JP2000501256A - ソリトン光伝送システム用の分散管理システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ソリトンもしくはソリトン類似の伝送システム用の分散管理システムはある長さの光ファイバＬを有し、そこでは複数のセクション（１）が反対符号の分散をもつ成分（Ｎ，Ａ）で作られていて、それが一緒に結びつけられた構成である。分散補償位相の期間はシステムの他部の伝搬間隔に比して短かく、また経路平均分散は異常とされている。

Description

【発明の詳細な説明】 ソリトン光伝送システム用の分散管理システム この発明は光通信、とくにソリトンもしくはソリトン類似のパルスにより情報 が伝送される光通信システムに関する。 実験室で得られた結果として最近報告されているのは、分散がファイバに沿っ て均一異常ではないシステムでのソリトンの伝送があり、反対（正常）符号の分 散をもつファイバによる周期的補償に代っている。このやり方では、伝送が循還 ループ内の９０００ｋｍおよび直線での８１００ｋｍにわたって２０Ｇｂ／ｓで の実験が行なわれている。こういった数値は、スライドするフィルタや同期変調 器といったソリトン制御技術を用いずに以前に行なわれたものを実質的に上まわ るものである。ソリトンシステム内で分散管理を採用することから得られること になる著しい利点があることははっきりしているが、今日までこの改良の背後に ある機構についての概念的説明はほとんどされていない。 分散を正しく選ぶことは増幅された長距離（ロングホール）光通信システムの 設計にあたっては重要な問題である。ソリトンのフォーマット形成されたデータ の場合には、タイミングジッタ問題を最小にしたいという願望（低分散を意味し ている）と、検出を成功させるためにビット当りの適当なエネルギーを維持する という必要性との間の妥協により要件が示される。均一ファイバ内でソリトンを 形成するために必要とされるエネルギーは分散に比例するので、後者の拘束条件 は許される分散に対して低い方の制限を設ける。分散管理はＮＲＺ（ノン・リタ ーン・トウ・ゼロ）フォーマットのデータの範疇（コンテクスト）での技術であ り、ここでは反対符号の分散をもつファイバが一緒に結びつけられている。これ が大きな局部的な分散を与えられた点のいずれでも生じさせ、しかもそれでいて 小さな経路平均分散を生じさせている。我々は、ソリトンもしくはソリトン類似 の伝送用の適当な分散管理機構を採用することにより、等しい経路平均分散をも つ等価な均一ファイバと比較してソリトンのエネルギーを実質的に増大させるこ とが可能であることを発見した。 この発明によると、ソリトンもしくはソリトン類似の伝送用の分散管理システ ムが提供されており、そこでは分散補償位相の継続時間がシステムの他部におけ る伝搬間隔と比較して短かくなるようにしている。 このシステムは１つのファイバの分散マップがその相補的ファイバのものより も実質的に零に近いような構成を除外するのが好ましい。 この発明は以下にあげる添付の図面を参照してとくに記述して行く。 図１は、分散補償マップである。 図２は、分散管理されたシステム内の各ユニットセルの始まりにおけるパルス プロフィルを示す。分散マップは分散が−３ｐｓ²／ｋｍと＋２．８ｐｓ²／ｋｍ とである交番する１００ｋｍファイバで構成されている。 図３は、分散補償サイクルの１周期についての展開を示す。 図４は、分散管理されたシステムにおいて２０ｐｓＦＷＨＭソリトンを発射す るのに必要とされるエネルギーを示す。このシステムは経路平均分散が−０．１ ｐｓ²／ｋｍであるように選んだ交番する１００ｋｍ長ファイバを備えている。 図５は、この発明の１つの特徴による分散管理システムの概要図である。 我々の仕事は、図１に示した分散のマップを用いる非線形シュレジンガ方程式 （ＮＬＳ）の数値積分を基礎としている。典型的なシステムは図５に示してあり 、送信機Ｔと受信機Ｒとが長さＬのファイバで線状に結ばれている。このファイ バは要素１に分割されており、要素１は通常の分散をもつファイバＮと異常分散 をもつファイバＡとの別々な部分で成る。特殊な実施態様では、これらは等しい 長さのものであり、ユニットセルはファイバの１つの中点で始まりかつ終るもの と定義されている。提示した特殊な実施態様では各ファイバは１００ｋｍの長さ であり、経路平均分散は−０．１ｐｓ²／kｍである。非線形係数は２．６５ｒａ ｄ/Ｗ/ｋｍにとられている。問題を簡単にするために損失と高次の分散とは全体 を通して無視することとした。 我々が確認したことは、この分散マップに対して準安定なソリトンもしくは単 独な波動解が存在することである。図２と３は観測した性状を示しており、条件 は、分散値が−３．０ｐｓ²／ｋｍと＋２．８ｐｓ²／ｋｍとの間で交番し、かつ ２０ｐｓＦＷＨＭガウスパルスでそのピークパワーが６５０μＷのものをファイ バ内に発射している場合である。図２は各ユニットセルの始まりにおける強度プ ロフィルを示す。これらの点におけるパルスプロフィルは分散マップの継続す るサイクルにわたって不変に保たれている。図３には１つのユニットセル内の展 開が示されており、分散の符号が切り換るにつれてパルスは交番に圧縮され、ま た分散されている。パワースペクトラムはユニットセル内部では本質的に不変に 留まっている。 ３つの拘束条件が存在し、周期的な分散マップに対する安定な解を得るために はこれらが満足されなければならない。第１に、経路平均分散が異常であるべき ことで、これはカー（Ｋｅｒｒ）効果で導入されるスペクトルの広がりが補償で きるようにするためである。第２に、分散補償サイクルの周期がシステムの非線 形長に比して短いことである。１０００ｋｍファイバに対しては、分散補償長は １００ｋｍもしくはそれより小さいのが好ましい。最後に、ファイバの１つが他 よりも零分散に近くなるような分散マップは回避しなければならないことであり 、そうでないとエネルギーが急速にパルスから出て分散波内に結合してしまうか らである。 ソリトン通信についての分散管理機構によりもたらされる利点は、等しい経路 平均分散をもつ等価均一システムにおけるよりも多いエネルギーが安定なパルス を発射するために必要とされる事実に由来する。これが図４示されていて、ここ では安定の解のもつパルスエネルギーを２つの個別ファイバの分散値間の差の関 数として示してある。ファイバ分散間の差は１２．０ｐｓ²／ｋｍより小さいの が好ましく、また理想的には４．０ｐｓ²／ｋｍよりも小さいのがよい。最適条 件の下では０．１ｐｓ²／ｋｍ以下となろう。２つのファイバ間に大きな差があ ることは安定なパルスを形成するために必要とされるエネルギーの増をもたらす 。我々はユニットセルの周期を（分散値が所与値をもつ対について）長くするこ とは必要なエネルギーを増すことも発見している。この増大されるエネルギー要 件の背後にある機構は図３でユニットセル内部の強度プロフィルから理解するこ とができる。分散性の広がりと圧縮のサイクルが原因で、パルスのピークパワー は初期の発射パワーよりも一般に小さい。したがって、自己位相変調（ＳＰＭ) のレートは等価の均一ファイバに比較すると減っており、したがってもっと多く のエネルギーが経路平均分散と平衡をとるために必要とされる。周波数領域では 、このプロセスは４波混合の効率の低下として解釈され、ＳＰはこの特殊の場合 となっている。 別なとても新しいこれらの単独波動の特徴は、そのパルス形状が正規の光ファ イバソリトンがもつ双曲線セカントではないことである。我々が示した例示パル スプロフィルは正確にガウス形の性状をもっているが、これは特定の分散マップ についての特殊な場合にすぎない。分散変動が増して行くと、均一ファイバ双曲 線セカントソリトン（時間と帯域幅の積が０．３２）からガウス形状（０．４４ ）への遷移があり、そこでパルス形状はもっと大きな時間・帯域幅積をもつもの となる。興味のある関連事項がモードロックしたファイバレーザの“ストレッチ トパルス（引延したパルス）”設計についてこの点で行なえるようにできる。こ れには２つの反対符号の分散をもつ空洞が関係することになり、またガウス形状 のパルスが作られる。 ソリトンもしくはソリトン類似の伝送を零経路平均分散をもつ構成を採用する 分散補償されたファイバでする場合には、ひずんでいないパルス伝搬がこの状態 で得られており、その原因は循還ループ内に光フィルタが存在することとされて いる。安定なパルスがそのときにはフィルタ作用に対して平衡しているＳＰＭか ら生じていて、経路平均分散に対するＳＰＭからではない。 分散管理の技術はソリトン通信システムの実現に重大なインパクトをもたらす 潜在的可能性を備えている。主たる性能上の利点をもたらし、しかも受動部品だ けを必要とするというきわだった利点を備えている。好ましい実施例では、２つ の異なるファイバの等しい長さのものを使用したけれども、代りの実施態様とし て大きな分散性材料から組立てられたデスクリート（離散的）な分散補償器を用 いてもよい。分散管理の採用はソリトンとＮＲＺフォーマットとの伝送で使用さ れる技術間の収束を表わしている。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．反対符号の分散のファイバが一緒に結ばれているソリトンもしくはソリトン 類似の伝送システム用の分散管理システムであって、分散補償位相の継続期間が 該システムの他部での伝搬間隔と比較して短かく、かつ経路平均分散が異常であ ることを特徴とする分散管理システム。 ２．前記システムは１つのファイバ（Ｎ）の分散マップがその相補的なファイバ (A)のものよりも実質的に零に近いような構成を除外していることを特徴とする 請求項１記載のソリトンもしくはソリトン類似の伝送システム用の分散管理シス テム。 ３．ファイバ分散間の差が１２．０ｐｓ²／ｋｍ未満であることを特徴とする請 求項２記載のソリトンもしくはソリトン類似の伝送システム用の分散管理システ ム。 ４．ファイバ分散間の差が４．０ｐｓ²／ｋｍ未満であることを特徴とする請求 項２記載のソリトンもしくはソリトン類似の伝送システム用の分散管理システム 。 ５．ファイバ分散間の差が０．１ｐｓ²／ｋｍ未満であることを特徴とする請求 項２記載のソリトンもしくはソリトン類似の伝送システム用の分散管理システム 。 ６．補償が離散的分散補償器手段によって用意されることを特徴とする請求項１ 記載のソリトンもしくはソリトン類似の伝送システム用の分散管理システム。