(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重光伝送システムにおいて、
信号光波長に対して正の波長分散を持ち、かつ、非線形実効断面積が相対的に大きい第１光ファイバと、信号光波長に対して負の波長分散を持ち、かつ、非線形実効断面積が相対的に小さい第２光ファイバとを互いに接続した第１伝送区間を有する光伝送路と、
該光伝送路を伝搬する波長多重信号光を増幅する光増幅部と、を備え、
前記光伝送路に入力される波長多重信号光が、前記第１伝送区間の第１光ファイバおよび第２光ファイバを順に伝搬した後に前記光増幅部に送られる構成とし、
前記光伝送路は、前記第１伝送区間内における第２光ファイバの長さの比率が２０％以上、４０％以下であり、信号光波長に対して１種類の波長分散を持つ光ファイバのみからなる伝送区間の適用を仮定したときの伝送特性に対する、前記第１伝送区間を適用したときの伝送特性の改善量が０．５ｄＢ以上となることを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項２】
請求項１に記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、複数の前記第１伝送区間を有し、
前記光増幅部は、前記各第１伝送区間の間にそれぞれ配置される複数の光増幅器を備えたことを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項３】
請求項２に記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、前記第１光ファイバにおける累積波長分散量と前記第２光ファイバにおける累積波長分散量との和が負になることを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項４】
請求項３に記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、信号光波長に対して正の波長分散を持つ第３光ファイバを用いた第２伝送区間を有し、該第２伝送区間が、予め設定した区間数の第１伝送区間ごとに配置され、当該第１伝送区間で発生する負の累積波長分散を補償する構成としたことを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項５】
請求項４に記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記第３光ファイバは、前記第１光ファイバと同じ種類であることを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、前記第１光ファイバが１．３μｍ零分散ファイバであり、かつ、前記第２光ファイバが分散補償ファイバであることを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項７】
請求項６に記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、前記第２光ファイバの波長分散スロープが、−０．１６ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以上、−０．０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍ以下であることを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項８】
請求項６または７に記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、前記第１光ファイバの波長分散スロープに対する前記第２光ファイバの波長分散スロープ補償率が、２８％以上、１６５％以下であることを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つに記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記光伝送路を伝搬した波長多重信号光に残留する波長分散を補償する残留波長分散補償部を備えたことを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つに記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記光伝送路を伝搬した波長多重信号光に残留する波長分散スロープを補償する残留波長分散スロープ補償部を備えたことを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項１１】
波長多重光伝送システムにおいて、
信号光波長に対して正の波長分散を持ち、かつ、非線形実効断面積が相対的に大きい第１光ファイバと、信号光波長に対して負の波長分散を持ち、かつ、非線形実効断面積が相対的に小さい第２光ファイバとを互いに接続した第１伝送区間を有する光伝送路と、
該光伝送路を伝搬する波長多重信号光を増幅する光増幅部と、を備え、
前記光伝送路に入力される波長多重信号光が、前記第１伝送区間の第１光ファイバおよび第２光ファイバを順に伝搬した後に前記光増幅部に送られる構成とし、
前記光伝送路に入力される波長多重信号光に対して、前記第１光ファイバにおける累積波長分散以上の絶対値を有する負の波長分散を与える波長分散付与手段を備えて構成したことを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記光伝送路から出力される波長多重信号光に対して、前記波長分散付与手段で与えられた負の波長分散を補償する波長分散補償手段を備えたことを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、複数の前記第１伝送区間を有し、
前記光増幅部は、前記各第１伝送区間の間にそれぞれ配置される複数の光増幅器を備えたことを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、前記第１光ファイバにおける累積波長分散量と前記第２光ファイバにおける累積波長分散量との和が負になることを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、信号光波長に対して正の波長分散を持つ第３光ファイバを用いた第２伝送区間を有し、該第２伝送区間が、予め設定した区間数の第１伝送区間ごとに配置され、当該第１伝送区間で発生する負の累積波長分散を補償する構成としたことを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項１６】
波長多重光伝送システムにおいて、
信号光波長に対して正の波長分散を持ち、かつ、非線形実効断面積が相対的に大きい第１光ファイバと、信号光波長に対して負の波長分散を持ち、かつ、非線形実効断面積が相対的に小さい第２光ファイバとを互いに接続した第１伝送区間を複数有するとともに、予め設定した区間数の前記第１伝送区間で発生する負の累積波長分散を補償可能な波長分散を持つ第３光ファイバを用いた第２伝送区間を有する光伝送路と、
該光伝送路を伝搬する波長多重信号光を増幅する光増幅部と、を備え、
前記光伝送路に入力される波長多重信号光が、前記第１伝送区間の第１光ファイバおよび第２光ファイバに順に伝搬した後に前記光増幅部に送られ、さらに、前記予め設定した区間数の第１伝送区間を伝搬した後に前記第２伝送区間に送られる構成とし、
前記光伝送路は、前記予め設定した区間数の第１伝送区間で発生する負の累積波長分散に対して、前記第２伝送区間における補償量が不足するように設定されたことを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、前記第２伝送区間における累積波長分散補償率が９０％以上、９５％以下であることを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記第３光ファイバは、前記第１光ファイバと同じ種類であることを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項１９】
請求項１６〜１８のいずれか１つに記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記光伝送路に入力される波長多重信号光に対して、予め設定した負の波長分散を与える波長分散付与手段を備えて構成されたことを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項２０】
請求項１１〜１９のいずれか１つに記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、前記第１伝送区間内における第２光ファイバの長さの比率が、２０％以上、４０％以下であることを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項２１】
請求項１１〜２０のいずれか１つに記載の波長多重光伝送システムにおいて、
前記光伝送路は、前記第１光ファイバが１．３μｍ零分散ファイバであり、かつ、前記第２光ファイバが分散補償ファイバであることを特徴とする波長多重光伝送システム。
【請求項２２】
光通信を行う光伝送路において、
該光伝送路は、伝送信号光に対して正の分散値で正の分散スロープを有する第１光ファイバと、伝送信号光に対して負の分散値で負の分散スロープを有する第２光ファイバとで構成し、
該第２光ファイバの割合は前記伝送路全体の２０〜４０％とし、前記伝送信号光を前記第１光ファイバ、第２光ファイバの順に通過させる構成として、伝送信号光に対して１種類の分散値を持つ光ファイバのみを用いた構成を仮定したときの伝送特性に対する、前記第１および第２光ファイバで構成したときの伝送特性の改善量が０．５ｄＢ以上となることを特徴とする光伝送路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長多重信号光を光増幅器を用いて中継伝送する波長多重光伝送システムに関し、特に、相反する波長分散を持つ光ファイバを組み合わせた混成伝送路を適用して波長分散および波長分散スロープを補償するようにした波長多重光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、長距離の光伝送システムでは光信号を電気信号に変換し、タイミング再生(retiming)、波形等化(reshaping)および識別再生(regenerating)を行う光再生中継器を用いて伝送を行っていた。しかし、現在では光増幅器の実用化が進み、光増幅器を線形中継器として用いる光増幅中継伝送方式が検討されている。光再生中継器を光増幅中継器に置き換えることにより、中継器内の部品点数を大幅に削減し、信頼性を確保するとともに大幅なコストダウンが見込まれる。
【０００３】
また、光伝送システムの大容量化を実現する方法のひとつとして、１本の伝送路に２以上の異なる波長を持つ光信号を多重して伝送する波長多重（ＷＤＭ）光伝送方式が注目されている。
【０００４】
上記の光増幅中継伝送方式とＷＤＭ光伝送方式とを組み合わせたＷＤＭ光増幅中継伝送方式においては、光増幅器を用いてＷＤＭ信号光を一括して増幅することが可能であり、簡素な構成（経済的）で、大容量かつ長距離伝送が実現可能である。
【０００５】
従来のＷＤＭ光増幅中継伝送システム（以下、ＷＤＭ光伝送システムと略す）では、伝送路の非線形効果による伝送特性の劣化を低減するように伝送路の波長分散を管理する方法が用いられている。
【０００６】
例えば、N.S.Berganoらの論文▲１▼「Wavelength Division Multiplexing in Long-Haul Transmission Systems, IEEE Journal of Lightwave Technology, vol. 14, no. 6, pp. 1299-1308, 1996」では、図１６に示すように、約９００ｋｍの長さを有し１５８５ｎｍの零分散波長λ0Dを持ち、正の波長分散スロープを有する分散シフトファイバ（Dispersion-shifted fiber；ＤＳＦ）と、約１００ｋｍの長さを有し１３１０ｎｍの零分散波長λ0Sを持ち、正の波長分散スロープを有するシングルモードファイバ（ＳＭＦ）とを組み合わせた伝送路を用いている。この伝送路の平均零分散波長λ0Aは約１５５８ｎｍであり、信号光波長は１５５６ｎｍから１５６０ｎｍまでである。
【０００７】
ＤＳＦおよびＳＭＦの波長分散は、それぞれ約−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍおよび約＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、信号光と自然放出光の群速度や信号光同士の群速度がそれぞれ異なる。このため、ＤＳＦおよびＳＭＦを組み合わせた伝送路を用いることによって、非線形効果の相互作用時間を短くすることが可能であり、４光波混合（Four wave mixing；ＦＷＭ）および相互位相変調（Cross phase modulation；ＸＰＭ）などによる伝送特性の劣化を低減できる。また、伝送路の平均零分散波長を信号光波長内としているので、自己位相変調（Self phase modulation；ＳＰＭ）と波長分散による伝送特性の劣化も低減している。
【０００８】
しかし、ＷＤＭ光伝送システムの容量拡大のために伝送帯域の拡大が必要となると、上記のような構成では、波長分散スロープの影響により、すべての信号光波長に対して波長分散が零となるように補償するのは困難である。このため、補償されずに累積する波長分散と光ファイバ内の非線形効果との相互作用による信号光波形劣化が生じてしまう。
【０００９】
このような場合の対策として、伝送区間の前半で生じた波長分散および波長分散スロープを補償する分散補償ファイバを伝送区間の後半に適用した伝送路が提案されている。具体的には、例えば、伝送区間の前半に正の波長分散と正の分散スロープを持つ１．３μｍ零分散ＳＭＦを用い、該１．３μｍ零分散ファイバの波長分散および波長分散スロープを補償する、負の波長分散と負の分散スロープを持つ分散補償ファイバを伝送区間の後半に用いることで、波長分散スロープを小さくして累積波長分散を低減し、伝送特性の劣化を低減させるものである。
【００１０】
M.Murakamiらの論文▲２▼「Quarter terabit (25×10Gb/s) over 9288km WDM transmission experiment using nonlinear supported RZ pulse in higher order fiber dispersion managed line, ECOC'98,pp.79-81,1998」では、伝送区間長の５０％に相当する長さで正の波長分散を持つ１．３μｍ零分散ファイバを伝送区間の前半に用い、伝送区間長の５０％に相当する長さで負の波長分散を持つ分散補償ファイバを伝送区間の後半に用いることで、平均の波長分散スロープを０．００６７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍまで低減できている。
【００１１】
また、K.Yonenagaらの論文▲３▼「Dispersion-compensation-free 40-Gbit/s×4-channel WDM transmission experiment using zero-dispersion-flattened transmission line, OFC'98,PD20,1998」では、伝送区間長の５５％に相当する長さの正の波長分散で持つ１．３μｍ零分散ファイバを伝送区間の前半に用い、伝送区間長の４５％に相当する長さで負の波長分散を持つ分散補償ファイバを伝送区間の後半に用いることで、平均の波長分散スロープを−０．００２８ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍまで低減できている。
【００１２】
さらに、T.Kashiwadaらの論文▲４▼「Ultra-low chromatic and polarization mode dispersion hybrid fiber links for ultra-high speed transmission systems, OECC'98,15C1-3,pp.364-365,1998」では、伝送区間長の８４％に相当する長さで正の波長分散を持つ１．３μｍ零分散ファイバを伝送区間の前半に用い、伝送区間長の１６％に相当する長さの負分散を持つ分散補償ファイバを伝送区間の後半に用いてことで、平均の波長分散スロープを０．００８ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍまで低減できている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＷＤＭ光伝送システムの更なる大容量化および長距離化を実現するためには、その伝送路に要求される主な課題として、（ａ）伝送損失が小さいこと、（ｂ）非線形実効断面積が大きいこと、（ｃ）信号光波長と伝送路の零分散波長が一致しないこと、（ｄ）伝送距離方向に平均化された波長分散量が負であること、（ｅ）累積波長分散の補償間隔が中継間隔に対して十分に大きいこと、（ｆ）波長分散スロープが小さい、または、それを補償できること、などが挙げられる。
【００１４】
しかしながら、上記のような正の波長分散を持つ１．３μｍ零分散ファイバと負の波長分散を持つ分散補償ファイバとを組み合わせて伝送路として用いる従来のＷＤＭ光伝送システムは、伝送路の後半に用いる分散補償ファイバの非線形実効断面積が比較的小さく、かつ、その伝送損失も比較的大きいため、非線形効果の影響を受けやすく光ＳＮ比（光信号対雑音比）も小さくなってしまうという欠点を持っていた。このため、波長分散および波長分散スロープを補償しても、伝送特性の改善効果が十分には得られないという問題があった。
【００１５】
ここで、上記論文に記載されたようなＷＤＭ光伝送システムについて、伝送特性の改善量を定量的に見積もってその問題点を明らかにする。
ＷＤＭ光伝送システムの伝送特性は光ＳＮ比に大きく依存する。光ＳＮ比は、中継器出力が高く伝送損失が小さいほど、大きな値を持つ。そのため、ＷＤＭ光伝送システムにおける伝送特性の改善量の指標として、中継器出力と伝送損失とを用いることができる。
【００１６】
中継器出力については、伝送路の非線形効果により制限されるため、非線形効果の発生を定量的に見積もることが重要である。一般に、非線形効果φNLは次の数１に示す式（１）により表すことができる。
【００１７】
【数１】
0003771738.tif 000002
ただし、λは信号光波長、ｎ2は伝送路の非線形屈折率係数、Ａeffは伝送路の非線形実効断面積、Ｐは光パワー、Ｌは伝送距離である。
【００１８】
全長Ｌの伝送路のうちの前半部分について正の波長分散を持つ１．３μｍ零分散ＳＭＦを用い、後半部分について負の波長分散と負の分散スロープを持つ分散補償ファイバ（Reversed Dispersion Fiber、ＲＤＦと以下に略す）を用いた場合（入射端から１．３μｍ零分散ＳＭＦとＲＤＦの境界までの距離をｌbとする）、伝送区間内のＲＤＦの長さの比率に応じて非線形効果φNLが変化する。
【００１９】
伝送路の入射端から距離ｌ（０＜ｌ＜Ｌ）の位置における光パワーＰ（ｌ）は、伝送路の損失をα［１／ｋｍ］として、次の式（２）で与えられる。
Ｐ（ｌ）＝Ｐ（０）・ｅ-αl …（２）
したがって、１．３μｍ零分散ＳＭＦおよびＲＤＦを用いた混成伝送路で発生する非線形効果φNLは、式（１）（２）の関係から、次の数２に示す式（３）で求めることができる。
【００２０】
【数２】
0003771738.tif 000003
ここでは、式（３）を用いて求めた非線形効果φNLについて、一般的な伝送ファイバであるＤＳＦのみを用いて伝送路を構成したときの非線形効果の値を基準として規格化を行い、さらに、その規格化した非線形効果の値でＤＳＦの非線形実効断面積を割って、ＤＳＦのみの伝送路に対する混成伝送路の距離平均の非線形実効断面積を演算する。これにより、ＤＳＦのみの伝送路を基準とした非線形効果の緩和量、つまり、中継器出力の上限の緩和量が計算される。
【００２１】
この中継器出力の上限の緩和によって生じる、ＤＳＦのみの伝送路に対する伝送特性の改善量は、混成伝送路の距離平均の非線形実効断面積をＡeff（１）とし、ＤＳＦのみの伝送路の非線形実効断面積をＡeff（２）として、次のように表される。
【００２２】
１０・ＬＯＧ｛Ａeff（１）／Ａeff（２）｝  ［ｄＢ］
一方、伝送損失の低減による伝送特性の改善量は、混成伝送路における距離平均の伝送損失をｄＢ単位で表した値をＬｏｓｓ（１）とし、ＤＳＦのみの伝送路における距離平均の伝送損失をｄＢ単位で表した値をＬｏｓｓ（２）として、次のように表される。
【００２３】
｛Ｌｏｓｓ（２）−Ｌｏｓｓ（１）｝×伝送区間長  ［ｄＢ］
したがって、ＤＳＦのみの伝送路を用いたシステムに対する、混成伝送路を用いたシステムの伝送特性の改善量Ｉは、次の式（４）に従って定量的に評価可能である。
【００２４】
0003771738.tif 000004
ここでは、例えば、伝送距離Ｌを５０ｋｍとし、１．３μｍ零分散ＳＭＦ、ＲＤＦおよびＤＳＦの各特性パラメータを次の表１に示す値を用いて、式（４）の改善量Ｉを計算してみる。
【００２５】
【表１】
0003771738.tif 000005
なお、表１における、１．３零分散ＳＭＦの各パラメータについては上記の論文▲４▼を参照し、ＲＤＦの各パラメータについては上記の論文▲２▼およびM.Onishiらの論文▲５▼「Optimization of dispersion-compensating fibers considering self-phase modulation suppression, OFC'96,ThA2, pp.200-201,1996」を参照し、ＤＳＦの各パラメータについては上記の論文▲５▼を参照した。また、表１には伝送損失を［ｄＢ／ｋｍ］の単位で示してあるが、式（３）の計算においては［１／ｋｍ］の単位に変換した値をαとして用いるものとする。
【００２６】
図１７は、上記の条件に従って計算した伝送特性の改善量Ｉを示す図である。なお、横軸のＳＭＦ長およびＲＤＦ長はそれぞれ、伝送区間の前半で用いる１．３μｍ零分散ＳＭＦの長さおよび伝送区間の後半で用いるＲＤＦの長さを示し、縦軸は混成伝送路における伝送特性の改善量Ｉを示している。ここでは、ＲＤＦの各パラメータ（伝送損失ＬＯＳＳおよび非線形実効断面積Ａeff）の組み合わせに対応させて、伝送区間内でのＲＤＦの長さの比率に応じた改善量Ｉがプロットしてある。
【００２７】
図１７に示すように、ＤＳＦのみの伝送路とした場合と比較して、混成伝送路における伝送特性は、後半のＲＤＦの長さが短くなるほど改善される傾向にあることがわかる。
【００２８】
そこで、上述した論文▲２▼、▲３▼に示されたようなＷＤＭ光伝送システムついて、上記の方法を用いて伝送特性の改善量を検討する。ただし、これらの論文において伝送区間の後半で用いている分散補償ファイバ（ＲＤＦ）の具体的な特性に関しては示されていないため、K.Mukasaらの論文▲６▼「Novel network fiber to manage dispersion at 1.55μm with combination of 1.3μm zero dispersion single mode fiber, ECOC'97,pp.127-130,1997」を参照した。
【００２９】
各論文▲２▼、▲３▼によるＷＤＭ光伝送システムでは、非線形実効断面積が比較的小さいＲＤＦについての伝送区間内における長さの比率が大きいため（約５０％程度）、伝送区間平均の非線形実効断面積が小さくなる。そのため、非線形効果を低減する効果が小さくなってしまう。
【００３０】
すなわち、伝送路前半の１．３μｍ零分散ＳＭＦの非線形実効断面積は約８０μｍ2と大きく、伝送損失も約０．２０ｄＢ／ｋｍと小さいのに対して、伝送路後半のＲＤＦのモードフィールド径が５．８μｍ、つまり、非線形実効断面積は約２６μｍ2と小さく、伝送損失は約０．２５ｄＢ／ｋｍと大きい。このため、上記の式（３）を用いて非線形効果φNLを求め、ＤＳＦのみの伝送路に対する距離平均の非線形実効断面積を計算するとその値は約４９μｍ2となり、また、伝送損失は約０．２２５ｄＢ／ｋｍとなる。この場合について、伝送特性の改善量Ｉを上記の式（４）を用いて計算し、その結果を図１７上に白星印としてプロットした。
【００３１】
伝送路として一般に用いられているＤＳＦの非線形実効断面積が約５０μｍ2、伝送損失が０．２０ｄＢ／ｋｍであることを考慮すると、各論文▲２▼、▲３▼によるＷＤＭ光伝送システムの構成では、波長分散および波長分散スロープの補償が実現されるものの非線形実効断面積と伝送損失に関する改善効果は小さく、逆に、ＤＳＦのみの伝送路とした場合と比べて、伝送特性が約０．８５ｄＢ劣化するものと考えられる。
【００３２】
また、上記の論文▲４▼に示されたようなＷＤＭ光伝送システムついて、その問題点を検討する。
この論文▲４▼内で用いられているＲＤＦは、前半の１．３μｍ零分散ＳＭＦにおいて累積した波長分散を比較的短い長さで補償しなければいけないので、距離あたりの波長分散補償量を比較的大きくする必要がある。そのため、伝送損失が大きくなり、非線形実効断面積も小さくなる。論文▲４▼にはＲＤＦの非線形実効断面積が示されていないので、上記の論文▲６▼に示してある距離あたりの波長分散が約−１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍと同等であるＲＤＦの非線形実効断面積を参考にする。
【００３３】
前半の１．３μｍ零分散ＳＭＦの非線形実効断面積は約８０μｍ2と大きく、伝送損失も約０．２０ｄＢ／ｋｍと小さいのに対して、後半のＲＤＦの非線形実効断面積は約２０μｍ2と小さく、伝送損失は約０．５ｄＢ／ｋｍと大きい。このため、上記の式（３）を用いて非線形効果φNLを求め、ＤＳＦのみの伝送路に対する距離平均の非線形実効断面積を計算するとその値は約６８μｍ2となり、また、伝送損失は約０．２３ｄＢ／ｋｍとなる。この場合について、伝送特性の改善量Ｉを上記の式（４）を用いて計算し、その結果を図１７上に黒星印としてプロットした。ＤＳＦの非線形実効断面積および伝送損失を考慮すると、各論文▲４▼によるＷＤＭ光伝送システムの構成においても非線形実効断面積と伝送損失に関する改善効果は小さく、逆に、ＤＳＦのみの伝送路とした場合と比べて、伝送特性が約０．１９ｄＢ劣化していると考えられる。
【００３４】
上述したように、従来の論文に示されたようなＷＤＭ光伝送システムでは、波長分散および波長分散スロープの補償が実現されても、伝送特性の改善効果が十分には得られないという問題があった。
【００３５】
また、１．３μｍ零分散ＳＭＦとＲＤＦを組み合わせた混成伝送路を用いて各中継器間を接続したＷＤＭ光伝送システムにあっては、各中継区間で発生する波長分散の累積値（累積波長分散）が正になると、光パルスの圧縮効果により光ピークパワーが大きくなって非線形効果を一層受けやすくなってしまうという問題もあった。
【００３６】
ここでは上記の問題について、上述の論文▲２▼に示されたＷＤＭ光伝送システムを例として詳しく説明する。
論文▲２▼によるシステム構成では、１．３μｍ零分散ＳＭＦとＲＤＦを組み合わせた伝送路が各中継区間に用いられ、複数の中継区間で生じた累積波長分散を補償する分散補償ファイバからなる伝送路が所要間隔を隔てた中継区間ごとに用いられる。
【００３７】
図１８は、論文▲２▼に示されたパラメータを用いて作成した波長分散マップの一例を示す図であって、（Ａ）は１０中継区間についての波長分散の変化を示し、（Ｂ）は１００中継区間についての波長分散の変化を示すものである。
【００３８】
図１８に示す例では、１つの中継区間の長さが５０ｋｍとされ、５中継間隔ごとに累積波長分散の補償が行われるので、累積波長分散の補償間隔は中継間隔の５倍になり、伝送距離方向に平均化された波長分散量は、−２２５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。第１中継区間、第２中継区間、第６中継区間、第７中継区間などで累積波長分散の値が正になる状態が生じ、光パルスの圧縮効果により光ピークパワーが大きくなって非線形効果を一層受けやすくる。また、累積波長分散の補償間隔が比較的短いので、累積波長分散が頻繁に零に戻るために非線形効果による波形歪みを受ける可能性があり問題である。
【００３９】
累積波長分散の補償間隔を中継間隔の１０倍にした場合の波長分散マップは、図１９（Ａ）（Ｂ）に示すようになり、伝送距離方向に平均化された波長分散量は、−２２５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。この場合も、第１〜第４中継区間などで累積波長分散の値が正になる状態が生じ、光パルスの圧縮効果により光ピークパワーが大きくなって非線形効果を受けやすくなる。また、累積波長分散が正となる領域においてＷＤＭ信号光が伝送される区間が連続することが多く、光パルス圧縮により一層大きな非線形効果を受けることになって問題である。
【００４０】
なお、累積波長分散が正の領域において伝送する機会が多いほど伝送特性が悪くなることは、H.Tagaらによる論文▲７▼「Performance Evaluation of the Different Types of Fiber-Chromatic-Dispersion Equalization for IM-DD Ultralong-Distance Optical Communication Systems with Er-Doped Fiber Amplifiers,IEEE,Journal of Lightwave Technolgy, vol.12, no.9, September, 1994」によって指摘されている。
【００４１】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、正の波長分散を持つ光ファイバと負の波長分散を持つ光ファイバとを最適な条件で組み合わせた混成伝送路を用いることで優れた伝送特性を有するＷＤＭ光伝送システムを提供することを目的とする。また、累積波長分散の値が正になる状態を抑えることで非線形効果を発生し難くして伝送特性の改善を図ったＷＤＭ光伝送システムを提供することを目的とする。
【００４２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によるＷＤＭ光伝送システムの１つの態様は、信号光波長に対して正の波長分散を持ち、かつ、非線形実効断面積が相対的に大きい第１光ファイバと、信号光波長に対して負の波長分散を持ち、かつ、非線形実効断面積が相対的に小さい第２光ファイバとを互いに接続した第１伝送区間を有する光伝送路と、該光伝送路を伝搬する波長多重信号光を増幅する光増幅部と、を備え、前記光伝送路に入力される波長多重信号光が、前記第１伝送区間の第１光ファイバおよび第２光ファイバを順に伝搬した後に前記光増幅部に送られる構成としたＷＤＭ光伝送システムにおいて、前記光伝送路は、前記第１伝送区間内における第２光ファイバの長さの比率が、２０％以上、４０％以下であり、信号光波長に対して１種類の波長分散を持つ光ファイバのみからなる伝送区間の適用を仮定したときの伝送特性に対する、前記第１伝送区間を適用したときの伝送特性の改善量が０．５ｄＢ以上となるようにしたものである。
【００４３】
かかる構成によれば、光伝送路の第１伝送区間における第１光ファイバの長さと第２光ファイバの長さとが、波長分散および波長分散スロープの補償という観点だけでなく非線形効果や伝送損失の影響についても最適化されるため、伝送特性の改善を図ることができるようになる。
【００４４】
また、上記のＷＤＭ光伝送システムについては、光伝送路が複数の第１伝送区間を有し、光増幅部が各第１伝送区間の間にそれぞれ配置される複数の光増幅器を備えるようにしてもよい。かかる構成では、第１光ファイバおよび第２光ファイバを用いた第１伝送区間が光伝送路に複数存在するようになり、光伝送路に入力されたＷＤＭ信号光が、光増幅器で増幅されながら各第１伝送路を順次伝搬するようになる。
【００４５】
さらに、上記の光伝送路については、第１光ファイバにおける累積波長分散量と第２光ファイバにおける累積波長分散量との和が負になるようにするのが好ましい。このようにすることで、第１伝送区間で発生する累積波長分散が負となるため、非線形効果の発生し難い伝送路となる。
【００４６】
加えて、上記の光伝送路は、信号光波長に対して正の波長分散を持つ第３光ファイバを用いた第２伝送区間を有し、該第２伝送区間が、予め設定した区間数の第１伝送区間ごとに配置され、当該第１伝送区間で発生する負の累積波長分散を補償する構成としてもよい。かかる構成では、所要の補償間隔で配置された第２伝送区間によって、第１伝送区間で発生した負の累積波長分散が補償されるようになる。これにより、非線形効果の発生を抑えるとともに累積波長分散による伝送特性の劣化を防ぐことができる。
【００４７】
また、前述したＷＤＭ光伝送システムについては、光伝送路を伝搬した波長多重信号光に残留する波長分散を補償する残留波長分散補償部を備えるようにしてもよい。さらに、光伝送路を伝搬した波長多重信号光に残留する波長分散スロープを補償する残留波長分散スロープ補償部を備えるようにしても構わない。
【００４８】
かかる構成とすることで、第１、２伝送区間で補償しきれなかった波長分散が残留波長分散補償部によって補償され、また、第１、２伝送区間で補償しきれなかった波長分散スロープが残留波長分散スロープ補償部によって補償されるため、さらに優れた伝送特性が得られるようになる。
【００４９】
本発明によるＷＤＭ光伝送システムの他の態様は、上述したような光伝送路に入力される波長多重信号光に対して、前記第１光ファイバにおける累積波長分散以上の絶対値を有する負の波長分散を与える波長分散付与手段を備えて構成したものである。
【００５０】
かかる構成では、累積波長分散が負の状態でＷＤＭ信号光が光伝送路を伝搬するようになるため、非線形効果の発生確率が低くなって伝送特性の改善を図ることが可能となる。
【００５１】
また、上記のＷＤＭ光伝送システムについては、光伝送路から出力される波長多重信号光に対して、波長分散付与手段で与えられた負の波長分散を補償する波長分散補償手段を備えるようにしてもよい。これにより、ＷＤＭ信号光に対して入力時に与えた波長分散が、光伝送路を伝搬した後に波長分散補償手段によって補償されるため、ＷＤＭ信号光の波長分散補償がより確実に行われるようになる。
【００５２】
本発明によるＷＤＭ光伝送システムの別の態様は、上述したような第１、２伝送区間を有する光伝送路について、予め設定した区間数の第１伝送区間で発生する負の累積波長分散に対して、第２伝送区間における補償量が不足するように設定したものである。具体的には、第２伝送区間における累積波長分散補償率が９０％以上、９５％以下であることが好ましい。
【００５３】
かかる構成では、第２伝送区間を伝搬したＷＤＭ信号光の累積波長分散が負になるため、非線形効果が発生し難くなって伝送特性の改善を図ることが可能となる。
【００５４】
また、本発明によるＷＤＭ光伝送システムは、上述した各態様を組み合わせてもよい。各態様を組み合わせることにより、伝送特性の一層の改善を図ることが可能となる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、第１の本実施形態のＷＤＭ光伝送システムの基本構成を示すブロック図である。
【００５６】
図１のＷＤＭ光伝送システムは、例えば、光送信局１と、光受信局２と、それら送受信局間に所要の間隔で配置される複数の光増幅器（光中継器）３1,３2,…と、光送信局１、各光増幅器３1,３2,…および光受信局２の間を結ぶ光伝送路としての光ファイバ伝送路４と、から構成される。
【００５７】
光送信局１は、波長の異なる複数の光信号をそれぞれ出力する複数の光送信器（Ｅ／Ｏ）１Ａと、複数の光信号を波長多重する合波器１Ｂと、該合波器１ＢからのＷＤＭ信号光を所要のレベルに増幅して光ファイバ伝送路４に出力するポストアンプ１Ｃと、を有する。
【００５８】
光受信局２は、光ファイバ伝送路４を介して伝送されたＷＤＭ信号光を所要のレベルに増幅するプリアンプ２Ａと、プリアンプ２Ａからの出力光を波長に応じて複数の光信号に分ける分波器２Ｂと、複数の光信号をそれぞれ受信処理する複数の光受信器（Ｏ／Ｅ）２Ｃと、を有する。
【００５９】
各光増幅器３1,３2,…は、光ファイバ伝送路４の各所に到達したＷＤＭ信号光を一括して増幅可能な公知の光増幅器である。
光ファイバ伝送路４は、光送信局１および光増幅器３1の間を結ぶ第１中継区間４1と、各光増幅器３1〜３n-1の間をそれぞれ結ぶ第２〜第ｎ−１中継区間４2〜４n-1と、光増幅器３n-1および光受信局２の間を結ぶ第ｎ中継区間４nとを有する。
【００６０】
ここでは、例えば、第１〜９中継区間で発生する累積波長分散が第１０中継区間において補償され、以降同様にして１０中継区間ごとに累積波長分散が補償される場合の構成例を図１に示した。この場合、累積波長分散の補償を行わない中継区間（第１〜９中継区間等）に対しては、ＷＤＭ信号光の波長帯について正の波長分散値と正の分散スロープを有するを持つ第１光ファイバとしての１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａを前半（送信側）に用い、負の波長分散値と負の分散スロープを持つ第２光ファイバとしてのＲＤＦ４ｂを後半（受信側）に用いた混成伝送路がそれぞれ適用される。一方、累積波長分散の補償を行う中継区間（第１０中継区間等）に対しては、前方の９中継区間で発生する累積波長分散とは相反する波長分散を持つ第３光ファイバとしての分散補償ファイバ（ＤＣＦ）４ｃを用いた伝送路が適用される。
【００６１】
したがって、ここでは混成伝送路が用いられる第１〜９中継区間等の区間が、光伝送路の第１伝送区間に該当し、ＤＣＦ４ｃを用いた伝送路が用いられる第１０中継区間等の区間が、光伝送路の第２伝送区間に該当する。
【００６２】
１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａは、１．３μｍ付近で波長分散が零となり、波長が長くなると波長分散が大きくなるような所要の波長分散スロープを有する一般的な光ファイバであって、１．５５μｍ帯等のＷＤＭ信号光波長帯では正の波長分散を持つ。この１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａは、上述したように非線形実効断面積が大きく、伝送損失が小さいという特徴を有する。
【００６３】
ＲＤＦ４ｂは、１．５５μｍ帯等の波長帯について、１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａとは相反する波長分散および波長分散スロープを持つように、光ファイバの材料や構造等を調整して設計されたものあり、１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａで発生する波長分散の補償が可能な光ファイバである。このＲＤＦ４ｂは、１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａに比べて非線形実効断面積が小さく、伝送損失が比較的大きいという特徴を有する。
【００６４】
なお、１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａにおける累積波長分散量とＲＤＦ４ｂにおける累積波長分散量との和が負になる、すなわち、１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａに対するＲＤＦ４ｂの波長分散補償が若干過剰となるように設定して、混成伝送路全体で発生する累積波長分散を負の値とするのが好ましい。これは、上述したように累積波長分散が正になると、光パルスの圧縮効果により光ピークパワーが大きくなって非線形効果を受け易くなることなどを防ぐためである。ただし、本発明はこれに限られるものではない。
【００６５】
１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａおよびＲＤＦ４ｂの各長さについては、１中継区間内のＲＤＦ４ｂの長さの比率（以下、ＲＤＦ比率とする）が、２０％以上、４０％以下になるように設定する。このようにＲＤＦ比率を設定する理由については後述する。
【００６６】
ＤＣＦ４ｃは、例えば、前方の９中継区間で発生する負の累積波長分散を補償可能とするために、正の波長分散を持つ光ファイバが用いられる。具体的には、ＤＣＦ４ｃとして、混成伝送路の前半に用いられる光ファイバと同様の１．３μｍ零分散ＳＭＦなどを使用することができる。
【００６７】
なお、ここでは１０中継区間ごとにＤＣＦ４ｃを用いるようにしたが、累積波長分散の補償間隔は上記の場合に限られるものではない。ただし、前述したように、累積波長分散の補償間隔が短いと、累積波長分散が頻繁に零に戻って非線形効果の影響を受ける可能性があるため、累積波長分散の補償間隔は長くするのが有効である。具体的には、中継区間の１０倍以上とするのが望ましいと考えられる。また、例えば、１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａにおける累積波長分散とＲＤＦ４ｂにおける累積波長分散との和が零となるように設定した場合などには、累積波長分散の補償を行うＤＣＦ４ｃ（第２伝送区間）を省略しても構わない。
【００６８】
ここで、１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａおよびＲＤＦ４ｂの組み合わせによる混成伝送路の具体的な設定条件について詳しく説明する。
伝送特性の改善を図ることのできる混成伝送路の設定条件を得るため、まず、ＲＤＦ比率について検討する。
【００６９】
例えば、１中継区間の伝送路長を５０ｋｍとして、１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａの長さおよびＲＤＦ４ｂの長さを変化させた場合について、一般的な伝送ファイバであるＤＳＦのみを用いた伝送路に対する混成伝送路の距離平均の非線形実効断面積を求めることにする。具体的には、混成伝送路の非線形効果φNLを上述の式（３）を用いて計算し、その非線形効果φNLをＤＳＦのみの伝送路の非線形効果で規格化し、さらに、その規格化した非線形効果の値でＤＳＦの非線形実効断面積を割って、ＤＳＦのみの伝送路に対する混成伝送路の平均の非線形実効断面積を計算する。ここでは、各光ファイバの特性値として上述の表１に示したデータを用い、ＲＤＦ４ｂについては伝送損失を０．２ｄＢ／ｋｍに固定し、非線形実効断面積を２０、３０および４０μｍ2の３段階に変化させて計算した結果を図２に示す。
【００７０】
図２に示すように、ＲＤＦ比率を小さくする（前半の１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａを長くし、後半のＲＤＦ４ｂを短くする）ほど、混成伝送路の距離平均の非線形実効断面積は大きくなる。例えば、ＲＤＦ比率が５０％の場合には、ＲＤＦ４ｂの非線形実効断面積が４０μｍ2のときに平均の非線形実効断面積は約５８μｍ2となる。ＲＤＦ４ｂの非線形実効断面積が２０μｍ2のときには平均の非線形実効断面積は５０μｍ2以下となって、ＤＳＦの非線形実効断面積よりも小さくなる。このため、ＲＤＦ比率を５０％付近に設定しても、ＤＳＦのみの伝送路としたときと比較して、非線形効果の緩和効果は小さいと考えられる。
【００７１】
一方、ＲＤＦ比率が２０％の場合には、ＲＤＦ４ｂの非線形実効断面積が４０μｍ2のときに平均の非線形実効断面積は約７２μｍ2となり、ＲＤＦ４ｂの非線形実効断面積が２０μｍ2のときにでも平均の非線形実効断面積は約６２μｍ2となる。したがって、ＲＤＦ比率を２０％付近に設定すれば、ＤＳＦのみの伝送路としたときと比較して、ＲＤＦ４ｂの非線形実効断面積が４０μｍ2で約１．６ｄＢ、ＲＤＦ４ｂの非線形実効断面積が２０μｍ2で約０．９ｄＢの非線形効果の緩和効果があると考えられる。これにより、混成伝送路に接続される光増幅器の出力を前記緩和分に応じて上げることができる。
【００７２】
次に、１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａおよびＲＤＦ４ｂを組み合わせた混成伝送路についての距離平均の伝送損失を求めることにする。ここでは、例えば、ＲＤＦ４ｂの伝送損失を０．２〜０．５ｄＢ／ｋｍの範囲で段階的に変化させて平均の伝送損失の計算した結果を図３に示す。
【００７３】
図３に示すように、１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａの伝送損失が０．１８ｄＢ／ｋｍと小さいため、１中継区間内の１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａの比率が大きい（ＲＤＦ比率が小さい）ほど、平均の伝送損失は小さくなる。つまり，ＲＤＦ比率が５０％の場合よりも２０％の場合の方が、中継区間あたりの平均の伝送損失を小さくできるため、伝送特性上有利である。
【００７４】
次に、上記の結果を踏まえて、ＤＳＦのみの伝送路に対する混成伝送路における伝送特性の改善量Ｉを上述の式（４）を用いて検討する。
まず、ＲＤＦ４ｂの非線形実効断面積を４０μｍ2に固定し、伝送損失を０．２，０．２５，０．５ｄＢ／ｋｍの３段階に変化させて改善量Ｉを計算した結果を図４に示す。
【００７５】
図４において、例えば、ＲＤＦ４ｂの伝送損失が０．２５ｄＢ／ｋｍの場合、ＲＤＦ比率が５０％のときには伝送特性の改善量Ｉは約０．１ｄＢである。これに対し、ＲＤＦ比率が２０％のときには伝送特性の改善量Ｉは約１．９ｄＢとなり、ＲＤＦ比率が５０％のときと比べて改善効果が約１．８ｄＢも大きくなる。このことからも混成伝送路におけるＲＤＦ比率が小さくなるほど、伝送特性の改善効果が大きくなることが明らかである。また、ＲＤＦ４ｂの伝送損失が０．５ｄＢ／ｋｍまで大きくなると、伝送特性の改善効果が得られるようにするには、ＲＤＦ比率を約１５％以下に設定する必要があることがわかる。
【００７６】
しかし、伝送路として用いる光ファイバは、通常、伝送損失が０．２５ｄＢ／ｋｍ以下であることが望ましいとされる。このため、ＲＤＦ４ｂとして伝送損失が０．５ｄＢ／ｋｍのものも実現可能ではあるが、このようなＲＤＦ４ｂを伝送路の一部として用いることは適当ではないと考えられる。
【００７７】
そこで、伝送路として現実的なＲＤＦ４ｂの特性パラメータの組み合わせとして、最良値と考えられる非線形実効断面積４０μｍ2、伝送損失０．２ｄＢ／ｋｍ、最悪値と考えられる非線形実効断面積２０μｍ2、伝送損失０．２５ｄＢ／ｋｍ、および、それらの平均値となる非線形実効断面積３０μｍ2、伝送損失０．２２５ｄＢ／ｋｍを想定して、混成伝送路における伝送特性の改善量Ｉを計算した結果を図５に示す。
【００７８】
図５より、非線形実効断面積３０μｍ2、伝送損失０．２２５ｄＢ／ｋｍの平均的なＲＤＦ４ｂを基準として判断した場合、伝送特性の改善量Ｉが０．５ｄＢ以上になるには、ＲＤＦ比率が４０％以下の場合であることがわかる。ここで、伝送特性の改善量Ｉを０．５ｄＢ以上としたのは、１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａとＲＤＦ４ｂとの接続損失等を考慮すると、実際に伝送特性の改善が見込まれる条件を０．５ｄＢ以上とするのが妥当と考えられるためである。このように１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａおよびＲＤＦ４ｂの混成伝送路においては、ＲＤＦ比率を４０％以下に設定するのが望ましいと判断できる。
【００７９】
次に、混成伝送路で発生する累積波長分散の補償という観点から、ＲＤＦ比率を検討する。
ここでは、累積波長分散の補償を行うＤＣＦ４ｃとして、例えば、中継区間の全体（長さ５０ｋｍ）に１．３μｍ零分散ＳＭＦを用いた場合を想定し、累積波長分散の補償間隔を５、１０および１５スパン（中継区間）とした場合のそれぞれについて、各混成伝送路のＲＤＦ４ｂに要求される波長分散量をＲＤＦ比率に応じて計算した結果を図６に示す。
【００８０】
図６に示すように、混成伝送路のＲＤＦ４ｂに要求される波長分散は、累積波長分散の補償間隔が変化してもほぼ同様の値となることが分かる。例えば、累積波長分散の補償間隔が１０スパンの場合、ＲＤＦ比率が３３％、２５％、２０％のときに、ＲＤＦ４ｂの波長１５６０ｎｍにおける波長分散をそれぞれ−４４、−６５、−８６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとすれば、１０スパンにおける累積波長分散をＤＣＦ４ｃによって零に補償することができる。
【００８１】
ここで、武笠らの論文▲８▼「低非線形線路型ＤＦＣＦの開発，C-3-76,1997年電子情報通信学会ソサエティ大会」を参照すると、ＲＤＦの波長分散が−１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下になると、伝送損失が０．４９ｄＢ／ｋｍと大きくなることが示されている。このことから、図６においてＲＤＦ４ｂの波長分散が−１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下となるような領域（ＲＤＦ比率が２０％以下）では、ＲＤＦの伝送損失が約０．５ｄＢ／ｋｍにまで増大することになる。
【００８２】
そこで、伝送損失を０．２〜０．５ｄＢ／ｋｍの範囲で変化させ、また、ＲＤＦ４ｂの非線形実効断面積を２０〜４０μｍ2の範囲で変化させたときの伝送特性の改善量Ｉを計算した結果を図７に示す。
【００８３】
図７に示すように、ＲＤＦ４ｂの伝送損失を０．５ｄＢ／ｋｍとした場合、ＲＤＦ比率が約１５％以下にならないと伝送特性の改善量Ｉが０ｄＢ以上とはならず、このことからも伝送損失の大きなＲＤＦを混成伝送路の一部として用いるのは現実的でないことが分かる。よって、ＲＤＦ４ｂの伝送損失が０．５ｄＢ／ｋｍ以上にならない、すなわち、ＲＤＦの波長分散が−１００ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上となるようなＲＤＦ比率の範囲が、混成伝送路の条件として有効であると考えられる。つまり、図６より、ＲＤＦ比率が２０％以上となる場合が有効であると考えられる。
【００８４】
上記の検討の結果、各中継区間に用いられる混成伝送路のＲＤＦ比率については、２０％以上、４０％以下に設定すればよいと判断できる。
次に、混成伝送路のＲＤＦ４ｂに要求される波長分散スロープについて検討する。
【００８５】
ここでは、図１に示した構成のＷＤＭ光伝送システムにおいて、混成伝送路が用いられる各中継区間での分散スロープをＤＣＦ４ｃにより１００％補償する場合に、各混成伝送路のＲＤＦ４ｂに要求される波長分散スロープを考える。前述の場合と同様にＤＣＦ４ｃとして１．３μｍ零分散ＳＭＦを想定し、累積波長分散の補償間隔を５、１０および１５スパンとした場合のそれぞれについて、各混成伝送路のＲＤＦ４ｂに要求される波長分散スロープをＲＤＦ比率に応じて計算した結果を図８に示す。
【００８６】
図８に示すように、混成伝送路のＲＤＦ４ｂに要求される波長分散スロープは、累積波長分散の補償間隔が変化してもほぼ同様の値となることが分かる。例えば、補償間隔が１０スパンの場合、ＲＤＦ比率が３３％、２５％、２０％のときに、ＲＤＦ４ｂの波長１５６０ｎｍにおける波長分散スロープをそれぞれ−０．１３、−０．１９、−０．２５ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍとすれば、１０スパンにおける波長分散スロープをＤＣＦ４ｃによって補償することができる。
【００８７】
そこで、ＲＤＦ４ｂの波長分散スロープを０．０１〜０．３７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍの範囲で段階的に変化させた場合について、混成伝送路の平均の波長分散スロープをＲＤＦ比率に応じて計算した結果を図９に示す。
【００８８】
図９において、混成伝送路の平均の波長分散スロープは、ＲＤＦ比率が２０％以上、４０％以下の範囲内で様々な値となる。ここで、例えばM.Suzukiらの論文▲９▼「170Gb/s Transmission Over 10,850 km Using Large Core Transmission Fiber, PD17,OFC'98 PD」のFigure.５に示されたＱ値の波長依存性を参照すると、上記と同様な混成伝送で発生する累積波長分散を、ＤＳＦおよびラージコアファイバ（ＬＣＦ）からなる補償用伝送路で補償するシステムにおいて、１．５５μｍ帯に１６チャネルを配置したＷＤＭ信号光の伝送特性として、全信号光波長帯域内のうちの６〜１０チャネルに該当する波長帯で高いＱ値が得られている。この場合の伝送路の平均の波長分散スロープの値は約０．１ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍである。このことより、伝送路の平均の波長分散スロープが上記の値の約３分の１になると、全信号光波長帯域内における伝送特性の劣化は生じないと考えられるので、平均の波長分散スロープの絶対値が０．０３ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下となればよいと判断することが可能である。
【００８９】
図９において、ＲＤＦ比率が２０％以上、４０％以下の範囲内のすべてにおいて、混成伝送路の平均の波長分散スロープが−０．０３〜＋０．０３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになるのは、ＲＤＦ４ｂの波長分散スロープが−０．１６ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以上で−０．０７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下の条件となる。
【００９０】
なお、ＲＤＦ比率が２０％以上、４０％以下の範囲内で、少なくとも混成伝送路の平均の波長分散スロープが−０．０３〜＋０．０３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとなればよいとすると、ＲＤＦ４ｂの波長分散スロープは−０．３７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以上で−０．０１ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下の条件となる。
【００９１】
さらに、混成伝送路におけるＲＤＦ４ｂの波長分散スロープ補償率についても検討する。
例えば、図１のシステム構成のように累積波長分散の補償間隔を１０スパンとし、ＲＤＦ４ｂの波長分散スロープ補償率を変化させた場合について、各混成伝送路のＲＤＦ４ｂに要求される波長分散スロープをＲＤＦ比率に応じて計算した結果を図１０に示す。
【００９２】
図１０から明らかなように、前述したＲＤＦ４ｂの波長分散スロープの条件（−０．１６ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以上、−０．０７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下）を満足する、ＲＤＦ４ｂの波長分散スロープ補償率は、２８％以上、１６５％以下の条件となることがわかる。
【００９３】
上述した各設定条件をまとめると、（１）各中継区間に用いられる混成伝送路のＲＤＦ比率は、２０％以上、４０％以下に設定し、（２）各混成伝送路のＲＤＦ４ｂの波長分散スロープは、−０．１６ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以上、−０．０７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ以下に設定し、（３）各混成伝送路のＲＤＦ４ｂの波長分散スロープ補償率は、２８％以上、１６５％以下に設定するのが望ましいと判断できる。
【００９４】
このような適切な設定条件の混成伝送路を用いてＷＤＭ光伝送システムを構成することによって、従来のような波長分散および波長分散スロープの補償に重点をおいた混成伝送路を用いる場合と比較して、非線形効果や伝送損失の影響についても十分な配慮が施されるようになるため、より優れた伝送特性が得られるようになる。
【００９５】
ここで、第１の実施形態の動作について説明する。
本ＷＤＭ光伝送システムでは、光送信局１の各光送信器１Ａで発生した波長の異なる光信号が、合波器１Ｂで波長多重され、ポストアンプ１Ｃで所要のレベルまで増幅された後に、光ファイバ伝送路４の第１中継区間４1に送出される。
【００９６】
第１中継区間４1においては、ＷＤＭ信号光が前半の１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａを伝搬することで正の波長分散が発生し、後半のＲＤＦ４ｂを伝搬することで負の波長分散が発生する。このとき、前述したように混成伝送路の設定条件（ＲＤＦ比率等）が最適化されているので、非線形効果の発生確率が低く抑えられる。なお、ここでは、ＲＤＦ４ｂにおける負の波長分散の量が、１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａにおける正の波長分散の量よりも多くなるように設定されているため、第１中継区間４1を通過したＷＤＭ信号光に生じる累積波長分散は負の値を持つようになる。
【００９７】
そして、第１中継区間４1を通過したＷＤＭ信号光は、光増幅器３1で所要のレベルまで増幅された後に第２中継区間４2に送られる。上述の図１に示したような累積波長分散の補償が１０中継区間ごとに行われるシステムでは、ＷＤＭ信号光が、第２〜第９中継区間４2〜４9および各光増幅器３2〜３9を順次伝搬し、これによって負の累積波長分散が増大して行く。第９中継区間４9および光増幅器３9通過したＷＤＭ信号光は、第１０中継区間４10に送られて、正の波長分散を持つＤＣＦ４ｃを伝搬することにより、第２〜第９中継区間４2〜４9で発生した累積波長分散が補償され、ここでは累積波長分散がほぼ零となる。以降、上記と同様の動作が１０中継区間ごとに繰り返され、ＷＤＭ信号光が光受信局２まで中継伝送される。
【００９８】
光受信局２に到達したＷＤＭ信号光は、プリアンプ２Ａで所要のレベルまで増幅された後、分波器２ｂで波長に応じて複数の光信号に分波され、対応する光受信器２Ｃでそれぞれ受信処理される。
【００９９】
上述したように第１の実施形態によれば、１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａおよびＲＤＦ４ｂを用いた混成伝送路について、ＲＤＦ比率等の設定条件を最適化したことによって、波長分散および波長分散スロープの補償だけでなく、非線形効果や伝送損失の影響をも考慮して伝送特性の改善を図ることができるため、優れた伝送特性を有するＷＤＭ光伝送システムの実現が可能となる。
【０１００】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上述した第１の実施形態では、各混成伝送路で発生する累積波長分散が、１０スパン等の所要の補償間隔でほぼ零に補償されるような構成とした。しかし、このような累積波長分散の補償方法では、上述の図１９に示した従来の場合と同様に、累積波長分散が正になる状態が周期的に繰り返されることになる。累積波長分散が正になると、光パルスの圧縮効果により光ピークパワーが大きくなって非線形効果を受け易くなる。そこで、第２の実施形態は、累積波長分散を常時負の値とする措置を施すことにより、非線形効果をより発生し難くし、伝送特性の一層の改善を図ったものである。
【０１０１】
図１１は、第２の実施形態のＷＤＭ光伝送システムの基本構成を示すブロック図である。なお、第１の実施形態の構成と同一の部分には同一の符号が付してある。
【０１０２】
図１１において、本ＷＤＭ光伝送システムは、第１の実施形態の構成について、光送信局１内に波長分散付与手段としての波長分散補償器１Ｄを付加し、また、光受信器２内に波長分散補償手段としての波長分散補償器２Ｄを付加した構成である。上記以外の部分の構成は第１の実施形態の構成と同様であるため説明を省略する。
【０１０３】
波長分散補償器１Ｄは、予め設定された負の波長分散を持ち、例えば、合波器１Ｂとポストアンプ１Ｃの間等に設けられる。この波長分散補償器１Ｄについては、負の波長分散の絶対値が混成伝送路の前半に用いられる１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａの正の波長分散の絶対値以上となるように設定するのが好ましい。具体的には、波長分散補償器１Ｄの波長分散は−４００ｐｓ／ｎｍ以下とすればよい。
【０１０４】
波長分散補償器２Ｄは、波長分散補償器１Ｄで与えられる負の波長分散を補償する正の波長分散を持ち、例えば、プリアンプ２Ａの前段等に設けられる。なお、この波長分散補償器２Ｄは、ＷＤＭ信号光の受信処理において、波長分散補償器１Ｄで与えられる負の波長分散の補償が不要なときには省略しても構わない。
【０１０５】
かかる構成のＷＤＭ光伝送システムでは、例えば図１２（Ａ）の波長分散マップに示すように、波長分散補償器１Ｄで−４５０ｐｓ／ｎｍ等といった負の波長分散がＷＤＭ信号光に与えられ、そのＷＤＭ信号光が光送信局１から第１中継区間４1に送られる。
【０１０６】
第１中継区間４1においては、ＷＤＭ信号光が１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａ内を伝搬して波長分散が増加するが、その波長分散の増加は正の値に達する前に伝送路がＲＤＦ４Ｂに切り替わって減少に転じる。このため、ＷＤＭ信号光の波長分散は負の値を持ち続けることになる。
【０１０７】
さらに、ＷＤＭ信号光は、第２〜９中継区間を順次伝搬されることで負の波長分散が累積して行き、第１０中継区間に達すると、正の波長分散を持つＤＣＦ４ｃによって累積波長分散が補償され、光送信局１から送出された時と同様の負の波長分散量（−４５０ｐｓ／ｎｍ等）とされる。以降、上記と同様の動作が１０中継区間ごとに繰り返され、ＷＤＭ信号光が光受信局２まで中継伝送される。図１２（Ｂ）には、伝送距離を５０００ｋｍとしたときの波長分散マップを示しておく。
【０１０８】
光受信局２に到達したＷＤＭ信号光は、送信時に与えられた負の波長分散分散が波長分散補償器２Ｄによって補償された後に受信処理される。
このように第２の実施形態によれば、混成伝送路に用いられる１．３μｍ零分散ＳＭＦ４ａの正の波長分散よりも、絶対値で大きな負の波長分散を持つ波長分散補償器１Ｄを光送信局１内に設けたことにより、光送信局１から光受信局２までＷＤＭ信号光を中継伝送する間、ＷＤＭ信号光の波長分散が常時負の値とされるため、非線形効果がより発生し難い伝送路が実現でき、伝送特性の一層の向上を図ることが可能となる。また、波長分散補償器２Ｄを設けたことにより、ＷＤＭ信号光の波長分散補償がより確実に行われるため、より優れた伝送特性が得られるようになる。
【０１０９】
なお、上記第２の実施形態では、光送信局１内に波長分散補償器１Ｄを設けてＷＤＭ信号光の波長分散が常時負になるようした。しかし、ＷＤＭ信号光の波長分散を常時負にしなくても、波長分散が正になる状態を少なくするだけでも非線形効果の発生確率を低くし、伝送特性の改善を図ることが可能である。
【０１１０】
具体的には、例えば、波長分散補償器１Ｄを設ける代わりに、ＤＣＦ４ｃで行われる累積波長分散の補償量を少なくすることで、ＷＤＭ信号光の波長分散が正になる状態を低減させることができる。すなわち、第１の実施形態では、各ＤＣＦ４ｃにおいて、累積波長分散がほぼ零となるように補償を行っていたが、この累積波長分散の補償量が若干不足するように設定すればよい。詳しくは、ＤＣＦ４ｃにおける累積波長分散補償率を９０％以上、９５％以下とするのが好ましい。
【０１１１】
このように設定することにより、図１３（Ａ）（Ｂ）に示すように、伝送距離が長くなるにつれて累積波長分散が負の領域を占めるようになる。したがって、第１の実施形態の場合と比べて非線形効果が発生し難くなるため、伝送特性をより改善させることが可能となる。
【０１１２】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
第３の実施形態のＷＤＭ光伝送システムは、上述の各実施形態について、光ファイバ伝送路４で補償しきれずに残留した波長分散スロープの補償を実現して、伝送特性の一層の改善を図るようにしたものである。
【０１１３】
図１４は、第３の実施形態のＷＤＭ光伝送システムの概略構成を示すブロック図である。
図１４において、本ＷＤＭ光伝送システムの構成は、例えば第１実施形態について、光送信局１および光受信局２内に、残留波長分散スロープ補償部としての残留波長分散スロープ補償器１Ｅおよび２Ｅをそれぞれ付加したものである。上記以外の部分の構成は第１実施形態の場合と同様である。
【０１１４】
残留波長分散スロープ補償器１Ｅおよび２Ｅは、光ファイバ伝送路４で補償しきれない残留波長分散スロープに対応させて、予め設定した所要の波長分散スロープをそれぞれ有する。送信側の残留波長分散スロープ補償器１Ｅは、光ファイバ伝送路４に送るＷＤＭ信号光に対して事前に波長分散スロープを与えることで、光ファイバ伝送路４で生じる残留波長分散スロープを緩和する。また、受信側の残留波長分散スロープ補償器２Ｅは、光ファイバ伝送路４を伝搬してきたＷＤＭ信号光に残留した波長分散スロープを最終的に補償する。
【０１１５】
このような第３の実施形態によれば、ＷＤＭ信号光に対する波長分散スロープの補償がより確実に行われるため、伝送特性のより一層優れたＷＤＭ光伝送システムを実現することができる。
【０１１６】
なお、上記第３の実施形態では、光送信局および光受信局の両局に残留波長分散スロープ補償器を設けるようにしたが、本発明はこれに限らず、光送信局および光受信局のうちの一方の局、あるいは、図１５に示すように、光ファイバ伝送路４の途中に残留波長分散スロープ補償器を設けても構わない。
【０１１７】
また、残留波長分散スロープの補償を行う構成としたが、これ以外にも、光ファイバ伝送路４で補償しきれずに残留した波長分散の補償を実現するために、光送信局、光受信局または光ファイバ伝送路の途中に、残留波長分散補償部としての残留波長分散補償器を設けるようにしてもよい。
【０１１８】
さらに、上述した第１〜第３の実施形態では、光伝送路が複数（ｎ個）の中継区間を有するシステムとしたが、本発明はこれに限らず、例えば、１つの伝送区間からなる光伝送路に対して、本発明の条件を満たした混成伝送路を適用しても、伝送特性の改善効果を得ることが可能である。
【０１１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＷＤＭ光伝送システムによれば、混成伝送路を用いた第１伝送区間内における第２光ファイバの長さの比率を２０％以上、４０％以下であり、信号光波長に対して１種類の波長分散を持つ光ファイバのみからなる伝送区間の適用を仮定したときの伝送特性に対する、第１伝送区間を適用したときの伝送特性の改善量が０．５ｄＢ以上となるようにしたことによって、波長分散および波長分散スロープの補償だけでなく、非線形効果や伝送損失の影響をも考慮して伝送特性の改善を図ることができる。
【０１２０】
また、第１光ファイバにおける累積波長分散量と第２光ファイバにおける累積波長分散量との和が負になるようにしたことで、第１伝送区間で発生する累積波長分散が負になるため、非線形効果の発生確率を低くすることが可能となる。さらに、光伝送路に第３光ファイバを用いた第２伝送区間を配置すれば、第１伝送区間で発生する累積波長分散の補償が可能となるため、より確実な波長分散補償を行うことができる。加えて、残留波長分散補償部や残留波長分散スロープ補償部を設けたことにより、ＷＤＭ信号光に対する波長分散または波長分散スロープの補償がより確実に行われるため、伝送特性の一層の改善を図ることができる。
【０１２１】
また、光伝送路に入力される波長多重信号光に対して、第１光ファイバにおける累積波長分散以上の絶対値を有する負の波長分散を与える波長分散付与手段を設けたことによって、中継伝送されるＷＤＭ信号光の累積波長分散が負の領域となるため、非線形効果がより発生し難い伝送路が実現でき、伝送特性の一層の向上を図ることが可能となる。さらに、波長分散補償手段を設ければ、ＷＤＭ信号光の波長分散補償をより確実に行うことができる。
【０１２２】
また、予め設定した区間数の第１伝送区間で発生する負の累積波長分散に対して、第２伝送区間における補償量が不足するように設定したことによって、伝送距離が長くなるにつれて累積波長分散が負の領域を占めるようになるため、非線形効果が発生し難くなり、伝送特性の改善を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の基本構成を示すブロック図である。
【図２】同上第１実施形態に関し、混成伝送路の平均の非線形実効断面積を計算した結果を示す図である。
【図３】同上第１実施形態に関し、混成伝送路の平均の伝送損失を計算した結果を示す図である。
【図４】同上第１実施形態に関し、異なる伝送損失のＲＤＦについて伝送特性の改善量を計算した結果を示す図である。
【図５】同上第１実施形態に関し、伝送路として実現可能なＲＤＦについて伝送特性の改善量を計算した結果を示す図である。
【図６】同上第１実施形態に関し、ＲＤＦに要求される波長分散を計算した結果を示す図である。
【図７】同上第１実施形態に関し、各種パラメータのＲＤＦについて伝送特性の改善量を計算した結果を示す図である。
【図８】同上第１実施形態に関し、ＲＤＦに要求される波長分散スロープを計算した結果を示す図である。
【図９】同上第１実施形態に関し、混成伝送路における平均の波長分散スロープを計算した結果を示す図である。
【図１０】同上第１実施形態に関し、ＲＤＦの波長分散スロープ補償率に対して、要求される波長分散スロープを計算した結果を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の基本構成を示すブロック図である。
【図１２】同上第２実施形態の波長分散マップであって、（Ａ）は伝送距離が５００ｋｍまでの区間、（Ｂ）は伝送距離が５０００ｋｍまでの区間の様子を示したものである。
【図１３】同上第２実施形態に関連した他の構成の波長分散マップであって、（Ａ）は伝送距離が５００ｋｍまでの区間、（Ｂ）は伝送距離が５０００ｋｍまでの区間の様子を示したものである。
【図１４】本発明の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１５】同上第３実施形態に関連した他の構成を示すブロック図である。
【図１６】従来のＷＤＭ光伝送システムの一例を示した図である。
【図１７】従来の混成伝送路を用いたＷＤＭ光伝送システムについて、伝送特性の改善量を計算した結果を示す図である。
【図１８】従来の混成伝送路を用いたＷＤＭ光伝送システムについて、累積波長分散の補償間隔を５スパンとしたときの波長分散マップであって、（Ａ）は伝送距離が５００ｋｍまでの区間、（Ｂ）は伝送距離が５０００ｋｍまでの区間の様子を示したものである。
【図１９】従来の混成伝送路を用いたＷＤＭ光伝送システムについて、累積波長分散の補償間隔を１０スパンとしたときの波長分散マップであって、（Ａ）は伝送距離が５００ｋｍまでの区間、（Ｂ）は伝送距離が５０００ｋｍまでの区間の様子を示したものである。
【符号の説明】
１…光送信局
１Ｄ，２Ｄ…波長分散補償器
１Ｅ，２Ｅ…残留波長分散スロープ補償器
２…光受信局
３1〜３n…光増幅器
４…光ファイバ伝送路
４1〜４n…中継区間
４ａ…１．３μｍ零分散ＳＭＦ
４ｂ…ＲＤＦ
４ｃ…ＤＣＦ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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