JPS621332A - 光フアイバ通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、光ファイバ通信装置、さらに詳しくは誘導ブ
リユアン散乱光の発生を抑制することにより、従来に比
べて大幅に伝送距離を長くした長距離光ファイバ通信装
置に関する。

（従来の技術） 近年の高性能な単一軸モード半導体レーザや低損失・低
分散な単一モード光ファイバの開発に伴って、伝送距離
が２００ｋｍ程度という長距離光ファイバ通信が実験室
レベルでは可能となっている（第８回光ファイバ通信国
際会議（ＯＦＣ’　８５）、１９８５年、講演番号ＷＢ
４）。このような長距離光ファイバ通信では、光ファイ
バはほとんど理論限界に近い低損失値のものが使用され
ており、また、今後、光受信器の受信感度の改善にも限
度がある。そこで、さらに超長距離な光ファイバ通信の
実現に向けて、送信される信号光のパワーレベルを向上
させる為により高出力な単一軸モード半導体レーザの開
発が進められている。

（発明が解決しようとする問題点） 一方、単一モード光ファイバでは、コア径が細いことか
ら、伝搬する信号光のエネルギー密度が非常に高くなる
ために、誘導ラマン散乱効果、誘導菌光子混合効果、誘
導ブリユアン散乱効果などの種々の非線形効果が誘起さ
れることが知られている。（プロシーディング、アイ・
イー、イー・イー（Ｐｒｏｃ。

ＩＥＥＥ）、第６８巻、１９８０年、１２３２ページ）
。その中でも、誘導ブリユアン散乱効果は、その利得係
数が最も大きいので、一般に最も低入力な信号光レベル
で生ずる。この誘導ブリユアン散乱効果が誘起されれば
、信号光の大部分が誘導ブリユアン散乱光に変換されて
その入射端方向に後方散乱される結果、伝送可能な信号
光パワーが制限される。言い換えれば、いかに高いパワ
ーレベルの信号光を光ファイバに入射させても、光受信
器に到達させ得る信号光パワーを増やすことができなく
なり、伝送距離を伸ばすことができない。さらに、誘導
ブリユアン散乱光が生ずることにより、受信される信号
光にレベル変動が生ずるという欠点があった。したがっ
て、伝送距離が２００ｋｍ以上の超長距離光ファイバ通
信を実現するためには、誘導ブリユアン散乱光の発生を
十分に抑制する必要がある。

本発明は、信号光の入力パワーレベルが高くなっても上
述の様な種々の問題点を生ずる誘導ブリユアン散乱光の
発生を抑制し、従来に比べて伝送距離を長くとれる光フ
ァイバ通信装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の光ファイバ通信装置は、信号発生用レーザ光源
を有する光送信器と、伝送路である単一モード光ファイ
バと光受信器とを備えた光ファイバ通信装置において、
前記光送信器の出力の信号光パルスが単一軸モードレー
ザ光のとき誘導ブリユアン散乱光が生ずる前記単−モー
ド光ファイバへの信号光パルス入力をＰＱ、前記信号発
生用レーザ光源の発振軸モード数をＮとしたとき、前記
単一モード光ファイバへの信号光パルスの入力値は少な
くともＰｏ以上で、かつ、Ｎは２以上の整数で、しかも
前記単一モード光ファイバを伝送後の隣接する信号光パ
ルス波形間に、前記単一モード光ファイバの分散による
符号量干渉が生じない数にすることにより、前記単一モ
ード光ファイバ中での誘導ブリユアン散乱光の発生を抑
制したことを構成上の特徴とする。

（作用） 本構成は、以下に説明する様に、光ファイバの分散によ
って、伝送後の信号光パルス間に符号量干渉が生じない
範囲で、信号光パルス列を出射する信号発生用レーザ光
源の発振縦モード数を増加させることによって、信号光
の入力パワーレベルが高い場合にも誘導ブリユアン散乱
光の発生を抑制したものである。

誘導ブリユアン散乱効果は、音響フォノンによる光の散
乱効果である。そして、信号光が単一軸モードレーザ光
の場合、誘導ブリユアン散乱光が発生する信号光の光フ
ァイバ入力平均値Ｐｏは、近似的に次式で与えられる（
アプライドオプティックＸ　（Ａｐｐｌ、　Ｏｐｔ、　
）第１１巻、１９７２年、２４８９ヘーシ）。

ただし、ｇＢ：誘導ブリユアン散乱のピーク利得係数、 α：光ファイバの伝送損失、 ｌ二！！　　　の長さ、 Ａ二　／ｌ　　の実効断面積、 Ｋ：　　ｕ　　　の偏光保存性に依存する定数であり、
通常はに＝２、 である。

ここで、信号光入力が上述のＰｏ以上の場合には、誘導
ブリユアン散乱光が顕著に発生するので、■式は光ファ
イバ入力値の上限を表わしている。一方、信号光入力が
Ｐｏ以上の場合には、誘導ブリユアン散乱光の発生量は
極めて微量であり無視できる。

次に、信号光がＮ本の多軸モードレーザ光の場合、誘導
ブリユアン散乱光が発生する信号光の光ファイバ入力値
ＰＮは、 ＰＨ＝Ｎ・Ｐｏ　　　　　　　　　　・・・・・■で与
えられる。０式は、本発明者が実験によって見い出した
実験式である。この式より、Ｎを大きくすることにより
光ファイバ入力値の上限を大幅に大きくできる。したが
って、所望の距離だけ伝送させるのに必要な、信号光の
所要光ファイバ入力値をＰｉｎとすると、 Ｐｕ１くＰＮ　　　　　　　　　　　　　　　　　・・
・・・■とすることができ、誘導ブリユアン散乱光の発
生を除去できる。ここで、本発明の目的から明らかな様
に、通常Ｎは、 Ｎ≧２　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・
■とする。

ところで、光ファイバには波長の違いによって光の伝搬
時間が異なる性質すなわち分散があるので、Ｎを大きく
し過ぎると、信号光パルスのパルス幅が拡がり、ひいて
は符号量干渉を生じ符号誤り率を低く保てなくなる可能
性がある。しかしながら、この様な分散の問題は、Ｎを
以下に述べる条件にすることによって除去できる。

信号光パルスが、波長間隔ΔλでＮ本の多軸モードレー
ザ光であり、また、その中心波長がλ０、パルス幅がΔ
ｔ、繰り返し周期がＴ（Ｔ≧Δｔ）であるとする。この
様な信号光パルスが、波長大における分散Ｍ（λ）、長
さＬの光ファイバを伝搬した後のパルス幅Δｔ　ｏｕｔ
は、近似的に、 Δｔ２＝（Δｔ）２＋（Ｍ（λｏ）　・Ｌ４）＋−（Ｎ
−１））２・・・・・■となる。（［光ファイバ］、オ
ーム社（昭和５８年）ｐ２９０）。

ここで、ファイバ出射端において、隣接する信号光パル
ス同志が符号量干渉を起こさない条件は、 Δｔｏｕｔ＜２Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　・
・・■である（Δｔｏｕｔ＝２Ｔにおいては、受光後の
信号＋１１９１と＋１Ｏ１１の区別が全くできなくなる
）。

したがって、この条件と０式から、 であれば、分散の影響をほとんどなくすことができる。

結局、０式と合わせて、Ｎの範囲は、 となる。

したがって、０式を満たす範囲内で、適切なＮの値を選
択することにより、信号光パルスのパルス拡がりひいて
は符号量干渉をほとんど生ずることなく、しかも、０式
に示した様に誘導ブリユアン散乱光の発生を抑制できる
様にすることができる。

（実施例） 次に、本発明の光ファイバ通信装置について、図面を参
照して詳細に説明する。

第１図は、本発明による一実施例を示したものである。

第１図において、１は信号発生用レーザ光源、１１は半
導体レーザ素子、１２は外部ミラー、２は半導体レーザ
素子の駆動回路、３は光ファイバ、４は光受信器、５１
．５２はレンズである。

本実施例においては、半導体レーザ素子１１は、外部ミ
ラー側の端面の反射率が１％以下に無反射コーティング
されたＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ半導体レーザ素子、外部
ミラー１２は反射率的１００％の金蒸着ミラーであり、
両者で外部共振器型半導体レーザとなっている。この様
な構成の信号光発生用レーザ光源１は、駆動回路２から
発生した１００Ｍｂ／ｓ、のマーク率１／２、ノンリタ
ーン・ツ・ゼロ（ＮＲＺ）信号の電気ハルス列によって
強度変調されており、その平均出力的３０ｍＷ、パルス
幅１０ｎｓ、中心波長１．５５ｐｍ、軸モード数約２５
本の多軸モードレーザ光を出射している。ここで、その
軸モード間隔は約 ２Ｘ　１０＝ｎｍ（２５０ＭＨｚ）である。

また、光ファイバ３は、実効コア径８ｐｍ、長さ３００
ｋｍ、波長１．５５ｐｍでの伝送損失０．２０ｄＢ／ｋ
ｍ、分散１５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍの単一モードシリカファ
イバ、光受信器４は、受光径５０ｐｍΦのＩｎＧａＡｓ
・アバランシフォトダイオード（ＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤ
）、また、レンズ５１．５２には、先球セル７オツクレ
ンズを用いている。

前記信号発生用レーザ光源１から出射された平均パワー
約８０ｍＷの信号光パルス列は、レンズ５１によって、
約２２ｍＷが光ファイバ３に結合されている。

ここで、この実施例で用いた光ファイバでは、■式より
計算されるＰｏの値は平均パワーで約４ｍＷである。し
たがって、本実施例ではＮ＝２５であるのでＰ２０＝１
００ｍＷとなり、上述の光ファイバ入力値２２ｍＷは誘
導ブリユアン散乱光が発生しない条件である、 Ｐｉｎ＜１００ｍＷ を満たしている。さらに、この実施例では、光ファイバ
の分散によって信号光パルスのパルス拡がりがほとんど
生じない条件は、０式よりＮ＜２１５１ となるが、Ｎ＝２５はこの条件も十分に満足している。

次に、この装置の性能について説明する。前述の様に、
信号光パルスのファイバ入力平均パワーは、＋　１３．
４ｄＢｍ（約２２ｍＷ）である。そして、光７フイバの
全損失は６０ｄＢである。ゆえに、受信器に受信された
信号光の平均パワーは−４６，６ｄＢｍであった。一方
、この光受信器の１００Ｍｂ／ｓでの受信感度は誤り率
１０−９で一５０ｄＢｍであったので、３００ｋｍ伝送
時のマージンは、３．４ｄＢであった。

これに対して、単一軸モード半導体レーザを信号発生用
レーザ光源として用いた場合には、いかなる信号光パワ
ーを光ファイバに入射させても、誘導ブリユアン散乱光
の発生のために光受信器に受信された信号光の平均パワ
ーは、高々−５４ｄＢｍであり、１０−９以下の誤り率
は得られなかった。

上記においては、本発明による光ファイバ通信装置につ
いて一実施例を用いて説明したが、本発明はこの実施例
に限られることなくいくつかの変形が考えられる。

例えば、本実施例では、信号発生用レーザ光源の軸モー
ド数をＮ＝２５としたが、前述の００式の条件を満たす
限りいかなる自然数であってもよい。

また、信号発生用レーザ光源は、波長１．５５ｐｍの外
部共振器型半導体レーザとしたが、その発振波長は１．
３ｐｍ帯などの他の波長域であってもよいし、Ｎｄ：Ｙ
ＡＧレーザなどの他のレーザ光源であってもよい。さら
に、光ファイバは、コア径、長さなどが任意のサイズの
もので良いし、本実施例によって限定されない。また、
光受信器としては、ゲルマニウム・アバンシフォトダイ
オード（Ｇｅ−ＡＰＤ）やｐＩＮ−ＦＥＴなどを用いて
もよいことは言うまでもない。

（本発明の効果） 以上説明した様に、本発明による光ファイバ通信装置で
は、単一モード光ファイバの分散によって信号光パルス
間に符号量干渉が生じない範囲で、信号発生用レーザ光
源の発振軸モード数を増加させて信号光の入力レベルが
高い場合にも誘導ブリユアン散乱光の発生を抑制してい
るので、従来に比べて伝送距離を長くとれるという利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による一実施例の構成図である。図に
おいて、 １・・・・・信号発生用レーザ光源、 １１・・・・・半導体レーザ素子、 １２・・・・・外部ミラー、 ２０．・・・半導体レーザ素子の駆動回路、３・・・・
・光ファイバ、 ４・・・・・光受光器、 ５１．５２・・・・ルンズ、 である。 代理人弁理士　内　Ｆ　　　、、−’＝≧ノゾフ：／

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光信号発生用レーザ光源を有する光送信器と、単一モー
   ド光ファイバから成る伝送路と、光受信器とを備えてい
   る光ファイバ通信装置において、前記光源の発振軸モー
   ド数Ｎと伝送路に入射する信号光パワーＰｉｎが、 ▲数式、化学式、表等があります▼ Ｐｉｎ＞Ｐ 但しＰ＿０：単一モード光入射のときに伝送路内で誘導
   ブリユアン散乱光が生じる閾値入力光パ ワー Δｔ：信号光パルス幅、 Ｔ：光パルスの繰り返し周期、 λ＿０：多モード光の中心波長、Ｌ：伝送距離、Ｍ（λ
   ）：波長入における分数 を満すように出力が定められている光送信器を備えてい
   ることを特徴とする光ファイバ通信装置。