JP4699751B2 - 分散補償装置 - Google Patents

Description

本発明は、分散補償装置および分散補償方法に係り、特に分散シフトファイバに対する分散補償が可能な分散補償装置および分散補償方法に関する。

単一モードファイバ（ＳＭＦ：Single Mode Fiber）伝送路に、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）信号を通す波長多重伝送システムを設計する場合、波長分散と波長分散スロープを補償する分散補償ファイバ（ＤＣＦ：Dispersion Compensation Fiber）を適用する必要がある。ＳＭＦの波長分散は、１.５５μｍの通信帯域で、図１に示すように＋２０ps/nm/km程度なので、ＤＣＦは、例えば−８０〜−１００ps/nm/kmなどの負の波長分散となるものから選択される。

これに対して、ＳＭＦで１.３μｍ（マイクロメータ）のゼロ分散波長を、通信帯域である１.５５μｍにシフトした分散シフトファイバ（ＤＳＦ：Dispersion-Shifted Fiber）も、敷設されている。一般に、ＤＳＦは、分散補償が不要とされてきたが、近年の伝送速度の高速化、伝送距離の延伸化、ＤＷＤM（Dense WDM）の高密度化、再生中継のない或いは少ないトランスペアレントネットワークの実現化から分散補償の要求が高まってきている。

また、適切な分散補償量を決定するには適用する光ファイバ伝送路の分散値を実測または予測して、適切な長さのＤＣＦを伝送装置に搭載する。しかしながら、これはＤＣＦの品種を多数在庫しておく必要があることから、可変分散補償装置の要求も大きい。

特許文献１には、バーチャル・イメージ・フェーズ・アレイ（ＶＩＰＡ）を用いた可変分散補償装置が記載されている。また、特許文献２には、光サーキュレータと複数の光スイッチと複数のＤＣＦとミラーを用いた可変分散補償装置が、記載されている。

特表２０００−５１１６５５号公報 特開平０７-３２７０１２号公報

光伝送で通信帯域として用いられるＣバンドは、１５３０〜１５６５ｎｍである。ＤＳＦのゼロ分散波長は、１.５５μｍである。これは、ＤＳＦを用いてＷＤＭ伝送を行うとき、１５３０ｎｍの光は負の波長分散、１５６５ｎｍの光は正の波長分散を受けることを意味する。また、ＤＳＦにも当然製造バラツキがあり、ゼロ分散波長が１５５０ｎｍとは限らない。

特許文献１に記載されたＶＩＰＡは、正の波長分散も負の波長分散も与えることができる技術であるが、複雑な光学系の組立てが必要であり、高価でもある。

特許文献２に記載された発明は、主としてパッシブな光部品で構成している。しかし、用いている光スイッチは、接点数が多いなど構成が複雑な要素が含まれており、信頼性を維持できない可能性がある。また、主信号はＤＣＦを経由するしないに係わらず全ての光スイッチを経由するので、光スイッチとＤＣＦをユニット化すると、ユニットの取り外し・使い回しができない。即ち、ＤＣＦ増設に遠隔制御により分散量を変更しようとした場合、予め増設の可能性のある全ての光スイッチを設置しておく必要があり、光スイッチも増設しようとする場合や、減設する場合は、作業時に一時主信号を断する必要がある。さらに、特許文献２には、ＤＳＦを用いた伝送路に対する分散補償について、何ら記載がない。さらに、数種類のＤＣＦを準備する必要がある。

一般にＤＳＦは１．５５μｍ近傍でゼロ分散になるファイバを指すが、同類のファイバで、１．５５μｍ近傍で数ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を持つ、非ゼロ分散シフトファイバ（ＮＺ-ＤＳＦ：Non Zero-DSF）も使用されており、これらも、同じ課題を持つ可能性がある。ＮＺ-ＤＳＦも広義のＤＳＦである。
本発明の目的は、これらＤＳＦを含めた伝送路を伝播した波長多重光信号に対し、一括して分散補償可能で増設、減設が容易な分散補償装置および分散補償方法を得ることにある。

正の波長分散特性を有する第１のファイバの一端と負の波長分散特性を有する第２のファイバの一端とを接続し、第１のファイバの他端から光信号を入力し、第２のファイバの他端から光信号を出力し、伝送路による光信号の波長分散を補償する。

または、第２のファイバの他端から光信号を入力し、第１のファイバの他端から光信号を出力してもよい。

本発明によれば、波長多重光信号を一括して分散補償可能な分散補償装置を得ることができる。

以下本発明の実施の形態について、実施例を用いて図面を参照しながら説明する。ここで、図２は、本発明を適用するネットワークを説明する図である。図３は、本発明を適用する局間伝送システムを説明する図である。図４は、分散補償の効果を説明する図である。図５は、本発明の実施例の可変分散補償装置のブロック図である。図６は、本発明の実施例の分散補償ユニットの分散量とファイバ長を説明する図である。図７は、本発明の実施例の分散補償装置のハードウェアブロック図である。図８は、本発明の実施例の分散補償装置の外観図である。

図２を用いて、ネットワークのトポロジーを説明する。図２（ａ）は、二つの端局１０Ａと１０ＢをＤＳＦで結んだポイント・ツー・ポイント（Ｐ−ｔｏ−Ｐ）型ネットワークである。図２（ｂ）は、ＳＤＨに代表されるリング型ネットワークである。リング型ネットワークでは、局１０Ａと局１０Ｂと局１０Ｃと局１０Ｄとが、それぞれ隣り合った局とＤＳＦで接続される。ネットワークがリングを形成しているので、ファイバが１箇所で障害を起こした場合も、逆周りの伝送でプロテクションすることができる。しかも、ネットワークの運用が比較的簡単である。図２（ｃ）のメッシュ型ネットワークは、局１０Ａと局１０Ｂと局１０Ｃと局１０Ｄと図示しない他の局とが、網の目状にＤＳＦで接続されたネットワークである。メッシュ型ネットワークでは、諸条件に応じて設計変更等が可能な最も自由度の高いネットワークであるが、逆に運用管理は難しい。

本実施例の可変分散補償装置は、局１０に配置され、光ファイバ伝送路で発生する波長分散を補償する。また、図２（ｃ）で局１０Ａと局１０Ｄとを直接結ぶ伝送路に障害が発生した場合、先に述べたトランスペアレントネットワークでは、例えば局１０Ｂを経由する伝送路は、直接結ぶ伝送路より距離が長く波長分散も大きくなる。このような場合にも、分散補償装置が可変型なら、即座に対応できる。伝送速度としては、分散補償の必要性が高まる１０Ｇｂｐｓ、１０．７Ｇｂｐｓや、４０Ｇｂｐｓなどで本発明の効果が顕著となるが、これ以外の伝送速度であっても、伝送距離やファイバの種類で決まる総分散量が受信器の分散耐力を超える場合には、本発明の効果を期待できる。

次に、図３を用いて局間伝送システムを説明する。図３は、図２（ａ）のＰ−ｔｏ−Ｐ型で描いているが、リング型ネットワーク、メッシュ型ネットワークいずれか二つの局間の伝送とも等価である。

図３（ａ）において、送信側端局は、ｎ台の光送信器２０と光送信器２０からの波長の異なる光信号（λ１、λ２、…、λｎ）を波長多重する合波器３０と光増幅器４０とから構成されている。一方、受信側端局は、光増幅器４０と可変分散補償装置１００と波長多重された光信号を波長分離する分波器５０とｎ台の光受信器６０とから構成されている。送信側端局と受信側端局とはＤＳＦ７０で接続されている。また、ＤＳＦの概ね中間には、中継局があり、光増幅器４０を設置している。

図３では、可変分散補償装置の伝送システム内の配置を説明するもので、図３（ａ）では受信側端局、図３（ｂ）では中継局、図３（ｃ）では送信側端局に設置している。特に、図３（ｃ）に示す送信側端局に分散補償器を置く構成は、これから伝送される伝送路に対する分散補償を、事前に実施しておく構成である。また、いずれか２局に配置しても、全ての局に分散配置しても良い。光アンプと分散補償器との位置関係も、この限りではなく、前段ないし後段に設置しても良いし、内蔵しても良い。

図４を用いて、伝送路による波長分散および分散補償を説明する。なお、この計算はＳＭＦを用いた。図４（ａ）は、伝送信号のプロファイルである。波形はガウス分布で強度１に規格化してある。この波形の半値半幅はおよそ４０psである。図４（ｂ）は、波長分散１７ps/nm/kmのＳMＦを８０km伝送後の波形である。強度は０.７２、半値半幅はおよそ８０psである。図４（ｂ）の波形に、−１３６０ps/nm（＝−１７×８０ps/nm）の分散補償を行った後の波形が図４（ｃ）となる。

図５を用いて、本発明の実施例の可変分散補償装置を説明する。図５において、波長多重された主信号は、光サーキュレータ１１０のポート１１１から入力され、光サーキュレータ１１０のポート１１２から出力される。光サーキュレータ１１０のポート１１２には、分散補償ファイバ１２０と１×２光スイッチ１３０とミラー１４０とからなる分散補償ユニットが、ｎ台直列に接続される。このとき、１×２光スイッチ１３０の入力は１入力で、出力の一つにミラー１４０が接続され、他の出力には次段の分散補償ユニットの入力が接続される。ｎ段目の分散補償ユニットは、１×２光スイッチがなく分散補償ファイバにミラーが直接接続される。

この構成を採ることによって、１×２光スイッチの制御で、ミラーを選んだ分散補償ユニットの段で、光信号はミラーによって折り返され、光サーキュレータ１１０のポート１１２に入力される。光サーキュレータ１１０のポート１１２に入力された光信号は、光サーキュレータ１１０のポート１１３から出力される。

つまり、光サーキュレータ１１０のポート１１１に入力し、ポート１１３から出力されるまでの間に、光信号は、ミラーを選択した段までの各段の分散補償ファイバを２度通過し、分散補償される。なお、伝送路がＳＭＦの場合、分散補償ファイバは、負の波長分散のファイバである。したがって、単に分散補償ファイバと呼ぶと、通信波長帯域で負の波長分散のファイバを指すが、本実施例ではそれに限られず、通信波長帯域で正の波長分散のファイバを含む。

光スイッチとしては、永久磁石や電磁石を利用した市販されている自己保持型の光スイッチを用いることで、電力供給がない状態でも、接続状態を維持できるので、省電力化が図れる。

図６を用いて、各分散補償ユニットの分散量とファイバ長を説明する。図６で、各ユニットの分散量の行６１には、各分散補償ユニットの分散補償ファイバ１２０の分散量を記載してある。また、ミラーに切り替える光スイッチ番号行６２は、各分散補償ユニットの１×２スイッチ番号を記載してある。さらに、主信号出力部での総分散補償量行６３には、各分散補償ユニットで折り返した場合、ポート１１３から出力される光信号への総分散補償量を記載してある。ファイバ長の行６４には、分散補償ファイバの長さを記載してある。また、総ファイバ長の行６５には、その分散補償ユニットで折り返したときの、総ファイバ長を記載してある。総ファイバ長の説明は、図７で行う。なお、図６の内容は、図７の不揮発性メモリに記録する。

図６（ａ）では、分散補償ユニットの段数を５とし、最初の分散補償ユニット１には５００ps/nm、分散補償ユニット２から分散補償ユニット５は、正負を反転して−２５０ps/nmの補償量を設定した。この結果、可変分散補償装置としての補償範囲は、１０００ps/nmから５００ps/nm刻みに、−１０００ps/nmまでとなった。本発明によれば、前記可変範囲、可変刻み量を実現するのに、５００ps/nm、−２５０ps/nmの２種類の分散補償ユニットを準備すればよく、構成の簡素化が図れる。

最初の分散補償ユニットとそれ以降の分散補償ユニットで、分散補償量の正負を変えた理由を説明する。図１に戻って、ＤＳＦは通信に用いる波長帯域で波長によって、分散補償すべき正負の方向が異なる。図６（ａ）では、波長帯域全域で、一旦ｙ軸正方向にシフトしたあと、ｙ軸負方向に微調整している訳である。最初の分散補償ユニットは、ミラーで反射した後、最後にも通過する。しかし、分散補償の順番には依存せず、２度の通過の合計量が正方向へのシフトであると考えてよい。

さて、図６（ｂ）では、分散補償ユニットの段数を５とし、最初の分散補償ユニット１には−５００ps/nm、分散補償ユニット２から分散補償ユニット５は、正負を反転して２５０ps/nmの補償量を設定した。この結果、可変分散補償装置としての補償範囲は、−１０００ps/nmから５００ps/nm刻みに、１０００ps/nmまでとなった。この場合、波長帯域全域で、一旦ｙ軸負方向にシフトしたあと、ｙ軸正方向に微調整している訳である。ここで、分散補償ファイバの分散特性の傾きは、伝送路による分散の傾きを打ち消すように選択する。

図６の、まず絶対値が大きい分散補償を与え、次に最初の分散補償とは正負逆の絶対値が小さい分散補償を実施する方法は、サーキュレータとミラーを用いる図５には限らない。最も単純には、正負の符号の異なる２本の分散補償ファイバの繋ぎ合わせでも良い。

本実施例では、５００ps/nm程度の刻みで調整しているが、刻み量は、伝送品質を目標値、例えばビット誤り率１０^−１２以下とするように選択すれば良い。

図７をもちいて、分散補償装置とハードウェアを説明する。なお、図５と同一箇所には同一の符号を振り、説明は省略する。
図７において、ポート１１１に入力された光信号は、分散補償されたあとポート１１３から出力される。図５では、分散補償ユニットにミラーを含んでいたが、本実施例では筐体１１５に設けたミラーポート１４５を含んでいる。そして、筐体外からミラーポート１４５にミラー１４０を挿入する。ミラーポート１４５にミラー１４０を挿さないときには、埃避けの蓋をしておく。このようにしておくことで、どの分散補償ユニットまで光信号が来ているのか、一瞥しただけで分かる。なお、筐体１１５内では、最終段のスイッチのない分散補償ユニットのみミラー１４０を有している。しかし、最終段分差補償ユニットも筐体にミラーポートを設けても良い。

また、図７では光サーキュレータ１１０と初段の分散補償ユニットの間に、可変減衰器１５０を設けている。これは、分散補償量を変えると同時に変化する信号の損失量を、ポート１１３の位置で一定に保つためである。具体的には、図６に示した総ファイバ長の変化を、打ち消すように可変減衰器１５０の減衰量を調整する。

可変減衰器１５０と複数の１×２光スイッチ１３０は、制御部１６０から制御される。不揮発性メモリ１８０には、各分散補償ユニットの分散量および減衰量が記録され、中央演算処理部１７０は、不揮発性メモリ１８０を参照して総分散量を演算し、制御部１６０に光スイッチの切り替えと、可変減衰器１５０に減衰量の設定指示を出す。また、状態表示部１７５に分散量調整状態を表示する。通信制御部１９０は、上位の装置監視制御部からの指示を中央演算処理部１７０に引き渡す。

複数の１×２光スイッチ１３０は、常接点（電力が供給されていないとき選択される出力）を、次段の分散補償モジュールに選択する。これによって、複数の１×２光スイッチ１３０のうち光信号をミラー１４０で折り返す１×２光スイッチのみ電力を供給すればよい。したがって、電力を供給すべき光部品は、可変減衰器１５０と最大１個の１×２光スイッチのみであり、省電力化が図れる。

図８を用いて、可変分散補償装置の実装を説明する。可変分散補償装置１００は、標準的な１９×２５.４ｍｍラックに収容可能なように、２５ｍｍ幅×８５ｍｍ高さの分散補償ユニット２００を１２台、同じ外形の可変減衰器モジュール１５０’、光サーキュレータユニット１１０’、電源ユニット２２０をそれぞれ１台、制御部、中央演算処理部等を収容する５０ｍｍ幅×１７０ｍｍ高さの制御ユニット２１０とからなっている。この可変分散補償装置では、５番目の分散補償ユニットにミラー１４０が挿入されている。この状態では、５番目の分散補償ユニット内の光スイッチは、ミラー１４０側に切替えられている。各ユニットの電気コネクタ、光コネクタは、装置裏面側のバックワイヤリングボードに設けたリセプタクルと接続する。したがって、６番以降の分散補償ユニット２００は、主信号に影響することなく、いつでも挿抜可能である。このため、伝送路の経路変更の場合、事前に適切な分散補償ユニットに変更しておくことができ、遠隔制御に好都合である。

なお、図５および図７では最終段の分散補償ユニットには、１×２光スイッチを図示せずミラーを設けている。しかし、同一のインターフェースとするため、図示しない最終段のミラーはバックワイヤリングボード側に実装した。

本実施例に拠れば、ＤＳＦ伝送路による波長分散を補償する波長多重光信号の可変分散補償装置を得ることができる。
また、筐体前面にミラーを設け複数の分散補償ユニットのどの段まで、使用中か一目でわかる。さらに、使用していない分散補償ユニットは光スイッチも含めて増減設が自由に行えるという効果も有する。

可変減衰器を備えることで、分散補償量を変える場合にも、損失を一定に抑える効果も有する。
また、分散補償ファイバを往復で通過するので、通常の使い方に比べ分散補償ファイバの長さが半分でよい。

各種光ファイバの波長に対する分散特性を説明する図である。 本発明を適用するネットワークを説明する図である。 本発明を適用する局間伝送システムを説明する図である。 分散補償の効果を説明する図である。 本発明の実施例の可変分散補償装置のブロック図である。 本発明の実施例の分散補償ユニットの分散量とファイバ長を説明する図である。 本発明の実施例の分散補償装置のハードウェアブロック図である。 本発明の実施例の分散補償装置の外観図である。

符号の説明

１０…局、２０…光送信器、３０…合波器、４０…光増幅器、５０…分波器、６０…光受信器、７０…分散シフトファイバ伝送路、１００…可変分散補償装置、１１０…光サーキュレータ、１１１〜１１３…ポート、１２０…分散補償ファイバ、１３０…１×２光スイッチ、１４０…ミラー、１４５…ミラーポート、１５０…可変減衰器、１６０…制御部、１７０…中央演算処理部、１７５…状態表示部、１８０…不揮発性メモリ、１９０…通信制御部、２００…分散補償ユニット、２１０…制御ユニット、２２０…電源ユニット。

Claims (6)

1. 複数の分散補償ユニットと、ミラーと、光サーキュレータとを有する分散補償装置であって、
   前記分散補償ユニットは、分散補償ファイバと前記分散補償ファイバの一端と接続された1×２光スイッチと前記１×２光スイッチの第１の出力端子に接続されたミラー取り付け部とを有し、
   前記光サーキュレータは、第１のポートに入力された光信号を第２のポートに出力し、前記第２のポートに入力された光信号を第３のポートに出力し、
   前記複数の分散補償ユニットは、各々、前記分散補償ファイバの他端を入力とし、前記１×２光スイッチの第２の出力端子を出力として、前記第２のポートに対して直列接続し、前記複数の分散補償ユニットのうちの前記第２のポートに接続される第１の分散補償ユニットは、次段の第２の分散補償ユニットよりも大きい絶対値を持ちかつ正負が逆の分散補償の特性を有し、
   複数の前記１×２光スイッチの制御で複数の前記ミラー取り付け部に取り付けられるミラーを選択することを特徴とする分散補償装置。
2. 前記光サーキュレータと前記分散補償ユニットとの間に設けられる可変減衰器をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の分散補償装置。
3. 前記１×２光スイッチと前記可変減衰器とを制御する制御部をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の分散補償装置。
4. 前記複数の分散補償ユニットの分散量および減衰量を記録するメモリと、前記可変減衰器を制御する制御部をさらに有し、前記制御部は、前記複数の分散補償ユニットの分散量および減衰量に基づいて定まる減衰量を前記可変減衰器に設定指示することを特徴とする請求項２に記載の分散補償装置。
5. 前記複数の分散補償ユニットの分散量および減衰量を記録するメモリと、前記メモリから前記分散量および減衰量を読み出して総分数量を演算する演算処理部と、前記演算処理部の演算結果を用いて前記可変減衰器に減衰量を設定指示する制御部をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の分散補償装置。
6. 前記１×２光スイッチは、自己保持型光スイッチであることを特徴とする請求項１に記絃の分散補償装置。

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