JPH03214123A - Photosoliton generating method and soliton transmitting method - Google Patents
Photosoliton generating method and soliton transmitting methodInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
「産業上の利用分野」
本発明は半導体レーザからの光パルス発生において、従
来発生が不可能であった光ソリトンパルスを簡単な干渉
計によりフィルタリングすることにより発生させろとと
乙に、光フアイバー内を伝搬させるソリトン発生方法お
よびソリトン伝送方法に関する。Detailed Description of the Invention "Field of Industrial Application" The present invention aims to generate optical soliton pulses from a semiconductor laser by filtering them using a simple interferometer, which was previously impossible to generate. and (b) relates to a soliton generation method and soliton transmission method for propagating within an optical fiber.
「従来の技術」
■ 第9図はカラーセンターレーザーによる光ソリトン
発生方法を説明するための図である。この図において、
lはモード同期YAGレーザで励起された波長15μm
帯の先パルスを発生Vるカラーセンターレーザー 2.
2は各々結合レンズ、3はソリトン伝送用ファイバー(
単一モードファイバー)、4は光検出器である。``Prior Art'' ② FIG. 9 is a diagram for explaining a method of generating optical solitons using a color center laser. In this diagram,
l is the wavelength of 15 μm excited by the mode-locked YAG laser
Color center laser that generates pulses at the tip of the band 2.
2 is a coupling lens, 3 is a soliton transmission fiber (
(single mode fiber), 4 is a photodetector.
カラーセンターレーザ!から発生する光パルスは、その
パルス幅が約10ps程度であり、ビークパワーか10
0Wにし達するため、容易にソリトン伝送用ファイバー
3内に数10Wのパルスパワーのらのを励起できる。N
=Iで表わされる基本光ソリトンの波形はS ech(
τ)の形をしているが、カラーセンターレーザjからの
出力波形ら、はぼS ech(τ)で表わされるため、
容易に光ソリトンパルスが発生ずる。なお、光ソリトン
に関しては、中沢正隆 “光フアイバー中の非線形光学
゛応用物理第56巻、第10号、P、1265〜P、
+288 (+987)もしくは “光パルスの圧縮
とソリトンレーザ”レーザ研究、解説、第15巻11号
P、861−886頁(+987)を参考。Color center laser! The optical pulse generated from the
In order to reach 0 W, a pulse power of several tens of W can be easily excited within the soliton transmission fiber 3. N
The waveform of the fundamental optical soliton represented by =I is S ech(
However, since the output waveform from the color center laser j is expressed as S ech(τ),
Optical soliton pulses are easily generated. Regarding optical solitons, see Masataka Nakazawa, “Nonlinear optics in optical fibers,” Applied Physics Vol. 56, No. 10, P, 1265-P.
+288 (+987) or refer to “Compression of Optical Pulses and Soliton Lasers”, Laser Research, Commentary, Vol. 15, No. 11, P, pp. 861-886 (+987).
この方法により得られろ光ソリトンの波形の変化を第1
0図に示す。この場合、ソリトン伝送用ファイバー3の
長さが70011である。また、入力光パルスは第10
図(イ)に示すようになっている。まず、同図(ロ)に
示すように、ビークパワーPが0.3Wの場合には、明
らかに人力光パルスに対して出力パルスのパルス幅の広
がりが観測される。また、同図(ハ)に示すように、ビ
ークパワーPが1.2Wの場合には、出力パルスの波形
が入力光パルスと同一になっていることがわかる。The first change in the waveform of the optical soliton obtained by this method is
Shown in Figure 0. In this case, the length of the soliton transmission fiber 3 is 70,011. In addition, the input optical pulse is the 10th
It is as shown in Figure (a). First, as shown in FIG. 3B, when the peak power P is 0.3 W, it is clearly observed that the pulse width of the output pulse is wider than the human-powered optical pulse. Furthermore, as shown in FIG. 13C, it can be seen that when the peak power P is 1.2 W, the waveform of the output pulse is the same as that of the input optical pulse.
すなわち、このソリトン伝送用ファイバー3では、ビー
クパワーP=1.2WにてN=1ソリトンが励振される
ことがわかる。一方、同図(ニ)、(ホ)に示すように
、ビークパワーPを5〜11.4Wと増加させた場合に
は、高次ソリトンが励振されている様子がよ(わかる。That is, it can be seen that in this soliton transmission fiber 3, N=1 solitons are excited at peak power P=1.2W. On the other hand, as shown in Figures (D) and (E), when the peak power P is increased to 5 to 11.4 W, it is clearly seen that higher-order solitons are excited.
■ 次に、第11図は正弦波変調による短パルスの発生
方法を説明するための図である。この図において、5は
正弦波発生器、6は電気増幅器、7は半導体レーザであ
る。なお、結合レンズ2およびソリトン伝送用ファイバ
ー3は上記構成のらのと同一である。(2) Next, FIG. 11 is a diagram for explaining a method of generating short pulses by sinusoidal modulation. In this figure, 5 is a sine wave generator, 6 is an electric amplifier, and 7 is a semiconductor laser. Note that the coupling lens 2 and the soliton transmission fiber 3 are the same as those in the above configuration.
この方法では、半導体レーザ7を正弦波変調することに
より、パルス列を高繰り返しで発生させて、ソリトン伝
送用ファイバー31こ導びくようにしている。In this method, by sinusoidally modulating the semiconductor laser 7, a pulse train is generated with high repetition rate and guided through the soliton transmission fiber 31.
■ 次に、第12図はコムジェネレータによる短パルス
の発生方法を説明するたぬの図であり、この図に示すよ
うに、電気増幅器6と半導体レーザ7との間にコムジェ
ネレータ8が挿入されている。■ Next, FIG. 12 is a diagram explaining the method of generating short pulses using a comb generator. As shown in this figure, a comb generator 8 is inserted between an electric amplifier 6 and a semiconductor laser 7. ing.
このコムジェネレータ8により電気パルスにて半導体レ
ーザ7を駆動し、光パルスを数GHzの高繰り返しで発
生させる。The comb generator 8 drives the semiconductor laser 7 with electric pulses to generate optical pulses at a high repetition rate of several GHz.
■ 次に、第13図は光変調器によるパルスの発生方法
を説明するための図である。この図に示すように、半導
体レーザ7を直流1踪9で駆動してCW光を取り出し、
この取り出したCW光を、I。(2) Next, FIG. 13 is a diagram for explaining a method of generating pulses by an optical modulator. As shown in this figure, a semiconductor laser 7 is driven with a direct current 9 to extract CW light,
This extracted CW light is I.
1NbosもしくはMQW(多層量子井戸構造)半導体
のシュタルク効果を用いた超高速光変調器10によって
変調する。これにより、5〜l OG t(zの繰り返
しのパルス列か得られろ。The light is modulated by an ultrafast optical modulator 10 using the Stark effect of a 1Nbos or MQW (multilayer quantum well structure) semiconductor. As a result, a repeating pulse train of 5~lOG t(z) can be obtained.
「発明が解決しようとする課題」
ところで、上述した従来の各方法のうち、0項の方法に
あっては、光ソリトンの発生にカラーセンターレーザー
1を用いるか、その繰り返しが100MHz程度と低い
ことと、大型で高価であることから実用的な立場から難
しいという問題がある。"Problems to be Solved by the Invention" By the way, among the conventional methods mentioned above, the method in item 0 uses the color center laser 1 to generate optical solitons, or the repetition rate is as low as about 100 MHz. However, since it is large and expensive, it is difficult from a practical standpoint.
また、■および0項の方法にあっては、いずれら理想的
なトランスフオームリミットなパルスが得られない。す
なわち、10〜30ps程度のパルスが発生できろもの
の、スペクトル幅が大きく広がるので、パルス幅Δτと
スペクトル幅Δνとの債かΔシΔτ−1〜3程度となる
。このことは、トランスフオームリミットなパルスの条
件であるΔνΔで−0,32〜0.44からはかなり外
れるので、長距離に亘ってソリトン伝送用ファイバー3
中を伝搬させると、パルスが同ファイバー3の群速度分
散によって広がってしまい、情報が伝えられないという
大きな問題がある。Furthermore, in the methods (2) and (0), it is not possible to obtain pulses with ideal transform limits. That is, although a pulse of about 10 to 30 ps can be generated, the spectral width is greatly expanded, so that the difference between the pulse width Δτ and the spectral width Δν is about Δτ−1 to 3. This means that ΔνΔ, which is the condition for transform-limited pulses, deviates considerably from -0.32 to 0.44, so the soliton transmission fiber 3
When propagating inside the fiber 3, the pulse spreads due to the group velocity dispersion of the fiber 3, causing a major problem in that information cannot be transmitted.
また、■項の方法にあっては、パルス幅か100psと
広くソリトンとしての利点がない。In addition, in the method (2), the pulse width is wide, 100 ps, and there is no advantage as a soliton.
本発明は−に連した事情に鑑みてなされたもので、上述
した各問題点を解決することができる光ソリトンの発生
方法およびソリトン伝送方法を提供することを目的とし
ている。The present invention has been made in view of the circumstances related to -, and an object of the present invention is to provide an optical soliton generation method and a soliton transmission method that can solve the above-mentioned problems.
[課題を解決するための手段」
本発明は、半導体レーザの直接変調によって得られる高
繰り返しのパルス列をファブリペロ−ししくはマツハツ
エンダ干渉形フィルターを通過させろことによりトラン
スフオームリミットなパルスに変換し、それをエルビウ
ムファイバ増幅器によってこのパルス列を増幅し、光ソ
リトンを得る。[Means for Solving the Problems] The present invention converts a highly repetitive pulse train obtained by direct modulation of a semiconductor laser into a transform-limited pulse by passing it through a Fabry-Perot or Matsuhatsu Interferometric filter. This pulse train is amplified by an erbium fiber amplifier to obtain an optical soliton.
そして、得られたソリトンパルス列を直接変調すること
によってソリトン伝送を行う。Then, soliton transmission is performed by directly modulating the obtained soliton pulse train.
「作用 −j
半導体レーザの直接変調によって高繰り返しパルス列が
得られる。そして、得られたパルス列のスペクトルが制
御され、パルス幅Δτとそのスペクトル△νとの積がΔ
τ△シー0.32〜0.44となるトランスフオームリ
ミットなパルス化が行なわれろ。そして、それをさらに
光増幅することによって、超高繰り返しソリトンパルス
列が得られる。次いで、得られたソリトンパルス列を直
接変調することによって、ソリトン伝送が行なわれる。"Effect -j A high-repetition pulse train is obtained by direct modulation of the semiconductor laser. Then, the spectrum of the obtained pulse train is controlled, and the product of the pulse width Δτ and its spectrum Δν becomes Δ
Pulsing with a transform limit such that τΔC is 0.32 to 0.44 should be performed. By further optically amplifying this, an ultra-high repetition soliton pulse train can be obtained. Soliton transmission is then performed by directly modulating the resulting soliton pulse train.
「実施例」
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
。"Example" Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図は本発明の第1実施例を説明するための図である
。なお、この図において前述した第9図、第1I図およ
び第12図各々と共通する部分には同一の符号を付けて
その説明を省略する。 この図において、11はパルス
信号発生器、12はパルス信号発生器IIの基本波成分
のみを通過させる71気ローパスフイルター 13は狭
帯域光フィルター(例えば、ファブリペロ−干渉計やマ
ツハツエンダ干渉計、この実施例ではファブリペロー−
ト/ル計を使用している)、14は半導体レーザ光と、
エルビウム励起用光源15から出力される光信号とを合
波するための光カツプラ−16は上記エルビウムファイ
バー 17は信号の光パルス以外の自然放出雑音を取り
除くたぬの自然放出光除去用光フィルターである。FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention. Note that in this figure, parts common to each of FIG. 9, FIG. 1I, and FIG. 12 described above are given the same reference numerals, and the explanation thereof will be omitted. In this figure, 11 is a pulse signal generator, 12 is a 71-air low-pass filter that allows only the fundamental wave component of pulse signal generator II to pass through, and 13 is a narrow band optical filter (for example, a Fabry-Perot interferometer or a Matsuhatsu Ender interferometer, etc.). In the example Fabry-Perot
14 is a semiconductor laser beam,
The optical coupler 16 for combining the optical signal output from the erbium excitation light source 15 is the above-mentioned erbium fiber. 17 is an optical filter for removing spontaneous emission light that removes spontaneous emission noise other than optical pulses of the signal. be.
上記構成において、まず、パルス信号発生器11からパ
ルス信号が出力されると、電気ローパスフィルター12
によってその基本波成分のみが取り出される。そして、
その基本波成分が電気増幅器6によって増幅され、半導
体レーザ駆動用パルスとして、半導体レーザ7に供給さ
れる。これにより、半導体レーザ7が駆動する。ここで
、半導体レーザ7に供給される半導体レーザ駆動用パル
スの生成される様子を第2図に示す。同図(イ)はパル
ス信号発生器11の出力波形を示し、同図(ロ)は電気
ローパスフィルタ12の出力波形を示す。In the above configuration, first, when a pulse signal is output from the pulse signal generator 11, the electric low-pass filter 12
Only the fundamental wave component is extracted. and,
The fundamental wave component is amplified by the electric amplifier 6 and supplied to the semiconductor laser 7 as a pulse for driving the semiconductor laser. As a result, the semiconductor laser 7 is driven. Here, FIG. 2 shows how the semiconductor laser driving pulses supplied to the semiconductor laser 7 are generated. 3A shows the output waveform of the pulse signal generator 11, and FIG. 1B shows the output waveform of the electric low-pass filter 12.
また、同図(ハ)は電気増幅器6の出力波形を示す。Further, FIG. 3C shows the output waveform of the electric amplifier 6.
一方、第3図に半導体レーザ7の出力を示す。同図(イ
)はそのスペクトルを示し、同図(ロ)はパルスの時間
波形を示す。これら図(イ)、(ロ)に示すように、実
験ではパルス幅がΔλ−1,5nn、時間幅かΔτ−2
4psが得られている。On the other hand, FIG. 3 shows the output of the semiconductor laser 7. The figure (a) shows the spectrum, and the figure (b) shows the time waveform of the pulse. As shown in these figures (a) and (b), in the experiment, the pulse width was Δλ-1,5nn, and the time width was Δτ-2.
4 ps is obtained.
ところで、半導体レーザ7へ電子を注入を行なうと屈折
率が下がるので、レーザの発振周波数は第4図に示すよ
うに、−2、長波長側にチャープしてらとに戻る(これ
を負またはダウムチャーブと呼ぶ)。なお、トランスフ
オームリミットなパルスとは、パルスのフーリエ変換に
よって得られる幅だけのスペク
リ、余分なスベク
ある。By the way, when electrons are injected into the semiconductor laser 7, the refractive index decreases, so the oscillation frequency of the laser chirps to the longer wavelength side by -2, as shown in FIG. ). Note that a transform-limited pulse has only the width obtained by Fourier transform of the pulse, and the extra width.
一般に、
す、スペク
ΔνΔτ
トルを有するパルスのことであ
トルを含まないパルスのことで
半導体レーザでは波形がガウス形であ
トル幅Δνとパルス幅Δτの間には、
ΔλcXΔτ= 0.44 ・・・・・・■λ2
の関係がある。第3図で得られたパルスのΔν・Δτ積
を計算すると、
=4.6 ・・・・・・■と
なり、■式の結果と比べると約10倍の大きさをもって
いることがわかる。従って、直接変調によって得られる
パルスはトランスフオームリミットからは程遠い。これ
が半導体レーザの直接変調のもつ本質的な欠点である。In general, a pulse with a spectrum ΔνΔτ is a pulse that does not contain torque. In a semiconductor laser, the waveform is Gaussian, and the distance between the torque width Δν and the pulse width Δτ is ΔλcXΔτ = 0.44... ...There is a relationship of ■λ2. When the Δν·Δτ product of the pulse obtained in FIG. 3 is calculated, it becomes =4.6...■, which is about 10 times as large as the result of the formula (■). Therefore, the pulses obtained by direct modulation are far from the transform limit. This is an essential drawback of direct modulation of semiconductor lasers.
本発明では、この半導体レーザのチャーブ特性に着目し
、ファブリペロ−干渉計13を用いてスペクトルをトラ
ンスフオームリミット化する。この場合、実験ではファ
ブリベロー干渉計13の透過帯域を0.22nmに設定
して、挿入したところ約17psのパルスにファブリベ
ロー出力として変換できた。この出力のΔνΔτ積を見
積ると、0.47 ・・
・・・・■となり、この値は■式の結果に非常に近く、
トランスフオームリミットなパルスが得られていること
を示している。ちとらとチャーブパルスであるから 0
.22r+mの幅でも原理的には僅かなチャーブがある
が、このチャーブを完全に補償するにはファブリペロ−
干渉計13と光カツプラ−I4との間に負のチャーブ補
償用の正常分散をもつ光ファイバーを挿入すればよい。In the present invention, attention is paid to the chirb characteristic of this semiconductor laser, and a Fabry-Perot interferometer 13 is used to transform the spectrum into a transform limit. In this case, in the experiment, the transmission band of the Fabry-Bello interferometer 13 was set to 0.22 nm, and when inserted, it was possible to convert the Fabry-Bello output into a pulse of about 17 ps. Estimating the ΔνΔτ product of this output, we get 0.47...
...■, and this value is very close to the result of the formula ■,
This shows that a transform-limited pulse is obtained. Because it's Chitora and Charb Pulse 0
.. In principle, even with a width of 22r+m, there is a slight chirp, but in order to completely compensate for this chirp, Fabry-Perot
An optical fiber having normal dispersion for negative Chirb compensation may be inserted between the interferometer 13 and the optical coupler I4.
例えば、0.2nmの帯域で2psのチャーブが存在す
ると、I Ops/ nmであるが、これは零分散波長
を1.6〜1.8μm帯にソフトしたファイバーの分散
量が50 ps/ km/nmであることを用いて、本
1償用の光ファイバーの長さを200mにすると良い。For example, if there is a chirp of 2 ps in the 0.2 nm band, I Ops/nm, but this means that the amount of dispersion of the fiber whose zero dispersion wavelength has been softened to the 1.6 to 1.8 μm band is 50 ps/km/ Using the fact that the length of the optical fiber is 200 m, the length of the optical fiber for this first compensation is preferably set to 200 m.
このようにしてファブリベロー干渉計13を挿入すると
、トランスフオームリミットなパルスが得られる。しか
し、このままでは、透過出方が約5〜10dB低下して
しまう。この原因としては、一つ目には、スペクトル幅
を制限することによる損失、2つ目には、ファブリベロ
ー干渉計13の透過損失があるからである。実験におい
てはファブリベロー干渉計13のフリースベクトルレン
ジが約61111になるように設定した。すなわち、フ
リースベクトルレンジをΔλとすると、
L=20011rnのとき
flztm ・・・・・・■で
ある。従って、Distributed Feedba
ck La5er (DPr3)の場合、単一スペクト
ル発振(チャーブは含む)であり、その幅は広くとも2
r+m程度であるから、6nmのフィルター間隔があれ
ば充分である。By inserting the Fabry-Bello interferometer 13 in this manner, a transform-limited pulse can be obtained. However, if left as is, the transmission output will be reduced by about 5 to 10 dB. This is because, firstly, there is a loss due to limiting the spectral width, and secondly, there is a transmission loss of the Fabry-Bello interferometer 13. In the experiment, the Fries vector range of the Fabry-Bello interferometer 13 was set to approximately 61,111. That is, if the fleece vector range is Δλ, then when L=20011rn, flztm...■. Therefore, Distributed Feedba
In the case of ck La5er (DPr3), it is a single spectrum oscillation (including chirb), and its width is at most 2
Since it is approximately r+m, a filter spacing of 6 nm is sufficient.
すなわち、他のフィルター成分が入ってこない。In other words, other filter components do not enter.
ファブリベロー干渉計13の帯域に関しては、ファブリ
ペロ−干渉計13を構成する鏡の反射率を適当に設定ず
ろことによりフィネスを、0.1〜10m程度の帯域に
調整すればよい。Regarding the band of the Fabry-Perot interferometer 13, the finesse may be adjusted to a band of about 0.1 to 10 m by appropriately setting the reflectance of the mirrors constituting the Fabry-Perot interferometer 13.
以上のようにすることによって、パルス出力は弱いが完
全にトランスフオームリミットなパルス列ができる。By doing the above, a pulse train with a weak pulse output but with a complete transform limit can be produced.
次に、これらをソリトンパルス列のパワーレベルまで光
増幅する。それをエルビウムファイバー増幅器(光カツ
プラ−14、エルビウム励起用光源15およびエルビウ
ムファイバー16の組み合わせ)により行う。ここで、
N=1の標準ソリトンのパルスピークパワーをPN81
とするとp Nflは・・・・・・■
この場合、n、は非線形屈折率、λは光パルスの波長、
τは光パルスの半値全幅、ID+はソリトン伝送用ファ
イバー3の群速度分散、Aeffはソリトン伝送用ファ
イバー3の有効断面積、C光速である。Next, these are optically amplified to the power level of a soliton pulse train. This is performed using an erbium fiber amplifier (a combination of an optical coupler 14, an erbium excitation light source 15, and an erbium fiber 16). here,
The pulse peak power of the standard soliton with N=1 is PN81
Then, p Nfl is...■ In this case, n is the nonlinear refractive index, λ is the wavelength of the optical pulse,
τ is the full width at half maximum of the optical pulse, ID+ is the group velocity dispersion of the soliton transmission fiber 3, Aeff is the effective cross-sectional area of the soliton transmission fiber 3, and C is the speed of light.
ファブリベロー干渉計13の出力としてはピークパワー
が1mW程度である。ソリ)・ンを伝送する2Iリドン
伝送用フアイバー3の規格としては、例えばID j
= 3 ps/ km−nmの分散シフトファイバーを
用い、A erf = 4 X I O−’cm2に設
定できるため、入力τ=20psのパルスであると、ン
リヵ系ファイバーのn、がn、−で与えられることを考
慮4゛ると、I”) N、 、 f:J
×4×10−+1・9.2 [+1W
・・・・■となる。オなわら、−FJ己のパ
ワーがあればN=1のS ec h形ソリトンが長尺の
ソリトン伝送用ファイバー3を伝搬することができる。The output of the Fabry-Bello interferometer 13 has a peak power of about 1 mW. For example, the standard for the 2I redon transmission fiber 3 that transmits the solenoid is ID j
= 3 ps/km-nm dispersion-shifted fiber and can be set to A erf = 4 Considering the given 4゛, I'') N, , f: J ×4 × 10−+1・9.2 [+1W
...■. However, if there is a power equal to -FJ, a Sech type soliton with N=1 can propagate through the long soliton transmission fiber 3.
次に、必要なエルビウムファイバー増幅器のfiliI
声は弐〇と、入力1mWの条件よりl0d13程度でよ
いことになる。この場合、第5図に示すように、20d
13以1−の利得が3〜100m程度のエルヒウムファ
イバーにおいて容易に得られるため、本方法は非常にヂ
f効なことがわかる。なお、本増幅の詳細については中
沢正隆、光学、18巻6号P291〜P、296 “
光ファイバーによる光増幅”を参考。Next, the required erbium fiber amplifier filiI
The voice is 2〇, which means that about 10d13 is sufficient based on the input condition of 1mW. In this case, as shown in FIG.
Since a gain of 13 to 1- can be easily obtained in an Erium fiber of about 3 to 100 m, it can be seen that this method is very effective. For details on this amplification, see Masataka Nakazawa, Optics, Vol. 18, No. 6, P291-P, 296 “
Refer to "Light Amplification Using Optical Fiber".
エルビウム励起用光源15の波長としては、05741
+1.0,6I1m、 0.877m、 0.98μm
および 1.48μm帯がある。第5図は、1.48μ
m InGaAsP半導体レーザを励起光源と(7て得
られている。The wavelength of the erbium excitation light source 15 is 05741
+1.0,6I1m, 0.877m, 0.98μm
and 1.48 μm band. Figure 5 shows 1.48μ
m InGaAsP semiconductor laser was used as the excitation light source (7).
ここで、信号光以外の自然放出光による雑音は自然放出
光除去用光フイルタ−17で除去される。Here, noise caused by spontaneous emission light other than the signal light is removed by an optical filter 17 for removing spontaneous emission light.
また、その他の雑音として非ソリトン的な成分がソリト
ン伝送用ファイバー3に損失があるため僅かに発生する
。しかし、これも過飽和吸収体、例えばfnGaAs系
のMQW半導体を自然放出光除去用フィルター17に付
加することにより、ソリ!・ン部分は完全に透過し、非
ソリトン部分は完全に吸収して、安定なソリトンを伝送
することができる。その様子を第6図に示す。同図(イ
)は過飽和吸収体通過前、同図(ロ)は通過後で完全に
雑音が除去できていることがわかる。In addition, as other noise, a small amount of non-soliton components is generated due to the loss in the soliton transmission fiber 3. However, by adding a supersaturated absorber such as an fnGaAs MQW semiconductor to the filter 17 for removing spontaneous emission light, this problem can be solved. - The non-soliton part is completely transparent, and the non-soliton part is completely absorbed, allowing stable soliton transmission. The situation is shown in FIG. It can be seen that noise is completely removed in the figure (a) before passing through the supersaturated absorber, and in figure (b) after passing through the supersaturated absorber.
このようにして得られたパルスはソリトンとしてソリト
ン伝送用ファイバー3を伝搬した後、プリエンファシス
法(特願平1−68619 光ソノトノ伝送方式、久
保田寛和、中沢正隆、鈴木和宣)により再生中継された
後、最終的に光検出器、1で情報が取り出され、ソリト
ンによる光通信が完了4−る。The pulses thus obtained propagate as solitons through the soliton transmission fiber 3, and then are regenerated and relayed using the pre-emphasis method (Patent Application No. 1-68619, Optical Sonotono Transmission System, Hirokazu Kubota, Masataka Nakazawa, Kazunobu Suzuki). After that, the information is finally extracted by the photodetector 1, and the optical communication using the soliton is completed.
次に、本発明の第2実施例について説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
この第2実施例は、超高繰り返しソリトンパルス5QJ
を11の結合の光カップラーを複数個用い、らとの半導
体レーザ7のパルス繰り返しの2N倍に時間軸上で多重
化する方法である。第7図にその構成を示す。パルス信
号発生器11および電電増幅器6によって正弦波変調さ
れた電気信号により甲、導体レーザ7をパルス駆動し、
そのスペクトル成分を狭帯域化して3dBカツプラーn
18に導く。N flsのカップラーが用いられると、
2N倍に時間軸−Lで多重化することができる。This second embodiment is based on an ultra-high repetition soliton pulse 5QJ.
This method uses a plurality of optical couplers of 11 couplings to multiplex 2N times the pulse repetition of the semiconductor laser 7 on the time axis. FIG. 7 shows its configuration. The instep and conductor laser 7 are pulse-driven by a sinusoidally modulated electric signal by a pulse signal generator 11 and an electric amplifier 6,
Narrow the spectral components to create a 3dB coupler n.
Lead to 18. When a coupler of N fls is used,
Multiplexing can be performed 2N times on the time axis -L.
ここで、時間遅延を発生させパルスの多重化を図るため
に接続した3dBカツプラーの2つの腕の片方の長さを
変化さU゛ている。3dBカツプラーの腕の長さの差は
゛(’−導体レしザ7の繰り返し周期を′rとずろと、
時間遅延が’r/ 2’(i = 1.2・N−1)と
なるよう設定する。例えば、50psの時間遅延を与え
るためにはIcm(7)4′′れを与えればよい。この
ようにして容易にパルスの多重化が可能となる。しかし
、この場合、N個の3di3カツプラーを通すことによ
りパルスのピーク強塵はl / 2に低下するが、前述
したエルビウムファイバー増幅器により補償することが
可能である。Here, in order to generate a time delay and multiplex the pulses, the length of one of the two arms of the connected 3 dB coupler is changed. The difference in the length of the arms of the 3 dB coupler is ゛('-If the repetition period of the conductor laser 7 is shifted from 'r',
Set the time delay to be 'r/2' (i = 1.2·N-1). For example, to provide a time delay of 50 ps, it is sufficient to provide Icm(7)4''. In this way, pulses can be easily multiplexed. However, in this case, passing through N 3di3 couplers reduces the peak intensity of the pulse to l/2, which can be compensated by the erbium fiber amplifier mentioned above.
本方法で多重化した場合は、超高速光変調B I Oに
よって信号のON・OFFを行う。これにより超高速光
ソリトン通信が可能となる。When multiplexed using this method, signals are turned on and off using ultra-high speed optical modulation BIO. This enables ultrahigh-speed optical soliton communication.
次に、第8図は本発明の第3実施例を説明するための図
であり、第7図と同様に半導体レーザ7を直接変調する
代りにLiNbO3光変調器もしくはM Q〜Vの半導
体を用いた吸収型光変調3m1Oaをファブリペロ−干
渉計13と光カツプラ−14との間を挿入し、これによ
り光ソリトンのON・OFFを行なう。本方法は吸収型
光変調器10aを用いる必要があるが、半導体レーザ7
を直接変調する必要がないという利点がある。Next, FIG. 8 is a diagram for explaining a third embodiment of the present invention, in which instead of directly modulating the semiconductor laser 7 as in FIG. 7, a LiNbO3 optical modulator or a semiconductor of MQ to V is used. The used absorption type optical modulator 3m1Oa is inserted between the Fabry-Perot interferometer 13 and the optical coupler 14, thereby turning the optical soliton on and off. Although this method requires the use of the absorption type optical modulator 10a, the semiconductor laser 7
This has the advantage that it is not necessary to modulate directly.
「発明の効果」
以上説明してきたように、従来、不可能とされてさた半
導体レーザからトランスフオームリミットな高出力ソリ
トンパルスの発生をファブリペロ−干渉計等の狭帯域フ
ィルターとエルビウムファイバー増幅器を用いることに
よって実現できるので、光の強度変調を用いる通信に幅
広く適用することができるという利点がある。すなわち
、従来、高速の光通信には不可欠であったL r N
bo 3もしくはMQWの半導体による高速光調器が不
必要になり、単に半導体レーザを高速に直接変調すれば
よい。したがって、光ソリトン伝送システムが非常に簡
便なしのとなる利点がある。"Effects of the Invention" As explained above, generation of high-power soliton pulses with a transfer limit from a semiconductor laser, which was conventionally considered impossible, can be achieved by using a narrowband filter such as a Fabry-Perot interferometer and an erbium fiber amplifier. This has the advantage that it can be widely applied to communications using optical intensity modulation. In other words, L r N , which has been indispensable for high-speed optical communication,
A high speed optical modulator with a bo 3 or MQW semiconductor is no longer required and the semiconductor laser can simply be directly modulated at high speed. Therefore, the optical soliton transmission system has the advantage of being very simple and simple.
もしも仮に、パルスコードで半導体レーザを直接変調し
た場合にパルス波形が乱れるならば、高速光変調器を狭
帯域フィルターとエルビウムファイバー増幅器との間に
挿入すればよい。この場合、半導体レーザを直接変調し
ないので、より安定なソリトン伝送が可能となる可能性
がある。If the pulse waveform is disturbed when directly modulating the semiconductor laser with a pulse code, a high-speed optical modulator can be inserted between the narrowband filter and the erbium fiber amplifier. In this case, since the semiconductor laser is not directly modulated, more stable soliton transmission may be possible.
また、本方法は、例え30〜100 G I−1z程の
超高速繰り返しになっても、半導体レーザの直接変調が
その周波数帯において可能な限り、トランスフオームリ
ミットなソリトンパルスが実現できるので、大変有効で
ある。In addition, this method is very effective because it can realize a soliton pulse with a transform limit as long as direct modulation of the semiconductor laser is possible in that frequency band, even if it is repeated at an ultra-high speed of 30 to 100 G I-1z. It is valid.
第1図は本発明の第1実施例を説明するための図、第2
図は半導体レーザ(7)を駆動するための回路とその各
部の出力を示す波形図、第3図は半導体レーザ(7)の
出力波形図、第4図は半導体レーザ(7)のチャーブ特
性を示す図、第5図はエルビウムファイバ光増幅特性を
示す図、第6図は過飽和吸収体を用いた非ソリトン成分
の除去法を説明するための図、第7図は本発明の第2実
施例を説明するための図、第8図は本発明の第3実施例
を説明するための図、第9図はカラーセンターレーザ(
1)による光ソリトンの発生方法を説明するための図、
第1θ図は第9図に示す構成により発生するソリトンの
波形変化を説明するための図、第11図は正弦波変調に
よる短パルス発生方法を説明するための図、第12図は
コムジェネレータによる短パルス発生法を説明するため
の図、第13図は光変調器によるパルスの発生方法を説
明するための図である。
■・・・・・・カラーセンターレーザー2・・・・・・
結合レンズ、
3・・・・・・ソリトン伝送用ファイバ、4・・・・・
・光検出器、5・・・・・・正弦波発生器、6・・・・
・・電気増幅器、7・・・・・・半導体レーザ、8・・
・・・・コムジェネレータ、
9・・・・・・直流電源、10・・・・・・超高速光変
調器、10a・・・・・・吸収型光変調器、
11・・・・・・パルス信号発生器、
!2・・・・・・電気ローパスフィルター13・・・・
・・狭帯域光フィルター
(ファブリペロ−干渉計など)、
14・・・・・・光カツプラ−
!5・・・・・・エルビウム励起用光源、16・・・・
・・エルビウムファイバー17・・・・・自然放出光除
去用光フイルタ−18・・・・・3dB力ツプラー群。FIG. 1 is a diagram for explaining the first embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a waveform diagram showing the circuit for driving the semiconductor laser (7) and the output of each part thereof, Figure 3 is the output waveform diagram of the semiconductor laser (7), and Figure 4 is the chirb characteristic of the semiconductor laser (7). 5 is a diagram showing the optical amplification characteristics of an erbium fiber, FIG. 6 is a diagram for explaining a method for removing non-soliton components using a supersaturated absorber, and FIG. 7 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. 8 is a diagram for explaining the third embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a diagram for explaining the color center laser (
A diagram for explaining the method of generating optical solitons according to 1),
Figure 1θ is a diagram for explaining the waveform change of a soliton generated by the configuration shown in Figure 9, Figure 11 is a diagram for explaining the short pulse generation method using sine wave modulation, and Figure 12 is a diagram for explaining the short pulse generation method using a comb generator. FIG. 13 is a diagram for explaining the short pulse generation method, and FIG. 13 is a diagram for explaining the pulse generation method by the optical modulator. ■・・・Color center laser 2・・・・・・
Coupling lens, 3... Soliton transmission fiber, 4...
・Photodetector, 5...Sine wave generator, 6...
...Electric amplifier, 7... Semiconductor laser, 8...
... Comb generator, 9 ... DC power supply, 10 ... Ultra high-speed optical modulator, 10a ... Absorption type optical modulator, 11 ...... Pulse signal generator,! 2...Electric low-pass filter 13...
...Narrowband optical filter (Fabry-Perot interferometer, etc.), 14...Optical coupler! 5...Light source for erbium excitation, 16...
... Erbium fiber 17 ... Optical filter for removing spontaneous emission light 18 ... 3 dB power puller group.
Claims (4)
はパルス的に変化させることにより発生する光パルスを
帯域制限した狭帯域光フィルターを通過させてパルス幅
とそのスペクトル幅との積が0.32〜0.44となる
光パルスに変換し、次いで、該光パルスをエルビウムフ
ァイバー増幅器を用いて光幅し、そのピーク出力Pが P=0.776×(λ^3/π^2n_2C)×(|D
|/τ^2)×Aeff(n_2;非線形屈折率、λ;
光パルスの波長、τ;光パルスの半値全幅、|D|;光
ソリトンを伝搬させる光ファイバの群速度分散、Aef
f;光ソリトンを伝搬させるファイバの有効断面積、C
;光速)で与えられる光ソリトンパルス列を得ることを
特徴とする光ソリトン発生方法。(1) An optical pulse generated by changing the value of the current supplied to the semiconductor laser sinusoidally or in a pulsed manner is passed through a band-limited narrow band optical filter, so that the product of the pulse width and its spectral width is 0. 32 to 0.44, then the optical pulse is converted to an optical width using an erbium fiber amplifier, and its peak output P is P=0.776×(λ^3/π^2n_2C)× (|D
|/τ^2)×Aeff(n_2; nonlinear refractive index, λ;
Wavelength of the optical pulse, τ; Full width at half maximum of the optical pulse, |D|; Group velocity dispersion of the optical fiber that propagates the optical soliton, Aef
f; effective cross-sectional area of the fiber that propagates the optical soliton, C
; an optical soliton generation method characterized by obtaining an optical soliton pulse train given at the speed of light).
バー増幅器との間に時分割多重用の1:1分岐比の3d
B光結合器を複数個連続して結合し、時間遅延を与えら
ることにより、2^N^−^1倍の光ソリトンパルス列
を得ることを特徴とする請求項1記載の光ソリトン発生
方法。(2) a 3d branching ratio of 1:1 for time division multiplexing between the narrowband optical filter and the erbium fiber amplifier;
2. The optical soliton generation method according to claim 1, wherein a 2^N^-^1 times as many optical soliton pulse train is obtained by consecutively coupling a plurality of B optical couplers and giving a time delay. .
はパルス的に変化させる代りに、コード化されたパルス
信号を直接供給することにより、コード化された光ソリ
トンパルス列を請求項1記載の光ソリトン発生方法によ
り発生させ、その発生した光ソリトンパルス列を長尺の
単一モードファイバを通過させ、さらに高速の光検出器
により検出することにより光通信を行なうことを特徴と
するソリトン伝送方法。(3) Instead of changing the current supplied to the semiconductor laser sinusoidally or in a pulsed manner, by directly supplying a coded pulse signal, the coded optical soliton pulse train is converted to the optical soliton according to claim 1. 1. A soliton transmission method characterized in that an optical soliton pulse train is generated by a generation method, the generated optical soliton pulse train is passed through a long single mode fiber, and further detected by a high-speed photodetector to perform optical communication.
た光ソリトンパルス列をLiNbO_3もしくはMQW
(多重量子井戸構造)半導体を用いた吸収型の光強度変
調器によりコード化し、このコード化した光ソリトンパ
ルス列を長尺の単一モードファイバを通過させ、さらに
高速の光検出器により検出することにより光通信を行な
うことを特徴とするソリトン伝送方法。(4) The optical soliton pulse train obtained by the optical soliton generation method according to claim 1 is applied to LiNbO_3 or MQW.
(Multi-quantum well structure) An optical soliton pulse train encoded by an absorption type optical intensity modulator using a semiconductor, passed through a long single mode fiber, and further detected by a high-speed photodetector. A soliton transmission method characterized by optical communication using
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