色散补偿器、光传输系统及光传输方法

专利名称：色散补偿器、光传输系统及光传输方法
技术领域：
本发明涉及色散补偿器及包含它的高速WDM传输系统，特别涉及高 精度地补偿传输光纤的色散斜率的可变色散斜率补偿器。
背景技术：
在高速光纤通信中，因光纤中的所谓波长色散的特性，造成光波形 劣化，传输速度或传输距离会受限制。所谓波长色散(以下称为色散)是 指在光纤中信号传播的群速度的波长依存性。严格地讲，光波形具有多个 波长成分(具有频谱宽度)，若群速度具有波长依存性，则在光纤中出现 前进慢的波长成分和前进快的波长成分，其结果波形扩展，当色散值不能 忽略时，则发生波形失真，接收特性会劣化。由于色散量与光纤长度成正 比，结果传输距离受限制。
作为避免因色散导致的波形失真的影响的手段， 一般应用色散补偿 器。所谓色散补偿器是指具有与传输线路的光纤的色散量相反的色散量的 光器件，能够通过该色散补偿器抵消光纤中的色散，抑制因色散产生的波 形失真。作为色散补偿器使用最多的是色散补偿光纤(DCF: Dispersion Compensation Fiber)。所谓色散补偿光纤是指通过对光纤的材料和构造加 以设计来保持与传输线路的光纤相反的色散特性。
色散补偿光纤被设计成抵消传输线路的光纤(以下称为传输光纤) 的色散量。例如，在单波长传输时，色散补偿光纤被设计成为绝对值与该 色散量相等的、负的色散量，以补偿传输光纤的信号波长的色散量。
但是，在波分复用传输(WDM)中应用色散补偿光纤时，需要考虑 色散的波长依存性。 一般而言，在长波长侧，传输光纤的色散具有色散值 在长波长侧增大的特性，在WDM传输中使用的带宽内，可以大致用直 线近似。用直线近似每个单位距离的色散量、即色散系数(单位ps/nm /km)的波长依存性时，直线的倾斜度一般称为色散斜率(单位ps/nm /nm/km)。传输光纤的色散是正的值，例如，在一种主要的传输光纤 即色散位移光纤中，一般是在0.07ps / rnn / nm / km前后的值。
若考虑该色散斜率，则由于传输线路的色散量在长波长侧增大，因 此，在波长方向上复用多个信道的信号的WDM传输中，为了实施完全 的色散补偿，需要使用补偿量在长波长侧增大的DCF。
例如，在专利文献l中，如图17所示，提出一种对传输光纤102设 置不仅补偿色散、且补偿色散斜率的色散补偿光纤103的方法。图18中 示出传输光纤102及色散补偿光纤103的色散量的关系。传输光纤102 的色散量在零色散波长XO处色散量成为零，之后在右上角增大。当传输 实际的WDM信号的传输带宽设为从波长 iL (最短波长)到UJ (最长波 长)时，为了完全抵消传输光纤的色散量，色散补偿光纤103被设计成， 在整个信号带宽(从XL到UJ)具有色散量的绝对值相等、且符号为负 的色散量。其结果，色散补偿后的残留色散量在整个信号带宽(从XL到 XU)为零。
专利文献l:(日本)特开平10—39155
大西正志及其他发明《色散补偿光纤及包含它的光传输系统》(注 专利文献1的发明人及标题)
但是，传输光纤的特性，如图19所示， 一般可知零色散波长按每个固 体偏移是离散的，其结果，传输带宽中的色散系数也如图19的斜线部那样 分散。特别是，在如上所述的色散位移光纤的情况下，零色散波长的偏移 范围(从M)a到X0b)在10nm以上也不稀奇。在使用这样的零色散波长对 每个个体有偏移的传输光纤的WDM传输系统中，应用被设计成补偿上述 那样的色散斜率的色散补偿光纤时，有可能由于零色散波长的偏移而使色 散补偿后的残留色散不成为零、发生补偿误差。
具体地，如图20所举的数值例，对该现象在下面进行说明。设传输光
纤的零色散波长在1540nm到1560mn是离散的，并且，设信号带宽为 1570nm到1610nm。光纤a及光纤b分别相当于零色散波长成为上述分布中 的最短波长的情况及成为最长波长的情况。光纤a、光纤b的1570nm处的 色散系数分别为0.7及2.1ps / nm / km， 1610nm处的色散系数分别为3.5及 4.9ps/nm/km。色散补偿光纤以该带宽内的传输光纤的平均特性、即光 纤a和光纤b的中间值为基础进行设计。其结果，1570nm处的色散系数为 —1.4ps / nm / km， 1590nm处的色散系数为一4.2ps / nm / km。
考虑使用该色散补偿光纤对光纤长60km的光纤a、及光纤长100km的 光纤b进行色散补偿的情况。带宽中的中间波长1590nm处的光纤a及光纤b 的色散系数分别为3.5及2.1ps / nm / km，因此光纤长60km的光纤a及光纤 长100km的光纤b，任何情况下色散量都为210ps/nm (=3.5x60，或 2.1x100)。因此考虑优选作为色散补偿光纤的色散量设计成补偿量在 1590nm处成为一210ps /nm。
但是，如图21那样100X补偿光纤a时要求的特性、及100X补偿光纤b 时要求的特性(即只逆转光纤a及光纤b各自色散量的符号的特性)仅在波 长1590nm这l个点一致，但是，在除此以外的波长中不一致。因此，利用 平均特性来设计的色散补偿光纤输出的残留色散除波长1590nm以外，其 他都不为零，发生补偿误差。在带宽的两端aL及 iU)误差最大，光纤a 的补偿误差达到士35ps / nm，光纤b的补偿误差达到士21ps / nm。这样，在 以往那样设计的色散补偿光纤中，存在因传输光纤的零色散波长的偏移而 补偿误差会增大的问题。
当长距离中继传输时，这样的补偿误差在每个中继器中放大。 一般在 中继传输中，在中继器中设置色散补偿光纤，补偿之前的传输光纤的色散 量，但是，在每个跨度发生如上所述那样的事故时，补偿误差累积起来， 结果因色散导致的波形失真也会增大。
众所周知，通过在接收机之前与色散补偿光纤分别设置色散量可变的 可变色散补偿器，在接收器之前补偿这样的按每个波长累积的补偿误差 (残留色散)的方式。但是，在累积的补偿误差量超过在可变色散补偿器
中可设定的可变色散范围时，有仍然残留补偿不完的补偿误差的问题。
另外，当考虑称作自相位调制(SPM)或交叉相位调制(XPM)等 非线性现象和色散的相互作用时，希望通过上述的可变色散补偿器，不只 是仅在接收机之前抑制残留色散，而且最好对每个中继器输出抑制残留色 散。但是，在以往那样设计的色散补偿光纤中，由于传输光纤的零色散波 长的偏移，每个中继器输出会发生残留色散，可能存在因非线性现象和色 散的相互作用而发生波形失真的问题。

发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种补偿零色散波长且色散斜率的色散 补偿器。
对于这样的问题，本申请的发明提供的结构的色散补偿器，其特征在 于，包括第一色散补偿光纤组，至少具有一根色散补偿光纤；第二色散 补偿光纤组，至少具有一根色散补偿光纤；及光开关组或接线光缆组，用 于实现与第一色散补偿光纤组及第二色散补偿光纤组的色散补偿光纤组 的任一个的连接组合，第一色散补偿光纤组及第二色散补偿光纤组的相对 色散斜率不同。
若采用本申请的发明，能够构成对与传输光纤的零色散波长且色散斜 率呼应的色散进行补偿的可变色散斜率补偿器。


图1是本发明的第1实施例的结构。
图2是说明第一及第二色散补偿光纤的设计手法的图。
图3是第一及第二色散补偿光纤的设计例。
图4是第一及第二色散补偿光纤组的色散分布图。
图5是第一及第二色散补偿光纤组的代表特性值。
图6是可通过第一实施例实现的色散补偿量的组合的例子。
图7是可通过第一实施例实现的色散分布的例子。
图8是第一实施例的其他实施例的结构。
图9是可通过第一实施例的其他结构实现的色散分布图的例子。 图10是本发明的第2实施例的结构。 图11是色散补偿量的设定流程。
图12是说明色散补偿量的设定流程中的DCF选择方法的图。
图13是色散斜率补偿的模拟结果的例子(1)。
图14是色散斜率补偿的模拟结果的例子(2)。
图15是色散斜率补偿后的残留色散分布图(1)。
图16是色散斜率补偿后的残留色散分布图(2)。
图17是以往例中的包含色散斜率补偿器的系统结构。
图18是说明以往例中的色散斜率补偿的图。
图19是说明传输光纤的零色散波长的偏移的图。
图20是说明以往例中的色散斜率补偿误差的图(1)。
图21是说明以往例中的色散斜率补偿误差的图(2)。
具体实施例方式
本申请的第一发明提供的结构是可变色散斜率补偿器，当将光纤的色 散斜率(ps/nm/nm/km)除以色散系数(ps/nm/km)的值定义为 相对色散斜率RDS (/nm)时，上述可变色散斜率补偿器包括第一色 散补偿光纤组，由共同具有相对色散斜率RDSa的至少两根以上的色散补 偿光纤构成；第二色散补偿光纤组，由共同地具有与上述第一色散补偿光 纤组具有的相对色散斜率RDSa不同的相对色散斜率RDSb的至少两根以
上的色散补偿光纤构成；及光开关组或接线光缆组；用于实现上述第一色 散补偿光纤组及第二色散补偿光纤组的任意的连接组合。
若采用本申请的第一发明，通过用于实现相对色散斜率RDS值不同的
第一色散补偿光纤组、及第二色散补偿光纤组、及它们的色散补偿光纤组 的任意的连接组合的光开关组或接线光缆组，能够构成根据传输光纤的零 色散波长来改变色散斜率的可变色散斜率补偿器。
另外，本申请的第二发明提供的结构是基于第一发明的可变色散斜率 补偿器，其特征在于，上述第一色散补偿光纤组中的各色散补偿光纤及上
述第二色散补偿光纤组中的各色散补偿光纤被设计成，某个代表波长的色 散补偿量成为既定的色散补偿阶梯量的整数倍。
另外，本申请的第三发明提供的结构是基于第一发明的可变色散斜率 补偿器，其特征在于，上述第一色散补偿光纤组中的各色散补偿光纤及上
述第二色散补偿光纤组中的各色散补偿光纤被设计成，某个代表波长的色
散补偿量成为既定的色散补偿阶梯量的2的N次方(N为整数)倍。
若采用本申请的第二、第三发明，在构成第一色散补偿光纤组、及第
二色散补偿光纤组的各色散补偿光纤中，各代表波长的色散补偿量被设计
为既定的色散补偿阶梯量的整数倍、或2的N次方(N为整数)倍，从而可
以构成可以高精度地调节斜率的可变色散斜率补偿器。
另外，本申请的第四发明提供的结构是基于第一发明的可变色散斜率
补偿器，其特征在于，将上述代表波长设为传输信号带宽的中心波长或中
心附近的波长。
另外，本申请的第五发明提供的结构是光传输系统，其特征在于，设 置有多个利用第一发明的可变色散斜率补偿器和传输光纤。
另外，本申请的第六发明提供的结构是基于第五发明的光传输系统， 其特征在于，上述传输光纤的零色散波长的每一个都有偏移，使零色散波 长位于比该零色散波长的分布中心靠短波长侧时的、传输光纤的相对色散 斜率RDS与上述第一色散补偿光纤组的相对色散斜率RDSa —致，并且， 使零色散波长位于比该零色散波长的分布中心靠长波长侧时的传输光纤 的相对色散斜率RDS与上述第二色散补偿光纤组的相对色散斜率RDSb 一致。
若采用本申请的第六发明，对于假定的传输光纤的零色散波长偏移， 通过使零色散波长位于比分布中心靠短波长侧时的、传输光纤的RDS值与 第一色散补偿光纤组的RDS值一致，另外，使零色散波长位于比分布中心 靠长波长侧时的传输光纤的RDS值与第二色散补偿光纤组的RDS值一致，从而能够构成在较宽范围可调节斜率的可变色散斜率补偿器。
另外，本申请的第七发明提供的结构是基于第五发明的光传输系统，
其特征在于，使用零色散波长分布在1510nm 1590nm范围的色散位移光 纤作为传输光纤。
若采用本申请的第七发明，通过做成如下的光传输系统，不仅能够降 低接收端的残留色散，而且能够降低在整个中继传输系统中各中继器输出 的残留色散，上述光传输系统能够远程操作可变色散斜率补偿器内的光开 关组，根据光传输系统内的传输光纤的色散信息，计算出各可变色散斜率 补偿器所希望的色散补偿量，并远程操作上述光开关。
另外，本申请的第八发明提供的结构是基于第五发明的光传输系统， 其特征在于，使用L波带(1565nm 1615nm)作为信号带宽。
另外，本申请的第九发明提供的结构是基于第五发明的光传输系统， 其特征在于，使用C波带(1525nm 1565nm)作为信号带宽。
另外，本申请的第十发明提供的结构是基于第五发明的光传输系统， 其特征在于，能够远程操作上述可变色散斜率补偿器内的上述光开关组， 且根据上述光传输系统内的传输光纤的色散信息计算出各可变色散斜率 补偿器的色散补偿量并远程操作上述光开关来设定计算出的色散补偿量， 使残留色散在所希望的范围内。
具体实施例方式
(实施例1)
使用图1来说明本发明的第1实施例。可变色散斜率补偿器11由第 一色散补偿光纤组21 — 1、 2、 3和第二色散补偿光纤组22 — 1、 2、 3构成， 在各色散补偿光纤的两端设有1x2的光开关23。在光开关23的色散补偿 光纤和另一方的端口上设有直通光纤24。从可变色散斜率补偿器11的输 入端口 25入射的光信号通过任意地转换各光开关23，在各色散补偿光纤 21 — 1、 2、 3及22-l、 2、 3、或直通光纤24中的某一个中传播后，从输 出端口26输出。g口，通过任意地转换各光开关23，可以实现各色散补偿光纤21-1、 2、 3及22—1、 2、 3的任意的组合连接。
该可变色散斜率补偿器11中的第一色散补偿光纤组21 —1、 2、 3和 第二色散补偿光纤组22—1、 2、 3的特性设计如下。传输光纤的色散系数 如图2所示地零色散波长在M)a到人0b之间离散。另外WDM信号波长的 带宽，以最短波长侧为XL、最长波长侧为UJ。在此，考虑零色散波长位 于比平均特性靠短波长侧的光纤a和零色散波长位于比平均特性靠长波 长侧的光纤b。设带宽内的代表波长的色散系数在光纤a及光纤b中 分别是Da及Db (ps/nm/km)。另外，设色散斜率无论是光纤a及光 纤b中的任一个的情况下都是S (ps / nm / nm / km)。
在此，DCFa被设计成，以便补偿光纤a的色散及色散斜率，即，使 代表波长bc处的色散系数成为一Da，并且，色散斜率成为一S。另外， DCFb被设计成，以便补偿光纤b的色散及色散斜率，即，使代表波长Xx 处的色散系数成为一Db，并且色散斜率成为一S。
换言之，当使用由将光纤的色散斜率(单位ps/nm/nm/km)除 以色散系数(单位ps / nm / km)的值定义的相对色散斜率RDS (单位 / nm)时，DCFa被设计成使代表波长入x处的相对色散斜率RDS成为 RDSa=S / Da， DCFb被设计成使代表波长be处的相对色散斜率RDS成 为RDSb = S/Db。
图3示出具体的数值例。设传输光纤的色散在1540nm (X0a)到 1560nm (W)b)之间是离散的，色散斜率为0.07ps / nm / nm / km。另夕卜， WDM信号波长的带宽，设最短波长侧为1570nm (XL)、最长波长侧为 1610nm au)，设信号带宽内的代表波长为带宽中心的15卯rnn Qx)。在 此，使光纤a的零色散波长位于分布的最短波侧(1540nm)，并且，使光 纤b的零色散波长位于分布的最长波侧(1560nm)。在这样的情况下，DCFa 被设计成使色散斜率成为一0.07ps/nm/nm/km、代表波长15卯nm处 的色散量成为一3.5ps/nm/km。另外，DCFb被设计成使色散斜率成为 一0.07ps / nm /歸/ km、代表波长15卯nm处的色散量成为一2.1ps / nm /km。若使用相对色散斜率RDS来表现时，则如图l中的数值例所示， DCFa21 — l、 2、 3的RDS成为0.02 / nm ( =0.07 / 3.5)。另夕卜，DCFb22 —1、 2、 3的RDS被设计成为0.033 /rnn (=0.07/2.1)。
进而，构成DCFa组21-l、 2、 3及DCFb组22 —1、 2、 3的各光纤 被设计成，使代表波长的色散量(色散补偿量)成为某种规定的色散阶梯 值Ds (ps/nm)的M倍(M=l、 2、 3…)、或2的N次方倍(N=l、 2、 3...)。若列举具体的数值例，则考虑将色散量设定为色散阶梯值(Ds) —50ps/nm的2的N次方倍(N=l、 2、 3...)即1倍、2倍、4倍。如 图1的数值例所示，DCFa组的各色散补偿光纤21 — l、 2、 3的代表波长 1590nm的色散量分别成为—50、 一100、 一200ps/nm。同样地，DCFb 组的各色散补偿光纤22—1、 2、 3的代表波长1590nm的色散量分别成为 —50、 一100、 一200ps/nm。图4示出该数值例中的DCFa21 — l、 2、 3 及DCFb22—l、 2、 3的色散分布图，图5示出代表特性值的一览表。
在此，在由按以上说明那样设计的DCFa21 —1、 2、 3及DCFb22—l、 2、 3构成的、图1所示的可变色散斜率补偿器11中，考虑任意转换各光 开关23的情况。通过转换光开关23，各DCF21 — 1、 2、 3及22 — 1、 2、 3的连接组合自由地变化，从输入端口 25到输出端口 26之间的色散量变 化。其一方面，即使在不同的连接组合中，也存在多个代表波长bc中的 色散量相等的组合。例如实现色散量一100ps/nm的组合可以有以下3 种情况色散量为一100ps/nm的DCFa21—2单独的情况，或者组合色 散量都为—50ps / nm的DCFa21 — l和DCFb22 —1的情况，或者色散量 一 100ps / nm的DCFb22—2单独的情况。
为了标记的简洁化，作为识别这样的组合的符号，用"代表波长的 全部色散量的绝对值、d"和"将选择的DCFb的全部色散量除以色散阶 梯Ds的值、k"这两根量，将各组合表示为"dps—弁k"。例如，实现上 述色散量一 100ps / nm的组合如下进行标记在色散量为一100ps / nm的 DCFa21-2的单独的情况下标记为"100ps—弁0"，并且，在组合了色散 量都为一50ps / nm的DCFa21 — 1和DCFb22— 1的情况下标记为"100ps —弁1"，并且，在色散量为—100ps / nm的DCFb22—2单独的情况下标 记为"100ps—井2"。
当使用该标记『dps—弁k』来整理转换光开关23时的各色散补偿光 纤21 — 1、 2、 3及22—1、 2、 3的连接组合时，成为如图6那样。图中的 记号O意味着选择相应的色散补偿光纤，记号X意味着不选择相应的色散 补偿光纤(即，选择直通光纤侧的情况)。
在此，如上所述，因为DCFa21 —1、 2、 3及DCFb22 —1、 2、 3的相 对色散斜率值互不相同，因此，使DCF组合变化时(即，使"将选择的 DCFb的全部色散量除以色散阶梯Ds的值、k"的值变化时)，能够使该 连接组合的相对色散斜率RDS值变化。即，在图6中，全部色散量相同 的组合之间，代表波长1590nm处的色散量都相等，另一方面，能够使带 宽的两端1570nm及1610nm处的色散量可变。例如，若看全部色散量的 绝对值d= — lOOps / nm情况，则在"lOOps— #0" 、" lOOps— # 1 "、" 100ps 一#2"的任意组合中，代表波长1590nm处的色散量是一100ps/nm，但 是，在分别是"100ps—#0" 、 "100ps—弁l"、 "100ps—井2"的情况下， 1570nm处的色散量为一60、 一46.7、 一33.3ps/nm，随着k值的增加而 减少。另一方面，分别在"100ps—#0" 、 "100ps—#1"、 "100ps—#2" 的情况下，1610nm处的色散量为一140、 一153.3、 一 166.7ps/nm，随着 k值的增加而增大。总之，能够通过改变k值而使相对色散斜率RDS变 化。
如上所述，构成DCFa组21 —1、 2、 3及DCFb组22—1、 2、 3的各 光纤的代表波长的色散量(色散补偿量)被设定成，成为某个规定的色散 阶梯值Ds (ps/nm)的M倍(M=l、 2、 3…)、或2的N次方倍(N= 1、 2、 3...)。因此，通过从DCFa组21 —1、 2、 3中选择适当的一个或多 个光纤并连接它们，能够实现总色散量d—kxDs。同样地，通过从DCFb 组22—1、 2、 3中选择适当的一个或多个光纤并连接它们，能够实现总色 散量kxDs。总之，通过连接这些光纤，在总色散量d的状态下，能够通 过改变k值使色散斜率变化。为了抑制色散斜率补偿器内的全部DCF的 总量，将构成DCFa组21 —1、 2、 3及DCFb组22—1、 2、 3的各光纤设
定为，使代表波长的色散量(色散补偿量)成为某个规定的色散阶梯值
Ds (ps/nm)的2的N次方倍(N=l、 2、 3…)是有效的。
该相对色散斜率RDS的变化的样子根据图7所示的色散分布图可知。 在固定了 "代表波长中的全部色散量的绝对值、d"的状态下，使"将选 择的DCFb的全部色散量除以色散阶梯Ds的值、k』变化时，代表波长 处的色散量不变化，仅色散斜率变化。例如，对"100ps—井0"、 "100ps 一#1"、 "100ps—#2"而言，观察到当保持代表波长1590nm处的色散 量为一100ps/nm不变而使k值增加为0、 1、 2时，色散斜率变得更陡峭 的样子。该现象在"代表波长中的全部色散量的绝对值、d"为100ps/ nm以外的情况下也是同样的，仍然增加k值时，保持代表波长中的色散 量不变，仅色散斜率变得陡峭起来。总之，采用本发明的图1的结构，通 过转换光开关23，不仅色散而且色散斜率也可变，实现可变色散斜率补 偿器。
在图1的结构中，将色散量设定为相对于色散阶梯值(Ds) —50ps /nm成为2的N次方倍(N=l、 2、 3)，即成为1倍、2倍、4倍，DCFa 组的各色散补偿光纤21 — 1、 2、 3的代表波长1590nm处的色散量分别为 一50、 一IOO、 一200ps/nm。当使该色散阶梯值(Ds)减少时，实现精 度更高的可变色散补偿器。例如，设色散阶梯值(Ds)为一25ps/nm， 进而使DCFa组及DCFb组分别由4根DCF构成，将色散量设定为2的 N次方倍(N=l、 2、 3、 4)即l倍、2倍、4倍、8倍，各色散补偿光纤 的代表波长1590nm的色散量如图8所示那样分别设为一25、 一50、 一 100、 一200ps/nm时，如图9所示，不仅对代表波长中的色散量，而且对色散 斜率也增大可实现的色散分布，实现精度更高的色散斜率补偿。
另外，在图l及图3的例子中，使光纤a的零色散波长位于分布的最 短波长侧(1540nm)，并且，使光纤b的零色散波长位于分布的最长波长 侧(1560nm)，决定了与此对应的DCFa及DCFb的特性值。但是，如图 2所示，使光纤a的零色散波长位于分布的短波长区域内的任意的波长上， 使光纤b的零色散波长位于分布的长波长区域内的任意的波长上，决定与
此对应的DCFa及DCFb的特性值，本专利也是有效的。艮卩，使用将光纤 的色散斜率(单位ps/nm/nm/km)除以色散系数(单位ps / nm / km)的值来定义的相对色散斜率RDS (单位/nm)时，DCFa被设计 成使代表波长bc中的相对色散斜率RDS成为RDSa=S / Da，DCFb被设 计成使代表波长Xx中的相对色散斜率RDS成为RDSb=S / Db，若维持 RDSa<RDSb的关系，则本专利有效。总之，使光纤a的零色散波长位 于1540nm，光纤b的零色散波长位于1555nm，决定与此对应的DCFa 及DCFb的特性值，本专利是有效的，提高设计的自由度。
另外，在目前为止的实施例的数值例中，设代表波长(bc)为信号 波长的中心波长(1590nm)，但将信号波长附近的例如ITU—Grid波长即 1589.57nm或1590.41nm作为代表波长，也能够应用本专利，另外即使不 在中心附近，而是将长波长侧的例如1595nm的任意的波长、或短波长侧 的任意的波长作为代表波长，也不损害本专利的有效性。
另外，在到此为止的实施例的数值例中，将各DCF的色散量设定为 色散阶梯值(Ds) —50ps/nm的2的N次方倍(N=l、 2、 3)，即1倍、 2倍、4倍，但即使为2的M倍(M=l、 2、 3...)，即1倍、2倍、3倍， 也能够应用本专利。另外，即使对于色散阶梯值(Ds) —50ps/nm，不 是严格的2的N次方倍(N=l、 2、 3)，或2的M倍(M=l、 2、 3…)， 通过设为其附近的值的色散量，也能够应用本专利。
在实际的色散补偿光纤中，色散的波长依存性不是严格的直线，在 色散斜率之外，还存在向上凸或向下凸的高次的波长依存性，因此当需要 更高精度的色散补偿时，需要考虑该影响，但即使在这样的情况下，色散 斜率的成分也能够在本专利中高精度地补偿，不损害本专利的有效性。
如以上说明那样，通过相对色散斜率RDS值不同的第一色散补偿光 纤组、及第二色散补偿光纤组、及用于实现它们的色散补偿光纤组的任意 的连接组合的光开关组或接线光缆组，能够构成相应于传输光纤的零色散 波长且色散斜率而使色散补偿器补偿的色散斜率可变的可变色散斜率补 偿器。
进而，在构成第一色散补偿光纤组、及第二色散补偿光纤组的各色 散补偿光纤中，各代表波长的色散补偿量被设计成，成为既定的色散补偿
阶梯量的整数倍、或2的N次方(N为整数)倍，能够构成可以高精度 调节斜率的可变色散斜率补偿器。
进而，对于假定的传输光纤的零色散波长的偏移，通过使零色散波 长位于比分布中心靠短波长侧时的传输光纤的RDS值和第一色散补偿光 纤组的RDS值一致，另外，使零色散波长位于比分布中心靠长波长侧时 的传输光纤的RDS值和第二色散补偿光纤组的RDS值一致，能够构成在 广泛范围可调节斜率的可变色散斜率补偿器。
另外，本专利并不限定于两根色散补偿光纤组，通过使用三组以上 的色散补偿光纤组，能够进行更高精度的补偿，也提高设计自由度。 (实施例2)
使用图10、图11来说明本发明的第2实施例。图10是包含本发明 的第1实施例的可变色散斜率补偿器11的多中继传输系统。发送器12 通过光复用器13被复用而形成WDM信号，在光放大器14一1中被放大 后入射到中继传输线路。传输线路由传输光纤15 — 1、 2…、可变色散斜 率补偿器ll一l、 2…、及光开关14一1、 2…构成，经过中继传输线路的 WDM信号在光解复用器16中被分波而到达接收器17。各可变色散斜率 补偿器ll一l、 2…的色散补偿量通过色散补偿量设定单元18计算出并被 远程设定。
在此，通过图11所示的流程设定各可变色散斜率补偿器11的色散补 偿量。在此，考虑对于该跨度编号i (初始值1)来设定可变色散斜率补 偿器ll一i的色散补偿量的情况。首先，计算出到之前的传输光纤15 — i 的总色散量Dti a)。如图10的结构时，根据到可变色散斜率补偿器11
一i的之前为止的传输光纤的色散量的总和Dfi a) +Df2 a) +...+
Dfi a)、和到可变色散斜率补偿器ll一i的之前为止的可变部分色散斜
率补偿器的色散设定量的总和Ddi a)十Dd2 a)十…+Dd (i—1) a) 之和计算总色散量Dti a)。传输光纤的色散量的总和Dfl a)、 Df2 ( O…Dfi (X)可以事先将 测量的现场数据手动输入到色散补偿量设定单元18中，也可以将管理事 先测量的现场数据的图表区域可以设置在色散补偿量设定单元18的内部 或色散补偿量设定单元18能够存取的区域中，通过参照该图表来导出。 另外，也可以设置另外的色散测量单元，准时取得色散数据，可以使用该 值求出传输光纤的色散量。另外，通过将到此为止计算并实际设定的分散 设定量预定保存在色散补偿量设定单元18的内部，可取得之前的可变色
散斜率补偿器的色散设定量Ddi a)、 Dd2 a)、…Dd (i-i) a)。
接下来，对于代表波长中的总色散量Dti ax)、色散阶梯量Ds，求 出满足NxDs<Dti ax) < (N+l) xDs的零或正的自然数N。这意味 着在可变色散斜率补偿器13中，从可设定的"代表波长中的全部色散量 的绝对值、d"中，选择与代表波长中的总色散量Dti ax)最接近的值。
接下来，设n二N后，在使DCFa的代表波长中的色散量为(n—k) xDs、 DCFb的代表波长中的色散量为kxDs时的连接组合中，计算出色 散量Ddi a)。该操作相当于选择图6中的识别编号(nxDs) ps—弁k。
在此，在最短波长时和最长波长时分别计算色散补偿后的积累色散 量的平方和，进而，计算出其和丁= (Dti (XL) +Ddi (XL)) —2+ (Dti
au) +Ddi au)) ~2。
计算出的T与n及k的组合一起保存在存储器中，同样地，计算出n =N、且k4、 1、 2…n的各组合中的T。另外，同样地，计算出n二N十 1、且k-0、 1、 2…n的各组合中的T。
各组合中的T的计算结束后，查找使T最小的n、 k的组合，将该组 合作为可变色散斜率补偿器(U — i)的设定量。即设定成为d二nxDs的 "dps—#k"的组合。
将以上的工序，使i逐一增加而依次地计算、设定，若在全部跨度中 结束可变色散斜率补偿器13的设定，则设定流程结束。
以上说明的流程相当于如下情况如图12那样，对于100%补偿之
前的传输光纤为止的总色散量Dti a)的特性，从在可变色散斜率补偿 器13中可设定的组合中选择与代表波长ax)的色散量最接近的2组(色 散量NxDs的组、及色散量(N+l) xDs的组)，进而，从属于这2组的
"(NxDs) ps — # 0 ，，、 " ( NxDs ) ps — # 1"、…"(NxDs ) ps — # N"及"((N + 1) xDs) ps—#0"、 "((N+1) xDs) ps—弁l"、…"((N+1) xDs) ps—弁N+l"中，选择两端的波长aL及xu)的平方误差最小的组合。 这样，用简便的算法能够从在可变色散斜率补偿器13中可设定的组合中 选择带宽中的补偿误差最小(或大致最小)的组合。在下面示出对利用上 述流程来选择时的本专利的效果进行模拟时的结果。在图IO所示的传输 系统结构中，设中继数为IO，传输光纤15 — 1、 2、 ...IO的零色散波长由 从1540nm (人0a)到1560nm a0b)之间的均匀分布随机数来设定。另外， 传输光纤15 — 1、 2、 ...10的光纤长也由60km到90km之间的均匀分布 随机数来设定。将以上IO个中继传输系统生成1000个模式，在各模式中 应用图ll的流程，设定各色散斜率补偿器的色散量，计算出在各色散斜 率补偿器输出的残留色散量。另外，设色散斜率为0.07ps / nm / nm / km、 WDM信号波长的带宽的最短波长侧为1570nm (XL)、最长波长侧为 1610nm ( iU)、信号带宽内的代表波长为带宽的中心即1590nm (bc)。 DCFa及DCFb被设计成补偿零色散波长位于分布的最短波侧(1540nm) 及最长波长侧(1560nm)时的光纤，另外，设色散阶梯为50ps / nm。总 之，各DCFa及DCFb的特性值是上述图5所示的值，做成图1所示结构 的可变色散斜率补偿器。
图13及图14示出计算出1000个模式的色散补偿的一例。图13 (a) 及图14 (a)是每个跨度的色散斜率补偿器输出的残留色散量，在图13
(b)及图14 (b)中示出各跨度的(由随机数赋予)光纤长及零色散波 长、及利用图ll的流程选择的DCF『d ps—弁k』的d值及k值。在图 13 (a)及图14 (a)中图示最短波长(1570nm)及最长波长(1610nm) 的各自的值。另外，在图13 (a)及图14 (a)中，为了比较一并标记了 以往方式，即，在色散阶梯50ps/nm中对具有相当于传输线路的平均特 性(零色散波长1550nm)的、单一的相对色散斜率RDS的一种DCF进 行调节的情况的结果。 如图13所示，利用传输光纤的分布，判明不应用本发明时存在残留 色散量累积达到il00ps/nm的情况。但是，通过应用本专利，判明能够 抑制残留色散在士20ps / nm以内。
由色散造成的波形失真的影响，与传输信号的位速率的平方成正比 而变得严重，例如在40Gbps的零啁啾型NRZ信号时，可以忽略传输波 形失真的容许色散量例如成为(依存于发送器、接收器、及特性)士80ps /nm左右。这时，在使用以往的相对色散斜率仅是一种的色散斜率补偿 光纤的系统中，由于IO个中继后的接收端的残留色散超过上述可以容许 的色散量士80ps / nm，因此新的色散补偿器必须在接收器之前。但是，通 过应用本专利，接收端的残留色散量大幅地减少，即使在图13的情况下， 在接收端不需要新的色散补偿器。在实际的色散补偿光纤中，设计值与实 际的色散量有误差，另外色散的波长依存性也不是严格的直线，存在向上 凸或向下凸的高次的波长依存性，因此，残留色散比图13的结果增大， 但由于该影响不仅作用于本发明，而且共同作用于使用了色散补偿光纤的 色散补偿器，因此不损害本发明的优越性。
另夕卜，在图14的例子中，在使用以往类型的色散斜率补偿光纤的情 况下，接收端的残留色散量被抑制在士20ps/nm左右。但是，判明在中继 传输线路的中途，临时性的残留色散增大到士60ps/nm左右。当由色散造 成的线形，仅考虑波形失真的情况时，无论在传输线路的中途发生多少残 留色散，在接收端中残留色散量被抑制在容许色散以内，则可以忽略该影 响。但是，考虑称作自相位调制(SPM)或相互相位调制(XPM)等非 线性现象和色散的相互作用时，不仅需要对接收端、且对传输线路中途的 每个中继器输出抑制残留色散。判明通过应用本发明，在全部中继器输出 中，残留色散量被抑制在士20ps/nm以内。因此，考虑到非线性现象和色 散的相互作用，本专利也对每个跨度的严格的色散补偿有效。
图15中示出计算了 IOOO个模式时的各中继器输出的残留色散量的 20000个采样(1000个模式、IO个中继、最长波长和最短波长2个波长 的量)的分布状况。该分布图是图示每2ps/nm的分布数的图，例如示 出在应用本专利时的1570nm的特性中，残留色散满足+Ops / nm以上、 小于+2ps/nm的采样数为467个的情况。标准偏差在应用本专利时是 14.2(^1570nm及16.4@1610nm，另一方面，使用以往型的色散斜率补偿 光纤时的标准偏差是35.2@157011111及40.9@161011111。示出了通过应用本 发明，能够在整个20000个采样中将残留色散抑制在士50ps/nm以内。
进而，在图16中示出如图8那样使色散阶梯为25ps / nm时的残留 色散量的分布状况。比较图15，本专利的效果进一步增大，标准偏差在 应用本专利时是7.3(^1570nm及7.9⑨1610nm,另一方面，使用以往类型 的色散斜率补偿光纤时的标准偏差是34.7@1570nm及36.2@1610nm。使 用以往类型的色散斜率补偿光纤时即使设色散阶梯为25ps/nm，也只提 高代表波长1590nrn处的补偿精度，带宽的两端1570nm及1610mn处的 残留色散与色散阶梯50ps/nm时几乎没有变化。与此相对，表明在本专 利的情况下能够在整个20000个采样中将残留色散抑制在士25ps/nm以 内。
在图11所示的流程中，在计算之前的传输光纤15 — i为止的总色散 量Dti a)时，根据可变色散斜率补偿器ll一i之前的传输光纤的色散量 和设置在各中继器的可变色散斜率补偿器ll一i的跟前的可变色散斜率补 偿器的色散设定量的总和进行计算，但是，当除此以外存在不能忽略色散 量的元件吋，也可以包含这些色散量进行计算。另外，在接收侧进行前置
色散补偿时，也可以包含该前置色散量来计算总色散量Dti a)。另外， 在图ii所示的流程中，选择色散补偿量接近总色散量Dti a)的100%
的组合，但是选择过大的补偿(例如110%)、或过小的补偿(例如卯％)
的流程，也不会损害本专利的一般性。
如以上说明，可以远程操作可变色散斜率补偿器内的光开关组，根 据光传输系统内的传输光纤的色散信息计算出各可变色散斜率补偿器所 希望的色散补偿量，并做成远程操作上述光开关的光传输系统，能够提供 一种光传输系统，不仅可以降低接收端的残留色散，而且可以降低整个中 继传输系统中各中继器输出的残留色散。
权利要求
1.一种色散补偿器，其特征在于，包括第一色散补偿光纤组，至少具有一根色散补偿光纤；第二色散补偿光纤组，至少具有一根色散补偿光纤；及光开关组或接线光缆组，用于对传输光纤与上述第一色散补偿光纤组或上述第二色散补偿光纤组的上述色散补偿光纤组的连接进行转换，上述传输光纤与上述第一色散补偿光纤组及上述第二色散补偿光纤组的上述色散补偿光纤组连接；上述第一色散补偿光纤组和上述第二色散补偿光纤组的相对色散斜率不同。
2. 根据权利要求1记载的色散补偿器，其特征在于， 具有光开关组或接线光缆组，用于实现上述第一色散补偿光纤组中及上述第二色散补偿光纤组中的上述色散补偿光纤的任意的连 接组合；上述第一色散补偿光纤组具有相对色散斜率共同的至少两根色 散补偿光纤；上述第二光纤组具有相对色散斜率不同于上述第一色散补偿光 纤组的、相对色散斜率共同的至少两根色散补偿光纤；上述第一色散补偿光纤组的上述色散补偿光纤和上述第二色散 补偿光纤组的上述色散补偿光纤的零色散波长不同。
3. 根据权利要求2记载的色散补偿器，其特征在于，上述第一 色散补偿光纤组中的各色散补偿光纤及上述第二色散补偿光纤组中 的各色散补偿光纤被设计成，使某个代表波长的色散补偿量相对于 既定的色散补偿阶梯量成为整数倍。
4. 根据权利要求2记载的色散补偿器，其特征在于，上述第一 色散补偿光纤组中的各色散补偿光纤及上述第二色散补偿光纤组中 的各色散补偿光纤被设计成，使某个代表波长的色散补偿量相对于既定的色散补偿阶梯量成为2的N次方倍，其中N为整数。
5. 根据权利要求3记载的色散补偿器，其特征在于，将上述代 表波长设为传输信号带宽的中心波长或中心附近的波长。
6. 根据权利要求1记载的色散补偿器，其特征在于，具有多个 上述色散补偿光纤组。
7. 根据权利要求2记载的色散补偿器，其特征在于， 与传输光纤连接；使上述传输光纤的零色散波长位于比零色散波长的分布中心靠 短波长侧时的、上述传输光纤的相对色散斜率，与上述第一色散补 偿光纤组的相对色散斜率一致；并且，使上述传输光纤的零色散波长位于比上述传输光纤的零 色散波长的分布中心靠长波长侧时的、上述传输光纤的相对色散斜 率，与上述第二色散补偿光纤组的相对色散斜率一致。
8. —种光传输系统，包括 输出多个波长信号的发送器， 对该信号进行波分复用并输出的光复用器， 将该信号放大输出的至少一个中继器， 接收被传输的该信号的接收部，对由上述接收部接收的该信号的波长进行分波并输出的光解复 用器，及至少一个色散补偿器，该光传输系统通过光纤传输该信号，其特征在于， 上述色散补偿器包括第一色散补偿光纤组，至少具有一根色散补偿光纤； 第二色散补偿光纤组，至少具有一根色散补偿光纤；及 光开关组或接线光缆组，用于实现与上述第一色散补偿光纤组 及上述第二色散补偿光纤组的上述色散补偿光纤组中的某个组的连接组合；上述第一色散补偿光纤组和上述第二色散补偿光纤组的相对色 散斜率不同。
9. 根据权利要求8记载的光传输系统，其特征在于， 包括光开关组或接线光缆组，用于实现上述第一色散补偿光纤组中及上述第二色散补偿光纤组中的上述色散补偿光纤的任意的连 接组合；上述第一色散补偿光纤组包括相对色散斜率共同的至少两根色 散补偿光纤；上述第二光纤色散补偿组包括相对色散斜率不同于上述第一色 散补偿光纤组的、相对色散斜率共同的至少两根色散补偿光纤。
10. 根据权利要求8记载的光传输系统，其特征在于， 上述第一色散补偿光纤组由相对色散斜率共同的至少两根色散补偿光纤构成，上述第二光纤组由相对色散斜率不同于上述第一色散补偿光纤 组的、相对色散斜率共同的至少两根色散补偿光纤构成。
11. 根据权利要求9记载的光传输系统，其特征在于，上述第 一色散补偿光纤组中的各色散补偿光纤及上述第二色散补偿光纤组 中的各色散补偿光纤被设计成，使某个代表波长的色散补偿量相对 于既定的色散补偿阶梯量成为整数倍。
12. 根据权利要求9记载的光传输系统，其特征在于，上述第 一色散补偿光纤组中的各色散补偿光纤及上述第二色散补偿光纤组 中的各色散补偿光纤被设计成，使某个代表波长的色散补偿量相对 于既定的色散补偿阶梯量成为2的N次方倍，其中N为整数。
13. 根据权利要求10记载的光传输系统，其特征在于，将上述 代表波长设为传输信号带宽的中心波长或中心附近的波长。
14. 根据权利要求8记载的光传输系统，其特征在于，具有多 个上述色散补偿光纤组。
15. 根据权利要求9记载的光传输系统，其特征在于， 使上述光纤的零色散波长位于比零色散波长的分布中心靠短波长侧时的、传输光纤的相对色散斜率，与上述第一色散补偿光纤组 的相对色散斜率一致；并且，使上述光纤的零色散波长位于比上述光纤的零色散波长 的分布中心靠长波长侧时的、上述光纤的相对色散斜率，与上述第 二色散补偿光纤组的相对色散斜率一致。
16. —种光传输方法，包括 输出多个波长信号的发送器， 对该信号进行波分复用并输出的光复用器， 将该信号放大输出的至少一个中继器， 接收被传输的该信号的接收部，对由上述接收部接收的该信号的波长进行分波并输出的光解复 用器，至少一个色散补偿器，及与各上述色散补偿器连接的色散补偿量设定部， 该光传输方法通过光纤传输该信号，其特征在于， 上述色散补偿器包括第一色散补偿光纤组，至少具有一根色散补偿光纤； 第二色散补偿光纤组，至少具有一根色散补偿光纤；及 光开关组或接线光缆组，用于实现与上述第一色散补偿光纤组及上述第二色散补偿光纤组的上述色散补偿光纤组中的某个组的连接组合；上述第一色散补偿光纤组和上述第二色散补偿光纤组的相对色 散斜率不同；在上述色散补偿量设定部中，计算到连接该色散补偿量设定部 的上述光纤为止的总色散量，从可以由上述色散补偿器设定的上述 连接组合中，选择通过该色散补偿器来补偿上述总色散量时残留色 散量最小的连接组合，该连接组合通过远程操作来实现。
17.根据权利要求15记载的光传输方法，其特征在于， 上述色散补偿器，包括第一色散补偿光纤组，由共同地具有相对色散斜率的至少两根色散补偿光纤构成；第二色散补偿光纤组，由共同地具有与上述第一色散补偿光纤组具有的相对色散斜率不同的相对色散斜率的至少两根色散补偿光 纤构成；及光开关组或接线光缆组，用于实现上述第一色散补偿光纤组中及上述第二色散补偿光纤组中的上述色散补偿光纤的任意的连接组 合.上述第一色散补偿光纤组中的各色散补偿光纤及上述第二色散补偿光纤组中的各色散补偿光纤被设计成，使传输带宽中的代表波长的色散补偿量相对于既定的色散补偿阶梯量成为整数倍；在上述色散补偿量设定部中，计算到连接该色散补偿量设定部的上述光纤为止的总色散量，从可以由上述色散补偿器设定的上述连接组合中，选择上述代表波长上的上述总色散量与可以由上述色 散补偿器设定的连接组合最接近的两组连接组合，进而，从该两组 组合中选择在上述传输带宽的两端的色散补偿误差的平方误差最小的连接组合，该连接组合通过远程操作来实现。
全文摘要
提供一种可变色散斜率补偿器，以廉价的结构高精度地补偿长距离高速WDM传输系统中的、伴随传输光纤的零色散波长的偏移而产生的色散斜率补偿误差。当将光纤的色散斜率(ps/nm/nm/km)除以色散系数(ps/nm/km)的值定义为相对色散斜率RDS(/nm)时，可变色散斜率补偿器包括第一色散补偿光纤组，由共同具有相对色散斜率RDSa的至少两根以上的色散补偿光纤构成；第二色散补偿光纤组，由共同地具有与上述第一色散补偿光纤组具有的相对色散斜率RDSa不同的相对色散斜率RDSb的至少两根以上的色散补偿光纤构成；及光开关组或接线光缆组；用于实现上述第一色散补偿光纤组及第二色散补偿光纤组的任意的连接组合。
文档编号H04B10/18GK101207446SQ20071014688
公开日2008年6月25日 申请日期2007年8月24日 优先权日2006年12月20日
发明者关根贤郎 申请人:日立通讯技术株式会社