DE69831127T2

DE69831127T2 - Optisches wellenlängenmultiplex-übertragungssystemen

Info

Publication number: DE69831127T2
Application number: DE69831127T
Authority: DE
Inventors: Tadashi Sakamoto; Shigeki Aisawa; Masahiko Jinno; Seiji Norimatsu; Jun-Ichi Kani
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2018-02-17
Also published as: EP0936761B1; US6490064B1; DE69831127D1; EP0936761A1; EP0936761A4; WO1998036514A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem, das ein optisches Wellenlängenmultiplexsignal unter Verwendung einer dispersionsverschobenen Faser überträgt.
Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Die Wellenlängenmultiplex-(WDM = wavelength division multiplexing)-Übertragungstechnologie ist eine Technologie, bei welcher optische Signale von sich unterscheidenden Wellenlängen (optischen Frequenzen) multiplext und über einen Übertragungspfad einer optischen Faser übertragen werden. Hier ist das optische Signal die optische Ausgabe einer Lichtquelle, die durch ein Datensignal direkt moduliert wird (Direktmodulationstyp), oder eine optische Übertragungswellenausgabe von einer Lichtquelle, die durch ein Datensignal unter Verwendung eines externen Modulators moduliert wird (externer Modulationstyp), und diese Wellenlänge wird durch die Lichtquellenwellenlänge bestimmt.
Durch Anordnen von optischen Verstärkern entlang des Ausbreitungspfads einer optischen Faser, die das optische Signal wie es ist verstärken, und durch Kompensieren des Übertragungsverlustes des Übertragungspfads der optischen Faser ist es möglich, die Entfernung zwischen Regenerationsrepeatern bzw. Regenerationszwischenverstärkern zu vergrößern, die bei der elektrischen Stufe für eine unterscheidende Reproduktionsverarbeitung nötig sind. Dieser optische Verstärker kann die Übertragungskapazität eines installierten Übertragungspfads der optischen Faser um ein Vielfaches der Anzahl von Wellenlängen einfach durch Ändern der Sende- und Empfangsgeräte für einen Wellenlängenmultiplexeinsatz erhöhen, weil er eine Funktion besitzt, bei welcher optische Signale unterschiedlicher Wellenlängen miteinander verstärkt werden. Beispielsweise beträgt die Verstärkungs-Wellenlängenbandbreite eines mit Erbium dotierten Lichftwellenleiterverstärkers (EDFA = erbium doped optical fibre amplifier) zwischen 1,53 μm und 1,56 μm, und durch Multiplexen von optischen Signalen in Wellenlängenintervallen von 0,8 nm in diesem Wellenlängenband können etwa 30 Kanäle von optischen Signalen durch eine optische Faser übertragen werden.
Jedoch übertragen installierte dispersionsverschobene Fasern optische Signale einer entwickelten Wellenlänge mit einer Dispersion von Null. Wenn optische Wellenlängenmultiplexsignale in dieser dispersionsverschobenen Faser übertragen werden, wird aufgrund eines Mischens von vier Wellen bzw. einer Vierwellenmischung ein nichtlinearer optischer Effekt erzeugt, und deshalb konnte die Eingangsleistung zur Übertragungspfadfaser nicht erhöht werden. Im Folgenden wird dieses Problem detailliert erklärt werden.
Der Ausbreitungsverlust einer optischen Siliziumfaser ist minimal im Bereich von 1,5 μm bis 1,6 μm. Eine dispersionsverschobene Faser ist so entwickelt, dass die Wellenlängendispersion im Wellenlängenbereich von 1,55 μm Null ist, und durch Unterdrücken einer Wellenformverschlechterung aufgrund einer Wellenlängendispersion bei dieser Wellenlänge kann der Übertragungsabstand erhöht werden. Zusätzlich ist, während die internationale Standardisierungsorganisation vereinbart hat, dass die Wellenlänge mit einer Dispersion von Null einer dispersionsverschobenen Faser zwischen 1,525 μm und 1,575 μm zugeteilt ist, in der Praxis die Verteilung zentriert um 1,550 μm, grob zwischen 1,535 μm und 1,565 μm, und bis heute sind diese weit verbreitet installiert worden.
Gegensätzlich dazu werden dann, wenn optische Signale unterschiedlicher optischer Frequenzen in eine optische Faser eingegeben werden, neue optische Frequenzen, die von dem Unterschied bzw. der Differenz bezüglich der eingegebenen optischen Frequenzen abhängen, basierend auf einer Nichtlinearität dritter Ordnung innerhalb der optischen Faser erzeugt. Dies wird "Vierwellenmischung" genannt und ist ein Phänomen, bei welchem beispielsweise eine optische Frequenz von f₁ + f₂ – f₃ aus eingegebenen optischen Frequenzen f₁, f₂ und f₃ erzeugt wird. Diese Vierwellenmischung wird um so einfacher erzeugt, je kleiner der Dispersionswert der eingegebenen optischen Wellenlänge ist oder je größer die Eingangsleistung von jeder einzelnen Wellenlänge ist.
Wenn die Intervalle für optische Frequenzen zwischen den optischen Wellenlängenmultiplexsignalen, die in dieser Art von optischer Faser eingegeben werden, einheitlich sind, wird die durch eine Vierwellenmischung neu erzeugte optische Frequenz mit einer optischen Wellenlänge unter denjenigen des optischen Signal übereinstimmen, und ein starkes Rauschen wird durch eine wechselseitige Interferenz erzeugt werden. Zusätzlich wird selbst dann, wenn die Intervalle für optische Frequenzen des optischen Wellenlängenmultiplexsignals nicht einheitlich sind, die optische Leistung des ursprünglichen optischen Signals bei der Erzeugung einer Vierwellenmischung verbraucht, und dies erzeugt ein starkes Rauschen. Wenn das Intervall für optische Frequenzen des optischen Wellenlängenmultiplexsignals einen geradzahligen Abstand hat, wird ein bei einer Vierwellenmischung entstehendes exzessives Rauschen durch eine Eingangsleistung pro Wellenlänge von etwa –5 dBm erzeugt, und dann, wenn der Abstand ungeradzahlig ist, wird es durch eine Eingangsleistung pro Wellenlänge von etwa –2 dBm erzeugt. Deshalb kann die optische Leistung, die in den Übertragungspfad der optischen Faser eingegeben werden kann, diesen Wert nicht übersteigen, und als Ergebnis ist der Übertragungsabstand beschränkt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen eines optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystems, das dispersionsverschobene Fasern, die in einem optischen Übertragungspfad installiert sind und optische Wellenlängenmultiplexsignale übertragen, verwenden kann und die zulässige optische Eingangsleistung zu einer dispersionsverschobenen Faser erhöhen kann.
Die vorliegende Erfindung besteht aus einem optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem oder einem optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungsverfahren, wobei unter optischen Wellenlängenmultiplexsignalen die Wellenlänge von jedem von wenigstens zwei optischen Signalen zwischen 1450 nm und 1530 nm oder zwischen 1570 nm und 1650 nm ist, wenn eine dispersionsverschobene Faser, deren Wellenlänge mit einer Dispersion von Null im Bereich von 1550 nm liegt, als Übertragungspfad verwendet wird.
Auf diese Weise kann durch Beschränken der verwendeten Wellenlängenbandbreite der Einfluss einer Vierwellenmischung in der dispersionsverschobenen Faser vermieden werden. Somit ist es möglich, die zulässige Eingangsleistung zur dispersionsverschobenen Faser zu vergrößern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur des ersten Ausführungsbeispiels bei der ersten Wellenlängenbandgrenze zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels bei der ersten Wellenlängenbandgrenze zeigt.
3 zeigt die Verstärkungskennlinien eines mit Tm dotierten Lichtwellenleiterverstärkers (TDFA).
4 zeigt die Verstärkungskennlinien eines mit Er dotierten Lichtwellenleiterverstärkers (GS-EDFA).
5 zeigt ein Blockdiagramm der Struktur des dritten Ausführungsbeispiels bei der ersten Wellenlängenbandgrenze.
6 ist ein Blockdiagramm der Struktur des vierten Ausführungsbeispiels bei der ersten Wellenlängenbandgrenze.
7 ist ein Blockdiagramm der Struktur des fünften Ausführungsbeispiels bei der ersten Wellenlängenbandgrenze.
8 zeigt die Verlustkennlinien einer optischen Faser, die bei einem zitierten Artikel zur Kommunikationsanwendung installiert ist.
9 zeigt die Simulationsergebnisse der Beziehung zwischen einer Wellenlängendispersion eines optischen Signals und der Intensität einer Vierwellenmischung.
10 zeigt ein typisches Beispiel des Verlustes in der dispersionsverschobenen Faser über Wellenlängenkennlinien.
11 zeigt die zweite Wellenlängenbandgrenze.
12 zeigt die experimentellen Ergebnisse für die Beziehung zwischen einer durchschnittlichen Übertragungsleistung pro Kanal und dem Leistungsmehraufwand.
13 zeigt die zweite Implementierung bei der zweiten Wellenlängenbandgrenze.
14 zeigt die dritte Implementierung bei der zweiten Wellenlängenbandgrenze.
15 zeigt ein weiteres Beispiel bei der dritten Implementierung bei der zweiten Wellenlängengrenze.
16 zeigt ein Blockdiagramm des ersten optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystems bei der zweiten Wellenlängenbandgrenze.
17 zeigt ein Blockdiagramm des zweiten optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystems bei der zweiten Wellenlängenbandgrenze.
18 zeigt ein Blockdiagramm des dritten optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystems bei der zweiten Wellenlängenbandgrenze.
19 zeigt ein Blockdiagramm des vierten optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystems bei der zweiten Wellenlängenbandgrenze.
20 zeigt ein Blockdiagramm des fünften optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystems bei der zweiten Wellenlängenbandgrenze.
21 erklärt die Wellenlängenbandgrenze des optischen Signals, wenn die Wellenlänge einer Dispersion von Null bzw. die Nulldispersions-Wellenlänge der dispersionsverschobenen Faser 1550 nm ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
Als Erstes wird ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem, bei welchem die Wellenlänge von optischen Wellenlängenmultiplexsignalen zwischen 1450 nm und 1510 nm oder zwischen 1570 nm und 1610 nm (dies wird "die erste Wellenlängenbandgrenze" genannt) zugeteilt ist, für einen optischen Übertragungspfad einer dispersionsverschobenen Faser erklärt werden, die so entworfen ist, dass die Wellenlänge einer Dispersion von Null im Bereich von 1,55 μm ist.
Darauf folgend wird ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem erklärt werden, wobei die Wellenlänge von optischen Wellenlängenmultiplexsigna len zwischen 1450 nm und 1530 nm oder zwischen 1570 nm und 1650 nm zugeteilt ist (dies wird "die zweite Wellenlängenbandgrenze") genannt.
[Ausführungsbeispiel der ersten Wellenlängenbandgrenze]
Nachfolgend werden zuerst die Gründe und ein Systemkonzept zum Einstellen der Wellenlängen von optischen Wellenlängenmultiplexsignalen zwischen 1450 und 1510 oder zwischen 1570 und 1610 erklärt werden. Darauf folgend werden jeweils fünf Ausführungsbeispiele des Systems erklärt werden.
Das optische Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet einen optischen Übertragungspfad einer phasenverschobenen Faser, deren Wellenlänge mit einer Dispersion von Null auf 1,55 μm eingestellt ist, und jede Wellenlänge von optischen Signalen ist so eingestellt, dass der Absolutwert der Wellenlängendispersion beim Ausbreiten entlang der dispersionsverschobenen Faser 0,5 ps/nm/km oder größer ist.
Bei einem zitierten Dokument (Fukui, et al. "Influence of fiber nonlinear effects on WDM transmission system with dispersion management", 1996 General Conference of the Institute of Electronics, Information, and Communication Engineers, 13–1138) wurde die mögliche Grenze für einen Übertragungsabstand aufgrund einer Vierwellenmischung beachtlich erweitert, wenn der Absolutwert der Dispersion 0,5 ps/ns/km oder darüber ist.
Gegensätzlich dazu kann eine aktuelle Wellenlänge einer Dispersion von Null einer dispersionsverschobenen Faser, wobei die Wellenlänge für eine Dispersion von Null im Bereich von 1,55 μm eingestellt ist, derart angesehen werden, dass sie von etwa 1,535 μm ~ 1,565 μm verteilt ist, wenn Herstellungsschwankungen berücksichtigt werden, aber der Wellenlängendispersionswert im Wellenlängenbereich von 1,55 μm nahezu eine lineare Funktion der Wellenlänge ist. In diesem Fall wird dann, wenn die Dispersionsneigung +0,07 ps/nm²/km ist, eine Wellenlänge, für welche der Absolutwert der Wellenlängendispersion 0,5 ps/nm/km oder größer ist, 1,53 μm oder kleiner oder 1,57 μm oder größer sein.
Zusätzlich wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als Wellenlängenband der optischen Wellenlängenmultiplexsignale eines von diesen zwei Wellenlängenbändern oder werden beide Wellenlängenbänder verwendet. Spezifisch wird eine Wellenlängenbandbreite von 1,57 μm bis 1,61 μm verwendet. Alternativ dazu wird eine Wellenlängenbandbreite von 1,45 μm bis 1,51 μm verwendet. Zusätzlich werden beide Wellenlängenbandbreiten verwendet. Somit werden aufgrund einer signifikanten Wellenlängendispersion für jede Wellenlänge die nötigen Phasenanpassungsbedingungen zum Erzeugen einer Vierwellenmischung nicht erfüllt und kann die Erzeugung einer Vierwellenmischung unterdrückt werden. Als Ergebnis ist es möglich, die zulässige optische Eingangsleistung der dispersionsverschobenen Faser zu erhöhen und kann der mögliche Übertragungsabstand stark erweitert werden.
Herkömmlich wird bei einer optischen Faserkommunikation unter Verwendung des Bereichs niedrigen Verlustes einer optischen Faser das Band von 1,55 μm verwendet. Die allgemeinen Gründe dafür bestehen darin, dass während der Anfangsperiode einer Entwicklung von optischen Fasern berichtet wurde, dass der Bereich niedrigen Verlustes 1,55 μm war und zusätzlich dass die optischen Faserverstärker, die den merklichen Fortschritt bezüglich der Fähigkeiten der optischen Kommunikationssysteme in den letzten Jahren hervorbrachten, eine Verstärkerbandbreite bei 1,55 μm haben. Daher ist bei einer Kommunikation über optische Fasern die Verwendung von Bändern außerhalb des Bandes von 1,55 μm nicht vernachlässigt worden.
Jedoch haben installierte optische Fasern, die an einer Stelle für eine Kommunikation verwendet werden, die in 8 gezeigten Verlustkennlinien. Das bedeutet, dass es bei der Wellenlängenbandbreite von 1,57 μm ~ 1,61 μm, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, offensichtlich ist, dass es oberhalb von 1,55 μm einen sogar niedrigeren Verlust gibt. Es ist daraus offensichtlich, dass zusätzlich zu diesem Effekt der Effekt erhalten werden kann, dass es möglich ist, durch die Verwendung der herkömmlich vernachlässigten Wellenlängenbandbreite mit einem niedrigeren Verlust zu übertragen.
Darüber hinaus kann bei einem optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem, bei welchem lineare optische Repeater bzw. Zwischenverstärker im optischen Übertragungspfad angeordnet sind, jedes optische Signal in beiden Wellenlängenbandbreiten miteinander durch einen optischen Verstärker verstärkt werden kann oder die optischen Signale der verschiedenen Wellenlängenbandbreiten getrennt und durch getrennte optische Verstärker verstärkt werden können.
Als Nächstes gibt es fünf Ausführungsbeispiele des optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystems, wobei die Wellenlängen von multiplexten optischen Signalen entweder zwischen 1450 nm und 1510 nm oder zwischen 1570 nm und 1610 nm zugeteilt sind.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
1 zeigt die Struktur des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt ein Beispiel eines Punkt-zu-Punkt-Übertragungssystems ohne Zwischenverstärkung, das einen optischen Sender und einen optischen Empfänger ohne Repeater bzw. Zwischenverstärker gegenüberliegend verbindet.
In der Figur weist das vorliegende System einen optischen Sender 10, einen optischen Übertragungspfad 20 und einen optischen Empfänger 30 auf. Darüber hinaus kann auch ein System, das die Vorspannung, etc., der Lichtquelle direkt moduliert, auf den optischen Sender 10 angewendet werden.
Der optische Sender 10 verwendet hier ein externes Modulationssystem und weist Lichtquellen 11 auf, die wechselseitig unterschiedliche Wellenlängen einstellen, Modulatoren 12, die die von der Lichtquelle ausgegebene optische Ausbreitungswelle durch ein Datensignal modulieren, einen optischen Multiplexer 13, der von jedem Modulator 12 ausgegebene optische Signale multiplext, und einen optischen Nachverstärker 14, der das vom optischen Multiplexer 13 ausgegebene optische Wellenlängenmultiplexsignal zusammen verstärkt. Darüber hinaus ist der optische Nachverstärker 14 vorgesehen, wenn es nötig ist.
Der optische Übertragungspfad weist eine dispersionsverschobene Faser 21 auf, deren Wellenlänge einer Dispersion von Null auf 1,55 μm eingestellt ist.
Der optische Empfänger 30 weist einen optischen Vorverstärker 31 auf, der die durch die dispersionsverschobene Faser 21 ausgebreiteten optischen Wellenlängenmultiplexsignale miteinander verstärkt, einen optischen Demultiplexer 32, der das multiplexte optische Signal demultiplext, um das optische Signal jeder Wellenlänge wiederzugewinnen, optoelektrische Wandler (O/E) 33, die die optischen Signale jeder Wellenlänge in elektrische Signale umwandeln, und elektrische Empfangsschaltungen 34, die das Datensignal aus jedem elektrischen Signal wiedergewinnen. Darüber hinaus ist es dann, wenn der optische Vorverstärker vor dem optoelektrischen Wandler 33 angeordnet ist, möglich, die Empfängerempfindlichkeit zu erhöhen. Dieser optische Vorverstärker und der optische Vorverstärker 32 vor dem optischen Demultiplexer 31 sind installiert, wenn es nötig ist.
Die Wellenlänge der Lichtquelle 11 ist so eingestellt, dass der Absolutwert der Wellenlängendispersion dann, wenn sie sich entlang der dispersionsverschobenen Faser 21 ausbreitet, 0,5 ps/nm/km oder größer ist. Jedoch wird angenommen, dass die Wellenlänge mit einer Dispersion von Null der dispersionsverschobenen Faser 21 aufgrund von Herstellungsschwankungen etwa zwischen 1,535 μm und 1,565 μm verteilt ist, aber dann, wenn die Dispersionsneigung +0,07 ps/nm²/km ist, wird eine Wellenlänge, deren Absolutwert der Wellenlängendispersion 0,5 ps/nm/km oder darüber ist, 1,53 μm oder weniger oder 1,57 μm oder größer. Daher ist das verwendete Wellenlängenband ein Wellenlängenband von 1,53 μm oder kleiner (beispielsweise 1,45 μm ~ 1,51 μm) oder das Wellenlängenband von 1,57 μm oder größer (beispielsweise 1,571 μm ~ 1,61 μm) oder beide der Wellenlängenbänder.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
2 zeigt die Struktur eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Die charakteristischen Merkmale der vorliegenden Erfindung werden beim Anordnen von linearen optischen Repeatern 22 entlang des optischen Übertragungspfads gefunden, der eine Hauptstrukturkomponente eines optischen Verstärkers ist, um den Ausbreitungsverlust der dispersionsverschobenen Faser 21 beim ersten Ausführungsbeispiel zu kompensieren. Das bedeutet, dass dies ein Beispiel eines Punkt-zu-Punkt-Ausbreitungssystems mit mehreren Repeatern ist. Auf diese Weise kann der Ausbreitungsabstand drastisch ausgedehnt werden. Die Kennlinien der dispersionsverschobenen Faser 21 und des verwendeten Wellenlängenbandes sind dieselben wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Der Ausbreitungsabstand wie derjenige beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist lang, und wenn die optische Leistung durch lineare optische Repeater 22 auf einem hohen Pegel gehalten wird, ist bei dem herkömmlichen Aufbau die Verschlechterung der Übertragungsqualität aufgrund einer Vierwellenmischung ernsthaft, aber bei der Struktur, die das verwendete Wellenlängenband begrenzt, wie bei der vorliegenden Erfindung, ist der Einfluss gering und der Effekt bemerkenswert.
Bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel kann als optische Verstärker ein Lichftwellenleiterverstärker oder ein Halbleiterlaserverstärker verwendet werden, aber eine geeignete Struktur sollte in Abhängigkeit von den verwendeten verschiedenen Wellenbändern ausgewählt werden.
Als optischer Verstärker für das Band von 1,45 μm ~ 1,51 μm kann ein mit Tm dotierter Lichtwellenleiterverstärker (TDFA) verwendet werden. In Bezug auf Verstärkungskennlinien, wie sie in 3 gezeigt sind, ist der Bereich hoher Verstärkung im Band von 1,45 μm ~ 1,48 μm. Beim Erregen dieses TDFA wird eine Lichtquelle im Band von 1,0 μm ~ 1,2 μm verwendet. Als die Erregungs-Lichtquelle in diesem Wellenlängenband sind gegenwärtig ein Nd:YAG-Laser und ein Nd:YLF-Laser verfügbar. Zusätzlich kann durch Strukturieren der optischen Fasern zur Verstärkung in einer Reihenschaltung über einen Isolator oder ein optisches Bandpassfilter ein Verstärker mit sogar höherer Verstärkung erhalten werden.
Als optischer Verstärker für das Band von 1,57 μm ~ 1,61 μm ist ein mit Er-dotierter verstärkungsverschobener Lichtwellenleiterverstärker (GS-EDFA) verfügbar. Durch Optimieren der Er-Dichte, etc., der optischen Faser zur Verstärkung kann er den Verstärkungsbereich (1,53 μm ~ 1,56 μm) des typischen EDFA verschieben. Seine Verstärkungskennlinien sind in 4 gezeigt. Bei der Erregung dieses GS-EDFA wird eine Lichtquelle in der Nachbarschaft von 0,98 μm oder 1,48 μm verwendet.
Wenn das Wellenlängenband von 1,53 μm oder kleiner und das Wellenlängenband von 1,57 μm oder größer gleichzeitig verwendet werden, indem ein Halbleiterlaserverstärker mit einer breiten Verstärkungsbandbreite verwendet wird, ist es möglich, die optischen Signale von beiden Wellenlängenbändern miteinander zu verstärken. Zusätzlich geht die Entwicklung von Lichfwellenleiterverstärkern weiter, die die optischen Signale in beiden Wellenlängenbändern zusammen verstärken können. Zusätzlich können die jeweiligen optischen Signalen von beiden Wellenlängenbändern multiplext werden, nachdem sie getrennt verstärkt sind. Ein Beispiel für diese Struktur wird beim dritten Ausführungsbeispiel erklärt, das folgt.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
5 zeigt die Struktur des dritten Ausführungsbeispiels. Diese Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel des Punkt-zu-Punkt-Übertragungssystems mit mehreren Repeatern, das gleich demjenigen des in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels ist. Diejenigen Funktionen, die dieselben wie diejenigen in 2 sind, haben dieselben Bezugszeichen.
Beim optischen Sender 10 wird das optische Signal im Band von 1,45 μm ~ 1,51 μm durch einen optischen Nachverstärker 14A unter Verwendung eines TDFA, wie beispielsweise demjenigen, der in 3 gezeigt ist, verstärkt und wird das optische Signal im Band von 1,57 μm ~ 1,61 μm durch einen optischen Nachverstärker 14B unter Verwendung eines GS-EDFA, wie beispielsweise desjenigen, der in 4 gezeigt ist, verstärkt. Zusätzlich werden die optischen Signale von beiden Bandbreiten durch ein Bandbreitenmultiplexer-WDM-Filter 41 multiplext und zur dispersionsverschobenen Faser 21 übertragen.
Im linearen optischen Repeater 22 werden die optischen Signale von beiden Bändern durch ein Bandbreitendemultiplexer-WDM-Filter 42 demultiplext, wird das optische Signal im Band von 1,45 μm ~ 1,51 μm durch einen optischen Verstärker 43A unter Verwendung eines TDFA, wie beispielsweise desjenigen, der in 3 gezeigt ist, verstärkt, wird das optische Signal im Band von 1,57 μm ~ 1,61 μm durch einen optischen Verstärker 43B unter Verwendung eines GS-EDFA, wie beispielsweise desjenigen, der in 4 gezeigt ist, verstärkt, und werden dann die optischen Signale in beiden Wellenlängenbändern wieder durch ein Bandmultiplexer-WDM-Filter 41 multiplext.
Im optischen Empfänger 30 werden die optischen Signale von beiden Bändern durch ein Bandbreitendemultiplexer-WDM-Filter 42 demultiplext, werden die optischen Signale im Band von 1,45 μm ~ 1,51 μm durch einen optischen Verstärker 31A unter Verwendung eines TDFA, wie beispielsweise desjenigen, der in 3 gezeigt ist, verstärkt und wird das optische Signal im Band von 1,57 μm ~ 1,61 μm durch einen optischen Verstärker 31B unter Verwendung eines GS-EDFA, wie beispielsweise desjenigen, der in 4 gezeigt ist, verstärkt. Nachfolgend wird jedes optische Signal auf dieselbe Weise wie beim zweiten Ausführungsbeispiel demoduliert.
Das erste, das zweite und das dritte Ausführungsbeispiel, die oben beschrieben sind, sind Beispiele eines Punkt-zu-Punkt-Übertragungssystems und erklärten, dass eine Verschlechterung der Ausbreitungsqualität aufgrund einer Vierwellenmischung vermieden wird, und der Übertragungsabstand des Systems unter Verwendung von dispersionsverschobenen Fasern kann drastisch erhöht werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein Punkt-zu-Punkt-Übertragungssystem beschränkt und kann auf alle optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssysteme eines Netzwerks angewendet werden. Beispielsweise kann sie auf eine optische Übertragung mit mehreren Repeatern angewendet werden, bei welcher Signale, die in elektrische Signale transformiert worden sind, nachdem sie im optischen Empfänger 30 demultiplext sind, beim zweiten Ausführungsbeispiel digital demoduliert werden, und bei welcher dann, wenn es nötig ist, elektrische Signale in optische Signale transformiert, einem Wellenlängenmultiplex unterzogen und nach einem elektrischen Durchführen einer Führungsverarbeitung zum optischen Übertragungspfad übertragen werden, oder bei welcher diese Prozedur viele Male wiederholt wird.
Schließlich kann auch ein optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem angewendet werden, bei welchen ein optischer Knoten, der ein optisches Signal oder spezifizierte optische Signale entlang des optischen Übertragungspfads hinzufügt oder fallenlässt. Beispiele dieser Struktur werden nachfolgend als das vierte und das fünfte Ausführungsbeispiel erklärt.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
6 zeigt die Struktur des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
In der Figur weist dieses System einen zentralen Knoten 50, entfernte Knoten 60 und eine dispersionsverschobene Faser 21, die sie in einem Ring verbindet, auf.
Jeder entfernte Knoten 60 führt eine Kommunikation mit dem zentralen Knoten 50 durch wenigstens eine oder mehrere sich unterscheidende Wellenlängen, die zugeteilt sind, und unter Verwendung von einer jeweiligen Wellenlänge aus. Ein entfernter Knoten 60 weist einen optischen Vorverstärker 61 auf, der angeordnet ist, wenn es nötig ist, eine optische Schaltung 62 zum Hinzufügen und Fallenlassen, die von den optischen Wellenlängenmultiplexsignalen das optische Signal mit der zugeteilten Wellenlänge hinzufügt und das optische Signal dieser Wellenlänge in die optischen Wellenlängenmultiplexsignale zuführt, und einen optischen Nachverstärker 63, der installiert ist, wenn es nötig ist.
Der zentrale Knoten 50 weist ein Übertragungssystem auf, das weiterhin einen optischen Sender 51 für jede entsprechende Wellenlänge aufweist, die jedem entfernten Knoten zugeteilt ist, einen optischen Multiplexer 52, der das optische Signal jeder Wellenlänge multiplext, einen optischen Nachverstärker 53, der installiert ist, wenn es nötig ist, und ein Empfangssystem, das einen optischen Vorverstärker 54 aufweist, der installiert ist, wenn es nötig ist, einen optischen Demultiplexer 55, der die Wellenlängenmultiplexsignale in die optischen Signale jeder Wellenlänge demultiplext, und einen optischen Empfänger 56 für jede entsprechende Wellenlänge.
Die optischen Wellenlängenmultiplexsignale, die durch den zentralen Knoten 50 multiplext sind, kommen bei den entsprechenden Knoten 60 dadurch an, dass sie entlang der dispersionsverschobenen Faser 21 ausgebreitet werden. In den entfernten Knoten 60 werden nur die optischen Signale mit der zugeteilten Wellenlänge von den optischen Wellenlängenmultiplexsignalen fallengelassen und werden dann die optischen Signale dieser Wellenlänge in die optischen Wellenlängenmultiplexsignale hinzugefügt. Die optischen Signale, die jeden entfernten Knoten 60 durchlaufen haben, kommen beim zentralen Knoten 50 an und werden hier mit jeder Wellenlänge fallengelassen. Auf diese Weise ist die Struktur dieses Ausführungsbeispiels physikalisch eine Ring-Netzwerkstruktur, ist aber logisch eine Stern-Netzwerkstruktur, bei welcher der zentrale Knoten 50 und die entfernten Knoten 60 in einer Sternform durch einen Bus verbunden sind, der durch eine Wellenlänge unterschieden wird. Entlang der dispersionsverschobenen Faser 21 können lineare optische Repeater, die den Übertragungsverlust kompensieren, versorgt werden, wenn es nötig ist.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
7 zeigt die Struktur des fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Die charakteristischen Merkmale der vorliegenden Erfindung sind diejenigen, dass der zentrale Knoten, der Information sammelt, von der Struktur des vierten Ausfüh rungsbeispiels eliminiert ist, dass Pfade, die bestimmte Wellenlängen zwischen jedem entfernten Knoten zuteilen, ausgebildet sind, und dass jeder entfernte Knoten durch eine Gitterform verbunden ist.
Ein entfernter Knoten 60 weist einen optischen Vorverstärker 61 auf, der installiert ist, wenn es nötig ist, eine optische Schaltung 62 zum Hinzufügen und Fallenlassen, die die optischen Signale einer zugeteilten Wellenlänge von den optischen Wellenlängenmultiplexsignalen fallenlässt und die optischen Signale dieser Wellenlänge in die optischen Wellenlängenmultiplexsignale hinzufügt, und einen optischen Nachverstärker 62, der installiert ist, wenn es nötig ist. Bei der Kommunikation zwischen jedem entfernten Knoten werden verschiedene Wellenlängen zugeteilt, und wenn beispielsweise die Gesamtanzahl von entfernten Knoten als N gegeben ist, führt der entfernte Knoten #1 eine Kommunikation mit den entfernten Knoten #2, #3, ..., #N durch Verwenden der Signale der Wellenlängen λ12, 13λ, ..., λ IN aus. In dem Fall einer Ausbreitung mit einer optischen Faser sind N(N – 1)/2 Wellenlängen nötig. Wenn zwei optische Fasern verwendet werden, ist es möglich, die Anzahl von Wellenlängen um etwa (N – 1)/8 zu erniedrigen. Entlang der dispersionsverschobenen Faser 21 können lineare optische Repeater, die einen Übertragungsverlust kompensieren, eingefügt werden, wenn es nötig ist.
Wenn die vorliegende Erfindung auf das Wellenlängenmultiplex-Verbindungsnetz angewendet wird, das mit dispersionsverschobenen Fasern ausgebildet ist, wie es beim vierten Ausführungsbeispiel oder beim fünften Ausführungsbeispiel gezeigt ist, ist es möglich, den Einfluss einer Vierwellenmischung zu vermeiden, den Übertragungsabstand zwischen Knoten zu erweitern, eine Kanaltrennung zu minimieren, die Anzahl von Kanälen auf einfache Weise zu erhöhen, und ein signifikanter Effekt kann erwartet werden. Beispielsweise können das Band von 1,45 μm ~ 1,51 μm, das Band von 1,57 μm ~ 1,61 μm oder beide Bänder als die verwendete Wellenlängenbandbreite verwendet werden. Die linearen optischen Repeater können dann, wenn beide Wellenlängenbänder verwendet werden, gleich denjenigen beim dritten Ausführungsbeispiel sein.
Wie es oben erklärt ist, kann das optische Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem der vorliegenden Erfindung den Einfluss einer Vierwellenmischung in einer dispersionsverschobenen Faser durch Begrenzen der verwendeten Wellenlängenbandbreite vermeiden. Auf diese Weise ist es möglich, die zulässige Eingangsleistung der dispersionsverschobenen Faser zu erhöhen, und es ist möglich, den potentiellen Übertragungsabstand stark zu erweitern.
Zusätzlich ist es beim Verwenden der Bandbreite von 1,57 μm ~ 1,61 μm deshalb, weil ein Übertragungsverlust gegenüber dem Band von 1,55 μm noch weiter erniedrigt werden kann, möglich, den möglichen Übertragungsabstand über denjenigen des herkömmlichen Bandes von 1,55 μm hinausgehend zu erweitern.
[Ausführungsbeispiel, das auf die Beschränkung des zweiten Wellenlängenbandes bezogen ist]
Nachfolgend wird ein Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem erklärt werden, bei welchem die Wellenlänge von multiplexten optischen Signalen entweder von 1450 nm bis 1530 nm oder 1570 nm bis 1650 nm zugeteilt sind.
Zuerst wird der Grund dafür erklärt werden, dass die Wellenlänge des multiplexten optischen Signals zwischen 1450 nm und 1530 nm oder zwischen 1570 nm und 1650 nm ist.
Um damit zu beginnen, wird die Beziehung zwischen der Wellenlängendispersion des optischen Signals und der optischen Intensität der Vierwellenmischung erklärt werden.
Hier ist, wie es oben erklärt ist, eine "Vierwellenmischung" ein Phänomen, bei welchem eine neue Frequenz f_FWM = f_i + f_j – f_k der Vierwellenmischung aus einer nichtlinearen Interaktion zwischen drei Frequenzen f₁, f₂ und f₃ und dem Ausbreitungsmedium erzeugt wird. Hier nehmen i, j und k irgendeinen Wert von 1 bis 3 an, und es gilt j ≠ k. Eine Vierwellenmischung kann auftreten, wenn f_i gleich f_j ist, das heißt selbst dann, wenn zwei Frequenzen eingespeist werden. Bei einer Wellenlängenmultiplex-Kommunikation unter Verwendung eines Wellenlängenbereichs mit geringer Dispersion erhöht sich die Erzeugungseffizienz der Vierwellenmischung, wenn das Ausmaß an Phasenanpassung Δβ kleiner wird. Hier wird das Ausmaß an Phasenfehlanpassung ausgedrückt durch: Δβ = (–λ4π/c2)·(dD/dλ)·{(f1 – f0) + (fj – f0)}·(fi – fk)·(fj – fk), und ist in K. Inoue, "Fiber four-wave mixing in the zero-dispersion wavelength region", J. Lightwave Technology, Vol. 10, pp. 1553–1561, 1992 beschrieben. Hier ist f₀ die Nulldispersionsfaser. Zusätzlich ist λ die Wellenlänge, ist c die Lichtgeschwindigkeit und drückt D die Wellenlängendispersion aus. Aus dieser Gleichung kann es verstanden werden, dass Δβ dann Null wird, wenn unter den eingespeisten Wellenlängenmultiplexsignalen die optische Frequenz von einem optischen Signal mit f₀(f_i = f_j = f₀) übereinstimmt oder wenn f₀ zwischen den optischen Frequenzen von zwei optischen Signalen (f_i – f₀ = f₀ – f_j) liegt und die Erzeugungseffizienz einer Vierwellenmischung am höchsten ist. Wenn die Differenz zwischen der Frequenz der erzeugten Vierwellenmischung und irgendeiner der optischen Frequenzen der optischen Signale innerhalb der Empfangsbandbreite des Empfängers ist, werden die Vierwellenmischungs-Wellen ein Interferenzrauschen zu den optischen Signalen. Wenn die Frequenzen des optischen Signals, die auf einem gleich beabstandeten optischen Frequenzgitter angeordnet sind, zugeteilt werden, das heißt in dem Fall einer gleich beabstandeten optischen Frequenzzuteilung, gelangt die optische Frequenz der erzeugten Vierwellenmischung immer dahin, auf diesen Gittern positioniert zu werden. Deshalb ist in dem Fall einer gleich beabstandeten optischen Frequenzzuteilung der Einfluss von Interferenzrauschen aufgrund einer Vierwellenmischung ernsthaft.
9 ist das Ergebnis einer Simulation der Beziehung zwischen der Wellenlängendispersion eines Signals und der optischen Intensität der Vierwellenmischung. Die Zustände der Simulation sind so, wie es oben rechts in 9 aufgezeichnet ist. Darüber hinaus wurde die Leistung der Vierwellenmischung bei dieser Simulation gemäß dem Verfahren berechnet, das in K. Inoue, H. Toba, "Fiber four-wave mixing in multi-repeater systems with nonuniform chromatic dispersion", J. Lightwave Technology, 13, pp. 88–93, 1995 präsentiert ist.
In 9 ist unter 16 optischen Signalen, die um 200 GHz beabstandet sind, die Wellenlängendispersion des optischen Signals des Kanals mit der geringsten Wellenlängendispersion die Abszisse, und dann, wenn diese Signale entlang einer optischen Faser ausgebreitet werden, ist das Verhältnis (dB) der Vierwellenmischungs-Intensität zu der Signalintensität auf der Ordinatenachse gezeigt. Es ist bekannt, dass sich dann, wenn das Verhältnis der optischen Intensität der Vierwellenmischung zu der optischen Signalintensität –30 dB oder größer ist, das optische Signal verschlechtert, und aus 9 kann gesehen werden, dass dann, wenn die optische Dispersion eines Signals am nächsten der Wellenlänge mit einer Dispersion von Null 0,35 ps/km/nm oder weniger ist, eine Verschlechterung groß wird. Wie es oben beschrieben ist, gibt es allgemein deshalb, weil die Dispersionsneigung einer optischen Faser etwa 0,07 ps/nm²/km ist, wenn der Wellenlängenabstand von der Wellenlänge mit einer Dispersion von Null des optischen Signals, dessen optische Dispersion am nächsten der Wellenlänge mit einer Dispersion von Null ist, unter 5 nm (= 0,35/0,07) abfällt, eine Verschlechterung. Anders ausgedrückt können dann, wenn der Wellenlängenabstand von der Wellenlänge mit einer Dispersion von Null des optischen Signals, dessen optische Dispersion am Nächsten der Wellenlänge mit einer Dispersion von Null ist, 5 nm oder größer ist, die Probleme aufgrund einer Vierwellenmischung vermieden werden.
Zusätzlich ist aufgrund einer Herstellungsschwankung gegenwärtig die Wellenlänge mit einer Dispersion von Null der dispersionsverschobenen Fasern, die weit verbreitet hergestellt und installiert sind, im Allgemeinen von 1535 nm bis 1565 nm, zentriert bei 1550 nm, verteilt. Somit kann dann, wenn dispersionsverschobene Fasern, die gegenwärtig hergestellt und installiert werden, als der optische Übertragungspfad verwendet werden, das Problem einer Verschlechterung aufgrund einer Vierwellenmischung dadurch vermieden werden, dass man die Wellenlänge des Signals 1530 nm (1535 nm – 5 nm) oder kleiner oder 1570 nm (1565 nm + 5 nm) oder größer macht.
Als Nächstes wird der Grund für ein Einstellen des Bereichs der Wellenlänge des optischen Signals von 1450 nm bis 1650 erklärt werden.
10 zeigt ein typisches Beispiel der Kennlinien des Verlustes einer dispersionsverschobenen Faser gegenüber einer Wellenlänge. Wenn eine dispersionsverschobene Faser als der optische Übertragungspfad verwendet wird, ist die Spannweite allgemein 100 km. Zusätzlich ist die Verstärkung der optischen Verstärker, die die Repeater bzw. Zwischenverstärker bilden, allgemein 30 dB. Hier kann es verstanden werden, dass dann, wenn der Faserverlust 0,3 dB/km (30/100) ist, eine Wellenlänge von 1450 nm bis 1650 nm verwendet werden kann.
Aus dem Obigen ergibt sich, dass es dann, wenn dispersionsverschobene Fasern, die gegenwärtig hergestellt und installiert werden, als optischer Übertragungspfad verwendet werden, wenn die Wellenlängen zwischen 1450 nm und 1530 nm, die in 11 durch ein Bezugszeichen 112 gezeigt sind, oder die Wellenlänge zwischen 1570 nm und 1650 nm, die durch ein Bezugszeichen 111 gezeigt sind, als die Wellenlänge des optischen Signals verwendet werden, keine Verschlechterung in Bezug auf einen Übertragungsverlust gibt, der aufgrund einer Vierwellenmischung erfolgt, und eine Wellenlängenmultiplex-Übertragung über eine lange Entfernung kann realisiert werden. Darüber hinaus bezeichnet ein Bezugszeichen 110 die Wellenlängenverteilung mit einer Dispersion von Null der dispersionsverschobenen Faser, die der optische Übertragungspfad ist.
Als Nächstes wird die Gültigkeit der Wellenlängenbänder 111 und 112 des in 11 gezeigten optischen Signals experimentell demonstriert. 12 zeigt die experimentellen Ergebnisse, die die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Übertragungsintensität für jeden Kanal und dem Leistungsmehraufwand zeigen. In der Figur ist die Abszissenachse die durchschnittliche Übertragungsausgabeintensität für jeden Kanal und ist die Ordinatenachse der Leistungsmehraufwand aufgrund einer Vierwellenmischung. Die verwendete dispersionsverschobene Faser hatte eine Länge von 40 km, eine optische Übertragungssignal-Bitrate von 10 Gb/s, 8 unterschiedliche Wellenlängen und einen optischen Frequenzabstand von 200 GHz. Hier waren die Wellenlängen der optischen Signale bei dem Experiment die zwei herkömmlich verwendeten, nämlich das Wellenlängenband von 1543 1556 nm und das Wellenlängenband von 1581 ~ 1589 nm, und zwar gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Der Leistungsmehraufwand, der hier verwendet wird, ist wie folgt definiert: Leistungsmehraufwand [dB] = 10 × log (Pt/Pb).
Hier ist Pb die durchschnittliche empfangene optische Leistung, die zum Erreichen einer Bitfehlerrate von 10^–9 nötig ist, wenn der Sender direkt mit dem Empfänger verbunden ist und es keine Übertragung über eine dispersionsverschobene Faser gibt, die als optischer Übertragungspfad verwendet wird. Zusätzlich ist Pt die durchschnittlich empfangene optische Leistung, die zum Erreichen einer Bitfehlerrate von 10^–9 nach einer Übertragung über 40 km entlang einer dispersionsverschobenen Faser nötig ist.
Wie es aus dieser Figur klar wird, erhöht sich dann, wenn die herkömmlich verwendete Wellenlänge von 1543 ~ 1556 nm als die Wellenlänge der optischen Signale verwendet wird, wenn die Übertragungsintensität pro Kanal erhöht wird, der Leistungsmehraufwand aufgrund des Einflusses der Vierwellenmischung.
Gegensätzlich dazu wird dann, wenn das Wellenlängenband von 1581 ~ 1593 nm gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, deshalb, weil der Einfluss einer Vierwellenmischung kein Problem wird, der Leistungsmehraufwand nicht größer. Zusätzlich impliziert die Möglichkeit einer Erhöhung der Übertragungsintensität pro Kanal die Möglichkeit einer Erhöhung der Eingangsleistung der linearen Zwischenverstärker, und deshalb ist es möglich, den Einfluss eines Rauschens des optischen Verstärkers zu erniedrigen, und die Übertragungsentfernung, d.h. die Spannweite zwischen Zwischenverstärkern, kann verlängert werden.
Als Nächstes werden Implementierungen des Wellenlängenbandes erklärt, wenn die Wellenlänge des Signals entweder zwischen 1450 nm und 1530 nm oder zwischen 1570 nm und 1650 nm ist.
(Erste Implementierung)
Es gibt eine Implementierung eines Wellenlängenbandes, wobei die Wellenlänge des optischen Signals dem Langwellenlängenbereich zugeteilt ist, was die Probleme vermeiden kann, die durch eine Vierwellenmischung verursacht werden, das heißt 1570 nm ~ 1650 nm zugeteilt ist, was in 11 durch das Bezugszeichen 111 gezeigt ist.
Zusätzlich gibt es eine Implementierung eines Wellenlängenbandes, wobei die Wellenlänge des optischen Signals dem Kurzwellenlängenbereich zugeteilt ist, was die Probleme vermeiden kann, die durch eine Vierwellenmischung verursacht werden, d.h. 1450 nm ~ 1530 nm zugeteilt ist, was in 11 durch das Bezugszeichen 112 gezeigt ist.
Weiterhin ist es auch möglich, Wellenlängen zwischen 1450 nm und 1530 nm und zwischen 1570 nm und 1650 nm als die Wellenlänge des optischen Signals zu verwenden. Es ist möglich, die Übertragungskapazität der Faser in diesem Fall zu erhöhen.
Weiterhin gibt es bei der obigen Implementierung keine Beschränkung bezüglich der Ausbreitungsrichtung des optischen Signals. Daher können sich alle optischen Signale in derselben Richtung ausbreiten oder kann sich ein Teil der optischen Signale in einer von anderen optischen Signalen unterschiedlichen Richtung ausbreiten.
(Zweite Implementierung)
Bei der zweiten Implementierung sind die Ausbreitungsrichtung des optischen Übertragungspfads der optischen Signale, deren Wellenlängen zwischen 1450 nm und 1530 nm sind, was in 13 durch ein Bezugszeichen 112 gezeigt ist, und die Ausbreitungsrichtung des optischen Übertragungspfads der optischen Signale, deren Wellenlängen zwischen 1570 nm und 1650 nm sind, was durch ein Bezugszeichen 111 gezeigt ist, entgegengesetzte Richtungen. Nachfolgend wird der Grund zum Bilden der Form auf diese Weise erklärt werden.
Bei der ersten Implementierung wurde angenommen, dass die Wellenlängen der optischen Signale zwischen 1450 nm und 1530 nm und zwischen 1570 nm und 1650 nm gleichzeitig verwendet werden und dass die Ausbreitungsrichtungen von allen optischen Signalen dieselben sind. In diesem Fall ist dann, wenn die Bitrate von jeder Wellenlänge vergleichsweise gering ist, die Abweichung zwischen den optischen Signalen zwischen 1450 nm und 1530 nm und den optischen Signalen zwischen 1570 nm und 1650 nm in derselben Größenordnung wie die Zeit für einen Zeitschlitz. Als Ergebnis wird ein Übersprechen aufgrund einer stimulierten Raman-Streuung erzeugt und kann das Problem einer Verschlechterung der Übertragungsqualität nicht ignoriert werden. Darüber hinaus bedeutet "Abweichung", dass als Ergebnis einer Differenz bezüglich einer Gruppenlaufzeit die relative Zeitposition von zwei optischen Signalen von unterschiedlichen Wellenlängen in Abhängigkeit von der Faserausbreitung getrennt wird. Zusätzlich ist eine "stimulierte Raman-Streuung" das Phänomen, bei welchem die Energie eines Kurzwellensignals durch die Schwingung von Molekülen, die die Faser bilden, zu einem Langwellenlängensignal transferiert wird.
Weil eine stimulierte Raman-Streuung nur dann erzeugt wird, wenn optische Signale in dem Kurzwellenteil und optische Signale in dem Langwellenteil zusammen existieren, ändert sich die Erniedrigung bezüglich der Leistung des Kurzwellensignals in Abhängigkeit von der Kombination der Vorzeichen von beiden Signalen und der relativen Zeitposition, und dies verursacht ein Übersprechen, was eine Verschlechterung bezüglich der Übertragungscharakteristiken erzeugt. Um dieses Problem zu vermeiden, ist eine Ausbreitung der Wellenlängen zwischen 1450 nm und 1530 nm und der Wellenlängen zwischen 1570 nm und 1650 nm in entgegengesetzten Richtungen effektiv. Dies ist deshalb so, weil die Abweichung des Kurzwellensignals und des Langwellensignals größer wird, und es ist möglich, die Erniedrigung bezüglich der Leistung des Signals im Kurzwellenteil aufgrund einer stimulierten Raman-Streuung herauszumitteln.
Diese Art bidirektionaler Übertragung ist auch zum Vermeiden eines Übersprechens aufgrund eines Degenerierens einer Vierwellenmischung nützlich, die zwischen den optischen Signalen zwischen 1450 nm und 1530 nm und den optischen Signalen zwischen 1570 nm und 1650 nm erzeugt ist, und einer Wellenformverschlechterung aufgrund einer Kreuzphasenmodulation. Dies ist deshalb so, weil die Abweichung aufgrund einer bidirektionalen Übertragung größer wird, die Phasenanpassungsbedingungen für eine Degenerierung einer Vierwellenmischung nicht erfüllt werden und die Kreuzphasenmodulation gemittelt wird. Hier ist eine Kreuzphasenmodulation ein Phänomen, bei welchem sich die Phase eines optischen Signals aufgrund einer Änderung bezüglich des lokalen Brechungsindex, verursacht durch ein anderes optisches Signal, ändert.
Aus diesen Gründen ist es bevorzugt, dass die Ausbreitungsrichtung des optischen Übertragungspfads des optischen Signals zwischen 1450 nm und 1530 nm und die Ausbreitungsrichtung des optischen Übertragungspfads des optischen Signals zwischen 1570 nm und 1650 nm entgegengesetzt sind.
(Dritte Implementierung)
Oben wurde der Fall beschrieben, bei welchem die Wellenlängen der optischen Signale zwischen 1450 nm und 1530 nm und zwischen 1570 nm und 1650 nm zugeteilt sind. Hier wird das Wellenlängenband zwischen 1530 nm und 1570 nm nicht verwendet, um eine Signalverschlechterung aufgrund der oben beschriebenen Vierwellenmischung zu vermeiden. Eine Signalverschlechterung aufgrund einer Vierwellenmischung, wie es in den oben angegebenen Berichten detailliert beschrieben ist, kann durch einen ungleichen Kanalabstand einer Wellenlängenanordnung unterdrückt werden.
Hier bedeutet "Wellenlängenanordnung mit ungleichem Abstand" die Differenz zwischen der Frequenz f_FWM = f_i + f_j + f_k der Vierwellenmischung, die aus den beliebigen drei Wellen von optischen Frequenzen f₁, f₂ und f₃ erzeugt wird, und jede von f₁, f₂ und f₃ ist größer als die Empfangsbandbreite des Empfängers, so dass sie auf eine solche Weise angeordnet sind, dass die optischen Frequenzdifferenzen zwischen jedem optischen Signal ungleich beabstandete Kanäle haben. Hier haben i, j und k einen Wert von 1 bis 3 und es gilt j ≠ k. Beispielsweise werden die Vierwellenmischungs-Wellen, die drei beliebige Wellen unter zwölf optischen Wellenlängenmultiplexsignalen sind, deren Frequenzintervalle bei 135, 300, 375, 150, 175, 350, 250, 150, 325 und 225 GHz zugeteilt sind, bei einer Wellenlängenfrequenz erzeugt, die um wenigstens 25 GHz von irgendwelchen Signalen getrennt ist, und wird kein Interferenzrauschen.
In diesem Zusammenhang ist es bei einem optischen Signal mit einer Wellenlänge nahe der Wellenlänge mit einer Dispersion von Null der dispersionsverschobenen Faser, die der optische Übertragungspfad ist, möglich, einen Teil des nutzbaren Wellenlängenbereichs zu erweitern, indem eine Frequenzzuteilung mit ungleichem Kanalabstand verwendet wird.
Ein Beispiel dieser Implementierung ist in 14 gezeigt. Die Wellenlänge der optischen Wellenlängenmultiplexsignale sind zwischen 1450 nm und 1570 nm zugeteilt, was durch ein Bezugszeichen 120 gezeigt ist, und zwischen 1570 nm und 1650 nm, was durch ein Bezugszeichen 111 gezeigt ist. Zusätzlich werden die optischen Signale, deren Wellenlängen zwischen 1450 nm und 1570 nm zugeteilt sind, und die optischen Signale, die zwischen 1570 nm und 1650 nm verteilt sind, entlang dem Ausbreitungspfad der dispersionsverschobenen Faser in entgegengesetzten Richtungen ausgebreitet. Selbst im schlimmsten Fall, in welchem die Wellenlänge mit einer Dispersion von Null der Faser 1535 nm ist, ist zum Vermeiden einer Verschlechterung aufgrund einer Vierwellenmischung wenigstens die optische Frequenzdifferenz zwischen den optischen Signalen oberhalb von 1505 nm (= 1535 – (1565 – 1535)) oder darüber und 1565 nm oder darunter, was durch ein Bezugszeichen 130 gezeigt ist, einem ungleichen Anstand zugeteilt.
Darüber hinaus sind unter den optischen Signalen, die zwischen 1450 nm und 1570 nm verteilt sind, was durch ein Bezugszeichen 120 gezeigt ist, wenn die Wellenlängen der optischen Signale unter ihnen nahe 1570 nm sind, die optischen Frequenzdifferenzen von 1500 nm (= 1535 – (1570 – 1535)) oder darüber und 1570 oder darunter einem ungleichen Abstand zugeteilt.
Auf diese Weise werden dann, wenn sie zwischen 1450 nm und 1530 nm aufgeteilt sind, was durch ein Bezugszeichen 112 gezeigt ist, und zwischen 1530 nm und 1650 nm, was in 15 durch ein Bezugszeichen 121 gezeigt ist, die optischen Signale, deren Wellenlängen zwischen 1450 und 1530 nm verteilt sind, und die optischen Signale, deren Wellenlängen zwischen 1530 nm und 1650 nm verteilt sind, entlang dem Übertragungspfad der dispersionsverschobenen Faser in der entgegengesetzten Richtung ausgebreitet. Zusätzlich wird selbst im schlimmsten Fall, in welchem die Wellenlänge mit einer Dispersion der Faser 1565 nm ist, um eine Verschlechterung aufgrund einer Vierwellenmischung zu vermeiden, wenigstens der optischen Frequenzdifferenz zwischen den optischen Signalen mit Wellenlängen, die durch ein Bezugszeichen 131 gezeigt sind, zwischen 1535 nm oder darüber und 1595 nm (= 1565 + (1545 – 1535)) oder darunter ein ungleicher Abstand zugeteilt.
Darüber hinaus ist unter den optischen Signalen, die zwischen 1535 nm und 1650 nm zugeteilt sind, was durch ein Bezugszeichen 121 gezeigt ist, wenn die Wellenlänge der optischen Signale unter ihnen nahe 1530 nm ist, der optischen Frequenzdifferenz zwischen optischen Signalen 1530 nm oder darüber und 1600 nm (= 1545 + (1545 – 1530)) oder darunter ist, ein ungleicher Abstand zugeteilt.
Als Nächstes werden Beispiele eines optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystems unter Bezugnahme auf 16 bis 20 erklärt werden, wobei das bei den optischen Signalen verwendete Wellenlängenband, das bei den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen erklärt ist, begrenzt ist.
16 ist ein Blockdiagramm des ersten optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystems. Gemäß 16 weist dieses System optische Sende- und Empfangsvorrichtung 212 und 213 auf, die wiederum eine Sendeschaltung 210 und eine Empfangsschaltung 121 aufweisen, und einen Lichtwellenleiter-Übertragungspfad bzw. Übertragungspfad aus einer optischen Faser 224, der die optischen Sende- und Empfangsvorrichtungen 212 und 213 verbindet. Die Sendeschalter 210 weist Sender 220 auf, die optische Signale unterschiedlicher Wellenlängen erzeugen, und einen Multiplexer 221, der optische Signale einem Wellenlängenmultiplex unterzieht, und die Empfangsschaltung 211 weist einen Demultiplexer 222 auf, der die optischen Signale trennt, und Empfänger 223, die das elektrische Signal von den demultiplexten optischen Signalen demoduliert. Zusätzlich weisen die optischen Sende- und Empfangsvorrichtungen 212 und 213 die Sendeschaltung 211 und die Empfangsschaltung 212 auf, und ein Filter oder einen Zirkulator 225. Darüber hinaus weist der Sender 220 eine optische Quelle 11 auf, die die unterschiedlichen Wellenlängen in 1 einstellt, und einen Modulator 12, der die optische Übertragungswellenausgabe von der Lichtquelle mit einem Datensignal moduliert, und der Empfänger 223 weist den optoelektrischen Wandler (O/E) in 1 auf, und eine elektrische Empfangsschaltung 34, die das Datensignal von jedem elektrischen Signal demoduliert.
17 ist ein Blockdiagramm des zweiten optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystems. Verglichen mit dem System in 16 ist dieses ein optisches bidirektionales Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem von Punkt zu Punkt ohne Repeater bzw. Zwischenverstärker oder mit mehreren Zwischenverstärkern, das dadurch charakterisiert ist, dass es alle optischen Signale durch wenigstens einen bidirektionalen optischen Verstärker 270 verstärkt, wenn sie gesendet, empfangen oder zwischenverstärkt werden. Darüber hinaus haben die Teile in den 17 bis 20, die Teilen der 16 entsprechen, identische Bezugszeichen, und ihre Erklärung ist weggelassen.
Auf diese Weise wird bei einem System, das optische Signale auf einem Lichtwellenleiter-Übertragungspfad 224 mit hoher Leistung unter Verwendung eines bidirektionalen optischen Verstärkers 270 sendet bzw. überträgt, die Verschlechterung aufgrund einer Vierwellenmischung und eines Raman-Übersprechens in den herkömmlichen Wellenlängenbändern groß, auf welche optische Signale verteilt sind. Jedoch können diese durch Verwenden der Implementierung von Wellenlängen von optischen Signalen, die oben beschrieben sind, vermieden werden.
18 ist ein Blockdiagramm, das das dritte optische Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem zeigt. Dieses System ist dadurch charakterisiert, dass die optischen Signale in Abhängigkeit von den Differenzen bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtungen durch die optischen Verstärker 280 und 281 verstärkt werden, wenn sie durch die Differenzen bezüglich ihrer Ausbreitungsrichtung durch ein Filter oder einen Zirkulator 225 getrennt sind, wenn sie gesendet, empfangen oder zwischenverstärkt werden.
Dieses System sendet bzw. überträgt wie das in 17 gezeigte System ein optisches Signal entlang einem optischen Faser-Übertragungspfad mit hoher Leistung unter Verwendung eines optischen Verstärkers, und der Effekt aus der Implementierung der Wellenlängen des optischen Signals, der oben beschrieben ist, ist groß.
19 ist ein Blockdiagramm, das das vierte optische Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem zeigt. Dieses System ist im Vergleich mit den Systemen der 17 und der 18 dadurch charakterisiert, dass alle optischen Signale, bevor oder nachdem sie entlang dem optischen Faser-Übertragungspfad 224 ausgebreitet werden, zusammen durch eine Dispersionskompensationsfaser 290 einer Dispersionskompensation unterzogen werden, die eine Dispersionsneigung mit dem umgekehrten Vorzeichen dieses optischen Faser-Übertragungspfads 224 besitzt, und deren Wellenlängen mit einer Dispersion von Null nahezu gleich sind.
20 zeigt ein Blockdiagramm des fünften optischen Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystems. Bei diesem System werden im Vergleich mit den Systemen der 17 und der 18 optische Signale jeweils durch Dispersionskompensationsfasern 2100 und 2102 einer Dispersionskompensation unterzogen, die eine durchschnittliche Dispersion haben, die gleich derjenigen der optischen Signale in ihren jeweiligen Ausbreitungsrichtungen ist, und eine Dispersionsneigung mit umgekehrtem Vorzeichen haben, wenn optische Signale in Abhängigkeit von ihrer Ausbreitungsrichtung durch ein Filter oder einen Zirkulator 225 getrennt werden, wenn sie gesendet, empfangen oder zwischenverstärkt werden.
Darüber hinaus sind bei der ersten Implementierung des oben beschriebenen Wellenlängenbandes dann, wenn die Ausbreitungsrichtung aller optischer Signale dieselbe ist, die Ausführungsbeispiele 1 bis 5, die mit der ersten Wellenlängenbandbegrenzung erklärt sind, auch zufrieden stellend.
Zusätzlich ist die dritte Implementierung bezüglich der oben beschriebenen Wellenlängenverteilung des optischen Signals nicht auf eine Punkt-zu-Punkt-Übertragung begrenzt, sondern kann an alle optischen Netzwerk-Wellenlängenmultiplex-Übertragungssysteme angepasst werden.
Darüber hinaus kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel deshalb, weil es angenommen ist, dass weit verbreitet hergestellte und installierte dispersionsverschobene Fasern als ein optischer Übertragungspfad verwendet werden, die oben beschriebene Implementierung für die Wellenlängenverteilung des optischen Signals verwendet werden. Dieses technologische Konzept kann auf einen opti schen Übertragungspfad angewendet werden, der charakteristische Merkmale hat, die unterschiedlich von denjenigen der oben beschriebenen dispersionsverschobenen Faser sind.
Beispielsweise können dann, wenn die Wellenlänge mit einer Dispersion von Null der dispersionsverschobenen Faser, die ein optischer Übertragungspfad ist, beispielsweise 1550 nm ist, wie es in 21 gezeigt ist, die Wellenlängen, über welche die optischen Signale verteilt sind, entweder zwischen 1450 nm und 1545 nm (1550 – 5) oder zwischen 1555 nm (1550 + 5) und 1650 nm sein. Das bedeutet, dass in Abhängigkeit von den Charakteristiken des optischen Übertragungspfads über das Wellenlängenband, über welches die optischen Signale verteilt sind, basierend auf dem oben beschriebenen technologischen Konzept entschieden werden kann.
Wie es oben beschrieben ist, ist es durch Begrenzen des Wellenlängenbandes, das bei multiplexten optischen Signalen verwendet wird, in einer bereits installierten dispersionsverschobenen Faser möglich, eine Vierwellenmischung zu vermeiden. Somit ist es möglich, die zulässige Eingangsleistung zur dispersionsverschobenen Faser zu erhöhen und die mögliche Übertragungsentfernung stark zu vergrößern.

Claims

Optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem mit einer dispersionsverschobenen Faser, deren dispersionsfreie Wellenlänge im Bereich von 1550 nm ist, wobei: unter optischen Wellenlängenmultiplex-Signalen die Wellenlängen von jedem von wenigstens zwei optischen Signalen zwischen 1450 nm und 1530 nm oder zwischen 1570 nm und 1650 nm zugeteilt sind.
Optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei: unter den optischen Wellenlängenmultiplex-Signalen die Wellenlängen von wenigstens zwei der optischen Signale zwischen 1450 nm und 1530 nm zugeteilt sind.
Optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei: unter der Vielzahl von optischen Wellenlängenmultiplex-Signalen die Wellenlängen von wenigstens zwei der optischen Signale zwischen 1570 nm und 1650 nm zugeteilt sind.
Optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei: unter optischen Wellenlängenmultiplex-Signalen die Wellenlängen von jedem von wenigstens zwei optischen Signalen zwischen 1450 nm und 1530 nm und zwischen 1570 nm und 1650 nm zugeteilt sind.
Optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 4, wobei: das optische Signal, dessen Wellenlänge zwischen 1450 nm und 1530 nm zugeteilt ist, und das optische Signal, dessen Wellenlänge zwischen 1570 nm und 1650 nm zugeteilt ist, sich entlang der dispersionsverschobenen Faser in entgegengesetzten Richtungen ausbreiten.
Optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei: die Wellenlängen von multiplexten optischen Signalen zwischen 1450 nm und 1570 nm und 1570 nm und 1650 nm zugeteilt sind, das optische Signal, dessen Wellenlänge zwischen 1450 nm und 1570 nm zugeteilt ist, und das optische Signal, dessen Wellenlänge zwischen 1570 nm und 1650 nm zugeteilt ist, sich entlang der dispersionsverschobenen Faser in entgegengesetzten Richtungen ausbreiten, und wenigstens die optischen Wellenlängendifferenzen der optischen Signale, deren Wellenlänge 1505 nm oder größer und 1565 oder kleiner ist, ungleich beabstandet sind.
Optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei: die Wellenlängen der Vielzahl von multiplexten optischen Signalen zwischen 1450 nm und 1530 nm und zwischen 1530 nm und 1650 nm zugeteilt sind, das optische Signal, dessen Wellenlänge zwischen 1450 nm und 1530 nm zugeteilt ist, und das optische Signal, dessen Wellenlänge zwischen 1530 nm und 1650 nm zugeteilt ist, sich entlang der dispersionsverschobenen Faser in entgegengesetzten Richtungen ausbreiten, und wenigstens die optischen Wellenlängendifferenzen der optischen Signale, deren Wellenlänge 1535 nm oder größer und 1595 oder kleiner ist, ungleich beabstandet sind.
Optisches Wellenlängenmultiplex-Übertragungsverfahren mit den Schritten eines Vorsehens einer dispersionsverschobenen Faser, deren dispersionsfreie Wellenlänge im Bereich von 1550 nm ist, als Übertragungspfad, und eines Übertragens, unter optischen Wellenlängenmultiplex-Signalen, der Wellenlängen von jedem von wenigstens zwei optischen Signalen, die entweder zwischen 1450 nm und 1530 nm oder zwischen 1570 nm und 1650 nm zugeteilt sind.