JPS6218131A

JPS6218131A - 波長多重光通信システム

Info

Publication number: JPS6218131A
Application number: JP60155967A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Aoki; 青木　恭弘
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1985-07-17
Filing date: 1985-07-17
Publication date: 1987-01-27

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、波長多重光通信システム、特に光フアイバ伝
送路の分散による、伝送距離や使用する波長領域の制限
が従来に比べて大幅に緩和された波長多重光通信システ
ムに関する。

〔従来技術とその問題点〕

近年の高性能な単一軸モード半導体レーザや低損失な単
一モード光ファイバの開発に伴って１．伝送速度２Ｇｂ
／ｓ以上でかつ伝送距離１１００ｋ以上という様な高速
・長距離光通信が実験室レベルでは実現可能になった。

そして、光ファイバの広帯域性を生かして、さらに伝送
容量の拡大を図ることを目的として、波長の異なる複数
の光を多重して伝送させる高速で長距離な波長多重光通
信システムが検討されつつある（エレクトロニクス・レ
ターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、Ｌｅｔｔ、　）　、第２１
巻、　１９８５年、１０５〜１０６ページ）。

一方、光ファイバには、波長の違いによって光のファイ
バ伝盪時間が異なる性質すなわち分散があるので、光源
にスペクトル拡がりがあると、ファイバ伝搬によって光
のパルス幅が拡がるという問題がある。この分散による
パルス幅の拡がりを最小限に抑制するには、伝送される
信号光の中心波長を光ファイバの零分散波長に一致させ
る必要がある。このことは、半導体レーザのスペクトル
拡がりが高速変調時にはより大きくなるので、高速光通
信では特に重要である。

しかしながら、多波長の信号光を多重して伝送させる波
長多重光通信では、ある一つの波長の信号光は光ファイ
バの零分散波長に一致させ得るものの、その他の波長の
信号光に対しては一致させることができない。その結果
、従来の波長多重光通信システムでは、光ファイバの零
分散波長とその波長が一致していない信号光において、
伝送距離を長（するとパルス幅の拡がりが大きくなって
符号量干渉が生じ、符号誤り率を低く保てなくなるとい
う欠点があった。言い換えれば、分散によるパルス幅の
拡がりによって伝送距離が制限されるために、光ファイ
バの分散は波長多重方式によって大容量化を図る上での
大きな傷害となっていた。さらに、分散値が大きくなる
とパルス幅の拡がりが大きくなるので、多重する波長域
も制限されていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した様な従来システムの欠点を除
去して、光フアイバ伝送路の分散による、伝送距離や使
用できる波長域の制限を従来に比べて大幅に緩和した波
長多重光通信システムを提、供することにある。

〔発明の構成〕

本発明の波長多重光通信システムは、それぞれの波長が
λ＋　　（ｉ＝１．２．・・・Ｎ、Ｎは２以上の自然数
）であるＮ個の信号光源と、少なくともＮ波長の光を合
波する光合波回路と、少なくともＮ波長の光を分波する
光分波回路と、分波後の波長毎の光を受光するＮ個の光
検出器と、Ｎ波長の光をそれぞれ所定の距離だけ伝送さ
せるための、各々分散Ｍｊ（λｉ）、長さＬｉ（＋＝１
．２．・・・Ｎ）を有する８本の光ファイバからなる光
ファイバ束と、波長多重後の光を伝送させる分散Ｍ、（
λｌ）。

長さＬｏを有する光ファイバとを備え、かつ、前記光フ
ァイバ東は、ＭＬ（λｉ）・Ｌ、＝Ｍｏ（λｉ）・し、（ｉ＝１．２
．・・・Ｎ）の条件をそれぞれの波長λｉ　　（ｉ＝１
．２．・・・Ｎ）で満足するようにしたことを特徴とし
ている。

本発明の好適な実施例によれば、前記光ファイバ束を、
前記Ｎ個の信号光源と前記光合波回路との間に挿入させ
たことを構成上の特徴としている。

本発明の好適な他の実施例によれば、前記光ファイバ束
を、前記光分波回路と前記Ｎ個の光検出器との間に挿入
させたことを構成上の特徴としている。

〔発明の作用・原理〕

本構成は、波長多重後の光を伝送させる前記光ファイバ
の分散の影響を、前記光ファイバとは反対符号の分散を
有する前記光ファイバ東を用いて、各々の波長において
相殺する様にしたものである。

その結果、前記光ファイバ束および前記光ファイバを伝
搬した後の信号光のパルス幅は、送信時のパルス幅とほ
とんど変わらなくすることができる。

したがって、この発明によれば、伝送距離は、送信光の
パワーレベル、光ファイバの損失および受光器の雑音特
性に基づいて与えられる最小受光レベルの３つの条件に
よってのみ決定されるので、理想的な波長多重光通信シ
ステムが構成できる。

以下に本発明によって分散の影響が相殺できる理由につ
いて説明する。

一般に、波長λにおける光ファイバの分散Ｍ（λ）は、で定義される。ここで、Ｌは光ファイバの長さ、τは長
さＬの光ファイバでの光の伝搬時間である。

この様な分散Ｍ（λ）、長さＬである光ファイバを、中
心波長λｉ　、スペクトル幅へ２１　、送信時のパルス
幅△ｔＩ′ｈの信号光が伝１般した後のパルス幅△ｔ、
ｏｕＬは、 △ｔ１゜ｕｔ−（△ｊ＋”）２＋（Ｍ（λｉ）・Ｌ・△
λｉ）２・・・■ で与えられる（「光ファイバ」、オーム社（昭和５８年
）ｐ、２９０）。

したがって、分散Ｍｏ（λｉ）、長さし。の前記光ファ
イバと前記光ファイバ東のうち分散Ｍ、（λｌ）＋長さ
し、の光ファイバを伝搬した後の信号光のパルス幅△’
１７　、　ｏ　ｕ　Ｌは、 △Ｔ□。ｕ′−一・・・■ となる。

ゆえに、それぞれの波長λｉ（ｉ＝１．２・・・Ｎ。

Ｎは２以上の自然数）で、Ｍｔ（λｉ）・Ｌ＋＝Ｍ。（λｉ）・Ｌｏ（ｉ＝１．２
　・・Ｎ）　　・・・■ の条件を満たすＮ本の光ファイバを用いて前記光ファイ
バ東を構成すれば、△Ｔ１゜ｕｔ−△ｔ１”０（ｉ＝１
．２・・・Ｎ）となるので、分散によるパルス幅の拡が
りを除去できる。

また、本発明による波長多重光通信システムでは、■式
を満たす様な光ファイバ来が存在する限り、使用する波
長領域の制限がないことがわかる。

車、−モード光ファイバの分散は、コア径や比屈折率差
を適切に制御することによって変えられ、その零分散波
長は１．３μｍから１．７μｍの波長領域のいずれの個
所にも変えられる（エレクトロニクス・レターズ（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ、Ｌｅｔｔ、　）　、第１５巻、　１９７
９年、４７４〜４７６ページ）。したがって、光ファイ
バが低損失である１、３μｍ〜１．６μｍの任意の波長
域において、■式を満たす様な前記光ファイバ東を製作
することができる。

さらに、■式より、前記光ファイバの分散を相殺するた
めに必要な前記光ファイバ東のファイバ長Ｌ＊　　（ｉ
＝１．２．・・・Ｎ）は、（ｉ＝１．２．・・・Ｎ）　
　・・・■で与えられる。

■式より明らかな様に、前記光ファイバ東を構成する光
ファイバとしては、波長λｉ（ｉ＝１．２゜・・・Ｎ）
において分散の大きなものを用いればＭ、（λｉ）　＞
　Ｍ　ｏ　（λｉ）とできるので、各々のファイバ長Ｌ
ｔ　（ｉ＝１．２．・・・Ｎ）はり。に比べて短かくで
きる。

〔実施例〕

次に、図面を参照して本発明の波長多重光通信システム
について詳細に説明する。

第１図は、本発明による一実施例であり、第２図は本実
施例に用いたすべての光ファイバの分散特性を示した図
である。この実施例は、５波長多重光通信システムであ
り、光ファイバ２の分散を補償する光ファイバ東１は、
信号光源３１〜３５と光合波回路５の間に挿入されてい
る。

第１図において、信号光源３１．３２．３３．３４．３
５としでは、それぞれの発振波長が）＋＝１．５０Ａｔ
ｍ。

λ２＝　１．５２μｍ、λ３＝１．５５μｍ、λ４＝　
１．５７μｍ。

λｓ　＝１．６０　ｐ　ｍに設定されたＩ　ｎｏＧ　ａ
　＋−４１Ａ　Ｓ　Ｉ−ＹＰｙ／ＩｎＰ分布帰還型単一
軸モード半導体レーザを用いており、それらは、電気信
号入力端子４１〜４５に人力された２Ｇｂ／ｓの２値符
号電気パルスによってそれぞれ独立に変調されている。

これら半導体レーザから出射された波長λｉ〜λ５の信
号光は集光されて、それぞれ光ファイバ１１〜１５に結
合されている。そして、その光ファイバ１１〜１５は、
光合波回路５に接続されており、前記の波長２１〜λｉ
の信号光は、波長多重された後に光ファイバ２に導かれ
ている。

さらに、光ファイバ２を伝搬した波長多重信号光は、光
分波回路６によって、波長λｉ〜λ５の信号光にそれぞ
れ分波された後に、光検出器７１〜７５によって受光さ
れている。そして、各々の波長によって送られた信号は
、電気信号出力端子８１〜８５より取り出される。

ここで、光ファイバ１１〜１５は、コア径５〜１０μｍ
、比屈折率差１．Ｑ〜０．３％、長さは全て２Ｑｋｍの
単一モードシリカファイバで、そのコア径や比屈折率差
を制御することによって、その分散特性は第２図に示さ
れた様に設定されている。光ファイバ２は、光ファイバ
１５とコア径、比屈折率差は同じであり（コア径５μｍ
、比屈折率差的１．０％）、その零分散波長は１．６０
μｍ、長さは約１１００ｋである。また、光合波回路５
及び光分波回路６としては、いずれも回折格子とレンズ
を用いて構成されたものを、光検出器７１〜７５として
は、受光径５０μｍφの１ｎＧａＡｓ・アバランシフォ
トダイオード（ＩｎＧａＡｓ−ＡＰＤ）を用いている。

この実施例では、光ファイバ１１〜１５の分散をＭ。

（λ＋）（ｉ−１，２，３，４，５）、光ファイバ２の
分散をＭｏ（λ＋）（ｉ−１，２，３，４，５）で表わ
すと、それらの値は第２図に示した様に設計されている
ので、Ｍｉ　く　λｉ）　　・　Ｌ１＝−Ｍ　。　（λｉ　）
　　・　Ｌｏ（ｉ＝１．２．３，４．５）　・・・■と
なっている。例えば１＝１の場合、Ｍ、（λｉ−１５０
μｍ）＝１４ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ、Ｌ＋＝２０ｋｍ。

Ｍｏ（λｉ＝１．５０μｍ）＝−２，８ｐ　Ｓ／ｎｍ　
−ｋｍ。

Ｌｏ−１００ｋｍなので、０式の条件が満足されている
ことがわかる。他の波長λ２〜λｉにおいても同様であ
る。したがって、この実施例では波長λｉ（１＝１．２
，３，４．５）のいずれの波長においても、予想通りに
光フアイバ伝搬によるパルス幅の拡がりは観測されなか
った。

次に、このシステムの性能について具体的に説明する。

光ファイバ１１〜１５へ結合された信号光のピークパワ
ーは、いずれの波長でも＋ｌｄＢｍである。また、光フ
ァイバ１１〜１５および光ファイバ２の伝送損失は波長
λｉ　＝　１．５０μｍで最も大きく、その値はそれぞ
れ約０．２１ｄＢ／ｋｍ、約０．２０　ｄ　Ｂ／ｋｍで
あった。さらに、光合波回路５、及び光分波回路６の挿
入損失は各々３ｄＢであった。、したがって、各波長で
の信号光の受光ピークパワーは、波長１．５０　μｍで
−２９，２ｄ　Ｂ　ｍであり、その他の波長ではそれよ
り１〜２ｄＢ程度大きかった。

一方、この実施例での光ファイバの分散によるパワーペ
ナルティは０．１ｄＢ以下であり、符号誤り率１０−９
における受信感度は各波長で約−３０ｄＢｍであった。

即ち、このシステムでは、５波長多重１２０ｋｍ伝送時
のマージンはｌｄＢ〜３ｄＢであった。

これに対して、従来のシステムの様に、光ファイバ２を
１２０ｋｍとして伝送させた場合には、波長１．５０μ
ｍにおいて約３．５ｄＢのパワーペナルティが生じ、そ
の波長での信号光を１０−９以下の誤り率で受信するこ
とはできなかった。

上記においては、本発明による波長多重光通信システム
について一実施例を用いて説明したが、本発明はこの実
施例に限定されることなくいくつかの変形が考えられる
。

例えば、本実施例は１．５μｍ帯で、５波長多重させた
場合であるが、波長多重するチャンネル数は２以上であ
れば、いかなる自然数であってもよいし、使用する波長
域は、１．３μｍ帯などのその他の波長域であってもよ
い。また、本実施例では光ファイバ東１の長さを全て２
３ｋｍとしたが、前述の■式の条件を満たす限り各々の
光ファイバの長さを変えても良いことは言うまでもない
。その他に、光合波回路や光分波回路は干渉膜フィルタ
ーを用いたものであってもよいし、光ファイバはＧａＯ
２やＰ２Ｏ５をコアにした光ファイバ、あるいは多モー
ド光ファイバ′を用いてもよい。

更にまた、光ファイバ２の分散を補償する光ファイバ束
１は、光分波回路と光受光器の間に挿入してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明による波長多重光通信システ
ムでは、波長多重後の光を伝送させる光ファイバでの分
散を、この光ファイバとは反対符号の分散を有する別の
光ファイバ東を用いて、各々の信号光波長において相殺
する様にしているので、従来に比べて、光ファイバの分
散による伝送距離や使用する波長領域の制限が大幅に緩
和さ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、第２図は、
本発明による一実施例に用いた光ファイバの分散特性を
示す図である。１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・光ファイバ東１１、　１２．　１３．　１４．　
１５・・・光ファイバ２・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・光ファイバ３１、３２．３
３．３４．３５・・・信号光源４１、４２．４３．４４
．４５・・・電気信号入力端子５・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・光合波回路６・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・光分波回路７１、７２．７３．７４．７５・・・光検
出器８１、８２．８３．８４．８５・・・電気信号出力
端子代理人　弁理士　岩　佐　義　幸 −へ　　ｎ　　寸　　ω 寸　　＋　　＋　　寸　　寸

Claims

【特許請求の範囲】

（１）それぞれの波長がλ＿ｉ（ｉ＝１、２、・・・Ｎ
、Ｎは２以上の自然数）であるＮ個の信号光源と、少な
くともＮ波長の光を合波する光合波回路と、少なくとも
Ｎ波長の光を分波する光分波回路と、分波後の波長毎の
光を受光するＮ個の光検出器と、Ｎ波長の光をそれぞれ
所定の距離だけ伝送させるための、各々分散Ｍ＿ｉ（λ
＿ｉ）、長さＬ＿ｉ（ｉ＝１、２、・・・Ｎ）を有する
Ｎ本の光ファイバからなる光ファイバ束と、波長多重後
の光を伝送させる分散Ｍ＿ｏ（λ＿ｉ）、長さＬ＿ｏを
有する光ファイバとを備え、かつ、前記光ファイバ束は
、Ｍ＿ｉ（λ＿ｉ）・Ｌ＿ｉ＝−Ｍ＿ｏ（λ＿ｉ）・Ｌ＿
ｉ（ｉ＝１、２、・・・Ｎの条件をそれぞれの波長λ＿
ｉ（ｉ＝１、２、・・・Ｎ）で満足するようにしたこと
を特徴とする波長多重光通信システム。
（２）特許請求の範囲第１項記載の波長多重光通信シス
テムにおいて、前記光ファイバ束を、前記Ｎ個の信号光
源と前記光合波回路との間に挿入させたことを特徴とす
る波長多重光通信システム。
（３）特許請求の範囲第１項記載の波長多重光通信シス
テムにおいて、前記光ファイバ束を、前記光分波回路と
前記Ｎ個の光検出器との間に挿入させたことを特徴とす
る波長多重光通信システム。