專利名稱:光通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種光通信系統(tǒng)。
背景技術(shù):
在現(xiàn)有的光通信系統(tǒng)中,通常作為鋪設(shè)在輸出信號(hào)光的光發(fā)送器和接收信號(hào)光的 光接收機(jī)之間的光傳輸路徑,使用具有單一纖芯的單模光纖(以下,稱為通常光纖)。在將上述通常光纖用于光傳輸路徑的光通信系統(tǒng)中,作為高效地使傳輸容量增大 的通信方式,采用對(duì)彼此波長(zhǎng)不同的多個(gè)頻道的信號(hào)光進(jìn)行發(fā)送/接收的波分多路復(fù)用 (Wavelength DivisionMultiplexing,以下稱為 “WDM”)傳輸。專利文獻(xiàn)1 日本特開2005-110256號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2007-288591號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開2007-129755號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)1 村尾覚志、他、「実効的単一 一 K極低損失中空^ 7 7才卜二 7 夕K > F ¥ ^ 7 T ^ AO設(shè)計(jì)」、2007年電子情報(bào)通信學(xué)會(huì)^総合大會(huì)、C-3-51非專利文獻(xiàn)2 武笠和則、他、ΓDffDM伝送用7才卜二 7夕K >卜·‘ ¥ W 7 7 ^ 八(PBGF) (二関+3検討」、2007年電子情報(bào)通信學(xué)會(huì)総合大會(huì)、C-3-52非專利文獻(xiàn) 3 =Optics Express, Vol. 16,No. 2,pp. 753-791,21 January 2008
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明人對(duì)現(xiàn)有的光通信系統(tǒng)進(jìn)行研究,其結(jié)果,發(fā)現(xiàn)下述課題。在通常光纖的光傳 輸路徑中,由于難以大幅度降低損耗,所以為了實(shí)現(xiàn)傳輸距離的長(zhǎng)距離化,必須使向光傳輸 路徑輸入的光功率增加。但是,輸入光功率的增大會(huì)引起使用通常光纖的傳輸路徑中的非 線性光學(xué)現(xiàn)象的發(fā)生。因此,在現(xiàn)狀下,廣泛進(jìn)行對(duì)光傳輸路徑的低損耗化、低非線性化的 研究。在專利文獻(xiàn)1中提出了利用預(yù)增強(qiáng)等手段,緩和非線性的影響。但是,上述手段的追 加使該光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,另一方面,非線性緩和效果不一定完善。另外,如果僅著眼于低損耗、低非線性性的光傳輸介質(zhì)這一觀點(diǎn),則具有中空纖芯 的光子帶隙光纖(Photonic Band Gap Fiber,以下稱為“PBGF”)也可以成為光傳輸路徑的 候選,但難以使用PBGF作為WDM傳輸用的光傳輸路徑。另外,PBGF通過利用構(gòu)成包層的二維周期構(gòu)造的光子晶體的光子帶隙,將光封閉 在中空纖芯中,從而可以對(duì)該光進(jìn)行傳導(dǎo)。對(duì)于上述PBGF,研究開發(fā)出如下光纖,其通過使 除了中空纖芯以外的石英玻璃部分的光功率比率為極小(小于或等于整體光功率的1%), 而實(shí)現(xiàn)具有低非線性光學(xué)特性及低損耗傳輸特征的光傳輸路徑(參照非專利文獻(xiàn)1、2)。例 如,在非專利文獻(xiàn)1中提出一種理論上的傳輸損耗小于或等于10_3dB/km的PBGF。另外,在 非專利文獻(xiàn)2中提出一種理論上的傳輸損耗小于或等于10_2dB/km的PBGF。但是,雖然PBGF的最低損耗值可能與通常光纖相比較小,但PBGF的低損耗的波長(zhǎng) 頻帶寬度存在與通常光纖相比較窄的傾向。例如,如果在損耗小于或等于ldB/km的波長(zhǎng)頻帶中進(jìn)行比較,則通常光纖為1. 0 1. 7 μ m程度范圍的寬度,與此相對(duì),非專利文獻(xiàn)1、2所 記載的PBGF為0. 2 μ m程度的寬度。因此,在作為光傳輸路徑而使用PBGF的情況下,在現(xiàn) 有的光傳輸系統(tǒng)中,難以以較寬的波長(zhǎng)范圍進(jìn)行WDM傳輸。本發(fā)明就是為了解決上述課題而提出的,其目的在于,提供一種具有下述構(gòu)造的 光通信系統(tǒng),即,可以使用PBGF作為光傳輸路徑,并且通過使用PBGF而可以進(jìn)行大容量的 信息傳輸。本發(fā)明所涉及的光通信系統(tǒng)至少具有光發(fā)送部和光傳輸路徑。光發(fā)送部輸出對(duì)相 位或者光頻率進(jìn)行調(diào)制后的信號(hào)光。光傳輸路徑包含具有中空纖芯的光子帶隙光纖,對(duì)從 光發(fā)送部輸出的信號(hào)光進(jìn)行傳輸。在本發(fā)明所涉及的光通信系統(tǒng)中,優(yōu)選光發(fā)送部對(duì)信號(hào)光的各個(gè)副載波進(jìn)行相位 調(diào)制,并且在通過OFDM進(jìn)行多載波調(diào)制后,將該信號(hào)光輸出。另外,信號(hào)光的相位或者光頻 率的調(diào)制與對(duì)各個(gè)副載波進(jìn)行相位調(diào)制相對(duì)應(yīng),將上述調(diào)制后的各個(gè)副載波復(fù)用化這一點(diǎn) 與進(jìn)行多載波調(diào)制相對(duì)應(yīng)。另外,OFDM是在頻率軸上確保各副載波的正交性而不使各副載 波互相影響的方法。在此情況下,通過多載波調(diào)制,可以使光通信系統(tǒng)的傳輸容量進(jìn)一步增 大。另外,通過使用具有中空纖芯的光子帶隙光纖,可以避免在OFDM中可能成為問題的由 較大的峰值對(duì)平均值功率比和光纖的非線性性導(dǎo)致的傳輸性能的劣化。在本發(fā)明所涉及的光通信系統(tǒng)中,優(yōu)選光發(fā)送部也對(duì)信號(hào)光的振幅進(jìn)行調(diào)制,并 輸出該信號(hào)光。優(yōu)選光發(fā)送部以超過2值的多值對(duì)信號(hào)光進(jìn)行調(diào)制。優(yōu)選光發(fā)送部對(duì)包含 在光子帶隙光纖的低損耗波長(zhǎng)頻帶中的大于或等于2個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)光進(jìn)行復(fù)用化。另外, 優(yōu)選光子帶隙光纖的向中空纖芯射入的信號(hào)光的功率封閉率大于或等于99%。另外,在將通常光纖用于光傳輸路徑的現(xiàn)有光通信系統(tǒng)中,難以通過振幅調(diào)制、相 位調(diào)制、頻率調(diào)制等進(jìn)行各信號(hào)頻道的多值化。即,在通常光纖的光傳輸路徑中,由于難以 大幅度地降低損耗,所以如果利用振幅調(diào)制進(jìn)行多值化,則無法確保充分的SN比。另外,在 通常光纖的光傳輸路徑中,由于難以大幅度降低非線性性,所以如果利用相位調(diào)制、頻率調(diào) 制進(jìn)行多值化,則在由非線性性引起的自相位調(diào)制(SPM)及頻率線性調(diào)頻脈沖的影響下, 無法確保充分的SN比。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明所涉及的光通信系統(tǒng),通過在光發(fā)送部中實(shí)施信號(hào)光的相位調(diào)制或者 頻率調(diào)制,可以使用PBGF作為光傳輸路徑,通過使用該P(yáng)BGF,可以實(shí)現(xiàn)上述課題所指出的 大容量的信息傳輸。
圖1是表示本發(fā)明所涉及的光通信系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是作為包含在本實(shí)施方式所涉及的光通信系統(tǒng)中的光傳輸路徑,而示出光子 帶隙光纖(PBGF)的構(gòu)造的剖開斜視圖。符號(hào)的說明L···光通信系統(tǒng)、10···光發(fā)送部、20···光接收部、30···光傳輸路徑。
具體實(shí)施例方式下面,參照附圖,詳細(xì)說明本發(fā)明所涉及的光通信系統(tǒng)的各實(shí)施方式。另外,在附 圖的說明中,對(duì)于相同要素、相同部位標(biāo)注相同標(biāo)號(hào),省略重復(fù)的說明。圖1是表示本發(fā)明所涉及的光通信系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的圖。圖1所示的 光通信系統(tǒng)1具有光發(fā)送部10 ;光接收部20 ;以及光傳輸路徑30,其設(shè)置在上述光發(fā)送部 10及光接收部20之間。光發(fā)送部10將對(duì)相位或者光頻率進(jìn)行調(diào)制后的信號(hào)光向光傳輸路徑30輸出。光 發(fā)送部10也可以還對(duì)信號(hào)光的振幅進(jìn)行調(diào)制,并將該信號(hào)光向光傳輸路徑30輸出。而且, 優(yōu)選光發(fā)送部10以超過2值的多值對(duì)信號(hào)光進(jìn)行調(diào)制。光傳輸路徑30將從光發(fā)送部10 輸出的信號(hào)光向光接收部20傳輸。光接收部20接收從光發(fā)送部10經(jīng)由光傳輸路徑30傳 輸來的信號(hào)光。光傳輸路徑30包含光子帶隙光纖而構(gòu)成,該光子帶隙光纖具有中空纖芯。圖2是 作為包含在圖1所示的光通信系統(tǒng)1中的光傳輸路徑30,而示出光子帶隙光纖(PBGF)2的 構(gòu)造的剖開斜視圖。如圖2所示,光子帶隙光纖2由線狀的石英玻璃構(gòu)成,在一端具有端面2c,在另一 端具有端面2d。另外,光子帶隙光纖2具有空孔2a及2b。在與光子帶隙光纖2的長(zhǎng)度方 向(即,光軸方向A)交叉的截面的中心部分處,形成1個(gè)空孔2a。另外,空孔2a在光子帶 隙光纖2的內(nèi)部沿光軸方向延伸,從端面2c向端面2d貫穿。另一方面,空孔2b在空孔2a 的周圍形成多個(gè)。另外,空孔2b分別在光子帶隙光纖2的內(nèi)部沿光軸方向延伸,從端面2c 向端面2d貫穿??湛?b在與光子帶隙光纖2的長(zhǎng)度方向(即,光軸方向A)交叉的截面上以實(shí)現(xiàn)光 子晶體構(gòu)造的排列及間隔而形成。由此,在空孔2a的周圍產(chǎn)生作為光的禁帶的光子帶隙, 從而可以將激光L封閉在空孔2a內(nèi)及其附近。其結(jié)果,向光子帶隙光纖2中射入的激光L 主要在空孔2a內(nèi)傳輸。該空孔2a為中空纖芯。優(yōu)選光發(fā)送部10將包含在光子帶隙光纖2的低損耗波長(zhǎng)頻帶中的大于或等于2 個(gè)波長(zhǎng)的信號(hào)光復(fù)用化,將如上述所示復(fù)用化后的信號(hào)光向光傳輸路徑30輸出。另外,優(yōu) 選光子帶隙光纖2的向中空纖芯中射入的信號(hào)光的功率封閉率大于或等于99%。在利用石英玻璃構(gòu)成的PBGF中,如果使向中空纖芯(空孔2a)部分射入的信號(hào)光 的功率封閉率大于或等于99% ( S卩,向石英玻璃部分射入的信號(hào)光的功率流失率小于或等 于1 ,將中空纖芯部分利用減壓后進(jìn)行密封等手段保持為接近真空的狀態(tài),則可以使非 線性性小于或等于1/100。另外,在上述條件下,對(duì)于損耗,也可以使其小于或等于材料固有 損耗的1/100。關(guān)于損耗,還存在下述主要原因,S卩,由于光子帶隙構(gòu)造設(shè)計(jì)而引起的封閉損 耗、以及在中空纖芯部分和石英玻璃部分之間的界面處產(chǎn)生的散射損耗等。但是,通過減少 這些主要原因,可以使損耗小于或等于現(xiàn)有光纖的損耗的1/10。在本實(shí)施方式所涉及的光通信系統(tǒng)1中,作為信號(hào)光的多值調(diào)制,考慮將16值的 振幅調(diào)制和16值的相位調(diào)制組合的情況。作為光傳輸路徑30使用的PBGF,在損耗以及非 線性性這兩個(gè)方面小于或等于通常光纖的1/10。因此,即使最大振幅以及最大相位變化量 與現(xiàn)有的光通信系統(tǒng)相同,也可以確保傳輸所需要的SN比。因此,與進(jìn)行振幅或者強(qiáng)度的2 值調(diào)制的通常的光通信系統(tǒng)相比,本實(shí)施方式所涉及的光通信系統(tǒng)可以在相同的符號(hào)率下
5實(shí)現(xiàn)8倍的比特率(Iog2 (16 X 16))。作為一個(gè)例子,在40G符號(hào)/秒的情況下,在上述例子中成為320Gbps的傳輸容 量。并且,PBGF與通常光纖相比,雖說存在低損耗的波長(zhǎng)頻帶較窄的傾向,但由于足以確保 幾十nm的傳輸波長(zhǎng)頻帶,所以也具有實(shí)現(xiàn)WDM傳輸?shù)目赡苄?。作為一個(gè)例子,如果在40G符 號(hào)/秒、振幅為16值、相位為16值的條件下,實(shí)施波長(zhǎng)間隔0. 4nm、波長(zhǎng)頻帶寬度80nm(即, 200個(gè)波)的WDM傳輸,則作為系統(tǒng)整體,每一根PBGF的傳輸容量為64Tbps。下面,作為PBGF,考慮以下的2種PBGF-1以及PBGF-2,對(duì)于每一個(gè)波長(zhǎng)的傳輸容 量,與現(xiàn)有通常的單模光纖(Single ModeFiber,以下稱為“SMF”)進(jìn)行比較。對(duì)于PBGF-1, 向中空纖芯部分射入的光功率的封閉率為大于或等于90%,在波長(zhǎng)為1. 55 μ m時(shí)損耗為 0. 2dB/km,非線性常數(shù)為ZXlO—n/W。對(duì)于PBGF-2,向中空纖芯部分射入的光功率的封閉率 為大于或等于99 %,在波長(zhǎng)為1. 55 μ m時(shí)損耗為0. 012dB/km,非線性常數(shù)為2 X 10_12/W。另 外,對(duì)于SMF,在波長(zhǎng)為1.55 4!11時(shí)損耗為0.2(^/細(xì),非線性常數(shù)為3\10-171另外,非線 性常數(shù)是利用2次折射率Ii2和有效截面積Aeff的比(n2/Aeff)進(jìn)行表示的。在作為光傳輸路徑使用SMF的情況下,通過振幅調(diào)制或者相位調(diào)制,足以實(shí)現(xiàn)每 一個(gè)波長(zhǎng)40Gbps的傳輸容量。另一方面,如果將PBGF-I與SMF進(jìn)行比較,則損耗相同,非 線性性成為1/15。由此,對(duì)于PBGF-1,在與SMF相同的輸入功率的情況下,可以使由光纖的 非線性性引起的相位噪聲成為1/15。因此,在相位調(diào)制的情況下,即使進(jìn)行16值的多值化, 也可以在與使用SMF的情況相同的符號(hào)率(一40G符號(hào)/秒)下,維持相同程度的傳輸品 質(zhì)。因此,通過使用PBGF-I進(jìn)行16值的相位調(diào)制,可以實(shí)現(xiàn)每一個(gè)波長(zhǎng)160Gbps的光通信 系統(tǒng)。另外,在容許與使用SMF的情況相同的相位噪聲的情況下,向PBGF-I輸入的功率 可以被容許至SMF的15倍,在振幅調(diào)制的情況下,光SN比也改善15倍。這意味著即使在 振幅調(diào)制的情況下進(jìn)行16值的多值化,在與使用SMF的情況相同的符號(hào)率(即,40G符號(hào)/ 秒)下,也維持相同程度的傳輸品質(zhì)。因此,通過使用PBGF-I進(jìn)行16值的振幅調(diào)制,可以 實(shí)現(xiàn)每一個(gè)波長(zhǎng)160Gbps的光通信系統(tǒng)。對(duì)于PBGF-2,除了非線性性以外,損耗也成為SMF的1/16程度。由此,在與SMF 相同的輸入功率的情況下,可以使由光纖的非線性性引起的相位噪聲成為1/16程度,并且 將振幅調(diào)制中的光SN比也改善16倍程度。另外,使輸入光功率成為16倍與在輸入光功率 相等的狀態(tài)下使損耗成為1/16是等價(jià)的。其結(jié)果,可以在與使用SMF的情況相同的符號(hào)率 下,維持相同程度的傳輸品質(zhì),同時(shí)與16值的相位調(diào)制、16值的振幅調(diào)制相對(duì)應(yīng),通過將兩 者組合,可以實(shí)現(xiàn)每一個(gè)波長(zhǎng)320Gbps的光通信系統(tǒng)。作為對(duì)光的相位以及振幅進(jìn)行調(diào)制的方式的一個(gè)例子,可以舉出非專利文獻(xiàn)3及 專利文獻(xiàn)2所記載的QAM。在文獻(xiàn)1的圖8中,相對(duì)于原點(diǎn)的距離與光的振幅相對(duì)應(yīng),相對(duì) 于橫軸(I軸)的角度與光的相位相對(duì)應(yīng),在圖8所圖示的8-QAM的情況下,振幅為2值,相 位相對(duì)于各振幅為4值(90度間隔),作為整體進(jìn)行8值(3比特)的調(diào)制。另外,在專利文 獻(xiàn)2的圖3中,公開了 16值(4比特)的調(diào)制的例子。在非專利文獻(xiàn)3的圖9中,針對(duì)包含QAM在內(nèi)的多種調(diào)制方式,公開了頻率利用效 率(Spectral Efficiency)與每比特的所需SN比(SNR per bit)的關(guān)系。在任意調(diào)制方 式中,均為復(fù)用度(與非專利文獻(xiàn)3的表6中的Constellation Size M對(duì)應(yīng))越大,頻率利用效率越提高,但與此相伴,每比特的期望SN比也增大。如果與其他調(diào)制方式進(jìn)行比較, 則對(duì)于QAM,用于實(shí)現(xiàn)相同頻率利用效率的每比特的期望SN比最小,在這個(gè)方面可以說是 效率高的調(diào)制方式。另一方面,在QAM中,Constellation Size M超過4的情況下,也無法 避免每比特的期望SN比的增大。與此相對(duì),在本實(shí)施方式所涉及的光通信系統(tǒng)中,通過將低非線性且低損耗的具 有中空纖芯的光子帶隙光纖用作光傳輸路徑,從而可以進(jìn)一步增大入射光功率,或者進(jìn)一 步減小入射光功率的衰減,因此可以改善SN比。另外,如非專利文獻(xiàn)3的pp. 785-789的記載所示,在對(duì)光的相位以及振幅進(jìn)行調(diào) 制的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步通過OFDM進(jìn)行復(fù)用化,也可以實(shí)現(xiàn)光通信的傳輸容量增加。另一方面, 如非專利文獻(xiàn)3的p. 798的最后部分的記載所示,在OFDM中,可能使峰值功率相對(duì)于平均 值功率的比、即峰值對(duì)平均值功率比(PAR)變大,因此,有可能由于光纖的非線性性而導(dǎo)致 傳輸性能的劣化。在專利文獻(xiàn)3中公開了用于降低峰值對(duì)平均值功率比的方法的一個(gè)例 子。但是,為了實(shí)現(xiàn)專利文獻(xiàn)3的方法,必須進(jìn)行該專利文獻(xiàn)3中記載的處理、以及具有用 于實(shí)現(xiàn)該處理的裝置。與此相對(duì),在本實(shí)施方式所涉及的光通信系統(tǒng)中,通過將低非線性且低損耗的具 有中空纖芯的光子帶隙光纖用作光傳輸路徑,即使不進(jìn)行專利文獻(xiàn)3中記載的處理等,也 不會(huì)因光纖的非線性性而導(dǎo)致傳輸性能的劣化,可以利用OFDM實(shí)現(xiàn)復(fù)用化。
權(quán)利要求
一種光通信系統(tǒng),其具有光發(fā)送部,其輸出對(duì)相位或者光頻率進(jìn)行調(diào)制后的信號(hào)光;光傳輸路徑,其包含具有中空纖芯的光子帶隙光纖,對(duì)從所述光發(fā)送部輸出的信號(hào)光進(jìn)行傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光通信系統(tǒng),其中,所述光發(fā)送部對(duì)所述信號(hào)光的各個(gè)副載波進(jìn)行相位調(diào)制,并且在通過OFDM進(jìn)行多載 波調(diào)制后,將該信號(hào)光輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光通信系統(tǒng),其中, 所述光發(fā)送部也對(duì)所述信號(hào)光的振幅進(jìn)行調(diào)制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的光通信系統(tǒng),其中, 所述光發(fā)送部以超過2值的多值對(duì)所述信號(hào)光進(jìn)行調(diào)制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光通信系統(tǒng),其中,所述光發(fā)送部對(duì)包含在所述光子帶隙光纖的低損耗波長(zhǎng)頻帶中的大于或等于2個(gè)波 長(zhǎng)的信號(hào)光進(jìn)行復(fù)用化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光通信系統(tǒng),其中,所述光子帶隙光纖的向中空纖芯射入的信號(hào)光的功率封閉率大于或等于99%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光通信系統(tǒng),其具有下述構(gòu)造,即,可以使用PBGF作為光傳輸路徑,并且通過使用PBGF可以進(jìn)行大容量的信息傳輸。該光通信系統(tǒng)(1)具有光發(fā)送部(10)、光接收部(20)、以及光傳輸路徑(30)。光發(fā)送部(10)將相位調(diào)制或者光頻率調(diào)制后的信號(hào)光向光傳輸路徑(30)輸出。光傳輸路徑(30)將從光發(fā)送部(10)輸出的信號(hào)光向光接收部(20)傳輸。光接收部(20)接收從光發(fā)送部(10)經(jīng)由光傳輸路徑(30)傳輸來的信號(hào)光。光傳輸路徑(30)包含光子帶隙光纖,該光子帶隙光纖具有中空纖芯。
文檔編號(hào)H04B10/06GK101971530SQ20098010857
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2009年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月10日
發(fā)明者屜岡英資 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社