファイバ中の光信号に生じた損失を補償することを特徴とするものである。これにより、分散補償ファイバ中でラマン効果が高効率で行われ、信号光が効率よく増幅され、無中継区間をより長距離化することが可能となる。また、無中継伝送区間内において分散補償ファイバを用いることにより、中継器を用いずに長距離、大容量伝送を行い、受信端における信号増幅等を不要にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
次に、添付図面を参照して本発明による無中継光伝送システムおよび無中継光伝送方法の実施の形態を詳細に説明する。図１から図３を参照すると、本発明の無中継光伝送システムおよび無中継光伝送方法の一実施形態が示されている。
【００３１】
図１は、本発明の実施形態である無中継光伝送システムの構成例を示している。本実施形態の無中継光伝送システムは、複数のＬＤ（laser diode）１、・・、１、複数の送信機２、・・、２、光増幅器３、例えばピュアシリカコアファイバが適用されるＳＭＦ（single mode fiber／単一モードファイバ）４、ＤＣＦ（dispersion compensation fiber／分散補償ファイバ）５、１．４８μｍ励起ＬＤ６、ＯＲ（optical receiver／受信機）７を有して構成される。また、この中のＳＭＦ４とＤＣＦ５とで、無中継伝送区間１０を形成している。
【００３２】
図１を用いて、本実施形態の無中継光伝送システムの構成の内容を説明する。本図１において、送信端で光増幅器によって増幅された光信号は、ピュアシリカコアファイバと分散補償ファイバ中を伝播するに従い、光ファイバの損失により信号力が減衰する。この減衰した信号を、後方から入射した、例えば１．４８μｍのレーザ光により増幅し、無中継伝送距離を拡大する。
【００３３】
本構成によれば、ピュアシリカコアファイバと分散補償ファイバとを組み合わせ、無中継伝送区間内において分散補償ファイバを用いることにより、中継器を用いずに長距離、大容量伝送を行い、端末における信号増幅等を不要にしている。この構成の内容を、以下に詳述する。
【００３４】
まず、レーザから発生させた光を、送信機２、・・、２により信号光に強度変調する。続いて、本方式は波長分割多重伝送を想定しているので、ＡＷＧや光カップラ等の光部品によって複数のチャネルを合波する。このチャネル数には、基本的に制限はない。多重化した信号は、高出力の光増幅器３により増幅された後、伝送路に挿入される。
【００３５】
無中継伝送区間１０における伝送路は、ＳＭＦ４としてのピュアシリカコアファイバと、分散補償ファイバ５とにより構成されている。光信号は、まずピュアシリカコアファイバ４を伝播した後、分散補償ファイバ５中を伝播する。
【００３６】
また、受信端の受信機７側からは、１．４８μｍ励起ＬＤ６により、伝送路に１．４８μｍのレーザ光が入射される。この光がラマン増幅の励起光となり、増幅された信号光は、光増幅器、光フィルタ、フォトダイオード等から構成される受信機７を介して受信される。
【００３７】
（動作）
次に、図１のシステムの動作を説明する。
まず、レーザから発生した光をＮＲＺ（non-return-to-zero）またはＲＺ（retun-to-zero）信号に変調する。この変調された信号は、波長分割多重された後高出力の光増幅器に入射される。無中継伝送での伝送距離は、光ファイバ中での光の減衰によって受信端での信号光電力が小さくなることにより制限される。このため、ここでの信号光電力は、高い方が望ましい。しかしながら、実際には、ここでの光出力は光ファイバの持つ非線形特性による波形劣化によって制限される。
【００３８】
この出力光信号は、次にピュアシリカコアファイバ中を伝播する。ピュアシリカコアファイバは、一般に他の通信に用いられている光ファイバに比べて実効断面積が大きい。これにより、非線形の影響を受け難く、かつ伝送損失が小さいために伝送距離を拡大できる。このため、無中継伝送システムに適したファイバである。しかし、原理的には正分散の光ファイバであればよい。
【００３９】
続いて、信号光は、負の分散を持つ分散補償ファイバ中を伝播する。本光ファイバは、分散の傾斜が通常通信に用いられている光ファイバの分散の傾斜に対して逆である。このために、分散と分散の傾斜が同時に補償される。このとき、受信側から挿入した１．４８μｍ光がラマン増幅の励起光として働き、信号光は増幅される。
【００４０】
図２に、無中継伝送路中での信号光電力の変化を示す。この図に示すように、信号光は光ファイバの損失により減衰する。ＳＭＦ（single mode fiber／単一モードファイバ）中では実効断面積が小さく、かつ励起光が減衰しているためにラマン効果の影響は小さいが、励起光の減衰量が少なくかつ実効断面積の小さい分散補償ファイバ中ではラマン効果の影響が大きいために、光の増幅量は大きくなる。分散補償ファイバ中を伝搬した光は、そのままプリアンプを介して受信される。
【００４１】
（効果）
第一の効果は、分散補償ファイバ中でラマン効果が高効率で行われることである。伝送距離の制限要因は、信号光電力の低下とＳＮＲ（signal-to-noize ratio／信号対雑音比）の劣化量が主となる。このため、ラマン効果が高効率で行われ、信号光が効率よく増幅されれば、受信側から入射する１．４８μｍ励起光電力を低減できる。また、同じ励起光電力で無中継区間をより長距離化することも可能となる。
【００４２】
ここで、ラマン効果が高効率で行われる理由は、ラマン効果が光ファイバの実効断面積に反比例することに起因しており、一般に分散補償ファイバの実効断面積は、その他の通信に用いられる光ファイバに比べて非常に小さいためである。
【００４３】
第二の効果は、受信端で大規模な分散補償用の装置が不要になることである。その理由は、無中継伝送路区間ですでに分散補償を行っているためである。
【００４４】
（他の実施例）
次に、本発明の他の実施例について、図を参照して説明する。
図３を参照すると、上に示した実施例と比較して、無中継伝送路区間において、ＳＭＦ（single mode fiber／単一モードファイバ）４、４の間にエルビウム添加ファイバ（ＥＤＦ）８が挿入されている。これは、１．４８μｍ励起光を分散補償ファイバ中で主に生じるラマン効果による信号光の増幅と、エルビウム添加ファイバでの信号光増幅に併用するための方式である。このような方式にした場合、無中継伝送路区間をさらに増加させることができ、その上先程述べた効果はそのまま維持される。
【００４５】
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。例えば、他の実施例におけるＳＭＦ４、４の間にエルビウム添加ファイバ８を挿入する構成は、この構成を複数組用いて、無中継伝送区間を形成してもよい。また波長については必ずしも１．４８μｍである必要はなく、１．４２μｍから１．４８μｍ付近であればラマン増幅には問題は生じない。ただし、上記他の実施例では、ＥＤＦの増幅と共同で励起したレーザ光を用いるため、１．４８μｍであることが望ましい。
【００４６】
以上の説明より明らかなように、本発明の無中継光伝送システムおよび無中継光伝送方法は、ピュアシリカコアファイバおよび分散補償ファイバを有し無中継で光信号を伝播させる無中継伝送区間を形成し、所定波長のレーザ光を励起し、この励起したレーザ光を分散補償ファイバの後方から入射し、光信号を増幅させる。これにより、分散補償ファイバ中でラマン効果が高効率で行われ、信号光が効率よく増幅され、無中継区間をより長距離化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の無中継光伝送システムの実施形態を示す構成図である。
【図２】無中継伝送路中での信号光電力の変化を示す図である。
【図３】他の実施形態を示す無中継光伝送システムの構成図である。
【図４】従来の無中継光伝送システムのシステム構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    ＬＤ（laser diode）
２    送信機
３    光増幅器
４    ＳＭＦ（single mode fiber／単一モードファイバ）
５    ＤＣＦ（dispersion compensation fiber／分散補償ファイバ）
６    １．４８μｍ励起ＬＤ
７    ＯＲ（optical receiver／受信機）
１０    無中継伝送区間
【図１】
2004297832.tif 000003
【図２】
2004297832.tif 000004
【図３】
2004297832.tif 000005
【図４】
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