KR100437750B1 - 광섬유통신시스템및방법 - Google Patents

Abstract

분산 보상 섬유의 임계 배치 및 길이는 업그레이드된 인-그라운드형 광섬유 통신 시스템(upgraded in-ground optical fiber communication systems)의 용량을 최대화시킨다. 단일 채널 시스템 및 WDM 시스템에서는 채널당 더욱 높은 비트 속도가 허용된다.

Description

광섬유 통신 시스템 및 방법{DISPERSION COMPENSATION IN OPTICAL FIBER COMMUNICATIONS}

본 발명은 색 분산(chromatic dispersion)을 감소시키는 보상 섬유가 구비된 광섬유 통신 시스템(optical fiber communication systems)에 관한 것이다.

광섬유 통신 시스템의 기술은 섬유 및 시스템 설계의 발전으로 인해 발전되어 왔다.

재료 분산 및 도파관 분산 효과의 균형을 적절하게 조절하는데 있어서, 분산-편이 섬유(dispersion-shifted fiber: DSF)는 1550nm의 시스템 파장에서 동작이 이루어지도록 함으로써, 색 분산을 널(null) 상태로 만들고 비트 속도 제한 효과(bit rate-limiting effect)를 최소화시켰다. 이로 인해, 널리 사용되는 실리카 기반 섬유(silica-based fiber)의 바람직한 저손실 영역내에서 동작이 이루어질 수 있게 되었다. 새로운 시스템에서는, 120km 까지의 섬유 스팬에 걸쳐 비트 속도가 2.5Gb/sec 및 그보다 높게 되도록 규정되었다. 보다 구체적으로는, DSF는 시스템 동작이 분산에 의해 제한될 경우, 즉 (비트 속도)²× 분산 × 섬유 길이 ≥ 104,000(gbit/sec)²ps/nm일 경우에 유용하게 사용된다.

파장 분할 멀티플렉싱(Wavelength Division Multiplexing: WDM)은 각각의 채널이 채널당 동일한 비트 속도로 동작하는 다수의 채널이 동시에 동작할 수 있게하리라 기대되었다. WDM에 대한 전망은, WDM의 세트의 모든 채널을 동시에 증폭시키는 에르븀-도핑된 섬유 증폭기(erbium-doped fiber amplifier: EDFA)의 출현으로 인해 현실화되었다.

1994년 7월 5일에 발행된 미국 특허 제 5,327,516 호에 개시된 섬유는, 4파 혼합(4-wave mixing: 4WM)의 비선형 효과에 의한 문제점에도 불구하고, 단일-채널의 용량에 손상을 끼치지 않으면서 예기된 WDM의 장점을 얻을 수 있게 해주었다.

분산-보상 섬유(dispersion-compensating fiber: DCF)는 분산 제한된 시스템에 대해 1550nm로 동작하는 상기 특허된 섬유에 대한 대안 또는 보완의 섬유를 제공한다. 종래의 단일 모드 전송 섬유와 직렬로, 전송 섬유와 반대되는 분산 부호를 갖는 DCF 길이를 이용하여 색 분산의 용량 제한 효과를 제거한다. DCF 보상에 의한 분산의 "등화(equalization)"는 주로 신호의 분산을 "0"으로 복귀시키고, 분산-확장 펄스를 그의 발신시의 길이(launched length)로 축소시킴으로써 이루어진다.

DCF 설계는 계속 발전되어 왔다. 1550nm에서 -68ps/nm-km의 높은 음(negative)의 분산을 갖는 섬유는 널리 사용되는 양(positive)의 분산 전송 섬유를 길이가 짧은 보상 섬유로 보상할 수 있다. 이는 Optics Letters, vol. 18, no. 11, pp. 924-926(1993)에 개시되어 있다. 이것은 특히 인-그라운드 시스템(in-ground systems)의 업그레이드에 특히 영향을 줄 것이며, 이것은 장래의 시스템에 대해 가치가 있다. 종래의 섬유는 17ps/nm-km의 양의 분산을 가지므로, 전송 섬유의 1/4 길이를 갖는 DCF의 코일이면 보상을 충분히 수행한다. WDM 사용에 대한 업그레이드 방안은, 전송 섬유의 양의 기울기로 인해 WDM 채널 세트의 파장 스펙트럼을 통해 더욱 균일하게 보상하는 음의 분산 기울기(negative dispersion slope)에 의해 향상된다.

연결(concatenation)은 분산 보상의 한 형태이다. 이러한 연결에서는 전송 섬유의 분산을 보상하기 위해 짧은 길이 즉, 일반적으로 콤팩트한 스풀(compact spools)의 DCF를 사용하기 보다는 교호적인 분산 부호를 갖는 연속적인 길이의 전송 섬유를 사용한다. 많은 WDM 시스템에 대해 DSF의 사용을 배제시키는데 있어서, 4WM의 중요성이 인식된 것에 의해 연결에 대해 더욱 새롭게 주목하게 되었다.

이는 Elec. Lett., vol. 30, pp. 1241, 1242(1994)에 개시되어 있다.

적절한 분산 관리에서는 색 분산 및 비선형 효과를 고려하며, WDM 동작 및 단일 채널에 대한 채널당 비트 속도를 증가시킨다. 본 발명은 분산 평균화를 이용해 분산이 0과 교차하는 것을 허용하며, 이상적으로는 양 및 음의 분산 영역의 양쪽에 있어서 편위(excursion)가 동일하게 되도록 한다. 전송 라인상에서의 평균은 공칭적으로 후속하는 증폭된 섬유 스팬의 반(half)-분산을 가진 초기 길이의 섬유를 사용하여 달성된다. 전형적인 보상 시스템과 마찬가지로, 섬유의 최종 길이는 검출을 위해 신호 분산을 "0"으로 복귀시킨다.

본 발명은 DCF 보상 및 연결 시스템의 양쪽에 대해 유용하다. 본 발명은 1550nm의 공칭 시스템 파장에서 동작하는 디지털 시스템에 대해 기술되었지만, 그것은 아날로그 및 다른 시스템 파장에 대해서도 유용하다.

용어

분산 - 수식어가 없는 경우 색 분산을 지칭하며, 재료 및 섬유 설계에 따라상이한 속도를 갖는 상이한 스펙트럼 성분에 의해 발생되는 선형 효과이다. 1550nm의 실리카 섬유 윈도우에서 바람직하게 동작하는 관점에서, 분산은 그 영역내의 파장에서의 동작을 지칭한다.

분산 보상 - 교호 분산 부호를 갖는 섬유의 연속적인 길이가 경계내에서 분산의 크기를 유지함에 의한 것이다. 분산 보상이란 용어는 분산 보상 섬유 및 연결 양쪽을 설명하는데 사용된다.

비선형 분산 - 자기-위상 변조(self-phase modulation. SPM)와 같은 비선형 효과 및 분산의 상호 작용으로 인해 발생된 펄스 왜곡(pulse distortion)이다.

DCF - 분산 보상 섬유. 전송 섬유의 부호와 반대되는 부호를 가지며, 일반적으로 비교적 짧은 길이로 보상을 할 수 있도록 전송 섬유보다 큰 섬유이다. 이를 설명하기 위해, SF는 전송 섬유보다 적어도 2배의 분산 크기를 갖는다.

백-투-제로(back-to-zero) 또는 분산 등화(dispersion equalization) - 하나의 부호 즉, 일반적으로 양의 부호를 갖는 분산이 반대 부호의 분산 및 충분한 길이를 갖는 섬유에 의해 보상되어, 분산을 소거하기 위한(즉, 신호 분산의 값을 "0"으로 복귀시키기 위한) 전형적인 색 분산 방안이다.

분산 평균화 - 증폭된 섬유 스팬에 의해 도입된 분산이 후속의 반대 부호의 분산의 증폭된 스팬 및 충분한 길이를 갖는 증폭된 섬유 스팬에 의해 수용되어, 분산을 반대 부호로 구동한다(공칭적으로 도입된 분산과 동일한 절대값의 크기로).

섬유 스팬 - 광 증폭기 사이의 섬유 길이. 이 용어는 DCF 스팬 및 전송 섬유의 스팬을 설명하는데 이용된다.

터미널 스팬 - (송신기 및 재생 반복기(regenerative repeater)에 후속하는) 초기 섬유 스팬 또는 (수신기 또는 재생 반복기와 연관되는) 검출기 앞에 위치되는 최종 섬유 스팬을 지칭한다.

중간 스팬 - 터미널 스팬 이외의 임의의 섬유 스팬이다.

개요

시스템은, (반대 분산 부호를 갖는 섬유의) 연속하는 증폭 스팬에서의 비선형 동작이, 연속적인 스팬이 비선형 영역에서 동작하고 있는 상태에서 동작에 영향이 있는 펄스 왜곡(operation-significant pulse distortion)을 발생하는 것을 식별하도록 설계된다. 이러한 부가적인 "비선형" 왜곡은 잘 알려져 있는 선형 (색) 왜곡과는 달리, 통상적인 기법에 의해서는 완벽하게 보상되지 않는다. 수신 신호의 왜곡된 정도는 하나의 증폭 스팬으로부터 후속 스팬으로 통과되는 신호 왜곡의 피크 크기값에 좌우됨을 알게 되었다. 이러한 발견은 소정 피크값을 획득하기 위해, 충분한 길이를 갖는 초기 스팬을 사용하여 이루어진다. 이상적인 시스템에서, 이 값은 공칭적으로 중간 섬유 스팬에 의해서 획득되지만 초과되지 않는 최대 분산을 설정하고, 그에 따라 분산이 없는 발신 신호에 적용되기 때문에, 이러한 초기 스팬은 중간 스팬에 의해 도입된 분산의 1/2 정도의 분산을 도입한다.

본 발명의 개시 내용은 설치된 시스템을 업그레이드하는데 유용하게 적용될 것이다. 전형적으로, 지상 시스템을 업그레이드하는 방안은 80km의 보상 스팬을 고려한다. 보통의 섬유는 17ps/nm-km의 양의 분산을 갖고, 그에 따라 68ps/nm-km의 음의 분산의 20km의 DCF에 의해 보상된다. 편의상, 본 발명을 80-20 시스템에 기초하여 설명한다.

시스템

본 발명에서는 동작 결과의 펄스 왜곡이 완전히 선형 왜곡에 기인하는 시스템에 대한 즉각적인 결과가 존재하지 않는다. 본 발명에서는, 결과적으로 연속적인 스팬 쌍 부재가 둘다 비선형 영역에서 동작하는 시스템이 사용된다. 보상 동작 조건은 선형이고, 중간 스팬은 비선형적으로 동작하는 터미널 섬유를 포함한다.

선형과 비선형 동작간의 임계값은 발신 전력 밀도에 따른다. 이는 스팬의 길이 및 비트 속도에 대한 사용자 사양과 함께 섬유 특성에도 좌우된다. 특히, 실리카 기반 섬유는 0.2-1.0dB/km의 범위에서 손실을 나타낸다. 크기 변화 정도가 작으면, 실리카 섬유의 기술에 기초하여 다음의 설명에서 도출된 결론에 거의 영향을 미치지 못한다.

비선형 패널티(penalty)에 대한 특성 곡선은 전력의 임계값에서 명확한 상승세(upturn)를 보여주고 있다. 이것은 유효 코어 영역과 반비례한다. 제공된 실험 및 시뮬레이트된 정보는 20Gb/sec 전송에 기초한 것이다. 코어의 면적은 DCF의 경우 20μm²이고, 전송 섬유의 경우 80μm²이다. 이러한 DCF의 임계값은 약 0dBm(1mW)이다. 4배 증가된 전송 섬유의 코어에 대한 대응값은 4mW이다. 비선형 동작에 필요한 정규 임계값은 0.05mw/μm²이다.

전형적으로, 증폭 기간의 양의 분산 전송 섬유의 길이가 20Gbit의 채널당 비트 속도에 대해 30km-40km이거나, 혹은 10Gbit의 동작에 대해 60km-80km로 예측되는 시스템에 대해 임계 전력 요건이 필요하다. 이러한 전력 레벨은 DCF이든지 혹은 연결이든 간에, 예측된 비트 속도에 대해 섬유를 보상하기 위해 얻어진다. (더 큰 전력이 요구될 경우, 현재 사용되는 2.5Gbit/set를 초과하는 비트 속도가 이러한 요건을 강화시킨다.) 설계에 있어서, 시스템은 약 120km에 이르는 증폭된 길이를 제공한다. 섬유 손실이 실질적으로 감소되어, 더욱 큰 증폭 길이가 구현되면, DCF 보상 시스템은 보상될 전송 섬유가 양의 분산 부호를 갖는 한 본 발명의 방안으로부터 이점을 얻게 된다. 본 명세서에서, 보상에 필요한 음의 DCF의 길이는 크게 감소된 코어 사이즈이며, 이로 인해 비선형 동작을 초래한다. (예측된 코일 길이를 갖는 양의 분산의 DCF는 비선형적으로 동작하지 않을 것이다.)

다시 말하면, 비선형으로 동작하는 두개의 연속 증폭된 섬유 스팬을 포함하는 임의의 시스템에 대한 동작 요건을, 본 발명의 목적을 위해 만족시킨다. 단기적으로, 적당한 DCF 보상 시스템 및 연결 시스템은 20Gbit의 동작에 대해 적어도 약 30km-40km 혹은 다른 비트 속도에 대해 등가인 양의 분산 섬유의 스팬을 포함할 것이다. 전 시스템(complete system)은 특정화된 최대 진폭의 분산을 초래하는 섬유의 초기 스팬과 "0" 분산으로 복귀시키는 터미널 스팬(terminal span)을 또한 포함할 수 있다. 송신기 및 수신기의 기술 분야에서는 많은 수의 중간 스팬을 포함하는 시스템이 허용된다.

최대 분산에 대한 동작 요건을 만족하고 최대 스팬 길이를 제공하는 가상적인(hypothetical) 시스템은 1/2 분산인 터미널 "반(half)-스팬" 및 균일한 분산의 중간 스팬으로 구성된다. 분산이 없는 발신 신호 및 수신 신호는 이들 터미널 스팬으로 인한 것이다. 지형 및 분배 요건에 의해 어느 정도의 비균일성이 나타날 가능성이 있다. 부정확성 및 변동(drifting) 특성으로 인해, 평균적인 전체 나머지 분산은 작은 유한값을 갖는다. 등화를 통한 평균화의 이점은 이 값이 1/4의 공칭 편위보다 크지 않은 경우에 실현되는 것으로 생각된다.

제 1 도에는 일반화된 단일-채널 분산-평균 보상 시스템이 도시되어 있다. 이 시스템은 레이저(1), 변조기(modulator)(2), 증폭기(3), 초기 섬유 스팬(4) 및 증폭기(5)를 포함한다. 설계된 시스템을 명확하게 업그레이드하는 DCF-보상 시스템의 경우, DCF는 코일 형태로 구성된다. 본 명세서에서, 스팬(4)과 증폭기(3, 5)는 점선(phantom)으로 도시된 송신기(6)내에 포함될 것이다. 연결 시스템의 경우, 스팬(4) 즉, 전송 섬유의 반-스팬은 송신기 포함 증폭기(3) 및 외부 증폭기(5)와 경계를 이룬다. 점선으로 도시된 DCF를 보상하는 수신기(7)는 증폭기(9, 10)사이의 최종 반-스팬(8)을 포함한다. 검출기(11)는 소정의 보조 장치 및 광전 변환기(optical-to-electrical converter)를 나타내기 위한 것이다. 5개의 중간 섬유 스팬(12, 13, 14, 15, 16)과 증폭기(17, 18, 19, 20)는 전송 라인을 구성한다.

DCF 보상의 경우, 섬유 스팬(12, 14, 16)은 양의 분산 전송 섬유이고, 섬유 스팬(13, 15)은 콤팩트형 스풀과 유사한 DCF이다. 원리적으로, DCF 보상 시스템은 터미널 반-스팬(4, 8)에서 전송 섬유를 사용한다. 실질적으로, 시스템은 특히 업그레이드를 위해 개시된 형태를 가질 것이다. 증폭기(17), 스팬(13) 및 증폭기(18) 그룹은 하나의 하우징을 공유하고, 증폭기(19), 스팬(15) 및 증폭기(20) 그룹은 다른 하우징을 사용할 것이다. 연결 시스템의 경우, 모든 섬유 스팬(4, 12-16, 8)은전송 섬유 스팬이고, 터미널 스팬(4, 8)은 양 또는 음의 분산 부호중 어느 하나일 수 있다.

제 2 도에는 WDM(21) 및 디멀티플렉서(demultiplexer)(22)가 구비된 아날로그 WDM 시스템이 도시되어 있다. 예 1과 유사한 8 채널 시스템에 대한 설비는 각 채널마다 레이저(23) 및 변조기(24)를 포함한다. 각 검출기(24)는 역다중화된 채널을 수신한다. 이 시스템의 나머지 구성은 제 1 도와 동일하다. 5개의 전(full)-분산 중간 스팬(25, 26, 27 및 28, 29)이 존재한다. DCF 보상을 위한 반-스팬(30, 31) 및 이와 연관된 증폭기는 송신기(32) 및 수신기(33)내에 하우징된다.

제 3 도 및 제 4 도에는 분산 보상에 대한 관리 맵이 도시되어 있다. 제 3 도에는 전형적인 백-투-제로 방안이 도시되어 있다. 제 4 도에는 동일한 전체 길이를 사용하는 본 발명의 평균화 방안이 도시되어 있다. 이들 도면은 예를 들어, +17ps/nm-km의 분산 전송 섬유 및 -80ps/nm-km의 DCF를 사용하는 예의 DCF 보상 시스템으로서 고려될 수 있다.

제 3 도에는 ps/nm 단위의 분산 및 km 단위의 거리의 좌표상에 6개의 전-섬유 스팬, 즉 전송 스팬(40, 41, 42) 및 DCF 스팬(43, 44, 45)이 도시되어 있다. 이러한 전형적인 백-투-제로 맵에 있어서, 분산은 부호를 변경시키지 않으며, +1300ps/nm의 편위를 나타낸다.

제 4 도는 본 발명의 변형된 방안을 동일한 좌표상에 맵핑한 것이다. 제 3 도의 전-길이 터미널 스팬(45)중 절반이 제거되어 초기 반-스팬(52) 및 최종 반-스팬(55)을 형성한다. 나머지 섬유 스팬(50-54)은 변경되지 않으며, 제 3 도의스팬(40-45)과 동일한 분산을 이룬다. 피크 편위는 ±650ps/nm이다.

제 5 도는 수신 전력의 레벨을 변경하는 비트 에러율에 대한 도표로서, 두개의 방안 즉, 백-투-제로에 대한 곡선(60) 및 평균화에 대한 곡선(61)을 비교하여 나타낸 것이다. 데이터 포인트는 예에서 기술된 232km의 시스템에 대한 실험치이다. 또한, 백-투-백 송신기 및 수신기에 대한 데이터 포인트가 곡선(62)상에 제공된다. 측정 에러내에서는, 분산-평균 전송 라인의 삽입에 의한 분산 패널티가 없었다. 곡선(60)은 약 -23dBm의 수신 전력에서 최하점을 기록하며, 그 이상 증폭하더라도 에러율이 더이상 개선되지 않음을 보여주고 있다.

제 6 도 및 제 7 도는 밀리와트 단위의 전력 및 나노초 단위의 시간 좌표상에 점으로 표시된 전형적인 아이 다이어그램이다. 제 3 도의 백-투-제로 방안을 사용한 종래 기술의 기법을 나타내는 제 6 도는 허용될 수 없는 40%를 초과하는 아이 클로우저(eye closure)를 도시하고 있다. 제 7 도에는 예 1로부터 도출된 분산-평균화가 적절하게 예시되어 있다.

(예)

예에서 보고된 실험치가 본 발명에 적용되었다. 제 3 도의 맵의 전형적인 분산 관리 방안을 사용한 예 2는, 제 5 도의 수용할 수 없는 비트 에러율 곡선(60)을 생성하였다.

이러한 실험 결과의 실패로 인해, 제 4 도의 방안의 맵의 결과와는 다른 예 1의 실험이 대신 사용된다. 동일한 전체 길이의 DCF를 간단하게 재배열하고, 전송 섬유 앞에 최종 DCF 스팬의 절반을 배치시켜 제 5 도의 비트 에러율 곡선(61)을 생성했다.

예 1 - 실험 구조는 제 2 도와 유사하지만 발신 전력을 변경하여 측정하는 부가적인 장치가 구비된다.

송신기는 8개의 외부-공동 레이저(eight external-cavity lasers)로 구성되며, λ=1550nm의 시스템 파장 주위에 군집되며(cluster), 스타형 결합기(star couper)로 결합되고, Mach-Zehnder LiNbO₃변조기에 의해 2³¹-1의 의사-랜덤 비트 스트림을 발생하도록 변조된다. 편의상, 20Gb/s의 속도로 8개의 모든 채널을 변조하는데 단일 변조기가 사용되었다. 인접 채널에서의 통계적 펄스 교신을 방지하기 위해, 3km 길이를 갖는 전형적인 섬유(λ₀=1310)를 통해 진행하도록 하여, 비트의 상호 연관성을 없애며, 이로 인해 인접 채널 사이에서는 1.6 비트의 지연이 발생된다. 채널 간격은 1.6nm(200Ghz)이다.

전송 시스템은 +17ps/nm-km의 분산을 갖는 전송 섬유와 -50ps/nm-km 내지 -100ps/nm-km의 분산을 갖는 DCF의 복합 스팬으로 구성된다. 제 4 도의 맵에 따르면, 5개의 "전(full)" 길이(50-54) 및 두개의 "반(half)" 길이(55, 56)가 구비된다. 공칭적으로, 전송 섬유 길이(50, 52, 54)는 80km이며, 따라서 분산곱은 80km × +17ps/nm-km = +1360ps/nm이다. 후속하는 DCF의 전체 길이를 조정하여, 동일한 크기를 갖는 음의 분산곱을 생성한다. 전송 섬유 스팬은 분산곱을 등화하도록 트리밍되며, 따라서 연속적인 길이는 공칭값과 약간 다르게 되어, 합계 232km로 된다. 터미널 스팬(55, 56)은 각각 중간 DCF 스팬(51, 53)의 1/2이다.

다중화된 채널은 변조되고, 0dBm/채널에서 2dBm/채널로 증폭되며, 초기 DCF 스팬을 통과하고, 이어서 송신기 출력에서 8dBm/채널로 증폭된다.

전송 라인은 각 DCF 길이에 대한 입력에 2-5dBm/채널의 전력 레벨을 제공하며, 전송 섬유의 각 스팬에 대한 입력에 5-7dBm/채널의 전력 레벨을 제공하는 4개의 EDFA를 포함한다. 제 5 도에서 점으로 표시된 가변 수신 전력을 나타내도록, 가변광 감쇠기(variable optical attenuator)가 수신기내에 포함된다. 두개의 다층 간섭 필터는 약 0.8nm의 튜닝가능한 밴드패스(tunable bandpass)를 직렬로 제공한다.

상기 실험 결과는 제 5 도의 점으로 표시된 곡선(61)으로 도시된다. 제 7 도에는 컴퓨터 시뮬레이션(computer simulation)에 의해 도출된 대응하는 아이 다이어그램이 도시되어 있다.

예 2 - 실험 구조는 6개의 전-길이의 섬유 스팬을 사용한다는 점이 예 1과 다르다. 예 1의 두개의 터미널 반-스팬은 수신기에 대한 입력단에 6번째 전-스팬을 생성하도록 조합된다. 동일한 실험 조건이 주어졌을 경우, 제 5 도의 데이터 곡선(60) 및 제 6 도의 아이 다이어그램으로 나타난다.

전술한 설명은 본 발명의 기술 사상을 제한적으로 기술한 것이다. 제 1 도 및 제 2 도의 시스템은 실제 동작에서 필요한 다수의 소자를 포함한 것이 아니다. 예를 들어, WDM 채널 분리는 통상적으로 레이저의 안정도 및 광학 필터링에 좌우된다.

실질 작업에 있어서는, 여러 가지 다른 변경이 고려될 수 있다. DCF 보상형또는 연결형의 시스템을 설명하였으며, 두가지 유형의 섬유만을 사용한 것으로 기술하였다. 몇몇 경우에서, 하이브리드 시스템(hybrid system)이 유용하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 연결형 라인은 DCF의 터미널 스팬을 사용할 수 있다. 사용자의 요구는 부가적인 섬유 유형, 가능하다면 지상-수면 아래 조합 시스템(combined terrestrial-underwater systems)에 사용함으로써 최적으로 충족될 수 있다.

시스템 요건은, 비선형 동작에서 상반된 분산 부호를 갖는 두개의 연속하는 증폭 스팬을 포함하는 다중 스팬 시스템에 의해 충족된다. 분산 평균화는 3개 이상의 스팬을 필요로 하며, 그에 따라 두개의 비선형 스팬은 적어도 하나의 부가적인 스팬과 결합되어야 한다. 전술한 수를 초과한 스팬은 비선형적일 필요가 없다. 전 시스템은 분산 평균화되지 않거나, 분산이 등화되거나 혹은 분산이 시프트되는 또다른 스팬을 포함할 수 있다.

분산 평균 시스템의 초기 동작에서는 비선형 동작을 위해 요건을 충족시킬 필요가 없다. 본 발명의 개념이 업그레이드된, 즉, 비트 속도의 증가로 인해 비선형적으로 동작하는 시스템에 적용될 수 있다.

분산 평균화는 WDM에 대해 유용하게 사용될 것이다. 참조된 예는 WDM 동작에 적합하게 사용된다. 이러한 예에 있어서의 DCF는 Optics Letters, vol. 18, no. 11, pp. 924-926(1993)에 개시되어 있다. DCF의 음의 경사는 서브채널의 전체 WDM 세트를 따라 실행되는 거의 일정한 보상을 위한 것이다. DCF는 예 1의 시스템 및 동작 조건에는 필요치 않으나, 보다 긴 시스템, 보다 큰 WDM 대역폭 및/또는 보다 높은 비트 속도의 경우에는 유용하게 사용될 수 있다.

초기 사용시에 섬유의 실질적인 분산이, 예를 들어, 17ps/nm-km로 업그레이드된 상태일 것으로 기대된다. 설치된 스팬은 10km이상이며, 그에 따라 나머지 분산은 170ps/nm 이상이 된다. 본 발명에 따르면, 이러한 편위가 1/2로 되므로, 보상 라인의 나머지 분산은 +85ps/nm 내지 -85ps/nm의 범위를 갖는다. 보상은, 섬유 스팬이 실질적으로 더 작은 나머지 분산 값을 갖는 새로운 시스템에 적용되도록 의도된 것이다. 그러한 예중 하나는, 1.5ps/nm-km 내지 4.0ps/nm-km의 분산을 갖는 미국 특허 제 5,327,516 호에 개시된 섬유를 사용한다. 이 시스템에서의 분산 평균화는 최대치가 ±50 만큼 작은 나머지 분산을 필요로 한다.

제 1 도는 본 발명의 분산-보상 광섬유 통신 시스템의 개략적인 회로도,

제 2 도는 제 1 도와 유사하지만 WDM이 구비된 개략적인 회로도,

제 3 도는 전형적인 "백-투-제로" 보상 시스템의 분산 편위가 도시된 맵,

제 4 도는 분산 평균을 사용하는 시스템의 분산 맵,

제 5 도는 제 3 도 및 제 4 도의 방안에 대한 수신 신호의 비트 에러율을 비교하는 실험 데이터를 나타낸 도면,

제 6 도는 종래의 보상 시스템에서 생성된 신호에 대한 아이 다이어그램(eye diagram),

제 7 도는 분산 평균을 사용하는 시스템의 수신 신호에 대한 아이 다이어그램.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1, 23 : 레이저 2, 24 : 변조기

3, 5, 9, 10, 17, 18, 19, 20 : 증폭기

4, 8, 12, 13, 14, 15, 16, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31 : 스팬

6, 32 : 송신기 7, 33 : 수신기

11, 24 : 검출기 3 : 디멀티플렉서

Claims (9)

1. 시스템 파장(system wavelength)에서 동작하고, 교호 분산 부호(alternating sign of dispersion)의 연속하는 증폭된 섬유 스팬(successive amplified fiber spans)을 포함하는 전송 라인(transmission line)과, 송신기 및 수신기를 구비하되, 상기 전송 라인은 상기 송신기에 후속하는 초기 섬유 스팬(an initial fiber span), 상기 수신기 앞에 위치되는 터미널 스팬(terminal span) 및 적어도 하나의 중간 스팬(intermediate span)을 포함하고, 상기 터미널 스팬의 길이 및 분산의 크기는 상기 수신기로 도입된 신호에 대한 분산을 보상하기 위한 것인 광섬유 통신 시스템에 있어서,

   상기 전송 라인은 상기 터미널 스팬에 부가하여 적어도 한 쌍의 연속하는 스팬을 포함하되, 상기 전송 라인의 나머지 분산(residual dispersion)이 상기 스팬쌍의 시작부에서 적어도 ±50ps/nm이고, 상기 스팬 쌍 부재(member)들은 그들의 종단부(termini)에서 나머지 분산이 적어도 ±50ps/nm가 되도록 하는 길이 및 분산 크기를 가짐으로써, 상기 전송 라인의 나머지 분산이 상기 시스템 파장에서 보상되도록 하는 것을 특징으로 하는

   광섬유 통신 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   적어도 3개의 중간 스팬을 포함하는 광섬유 통신 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   교호 스팬의 섬유는 중재 스팬(intervening spans)의 적어도 2배의 분산을 갖는 분산 보상 섬유인 광섬유 통신 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 스팬 쌍의 부재는 전송 섬유로 구성되는 광섬유 통신 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 스팬 쌍 부재는 1.5ps/nm-km 내지 4.0ps/nm-km의 분산 절대값을 갖는 광섬유 통신 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 시스템은 1550nm의 공칭 신호 파장(nominal signal wavelength) 및 채널당 적어도 10Gbit/sec의 비트 속도에서 동작하는 광섬유 통신 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 시스템은 채널당 적어도 20Gbit/sec의 비트 속도에서 동작하는 광섬유 통신 시스템.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 시스템은 채널 멀티플렉서(channel multiplexer) 및 채널 디멀티플렉서(channel demultiplexer)를 포함하는 WDM(Wavelength Division Multiplexing)의 동작을 위한 설비를 갖는 광섬유 통신 시스템.
9. 변조 및 증폭 단계를 포함하는, 분산-보상된 실리카 기반의 다수의 스팬 광섬유 통신 전송 라인(a dispersion-compensated silica-based multiple span optical fiber communication transmission line)을 통해 동작하는 통신 방법에 있어서,

   상기 라인은 각 스팬의 단부에서 나머지 분산이 적어도 ±50ps/nm이고, 교호 분산 부호의 연속적인 스팬을 포함함으로써, 나머지 분산이 보상되고, 각 스팬으로 도입된 신호 전력 및 유효 섬유 코어 크기는 적어도 0.05mw/μm²의 전력 밀도가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 통신 방법.