JP2000244400A - 光ファイバ伝送システム、光ファイバ伝送ラインおよび光ファイバ伝送方法 - Google Patents

光ファイバ伝送システム、光ファイバ伝送ラインおよび光ファイバ伝送方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 波長分散が大きく、およびまたは、波長分散
のスペクトルスロープが急な、非常に広いモード実効断
面積のシングルモード光ラインファイバ（Ｆ）を使用
し、高速情報伝送を可能にしながら適切な伝送品質を提
供する安価な長距離伝送システムを提供する。 【解決手段】 このファイバに補償手段を結合させて、
波長分散およびまたはスペクトルスロープの少なくとも
大部分を補償する。補償手段は、伝送ライン（Ｌ）に配
分された中継器ブロック（Ｂ）に組み込まれる。本発明
は、遠隔通信に適用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、いわゆる「ライ
ン」と呼ばれる光ファイバ（ラインファイバ）が、伝送
情報を搬送する光信号をガイドする伝送システムに関す
る。本発明は、特に、これらのファイバが、使用される
波長でシングルモード型である場合に関する。
【０００２】
【従来の技術】ラインファイバは、そのタイプに関係な
く、損失を生じる。長距離伝送の場合には、一連のライ
ンファイバを用いて形成される伝送ラインの長さに沿っ
て、増幅器または中継器を配分することによって、こう
した損失を補償する。その場合、伝送ラインは、各終端
に増幅器が配置されて直列接続される一連のセグメント
の形状を呈する。システムのコストを下げるには、これ
らのセグメントの長さをできるだけ長くすることが望ま
しい。しかし、各増幅器に固有のノイズは、その利得に
応じて増大するので、伝送ラインにおける損失を考慮す
ると、この長さは制限される。
【０００３】ラインファイバはまた、波長分散と、波長
分散のスペクトルのスロープとを有する。波長分散は、
搬送波の波長、すなわち伝送信号を搬送する波長に依存
する。波長分散は、伝送信号を変形することができる。
しかも、システムの容量、すなわち情報の伝送速度は、
一般に、情報を搬送するために複数の搬送波長を用いる
多重化によって増大される。この場合、波長分散スロー
プがあるために、これらの波長の各々に対して同一の波
長分散値が得られない。ところで、波長分散値が余りに
高すぎると、信号が過度に変形することがある。そのた
め、ラインファイバの符号と反対の符号を持つ分散（場
合によっては分散スロープも）を備えた分散補償装置に
より、この変形を周期的に補正することが既知である。
ところが、長距離伝送の場合には、こうした補償装置
は、補償する単位長さ当たりの分散が大きければ大きい
ほど損失を発生する。そのため、一般には、ラインファ
イバの単位長さ当たりの分散を制限することが望まし
い。
【０００４】従来の伝送システムは、最初に設置された
ラインファイバが、当時は好ましいとされた搬送波長す
なわち１３００ｎｍで分散が小さくなるように選択され
ていた。だが、後になって、エルビウムドープファイバ
を備えた増幅器を使用できるという理由で、約１５５０
ｎｍの波長範囲が好ましいとされるようになった。こう
した新たな波長では、これらの設置されたファイバの分
散値が高くなり、所望の高速データ伝送と相容れなくな
っている。そこで考慮された解決方法は、このシステム
の各ラインセグメントの出力に分散補償装置を挿入する
というものであった。この解決方法は、新しい波長範囲
に適合するような新しいファイバを設置するよりもずっ
とコストが低いという理由で実現された。
【０００５】さらに、ＳＮ比を大きくすることにより既
知のシステムの伝送品質をよくするために、当業者は、
これらのシステムの増幅器の出力でパワーレベルを上げ
ようとした。けれども、伝送品質を劣化する非線形効果
が大きくなるので、これは制限されることになった。こ
のような非線形効果は、導波路内伝播波の伝播を伴う光
の電界の値が高すぎることによって増大する。導波路内
伝播波の所定のパワーレベルに対して、光の電界の値
は、使用されるラインファイバがこれらの信号に提供す
るモード実効断面積が大きければ大きいほど小さくな
る。
【０００６】実効断面積は、こうした信号の搬送波長に
依存し、次の式によって定義される。
【０００７】
【数１】 ここで、２個の積分はゼロから無限大であるものと定義
し、ｒは、ファイバの軸までの距離、Ψは、光の電界の
振幅である。この面積は、光信号のパワーがこのファイ
バの各断面に配分されるエリアとみなすことができる。
【０００８】ＳＮ比を大きくするために、当業者は、こ
の断面積をできるだけ広げようとした。だが、面積を最
大にしようとすれば、ファイバの波長分散が大きくなっ
てしまう。実際、波長分散は、一般には、符号が反対で
ある２つの成分、すなわち「材料分散」および「導波路
分散」の和であることが既知である。この２つの成分の
うち第１の成分「材料分散」は、材料によって課され、
支配的になる傾向があるので、この和を減少するには、
第２の成分「導波路分散」の絶対値を増加する以外には
ない。ところで、第２の成分は、ファイバのコアとクラ
ッドとの間の屈折率の差に比例する。ファイバの分散を
減らそうとする場合、こうした屈折率の差を増加しなけ
ればならない。そうすると、モード実効断面積が小さく
なる傾向がある。
【０００９】そのため、新しい長距離光ファイバ伝送シ
ステムを設置しなければならない場合、現在では、使用
するラインファイバの波長分散値を制限すべきであると
考えられており、これは必然的にこのラインのモード実
効断面積を制限する結果になる。モード実効断面積は、
通常、波長分散が数ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）であるファイ
バでは、７０〜１２０μｍ２である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は特に、シング
ルモードのラインファイバを使用し、高いデータ速度で
の情報伝送を可能にしながら適切な伝送品質を提供する
長距離伝送システムを、低コストで実現できるようにす
ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は特
に、波長分散が大きく、およびまたは、波長分散のスペ
クトルスロープが急な、非常に広いモード実効断面積の
シングルモードラインファイバを使用し、このファイバ
に補償手段を結合させて、波長分散およびまたはスペク
トルスロープの少なくとも大部分を補償することを特徴
とする。
【００１２】この発明の範囲において、新しい伝送シス
テムを実現する場合、既知のタイプの分散補償装置は、
このような実現に際し、モード実効断面積が既知のファ
イバよりもずっと広いラインファイバの波長分散を適切
に補償することが分かった。また、これらの補償装置が
発生する損失は、増幅器の出力でファイバに信号に影響
する非線形効果を過度に増加せずに、ファイバによりガ
イド可能な信号のパワーレベルの増加によってかなり補
償されることも分かった。かくして、本発明は、ライン
の出力で現れるＳＮ比を大きくすることができ、従って
システムの性能を向上することができる。さらに、本発
明によればラインファイバの波長分散に関して許容範囲
が広げられるので、ラインファイバのコストを制限する
ことができる。
【００１３】以下の添付図面により、本発明の様々な特
徴を示し、例として本発明をどのように実施できるかを
説明する。
【００１４】同一機能を果たす２個の要素が図示されて
いる場合、これらの要素は同じ参照番号または文字で示
す。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１によれば、本発明のシステム
は、伝送ラインＬによって受信機Ｒに接続された送信機
Ｔを通常の方法で含む。送信機Ｔは、伝送情報を搬送す
る光信号を送信する。伝送ラインＬは、矢印１で示され
た方向にこれらの信号をガイドする。受信機Ｒは、これ
らの信号を受信して、伝送情報を再生する。
【００１６】伝送ラインＬもまた、本発明の目的であ
る。伝送ラインは、入力１０および出力１１を有する。
伝送ラインは、直列接続された一連のセグメントＳを含
む。各セグメントは、このセグメントの入力２から出力
３に延びており、直列接続された一連の要素を含む。周
知のように、これらの要素は、前記入力２から始まる、
特に以下のものである。
【００１７】− シリカから構成され、セグメントの出
力までほぼ延びて、少なくとも１つの搬送波をガイドす
るためのシングルモード光ファイバＦ。このファイバ
は、この前記搬送波のためのモード実効断面積を有す
る。また、波長分散と、波長分散のスペクトルスロープ
とを有する。このファイバが、ラインファイバを構成す
る。
【００１８】− セグメントの出力に配置されて、ファ
イバＦの波長分散およびまたは波長分散スロープの、少
なくとも大部分を補償する分散補償装置。分散補償装置
は、中継器ブロックＢに組み込まれる。これは、図２で
は５、図３では７および８で示されている。
【００１９】本発明の範囲において、ラインファイバの
モード実効断面積は、１００μｍ２より広く、波長１５
５０ｎｍの搬送波に対して、好適には１５０μｍ２を超
えるものである。ファイバの波長分散が、このファイバ
によってガイドされる、波長１５３０〜１５７０ｎｍの
搬送波に対して、６ｐｓ／（ｎｍ・ｋｍ）を超える場
合、分散補償装置は、好適には、この分散の少なくとも
９０％を補償する。システムが波長分割多重化を使用し
ており、このファイバの波長分散スロープが、波長１５
５０ｎｍの近傍で０．０５ｐｓ／（ｎｍ２・ｋｍ）を超
える場合、分散補償装置は、好適には、このスロープの
少なくとも９０％を補償する。
【００２０】ラインファイバのセグメントの長さは、一
般には３００ｋｍに達しうる。
【００２１】一般に、また図２および図３に示したよう
に、各ラインセグメントの一連の要素は、さらに、この
セグメントのラインファイバの損失を補償するために、
波長分散補償装置に結合される光増幅器を含む。光増幅
器は、図２と図３で、４および９で示されている。
【００２２】図２に示したように、各セグメントの分散
補償装置は、特に分散補償ファイバ５から構成できる。
このセグメントの増幅器は、こうした補償ファイバに非
線形効果が現れないようにするために、好適には、補償
装置の後に出力段４を含む。増幅器はさらに、有利に
は、ラインファイバと補償装置との間に配置される第１
段９を含む。
【００２３】図３に示したように、分散補償装置は、光
サーキュレータ７と、ピッチが徐々に変わるブラッグ格
子１０とから構成できる。ブラッグ格子は、光ファイバ
８に光書き込みされる。
【００２４】分散補償装置および増幅器は一般に中継器
ブロックＢに組み込まれる。
【００２５】屈折率のパラメータの断面を示す図４で
は、半径が、本発明の範囲で使用可能なラインファイバ
の軸Ｚから水平に記されている。屈折率の差は、垂直に
記されている。これは、このファイバの光クラッドＧを
構成する材料の屈折率に対するこのファイバの内部材料
の屈折率の差である。このようなファイバは、半径ｒ１
で正の屈折率の差Δｎ１の中央部分と、半径ｒ２で、中
央部分の屈折率の差よりも大きい正の屈折率の差Δｎ２
の周辺部分とから構成される複合コアＣを含む。コア
は、半径ｒ３で、負の屈折率Δｎ３を有する閉じ込めら
れた境界Ｄによって囲まれている。
【００２６】このような第１のファイバでは、ｒ１＝
２．０５μｍ、ｒ２＝５．１３μｍ、ｒ３＝９μｍ、Δ
ｎ１＝０、Δｎ２＝６．５・１０−３、Δｎ３＝−２・
１０− ３である。そのとき、モード実効断面積Ｓｅｆｆ
＝１０３．４μｍ２、波長分散ＤＣ＝１７ｐｓ／（ｎｍ
・ｋｍ）、波長分散スロープＰＤＣ＝０．０６４ｐｓ／
（ｎｍ２・ｋｍ）、有効な屈折率差Δｎ．ｅｆｆ．＝
２．４２・１０−３、およびピーターマン（Ｐｅｔｅｒ
ｍａｎｎ）の第２定義によるモード半径Ｗ０２＝４．９
８μｍであり、これらは、波長１５５０ｎｍに対する値
である。
【００２７】このような第２のファイバでは、波長が同
じである場合、対応するパラメータが次のようになる。
【００２８】ｒ１＝３．７８μｍ、ｒ２＝６．３１μ
ｍ、ｒ３＝１６．６０μｍ、Δｎ１＝１．４・１
０−３、Δｎ２＝７・１０−３、Δｎ３＝−２．８・１
０− ３、Ｓｅｆｆ．＝１５０．８μｍ２、ＤＣ＝１７ｐ
ｓ／（ｎｍ・ｋｍ）、ＰＤＣ＝０．０７２ｐｓ／（ｎｍ
２・ｋｍ）、Δｎｅｆｆ．＝２．３２・１０− ３及びＷ
０２＝５．２６μｍ。
【００２９】本発明はまた、上記のシステムを製造し、
使用する伝送方法を目的とする。この方法は、上記のシ
ステムを製造し、使用し、変更し、また再利用する、既
知の方法と同様の既知のステップを含む。
【００３０】これらの既知のステップは、セグメントＳ
を含む伝送ラインＬの構成を含む。各セグメントの一連
の要素は、このセグメントの入力から、 − ファイバＦなどのラインファイバ、および − 増幅器４などの増幅器を含む。
【００３１】この方法はさらに、次のような既知のステ
ップを含む。
【００３２】− 情報を受信して、これらの情報を搬送
する光信号を応答として供給可能な送信機Ｔを、伝送ラ
インの前記入力１０に接続するステップと、 − 光信号を受信して、光信号により搬送される情報を
応答として提供可能な受信機Ｒを、伝送ラインの前記出
力１１に接続するステップと、 − 伝送される情報の収集ステップと、 − 受信機Ｒがこれらの情報を応答として供給するよう
に、送信機Ｔに情報を供給するステップと、 − ファイバの波長分散およびまたは波長分散スロープ
の少なくとも大部分を補償し、伝送ラインの各セグメン
トの出力増幅器４に結合された、分散補償装置５、また
は分散補償装置７と８を、前記各セグメントに挿入する
ステップとを含む。
【００３３】先に述べた既知の方法では、分散補償装置
の挿入ステップが、上記の他のステップにそれぞれ適合
するステップの後にあった。反対に、本発明の範囲で
は、少なくとも送信機への伝送される情報の供給ステッ
プが、各セグメントＳに分散補償装置５を挿入する挿入
ステップの後でのみ行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による伝送システムを示す図である。
【図２】図１のシステムの中継器ブロックの第１の実施
形態を示す図である。
【図３】図１のシステムの中継器ブロックの第２の実施
形態を示す図である。
【図４】図１のシステムで使用可能な２個のラインファ
イバの屈折率のパラメータの断面を示す図である。
【符号の説明】
Ｔ 送信機 Ｒ 受信機 Ｌ 伝送ライン Ｓ セグメント Ｃ コア Ｄ 閉じ込められた境界 Ｇ 光クラッド ２ セグメントの入力 ３ セグメントの出力 ４、９ 光増幅器 ５、７、８ 分散補償装置 ７ 光サーキュレータ １０ 伝送ラインの入力またはブラッグ格子 １１ 伝送ラインの出力
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/13 10/12

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 直列接続された一連のセグメント（Ｓ）
    を含む光ファイバ伝送ライン（Ｌ）であって、 各セグメントが、そのセグメントの入力（２）から出力
    （３）に延び、かつ直列接続された一連の要素を含み、 前記一連の要素が、前記入力から、 少なくとも１つの搬送波をガイドするために、ほぼセグ
    メントの前記出力まで延び、前記搬送波に対するモード
    実効断面積及び波長分散と、波長分散のスペクトルスロ
    ープとを有し、かつラインファイバ（Ｆ）を構成するシ
    ングルモード光ファイバと、 セグメントの前記出力に配置されて、ラインファイバの
    波長分散およびまたは波長分散スロープの、少なくとも
    大部分を補償する分散補償装置（５）とを含み、 ラインファイバのモード実効断面積が、波長１５５０ｎ
    ｍの搬送波に対して、１５０μｍ２を超えるものである
    ことを特徴とする光ファイバ伝送ライン。
  2. 【請求項２】 前記ラインファイバの波長分散が、波長
    １５３０〜１６００ｎｍの搬送波に対して、６ｐｓ／
    （ｎｍ・ｋｍ）を超えており、 前記分散補償装置（５）が、該波長分散の少なくとも９
    ０％を補償する、請求項１に記載の伝送ライン。
  3. 【請求項３】 前記ラインファイバの波長分散スロープ
    が、波長１５５０ｎｍの近傍で、０．０５ｐｓ／（ｎｍ
    ２・ｋｍ）を超えており、 前記分散補償装置（５）が、該波長分散スロープの少な
    くとも９０％を補償する、請求項１または２に記載の伝
    送ライン。
  4. 【請求項４】 前記各セグメント（Ｓ）の前記ラインフ
    ァイバ（Ｆ）が、距離３００ｋｍ未満である、請求項１
    から３のいずれか一項に記載の伝送ライン。
  5. 【請求項５】 前記一連の要素が、さらに、前記分散補
    償装置（５）に結合された光増幅器（４、９）を含む、
    請求項１から４のいずれか一項に記載の伝送ライン。
  6. 【請求項６】 入力（１０）から出力（１１）まで光信
    号をガイド可能な光ファイバ伝送ライン（Ｆ）の製造ス
    テップを含む光ファイバ伝送方法であって、 伝送ラインが、直列接続された一連のセグメント（Ｓ）
    を含み、 各セグメントが、そのセグメントの入力（２）から出力
    （３）に延び、直列接続された一連の要素を含み、 前記一連の要素が、前記入力から、 搬送波をガイドするために、ほぼセグメントの前記出力
    まで延び、前記搬送波に対する波長分散およびモード実
    効断面積と、波長分散スロープおよび損失とを有し、か
    つラインファイバ（Ｆ）を構成する光ファイバと、 セグメントの前記出力に配置されて、ラインファイバの
    損失の少なくとも大部分を補償する光増幅器（４）とを
    含み、 前記伝送方法が、さらに、 情報を受信して、該情報を搬送する光信号を応答として
    供給可能な送信機（Ｔ）を、伝送ラインの前記入力に接
    続するステップと、 光信号を受信して、該光信号により搬送される情報を応
    答として供給可能な受信機（Ｒ）を、伝送ラインの前記
    出力に接続するステップと、 伝送される情報の収集ステップと、 前記受信機が情報を応答として供給するように、前記送
    信機に情報を供給するステップと、 伝送ラインの波長分散およびまたは波長分散スロープの
    少なくとも大部分を補償する、伝送ラインの各セグメン
    トの前記光増幅器に結合された、分散補償装置（５）
    を、前記各セグメントに挿入するステップとを含み、 少なくとも前記送信機（Ｔ）への伝送される情報の供給
    ステップが、前記各セグメント（Ｓ）に分散補償装置
    （５）を挿入するステップの後でのみ行われ、 前記伝送ライン（Ｌ）が、請求項１から４のいずれか一
    項に従って構成されることを特徴とする、光ファイバ伝
    送方法。
  7. 【請求項７】 波長１５５０ｎｍの波に対して、シング
    ルモードでありながら、１５０μｍ２を超えるモード実
    効断面積を有することを特徴とする光ファイバ。
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