JPH08116307A

JPH08116307A - 光ファイバ伝送システム

Info

Publication number: JPH08116307A
Application number: JP6252545A
Authority: JP
Inventors: Masataka Shirasaki; 正孝白▲崎▼
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-10-18
Filing date: 1994-10-18
Publication date: 1996-05-07

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、長距離の光ファイバ伝送路におい
て、伝送路の波長分散及び自己位相変調効果の影響を抑
制して、伝送特性の劣化を防止した光ファイバ伝送シス
テムを提供することを目的とする。【構成】伝送路を構成するシングルモード光ファイバの
両端に送信機と受信機を接続し、信号光を該光ファイバ
を介して伝送する光ファイバ伝送システムにおいて、正
の分散を有する光ファイバと負の分散を有する光ファイ
バとを全体の分散が零で、且つ自己位相変調効果が零分
散光ファイバで起こる自己位相変調効果と概略同一とな
るように接続して伝送路を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般的に光ファイバ伝送
システムに関し、特に信号波形の歪の小さい長距離光フ
ァイバ伝送システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】長距離のシングルモード光ファイバ伝送
路に変調光を伝搬させると、先ず、光ファイバの波長分
散によって波形の歪が生じ、そのため伝送特性が大きく
劣化する。これを防ぐため、伝送路に零分散ファイバ等
を使用することによりファイバの波長分散値を零にする
方法がある。

【０００３】しかし、光ファイバ伝送路の波長分散が零
であると、四光子混合による伝送特性の劣化が生じるた
め、これに代わるものとして小さい負の分散を有する光
ファイバとそれを補償する正の分散を有する光ファイバ
を交互に接続し、局所的には分散が零になるのを避けな
がら全体としては分散が零となるようにする方法が知ら
れている。

【０００４】この方法によって、信号光の光強度が低い
場合には、波長分散による伝送特性の劣化を防ぐことが
できる。しかし、信号光の光強度が低いので、中継器を
多く必要とし、伝送システムがコスト高になるという問
題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】正の分散を有する光フ
ァイバと負の分散を有する光ファイバとを交互に接続し
て伝送路を構成した場合にも、伝送距離が長く、光強度
が十分に低くない場合には、光ファイバ中の自己位相変
調効果によって光スペクトルが拡がり、その結果として
波長分散の影響が拡大され、伝送特性の劣化を起こすこ
とになる。

【０００６】この問題を解決して、長距離の信号伝送を
する方法として、光ソリトン伝送と位相共役変換による
歪の相殺がある。しかし、これらはいずれも光ファイバ
伝送路の特性を非常に精密に制御することが必要で、現
在の技術で直ちに対応できるものではない。

【０００７】本発明はこのような点に鑑みて成されたも
のであり、その目的とするところは、長距離の光ファイ
バ伝送路において、伝送路の波長分散及び自己位相変調
効果の影響を抑制して、伝送特性の劣化の小さい信号の
伝送が可能な光ファイバ伝送システムを提供することで
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、伝送路を構成
するシングルモード光ファイバの両端に送信機と受信機
を接続し、信号光を該光ファイバを介して伝送する光フ
ァイバ伝送システムにおいて、正の分散を有する光ファ
イバと負の分散を有する光ファイバとを全体の分散が零
で、且つ自己位相変調効果が零分散光ファイバで起こる
自己位相変調効果と概略同一となるように接続して伝送
路を構成したことを特徴とする光ファイバ伝送システム
を提供する。

【０００９】好ましくは、信号光として一定強度の位相
変調光を伝送する。信号光の光強度の変動がないため、
基本的には自己位相変調効果を除去することができる。
この場合にも、長距離伝送の場合には波形歪が現れるの
で、伝送路に透過率制御手段を挿入して、透過後の光強
度を一定にするように制御する。

【００１０】信号光として強度変調光を伝送する場合に
は、位相変調器を伝送路に挿入し、自己位相変調効果に
よる積算位相量と大きさが等しく向きが反対の位相変調
を信号光にかけるように位相変調器を駆動する。

【００１１】

【作用】本発明は、正の分散を有する光ファイバと負の
分散を有する光ファイバとを上述したように接続したの
で、分散は完全に相殺され、且つ自己位相変調効果の影
響を零分散ファイバの自己位相変調効果に近づけること
ができるので、伝送特性の劣化を有効に防止することが
できる。

【００１２】信号光として一定強度の位相変調光を伝送
する場合には、基本的に自己位相変調効果を除去するこ
とができる。また、長距離伝送の場合には、伝送路に透
過率制御手段を挿入して透過後の光強度が一定となるよ
うに制御することにより、伝送特性の劣化を有効に防止
することができる。

【００１３】信号光として強度変調光を伝送する場合に
は、伝送路に位相変調器を挿入し、、自己位相変調効果
による積算位相量と大きさが等しく向きが反対の位相変
調を信号光にかけることにより、自己位相変調効果の影
響を除去することができ、伝送特性の劣化を有効に防止
することができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明が適用される光ファイバ伝送
路の構成を示している。シングルモード光ファイバ伝送
路２の両端に信号光を送信する送信機４と、この信号光
を受信する受信機６が接続されている。

【００１５】そして、複数の中継器８を所定距離ごとに
伝送路２に挿入することにより、光ファイバ伝送システ
ムが構成される。本発明が適用される光ファイバ伝送路
２の距離は、例えば５，０００km以上の長距離で、各中
継器の間隔は例えば約１００ｋｍである。

【００１６】図２を参照すると、零分散光ファイバで信
号光を伝送したときの１つの中継器間の信号波形図が示
されている。ここで、ｘ＝０は中継器間の始まりであ
る。光ファイバ伝送路の分散が常に零の場合、光ファイ
バの伝送損失によるｘ＝０から伝送距離ｘまでの減衰を
Ｔ(x) とすると、時刻ｔにおける光の強度Ｉ(x,t) は伝
送距離ｘに応じてＴ(x) Ｉ(0,t) のように変わり、光の
位相φ(x,t) は、ｘ＝Ｌの点においてｘ＝０の初期に比
べて自己位相変調効果によって

【００１７】

【数１】

【００１８】だけ変化する。但しＫは自己位相変調効果
の係数である。一方、光ファイバ伝送路に小さい分散
がＤ(x) として存在するとき、距離ｘでの波形Ｉ(x,t)
はＩ(0,t) に比べて歪むが、自己位相変調効果が小さい
としてこれを無視すると、その歪みは信号光が受けた分
散の量

【００１９】

【数２】

【００２０】により決まる。この歪が小さいと考え、歪
を分散の一次の近似で表すと、歪は

【００２１】

【数３】

【００２２】となる。ここで、Ｃ(t) は比例係数であ
る。従って、ｘにおける光強度は、

【００２３】

【数４】

【００２４】である。この光強度のため、自己位相変調
効果により信号光の位相φ(x,t) はｘにおいてＫＩ(x,
t) だけ変化する。従って、位相変化は加算されてｘ＝
Ｌの点において、

【００２５】

【数５】

【００２６】となり、分散が常に零のときの値

【００２７】

【数６】

【００２８】に比べて、

【００２９】

【数７】

【００３０】の位相ずれとなる。従って、伝送路として
は

【００３１】

【数８】

【００３２】を小さく押さえ、次の中継器でこの値が零
となるように設計する。このように、設計することによ
り、自己位相変調効果による位相ずれを零分散ファイバ
を採用した場合と同一とすることができ、伝送特性の劣
化を防止することができる。

【００３３】次に図３を参照して、このような伝送路の
例を説明する。本発明では、各中継器間、すなわち図１
の中継器８と中継器８の間、或いは送受信機４，６と中
継器８の間に図３に示すように、例えば負の分散を有す
るシングルモード光ファイバ２ａ、正の分散を有するシ
ングルモード光ファイバ２ｂ及び負の分散を有するシン
グルモード光ファイバ２ｃを交互に接続する。

【００３４】光ファイバ２ａの距離と分散値の積をＡ、
光ファイバ２ｂの距離と分散値の積をＢ、光ファイバ２
ｃの距離と分散値の積をＣとすると、Ａ＋Ｃ＝Ｂの関係
を満たすように各光ファイバを接続する。

【００３５】図３において、光ファイバ伝送路の始点を
ａ、光ファイバ２ａと光ファイバ２ｂとの接続点をｂ、
光ファイバ２ｂと光ファイバ２ｃとの接続点をｃ、光フ
ァイバ伝送路の終点をｄとすると、分散の積算量および
光強度（即ちｘ＝０からの光透過率）と伝送距離との関
係は図４に示すようになる。図４において、ａ〜ｄは図
３のａ〜ｄに対応している。

【００３６】図３に示した光ファイバ伝送路において、
光ファイバの損失を０．２１ｄＢ／ｋｍとすると、負の
分散値−０．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍを有する長さ３２ｋｍ
の光ファイバ２ａと、正の分散値１６．８ｐｓ／ｎｍ・
ｋｍを有する長さ３ｋｍの光ファイバ２ｂと、負の分散
値−０．５ｐｓ／ｎｍ・ｋｍを有する長さ６９ｋｍの光
ファイバ２ｃとを接続したとき、上述した式（８）を零
にすることができ、自己位相変調効果を零分散ファイバ
を採用した場合と同一とすることができた。

【００３７】好ましくは、伝送する信号光として光強度
が一定の位相変調光を使用する。光強度が一定のため、
基本的には自己位相変調効果を除去することができる。
実際には、交互に存在する正と負の分散によって小さい
波形歪が起こるが、分散の大きさを小さいとすると、こ
の波形歪は一次の範囲で正の分散領域と負の分散領域で
逆となり、一次の範囲では自己位相変調効果による位相
変化が相殺されることになる。

【００３８】しかし、光強度が一定の位相変調光を信号
光とした場合にも、実際には自己位相変調効果と結合し
た高次の効果のため及びファイバの分散値の設計値から
のずれのために波形歪が少しずつ増大し、長距離伝送を
する際には障害となる。

【００３９】そこで、一定距離進んで波形歪が現れた段
階で、その歪を除去するように、例えば光強度変調器等
の透過率制御手段を通す。光強度変調器は図１に示した
中継器８中に設けることができる。

【００４０】図５を参照して、光強度変調器の駆動方法
を説明する。光ファイバ伝送路２中にビームスプリッタ
１０と、光強度変調器１２を挿入する。ビームスプリッ
タ１０で分岐した信号光の強度を光検出器１４で測定
し、電気信号に変換する。

【００４１】この電気信号をコンデンサ等のハイパスフ
ィルタ１６を通すことにより低周波成分を除去し、この
信号に基づき光強度変調器１２を駆動する。即ち、光強
度の強い部分では光強度変調器１２の透過率を低くする
ように駆動して、光強度変調器１２透過後の信号光の強
度が概略一定となるように駆動する。これにより、強度
歪（波形歪）を補正することができ、自己位相変調効果
が累積して影響を及ぼすのを防ぐことができる。

【００４２】この場合、光強度歪を補正する前に少量の
歪があるということは、その強度歪に応じて既に位相が
変調されていることを示唆しているので、歪補正後の伝
送路でその位相変調を相殺するために強度歪の補正を過
剰にするのが望ましい場合もある。

【００４３】即ち、入力強度と出力強度が負の相関を持
つように光強度変調器１２を駆動する。換言すれば、あ
る標準強度に対して入力強度が高い場合には出力強度が
低くなり、入力強度が低い場合には出力強度が高くなる
ように光強度変調器１２を駆動する。

【００４４】尚、自己位相変調効果を考慮しない線型伝
送路の場合には、伝送路全体の分散値のみを零にすれば
よかったが、自己位相変調効果は非線形な現象であるの
で、伝送中の各所での歪を小さく押さえることが必要と
なる。

【００４５】各所での歪量は歪が零の点からその場所ま
での分散値の積分に比例し、その地点での自己位相変調
効果による位相変化は、その歪量とその地点での平均光
強度と自己位相変調の係数の積である自己位相変調効果
との積となる。

【００４６】そこで、位相変化を歪が零の地点から積分
したものがその地点での変調された位相となるので、そ
の位相変化が大きくならないように、零を中心とした変
動となるようにする。光ファイバ伝送路をこのように構
成することにより、波形歪の小さい信号光の長距離伝送
が可能となる。

【００４７】次に図６を参照して、位相変調光の１ビッ
ト遅延復調方法について説明する。信号光は位相変調器
で位相０とπの間で変調されているものとする。伝送路
２を伝搬してきた信号光をハーフミラー１８で分岐し、
分岐光を迂回伝送路１９を伝搬させて１ビット遅延させ
てからハーフミラー２０に入力する。

【００４８】直進光と分岐光との位相差がπのときには
ハーフミラー２０で干渉して光が全て下方に進み光検出
器２４で検出される。一方、直進光と分岐光との位相差
が無い場合には、直進光はハーフミラー２０を透過し分
岐光はハーフミラー２０で反射されて、全ての光が光検
出器２２で検出される。

【００４９】よって、光検出器２２の出力から光検出器
２４の出力を減算器２６で減算することにより、減算器
２６からは直進光と分岐光との位相差に応じて信号Ｉま
たは−Ｉが出力され、信号光を復調することができる。

【００５０】代案としては、１ビットに相当する光路差
を持ったマッハツェンダ型干渉計により、位相変調光を
復調することができる。次に図３の構成を有する光ファ
イバ伝送路に、信号光として強度変調光を伝搬させた場
合について説明する。この場合には、伝送路を伝搬する
信号光は強度変調光であるので、受信側では伝送路の自
己位相変調効果により光パルス内で大きな位相変化が生
じることになる。

【００５１】よって、図７に示すように伝送路２にビー
ムスプリッタ１０と、位相変調器２８を挿入し、ビーム
スプリッタ１０で分岐した光を光検出器１４で検出して
電気信号に変換する。

【００５２】この信号を位相変調器２８に入力して、自
己位相変調効果の積算位相量と大きさが等しく向きが反
対の位相変調を信号光にかけるように位相変調器２８を
駆動する。

【００５３】即ち、信号光の強度が大きくて位相が相対
的に遅れた場合には、位相を進めるように位相変調器２
８を駆動し、信号光の強度が小さくて位相が相対的に進
んだ場合には、位相を遅らせるように位相変調器２８を
駆動する。信号光にこのような位相変調をかけることに
より、強度変調光の位相変化を相殺することができる。

【００５４】

【発明の効果】本発明によると、長距離の光ファイバ伝
送路において、伝送路の波長分散及び自己位相変調効果
の影響を抑制して、波形歪の小さい長距離伝送が可能に
なるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】光ファイバ伝送路の構成を示す図である。

【図２】零分散ファイバでの信号波形図である。

【図３】本発明の原理説明図である。

【図４】分散の積算量と伝送距離との関係を示す図であ
る。

【図５】透過率制御手段の概略構成を示す図である。

【図６】１ビット遅延復調器の概略構成図である。

【図７】位相補償手段の概略構成図である。

【符号の説明】

２光ファイバ伝送路４送信機６受信機８中継器１０ビームスプリッタ１２光強度変調器１４，２２，２４光検出器２８位相変調器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】伝送路を構成するシングルモード光ファ
イバの両端に送信機と受信機を接続し、信号光を該光フ
ァイバを介して伝送する光ファイバ伝送システムにおい
て、該光ファイバを各中継器間等の複数の区間に分割した各
々の区間について、正の分散を有する光ファイバと負の
分散を有する光ファイバとを、全体の分散が零で、且つ
自己位相変調効果が該区間全体が零分散光ファイバより
成ると仮定した場合に起こる自己位相変調効果と概略同
一となるように接続して伝送路を構成したことを特徴と
する光ファイバ伝送システム。
【請求項２】該区間の始点から光の進行方向に向かっ
てある地点まで分散値を積分した値と、始点からその地
点までの光透過率との積が、零を中心として変化するよ
うにし、この積を始点から該区間の終点まで積分したも
のが零となるように、ファイバの分散を分布させたこと
を特徴とする請求項１記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項３】前記信号光は位相変調光又は周波数変調
光であることを特徴とする請求項１又は２記載の光ファ
イバ伝送システム。
【請求項４】前記伝送路の各区間の始点に透過後の光
強度を一定に保つ透過率制御手段を設けたことを特徴と
する請求項３記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項５】前記透過率制御手段は信号光を分岐する
分岐手段と、分岐された信号光の強度を測定する強度測
定手段と、測定された強度に基づいて透過率を制御する
光強度変調器から構成されることを特徴とする請求項４
記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項６】前記光強度変調器を、入力強度と出力強
度が負の相関を持つように、測定された強度に基づいて
制御することを特徴とする請求項５記載の光ファイバ伝
送システム。
【請求項７】前記信号光は強度変調光であり、前記伝
送路に位相変調器を挿入し、信号光の強度に応じて自己
位相変調効果の積算位相量と大きさが等しく向きが反対
の位相変調を信号光にかけるように、前記位相変調器を
駆動することを特徴とする請求項１又は２記載の光ファ
イバ伝送システム。
【請求項８】前記伝送路に挿入された信号光の一部を
分岐する分岐手段と、該分岐手段で分岐された信号光の
強度を測定する測定手段とを更に具備したことを特徴と
する請求項７記載の光ファイバ伝送システム。
【請求項９】伝送路を構成するシングルモード光ファ
イバの両端に送信機と受信機を接続し、強度変調信号光
を該光ファイバを介して伝送する光ファイバ伝送システ
ムにおいて、前記伝送路に信号光の一部を分岐する分岐手段と、位相
変調器を挿入し、該分岐手段で分岐された信号光の強度
を測定する測定手段を設け、該測定手段で測定された信
号光の強度に基づいて、自己位相変調効果の積算位相量
と大きさが等しく向きが反対の位相変調を伝送路を伝搬
する信号光にかけるように、前記位相変調器を駆動する
ことを特徴とする光ファイバ伝送システム。
【請求項１０】伝送路を構成するシングルモード光フ
ァイバの両端に送信機と受信機を接続し、位相変調信号
光を該光ファイバを介して伝送する光ファイバ伝送シス
テムにおいて、前記伝送路に信号光の一部を分岐する分岐手段と、強度
変調器を挿入し、該分岐手段で分岐された信号光の強度
を測定する測定手段を設け、該測定手段で測定された信
号光の強度に基づいて、変調器の出力強度を一定にする
ように前記強度変調器を駆動することを特徴とする光フ
ァイバ伝送システム。