JP4523188B2 - 光増幅伝送システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラマン増幅を利用する光増幅伝送システムに係わる。
【0002】
【従来の技術】
従来、長距離の光伝送システムにおいては、伝送路上に複数の中継器(光再生中継器)が設けられ、各中継器において光信号を電気信号に変換した状態で3R処理(retiming, reshaping, regenerating )を行っていた。そして、その電気信号から光信号が生成されて再び伝送路の送出されていた。しかし、現在では、光増幅器の高性能化および低コスト化が進み、光増幅器を線形中継器として用いる光増幅中継伝送システムが実用化されている。このように、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が大幅に少なくなり、信頼性が向上すると共に、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1つとして、波長多重(WDM:Wavelength Division Multiplex )光伝送方式が注目されている。WDM光伝送では、1本の光伝送路上に互いに波長の異なる複数の信号光が多重化される。よって、各光ファイバを介して伝送される情報量が飛躍的に大きくなる。
【0004】
さらに、光信号を増幅する方法の1つとして、ラマン増幅が注目されている。ラマン増幅では、光信号を伝送するための媒体である光ファイバ自体が光増幅器として機能し、その光ファイバに供給すべき励起光を適切に配置することによって、広い波長帯域を一括して増幅することができる。
【0005】
これらの技術を組み合わせることにより、光増幅器を用いて互いに波長の異なる複数の光信号を一括して増幅することが可能となり、簡素な構成で(又は、低コストで)、大容量かつ長距離伝送が可能となっている。
【0006】
図28は、一般的な波長多重伝送システムの構成図である。ここでは、光送信局(OS)100から光伝送路(光ファイバ)を介して光受信局(OR)110へ波長多重光が伝送されるシステムを想定する。そして、この光伝送路には、所定間隔毎に光増幅器(光中継器)120が配置されている。
【0007】
光送信局100は、互いに波長の異なる光信号を生成する複数の光送信器(E/O)101、複数の光送信器101により生成された光信号を波長多重する合波器102、および合波器102から出力される波長多重光を所定のレベルに増幅して光伝送路に送出するポストアンプ103を有する。一方、光受信局110は、光伝送路を介して伝送された波長多重光を所定のレベルに増幅するプリアンプ111、プリアンプ111により増幅された波長多重光を波長毎に分波する分波器112、および分波器112により分波された各光信号を受信して電気信号に変換する複数の光受信器(O/E)113を有する。そして、光送信局100から送出される波長多重光は、光増幅器120により増幅されながら光伝送路を伝搬してゆき、光受信局110により受信される。
【0008】
上記光伝送システムにおいて、光増幅器は、従来は、エルビウム添加ファイバ増幅器(EDFA)が広く使用されていたが、近年では、エルビウム添加ファイバ増幅器がラマン増幅器に置き換えられた構成、又はエルビウム添加ファイバ増幅器およびラマン(Raman )増幅器を併用する構成が実用化されてきている。
【0009】
光ファイバを用いたラマン増幅においては、その利得がその光ファイバのモードフィールド径(あるいは、コア径)に反比例する。従って、モードフィールド径が小さい光ファイバは、ラマン増幅に適している。なお、光ファイバのモードフィールド径とラマン増幅の利得との関係は、例えば、"Highly efficient distributed Raman amplification system in a zero-dispersion-flattened transmission line", H.Kawakami et al., ThB5, OAA'99, 1999.において検討されている。
【0010】
ところで、WDM伝送システムの設計に際しては、光伝送路の非線形効果を考慮する必要がある。具体的には、光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必要がある。そして、この問題については、現在までに様々な検討がなされている。
【0011】
例えば、"Long-haul 16x10WDM transmission experiment using higher order fiber dispersion management technique", M. Murakami et al., pp.313-314, ECOC'98, 1998. (以下、文献1)においては、光送信局から光受信局に至る光伝送路は、1組の正分散ファイバおよび負分散ファイバから構成される混合伝送路セクション、および混合伝送路セクションの分散を補償するための光ファイバから構成される補償セクションから構成されている。ここで、光送信局から光受信局に至る光伝送路は複数の混合伝送路セクションから構成されており、混合伝送路セクション同士の間に光中継器が設けられている、そして、補償セクションが上記複数の混合伝送路セクションにおける累積分散を補償する。実施例では、伝送路の平均ゼロ分散波長が約1551nmであり、信号光波長が1544.5〜1556.5nmである。また、混合伝送路セクションおよび補償セクションの波長分散は、それぞれ約−2ps/nm/kmおよび約+20ps/nm/kmである。この構成により、信号光と自然放出光の群速度、及び信号光同士の群速度が異なるので、非線形効果の相互作用時間が短くなる。従って、4光波混合(FWM:Four wave mixing)および相互位相変調(XPM:Cross phase modulation)などによる伝送特性の劣化が小さくなる。また、平均のゼロ分散波長が信号光波長内なので、自己位相変調(SPM:Self phase modulation )および波長分散による伝送特性の劣化も小さくなる。
【0012】
また、"1 Tbit/s (100x10.7Gbit/s) transpacific transmission over 7,750 km using single-stage 980nm-pumped C-band optical repeaters without forward error correction", T. Tsuritani et al., 11A2-3, OECC2000, 2000. (以下、文献2)にも、文献1に記載のシステムと類似の構成が開示されている。ただし、文献1では各混合伝送路セクションの波長分散が負(約−2ps/nm/km)であったのに対し、文献2では、各混合伝送路セクションの波長分散が正(約+2 ps/nm/km)である。
【0013】
さらに、"1800 Gb/s transmission of one hundred and eighty 10 Gb/s WDM channels over 7,000 km using the full EDFA C-band", C.R.Davidson et al., PD25, OFC2000, 2000. (以下、文献3)には、各混合伝送路セクションの波長分散をほぼゼロとする構成が開示されている。なお、このシステムでは、複数の混合伝送路セクションにより累積分散が、光受信局において補償されている。
【0014】
なお、ラマン増幅の利得は波長依存性が大きいが、互いに波長の異なる複数の励起光を用いることにより、ラマン増幅の利得を平坦化することができる。例えば、Y. Emori, et al., "100nm bandwidth flat gain Raman amplifiers pumped and gain-equalized by 12- wavelength-channel WDM high power laser diodes", OFC'99, PD19, 1999.には、複数の励起光を波長多重することにより、約100nmの利得帯域を確保できるラマン増幅器が開示されている。
【0015】
また、"100Gb/s(10x10Gb/s) WDM transmission over 7200km using distributed Raman amplification", M. Nissov et al., ECOC'97, 1997.には、分散シフトファイバを用いて分布型ラマン増幅を行うことにより100Gb/sの信号を7200km伝送する技術が開示されている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、非線形効果による影響を低減するために伝送路の波長分散を管理する方法が知られているが、従来の方法では以下の問題が生じる。
【0017】
文献1および文献2に記載のシステムでは、複数の混合伝送路セクションによる累積分散が、それら複数の混合伝送路セクションの後段に設けられる補償セクションにより補償される。ここで、例えば、文献1に記載のシステムのように、各混合伝送路セクションの波長分散が負の場合は、補償セクションを構成する光ファイバは正分散ファイバでなけらばならない。ところが、正分散ファイバは、通常、そのモードフィールド径が大きいので、ラマン利得を効率的に得ることが出来ない。すなわち、正分散ファイバを用いて所定の利得を得ようとすると、非常に大きな励起光パワーが必要となり、励起光源の信頼性の面で不利である。
【0018】
この問題を解決する方法としては、補償セクションの後段にモードフィールド径が非常に小さく且つ長さが短いラマン増幅用ファイバを設け、そのラマン増幅用ファイバを用いて補償セクションの損失を補う方法が考えられる。しかし、モードフィールド径が非常に小さい光ファイバを用いると、非線形効果が大きくなり、伝送特性が低下してしまう。また、伝送システム内に分布型ラマン増幅器および集中型ラマン増幅器が混在することになるので、構成が複雑になると共に、伝送システム全体における非線形効果による伝送波形歪みが増加してしまう。
【0019】
一方、文献3に記載のシステムでは、各混合伝送路セクションの波長分散がほぼゼロなので、自己位相変調による波形劣化は軽減されるが、各混合伝送路セクション内の同一位置で波長間のビット配置が同じになるので、相互位相変調による波形劣化が問題となる。
【0020】
また、ラマン増幅においては、上述したように、複数の励起光を波長多重することにより、かなり広い帯域に渡ってラマン利得を平坦化できる。しかし、中継器のサイズを出来るだけ小さくしたい、あるいは消費電力または発熱量を出来るだけ少なくしたいといった要望に答えるためには、各中継器内に設けることができる励起光源の数は制限される。このため、信号を伝送するためのチャネル数を増やそうとすると、利得偏差が大きくなり、伝送特性が劣化してしまう。
【0021】
本発明の課題は、上述の問題を解決することであり、伝送特性のよい光増幅伝送システムを提供することである。特に、ラマン増幅を利用した光増幅伝送システムにおいて、非線形効果による伝送波形歪みを低減する。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本発明の光増幅伝送システムは、信号光を伝送する伝送路上に光中継器が設けられている構成であって、それぞれ正の分散を有する第1の光ファイバおよび負の分散を有し上記第1光ファイバの後段に設けられる第2の光ファイバから構成される複数の混合伝送路と、上記混合伝送路どうしの間に設けられそれぞれ対応する混合伝送路の第2の光ファイバに励起光を入射する複数の光中継器と、を有し、上記複数の混合伝送路は累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路を含み、上記伝送路は累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路から構成される。
【0023】
上記構成において、各混合伝送路の波長分散が正または負であり、ゼロでないので、相互位相変調による伝送波形の劣化は少ない。また、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路を適切に配置することによって、伝送路全体の累積波長分散を実質的にゼロにすることができる。さらに、ラマン増幅のための励起光は、負の分散を有する第2の光ファイバに入射される。ここで、負の分散を有する光ファイバは、通常、正の分散を有する光ファイバと比較してモードフィールド径の小さいく、ラマン利得の効率が高い。よって、所望の利得を確保するための専用ファイバ(集中型ラマン増幅器)を必要としない。
【0024】
また、上記システムにおいて、累積波長分散が正である1以上の混合伝送路および累積波長分散が負である1以上の混合伝送路から構成される基本パターン伝送路を繰り返すことにより上記伝送路を構成するようにしてもよい。この構成においては、同じ構成が繰り返されるので、伝送路の保守が容易になる。
【0025】
さらに、上記システムにおいて、複数の光中継器が、互いに波長の異なる複数の励起光を対応する混合伝送路に供給する第1の光中継器、およびその第1の光中継器が使用する波長と異なる波長の励起光を対応する混合伝送路に供給する第2の光中継器を含むようにしてもよい。この構成においては、偏差の少ないラマン利得を得るために必要な複数の励起光波長を複数の光中継器の適切に割り振ることができる。よって、利得偏差が小さく且つ信号光波長帯域幅の広い伝送システムを実現する際にも、各光中継器内に設ける励起光源の数を少なくできる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態の光増幅伝送システムの構成図である。ここで、光送信局100および光受信局110は、基本的に、図28に示したものと同じである。
【0027】
光送信局100と光受信局110との間の伝送路上には、複数の光中継器10が設けられている。複数の光中継器10は、基本的に等間隔に配置されている。そして、各光中継器10は、信号光を伝送するための媒体である光ファイバを構成する分子振動を用いたラマン増幅のための励起光を生成して伝送路に供給する機能を備える。
【0028】
光送信局100と光中継器10との間、互いに隣接する光中継器10どうしの間、および光中継器10と光受信局110との間の光伝送路は、それぞれ、第1の光ファイバおよび第2の光ファイバから構成される。ここで、第1の光ファイバは正分散ファイバであり、第2の光ファイバは負分散ファイバである。以下では、第1の光ファイバおよび第2の光ファイバから構成される区間を、「混合伝送路セクション」と呼ぶことにする。
【0029】
このように、本実施形態の光増幅伝送システムの光伝送路は、複数の混合伝送路セクションから構成される。
図2は、中継器および混合伝送路セクションの構成例を示す図である。混合伝送路セクションは、第1の光ファイバおよび第2の光ファイバから構成される。第1の光ファイバは、信号光波長に対して正の波長分散(且つ、望ましくは正の分散スロープ)を有し、第2の光ファイバは、信号光波長に対して負の波長分散(且つ、望ましくは負の分散スロープ)を有する。なお、正の波長分散を有する光ファイバは、通常、そのモードフィールド径が比較的大きく、非線形効果が小さい。一方、負の波長分散を有する光ファイバは、通常、そのモードフィールド径が比較的小さく、ラマン増幅の効率が高い。
【0030】
各混合伝送路セクションにおいて、第1の光ファイバが上流側に配置され、第2の光ファイバが下流側に配置される。すなわち、光送信局から光受信局へ向かう信号光は、各混合伝送路セクションにおいて、先に第1の光ファイバを介して伝送され、その後に第2の光ファイバを介して伝送される。
【0031】
光中継器10は、ラマン増幅のための励起光を生成する励起光源11、およびその励起光源11により生成された励起光を光伝送路に導く波長合成器12を備える。励起光源11により生成される励起光は、信号光と逆方向に伝送されるように混合伝送路セクションに導かれる。すなわち、励起光源11により生成される励起光は、各混合伝送路セクションにおいて、第2の光ファイバに入射され、第2の混合伝送路セクションを通過した後に第1の光ファイバに与えられる。なお、励起光源11は、ある特定の波長の励起光を生成してもよいし、互いに異なる複数の波長の励起光を生成してもよい。複数の励起光を生成する場合は、それらが波長多重されて光伝送路に与えられる。
【0032】
混合伝送路セクションの累積分散(第1の光ファイバによる波長分散と、第2の光ファイバにより波長分散との和)は、所望の値に設定することができる。この累積分散は、第1の光ファイバおよび第2の光ファイバの長さの比率を変更するすることにより、或いは、第1の光ファイバ及び/又は第2の光ファイバの分散特性を変更することにより、調整することができる。一例として、混合伝送路セクションの長さが「50km」、第1の光ファイバおよび第2の光ファイバの波長分散がそれぞれ「+20.6ps/nm/km」および「−44.9ps/nm/km」であるものとする。この場合、例えば、混合伝送路セクションの平均波長分散を「+2.7ps/nm/km」とするためには、第1の光ファイバおよび第2の光ファイバの長さをそれぞれ「36.36km」および「13.65km」にすればよい。また、平均波長分散を「−2.7ps/nm/km」とするためには、第1の光ファイバおよび第2の光ファイバの長さをそれぞれ「32.2km」及び「17.8km」にすればよい。
【0033】
図3は、混合伝送路セクションにおける信号光の光パワーを示す図である。ここでは、光中継器10aから光中継器10bへ信号光を伝送する混合伝送路セクションの光パワーを示す。光中継器10aから出力された信号光の光パワーは、第1の光ファイバを介して伝送されるとき、徐々に減衰していく。一方、第2の光ファイバにおいては、光中継器10bが近くなるに連れて励起光の光パワーが高くなるので、信号光はその励起光により増幅される。このとき、光中継器10bにおいて生成される励起光の光パワーは、光中継器10bから出力される信号光の光パワーが所定レベルになるように調整される。
【0034】
このように、本実施形態の光増幅伝送システムは、各混合伝送路セクションにおいて、モードフィールド径の比較的小さな第2の光ファイバに励起光が入射されるので、ラマン増幅の効率が高い。また、伝送路の非線形効果は、信号光の光パワーが高いほど大きくなるが、本実施形態のシステムでは、信号光の光パワーが高い区間(すなわち、各光中継器から出力された直後の区間)にモードフィールド径の比較的大きな第1の光ファイバが設けられているので、非線形効果はさほど大きくならない。この結果、信号光の光信号対雑音比(OSNR:Optical Signal-to-Noise Ratio )が改善されると共に、光伝送路の非線形効果による波形歪みが抑えられる。
【0035】
図4は、光中継器および混合伝送路セクションの他の構成例を示す図である。図4に示す伝送システムでは、ラマン増幅器と他の形態の光増幅器が併用されている。ここでは、他の光増幅器として、希土類ドープファイバ増幅器、例えばEDFA(エルビウム添加ファイバ光増幅器)21が用いられている。なお、この場合、EDFA21は、すべての光中継器に設けられてもよいし、一部の光中継器に設けられてもよい。
【0036】
図5は、本実施形態の光増幅伝送システムの構成例である。ここで、光送信局100と光受信局110との間の伝送路は、上述の通り、複数の混合伝送度セクションから構成されている。なお、図5において、「−」は、累積分散または平均分散が負である混合伝送路セクションを表し、「+」は、累積分散または平均分散が正である混合伝送路セクションを表す。以下では、累積分散が負である混合伝送路セクションを「混合伝送路セクション(-D)」と呼び、累積分散が正である混合伝送路セクションを「混合伝送路セクション(+D)」と呼ぶことにする。
【0037】
図5に示すシステムでは、光送信局100から見て、まず、最初の4区間に混合伝送路セクション(-D)が配置され、続く4区間に混合伝送路セクション(+D)が配置されている。なお、伝送距離が長い場合は、この配置パターンが繰り返される。
【0038】
図6は、図5に示す伝送システムにおける信号光の波長分散を表す波長分散マップである。ここでは、伝送システムが以下のパラメータに従って設計されているものとする。
【0039】
・混合伝送路セクションの長さ:50km
・第1の光ファイバの波長分散:+20.6ps/nm/km
・第2の光ファイバの波長分散:−44.9ps/nm/km
・混合伝送路セクション(+D)の平均波長分散:+2.7ps/nm/km
・この場合の第1の光ファイバの長さ:36.36km
・この場合の第2の光ファイバの長さ:13.65km
・混合伝送路セクション(-D)の平均波長分散:−2.7ps/nm/km
・この場合の第1の光ファイバの長さ:32.2km
・この場合の第2の光ファイバの長さ:17.8km
上記伝送システムにおいて、光送信局100から送出された信号光は、まず、混合伝送路セクション(-D)に入射される。具体的には、この信号光は、まず、混合伝送路セクション(-D)の第1の光ファイバに入射される。ここで、第1の光ファイバは、正分散ファイバである。従って、信号光の波長分散は、図6に示すように、増加していく。この後、信号光は第2の光ファイバを介して伝送される。ここで、第2の光ファイバは、負分散ファイバである。従って、波長分散は減少していく。このとき、この混合伝送路セクションの平均波長分散(または、累積波長分散)は負である。したがって、この混合伝送路セクションの出力端における累積波長分散は、負の値になる。実施例では、約−135ps/nm (=−2.7ps/nm/km×50km)となる。
【0040】
続いて、この信号光は、さらに3セットの混合伝送路セクション(-D)を介して伝送される。したがって、上記4セットの混合伝送路セクション(-D)を介して伝送された後の累積波長分散は、約=−540ps/nm (=−135ps/nm ×4)となる。
【0041】
この後、この信号光は、連続する4セットの混合伝送路セクション(+D)を介して伝送される。ここで、各混合伝送路セクション(+D)の平均波長分散は+2.7ps/nm/kmであり、その累積波長分散は、約+135ps/nm (=+2.7ps/nm/km×50km)となる。したがって、信号光がこの4セットの混合伝送路セクション(-D)を介して伝送されることによる累積波長分散は、約=+540ps/nm となる。この結果、4セットの混合伝送路セクション(-D)および4セットの混合伝送路セクション(+D)を介して伝送された後の累積波長分散は、ほぼゼロになる。
【0042】
このように、図5に示す伝送システムでは、8セットの混合伝送路セクションを単位として、信号光の波長分散が補償される。すなわち、伝送距離が長いシステムでは、この8セットの混合伝送路セクションを単位とする配置パターンが繰り返される。伝送距離が長い場合の波長分散マップの例を図7に示す。
【0043】
ここで、本実施形態の効果について、従来の技術と比較しながら説明する。以下では、伝送路が8区間から構成されている伝送システムを想定し、非線形効果について比較する。
【0044】
本実施形態のシステムとしては、図5および図6に示す構成を前提とする。すなわち、伝送路が、4セットの混合伝送路セクション(-D)および4セットの混合伝送路セクション(+D)から構成されているものとする。一方、従来のシステムとしては、上述した文献1に記載の構成とする。すなわち、伝送路が7セットの混合伝送路セクション、および混合伝送路セクションの分散を補償するための補償セクションから構成されており、さらにその後段に補償セクションにおける損失を補うための集中型ラマン増幅用フィイバを備える構成とする。また、各種伝送パラメータは、下記の通りとする。
【0045】
・混合伝送路セクションの長さ:50km
・第1の光ファイバの波長分散:+20.6ps/nm/km
・第1の光ファイバの非線形実行断面積(信号光波長):110μm2
・第1の光ファイバの伝送損失(信号光波長):0.17dB/km
・第1の光ファイバの非線形屈折率係数:2.8×10-20 m2 /W
・第1の光ファイバのラマン利得係数:1.7×10-14 m/W
・第2の光ファイバの波長分散:−44.9ps/nm/km
・第2の光ファイバの非線形実行断面積(信号光波長):18μm2
・第2の光ファイバの伝送損失(信号光波長):0.27dB/km
・第2の光ファイバの非線形屈折率係数:4×10-20 m2 /W
・第2の光ファイバのラマン利得係数:3.4×10-14 m/W
・混合伝送路セクション(+D)の平均波長分散:+2.7ps/nm/km
・この場合の第1の光ファイバの長さ:36.36km
・この場合の第2の光ファイバの長さ:13.65km
・混合伝送路セクション(-D)の平均波長分散:−2.7ps/nm/km
・この場合の第1の光ファイバの長さ:32.2km
・この場合の第2の光ファイバの長さ:17.8km
なお、文献1のシステムにおいては、各混合伝送路セクションの平均波長分散が−2.0ps/nm/km、補償セクションの平均波長分散が+20ps/nm/km、集中型ラマン増幅用ファイバの長さが8km、集中型ラマン増幅用ファイバの非線形実行断面積(信号光波長)が9.5μm2 であるものとする。
【0046】
光ファイバ中の非線形効果は、光カー効果によるものが支配的であるため、非線形効果による影響は、自己位相変調に起因する位相シフト量を比較することにより評価できる。そして、その前提に基づいてシミュレーションを行うと、本実施形態の構成と比較して、文献1の記載の構成の方が、その非線形効果が約10パーセント強くなることが予想される。したがって、本実施形態の構成は、非線形効果による影響が抑えられ、伝送特性の改善が期待できる。
【0047】
図8は、本実施形態の光増幅伝送システムの他の構成例である。このシステムでは、光送信局100から見て、最初の4区間に混合伝送路セクション(+D)が配置され、続く4区間に混合伝送路セクション(-D)が配置されている。そして、伝送距離が長い場合は、この配置パターンが繰り返される。
【0048】
図9は、図8に示す伝送システムにおける信号光の波長分散を表す波長分散マップである。なお、伝送システムに係わる各種パラメータは、図6を参照しながら説明したものと同じである。
【0049】
上記伝送システムにおいて、光送信局100から送出された信号光は、まず、混合伝送路セクション(+D)に入射される。そして、この混合伝送路セクションの出力端における累積波長分散は、約+135ps/nm (=+2.7ps/nm/km×50km)となる。したがって、4セットの混合伝送路セクション(+D)を介して伝送された後の累積波長分散は、約=+540ps/nm (=+135ps/nm ×4)となる。
【0050】
この後、この信号光は、連続する4セットの混合伝送路セクション(-D)を介して伝送される。ここで、各混合伝送路セクション(-D)における累積波長分散は約−135ps/nm であり、この4セットの混合伝送路セクション(-D)を介して伝送された後の累積波長分散は、約=−540ps/nm となる。したがって、4セットの混合伝送路セクション(+D)および4セットの混合伝送路セクション(-D)を介して伝送された後の累積波長分散は、ほぼゼロになる。
【0051】
このように、図8に示す伝送システムでは、図5に示すシステムと同様に、8セットの混合伝送路セクションを単位として信号光の波長分散が補償される。
図10は、本実施形態の光増幅伝送システムのさらに他の構成例である。このシステムは、図5に示す配置パターンおよび図8に示す配置パターンを組み合わせることにより実現される。すなわち、このシステムでは、光送信局100から見て、最初の4区間に混合伝送路セクション(-D)が配置され、続く8区間に混合伝送路セクション(+D)が配置され、さらにそれに続く4区間に混合伝送路セクション(-D)が配置されている。そして、伝送距離が長い場合は、この配置パターンが繰り返される。
【0052】
図11は、図10に示す伝送システムにおける信号光の波長分散を表す波長分散マップである。図11に示す伝送システムでは、16セットの混合伝送路セクションを単位として信号光の波長分散が補償される。
【0053】
なお、上述の実施例では、8または16セットの混合伝送路セクションを単位(基本パターン伝送路)として信号光の波長分散が補償されているが、本発明はこれに限定されるものではない。ただし、信号光の波長分散を補償するための区間が短いと、相互位相変調による波形ひずみが問題となる。一方、信号光の波長分散を補償するための区間が長すぎると、累積波長分散のピーク値が大きくなるので、このことによっても波長ひずみが発生し得る。これらの点を考慮すると、信号光の波長分散は、例えば、4〜40セットの混合伝送路セクションを単位として補償されるようにすることが好適である。
【0054】
次に、光端局間に上り回線および下り回線が設けられている伝送システムに本発明を適用する場合を説明する。ここでは、光伝送路上に複数の光中継器が設けられているものとする。また、光端局と光中継器との間、および光中継器どうしの間は、それぞれ上述した混合伝送路セクションにより接続されているものとする。
【0055】
図12は、上り回線および下り回線に対してラマン増幅を行う光中継器の構成図である。ここで、上り回線は、混合伝送路セクション21U、22U、...から構成され、下り回線は、混合伝送路セクション22D、21D、...から構成されている。
【0056】
各光中継器は、ラマン増幅のための励起光を生成する励起光源11、励起光源11により生成された励起光を上り回線および下り回線に分配するための光カプラ13、および光カプラ13により分岐された励起光を対応する回線に入射させる波長合成器12U、12Dを備える。なお、励起光源11は、特定の波長の励起光を生成してもよいし、互いに波長の異なる複数の励起光を生成してもよい。また、光カプラ13は、励起光源11により生成された励起光を所定の比率(例えば、1:1)で分岐する分岐カプラである。さらに、波長合成器12Uおよび12Dは、それぞれ光カプラ13により分岐された励起光を対応する回線の第2の光ファイバに入射する。具体的には、例えば、光中継器10aにおいて生成される励起光は、上り回線の一部である混合伝送路セクション21Uの第2の光ファイバに入射されると共に、下り回線の一部である混合伝送路セクション22Dの第2の光ファイバに入射される。
【0057】
上記構成において、光端局または前段の光中継器から出力された信号光(波長多重光)は、混合伝送路セクションを介して伝送され光中継器に到達する。このとき、この信号光は、先に第1の光ファイバを介して伝送され、その後に第2の光ファイバを介して伝送される。なお、第1および第2の光ファイバは、それぞれ上述した通り、モードフィールド径の比較的大きい正分散ファイバ、およびモードフィールド径の比較的小さい負分散ファイバである。そして、光中継器に到着した信号光は、波長合成器12を通過して次の混合伝送路セクションに導かれる。
【0058】
ところで、本実施形態の伝送システムにおいては、上述した通り、2種類の混合伝送路セクション(混合伝送路セクション(+D)、および混合伝送路セクション(-D))が使用される。ここで、混合伝送路セクション(+D)と混合伝送路セクション(-D)とでは、第1の光ファイバの長さと第2の光ファイバの長さの比率が互いに異なっている。実施例では、混合伝送路セクション(+D)の第1の光ファイバよりも、混合伝送路セクション(-D)の第1の光ファイバの方が短く、反対に、混合伝送路セクション(+D)の第2の光ファイバよりも、混合伝送路セクション(-D)の第2の光ファイバの方が長くなっている。また、第1の光ファイバのモードフィールド径よりも第2の光ファイバのモードフィールド径の方が小さいので、第2の光ファイバの方がラマン増幅の効率が高い。このため、混合伝送路セクション(+D)と混合伝送路セクション(-D)とを比較すると、混合伝送路セクション(-D)の方がラマン増幅の効率が高くなる。従って、もし、混合伝送路セクション(+D)および混合伝送路セクション(-D)に対して同じ光パワーの励起光を供給したとすると、混合伝送路セクション(-D)における利得の方が大きくなってしまう。
【0059】
この問題は、特に、光中継器が複数の回線のラマン増幅を一括して行うシステムにおいて考慮する必要がある。例えば、図12に示す光中継器10aにより生成される励起光は、混合伝送路セクション21Uおよび混合伝送路セクション22Dに与えられるが、このとき、もし、これらの混合伝送路セクションの一方が混合伝送路セクション(+D)であり、他方が混合伝送路セクション(-D)であったとすると、上り回線の利得と下り回線の利得との間に差異が生じてしまう。
【0060】
図13〜図16は、上記問題を解決する伝送システムの構成例である。以下では、1組の光端局が上り回線および下り回線により接続されており、それらの回線上に複数の光中継器が設けられている伝送システムを想定する。
【0061】
図13に示す伝送システムでは、光端局間の伝送路上に8個の光中継器(光中継器10a〜10h)が設けられている。すなわち、上り回線及び下り回線は、それぞれ9セットの混合伝送路セクションから構成されている。ここで、各光中継器の構成は、図12に示した通りである。なお、図13において、1台の光中継器は、上り回線および下り回線上に描かれている1組の黒丸印により表されている。
【0062】
上記伝送システムの上り回線は、その送信側から見て、最初の4区間に混合伝送路セクション(-D)が配置され、それに続く5区間に混合伝送路セクション(+D)が配置されている。一方、下り回線は、その送信側から見て、最初の4区間に混合伝送路セクション(+D)が配置され、それに続く5区間に混合伝送路セクション(-D)が配置されている。なお、上り回線および下り回線の最終区間は、それぞれ混合伝送路セクション(+D)または混合伝送路セクション(-D)のいずれであってもよい。ただし、各回線において混合伝送路セクション(+D)の数と混合伝送路セクション(-D)の数が異なることにより生じる累積波長分散は、いずれかの光端局において補償する必要がある。例えば、図13に示す上り回線では、混合伝送路セクション(-D)の数よりも混合伝送路セクション(+D)の数の方が1つだけ多くなっているので、いずれかの光端局において、1セットの混合伝送路セクション(+D)により生じる波長分散を補償する必要がある。
【0063】
図13に示す伝送システムでは、各光中継器により生成される励起光は、互いに同じ特性を持った混合伝送路セクションに与えられる。実施例では、光中継器10a〜10dにより生成される励起光は、それぞれ上り回線および下り回線を構成する混合伝送路セクション(-D)に与えられている。また、光中継器10e〜10hにより生成される励起光は、それぞれ上り回線および下り回線を構成する混合伝送路セクション(+D)に与えられている。
【0064】
このように、この伝送システムでは、各光中継器が上り回線および下り回線のラマン増幅を一括して行う際、各光中継器により生成される励起光が互いに同じ特性の混合伝送路セクションに与えられる。このため、各光中継器から上り回線および下り回線に対して互いに同じ光パワーの励起光が供給されると、上り回線および下り回線の対応する混合伝送路セクションの利得が互いに同じになる。したがって、この伝送システムでは、各光中継器において励起光源の発光パワーを調整することにより、上り回線および下り回線のラマン増幅を同時に調整することができる。
【0065】
図14に示す伝送システムは、図13に示す伝送システムと比較して、混合伝送路セクションの配置が異なる。すなわち、この伝送システムでは、上り回線および下り回線の双方において、それぞれ送信側から見て順番に、最初の2区間に混合伝送路セクション(-D)が配置され、続く4区間に混合伝送路セクション(+D)が配置され、最後の3区間に混合伝送路セクション(-D)が配置されている。尚、上り回線および下り回線の各最終区間に混合伝送路セクション(+D)または混合伝送路セクション(-D)のいずれを配置してもよいという点は、図13に示す例と同じである。
【0066】
この構成においても、各光中継器により生成される励起光が互いに同じ特性の混合伝送路セクションに与えられるので、各光中継器において励起光源の発光パワーを調整することにより、上り回線および下り回線のラマン増幅を同時に調整することができる。また、この伝送システムでは、上り回線および下り回線の分散マップが互いに同じになる。
【0067】
図15に示す伝送システムは、光端局間の伝送路上に12個の光中継器が設けられている。すなわち、上り回線および下り回線は、それぞれ13セットの混合伝送路セクションから構成されている。そして、この伝送システムでは、上り回線および下り回線の双方において、それぞれ送信側から見て順番に、最初の4区間に混合伝送路セクション(-D)が配置され、続く4区間に混合伝送路セクション(+D)が配置され、最後の5区間に混合伝送路セクション(-D)が配置されている。なお、上り回線および下り回線の各最終区間に混合伝送路セクション(+D)または混合伝送路セクション(-D)のいずれを配置してもよいという点は、図13に示す例と同じである。また、この構成では、混合伝送路セクション(+D)の数よりも混合伝送路セクション(-D)の数の方が5セット多くなっている。従って、このシステムでは、いずれかの光端局において、5セットの混合伝送路セクション(-D)による累積波長分散を補償する必要がある。
【0068】
図16に示す伝送システムは、光端局間の伝送路上に16個の光中継器が設けられている。すなわち、上り回線および下り回線は、それぞれ17セットの混合伝送路セクションから構成されている。そして、この伝送システムでは、上り回線および下り回線の双方において、それぞれ送信側から見て順番に、最初の4区間に混合伝送路セクション(-D)が配置され、続く8区間に混合伝送路セクション(+D)が配置され、最後の5区間に混合伝送路セクション(-D)が配置されている。なお、上り回線および下り回線の各最終区間に混合伝送路セクション(+D)または混合伝送路セクション(-D)のいずれを配置してもよいという点は、図13に示す例と同じである。また、この伝送システムにおいては、図11に示す分散マップが実現される。
【0069】
ところで、図13〜図16に示す伝送システムでは、各光中継器により生成される励起光が互いに同じ特性を持った混合伝送路セクションに与えられるようにそれらの配置が決定されるので、伝送路を構成する混合伝送路セクションの数が基本的に奇数になってしまう。これに対して、以下に示す構成では、伝送路を構成する混合伝送路セクションの数に制限がかからない。
【0070】
図17は、上り回線および下り回線の双方に対してラマン増幅を行う光中継器の他の形態の構成図である。この光中継器は、図12に示した励起光源11、光カプラ13、波長合成器12U、12Dに加え、光減衰器14を備える。光減衰器14は、上り回線または下り回線に供給すべき励起光の光パワーを調整する。この実施例では、光減衰器14は、光カプラ13と波長合成器12Dとの間に設けられ、下り回線に供給すべき励起光の光パワーを調整する。なお、光減衰器14は、可変型光減衰器であってもよいし、減衰量が一定の光減衰器であってもよい。また、光減衰器14の代わりに、光パワーを調整するデバイス(例えば、光増幅器)を用いてもよい。
【0071】
上記構成の光中継器10は、上り回線および下り回線に対して、互いに光パワーの異なる励起光を供給することができる。ただし、光カプラ13の光分岐比が1:1であり、光減衰器14の減衰量をゼロとすれば、上り回線および下り回線に対して、互いに同じ光パワーの励起光が供給されることになる。
【0072】
光中継器10は、混合伝送路セクション21Uおよび22Dの一方が混合伝送路セクション(+D)であり且つ他方が混合伝送路セクション(-D)であった場合は、上り回線および下り回線に対して互いに光パワーの異なる励起光を供給する。すなわち、上述したように、混合伝送路セクション(+D)および混合伝送路セクション(-D)に対して同じ光パワーの励起光を供給すると、混合伝送路セクション(-D)における利得の方が大きくなってしまうので、上り回線および下り回線の利得を互いに同じにするためには、混合伝送路セクション(-D)に対して供給すべき励起光の光パワーを混合伝送路セクション(+D)に対して供給すべき励起光の光パワーよりも低くする必要がある。
【0073】
ここで、光減衰器14による減衰量は、図5〜図7を参照しながら本実施形態と従来技術とを比較した際に用いた各種パラメータに従って伝送システムが設計されている場合、約0.5dBとなる。なお、上記図12において、光カプラ13の光分岐比を、1:1ではなく、47パーセント:53パーセントにすることでも同様の効果を得ることは可能である。
【0074】
図18は、図17に示した光中継器を用いた伝送システムの構成例である。ここでは、光端局間の伝送路上に15個の光中継器(10a〜10n、10p)が設けられている。すなわち、上り回線および下り回線は、それぞれ16セットの混合伝送路セクションから構成されている。そして、上り回線および下り回線の双方において、それぞれ送信側から見て順番に、最初の4区間に混合伝送路セクション(-D)が配置され、続く8区間に混合伝送路セクション(+D)が配置され、最後の4区間に混合伝送路セクション(-D)が配置されている。
【0075】
上記15個の光中継器のうち、光中継器10dは、上り回線に配置されている混合伝送路セクション(-D)および下り回線に配置されている混合伝送路セクション(+D)に対して励起光を供給する。したがって、光中継器10dは、下り回線に対して供給すべき励起光の光パワーよりも、上り回線に対して供給すべき励起光の光パワーを小さくする。なお、この場合、図17において、光カプラ13と波長合成器12Uとの間に光減衰器14が設けられる。一方、光中継器10Lは、上り回線に配置されている混合伝送路セクション(+D)および下り回線に配置されている混合伝送路セクション(-D)に対して励起光を供給する。したがって、光中継器10Lは、上り回線に対して供給すべき励起光の光パワーよりも、下り回線に対して供給すべき励起光の光パワーを小さくする。
【0076】
なお、他の光中継器は、互いに同じ特性を持った混合伝送路セクションに励起光を与えるので、上り回線または下り回線に供給すべき励起光の一方を減衰させる必要がない。すなわち、他の光中継器としては、図12に示した光中継器を使用することができる。
【0077】
このように、上り回線または下り回線に供給すべき励起光の光パワーを個別に調整できるので、上り回線および下り回線の分散マップを互いに同じにすることができる。これにより、伝送システムの保守が容易になる。また、この構成においては、論理的には、光端局において波長分散を補償する機能を不要にすることができる。
【0078】
なお、図17〜図18に示す伝送システムでは、混合伝送路セクション(+D)および混合伝送路セクション(-D)における利得が互いに同じになるように各励起光の光パワーが調整されるているが、それらの利得を互いに一致させる目的の1つは、上り回線および下り回線の信号光レベルを互いに一致させることである。したがって、光減衰器14を設ける代わりに、図17に示すA点またはB点において光パワーを調整する機能を設けることにより、上り回線および下り回線の信号光レベルを互いに一致させるようにしてもよい。ここで、A点またはB点において光パワーを調整する方法は、例えば、所定の方法で光ファイバ同士を接続または融着することにより、0.1〜1dB程度の損失を生成することで実現してもよい。そして、例えば、混合伝送路セクション21Uが混合伝送路セクション(+D)であり、混合伝送路セクション22Dが混合伝送路セクション(-D)であった場合は、A点において所定の損失を発生させればよい。
【0079】
図19は、複数の回線に対してそれぞれ複数の励起光を供給する光中継器の構成図である。なお、ラマン増幅において、互いに波長の異なる複数の励起光を光ファイバに供給すると、広い帯域に渡って利得が確保される。
【0080】
各光中継器は、互いに波長の異なる励起光を生成する複数の励起光源11a、11b、およびそれら複数の励起光を合波する励起光合波器15を備える。ここで、励起光合波器15は、例えば、偏波合成器、波長合成器、または光カプラにより実現される。そして、励起光合波器15により合波された複数の励起光は光カプラ13により分岐され、さらに光カプラ13により分岐された各励起光は、それぞれ波長合成器12Uおよび12Dにより上り回線および下り回線に入射される。すなわち、複数の励起光(λ1 、λ2 )を含む合波励起光が、上り回線および下り回線にそれぞれ供給されることになる。なお、上り回線および下り回線は、図17、図18の回線を用いている。
【0081】
図20は、他の形態の光中継器の構成例である。この中継器は、同じ波長の励起光を生成する複数の励起光源11a、11c、およびそれら複数の励起光を合波する偏波合成器16を備える。そして、偏波合成器16により合波された複数の励起光は光カプラ13により分岐され、さらに光カプラ13により分岐された各励起光が上り回線および下り回線に入射される。この構成により、励起光が無偏光化される。
【0082】
図21は、さらに他の形態の光中継器の構成例である。この中継器では、励起光源11により生成される励起光は、偏波保持ファイバ17を介して光カプラ13に導かれる。そして、その偏波保持ファイバ17により無偏光化された励起光が、上り回線および下り回線に入射される。
【0083】
次に、相互位相変調(XPM)によるチャープ(または、チャーピング)をキャンセルするための設計手法について説明する。
図22は、相互位相変調によるチャープについて説明する図である。相互位相変調によるチャープは、互いに波長の異なる光が光ファイバ中を伝送するときの伝送速度が異なっていることに起因して発生する。したがって、ここでは、図22(a) に示すように、光ファイバ中に互いに波長の異なる2つの信号光(孤立光パルス)が存在する場合を想定する。また、第1の信号光よりも第2の信号光の伝送速度の方が速いものとする。
【0084】
図22(b) に示すように、第2の信号光が第1の信号光に接近して衝突し始めると、光強度が急激に上がるので、レッドチャープが発生する。なお、「レッドチャープ」とは、光の波長が長波長側にシフトする現象のことである。一方、図22(c) に示すように、第2の信号光が第1の信号光を追い越して離れようとすると、光強度が急激に低下するので、ブルーチャープが発生する。なお、「ブルーチャープ」とは、光の波長が短波長側にシフトする現象のことである。
【0085】
そして、第2の信号光が第1の信号光に追いついてから追い越し終わるまでの期間、すなわちレッドチャープが発生したときからブルーチャープが発生するまでの期間、これらの信号光の光パワーが一定であれば、レッドチャープとブルーチャープとが互いに打ち消し合う。しかし、実際は、第2の信号光が第1の信号光に追いついてから追い越し終わるまでに所定の時間を要するので、この間にこれらの信号光は相当距離伝送される。すなわち、レッドチャープおよびブルーチャープが発生する伝送路上の位置は、互いに相等距離離れている。したがって、伝送路上に光増幅中継器が設けられていること、および光が伝送路で減衰することを考慮すると、レッドチャープおよびブルーチャープが発生するタイミングにおける信号光の光パワーが互いに異なってしまい、レッドチャープおよびブルーチャープが互いに打ち消し合わなくなってしまう。
【0086】
図23は、レッドチャープまたはブルーチャープの残留を説明する図である。実施例では、2区間の混合伝送路セクション21、22を介して信号光が伝送される場合を示す。ここで、混合伝送路セクション21、22は、互いに同じ構成である。すなわち、各混合伝送路セクションは、それぞれ正分散ファイバである第1の光ファイバおよび負分散ファイバである第2の光ファイバから構成されており、長さが50km、平均波長分散が−5ps/nm/kmである。また、この伝送システムは、信号光の波長帯が1.55μm、波長多重されている信号光の波長間隔が50GHz 、信号の伝送速度が10Gbpsである。なお、50GHz は、1.55μm帯では約0.4nmに相当する。すなわち、信号光は、約0.4nm間隔で配置されている。
【0087】
上記伝送システムにおいて、互いに隣接する波長が割り当てられている1組の信号光が混合伝送路セクション21、22を介して伝送されるとき、一方の信号光のパルスが他方の信号光のパルスを次々と追い越すものとする。ここで、一方の信号光のパルスが他方の信号光のパルスを追い越す際には、上述のように、レッドチャープおよびブルーチャープが生じる。実施例では、信号光が光中継器または光端局から送出されると、混合伝送路セクション21において、まず、レッドチャープが発生し、それに続いてブルーチャープが発生している。そして、それ以降、レッドチャープとブルーチャープが交互に発生している。
【0088】
ところが、混合伝送路セクションでは、図3を参照しながら説明したように、信号光の光パワーは、光中継器または光端局から送出された直後が最も高く、その後、徐々に減衰していく。このため、光中継器または光端局から送出された直後に発生するチャープ(実施例では、レッドチャープ)が最大であり、その後に発生するチャープは徐々に小さくなっていく。したがって、混合伝送路セクション21において交互に発生するレッドチャープおよびブルーチャープは、互いに完全にキャンセルされることはなく、混合伝送路セクション21の出力端において一方のチャープが残ってしまう。図23に示す例では、レッドチャープが残留している。そして、信号光は、この残留チャープを保持したまま混合伝送路セクション22に入射される。
【0089】
ところで、上記パラメータに従って設計された伝送システムでは、信号光が混合伝送路セクション21を介して伝送されることにより、約−250ps/nm (=−5ps/nm/km×50km)の波長分散が生じる。即ち、互いに隣接する波長が割り当てられた信号光同士の間では、約100ps(=250ps/nm ×0.4nm)の波長分散が生じる。ここで、この伝送システムでは、信号の伝送速度が10Gbpsである。即ち、伝送信号の各ビットに割り当てられる時間は、100psである。このため、この伝送システムでは、互いに隣接する波長が割り当てられている信号光が混合伝送路セクション21を介して伝送されると、それらの信号光を利用して伝送される信号が互いに1ビットだけシフトすることになる。したがって、信号光が混合伝送路セクション22に入射されるとき、上記1組の信号光を利用して伝送される信号の位相関係は、その信号光が混合伝送路セクション21に入射されたときの位相関係と同じである。
【0090】
この結果、混合伝送路セクション22においては、混合伝送路セクション21において発生したチャープと同様のチャープが発生する。すなわち、混合伝送路セクション22においても、混合伝送路セクション21と同様に、レッドチャープとブルーチャープとが完全にはキャンセルされず、新たなレッドチャープが残留してしまう。この結果、混合伝送路セクション21、22において発生したチャープが累積し、より大きなチャープが生じてしまう。
【0091】
上記問題は、互いに隣接する波長が割り当てられている信号光が混合伝送路セクションを介して伝送される際に、それらの信号光を利用して伝送される信号が互いに1ビットだけシフトすることにより発生するものである。したがって、このビットシフトが0.5ビットになるように各種伝送パラメータを設定すれば、上記問題は解決する。
【0092】
図24は、チャープがキャンセルされるように設計された伝送システムの伝送特性を示す図である。この実施例では、各混合伝送路セクションの平均波長分散が−2.3ps/nm/kmであり、信号の伝送速度が10.7Gbpsである。この場合、信号光が混合伝送路セクションを介して伝送されることにより約−115ps/nm (=−2.3ps/nm/km×50km)の波長分散が生じる。すなわち、互いに隣接する波長が割り当てられた信号光同士の間では、約46ps(=115ps/nm ×0.4nm)の波長分散が生じる。ここで、この伝送システムでは、信号の伝送速度が10.7Gbpsである。すなわち、伝送信号の各ビットに割り当てられる時間は、約93psである。このため、この伝送システムでは、互いに隣接する波長が割り当てられている信号光が混合伝送路セクションを介して伝送されると、それらの信号光を利用して伝送される信号が互いに約0.5ビットだけシフトすることになる。すなわち、信号光が混合伝送路セクション21を伝送するときと混合伝送路セクション22を伝送するときとでは、上記1組の信号光を利用して伝送される信号の位相関係が互いに反転した状態となる。
【0093】
実施例では、混合伝送路セクション21においてブルーチャープが支配的であるのに対し、混合伝送路セクション22においてはレッドチャープが支配的となっている。従って、信号光がこれら2セットの混合伝送路セクションを介して伝送されると、各セクションにおいて相互位相変調により生じるチャープが互いにキャンセルされ、伝送波形の劣化が小さくなる。
【0094】
なお、上述の例では、1セットの混合伝送路セクションにおいて0.5ビットの位相シフトが生じるように設計されているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、1セットの混合伝送路セクションにおいて約3分の1ビットの位相シフトが生じるように設計すれば、3セットの混合伝送路セクションで相互位相変調により生じるチャープが互いにキャンセルされる。
【0095】
図25は、他の形態の光増幅伝送システムの構成図である。この伝送システムは、広い利得帯域の確保、および各光中継器を出来るだけ小型化することを実現する。
【0096】
この伝送システムでは、伝送路上に、励起光源11a〜11cを備える光中継器(第1の光中継器)、および励起光源11d〜11fを備える光中継器(第2の光中継器)が交互に設けられる。ここで、励起光源11a、11b、11cにより生成される励起光の波長は、例えばそれぞれ1430nm、1465nm、1502nmであり、励起光源11d、11e、11fにより生成される励起光の波長は、例えばそれぞれ1448nm、1484nm、1521nmである。そして、各光中継器において、励起光合波器18によって複数の励起光が合波され、その合波励起光が波長合成器12により伝送路に導かれる。なお、上記6種類の励起光は、波長が等間隔になるように、または周波数が等間隔になるように決定される。正確には、ラマン利得ピーク波長が等しい光周波数間隔になるように励起光の周波数または波長を設定する。このように、相互位相変調時の信号光の波長間の光出力を等しくすることで、レッドチャープの量とブルーチャープの量とをほぼ同じにすることができる。
【0097】
図26は、励起光源11a〜11fが生成する励起光により生じるラマン利得のピーク波長を示す表である。このように、ラマン利得のピークは、励起光波長から約13.2THz ずれた波長に生じる。なお、ここで示した励起光波長は一例であり、信号光の波長帯域に合わせて変更する必要がある。
【0098】
図27は、図25に示す伝送システムによる効果を示す図である。図中、第1の光中継器のみが設けられている場合の利得が破線で表され、第1および第2の光中継器が交互に設けられている場合の利得が実線で表されている。本実施形態のシステムにおいては、第1の光中継器のみが設けられているシステムと比較して、利得偏差が小さく、信号光波長帯域幅を拡大することができる。もちろん、各光中継器にそれぞれ励起光源11a〜11fを設ければ、図25に示すシステムと同等またはそれ以上の利得特性が得られる。しかし、励起光源の数が増えると、光中継器のサイズが大きくなり、消費電力も大きくなってしまうという欠点がある。
【0099】
なお、上述の実施例では、2種類の光中継器を交互に配置する構成であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、励起光源11a、11eを備える光中継器、励起光源11d、11cを備える光中継器、および励起光源11b、11fを備える光中継器が伝送路上に順番に配置されるようなシステムであってもよい。
【0100】
また、本実施形態の光増幅伝送システムにおいて、伝送路上に利得等化器を設けるようにしてもよい。なお、利得等化器は、各光中継器に設けてもよいし、所定数の光中継器に対して1つだけ設けられてもよいし、光受信局に設けられてもよい。
【0101】
さらに、ある光中継器においてある励起光源が故障した場合に、他の1または複数の光中継器においてその故障した励起光源が生成していた励起光の波長と同じ波長の励起光の光パワーを増加させるようにしてもよい。なお、この機能は、例えば、特願2001−30836号に記載の発明を利用して実現することができる。
【0102】
(付記1)信号光を伝送する伝送路上に光中継器が設けられる光増幅伝送システムであって、
それぞれ、正の分散を有する第1の光ファイバおよび負の分散を有し上記第1光ファイバの後段に設けられる第2の光ファイバから構成される複数の混合伝送路と、
上記混合伝送路どうしの間に設けられ、それぞれ対応する混合伝送路の第2の光ファイバに励起光を入射する複数の光中継器と、を有し、
上記複数の混合伝送路は、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路を含み、
上記伝送路が、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路から構成される光増幅伝送システム。
【0103】
(付記2)付記1に記載の光増幅伝送システムであって、
各混合伝送路の累積波長分散は、上記第1の光ファイバおよび第2の光ファイバの長さの比率を変えることにより調整される。
【0104】
(付記3)付記1に記載の光増幅伝送システムであって、
各混合伝送路の累積波長分散は、上記第1の光ファイバおよび第2の光ファイバの少なくとも一方の波長分散特性を変えることにより調整される。
【0105】
(付記4)付記1に記載の光増幅伝送システムであって、
上記伝送路は、累積波長分散が正である1以上の混合伝送路および累積波長分散が負である1以上の混合伝送路から構成される基本パターン伝送路を繰り返すことにより構成される。
【0106】
(付記5)付記4に記載の光増幅伝送システムであって、
上記基本パターン伝送路は、4セット〜40セットの混合伝送路により構成される。
【0107】
(付記6)付記4に記載の光増幅伝送システムであって、
上記基本パターン伝送路の前半には累積波長分散が負である混合伝送路が配置され、その後半には累積波長分散が正である混合伝送路が配置される。
【0108】
(付記7)付記4に記載の光増幅伝送システムであって、
上記基本パターン伝送路の前半には累積波長分散が正である混合伝送路が配置され、その後半には累積波長分散が負である混合伝送路が配置される。
【0109】
(付記8)付記1に記載の光増幅伝送システムであって、
上記複数の光中継器は、互いに波長の異なる複数の励起光を対応する混合伝送路に供給する第1の光中継器、およびその第1の光中継器が使用する波長と異なる波長の励起光を対応する混合伝送路に供給する第2の光中継器を含む。
【0110】
(付記9)付記8に記載の光増幅伝送システムであって、
上記光中継器が使用する複数の励起光は、その波長または周波数が等間隔に配置されている。
【0111】
(付記10)付記8に記載の光増幅伝送システムであって、
上記伝送路上に、1または複数の利得等化器を備える。
(付記11)付記8に記載の光増幅伝送システムであって、
上記複数の光中継器のなかのある光中継器において励起光源が故障した時に、他の1または複数の光中継器において上記故障した励起光源が生成していた励起光の波長と同じ波長の励起光の光パワーを増加させる。
【0112】
(付記12)信号光を伝送する伝送路上に光中継器が設けられる光増幅伝送システムであって、
それぞれ、第1の光ファイバおよびその第1の光ファイバよりも小さなモードフィールド径を有し上記第1光ファイバの後段に設けられる第2の光ファイバから構成される複数の混合伝送路と、
上記混合伝送路どうしの間に設けられ、それぞれ対応する混合伝送路の第2の光ファイバに励起光を入射する複数の光中継器と、を有し、
上記複数の混合伝送路は、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路を含み、
上記伝送路が、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路から構成される光増幅伝送システム。
【0113】
(付記13)互いに反対方向に信号光を伝送する第1の伝送路および第2の伝送路を有する光増幅伝送システムであって、
それぞれ、正の分散を有する第1の光ファイバおよび負の分散を有し上記第1光ファイバの後段に設けられる第2の光ファイバから構成される複数の混合伝送路と、
上記混合伝送路どうしの間に設けられ、それぞれ対応する混合伝送路の第2の光ファイバに励起光を入射する複数の光中継器と、を有し、
上記複数の混合伝送路は、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路を含み、
上記1組の伝送路は、それぞれ、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路から構成され、
各光中継器が上記第1および第2の伝送路に励起光を供給する光増幅伝送システム。
【0114】
(付記14)付記13に記載の光増幅伝送システムであって、
各光中継器は、
励起光を生成する励起光源と、
上記励起光源により生成された励起光を分岐する分岐手段と、
上記分岐手段により分岐された励起光の一方を上記第1の伝送路に合波する第1の合波手段と、
上記分岐手段により分岐された励起光の他方を上記第2の伝送路に合波する第2の合波手段とを有する。
【0115】
(付記15)付記14に記載の光増幅伝送システムであって、
上記分岐手段と上記第2の合波手段との間に励起光の光レベルを調整するための調整手段を備える。
【0116】
(付記16)付記1または付記13に記載の光増幅伝送システムであって、
各光中継器は、互いに波長の異なる複数の励起光を生成して対応する混合伝送路に供給する。
【0117】
(付記17)付記1または付記13に記載の光増幅伝送システムであって、
上記励起光を無偏光化する手段をさらに有する。
(付記18)付記1または付記13に記載の光増幅伝送システムであって、
信号光が波長多重光であり、
その波長多重光の中の互いに隣接する波長が割り当てられている光により伝送される信号同士の間の遅延量が、混合伝送路ごとに1/n(nは2以上の整数)ビットになるように、混合伝送路の長さ、混合伝送路の累積波長分散、信号の伝送速度が決定される。
【0118】
【発明の効果】
本発明の光増幅伝送システムは、少なくとも2種類の混合伝送路を適切に配置することにより伝送路が構成されているので、非線形効果による影響が低減することで伝送特性の改善が得られる。
【0119】
また、ラマン増幅のための励起光は、常に、モードフィールド径の小さい光ファイバに入射されるので、ラマン利得の効率が高く、信号を伝送するための光ファイバの他に利得を上げるための専用ファイバを必要としない。
【0120】
さらに、広い帯域に渡って偏差の少ないラマン利得を得るために必要な複数の励起光波長を複数の光中継器に適切に割り振るようにしたので、各光中継器内で用いる励起光源の数を増加させることなく、利得偏差を低減し、信号光波長帯域幅を拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の光増幅伝送システムの構成図である。
【図2】中継器および混合伝送路セクションの構成例を示す図である。
【図3】混合伝送路セクションにおける信号光の光パワーを示す図である。
【図4】中継器および混合伝送路セクションの他の構成例を示す図である。
【図5】本実施形態の光増幅伝送システムの構成例である。
【図6】図5に示す伝送システムにおける信号光の波長分散を表す波長分散マップ(その1)である。
【図7】図5に示す伝送システムにおける信号光の波長分散を表す波長分散マップ(その2)である。
【図8】本実施形態の光増幅伝送システムの他の構成例である。
【図9】図8に示す伝送システムにおける信号光の波長分散を表す波長分散マップである。
【図10】本実施形態の光増幅伝送システムのさらに他の構成例である。
【図11】図10に示す伝送システムにおける信号光の波長分散を表す波長分散マップである。
【図12】上り回線および下り回線の双方に対してラマン増幅を行う光中継器の構成図である。
【図13】上り回線及び下り回線の利得のバランスを考慮した伝送システムの構成例(その1)である。
【図14】上り回線及び下り回線の利得のバランスを考慮した伝送システムの構成例(その2)である。
【図15】上り回線及び下り回線の利得のバランスを考慮した伝送システムの構成例(その3)である。
【図16】上り回線及び下り回線の利得のバランスを考慮した伝送システムの構成例(その4)である。
【図17】上り回線および下り回線の双方に対してラマン増幅を行う光中継器の他の形態の構成図である。
【図18】図17に示した光中継器を用いた伝送システムの構成例である。
【図19】複数の回線に対して複数の励起光を供給する光中継器の構成図である。
【図20】他の形態の光中継器の構成例である。
【図21】さらに他の形態の光中継器の構成例である。
【図22】相互位相変調によるチャープについて説明する図である。
【図23】レッドチャープまたはブルーチャープの残留を説明する図である。
【図24】チャープがキャンセルされるように設計された伝送システムの伝送特性を示す図である。
【図25】他の形態の光増幅伝送システムの構成図である。
【図26】励起光波長とラマン利得のピーク波長の関係を示す表である。
【図27】図25に示す伝送システムによる効果を示す図である。
【図28】一般的な波長多重伝送システムの構成図である。
【符号の説明】
10 光中継器
11 励起光源
12 波長合成器
13 光カプラ
14 光減衰器
15 励起光合波器
16 偏波合成器
17 偏波保持ファイバ
18 励起光合波器
100 光送信局
110 光受信局
Claims (1)
- 信号光を伝送する伝送路上に光中継器が設けられる光増幅伝送システムであって、
それぞれ、正の分散を有する第1の光ファイバおよび負の分散を有し上記第1光ファイバの後段に設けられる第2の光ファイバから構成される複数の混合伝送路と、
上記混合伝送路どうしの間に設けられ、それぞれ対応する混合伝送路の第2の光ファイバに励起光を入射する複数の光中継器と、を有し、
上記複数の混合伝送路は、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路を含み、
上記伝送路が、累積波長分散が正である混合伝送路および累積波長分散が負である混合伝送路から構成され、
上記複数の光中継器は、互いに波長の異なる複数の励起光を対応する混合伝送路に供給する第1の光中継器、およびその第1の光中継器が使用する波長と異なる波長の励起光を対応する混合伝送路に供給する第2の光中継器を含む
ことを特徴とする光増幅システム。
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