JP4612228B2 - 光通信装置及び波長分割多重伝送システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
ＩＰ（Internet Protocol）トラフィックの爆発的な増大により、大容量かつ低コストな伝送システムに対する要求が急増している。そのような要求に対して、光波長分割多重(ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing)伝送システムの更なる大容量化および低コスト化は一つの解となる。ＷＤＭ伝送システムでは、大容量化の手段として（１）１波長当たりの伝送速度を高速化、（２）信号波長配置間隔を狭めた高密度波長分割多重、（３）複数の信号波長帯(例えば1.55μm帯(C band)と1.58μm帯(L band))を用いたＷＤＭ伝送、（４）新たな信号波長帯域(例えば C-bandよりも短波長側のS-bandやL-bandよりも長波長側のL+-band)の開拓による広帯域化の実現などが考えられている。（１）は１波長当たりの信号ビットレートを高くすることにより大容量化を目指すアプローチであり、（２）〜（４）は信号波長数(波長多重数)を増やすことによって大容量化を目指すアプローチである。また、低コスト化としては電気-光-電気変換を含む３Ｒ中継器数の削減、すなわち、希土類添加ファイバを備えた光増幅器のみを用いて光増幅中継することが考えられている。
【０００２】
しかし、上記のＷＤＭ伝送システムを実現しようとした場合、光ファイバ増幅器より発生する雑音、光ファイバの波長分散、偏波モード分散、非線形効果に起因する波形歪の累積などの制限要因により伝送距離や伝送容量が制限されてしまうという課題がある。
【０００３】
本発明は、ＷＤＭ伝送システムにおいて長距離大容量光伝送を可能とする光ファイバ伝送路の波長分散補償方法に関するものである。
【０００４】
【従来の技術】
ある波長の光を出力する光源の駆動電流を制御して生成した光パルス、又はある波長の光源より出力された連続光をＬＮ（ＬｉＮｂＯ３：リチウム・ナイヤベート）変調器などの外部変調器によって強度変調することによって生成した光パルスは、周波数領域では広いスペクトラムを持つ。このような光パルスが、光の伝搬速度が波長に依存するという波長分散特性を有する光ファイバ中を伝搬すると、光パルスの波形歪みを生じることになる。このような波長分散の影響を軽減するために、光信号波長の分散値がほぼゼロとなるように光ファイバの波長分散値を制御することが有効であることは既に知られている。
【０００５】
現在、光伝送に用いられている波長は、光信号を光のまま増幅可能な希土類添加ファイバを用いた光ファイバ増幅器の動作波長帯であるλ=1.55μm付近の光が用いられている。しかし、現在一般的に多く用いられているシングルモード光ファイバ(ＳＭＦ: Single Mode Fiber)では、ゼロ分散波長がλ=1.3μm付近に存在する。そこで、”伝送路として用いるＳＭＦ”と”ＳＭＦの波長分散及び分散スロープ特性と逆符号の特性を有する分散補償ファイバ(ＤＣＦ: Dispersion Compensation Fiber)”を組み合わせることによって、ＳＭＦ+ＤＣＦの長手方向の平均分散値が信号波長帯域のおいてゼロとなるように制御する分散補償技術が用いられている。この技術を用いたＷＤＭ伝送システム構成を図1に示す。
【０００６】
図1は従来のＷＤＭ伝送システムの一例を示している。図示するＷＤＭ伝送システムは、光送信装置１００、光受信装置２００、光中継装置３００及びこれらを結ぶ伝送路ファイバを含む光伝送路４００で構成されている。
【０００７】
光送信装置１００の内部又は外部に設けれた光送信機(ＯＳ)１１より出力された各波長の光は、光信号の入力パワーを調整する光可変減衰器(Variable ＡＴＴ)１２を経由して、各波長の光を合波する合波器(ＭＵＸ)１３へ入力される。ここで各波長の光は、ある信号波長帯域毎(例えば、C-band, L-band, …)に合波される。そして、各信号波長帯域のＷＤＭ光信号は、希土類であるエルビウムを添加した光ファイバを用いたエルビウム添加ファイバ増幅器(ＥＤＦＡ: Erbium Doped Fiber Amplifier)ユニット１７によって増幅される。なお、図１及びその他の図において、便宜上、参照番号は１つの信号波長帯域に関する構成部品に主として付与する。
【０００８】
図２に従来の光増幅器の構成の一例を示す。従来の光増幅器ユニット１７は２段構成のＥＤＦＡ１４、１５の段間に伝送路ファイバ４００とは逆符号の分散及び分散スロープ特性を持つ分散補償ファイバ（ＤＣＦ）１６を接続した構成である。また、図２はＥＤＦＡ１４の一構成例を示している。ＥＤＦＡ１５も図２の構成である。ＥＤＦＡ１４は、２つのＥＤＦと励起光を出力する２つのポンプ光源、ＷＤＭカプラ、アイソレータ、及びアッテネータなどを含んで構成されている。このような構成では、ＤＣＦ１６で発生する非線形効果による波形歪みの影響を抑えるためにＤＣＦ１６への最大入力パワーが制限されるので、前段ＥＤＦＡ１４の出力パワーをある一定値以上に高く設定できない。よって、ＤＣＦ１６の損失が大きくなった場合、ＥＤＦＡ１４、１５でのＯＳＮＲ劣化が顕著となり、システム全体の光伝送特性を低下させる一つの要因となる。
【０００９】
各信号波長帯域のＥＤＦＡ１５より出力された光は、各信号波長帯域の光を合波する光カプラ(ＢＡＮＤ ＭＵＸ)１８によって合波された後に、伝送路ファイバ４００へと入射される。光中継装置３００に収容された伝送路ファイバ４００の出力端には光カプラ３１が接続されており、そのカプラ３１より誘導ラマン散乱(SRS: Stimulus Raman Scattering)を利用し、伝送路ファイバ４００を増幅媒体とする集中ラマン増幅(ＤＲＡ)用の励起光が励起光源(pump ＬＤ)３２より入射される。従って、伝送路ファイバ４００を伝搬する光はＤＲＡによって増幅されて、伝送路ファイバ４００中に配置された光中継装置３００内部へと入力される。
【００１０】
光中継装置３００へ入力された光は、各波長帯域へＷＤＭ光信号を分波する分波器(ＢＡＮＤ ＤＥＭＵＸ)３３を経由して、信号波長帯域毎に準備された２段構成の光増幅器３７へ入力される。この増幅器３７は２つのＥＤＦＡ３４、３５で構成される２段間に伝送路ファイバ４００とは逆符号の波長分散特性を持つＤＣＦ３６を備えたものである。各信号波長帯域のＥＤＦＡ３５の出力光は合波器３８によって合波された後に、再び伝送路ファイバ４００へ入射される。
【００１１】
そして、伝送路ファイバ４００中をＤＲＡによる増幅を伴って伝搬した光は、光受信装置２００へと入力され、光カプラ２１を通り分波器２３で各波長帯域に分波される。そして、段間にＤＣＦ２６を備えるＥＤＦＡ２４、２５の２段構成の増幅器ユニット２７を経由して、各波長に光を分波する分波器（ＤＥＭＵＸ)２８へ入力される。分波器２８によって各波長に分波された光は、それぞれの波長の光受信機２９へと入力されて、そこで受信される。なお、カプラ２１より誘導ラマン散乱を利用し伝送路ファイバ４００を増幅媒体とする集中ラマン増幅用の励起光が、励起光源(pump ＬＤ)２２より入射される。従って、伝送路ファイバ４００を伝搬する光はＤＲＡによって増幅されて、伝送路ファイバ４００中の端部に配置された光受信装置２００内部へと入力される。
【００１２】
図３に、分散補償方法についての概念図を示す。図中の四角中に示す構成での累積分散について考える。図中のグラフはＳＭＦ、ＤＣＦ(C-band又はL-band用)及びＳＭＦ+ＤＣＦの累積分散特性を示す。図示するように、一般に多く用いられている光ファイバの波長分散特性は、波長に対して緩やかなカーブを描いたような特性を持つ。すなわち、信号波長帯(C-band, L-band, …)毎に波長に対する分散特性の傾き(分散スロープ)が異なる。また、全波長帯域にわたり、伝送路ファイバに対して逆符号の波長分散及び分散スロープを有するＤＣＦを作成することは非常に困難である。従って、現在では、図中に示すように、伝送路の波長分散を信号波長帯域毎、又は波長毎に分散補償する手法が一般的となっている。
【００１３】
以上に記載したようにして、ＳＭＦの波長分散特性(図中ＳＭＦ)とは逆符号の波長分散特性を持つ各信号波長帯用のＤＣＦ(図中 ＤＣＦ for C-band 又は ＤＣＦ for L-band)により、ＳＭＦ+ＤＣＦのトータルの累積分散をゼロ(図中 total)とすることができる。しかし、実際には伝送路ファイバと逆符号の波長分散特性を持つＤＣＦを製造することは非常で困難であるために、若干の残留分散が残る可能性がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
伝送路の分散補償を行い、波長分散による信号波形劣化を抑圧する従来の光波長分割多重伝送システムにおいて、1波長当たりのビットレートを上昇させて大容量化を実現する手法、又は、信号波長間隔を狭くして超高密度波長分割多重をする手法や信号波長帯域を新たに開拓する手法によって波長数を増大させて大容量化を行う場合に、以下に示すような問題が生じる。
【００１５】
伝送速度が高速になればなるほど、光信号のスペクトルは広がる。従って、従来のシステムよりも更に分散及び分散スロープの影響を強く受け、光パルスの波形歪みが大きくなるという問題が生じる。このため、従来よりも更に精度の高い分散補償技術が必要となる。
【００１６】
また、信号波長帯域を拡大した場合は、前述したとおり、光ファイバの分散特性や分散スロープ特性が信号波長帯域毎に異なるため、それぞれの伝送路に適したＤＣＦを開発する、又は複数のＤＣＦを組み合わせて伝送路に適した分散特性を提供する必要があるなどの理由により、分散補償が更に複雑になるという問題が生じる。しかも、新しい信号波長帯域を開拓して波長数を増やした場合、その波長帯での累積分散が大きくなる可能性があり、要求されるＤＣＦ量も増える可能性がある。この場合、図1に示すような従来の構成では、２段構成のＥＤＦＡ１３、１４の段間に配置されたＤＣＦ１５は、ＤＣＦ損失が増加することにより光信号対雑音比(ＯＳＮＲ: Optical Signal-to-Noise Ratio)劣化を引き起こす原因となる。しかし、信号速度の高速化により光受信機に対する要求も厳しくなるので、従来よりも更に高いＯＳＮＲ特性を実現する伝送システムを必要とする場合に、ＤＣＦ損失の増加は問題となる。また、ＤＣＦ１６の損失が増えない場合であったとしても、ＤＣＦ１６での非線形効果の発生を抑圧するために、前段ＥＤＦＡ１４の出力パワーが制限されるので、ＯＳＮＲ特性の改善が期待できない。
【００１７】
従って、本発明は上記従来技術の問題点を解決し、信号伝送速度が高速になった場合や信号伝送帯域幅が拡大した場合であっても適切に分散補償でき、かつ高いＯＳＮＲ特性が得られる光波長分割多重伝送システム及び方法、並びにこのシステムを構築するに適当な光通信装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の信号伝送帯域の信号を波長分割多重処理する光通信装置において、伝送路から受信した波長分割多重光信号を各信号波長帯域の光信号に分波する第１の分波器と、該第１の分波器が出力する光信号を直接又は第１の光学手段を介して、各信号波長帯域の光信号より各波長の信号に分波する第２の分波器と、を具備し、前記光通信装置が接続される伝送路の出力端に接続され、複数の信号伝送帯域のうちの所定の信号伝送帯域に関して、該伝送路の波長分散および分散スロープ特性とは逆符号の特性を持ちかつラマン増幅を行なう第２の光学手段を設け、前記第１の光学手段は、各信号伝送帯域に関して前記第２の光学手段で補償されなかった残留波長分散および分布スロープを補償する特性を持ちかつラマン増幅を行なうことを特徴とする光通信装置である。分散補償を行ないつつ、集中ラマン増幅を行なうため、信号伝送速度が高速になった場合や信号伝送帯域幅が拡大した場合であっても適切に分散補償でき、かつ高いＯＳＮＲ特性が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、従来の方式では2段構成のＥＤＦＡの段間に配置されていたＤＣＦの配置位置を変更し、信号伝送速度が高速になった場合や信号伝送帯域幅が拡大した場合であっても対応可能な性能を持つ分散補償方法を提供し、かつ、ＯＳＮＲ特性を改善した光波長分割多重伝送システム及び方法、並びにこのシステムに用いられる光通信装置を提供するものである。
【００２０】
このために、本発明の一実施の形態は、伝送路ファイバの一端にＤＣＦを接続し、かつ、該ＤＣＦによって補償されなかった残留分散を各信号波長帯に信号を分波する分波器の出力部分に具備した信号波長帯毎に分散補償するためのＤＣＦ、又は各波長へ信号を分波する分波器の出力に具備した信号波長毎に分散補償するための分散補償用デバイス(ＤＣＦ又は可変分散補償器)によって精度の高い分散補償を行う技術を含む。
【００２１】
また、本実施の形態は、伝送路に接続するＤＣＦ、又は各信号波長帯域へ分波する分波器の出力へ接続するＤＣＦを増幅媒体とする集中ラマン増幅機能を備えることで、ＤＣＦの損失を補償し、各光ファイバ増幅器へ高光パワーの信号を入力することによりＯＳＮＲ劣化の少ない光信号の中継が可能となる光波長分割多重伝送を含む。
【００２２】
図４に本発明の第1の実施の形態を示す。本発明の第１の実施の形態は、伝送路ファイバ及び分散補償用のＤＣＦを増幅媒体としたＤＲＡを用いることを想定した光波長分割多重伝送システム及び方法並びにこのシステムに用いられる光送信装置、光受信装置及び光中継装置などの光通信装置を含む。
。なお、図４中、前述した図１〜図３に示す構成要素と同一のものについては同一の参照番号を付してある。
【００２３】
図４に示すシステムは、光送信装置１００Ａ、光受信装置２００Ａ、光中継装置３００Ａ及び伝送路ファイバ４００を有する。実際のシステムでは、複数の光中継装置３００Ａが設けられている。光送信装置１００Ａは従来の光送信装置１００とは異なり、ＥＤＦＡ１４を具備しておらず、新たに励起光源２０と光カプラ１９を各信号波長帯域毎に図示するように設けたものである。ＤＣＦ１６と光カプラ１９と励起光源２０とで第１の光学手段を構成する。第１の光学手段は、伝送路４００の分散（累積分散）を補償する特性を持ちかつ集中ラマン増幅を行なう。また、後述するように、ＥＤＦＡ１５ＡはＥＤＦＡ１５とは異なる内部構成を持つ。
【００２４】
光受信装置２００Ａは従来の光受信装置２００とは異なり、ＥＤＦＡ２４を具備しておらず、新たに励起光源５５と光カプラ５４を各信号波長帯域毎に図示するように設け、更に光カプラ５１、励起光源５２及びＤＣＦ５３を伝送路ファイバ４００に図示するように設けたものである。ＤＣＦ２６と光カプラ５４と励起光源５５で第１の光学手段を構成する。また、ＤＣＦ５３と光カプラ５１と励起光源５２とで第２の光学手段を構成する。第２の光学手段は、伝送路４００の波長分散および分散スロープ特性とは逆符号の特性を持ちかつ集中ラマン増幅を行なう。第１の光学手段は、第２の光学手段で補償されなかった伝送路４００の残留分散を補償する。また、ＥＤＦＡ２５Ａは、ＥＤＦＡ２５とは異なる内部構成を有する。
【００２５】
光中継装置３００Ａは従来の光中継装置３００とは異なり、ＥＤＦＡ３４を具備しておらず、新たに励起光源４５と光カプラ４４を各信号波長帯域毎に図示するように設け、更に光カプラ４１、励起光源４２及びＤＣＦ４３を伝送路ファイバ４００に図示するように設けたものである。ＤＣＦ３６と光カプラ４４と励起光源４５で第１の光学手段を構成する。また、ＤＣＦ４３と光カプラ４１と励起光源４２とで第２の光学手段を構成する。第２の光学手段は、伝送路４００の波長分散および分散スロープ特性とは逆符号の特性を持ちかつ集中ラマン増幅を行なう。第１の光学手段は、第２の光学手段で補償されなかった伝送路４００の残留分散を補償する。また、ＥＤＦＡ２５ＡはＥＤＦＡ２５とは異なる内部構成を持つ。
【００２６】
光送信機１１より出力された各波長の光は、波長毎に光信号の入力パワーを調整する光可変減衰器１２を経由して、各波長の光を合波してＷＤＭ光信号を出力する合波器(ＭＵＸ)１３へ入力される。ここで各波長の光は、ある信号波長帯域毎(例えば、C-band,L-band, S-band, …) に合波される。そして、合波器１３より出力された各信号波長帯域のＷＤＭ光信号は、伝送路ファイバ４００とは逆符号の分散特性を持つＤＣＦ１６へ入力されて分散補償される。このＤＣＦ１６の出力端には光カプラ１９が接続されており、ＤＣＦ１６を増幅媒体として信号を増幅する集中ラマン増幅(ＤＲＡ)用の励起光が励起光源（pump ＬＤ）２０から光カプラ１９を経由してＤＣＦ１６へと入射される。
【００２７】
ここで、励起光源２０より出力される励起光波長は、各信号帯域においてラマン利得が得られる波長に設定するものとする。従って、ＤＣＦ１６へ入力されたＷＤＭ光信号はＤＲＡによる信号増幅を伴いながら、ファイバ中を伝搬する。ＤＣＦ１６の出力に接続された光カプラ１９を経由して出力された各信号波長帯のＷＤＭ光信号は、エルビウム添加ファイバを用いたエルビウム添加ファイバ増幅器(ＥＤＦＡ)１５Ａで増幅される。
【００２８】
図５に、本発明による光増幅器１５Ａの一構成例を示す。図中に示すＥＤＦＡ１５Ａは、ＡＧＣ(Auto Gain Control)により利得が一定となるように制御され、またＥＤＦＡ１５Ａの出力には出力パワー調整用の可変光減衰器６１を備える。このように、ＥＤＦＡ１５Ａの構成が従来の構成(図２参照)と比較して簡易となり、かつＥＤＦＡ１５Ａの前段に配置したＤＣＦ１６を増幅媒体としたＤＲＡによりＤＣＦ１６の損失を補償することでＥＤＦＡ１５Ａへの入力パワーを高くすることができる。従って、従来の構成よりも低雑音指数(高いＯＳＮＲ)特性を有する光増幅器を構成することができる。そして、ＤＣＦ１６は一般的に高い非線形性を有するので、大きなラマン利得を得られるという利点もある。上記信号波長帯域毎の各光増幅器より出力されたＷＤＭ光信号は、各信号波長帯域の光を合波する光カプラ(ＢＡＮＤ ＭＵＸ)１８によって合波された後に伝送路ファイバへと入射される。
【００２９】
伝送路ファイバ４００の出力端には光中継装置３００Ａに設けられた光カプラ３１が接続されており、そのカプラより伝送路ファイバ４００を増幅媒体とするＤＲＡ用の励起光が、励起光源３２から伝送路ファイバ４００へ入射される。ここで、励起光源３２より出力される励起光波長は、信号波長帯域においてラマン利得が得られる波長に設定する。従って、伝送路ファイバ４００へ入射されたＷＤＭ光信号はＤＲＡにより増幅されながらファイバ４００中を伝搬し、伝送路の終端に配置された光中継装置３００Ａへと入力される。
光中継装置３００Ａへ入力されたＷＤＭ光信号は、まず伝送路ファイバ４００と逆符号の分散及び分散スロープ特性を持つＤＣＦ４３へ入射される。ＤＣＦ４３の出力部分には光カプラ４１が接続されており、信号波長帯においてラマン利得が得られるような波長を持つＤＲＡ用の励起光が、励起光源４２から光カプラ４１を経由してＤＣＦ４３へと入射される。従って、ＤＣＦ４３へ入力されたＷＤＭ光信号は、ＤＲＡによる信号増幅を伴いながらファイバ中を伝搬する。光カプラ４１を経由して出力されたＷＤＭ光信号は、各信号波長帯域へ分波する分波器(ＢＡＮＤ ＤＥＭＵＸ)３３へ入力される。分波器３３の各信号波長帯に対応するポートより出力された光は、伝送路ファイバ４００の累積分散のうち中継装置入力に備えられたＤＣＦ４３によって分散補償されなかった残留分散を補償する分散及び分散スロープ特性を持つＤＣＦ３６へと入力される。このＤＣＦ３６の出力には、励起光源４５が出力するＤＲＡ用の励起光をＤＣＦ３６へ入射するための光カプラ４４が設けられている。よって、ＤＣＦ３６を伝搬する光はＤＲＡにより利得を得られる。そして、光カプラ４４を経由して出力された信号波長帯域毎のＷＤＭ光信号はＥＤＦＡ３５Ａへ入力され、そこで増幅される。ＥＤＦＡ３５Ａは図５の構成を持つ。各信号波長帯域のＥＤＦＡ３５Ａの出力光は、各信号波長帯域のＷＤＭ光信号を合波する合波器(ＢＡＮＤ ＭＵＸ)３８を経由して、伝送路ファイバ４００へ入射される。
以上のようにして、光中継装置３００Ａを多段中継（図４は１段構成）されたＷＤＭ光信号は、最後に光受信装置２００Ａへ入力される。光受信装置２００Ａへ入力されたＷＤＭ光信号は、光中継装置３００Ａと同様に、ファイバ伝送路４００とは逆符号の分散及び分散スロープ特性を有し、かつＤＲＡ用の増幅媒体となるＤＣＦ５３、各信号波長帯域に光信号を分波する分波器(ＢＡＮＤ ＤＥＭＵＸ)２３、光受信装置２００Ａの入力に配置されたＤＣＦ５３によっても補償されなかった残留分散を補償する分散及び分散スロープ特性を有し、かつＤＲＡ用の増幅媒体となるＤＣＦ２６、各信号波長帯に準備されたＥＤＦＡ２５Ａを経由して、信号波長帯域毎のＷＤＭ光信号を各波長の光へ分波する分波器(ＤＥＭＵＸ)２８へ入力される。分波器２８によって各波長に分波された光はそれぞれの光受信機２９により受信される。励起光源５２が出力する励起光は、光カプラ５１を介してＤＣＦ５３に与えられる。励起光源５５が出力する励起光は、光カプラ５４を介してＤＣＦ２６に与えられる。
【００３０】
ここで、上記した光中継装置３００Ａを例にして、本発明による分散補償方法について説明する。図６、図７は、C-band、L-band及びS-bandを用いた場合の本発明による第１の実施の形態における累積分散特性の一例を示した図である。伝送路ファイバ４００の終端に配置されたＤＲＡ用励起光を入射するための光カプラ３１の出力に、伝送路ファイバ４００のC-bandの分散及び分散スロープ特性とは逆符号の特性を持つ第１の分散補償ファイバ４３が接続されている。ここで、伝送路ファイバ４００の累積分散を１００％完全に補償する理想的な分散補償ファイバが実現できた場合には、第１の分散補償ファイバ４３の出力でのC-band帯の累積分散は完全に補償されることになる(図６に示す累積分散特性対伝送距離特性のC-band帯の距離▲２▼地点の特性を参照)。一方、L-band帯及びＳ-band帯については、第１の分散補償ファイバ４３によって、累積分散が完全に補償されないので若干の残留分散が存在することになる。よって、その残留分散を補償するために、信号帯域毎に分波された後のＥＤＦＡ３５Ｌ及び３５Ｓの入力段に残留分散補償用の第２の分散補償ファイバＤＣＦ３６Ｌ及び３６Ｓを配置している。これらの第２の分散補償ファイバＤＣＦ３６Ｌ及び３６Ｓにはそれぞれ、励起光源４５Ｌ及び４５Ｓが出力する励起光が光カプラ４４Ｌ及び４４Ｓを介して与えられる。ここで、注意すべき点は、図６に示すように、C-band帯については第１の分散補償ファイバ４３による完全に分散補償されるので、第２の分散補償ファイバが必要ないことである。
【００３１】
しかし、実際には、理想的な分散特性を有した分散補償ファイバの開発の困難性やファイバの製造誤差により、伝送路ファイバ４００の累積分散を第１の分散補償ファイバ４３のみで完全に補償することは難しい。その場合を図７示す。図７では、伝送路ファイバ４００と接続されたＤＣＦ４３ではC-band、L-band及びS-band共に完全に分散補償がされずに残留分散が残ってしまう(図中▲２▼点)。従って、各信号波長帯域にＷＤＭ光信号を分波する分波器３３の出力に、C-band、L-band及びS-bandのすべてにそれぞれ第２のＤＣＦ４４Ｃ、４４Ｌ及び４４Ｓを設け、伝送路ファイバ４００の累積分散を完全に補償することが好ましい。
【００３２】
図８に、図６の例において、C-band帯について第２のＤＣＦ３６Ｃを配置しない代わりにＳＭＦ(Single Mode Fiber)と比較して数倍から十数倍程度の高い非線形係数を有する高非線形ファイバ６３Ｃを用いた例を示す。本発明では、ＤＣＦは伝送路の波長分散補償に用いるという目的の他に、ＤＲＡの増幅媒体としての役割をも持つ。この点に関し、図６の例においては、図７で用いている第２のＤＣＦ３６Ｃを増幅媒体としたＤＲＡの信号利得がないために、ＥＤＦＡ３５Ｃへの入力パワーが低くなり、ＥＤＦＡ３５ＣでのＯＳＮＲ劣化がシステム全体のパフォーマンスを劣化させる可能性がある。このような場合には、ＤＲＡの増幅媒体としてＤＣＦの変わりに高非線形ファイバを用いることにする。高非線形光ファイバは非線形係数が大きいため、ファイバ長が短い場合であってもＤＲＡによる信号利得が得られる。
【００３３】
よって、図６に示す構成のように分散補償のためにＤＣＦを必要としない場合に、高非線形ファイバ６３Ｃを用いてＤＲＡによる信号利得を得ることができる。また、図７に示す構成において、第２のＤＣＦ３６Ｃ、３６Ｌ及び３６Ｓの長さが短いために所望のＤＲＡ利得が得られない場合には、図９に示すように、これらのＤＣＦの一端に高非線形ファイバ６３Ｃ、６３Ｌ及び６３Ｓを接続することで所望のＤＲＡ利得を得ることが可能となる。
【００３４】
また、同様のことが伝送路ファイバ端に接続するＤＣＦ４３、５３にも適用可能である。中継間隔が短い場合(すなわち伝送路ファイバ長さが短い場合)は、伝送路ファイバ４００の端に接続するＤＣＦ４３の長は短くて済む。しかし、その場合はＤＣＦ長が短いために所望のＤＲＡ利得が得られない場合がある。このような場合、図９に示すように、第２のＤＣＦ６３Ｃ、６３Ｌ及び６３Ｓに対して適用したのと同様に、ＤＣＦ４３の一端に高非線形ファイバ６３を接続することにより所望のＤＲＡ利得を得ることができる。言い換えると、伝送路長が変わった場合でも、装置の各ポイントでの入力パワーを一定に制御することが可能となり、さまざま伝送路長に対応可能となる。
【００３５】
図１０は、図４の第１の実施の形態において伝送路構成を変えた構成を示している。図４において伝送路ファイバ４００の出力端に接続されていた分散補償ファイバ４３、光カプラ４１及び励起光源４２を含むユニット（第２の光学手段）５００を、伝送路ファイバ４００の中間（光通信装置間の途中）に挿入した構成となっている。これにより、光中継装置３００Ｂは図４の光中継装置３００Ａからユニット５００を取り除いた構成となる。また、図１０の構成は伝送路ファイバ４００の段間に配置した分散補償ファイバ４３の出力端、及び伝送路ファイバ４００−分散補償ファイバ４３−伝送路ファイバ４００と接続された後段の伝送路ファイバ４００の出力端にＤＲＡ用励起光を光ファイバへ入射するための光カプラ３１を備える。同様に、光受信装置２００Ｂも光受信装置２００Ａからユニット５００を取り除いた構成である。本構成では、伝送路ファイバ４００の中間段にＤＲＡが具備され、ＥＤＦＡ３５Ａを含む光中継装置間の平均の光レベルが高く維持されるため、ＯＳＮＲ特性が図４に示す実施形態よりも改善されるという利点を有する。しかし、伝送路の中間段に配置した分散補償ファイバ４３の出力端にＤＲＡ用励起光接続用の光カプラ４１が必要となるため、スパン長（中継器間隔）は実質的に半減したことになる。
【００３６】
次に、図１１を参照して本発明の第2の実施の形態を説明する。
【００３７】
システムの大容量化のために、例えば1波長当たりのビットレートを４０Ｇｂ／ｓ程度まで上昇させた場合、前述したように光ファイバの分散及び分散スロープの影響を強く受ける。従って、精度の高い分散補償技術が必要となる。図４に示す第1の実施の形態においては、信号波長帯毎に伝送路ファイバ４００の累積分散を補償する技術であるが、ファイバの製造誤差などによりすべての信号波長帯において累積分散をほぼ１００％補償することは困難である。そこで、第1の実施の形態に対して1波長毎に分散補償を行う機能を追加したものが第2の実施の形態となる。
【００３８】
第2の実施の形態は、第１の実施の形態で用いている光送信装置１００Ａ及び光受信装置２００Ａに、分散補償要デバイス６５及び６６をそれぞれ付加した構成の光送信装置１００Ｂ及び光受信装置２００Ｃを具備する。光送信装置１００Ｂは、可変光減衰器１２の出力と第１の合波器１３の入力間に分散補償用デバイス６５を配置た構成である。また、光受信装置２００Ｃは、第２の分波器２８の出力に分散補償デバイス６６を配置した構成である。ここで、分散補償デバイス６５及び６６としては、分散補償ファイバ又は可変分散補償器(例えばVirtually Imaged Phased Array(VIPA, M. Shirasaki, et. al., “VARIABLE DISPERSION COMPENSATOR USING THE VIRTUALLY IMAGED PHASED ARRAY (VIPA) FOR 40-Gbit/sＷＤＭ TRANSMISSION SYSTEMS”, ECOC 2000, Postdeadline Papers Topic 2, 2.3参照) 等を用いる。この光送信装置１００Ｂ及び光受信装置２００Ｃに配置する分散補償デバイス６５及び６６によって、伝送路や各信号波長帯毎に配置された分散補償ファイバ１６及び２６によっても補償されない残留分散が補償されることになり、高精度な分散補償が提供可能となる。そして、1波長当たりのビットレートが４０Ｇｂ／ｓ程度と高速になっても光ファイバの波長分散の影響を抑圧し、良好な受光特性が得られることになる。
【００３９】
図１２に、本発明による第３の実施の形態を示す。第３の実施の形態は、前述の第２の実施の形態に対して、受信側の各波長に偏波モード分散補償器(ＰＭＤＣ: Polarization Mode Dispersion Compensator)６７を備えた構成の光受信装置２００Ｄを有する。これは、1波長当たりのビットレートが４０Gｂ／ｓ程度まで上昇した場合に、偏波モード分散の影響が無視できなくなることを考慮して設けたものである。ＰＭＤＣ６７は、第２の実施の形態において、第２の分波器２８の出力と分散補償デバイス６６の入力間に配置される。このＰＭＤＣ６７により、受信端においてＰＭＤの影響を補償可能なため、1波長当たりのビットレートが４０Gｂ／ｓ程度であっても良好な受光特性が得られる。
【００４０】
次に、上記各実施の形態で用いられるＤＲＡ用励起光源３２ついて、図１３を参照して説明する。なお、以下の説明は，ＤＲＡ用励起光源２２についても同様に当てはまる。
【００４１】
図１３は、光ファイバの誘導ラマン散乱によるラマン利得を利用したラマン光増幅器(ＤＲＡ)の構成及び利得特性を示している。図１３（ａ）にＤＲＡ用の励起光源３２として異なる３波長λ１、λ２及びλ３の光を用いた場合の構成を示している。光ファイバの一端に接続した光カプラよりＤＲＡ用励起光源３２を接続し、励起光が光ファイバ４００へ入射される。この時のＤＲＡの利得特性を簡単に説明したものが図１３（ｂ）である。ラマン利得は励起光波長からおおよそ１００ｎｍほど長波長側に離れた波長にピークを持つ特性となる。従って、通常は信号波長帯域全域にわたって利得が得られるように波長の異なる複数の励起光(図中では３波長)を準備する。しかし、このとき、図１３（ｂ）に示すとおり、励起光の波長間隔が広い場合には利得特性にうねりやリップルが生じる。そこで、図１３（ａ）に示す構成は、ＤＲＡの利得波長依存性を補償するためにゲインイコライザ７０を具備している。
【００４２】
このようなＤＲＡに対し、本発明の実施の形態では、図１４（ａ）に示すように、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）４３及びこれをラマン励起するための励起光源４２及び光カプラ４１を設けている。ここで、２つの励起光源３２と４２の励起光の波長について説明する。なお、以下の説明は、ＤＲＡ用励起光源２２及び５２についても同様に当てはまる。
【００４３】
図１４（ａ）に示すように、本発明による波長分割多重伝送システムでは伝送路ファイバ４００及び伝送路ファイバ４００に接続した分散補償ファイバ４３をラマン励起する構成となっている。具体的には、伝送路ファイバ４００とこの伝送路ファイバ４００の累積分散を補償する特性を持つ分散補償ファイバ４３を接続し、そのそれぞれの出力端には光カプラ３１及び４１を接続してＤＲＡ用の励起光源３２及び４２を接続した構成を示している。ここで、伝送路ファイバ４００へ入射する励起光源波長λ１、λ２及びλ３と分散補償ファイバへ入射する励起光源波長λ１’、λ２’及びλ３’は異なる波長を用いている。
【００４４】
図１４（ｂ）（ｉ）は、励起光波長としてλ１、λ２及びλ３を用いて伝送路ファイバ４００をラマン励起した場合のＤＲＡ利得特性を示している。また、図１４（ｂ）（ｉｉ）は、励起光波長として前出の励起光波長とは異なるλ１’、λ２’及びλ３’を用いた場合のＤＲＡ利得特性を示している。図に示すように、伝送路ファイバ４００へ入射する励起光波長λ１、λ２及びλ３と分散補償ファイバ４３へ入射する励起光波長λ１’、λ２’及びλ３’が異なるために、各ファイバでのＤＲＡ利得特性も波長軸方向でズレたような特性となる。このような特性を持ったＤＲＡが図１４（ａ）に示す構成のようにカスケード接続された場合、ＤＲＡの利得特性は図１４（ｂ）（ｉ）と（ｉｉ）を合成した図１４（ｂ）（ｉｉｉ）に示すようなうねりやリップルの少ない特性となる。
【００４５】
以上に示したとおり、本発明による波長分割多重伝送システムでは、伝送路ファイバや分散補償ファイバそれぞれに入射するＤＲＡ励起用光源の波長を入射するファイバ毎にズラすことで、波長に対して平坦な利得特性を得ることが可能となる。
【００４６】
本発明は、上記第１ないし第３の実施の形態に限定されるものではない。前記実施の形態においては、信号波長帯域としてC-band、L-band及びS-bandを一例とした。しかしながら、本発明はC-bandとL-bandのみの信号波長帯域を用いる実施の形態、S-bandに代えて又はこれに加えてL+-bandなどの新たな信号波長帯域を用いる実施の形態などを含むものである。
【００４７】
また、光送信装置１００Ａ、１００Ｂは光送信機１１を含む構成であったが、本発明はこれを含まない構成を光送信装置と定義した光通信装置をも含む。同様に、光受信装置２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ及び２００Ｄは、光受信機２９を含む構成であったが、本発明はこれを含まない構成を光受信装置と定義した光通信装置をも含む。
【００４８】
最後に、本発明の特徴の一部を以下にまとめて示す。
【００４９】
（付記１） 複数の信号伝送帯域の信号を波長分割多重処理する光通信装置において、複数の信号伝送帯域の少なくとも１つの伝送帯域で、前記光通信装置が接続される伝送路の分散を補償する特性を持ちかつラマン増幅を行なう第１の光学手段を設けたことを特徴とする光通信装置。
【００５０】
（付記２） 前記第１の光学手段は、分散補償ファイバを含むことを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００５１】
（付記３） 前記第１の光学手段は、分散補償ファイバと、光カプラと、該光カプラを介して前記分散補償ファイバの誘導ラマン散乱によるラマン利得が得られるような波長の励起光を出力する励起光源を具備することを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００５２】
（付記４） 前記伝送路の出力端に接続され、複数の信号伝送帯域のうちの所定の信号伝送帯域に関して、該伝送路の波長分散および分散スロープ特性とは逆符号の特性を持ちかつラマン増幅を行なう第２の光学手段を設け、前記第１の光学手段は、前記第２の光学手段で補償されなかった残留分散を補償することを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００５３】
（付記５） 前記第２の光学手段は、前記伝送路の累積分散を完全に、又は所定レベルまで補償する特性を持つ分散補償ファイバを含むことを特徴とする付記４記載の光通信装置。
【００５４】
（付記６） 前記第１の光学手段を前記所定の信号伝送帯域以外の各信号伝送帯域に設けたことを特徴とする付記４記載の光通信装置。
【００５５】
（付記７） 前記第１の光学手段を前記所定の信号伝送帯域以外の各信号伝送帯域に設け、前記所定の信号伝送帯域には所定の非線形係数を有する高非線形光ファイバを具備することを特徴とする付記４記載の光通信装置。
【００５６】
（付記８） 前記第１の光学手段を前記複数の信号伝送帯域の各々に設けたことを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００５７】
（付記９） 前記複数の信号伝送帯域の各々に、前記第１の光学手段と所定の非線形係数を有する高非線形光ファイバとを設けたことを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００５８】
（付記１０） 前記光通信装置は、各信号伝送帯域毎に、送信機出力を受ける可変光減衰器と、各波長の累積分散を補償するための可変分散補償器と、該分散補償器から出力される複数の光信号を合波する第１の合波器とを具備することを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００５９】
（付記１１） 各信号伝送帯域毎に設けられた前記第１の合波器の出力を増幅器又は前記第１の光学手段と増幅器を介して受け取り、合波して波長分割多重光信号を前記伝送路に出力する第２の合波器を具備することを特徴とする付記１０記載の光通信装置。
【００６０】
（付記１２） 前記光通信装置は、各信号波長帯域毎に合波された光信号を出力する第１の合波器と、該第１の合波器の出力を増幅器又は前記第１の光学手段と増幅器を介して受け取り、合波して波長分割多重光信号を前記伝送路に出力する第２の合波器を具備することを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００６１】
（付記１３）前記光通信装置は、前記伝送路から受信した波長分割多重光信号を各信号波長帯域の信号に分波する複数の第１の分波器と、該第１の分波器が出力する光信号を直接又は前記第１の光学手段を介して、各信号波長帯域の複数の信号に分波する第２の分波器とを具備することを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００６２】
（付記１４） 前記光通信装置は、前記第１の分波器から出力される光信号を増幅器又は前記第１の光学手段と増幅器を介して前記第２の分波器に出力することを特徴とする付記１３記載の光通信装置。
【００６３】
（付記１５） 前記光通信装置は、前記第２の分波器から出力される複数の信号の各々の累積分散を補償するための可変分散補償器を有することを特徴とする付記１３記載の光通信装置。
【００６４】
（付記１６） 前記光通信装置は、前記第２の分波器から出力される複数の信号の各々の偏波モード分散を補償するための偏波モード分散補償器を具備することを特徴とする付記１５記載の光通信装置。
【００６５】
（付記１７） 前記第１の光学手段はラマン増幅媒体として動作する分散補償ファイバを含み、該分散補償ファイバの励起光と前記伝送路を構成する光ファイバに与えられる励起光とは異なる波長を持つことを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００６６】
（付記１８） 前記複数の信号波長帯域の各々に、希土類添加ファイバを用いた一定利得制御の光ファイバ増幅器と、該光ファイバ増幅器の出力に設けられた可変光減衰器とを設けたことを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００６７】
（付記１９） 前記光通信装置は、送信機出力を受け取り、波長分割多重光信号を前記伝送路に出力する光送信装置であることを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００６８】
（付記２０） 前記光通信装置は、前記伝送路から波長分割多重光信号を受け取り、各信号波長帯域毎に含まれる複数の光信号を光受信機に出力する光受信装置であることを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００６９】
（付記２１） 前記光通信装置は、前記伝送路から波長分割多重光信号を受け取って各信号波長帯域毎に多重化された信号を増幅し、再度多重化して増幅された波長分割多重光信号を前記伝送路に出力する中継装置であることを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００７０】
（付記２２） 前記通信装置は更に、前記伝送路を構成する伝送路ファイバの波長分散および分散スロープ特性とは逆符号の特性を持ちかつラマン増幅を行なう分散補償ファイバを具備することを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００７１】
（付記２３） 複数の信号伝送帯域の波長分割多重信号を送受信する一対の光送受信装置と光信号を増幅中継する少なくとも一つの光中継装置を具備し、これらの装置間を接続する伝送路からなる光通信システムにおいて、前記光送受信機および光中継装置はそれぞれ、複数の信号伝送帯域のうちの少なくとも１つの信号伝送帯域で、前記伝送路の累積分散を補償する特性を持ちかつラマン増幅を行なう光学手段を有することを特徴とする光通信システム。
【００７２】
（付記２４） 光ファイバを有する伝送路と、これに接続される光通信装置を有する光通信システムにおいて、前記光通信装置に、複数の信号伝送帯域のうちの少なくとも１つの信号伝送帯域で、前記光ファイバの累積分散を補償する特性を持ちかつラマン増幅を行なう第１の光学手段を設けるとともに、前記伝送路に、当該伝送路の波長分散および分散スロープ特性とは逆符号の特性を持ちかつラマン増幅を行なう第２の光学手段を設けたことを特徴とする光通信システム。
【００７３】
（付記２５） 前記第２の光学手段は、前記伝送路の一端に設けられていることを特徴とする付記２４記載の光通信システム。
【００７４】
（付記２６） 前記第２の光学手段は、前記伝送路の中間に設けられていることを特徴とする付記２４記載の光通信システム。
【００７５】
（付記２７） 複数の信号伝送帯域の信号を波長分割多重処理する方法において、複数の信号伝送帯域のうちの少なくとも１の信号伝送帯域で、伝送路の分散を補償し、かつラマン増幅をすることを特徴とする方法。
【００７６】
（付記２８） 複数の信号伝送帯域の信号を波長分割多重処理する方法において、複数の信号伝送帯域の少なくとも１つの信号伝送帯域において、伝送路の累積分散を補償し同時にラマン増幅を行なうことを特徴とする方法。
【００７７】
（付記２９） 複数の信号伝送帯域の信号を波長分割多重処理する方法において、伝送路に設けた光学手段で伝送路の累積分散を補償するとともに、光通信装置に設けた別の光学手段で伝送路の累積分散を補償し同時にラマン増幅を行なうことを特徴とする方法。
【００７８】
【発明の効果】
以上に説明した通り、本発明によれば、大容量化のために1波長当たりのビットレートが４０Ｇｂ／ｓと高速化された場合であっても、かつ、新しい信号帯域の開拓等により信号波長帯域が広くなった場合であっても良好な伝送路特性を得られるシステムを構築可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＷＤＭ伝送システム構成の一例を示すブロック図である。
【図２】従来のＷＤＭ伝送システムにおける光増幅器構成の一例を示すブロック図である。
【図３】光ファイバの波長分散特性を示す図である。
【図４】本発明によるＷＤＭ伝送システム構成の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図５】本発明によるＷＤＭ伝送システムにおける光増幅器構成の一例を示すブロック図である。
【図６】本発明によるＷＤＭ伝送システムにおける分散補償の一例(理想的な場合)を示す図である。
【図７】本発明によるＷＤＭ伝送システムにおける分散補償の一例を示す図である。
【図８】本発明によるＷＤＭ伝送システムにおいてＤＣＦの変わりに高非線形ファイバを用いた一例を示すブロック図である。
【図９】本発明によるＷＤＭ伝送システムにおいてＤＣＦ+高非線形ファイバを用いた分散補償の一例を示すブロック図である。
【図１０】図４の第１の実施の形態において伝送路構成を変えた構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明によるＷＤＭ伝送システム構成の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図１２】本発明によるＷＤＭ伝送システム構成の第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図１３】ラマン光増幅器の一例を示す図である。
【図１４】本発明によるラマン光増幅器の一構成例を示す図である。
【発明の属する技術分野】
ＩＰ（Internet Protocol）トラフィックの爆発的な増大により、大容量かつ低コストな伝送システムに対する要求が急増している。そのような要求に対して、光波長分割多重(ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing)伝送システムの更なる大容量化および低コスト化は一つの解となる。ＷＤＭ伝送システムでは、大容量化の手段として（１）１波長当たりの伝送速度を高速化、（２）信号波長配置間隔を狭めた高密度波長分割多重、（３）複数の信号波長帯(例えば1.55μm帯(C band)と1.58μm帯(L band))を用いたＷＤＭ伝送、（４）新たな信号波長帯域(例えば C-bandよりも短波長側のS-bandやL-bandよりも長波長側のL+-band)の開拓による広帯域化の実現などが考えられている。（１）は１波長当たりの信号ビットレートを高くすることにより大容量化を目指すアプローチであり、（２）〜（４）は信号波長数(波長多重数)を増やすことによって大容量化を目指すアプローチである。また、低コスト化としては電気-光-電気変換を含む３Ｒ中継器数の削減、すなわち、希土類添加ファイバを備えた光増幅器のみを用いて光増幅中継することが考えられている。
【０００２】
しかし、上記のＷＤＭ伝送システムを実現しようとした場合、光ファイバ増幅器より発生する雑音、光ファイバの波長分散、偏波モード分散、非線形効果に起因する波形歪の累積などの制限要因により伝送距離や伝送容量が制限されてしまうという課題がある。
【０００３】
本発明は、ＷＤＭ伝送システムにおいて長距離大容量光伝送を可能とする光ファイバ伝送路の波長分散補償方法に関するものである。
【０００４】
【従来の技術】
ある波長の光を出力する光源の駆動電流を制御して生成した光パルス、又はある波長の光源より出力された連続光をＬＮ（ＬｉＮｂＯ３：リチウム・ナイヤベート）変調器などの外部変調器によって強度変調することによって生成した光パルスは、周波数領域では広いスペクトラムを持つ。このような光パルスが、光の伝搬速度が波長に依存するという波長分散特性を有する光ファイバ中を伝搬すると、光パルスの波形歪みを生じることになる。このような波長分散の影響を軽減するために、光信号波長の分散値がほぼゼロとなるように光ファイバの波長分散値を制御することが有効であることは既に知られている。
【０００５】
現在、光伝送に用いられている波長は、光信号を光のまま増幅可能な希土類添加ファイバを用いた光ファイバ増幅器の動作波長帯であるλ=1.55μm付近の光が用いられている。しかし、現在一般的に多く用いられているシングルモード光ファイバ(ＳＭＦ: Single Mode Fiber)では、ゼロ分散波長がλ=1.3μm付近に存在する。そこで、”伝送路として用いるＳＭＦ”と”ＳＭＦの波長分散及び分散スロープ特性と逆符号の特性を有する分散補償ファイバ(ＤＣＦ: Dispersion Compensation Fiber)”を組み合わせることによって、ＳＭＦ+ＤＣＦの長手方向の平均分散値が信号波長帯域のおいてゼロとなるように制御する分散補償技術が用いられている。この技術を用いたＷＤＭ伝送システム構成を図1に示す。
【０００６】
図1は従来のＷＤＭ伝送システムの一例を示している。図示するＷＤＭ伝送システムは、光送信装置１００、光受信装置２００、光中継装置３００及びこれらを結ぶ伝送路ファイバを含む光伝送路４００で構成されている。
【０００７】
光送信装置１００の内部又は外部に設けれた光送信機(ＯＳ)１１より出力された各波長の光は、光信号の入力パワーを調整する光可変減衰器(Variable ＡＴＴ)１２を経由して、各波長の光を合波する合波器(ＭＵＸ)１３へ入力される。ここで各波長の光は、ある信号波長帯域毎(例えば、C-band, L-band, …)に合波される。そして、各信号波長帯域のＷＤＭ光信号は、希土類であるエルビウムを添加した光ファイバを用いたエルビウム添加ファイバ増幅器(ＥＤＦＡ: Erbium Doped Fiber Amplifier)ユニット１７によって増幅される。なお、図１及びその他の図において、便宜上、参照番号は１つの信号波長帯域に関する構成部品に主として付与する。
【０００８】
図２に従来の光増幅器の構成の一例を示す。従来の光増幅器ユニット１７は２段構成のＥＤＦＡ１４、１５の段間に伝送路ファイバ４００とは逆符号の分散及び分散スロープ特性を持つ分散補償ファイバ（ＤＣＦ）１６を接続した構成である。また、図２はＥＤＦＡ１４の一構成例を示している。ＥＤＦＡ１５も図２の構成である。ＥＤＦＡ１４は、２つのＥＤＦと励起光を出力する２つのポンプ光源、ＷＤＭカプラ、アイソレータ、及びアッテネータなどを含んで構成されている。このような構成では、ＤＣＦ１６で発生する非線形効果による波形歪みの影響を抑えるためにＤＣＦ１６への最大入力パワーが制限されるので、前段ＥＤＦＡ１４の出力パワーをある一定値以上に高く設定できない。よって、ＤＣＦ１６の損失が大きくなった場合、ＥＤＦＡ１４、１５でのＯＳＮＲ劣化が顕著となり、システム全体の光伝送特性を低下させる一つの要因となる。
【０００９】
各信号波長帯域のＥＤＦＡ１５より出力された光は、各信号波長帯域の光を合波する光カプラ(ＢＡＮＤ ＭＵＸ)１８によって合波された後に、伝送路ファイバ４００へと入射される。光中継装置３００に収容された伝送路ファイバ４００の出力端には光カプラ３１が接続されており、そのカプラ３１より誘導ラマン散乱(SRS: Stimulus Raman Scattering)を利用し、伝送路ファイバ４００を増幅媒体とする集中ラマン増幅(ＤＲＡ)用の励起光が励起光源(pump ＬＤ)３２より入射される。従って、伝送路ファイバ４００を伝搬する光はＤＲＡによって増幅されて、伝送路ファイバ４００中に配置された光中継装置３００内部へと入力される。
【００１０】
光中継装置３００へ入力された光は、各波長帯域へＷＤＭ光信号を分波する分波器(ＢＡＮＤ ＤＥＭＵＸ)３３を経由して、信号波長帯域毎に準備された２段構成の光増幅器３７へ入力される。この増幅器３７は２つのＥＤＦＡ３４、３５で構成される２段間に伝送路ファイバ４００とは逆符号の波長分散特性を持つＤＣＦ３６を備えたものである。各信号波長帯域のＥＤＦＡ３５の出力光は合波器３８によって合波された後に、再び伝送路ファイバ４００へ入射される。
【００１１】
そして、伝送路ファイバ４００中をＤＲＡによる増幅を伴って伝搬した光は、光受信装置２００へと入力され、光カプラ２１を通り分波器２３で各波長帯域に分波される。そして、段間にＤＣＦ２６を備えるＥＤＦＡ２４、２５の２段構成の増幅器ユニット２７を経由して、各波長に光を分波する分波器（ＤＥＭＵＸ)２８へ入力される。分波器２８によって各波長に分波された光は、それぞれの波長の光受信機２９へと入力されて、そこで受信される。なお、カプラ２１より誘導ラマン散乱を利用し伝送路ファイバ４００を増幅媒体とする集中ラマン増幅用の励起光が、励起光源(pump ＬＤ)２２より入射される。従って、伝送路ファイバ４００を伝搬する光はＤＲＡによって増幅されて、伝送路ファイバ４００中の端部に配置された光受信装置２００内部へと入力される。
【００１２】
図３に、分散補償方法についての概念図を示す。図中の四角中に示す構成での累積分散について考える。図中のグラフはＳＭＦ、ＤＣＦ(C-band又はL-band用)及びＳＭＦ+ＤＣＦの累積分散特性を示す。図示するように、一般に多く用いられている光ファイバの波長分散特性は、波長に対して緩やかなカーブを描いたような特性を持つ。すなわち、信号波長帯(C-band, L-band, …)毎に波長に対する分散特性の傾き(分散スロープ)が異なる。また、全波長帯域にわたり、伝送路ファイバに対して逆符号の波長分散及び分散スロープを有するＤＣＦを作成することは非常に困難である。従って、現在では、図中に示すように、伝送路の波長分散を信号波長帯域毎、又は波長毎に分散補償する手法が一般的となっている。
【００１３】
以上に記載したようにして、ＳＭＦの波長分散特性(図中ＳＭＦ)とは逆符号の波長分散特性を持つ各信号波長帯用のＤＣＦ(図中 ＤＣＦ for C-band 又は ＤＣＦ for L-band)により、ＳＭＦ+ＤＣＦのトータルの累積分散をゼロ(図中 total)とすることができる。しかし、実際には伝送路ファイバと逆符号の波長分散特性を持つＤＣＦを製造することは非常で困難であるために、若干の残留分散が残る可能性がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
伝送路の分散補償を行い、波長分散による信号波形劣化を抑圧する従来の光波長分割多重伝送システムにおいて、1波長当たりのビットレートを上昇させて大容量化を実現する手法、又は、信号波長間隔を狭くして超高密度波長分割多重をする手法や信号波長帯域を新たに開拓する手法によって波長数を増大させて大容量化を行う場合に、以下に示すような問題が生じる。
【００１５】
伝送速度が高速になればなるほど、光信号のスペクトルは広がる。従って、従来のシステムよりも更に分散及び分散スロープの影響を強く受け、光パルスの波形歪みが大きくなるという問題が生じる。このため、従来よりも更に精度の高い分散補償技術が必要となる。
【００１６】
また、信号波長帯域を拡大した場合は、前述したとおり、光ファイバの分散特性や分散スロープ特性が信号波長帯域毎に異なるため、それぞれの伝送路に適したＤＣＦを開発する、又は複数のＤＣＦを組み合わせて伝送路に適した分散特性を提供する必要があるなどの理由により、分散補償が更に複雑になるという問題が生じる。しかも、新しい信号波長帯域を開拓して波長数を増やした場合、その波長帯での累積分散が大きくなる可能性があり、要求されるＤＣＦ量も増える可能性がある。この場合、図1に示すような従来の構成では、２段構成のＥＤＦＡ１３、１４の段間に配置されたＤＣＦ１５は、ＤＣＦ損失が増加することにより光信号対雑音比(ＯＳＮＲ: Optical Signal-to-Noise Ratio)劣化を引き起こす原因となる。しかし、信号速度の高速化により光受信機に対する要求も厳しくなるので、従来よりも更に高いＯＳＮＲ特性を実現する伝送システムを必要とする場合に、ＤＣＦ損失の増加は問題となる。また、ＤＣＦ１６の損失が増えない場合であったとしても、ＤＣＦ１６での非線形効果の発生を抑圧するために、前段ＥＤＦＡ１４の出力パワーが制限されるので、ＯＳＮＲ特性の改善が期待できない。
【００１７】
従って、本発明は上記従来技術の問題点を解決し、信号伝送速度が高速になった場合や信号伝送帯域幅が拡大した場合であっても適切に分散補償でき、かつ高いＯＳＮＲ特性が得られる光波長分割多重伝送システム及び方法、並びにこのシステムを構築するに適当な光通信装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の信号伝送帯域の信号を波長分割多重処理する光通信装置において、伝送路から受信した波長分割多重光信号を各信号波長帯域の光信号に分波する第１の分波器と、該第１の分波器が出力する光信号を直接又は第１の光学手段を介して、各信号波長帯域の光信号より各波長の信号に分波する第２の分波器と、を具備し、前記光通信装置が接続される伝送路の出力端に接続され、複数の信号伝送帯域のうちの所定の信号伝送帯域に関して、該伝送路の波長分散および分散スロープ特性とは逆符号の特性を持ちかつラマン増幅を行なう第２の光学手段を設け、前記第１の光学手段は、各信号伝送帯域に関して前記第２の光学手段で補償されなかった残留波長分散および分布スロープを補償する特性を持ちかつラマン増幅を行なうことを特徴とする光通信装置である。分散補償を行ないつつ、集中ラマン増幅を行なうため、信号伝送速度が高速になった場合や信号伝送帯域幅が拡大した場合であっても適切に分散補償でき、かつ高いＯＳＮＲ特性が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、従来の方式では2段構成のＥＤＦＡの段間に配置されていたＤＣＦの配置位置を変更し、信号伝送速度が高速になった場合や信号伝送帯域幅が拡大した場合であっても対応可能な性能を持つ分散補償方法を提供し、かつ、ＯＳＮＲ特性を改善した光波長分割多重伝送システム及び方法、並びにこのシステムに用いられる光通信装置を提供するものである。
【００２０】
このために、本発明の一実施の形態は、伝送路ファイバの一端にＤＣＦを接続し、かつ、該ＤＣＦによって補償されなかった残留分散を各信号波長帯に信号を分波する分波器の出力部分に具備した信号波長帯毎に分散補償するためのＤＣＦ、又は各波長へ信号を分波する分波器の出力に具備した信号波長毎に分散補償するための分散補償用デバイス(ＤＣＦ又は可変分散補償器)によって精度の高い分散補償を行う技術を含む。
【００２１】
また、本実施の形態は、伝送路に接続するＤＣＦ、又は各信号波長帯域へ分波する分波器の出力へ接続するＤＣＦを増幅媒体とする集中ラマン増幅機能を備えることで、ＤＣＦの損失を補償し、各光ファイバ増幅器へ高光パワーの信号を入力することによりＯＳＮＲ劣化の少ない光信号の中継が可能となる光波長分割多重伝送を含む。
【００２２】
図４に本発明の第1の実施の形態を示す。本発明の第１の実施の形態は、伝送路ファイバ及び分散補償用のＤＣＦを増幅媒体としたＤＲＡを用いることを想定した光波長分割多重伝送システム及び方法並びにこのシステムに用いられる光送信装置、光受信装置及び光中継装置などの光通信装置を含む。
。なお、図４中、前述した図１〜図３に示す構成要素と同一のものについては同一の参照番号を付してある。
【００２３】
図４に示すシステムは、光送信装置１００Ａ、光受信装置２００Ａ、光中継装置３００Ａ及び伝送路ファイバ４００を有する。実際のシステムでは、複数の光中継装置３００Ａが設けられている。光送信装置１００Ａは従来の光送信装置１００とは異なり、ＥＤＦＡ１４を具備しておらず、新たに励起光源２０と光カプラ１９を各信号波長帯域毎に図示するように設けたものである。ＤＣＦ１６と光カプラ１９と励起光源２０とで第１の光学手段を構成する。第１の光学手段は、伝送路４００の分散（累積分散）を補償する特性を持ちかつ集中ラマン増幅を行なう。また、後述するように、ＥＤＦＡ１５ＡはＥＤＦＡ１５とは異なる内部構成を持つ。
【００２４】
光受信装置２００Ａは従来の光受信装置２００とは異なり、ＥＤＦＡ２４を具備しておらず、新たに励起光源５５と光カプラ５４を各信号波長帯域毎に図示するように設け、更に光カプラ５１、励起光源５２及びＤＣＦ５３を伝送路ファイバ４００に図示するように設けたものである。ＤＣＦ２６と光カプラ５４と励起光源５５で第１の光学手段を構成する。また、ＤＣＦ５３と光カプラ５１と励起光源５２とで第２の光学手段を構成する。第２の光学手段は、伝送路４００の波長分散および分散スロープ特性とは逆符号の特性を持ちかつ集中ラマン増幅を行なう。第１の光学手段は、第２の光学手段で補償されなかった伝送路４００の残留分散を補償する。また、ＥＤＦＡ２５Ａは、ＥＤＦＡ２５とは異なる内部構成を有する。
【００２５】
光中継装置３００Ａは従来の光中継装置３００とは異なり、ＥＤＦＡ３４を具備しておらず、新たに励起光源４５と光カプラ４４を各信号波長帯域毎に図示するように設け、更に光カプラ４１、励起光源４２及びＤＣＦ４３を伝送路ファイバ４００に図示するように設けたものである。ＤＣＦ３６と光カプラ４４と励起光源４５で第１の光学手段を構成する。また、ＤＣＦ４３と光カプラ４１と励起光源４２とで第２の光学手段を構成する。第２の光学手段は、伝送路４００の波長分散および分散スロープ特性とは逆符号の特性を持ちかつ集中ラマン増幅を行なう。第１の光学手段は、第２の光学手段で補償されなかった伝送路４００の残留分散を補償する。また、ＥＤＦＡ２５ＡはＥＤＦＡ２５とは異なる内部構成を持つ。
【００２６】
光送信機１１より出力された各波長の光は、波長毎に光信号の入力パワーを調整する光可変減衰器１２を経由して、各波長の光を合波してＷＤＭ光信号を出力する合波器(ＭＵＸ)１３へ入力される。ここで各波長の光は、ある信号波長帯域毎(例えば、C-band,L-band, S-band, …) に合波される。そして、合波器１３より出力された各信号波長帯域のＷＤＭ光信号は、伝送路ファイバ４００とは逆符号の分散特性を持つＤＣＦ１６へ入力されて分散補償される。このＤＣＦ１６の出力端には光カプラ１９が接続されており、ＤＣＦ１６を増幅媒体として信号を増幅する集中ラマン増幅(ＤＲＡ)用の励起光が励起光源（pump ＬＤ）２０から光カプラ１９を経由してＤＣＦ１６へと入射される。
【００２７】
ここで、励起光源２０より出力される励起光波長は、各信号帯域においてラマン利得が得られる波長に設定するものとする。従って、ＤＣＦ１６へ入力されたＷＤＭ光信号はＤＲＡによる信号増幅を伴いながら、ファイバ中を伝搬する。ＤＣＦ１６の出力に接続された光カプラ１９を経由して出力された各信号波長帯のＷＤＭ光信号は、エルビウム添加ファイバを用いたエルビウム添加ファイバ増幅器(ＥＤＦＡ)１５Ａで増幅される。
【００２８】
図５に、本発明による光増幅器１５Ａの一構成例を示す。図中に示すＥＤＦＡ１５Ａは、ＡＧＣ(Auto Gain Control)により利得が一定となるように制御され、またＥＤＦＡ１５Ａの出力には出力パワー調整用の可変光減衰器６１を備える。このように、ＥＤＦＡ１５Ａの構成が従来の構成(図２参照)と比較して簡易となり、かつＥＤＦＡ１５Ａの前段に配置したＤＣＦ１６を増幅媒体としたＤＲＡによりＤＣＦ１６の損失を補償することでＥＤＦＡ１５Ａへの入力パワーを高くすることができる。従って、従来の構成よりも低雑音指数(高いＯＳＮＲ)特性を有する光増幅器を構成することができる。そして、ＤＣＦ１６は一般的に高い非線形性を有するので、大きなラマン利得を得られるという利点もある。上記信号波長帯域毎の各光増幅器より出力されたＷＤＭ光信号は、各信号波長帯域の光を合波する光カプラ(ＢＡＮＤ ＭＵＸ)１８によって合波された後に伝送路ファイバへと入射される。
【００２９】
伝送路ファイバ４００の出力端には光中継装置３００Ａに設けられた光カプラ３１が接続されており、そのカプラより伝送路ファイバ４００を増幅媒体とするＤＲＡ用の励起光が、励起光源３２から伝送路ファイバ４００へ入射される。ここで、励起光源３２より出力される励起光波長は、信号波長帯域においてラマン利得が得られる波長に設定する。従って、伝送路ファイバ４００へ入射されたＷＤＭ光信号はＤＲＡにより増幅されながらファイバ４００中を伝搬し、伝送路の終端に配置された光中継装置３００Ａへと入力される。
光中継装置３００Ａへ入力されたＷＤＭ光信号は、まず伝送路ファイバ４００と逆符号の分散及び分散スロープ特性を持つＤＣＦ４３へ入射される。ＤＣＦ４３の出力部分には光カプラ４１が接続されており、信号波長帯においてラマン利得が得られるような波長を持つＤＲＡ用の励起光が、励起光源４２から光カプラ４１を経由してＤＣＦ４３へと入射される。従って、ＤＣＦ４３へ入力されたＷＤＭ光信号は、ＤＲＡによる信号増幅を伴いながらファイバ中を伝搬する。光カプラ４１を経由して出力されたＷＤＭ光信号は、各信号波長帯域へ分波する分波器(ＢＡＮＤ ＤＥＭＵＸ)３３へ入力される。分波器３３の各信号波長帯に対応するポートより出力された光は、伝送路ファイバ４００の累積分散のうち中継装置入力に備えられたＤＣＦ４３によって分散補償されなかった残留分散を補償する分散及び分散スロープ特性を持つＤＣＦ３６へと入力される。このＤＣＦ３６の出力には、励起光源４５が出力するＤＲＡ用の励起光をＤＣＦ３６へ入射するための光カプラ４４が設けられている。よって、ＤＣＦ３６を伝搬する光はＤＲＡにより利得を得られる。そして、光カプラ４４を経由して出力された信号波長帯域毎のＷＤＭ光信号はＥＤＦＡ３５Ａへ入力され、そこで増幅される。ＥＤＦＡ３５Ａは図５の構成を持つ。各信号波長帯域のＥＤＦＡ３５Ａの出力光は、各信号波長帯域のＷＤＭ光信号を合波する合波器(ＢＡＮＤ ＭＵＸ)３８を経由して、伝送路ファイバ４００へ入射される。
以上のようにして、光中継装置３００Ａを多段中継（図４は１段構成）されたＷＤＭ光信号は、最後に光受信装置２００Ａへ入力される。光受信装置２００Ａへ入力されたＷＤＭ光信号は、光中継装置３００Ａと同様に、ファイバ伝送路４００とは逆符号の分散及び分散スロープ特性を有し、かつＤＲＡ用の増幅媒体となるＤＣＦ５３、各信号波長帯域に光信号を分波する分波器(ＢＡＮＤ ＤＥＭＵＸ)２３、光受信装置２００Ａの入力に配置されたＤＣＦ５３によっても補償されなかった残留分散を補償する分散及び分散スロープ特性を有し、かつＤＲＡ用の増幅媒体となるＤＣＦ２６、各信号波長帯に準備されたＥＤＦＡ２５Ａを経由して、信号波長帯域毎のＷＤＭ光信号を各波長の光へ分波する分波器(ＤＥＭＵＸ)２８へ入力される。分波器２８によって各波長に分波された光はそれぞれの光受信機２９により受信される。励起光源５２が出力する励起光は、光カプラ５１を介してＤＣＦ５３に与えられる。励起光源５５が出力する励起光は、光カプラ５４を介してＤＣＦ２６に与えられる。
【００３０】
ここで、上記した光中継装置３００Ａを例にして、本発明による分散補償方法について説明する。図６、図７は、C-band、L-band及びS-bandを用いた場合の本発明による第１の実施の形態における累積分散特性の一例を示した図である。伝送路ファイバ４００の終端に配置されたＤＲＡ用励起光を入射するための光カプラ３１の出力に、伝送路ファイバ４００のC-bandの分散及び分散スロープ特性とは逆符号の特性を持つ第１の分散補償ファイバ４３が接続されている。ここで、伝送路ファイバ４００の累積分散を１００％完全に補償する理想的な分散補償ファイバが実現できた場合には、第１の分散補償ファイバ４３の出力でのC-band帯の累積分散は完全に補償されることになる(図６に示す累積分散特性対伝送距離特性のC-band帯の距離▲２▼地点の特性を参照)。一方、L-band帯及びＳ-band帯については、第１の分散補償ファイバ４３によって、累積分散が完全に補償されないので若干の残留分散が存在することになる。よって、その残留分散を補償するために、信号帯域毎に分波された後のＥＤＦＡ３５Ｌ及び３５Ｓの入力段に残留分散補償用の第２の分散補償ファイバＤＣＦ３６Ｌ及び３６Ｓを配置している。これらの第２の分散補償ファイバＤＣＦ３６Ｌ及び３６Ｓにはそれぞれ、励起光源４５Ｌ及び４５Ｓが出力する励起光が光カプラ４４Ｌ及び４４Ｓを介して与えられる。ここで、注意すべき点は、図６に示すように、C-band帯については第１の分散補償ファイバ４３による完全に分散補償されるので、第２の分散補償ファイバが必要ないことである。
【００３１】
しかし、実際には、理想的な分散特性を有した分散補償ファイバの開発の困難性やファイバの製造誤差により、伝送路ファイバ４００の累積分散を第１の分散補償ファイバ４３のみで完全に補償することは難しい。その場合を図７示す。図７では、伝送路ファイバ４００と接続されたＤＣＦ４３ではC-band、L-band及びS-band共に完全に分散補償がされずに残留分散が残ってしまう(図中▲２▼点)。従って、各信号波長帯域にＷＤＭ光信号を分波する分波器３３の出力に、C-band、L-band及びS-bandのすべてにそれぞれ第２のＤＣＦ４４Ｃ、４４Ｌ及び４４Ｓを設け、伝送路ファイバ４００の累積分散を完全に補償することが好ましい。
【００３２】
図８に、図６の例において、C-band帯について第２のＤＣＦ３６Ｃを配置しない代わりにＳＭＦ(Single Mode Fiber)と比較して数倍から十数倍程度の高い非線形係数を有する高非線形ファイバ６３Ｃを用いた例を示す。本発明では、ＤＣＦは伝送路の波長分散補償に用いるという目的の他に、ＤＲＡの増幅媒体としての役割をも持つ。この点に関し、図６の例においては、図７で用いている第２のＤＣＦ３６Ｃを増幅媒体としたＤＲＡの信号利得がないために、ＥＤＦＡ３５Ｃへの入力パワーが低くなり、ＥＤＦＡ３５ＣでのＯＳＮＲ劣化がシステム全体のパフォーマンスを劣化させる可能性がある。このような場合には、ＤＲＡの増幅媒体としてＤＣＦの変わりに高非線形ファイバを用いることにする。高非線形光ファイバは非線形係数が大きいため、ファイバ長が短い場合であってもＤＲＡによる信号利得が得られる。
【００３３】
よって、図６に示す構成のように分散補償のためにＤＣＦを必要としない場合に、高非線形ファイバ６３Ｃを用いてＤＲＡによる信号利得を得ることができる。また、図７に示す構成において、第２のＤＣＦ３６Ｃ、３６Ｌ及び３６Ｓの長さが短いために所望のＤＲＡ利得が得られない場合には、図９に示すように、これらのＤＣＦの一端に高非線形ファイバ６３Ｃ、６３Ｌ及び６３Ｓを接続することで所望のＤＲＡ利得を得ることが可能となる。
【００３４】
また、同様のことが伝送路ファイバ端に接続するＤＣＦ４３、５３にも適用可能である。中継間隔が短い場合(すなわち伝送路ファイバ長さが短い場合)は、伝送路ファイバ４００の端に接続するＤＣＦ４３の長は短くて済む。しかし、その場合はＤＣＦ長が短いために所望のＤＲＡ利得が得られない場合がある。このような場合、図９に示すように、第２のＤＣＦ６３Ｃ、６３Ｌ及び６３Ｓに対して適用したのと同様に、ＤＣＦ４３の一端に高非線形ファイバ６３を接続することにより所望のＤＲＡ利得を得ることができる。言い換えると、伝送路長が変わった場合でも、装置の各ポイントでの入力パワーを一定に制御することが可能となり、さまざま伝送路長に対応可能となる。
【００３５】
図１０は、図４の第１の実施の形態において伝送路構成を変えた構成を示している。図４において伝送路ファイバ４００の出力端に接続されていた分散補償ファイバ４３、光カプラ４１及び励起光源４２を含むユニット（第２の光学手段）５００を、伝送路ファイバ４００の中間（光通信装置間の途中）に挿入した構成となっている。これにより、光中継装置３００Ｂは図４の光中継装置３００Ａからユニット５００を取り除いた構成となる。また、図１０の構成は伝送路ファイバ４００の段間に配置した分散補償ファイバ４３の出力端、及び伝送路ファイバ４００−分散補償ファイバ４３−伝送路ファイバ４００と接続された後段の伝送路ファイバ４００の出力端にＤＲＡ用励起光を光ファイバへ入射するための光カプラ３１を備える。同様に、光受信装置２００Ｂも光受信装置２００Ａからユニット５００を取り除いた構成である。本構成では、伝送路ファイバ４００の中間段にＤＲＡが具備され、ＥＤＦＡ３５Ａを含む光中継装置間の平均の光レベルが高く維持されるため、ＯＳＮＲ特性が図４に示す実施形態よりも改善されるという利点を有する。しかし、伝送路の中間段に配置した分散補償ファイバ４３の出力端にＤＲＡ用励起光接続用の光カプラ４１が必要となるため、スパン長（中継器間隔）は実質的に半減したことになる。
【００３６】
次に、図１１を参照して本発明の第2の実施の形態を説明する。
【００３７】
システムの大容量化のために、例えば1波長当たりのビットレートを４０Ｇｂ／ｓ程度まで上昇させた場合、前述したように光ファイバの分散及び分散スロープの影響を強く受ける。従って、精度の高い分散補償技術が必要となる。図４に示す第1の実施の形態においては、信号波長帯毎に伝送路ファイバ４００の累積分散を補償する技術であるが、ファイバの製造誤差などによりすべての信号波長帯において累積分散をほぼ１００％補償することは困難である。そこで、第1の実施の形態に対して1波長毎に分散補償を行う機能を追加したものが第2の実施の形態となる。
【００３８】
第2の実施の形態は、第１の実施の形態で用いている光送信装置１００Ａ及び光受信装置２００Ａに、分散補償要デバイス６５及び６６をそれぞれ付加した構成の光送信装置１００Ｂ及び光受信装置２００Ｃを具備する。光送信装置１００Ｂは、可変光減衰器１２の出力と第１の合波器１３の入力間に分散補償用デバイス６５を配置た構成である。また、光受信装置２００Ｃは、第２の分波器２８の出力に分散補償デバイス６６を配置した構成である。ここで、分散補償デバイス６５及び６６としては、分散補償ファイバ又は可変分散補償器(例えばVirtually Imaged Phased Array(VIPA, M. Shirasaki, et. al., “VARIABLE DISPERSION COMPENSATOR USING THE VIRTUALLY IMAGED PHASED ARRAY (VIPA) FOR 40-Gbit/sＷＤＭ TRANSMISSION SYSTEMS”, ECOC 2000, Postdeadline Papers Topic 2, 2.3参照) 等を用いる。この光送信装置１００Ｂ及び光受信装置２００Ｃに配置する分散補償デバイス６５及び６６によって、伝送路や各信号波長帯毎に配置された分散補償ファイバ１６及び２６によっても補償されない残留分散が補償されることになり、高精度な分散補償が提供可能となる。そして、1波長当たりのビットレートが４０Ｇｂ／ｓ程度と高速になっても光ファイバの波長分散の影響を抑圧し、良好な受光特性が得られることになる。
【００３９】
図１２に、本発明による第３の実施の形態を示す。第３の実施の形態は、前述の第２の実施の形態に対して、受信側の各波長に偏波モード分散補償器(ＰＭＤＣ: Polarization Mode Dispersion Compensator)６７を備えた構成の光受信装置２００Ｄを有する。これは、1波長当たりのビットレートが４０Gｂ／ｓ程度まで上昇した場合に、偏波モード分散の影響が無視できなくなることを考慮して設けたものである。ＰＭＤＣ６７は、第２の実施の形態において、第２の分波器２８の出力と分散補償デバイス６６の入力間に配置される。このＰＭＤＣ６７により、受信端においてＰＭＤの影響を補償可能なため、1波長当たりのビットレートが４０Gｂ／ｓ程度であっても良好な受光特性が得られる。
【００４０】
次に、上記各実施の形態で用いられるＤＲＡ用励起光源３２ついて、図１３を参照して説明する。なお、以下の説明は，ＤＲＡ用励起光源２２についても同様に当てはまる。
【００４１】
図１３は、光ファイバの誘導ラマン散乱によるラマン利得を利用したラマン光増幅器(ＤＲＡ)の構成及び利得特性を示している。図１３（ａ）にＤＲＡ用の励起光源３２として異なる３波長λ１、λ２及びλ３の光を用いた場合の構成を示している。光ファイバの一端に接続した光カプラよりＤＲＡ用励起光源３２を接続し、励起光が光ファイバ４００へ入射される。この時のＤＲＡの利得特性を簡単に説明したものが図１３（ｂ）である。ラマン利得は励起光波長からおおよそ１００ｎｍほど長波長側に離れた波長にピークを持つ特性となる。従って、通常は信号波長帯域全域にわたって利得が得られるように波長の異なる複数の励起光(図中では３波長)を準備する。しかし、このとき、図１３（ｂ）に示すとおり、励起光の波長間隔が広い場合には利得特性にうねりやリップルが生じる。そこで、図１３（ａ）に示す構成は、ＤＲＡの利得波長依存性を補償するためにゲインイコライザ７０を具備している。
【００４２】
このようなＤＲＡに対し、本発明の実施の形態では、図１４（ａ）に示すように、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）４３及びこれをラマン励起するための励起光源４２及び光カプラ４１を設けている。ここで、２つの励起光源３２と４２の励起光の波長について説明する。なお、以下の説明は、ＤＲＡ用励起光源２２及び５２についても同様に当てはまる。
【００４３】
図１４（ａ）に示すように、本発明による波長分割多重伝送システムでは伝送路ファイバ４００及び伝送路ファイバ４００に接続した分散補償ファイバ４３をラマン励起する構成となっている。具体的には、伝送路ファイバ４００とこの伝送路ファイバ４００の累積分散を補償する特性を持つ分散補償ファイバ４３を接続し、そのそれぞれの出力端には光カプラ３１及び４１を接続してＤＲＡ用の励起光源３２及び４２を接続した構成を示している。ここで、伝送路ファイバ４００へ入射する励起光源波長λ１、λ２及びλ３と分散補償ファイバへ入射する励起光源波長λ１’、λ２’及びλ３’は異なる波長を用いている。
【００４４】
図１４（ｂ）（ｉ）は、励起光波長としてλ１、λ２及びλ３を用いて伝送路ファイバ４００をラマン励起した場合のＤＲＡ利得特性を示している。また、図１４（ｂ）（ｉｉ）は、励起光波長として前出の励起光波長とは異なるλ１’、λ２’及びλ３’を用いた場合のＤＲＡ利得特性を示している。図に示すように、伝送路ファイバ４００へ入射する励起光波長λ１、λ２及びλ３と分散補償ファイバ４３へ入射する励起光波長λ１’、λ２’及びλ３’が異なるために、各ファイバでのＤＲＡ利得特性も波長軸方向でズレたような特性となる。このような特性を持ったＤＲＡが図１４（ａ）に示す構成のようにカスケード接続された場合、ＤＲＡの利得特性は図１４（ｂ）（ｉ）と（ｉｉ）を合成した図１４（ｂ）（ｉｉｉ）に示すようなうねりやリップルの少ない特性となる。
【００４５】
以上に示したとおり、本発明による波長分割多重伝送システムでは、伝送路ファイバや分散補償ファイバそれぞれに入射するＤＲＡ励起用光源の波長を入射するファイバ毎にズラすことで、波長に対して平坦な利得特性を得ることが可能となる。
【００４６】
本発明は、上記第１ないし第３の実施の形態に限定されるものではない。前記実施の形態においては、信号波長帯域としてC-band、L-band及びS-bandを一例とした。しかしながら、本発明はC-bandとL-bandのみの信号波長帯域を用いる実施の形態、S-bandに代えて又はこれに加えてL+-bandなどの新たな信号波長帯域を用いる実施の形態などを含むものである。
【００４７】
また、光送信装置１００Ａ、１００Ｂは光送信機１１を含む構成であったが、本発明はこれを含まない構成を光送信装置と定義した光通信装置をも含む。同様に、光受信装置２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ及び２００Ｄは、光受信機２９を含む構成であったが、本発明はこれを含まない構成を光受信装置と定義した光通信装置をも含む。
【００４８】
最後に、本発明の特徴の一部を以下にまとめて示す。
【００４９】
（付記１） 複数の信号伝送帯域の信号を波長分割多重処理する光通信装置において、複数の信号伝送帯域の少なくとも１つの伝送帯域で、前記光通信装置が接続される伝送路の分散を補償する特性を持ちかつラマン増幅を行なう第１の光学手段を設けたことを特徴とする光通信装置。
【００５０】
（付記２） 前記第１の光学手段は、分散補償ファイバを含むことを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００５１】
（付記３） 前記第１の光学手段は、分散補償ファイバと、光カプラと、該光カプラを介して前記分散補償ファイバの誘導ラマン散乱によるラマン利得が得られるような波長の励起光を出力する励起光源を具備することを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００５２】
（付記４） 前記伝送路の出力端に接続され、複数の信号伝送帯域のうちの所定の信号伝送帯域に関して、該伝送路の波長分散および分散スロープ特性とは逆符号の特性を持ちかつラマン増幅を行なう第２の光学手段を設け、前記第１の光学手段は、前記第２の光学手段で補償されなかった残留分散を補償することを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００５３】
（付記５） 前記第２の光学手段は、前記伝送路の累積分散を完全に、又は所定レベルまで補償する特性を持つ分散補償ファイバを含むことを特徴とする付記４記載の光通信装置。
【００５４】
（付記６） 前記第１の光学手段を前記所定の信号伝送帯域以外の各信号伝送帯域に設けたことを特徴とする付記４記載の光通信装置。
【００５５】
（付記７） 前記第１の光学手段を前記所定の信号伝送帯域以外の各信号伝送帯域に設け、前記所定の信号伝送帯域には所定の非線形係数を有する高非線形光ファイバを具備することを特徴とする付記４記載の光通信装置。
【００５６】
（付記８） 前記第１の光学手段を前記複数の信号伝送帯域の各々に設けたことを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００５７】
（付記９） 前記複数の信号伝送帯域の各々に、前記第１の光学手段と所定の非線形係数を有する高非線形光ファイバとを設けたことを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００５８】
（付記１０） 前記光通信装置は、各信号伝送帯域毎に、送信機出力を受ける可変光減衰器と、各波長の累積分散を補償するための可変分散補償器と、該分散補償器から出力される複数の光信号を合波する第１の合波器とを具備することを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００５９】
（付記１１） 各信号伝送帯域毎に設けられた前記第１の合波器の出力を増幅器又は前記第１の光学手段と増幅器を介して受け取り、合波して波長分割多重光信号を前記伝送路に出力する第２の合波器を具備することを特徴とする付記１０記載の光通信装置。
【００６０】
（付記１２） 前記光通信装置は、各信号波長帯域毎に合波された光信号を出力する第１の合波器と、該第１の合波器の出力を増幅器又は前記第１の光学手段と増幅器を介して受け取り、合波して波長分割多重光信号を前記伝送路に出力する第２の合波器を具備することを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００６１】
（付記１３）前記光通信装置は、前記伝送路から受信した波長分割多重光信号を各信号波長帯域の信号に分波する複数の第１の分波器と、該第１の分波器が出力する光信号を直接又は前記第１の光学手段を介して、各信号波長帯域の複数の信号に分波する第２の分波器とを具備することを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００６２】
（付記１４） 前記光通信装置は、前記第１の分波器から出力される光信号を増幅器又は前記第１の光学手段と増幅器を介して前記第２の分波器に出力することを特徴とする付記１３記載の光通信装置。
【００６３】
（付記１５） 前記光通信装置は、前記第２の分波器から出力される複数の信号の各々の累積分散を補償するための可変分散補償器を有することを特徴とする付記１３記載の光通信装置。
【００６４】
（付記１６） 前記光通信装置は、前記第２の分波器から出力される複数の信号の各々の偏波モード分散を補償するための偏波モード分散補償器を具備することを特徴とする付記１５記載の光通信装置。
【００６５】
（付記１７） 前記第１の光学手段はラマン増幅媒体として動作する分散補償ファイバを含み、該分散補償ファイバの励起光と前記伝送路を構成する光ファイバに与えられる励起光とは異なる波長を持つことを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００６６】
（付記１８） 前記複数の信号波長帯域の各々に、希土類添加ファイバを用いた一定利得制御の光ファイバ増幅器と、該光ファイバ増幅器の出力に設けられた可変光減衰器とを設けたことを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００６７】
（付記１９） 前記光通信装置は、送信機出力を受け取り、波長分割多重光信号を前記伝送路に出力する光送信装置であることを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００６８】
（付記２０） 前記光通信装置は、前記伝送路から波長分割多重光信号を受け取り、各信号波長帯域毎に含まれる複数の光信号を光受信機に出力する光受信装置であることを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００６９】
（付記２１） 前記光通信装置は、前記伝送路から波長分割多重光信号を受け取って各信号波長帯域毎に多重化された信号を増幅し、再度多重化して増幅された波長分割多重光信号を前記伝送路に出力する中継装置であることを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００７０】
（付記２２） 前記通信装置は更に、前記伝送路を構成する伝送路ファイバの波長分散および分散スロープ特性とは逆符号の特性を持ちかつラマン増幅を行なう分散補償ファイバを具備することを特徴とする付記１記載の光通信装置。
【００７１】
（付記２３） 複数の信号伝送帯域の波長分割多重信号を送受信する一対の光送受信装置と光信号を増幅中継する少なくとも一つの光中継装置を具備し、これらの装置間を接続する伝送路からなる光通信システムにおいて、前記光送受信機および光中継装置はそれぞれ、複数の信号伝送帯域のうちの少なくとも１つの信号伝送帯域で、前記伝送路の累積分散を補償する特性を持ちかつラマン増幅を行なう光学手段を有することを特徴とする光通信システム。
【００７２】
（付記２４） 光ファイバを有する伝送路と、これに接続される光通信装置を有する光通信システムにおいて、前記光通信装置に、複数の信号伝送帯域のうちの少なくとも１つの信号伝送帯域で、前記光ファイバの累積分散を補償する特性を持ちかつラマン増幅を行なう第１の光学手段を設けるとともに、前記伝送路に、当該伝送路の波長分散および分散スロープ特性とは逆符号の特性を持ちかつラマン増幅を行なう第２の光学手段を設けたことを特徴とする光通信システム。
【００７３】
（付記２５） 前記第２の光学手段は、前記伝送路の一端に設けられていることを特徴とする付記２４記載の光通信システム。
【００７４】
（付記２６） 前記第２の光学手段は、前記伝送路の中間に設けられていることを特徴とする付記２４記載の光通信システム。
【００７５】
（付記２７） 複数の信号伝送帯域の信号を波長分割多重処理する方法において、複数の信号伝送帯域のうちの少なくとも１の信号伝送帯域で、伝送路の分散を補償し、かつラマン増幅をすることを特徴とする方法。
【００７６】
（付記２８） 複数の信号伝送帯域の信号を波長分割多重処理する方法において、複数の信号伝送帯域の少なくとも１つの信号伝送帯域において、伝送路の累積分散を補償し同時にラマン増幅を行なうことを特徴とする方法。
【００７７】
（付記２９） 複数の信号伝送帯域の信号を波長分割多重処理する方法において、伝送路に設けた光学手段で伝送路の累積分散を補償するとともに、光通信装置に設けた別の光学手段で伝送路の累積分散を補償し同時にラマン増幅を行なうことを特徴とする方法。
【００７８】
【発明の効果】
以上に説明した通り、本発明によれば、大容量化のために1波長当たりのビットレートが４０Ｇｂ／ｓと高速化された場合であっても、かつ、新しい信号帯域の開拓等により信号波長帯域が広くなった場合であっても良好な伝送路特性を得られるシステムを構築可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＷＤＭ伝送システム構成の一例を示すブロック図である。
【図２】従来のＷＤＭ伝送システムにおける光増幅器構成の一例を示すブロック図である。
【図３】光ファイバの波長分散特性を示す図である。
【図４】本発明によるＷＤＭ伝送システム構成の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図５】本発明によるＷＤＭ伝送システムにおける光増幅器構成の一例を示すブロック図である。
【図６】本発明によるＷＤＭ伝送システムにおける分散補償の一例(理想的な場合)を示す図である。
【図７】本発明によるＷＤＭ伝送システムにおける分散補償の一例を示す図である。
【図８】本発明によるＷＤＭ伝送システムにおいてＤＣＦの変わりに高非線形ファイバを用いた一例を示すブロック図である。
【図９】本発明によるＷＤＭ伝送システムにおいてＤＣＦ+高非線形ファイバを用いた分散補償の一例を示すブロック図である。
【図１０】図４の第１の実施の形態において伝送路構成を変えた構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明によるＷＤＭ伝送システム構成の第２の実施の形態を示すブロック図である。
【図１２】本発明によるＷＤＭ伝送システム構成の第３の実施の形態を示すブロック図である。
【図１３】ラマン光増幅器の一例を示す図である。
【図１４】本発明によるラマン光増幅器の一構成例を示す図である。
Claims (5)
- 複数の信号伝送帯域の信号を波長分割多重処理する光通信装置において、
伝送路から受信した波長分割多重光信号を各信号波長帯域の光信号に分波する第１の分波器と、
該第１の分波器が出力する光信号を直接又は第１の光学手段を介して、各信号波長帯域の光信号より各波長の信号に分波する第２の分波器と、を具備し、
前記光通信装置が接続される伝送路の出力端に接続され、
複数の信号伝送帯域のうちの所定の信号伝送帯域に関して、該伝送路の波長分散および分散スロープ特性とは逆符号の特性を持ちかつラマン増幅を行なう第２の光学手段を設け、
前記第１の光学手段は、各信号伝送帯域に関して前記第２の光学手段で補償されなかった残留波長分散および分布スロープを補償する特性を持ちかつラマン増幅を行なうことを特徴とする光通信装置。 - 前記光通信装置は、前記第１の分波器から出力される光信号を増幅器又は前記第１の光学手段と増幅器を介して前記第２の分波器に出力することを特徴とする請求項１記載の光通信装置。
- 前記光通信装置は、前記第２の分波器から出力される複数の信号の各々の累積分散を補償するための可変分散補償器を有することを特徴とする請求項１記載の光通信装置。
- 前記光通信装置は、前記第２の分波器から出力される複数の信号の各々の偏波モード分散を補償するための偏波モード分散補償器を具備することを特徴とする請求項１または３記載の光通信装置。
- 光ファイバを有する伝送路と、これに接続される光通信装置を有する光通信システムにおいて、
前記光通信装置に、波長分割多重光信号から各信号伝送帯域の光信号に分波し、
前記分波された複数の信号伝送帯域のうちの少なくとも１つの信号伝送帯域で、前記光ファイバの累積分散を補償する特性を持ちかつラマン増幅を行なう第１の光学手段を設けるとともに、
前記伝送路に、当該伝送路の波長分散および分散スロープ特性とは逆符号の特性を持ちかつラマン増幅を行なう第２の光学手段を設けたことを特徴とする光通信システム。
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