JP2002223189A - Simultaneous compensation method and device for higher order dispersion - Google Patents

Simultaneous compensation method and device for higher order dispersion

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JP2002223189A
JP2002223189A JP2001020282A JP2001020282A JP2002223189A JP 2002223189 A JP2002223189 A JP 2002223189A JP 2001020282 A JP2001020282 A JP 2001020282A JP 2001020282 A JP2001020282 A JP 2001020282A JP 2002223189 A JP2002223189 A JP 2002223189A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To simultaneously compensate third-order and fourth-order dispersion in optical fiber transmission. SOLUTION: An optical pulse is propagated through a second-order dispersion application fiber 11, in which a linear chirp is applied to the pulse and the resulting pulse is made incident onto a phase modulator 13, an extract device 15 extracts a cosine wave signal synchronously with the branched optical pulse, the cosine wave signal is given to the phase modulator 13 as a modulation signal via a phase sifter 17 and a variable attenuator 18, and an emitted light from the phase modulator 13 is made incident onto a transmission optical fiber 16 via a dispersion compensating optical fiber 14. A linearly synthesized signal obtained from a sine phase modulation signal to compensate the third-order dispersion of the optical fiber 16 and the cosine phase modulation signal to compensate the fourth-order dispersion together with the order-order dispersion is applied to the phase modulator 13.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、光ファイバ伝送
路の高次(波長)分散による信号光パルスの波形劣化を
位相変調により補償する方法及び装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for compensating waveform deterioration of a signal light pulse due to higher-order (wavelength) dispersion of an optical fiber transmission line by phase modulation.

【0002】[0002]

【従来の技術】位相変調器を用いた高次分散補償装置に
ついての従来技術として、光ファイバ伝送路の4次分散
のみ、あるいは3次分散のみを補償する技術について、
それぞれ報告がある。まず、この従来技術による光ファ
イバ伝送路の4次分散補償、3次分散補償の動作原理に
ついて具体的に説明する。波長分散による信号光パルス
波形の劣化は、信号光パルスの角周波数成分ごとに作用
する位相変化に起因する。位相変化の角周波数依存性は
次のテイラー展開式で表される。
2. Description of the Related Art As a prior art of a high-order dispersion compensator using a phase modulator, a technique of compensating only a fourth-order dispersion or only a third-order dispersion of an optical fiber transmission line is described.
There are reports for each. First, the operation principle of the fourth-order dispersion compensation and the third-order dispersion compensation of the optical fiber transmission line according to the conventional technique will be specifically described. The deterioration of the signal light pulse waveform due to the wavelength dispersion is caused by a phase change acting on each angular frequency component of the signal light pulse. The angular frequency dependence of the phase change is expressed by the following Taylor expansion formula.

【0003】[0003]

【数1】 但し、(Equation 1) However,

【0004】[0004]

【数2】 (Equation 2)

【0005】であり、Lは光ファイバ伝送路長、ω0
信号光パルスの中心角周波数である。このテイラー展開
式の右辺のうちβ2 を含む項以降の非線形項が光信号パ
ルスの波形変化を与える。β2 3 4 の項に起因す
る分散のことをそれぞれ2次、3次、4次分散と呼び、
特にβ3 の項以降の項に起因する分散は一般に高次分散
と呼ばれている。なお、テイラー展開式の右辺の線形項
はパルス波形には変化を及ぼさない。このテイラー展開
の式より、2次、3次、4次分散によるパルス波形変化
の大きさは、信号光パルスの角周波数帯域の2乗、3
乗、4乗にそれぞれ比例することが分かる。
Where L is the length of the optical fiber transmission line, and ω 0 is the central angular frequency of the signal light pulse. Non-linear terms after the term including β 2 in the right-hand side of the Taylor expansion formula give waveform changes of the optical signal pulse. The variances caused by the terms β 2 , β 3 , and β 4 are called second-order, third-order, and fourth-order variances, respectively.
In particular, the dispersion caused by the terms after the term of β 3 is generally called higher-order dispersion. Note that the linear term on the right side of the Taylor expansion does not change the pulse waveform. From the Taylor expansion formula, the magnitude of the change in the pulse waveform due to the second, third, and fourth variances is the square of the angular frequency band of the signal light pulse, three,
It can be seen that they are proportional to the power of 4 and the power of 4, respectively.

【0006】信号光パルスの角周波数帯域はパルス幅に
反比例することから、例えばパルス幅が1/10になる
と、2次、3次、4次分散による波形変化の大きさはそ
れぞれ、100倍、1000倍、10000倍になる。
したがって、光通信の伝送速度が増大してパルス幅が小
さくなるほど高次分散の影響が急激に大きくなり、その
補償が重要になってくる。伝送光ファイバの2次分散と
3次分散は、異なる種類の光ファイバを組み合わせるこ
とにより同時に補償することができる。
Since the angular frequency band of a signal light pulse is inversely proportional to the pulse width, for example, when the pulse width is reduced to 1/10, the magnitudes of the waveform changes due to the second, third and fourth dispersions are 100 times, respectively. 1000 times, 10000 times.
Therefore, as the transmission speed of optical communication increases and the pulse width decreases, the effect of higher-order dispersion increases sharply, and compensation for the effect becomes important. The second-order dispersion and the third-order dispersion of the transmission optical fiber can be simultaneously compensated by combining different types of optical fibers.

【0007】しかしながら、異なる種類の光ファイバの
組み合わせで2次、3次、4次分散を同時に補償するこ
とはできない。これに対し、信号光パルスの各角周波数
成分に対して適当な位相変化を与え、式(1)の右辺に
示される位相変化の角周波数依存性を線形化することが
できれば分散による信号光パルス波形の変化を補償する
ことができる。位相変調器を用いた高次分散補償はこの
原理に基づくものである。図8は、位相変調器を用いた
4次分散補償の原理を、位相変化量の角周波数依存性の
計算結果を用いて説明するものである。
However, it is not possible to simultaneously compensate for the second, third and fourth dispersions by combining different types of optical fibers. On the other hand, if an appropriate phase change is given to each angular frequency component of the signal light pulse and the angular frequency dependence of the phase change shown on the right side of the equation (1) can be linearized, the signal light pulse due to dispersion can be obtained. Waveform changes can be compensated. Higher-order dispersion compensation using a phase modulator is based on this principle. FIG. 8 illustrates the principle of fourth-order dispersion compensation using a phase modulator, using the calculation result of the angular frequency dependence of the amount of phase change.

【0008】図8中の細い実線で表される4次曲線C1
は伝送路の4次分散による位相変化を示すものである。
この4次曲線C1に、図8中の破線で示す適当な2次曲
線C2を足し合わせると、その曲線は図8に示していな
いがω0 付近では縦軸方向にバイアスがかかったほぼ余
弦曲線で表される。ここで、足し合わせる2次曲線C2
は光ファイバ伝送路全体の2次分散の大きさを調整する
ことで設定できる。
A quartic curve C1 represented by a thin solid line in FIG.
Indicates the phase change due to the fourth-order dispersion of the transmission line.
This quartic curve C1, substantially cosine curve when added together appropriate quadratic curve C2, the curve is not shown in Figure 8 took bias in the vertical axis direction in the vicinity of omega 0 shown by a broken line in FIG. 8 It is represented by Here, the quadratic curve C2 to be added is
Can be set by adjusting the magnitude of the secondary dispersion of the entire optical fiber transmission line.

【0009】この状態で、適当な振幅を持った余弦位相
変調(図8中の点線C3)を信号光パルスの角周波数成
分に対して与えることにより、全体の位相変化量を表す
曲線(図8中の太い実線)C4は、元の4次曲線C4よ
りも広い線形領域を持つことになる。この結果、信号光
パルスを構成する角周波数範囲内において、位相変化量
の角周波数依存がほぼ線形になる範囲が広がることによ
り、4次分散の影響が低減される。
In this state, cosine phase modulation (dotted line C3 in FIG. 8) having an appropriate amplitude is applied to the angular frequency component of the signal light pulse, thereby giving a curve representing the entire phase change amount (FIG. 8). A thick solid line (C4) in the middle has a linear region wider than the original quartic curve C4. As a result, within the angular frequency range of the signal light pulse, the range in which the angular frequency dependence of the amount of phase change becomes substantially linear is widened, thereby reducing the influence of fourth-order dispersion.

【0010】この方法では、位相変調器により角周波数
領域で余弦位相変調を信号光パルスに印加する必要があ
るが、位相変調器は本来、時間領域で変調を印加する素
子である。そこで、まず位相変調器の前段に大きい2次
分散を持った光ファイバを挿入して、信号光パルスに線
形チャープを印加する。この線形チャープはパルスの角
周波数成分が時刻に対する線形関数となることを意味
し、その結果、位相変調器により時間領域で印加された
余弦位相変調は、自動的に角周波数領域での余弦位相変
調となる。
In this method, it is necessary to apply cosine phase modulation to the signal light pulse in the angular frequency domain by the phase modulator, but the phase modulator is originally an element that applies modulation in the time domain. Therefore, first, an optical fiber having a large second-order dispersion is inserted before the phase modulator, and a linear chirp is applied to the signal light pulse. This linear chirp means that the angular frequency component of the pulse is a linear function with respect to time, and as a result, the cosine phase modulation applied in the time domain by the phase modulator is automatically converted to the cosine phase modulation in the angular frequency domain. Becomes

【0011】余弦位相変調の繰り返し周波数は信号光パ
ルスの繰り返し周波数により決定される。図9は、位相
変調器を用いた3次分散補償の原理を、位相変化量の角
周波数依存性の計算結果により説明するものである。図
9中の細い実線で表される3次曲線C5は光ファイバ伝
送路の3次分散による位相変化を示すものである。この
場合、信号光パルスの角周波数成分に対して適当な振幅
を持った正弦位相変調(図9中の点線C6)を与えるこ
とにより、全体の位相変化量を表す曲線(図9中の太い
実線)C7は、元の3次曲線C5よりも広い線形領域を
持つことになり、3次分散の影響が低減される。
The repetition frequency of cosine phase modulation is determined by the repetition frequency of the signal light pulse. FIG. 9 illustrates the principle of third-order dispersion compensation using a phase modulator based on the calculation result of the angular frequency dependence of the amount of phase change. A cubic curve C5 represented by a thin solid line in FIG. 9 shows a phase change due to tertiary dispersion of the optical fiber transmission line. In this case, by giving sinusoidal phase modulation (dotted line C6 in FIG. 9) having an appropriate amplitude to the angular frequency component of the signal light pulse, a curve representing the entire amount of phase change (thick solid line in FIG. 9) ) C7 has a linear region wider than the original cubic curve C5, and the effect of cubic dispersion is reduced.

【0012】4次分散補償の際と同様に、大きい2次分
散を持った光ファイバにより信号光パルスに線形チャー
プを印加した後に位相変調器へ入射して、角周波数領域
での正弦位相変調の印加を可能にする。光ファイバ伝送
路の4次分散のみを補償する高次分散補償の従来技術の
具体例として、IEEEフォトニクステクノロジーレタ
ーズ(IEEE Photonics Technolog y Letters)、第12
巻、第795〜797頁に示されている高次分散補償装
置の基本構成を図10に示す。
As in the case of the fourth-order dispersion compensation, a linear chirp is applied to the signal light pulse by an optical fiber having a large second-order dispersion, and thereafter, the signal light pulse is incident on the phase modulator and is subjected to sinusoidal phase modulation in the angular frequency domain. Enable application. As a specific example of the prior art of high-order dispersion compensation for compensating only the fourth-order dispersion of an optical fiber transmission line, IEEE Photonics Technology Letters, twelfth
FIG. 10 shows the basic configuration of the higher-order dispersion compensator shown in Vol.

【0013】この文献で説明されている高次分散補償装
置10は、2次分散印加光ファイバ11、光カプラ1
2、位相変調器13、分散補償光ファイバ14、クロッ
ク抽出器15により構成され、伝送光ファイバ16の前
段(入射側)に設置される。高次分散補償装置10へ入
射された光パルスに対し、まず、2次分散印加光ファイ
バ11によりパルス幅を広げて線形チャープを与える。
続いて、光カプラ12により光パルスの一部を分岐して
クロック抽出器15へ入射し、クロック抽出器15から
光パルスと同期した余弦波信号を発生させる。
The higher-order dispersion compensator 10 described in this document includes a second-order dispersion applying optical fiber 11, an optical coupler 1
2. It is composed of a phase modulator 13, a dispersion compensating optical fiber 14, and a clock extractor 15, and is installed at a stage (incident side) before the transmission optical fiber 16. First, a linear chirp is given to the light pulse incident on the high-order dispersion compensator 10 by widening the pulse width by the second-order dispersion applying optical fiber 11.
Subsequently, a part of the optical pulse is branched by the optical coupler 12 and is incident on the clock extractor 15, and the clock extractor 15 generates a cosine wave signal synchronized with the optical pulse.

【0014】この余弦波信号を光位相変調器13へ入射
し、線形チャープを与えられた光パルスに対し、位相変
調を施す。位相変調のタイミングは、光パルスの強度ピ
ークと変調による位相シフトのピークが時間的に一致す
るように設定する。位相変調後の光パルスを分散補償フ
ァイバ14へ入射する。分散補償ファイバ14の長さ
は、図8中の破線で示す2次曲線C2が得られるように
設定する。即ち、高次分散補償装置10を構成する光フ
ァイバ11,14と伝送光ファイバ16を合わせた光フ
ァイバ全体における2次分散と4次分散の角周波数依存
性の曲線の和が余弦曲線で近似できるように、分散補償
光ファイバ14の長さで調整する。
The cosine wave signal is incident on the optical phase modulator 13, and the optical pulse given a linear chirp is subjected to phase modulation. The phase modulation timing is set so that the intensity peak of the optical pulse and the peak of the phase shift due to the modulation temporally coincide with each other. The optical pulse after the phase modulation is incident on the dispersion compensating fiber 14. The length of the dispersion compensating fiber 14 is set such that a quadratic curve C2 indicated by a broken line in FIG. 8 is obtained. That is, the sum of the curves of the angular frequency dependence of the second-order dispersion and the fourth-order dispersion in the entire optical fiber including the optical fibers 11 and 14 and the transmission optical fiber 16 constituting the high-order dispersion compensator 10 can be approximated by a cosine curve. Thus, the length is adjusted by the length of the dispersion compensating optical fiber 14.

【0015】なお、この分散補償光ファイバ14は、伝
送光ファイバ16の前段ではなく伝送光ファイバ16の
後段に挿入しても分散に対する効果は同じである。この
ような構成で、伝送光ファイバ16の分散で発生する位
相変化に対し、その逆の位相変化を高次分散補償装置1
0内の光ファイバ11,14と位相変調器13で発生さ
せることにより、伝送光ファイバ16の4次分散に基づ
く波形歪みが補償される。伝送光ファイバ16の3次分
散のみを補償する高次分散補償の従来技術の具体例とし
て、IEEEフォトニクステクノロジーレターズ(IEEE
Photonics Technology Letters)、第11巻、第14
61〜1463頁を挙げる。
The effect on dispersion is the same even if the dispersion compensating optical fiber 14 is inserted after the transmission optical fiber 16 instead of before the transmission optical fiber 16. With such a configuration, the phase change generated by the dispersion of the transmission optical fiber 16 and the opposite phase change are performed by the higher-order dispersion compensator 1.
Generation by the optical fibers 11 and 14 and the phase modulator 13 within 0 compensates for waveform distortion based on the fourth-order dispersion of the transmission optical fiber 16. As a specific example of the prior art of high-order dispersion compensation for compensating only the third-order dispersion of the transmission optical fiber 16, IEEE Photonics Technology Letters (IEEE
Photonics Technology Letters), Volume 11, Volume 14
Pages 61 to 1463 are listed.

【0016】この文献に示されている高次分散補償装置
の基本構成は図10に示したものと同じである。2次分
散印加光ファイバ11によりパルス幅を広げて線形チャ
ープを与えた光パルスを位相変調器13に入射する。但
し、位相変調のタイミングは、光パルスの強度ピークと
変調による位相シフトが0となる点が時間的に一致する
ように設定する。位相変調後の光パルスを分散補償光フ
ァイバ14へ入射する。
The basic configuration of the high-order dispersion compensator shown in this document is the same as that shown in FIG. An optical pulse having a pulse width expanded by the secondary dispersion applying optical fiber 11 to give a linear chirp is incident on the phase modulator 13. However, the timing of the phase modulation is set so that the intensity peak of the light pulse and the point where the phase shift due to the modulation becomes 0 coincide with each other in time. The optical pulse after the phase modulation is incident on the dispersion compensating optical fiber 14.

【0017】この際、高次分散補償装置を構成する光フ
ァイバ11,14と伝送光ファイバ16を合わせた全体
における2次分散が0になるように分散補償光ファイバ
14の長さを調整する。3次分散補償においても4次分
散補償と同様に、伝送光ファイバ16の分散で発生する
位相変化と逆の位相変化を高次分散補償装置10内のフ
ァイバ11,14と位相変調器13で発生させることに
より、伝送光ファイバ16の3次分散に基づく波形歪み
を補償している。
At this time, the length of the dispersion compensating optical fiber 14 is adjusted so that the second-order dispersion in the entirety of the optical fibers 11 and 14 constituting the higher-order dispersion compensating device and the transmission optical fiber 16 becomes zero. In the third-order dispersion compensation, similarly to the fourth-order dispersion compensation, a phase change opposite to the phase change caused by the dispersion of the transmission optical fiber 16 is generated in the fibers 11 and 14 and the phase modulator 13 in the higher-order dispersion compensator 10. By doing so, waveform distortion based on the third-order dispersion of the transmission optical fiber 16 is compensated.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】図10に示した高次分
散補償装置を用い、信号光パルスのピークと位相変調の
振幅のピークの時刻が一致するように位相変調器13に
余弦位相変調を与えることにより、伝送光ファイバの4
次分散に基づく歪みを補償することができるが、この場
合3次分散に基づく歪みは補償されない。また、信号光
パルスのピークと位相変調の振幅が0になる時刻が一致
するように位相変調器14に正弦位相変調を与えること
により、3次分散に基づく歪みを補償することができる
が、この場合4次分散に基づく歪みは補償されない。
The cosine phase modulation is applied to the phase modulator 13 using the high-order dispersion compensator shown in FIG. 10 so that the time of the peak of the signal light pulse coincides with the time of the peak of the amplitude of the phase modulation. By giving, 4 of the transmission optical fiber
The distortion based on the third-order dispersion can be compensated, but in this case, the distortion based on the third-order dispersion is not compensated. Further, by applying sine phase modulation to the phase modulator 14 so that the peak of the signal light pulse coincides with the time when the amplitude of the phase modulation becomes 0, distortion based on third-order dispersion can be compensated. In this case, distortion due to fourth-order dispersion is not compensated.

【0019】即ち、図10に示した高次分散補償装置を
用い、信号光パルスのピークにタイミングを同期させた
余弦位相変調、あるいは正弦位相変調を印加するという
方法では、4次分散あるいは3次分散のどちらか片方の
みに基づく歪みしか補償できないという問題点があっ
た。この発明の目的は、位相変調器を用い、伝送光ファ
イバの3次分散、ならびに4次分散に基づく波形歪みを
同時に補償できる方法及び装置を提供することにある。
これが実現されれば、200fs(フェムト秒)以下の
超短光パルスを長距離にわたって伝送させることが初め
て可能となる。
That is, in the method of applying the cosine phase modulation or the sine phase modulation in which the timing is synchronized with the peak of the signal light pulse using the high-order dispersion compensator shown in FIG. There is a problem that only distortion based on one of the dispersions can be compensated. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method and an apparatus that can simultaneously compensate waveform distortion based on third-order dispersion and fourth-order dispersion of a transmission optical fiber using a phase modulator.
If this is realized, it becomes possible for the first time to transmit an ultrashort optical pulse of 200 fs (femtosecond) or less over a long distance.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】この発明の高次分散同時
補償方法は、伝送前の信号光パルスに対し線形チャープ
を与え、その後に線形チャープが与えられた信号光パル
スに伝送光ファイバの3次分散、4次分散の値に応じて
振幅、タイミングを最適化した正弦(ここでは正弦と余
弦を代表して正弦と記す)波位相変調を印加することに
よって、伝送光ファイバの3次、4次分散に基づく波形
歪みを補償する。つまり従来において、3次分散に基づ
く波形歪みを補償するための正弦位相変調に正弦波と、
4次分散に基づく波形歪みを補償するための余弦位相変
調の余弦波とを線形合成した単一の正弦波による位相変
調が前記最適化した正弦波位相変調となる。
According to the present invention, there is provided a method for simultaneously compensating for high-order dispersion, wherein a linear chirp is applied to a signal light pulse before transmission, and then the signal light pulse to which the linear chirp is applied is applied to the transmission optical fiber. By applying a sine (herein, sine and cosine are represented as sine) wave phase modulation in which the amplitude and timing are optimized according to the values of the fourth-order dispersion and the fourth-order dispersion, the third and fourth order of the transmission optical fiber are applied. Compensate for waveform distortion based on second order dispersion. That is, conventionally, a sine wave is used for sine phase modulation for compensating for waveform distortion based on third-order dispersion,
The phase modulation by a single sine wave obtained by linearly combining the cosine wave of the cosine phase modulation for compensating the waveform distortion based on the fourth-order dispersion is the optimized sine wave phase modulation.

【0021】また、この発明の高次分散同時補償装置
は、信号光パルスに線形チャープを印加する手段、信号
光パルスを分岐する光カプラ、分岐された信号光パルス
と同期した正弦波信号を抽出するクロック抽出器、正弦
波信号により、線形チャープが印加された信号光パルス
を位相変調する位相変調器及び分散補償光ファイバを備
える高次分散補償装置において、クロック抽出器と位相
変調器との間の正弦波信号の経路に可変位相シフタと可
変振幅調整器が直列に挿入されている。これら可変位相
シフタ、可変振幅調整器を調整して位相変調器へ入射す
る正弦波信号の振幅とタイミングを伝送光ファイバの3
次、4次分散に応じて設定できるようにされている。
The high-order dispersion simultaneous compensator according to the present invention includes means for applying a linear chirp to a signal light pulse, an optical coupler for branching the signal light pulse, and extracting a sine wave signal synchronized with the branched signal light pulse. A high-order dispersion compensator comprising a clock extractor, a phase modulator that modulates the phase of a signal light pulse to which a linear chirp is applied by a sine wave signal, and a dispersion compensating optical fiber. The variable phase shifter and the variable amplitude adjuster are inserted in series in the path of the sine wave signal. By adjusting these variable phase shifters and variable amplitude adjusters, the amplitude and timing of the sine wave signal incident on the phase modulator can be adjusted to 3
Next, it can be set according to the fourth-order dispersion.

【0022】また、この発明の他の高次分散同時補償装
置は、信号光パルスに線形チャープを印加する手段、信
号光パルスを分岐する光カプラ、分岐された信号光パル
スと同期した正弦波信号を抽出するクロック抽出器、正
弦波信号により線形チャープが印加された信号光パルス
を位相変調する位相変調器及び分散補償光ファイバを備
える高次分散補償装置において、クロック抽出器と位相
変調器との間の正弦波信号経路に可変振幅調整器及び可
変位相シフタが直列に挿入され、位相変調器の後段に積
層光薄膜全透過分散等化器(Layered Optical Thin−fi
lm Allpass Dispersion Equalizer:LOTADE)が
挿入される。伝送光ファイバの3次分散に基づく波形歪
みが積層光薄膜全透過分散等化器により低減され、残留
3次分散と4次分散に基づく波形歪みが位相変調器の位
相変調により補償されるように構成されている。
Another high-order dispersion simultaneous compensator according to the present invention is a means for applying a linear chirp to a signal light pulse, an optical coupler for branching the signal light pulse, a sine wave signal synchronized with the branched signal light pulse. A high-order dispersion compensator comprising: a clock extractor for extracting a signal, a phase modulator for phase-modulating a signal light pulse to which a linear chirp is applied by a sine wave signal, and a dispersion-compensating optical fiber. A variable amplitude adjuster and a variable phase shifter are inserted in series in the sine wave signal path between the sine wave signal paths, and the layered optical thin film total transmission dispersion equalizer (Layered Optical Thin-fi)
lm Allpass Dispersion Equalizer: LOTADE) is inserted. Waveform distortion based on the third-order dispersion of the transmission optical fiber is reduced by the laminated optical thin film total transmission dispersion equalizer, and waveform distortion based on the residual third-order dispersion and fourth-order dispersion is compensated by the phase modulation of the phase modulator. It is configured.

【0023】作用 伝送光ファイバの4次分散による位相変化の角周波数依
存性に基づく波形歪みは、伝送前に線形チャープを印加
した信号光パルスに対して余弦位相変調を与えることで
補償できる。また、3次分散による位相変化の角周波数
依存性に基づく波形歪みは正弦位相変調で補償できる。
ここで、図1に示すように、同じ周波数を持った余弦位
相変調φc(t)=−φ c cos(2πR0 t)(図1中
の細い実線C11)と正弦位相変調φs(t)=−φs
in(2πR0 t)(図1中の点線C12)の線形和φ
(t)は以下のように一般化した一つの余弦波曲線(図
1中の太い実線C13)で表される。 φ(t)=−sign(φc)√(φc 2+φs 2)cos[2πR0 t−arctan(φs/φc)] (3) この式(3)は、伝送光ファイバの4次分散に応じて2
次分散印加光ファイバと分散補償光ファイバの長さを最
適化し正弦位相変調を信号光パルスに与えた状態から、
伝送光ファイバの3次分散に応じて位相変調信号の振幅
とタイミングを調整することにより、3次分散と4次分
散に基づく各波形歪みの同時補償が実現されることを示
している。
[0023]Action Angular frequency dependence of phase change due to fourth order dispersion of transmission optical fiber
Presence-based waveform distortion applies linear chirp before transmission
By applying cosine phase modulation to the modulated signal light pulse
Can compensate. Also, the angular frequency of the phase change due to third-order dispersion
Waveform distortion based on the dependence can be compensated by sinusoidal phase modulation.
Here, as shown in FIG. 1, the cosine level having the same frequency
Phase modulation φc(t) =-φ ccos (2πR0t) (in FIG. 1)
Solid line C11) and sinusoidal phase modulation φs(t) =-φss
in (2πR0t) Linear sum φ of (dotted line C12 in FIG. 1)
(t) is a generalized cosine wave curve as shown below (Fig.
1 is represented by a thick solid line C13). φ (t) = − sign (φc) √ (φc Two+ Φs Two) cos [2πR0t-arctan (φs/ Φc)] (3) This equation (3) is given by 2 according to the fourth order dispersion of the transmission optical fiber.
Minimize the length of the second dispersion applying optical fiber and dispersion compensating optical fiber.
From the state where the signal light pulse is given the optimized and sinusoidal phase modulation,
Amplitude of phase modulated signal according to third-order dispersion of transmission optical fiber
And third-order dispersion and fourth-order
Shows that simultaneous compensation of each waveform distortion based on
are doing.

【0024】図2は、一つの位相変調器を用いた3次、
4次分散補償の原理を、位相変化量の角周波数依存性の
計算結果を用いて説明するものである。この図において
は、2次、3次、4次分散による位相変化の和(図2中
の細い実線C14)、3次、4次分散補償のために振
幅、タイミングを最適化した位相変調(図2中の点線C
15)、これらを合計した位相変化量(図2中の太い実
線C16)を示す。2次、3次、4次曲線の和を表す曲
線C14に、一つの正弦波曲線C15を足し合わせるこ
とで、中心角周波数ω0 付近において線形な位相特性が
得られていることが分かる。
FIG. 2 shows a third order using one phase modulator,
The principle of the fourth-order dispersion compensation will be described using the calculation result of the angular frequency dependence of the amount of phase change. In this figure, the sum of phase changes due to second, third, and fourth order dispersion (thin solid line C14 in FIG. 2), and phase modulation in which the amplitude and timing are optimized for the third, fourth order dispersion compensation (FIG. Dotted line C in 2
15), and the phase change amount (thick solid line C16 in FIG. 2) obtained by summing them. Second, third, the curve C14 representing the sum of the quartic curve, by adding the one of the sinusoidal curve C15, it is seen that the linear phase characteristic is obtained at the center angular frequency ω around 0.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】第1実施形態 図3は、この発明の高次分散同時補償方法及び装置の第
1実施形態の構成を示す。この第1実施形態では、10
Gbit/sのフェムト秒信号光パルスを、時間多重に
より64多重、さらに偏波多重により2多重して1.2
8Tbit/sの信号光を発生させ、70kmの光ファ
イバを伝送させる実験に対し、この発明の3次、4次分
散同時補償を適用した結果について説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First Embodiment FIG. 3 shows the configuration of a first embodiment of a simultaneous higher-order dispersion compensation method and apparatus according to the present invention. In the first embodiment, 10
A Gbit / s femtosecond signal light pulse is multiplexed 64 by time multiplexing and further multiplexed by polarization multiplexing to 1.2.
A description will be given of a result of applying the third- and fourth-order dispersion simultaneous compensation of the present invention to an experiment in which an 8 Tbit / s signal light is generated and transmitted through an optical fiber of 70 km.

【0026】この発明の高次分散同時補償装置10は、
入力射光を2分岐する光カプラ12、光カプラ12の一
方の出射ポートに一端が接続された2次分散印加光ファ
イバ11、2次分散印加光ファイバ11の他端に接続さ
れた位相変調器13、位相変調器13の出射側に一端が
接続された分散補償光ファイバ14、光カプラ12の他
方の出射ポートに接続されたクロック抽出器15、クロ
ック抽出器15の出力側と位相変調器13の変調信号入
力側との間に直列に接続された可変位相シフタ17及び
可変減衰器18から成る。
The simultaneous high-order dispersion compensator 10 of the present invention comprises:
An optical coupler 12 for splitting input light into two, a secondary dispersion applying optical fiber 11 having one end connected to one output port of the optical coupler 12, and a phase modulator 13 connected to the other end of the secondary dispersion applying optical fiber 11 A dispersion compensating optical fiber 14 having one end connected to the output side of the phase modulator 13, a clock extractor 15 connected to the other output port of the optical coupler 12, an output side of the clock extractor 15, A variable phase shifter 17 and a variable attenuator 18 are connected in series with the modulation signal input side.

【0027】チャープのない10Gbit/s信号光パ
ルスがこの高次分散同時補償装置10へ入射され、伝送
光ファイバ16の2次、3次、4次分散で生じる非線形
チャープと逆のチャープがあらかじめ与えられた後、時
間多重装置19による多重化が行われる。この高次分散
同時補償装置10でのチャープ印加により、信号光パル
スは伝送ファイバ16を通過する際の高次分散による波
形の劣化を大きく低減することができる。
A chirp-free 10 Gbit / s signal light pulse is incident on the high-order dispersion simultaneous compensator 10, and a chirp reverse to the nonlinear chirp generated by the second-order, third-order, and fourth-order dispersion of the transmission optical fiber 16 is given in advance. After that, multiplexing is performed by the time multiplexing device 19. By the application of chirp in the simultaneous high-order dispersion compensator 10, the deterioration of the waveform of the signal light pulse due to the high-order dispersion when passing through the transmission fiber 16 can be greatly reduced.

【0028】高次分散同時補償装置10内の構成及び各
パラメータの設定について説明する。高次分散同時補償
装置10へ入射された10Gbit/s信号光パルス
は、2次分散β2s、長さLs の2次分散印加光ファイバ
11により、パルス幅がTs まで広げられ、線形チャー
プが与えられる。この線形チャープにより光信号パルス
の角周波数成分は、以下のような時刻tについての線形
関数となる。
The configuration in the high-order simultaneous dispersion compensator 10 and the setting of each parameter will be described. The pulse width of the 10 Gbit / s signal light pulse incident on the high-order dispersion simultaneous compensator 10 is expanded to T s by the second-order dispersion applying optical fiber 11 having the second-order dispersion β 2s and the length L s , and the linear chirp is generated. Is given. Due to this linear chirp, the angular frequency component of the optical signal pulse becomes a linear function at time t as follows.

【0029】 ω−ω0 =−sign(β2s)(2πFBW/Ts)t (4) ここでω0 はパルスの中心角周波数、FBWは光信号パル
スの帯域幅である。このようにして線形チャープを与え
られた光信号パルスに対し、時間的に位相を変化させる
位相変調を施すと、光信号パルスの角周波数成分ごとに
異なる位相変化が与えられることになる。例として位相
変調器13で余弦位相変調を行った場合を考えると、つ
まり線形チャープされた光信号パルスに対し余弦波で位
相変調すると、位相変化の角周波数依存性は余弦曲線で
表されることになる。
The ω-ω 0 = -sign (β 2s) (2πF BW / T s) t (4) where omega 0 is the center angular frequency of the pulse, F BW is the bandwidth of the optical signal pulse. When phase modulation for changing the phase with time is performed on the optical signal pulse given the linear chirp in this way, a different phase change is given for each angular frequency component of the optical signal pulse. As an example, consider the case where cosine phase modulation is performed by the phase modulator 13, that is, when the phase modulation is performed on a linearly chirped optical signal pulse with a cosine wave, the angular frequency dependence of the phase change is expressed by a cosine curve. become.

【0030】高次分散同時補償装置10へ入射された信
号光パルスの一部は光カプラ12によって分岐された後
にクロック抽出器15へ入射され、クロック抽出器15
からは信号光と同期した10GHzの正弦波電気信号が
出力される。このようにして得られた10GHz正弦波
電気信号のタイミングと振幅を、伝送光ファイバ16の
3次分散、4次分散に応じて可変位相シフタ17、可変
減衰器18によりそれぞれ最適化した後に、位相変調器
13に変調信号として入力し、線形チャープした信号光
パルスに対して位相変調を与える。
A part of the signal light pulse input to the high-order dispersion simultaneous compensation device 10 is input to the clock extractor 15 after being branched by the optical coupler 12, and the clock extractor 15
Outputs a 10 GHz sinusoidal electric signal synchronized with the signal light. After optimizing the timing and amplitude of the 10 GHz sinusoidal electric signal obtained in this way by the variable phase shifter 17 and the variable attenuator 18 according to the third-order dispersion and fourth-order dispersion of the transmission optical fiber 16, respectively, The signal is input to the modulator 13 as a modulation signal, and phase modulation is applied to the linearly chirped signal light pulse.

【0031】2次分散β2c、長さLc の分散補償光ファ
イバ14は、伝送光ファイバ16の4次分散に基づく波
形歪み補償のために意図的に印加する2次分散の量を調
整するために挿入する。高次分散同時補償装置10へ入
射される信号光パルスがガウシアン波形である場合、2
次分散印加光ファイバ11の長さLs 、分散補償光ファ
イバ14の長さLc 、4次分散補償に必要な余弦位相変
調の振幅φc 、3次分散補償に必要な正弦位相変調の振
幅φs は、以下の4つの式からなる連立方程式を解くこ
とにより求められる。
The dispersion compensating optical fiber 14 having the second-order dispersion β 2c and the length L c adjusts the amount of the second-order dispersion intentionally applied for compensating the waveform distortion based on the fourth-order dispersion of the transmission optical fiber 16. To insert. When the signal light pulse incident on the high-order dispersion simultaneous compensation device 10 has a Gaussian waveform, 2
The length L s of the second-order dispersion applying optical fiber 11, the length L c of the dispersion compensating optical fiber 14, the amplitude φ c of cosine phase modulation required for fourth-order dispersion compensation, and the amplitude of sine phase modulation required for third-order dispersion compensation φ s is obtained by solving a simultaneous equation composed of the following four equations.

【0032】[0032]

【数3】 (Equation 3)

【0033】 R0 =(0.94πFBW/Ts)(−β4 /6β2 1/2 (6) φc =3β2 2L/4β4 (7) φs =−(FBW 3 π3 β3 L/24R0 3s 3) (8) 但し、 βn =βnss+βncc+βntftf/L、 (n=2,3,4) (9) L=Ls +Lc +Ltf (10) であり、Tinは高次分散同時補償装置10へ入射される
信号光パルスのパルス幅、R0 は信号光パルスの繰り返
し周波数、FBWは信号光パルスの帯域、Ltfは伝送光フ
ァイバ16の長さ、βnsncntf(n=2,3,4)
はそれぞれ、2次分散印加光ファイバ11、分散補償光
ファイバ14、伝送光ファイバ16の2次、3次、4次
分散である。
[0033] R 0 = (0.94πF BW / T s) (- β 4 / 6β 2) 1/2 (6) φ c = 3β 2 2 L / 4β 4 (7) φ s = - (F BW 3 π 3 β 3 L / 24R 0 3 T s 3) (8) where, β n = β ns L s + β nc L c + β ntf L tf / L, (n = 2,3,4) (9) L = L s + L c + L tf (10), where T in is the pulse width of the signal light pulse incident on the high-order dispersion simultaneous compensator 10, R 0 is the repetition frequency of the signal light pulse, and F BW is the signal light pulse. The band, L tf, is the length of the transmission optical fiber 16, β ns , β nc , β ntf (n = 2, 3, 4)
Denote second-, third- and fourth-order dispersions of the second dispersion applying optical fiber 11, the dispersion compensating optical fiber 14, and the transmission optical fiber 16, respectively.

【0034】この第1実施形態で述べる実験において
は、2次分散印加光ファイバ11として、1.3μm波
長用零分散シングルモード光ファイバ、分散補償光ファ
イバ14として逆分散光ファイバを使用した。また、長
さ69.4kmの伝送光ファイバ16は、長さ39.7
kmの1.3μm波長用零分散シングルモード光ファイ
バ、4.6kmの分散シフト光ファイバ、25.1km
の逆分散光ファイバをつないで構築した。ここで、Tin
=380fs、Ts =46psとし、β2s=−23.0
ps2 /km、β3s=1.23×10-1ps3 /km、
β4s=−1.10×10-3ps4/km、β2c=37.
8ps2 /km、β3c=−2.12×10-1ps3 /k
m、β4c=2.43×10-3ps4 /km、β2tf
7.76×10-3ps2 /km、β3tf=3.40×1
-4ps3 /km、β4tf=8.68×10-4ps4
km、Ltf=69.5kmである場合について、上記
(5)−(8)式に数値を代入して計算すると、2次分
散印加光ファイバ11の長さはLs =276.2m、分
散補償光ファイバ14の長さはLc =139.2m、4
次分散補償に必要な余弦位相変調の振幅はφc =1.2
0π、3次分散補償に必要な正弦位相変調の振幅はφs
=−0.18πという解が得られる。
In the experiment described in the first embodiment, a zero-dispersion single mode optical fiber for 1.3 μm wavelength was used as the secondary dispersion applying optical fiber 11, and an inverse dispersion optical fiber was used as the dispersion compensating optical fiber 14. The transmission optical fiber 16 having a length of 69.4 km has a length of 39.7 km.
km 1.3 μm wavelength zero-dispersion single mode optical fiber, 4.6 km dispersion-shifted optical fiber, 25.1 km
Were constructed by connecting reverse dispersion optical fibers. Where T in
= 380 fs, T s = 46 ps, β 2s = −23.0
ps 2 / km, β 3s = 1.23 × 10 −1 ps 3 / km,
β 4s = −1.10 × 10 −3 ps 4 / km, β 2c = 37.
8 ps 2 / km, β 3c = −2.12 × 10 −1 ps 3 / k
m, β 4c = 2.43 × 10 −3 ps 4 / km, β 2tf =
7.76 × 10 −3 ps 2 / km, β 3tf = 3.40 × 1
0 −4 ps 3 / km, β 4tf = 8.68 × 10 −4 ps 4 /
km, L tf = 69.5 km, the numerical values are substituted into the above equations (5)-(8), and the calculation results are as follows: The length of the second dispersion applying optical fiber 11 is L s = 276.2 m, and the dispersion is The length of the compensating optical fiber 14 is L c = 139.2 m, 4
The amplitude of cosine phase modulation required for the second order dispersion compensation is φ c = 1.2
The amplitude of the sinusoidal phase modulation required for 0π and third-order dispersion compensation is φ s
= −0.18π is obtained.

【0035】この計算結果と式(3)より、3次、4次
分散の補償のために必要な10GHz余弦波変調は次式
で与えられることが分かる。 φ(t)=−1.21πcos[2πR0 t+0.048π] (11) 位相変調器13へ入射する10GHz正弦波信号のタイ
ミングと振幅の最適化は可変位相シフタ17、可変減衰
器18にてそれぞれ行う。なお、伝送光ファイバ16の
分散値(β2tf3tf4tf)には、時間多重装置19
の入射側の部分と伝送光ファイバ16の前後に挿入され
たエルビウム添加光ファイバ増幅器の各強度の分散も含
まれている。
From this calculation result and equation (3), it can be seen that the 10 GHz cosine wave modulation necessary for compensating the third and fourth order dispersion is given by the following equation. φ (t) = − 1.21πcos [2πR 0 t + 0.048π] (11) The timing and amplitude of the 10 GHz sine wave signal incident on the phase modulator 13 are optimized by the variable phase shifter 17 and the variable attenuator 18, respectively. Do. The dispersion value (β 2tf , β 3tf , β 4tf ) of the transmission optical fiber 16 is added to the time multiplexing device 19.
And the dispersion of each intensity of the erbium-doped optical fiber amplifier inserted before and after the transmission optical fiber 16 are also included.

【0036】図4に、この第1実施形態の伝送光ファイ
バ16の3次、4次分散による信号光パルス波形の劣化
の様子と、位相変調による3次、4次分散による波形歪
み同時補償を施した場合の波形の改善について計算した
結果を示す。計算に使用した各パラメータの値は上述の
通りである。図4(a)は伝送光ファイバ16の3次分
散のみによる波形劣化の様子を示す。細い線C20は伝
送前の光パルス幅380fs(フェムト秒)の伝送前の
光パルスであり、太い線C21は3次分散により波形が
劣化した後の光パルスである。
FIG. 4 shows how the signal light pulse waveform is degraded by the third and fourth order dispersion of the transmission optical fiber 16 of the first embodiment, and the waveform distortion is simultaneously compensated by the third and fourth order dispersion by phase modulation. The calculation result about the improvement of the waveform when performing it is shown. The values of the parameters used for the calculation are as described above. FIG. 4A shows a state of waveform deterioration due to only the third-order dispersion of the transmission optical fiber 16. A thin line C20 is an optical pulse before transmission having an optical pulse width of 380 fs (femtosecond) before transmission, and a thick line C21 is an optical pulse after the waveform is deteriorated due to the third-order dispersion.

【0037】3次分散により非対称な波形の歪みが生
じ、裾に振動成分が見られることが分かる。図4(b)
は伝送光ファイバ16の4次分散のみによる波形劣化の
様子を示す。太い線C22は4次分散により波形が劣化
した後の光パルスである。4次分散により対称な光パル
ス波形の広がりが生じ、長い裾が見られることが分か
る。
It can be seen that an asymmetric waveform distortion occurs due to the third-order dispersion, and a vibration component is observed at the bottom. FIG. 4 (b)
Shows the state of waveform deterioration due to only the fourth-order dispersion of the transmission optical fiber 16. The thick line C22 is an optical pulse after the waveform has been deteriorated due to the fourth-order dispersion. It can be seen that the symmetric optical pulse waveform spreads due to the fourth-order dispersion, and a long tail is seen.

【0038】これに対し図4(c)は、前述の実験系と
同じ設定で、伝送光ファイバ16の3次、4次分散に基
づく波形歪みを補償した際の伝送後の波形を太い線C2
3で示す。図4(a)、(b)で見られた波形の劣化
が、第1実施形態に基づく位相変調による分散補償によ
り十分抑制されていることが分かる。図5は、上述の実
験系を用いて実際に380fsの光パルスを伝送させた
場合の自己相関波形の測定結果を示す。
On the other hand, FIG. 4 (c) shows the same setting as in the above-described experimental system, and shows the waveform after transmission when compensating for the waveform distortion based on the third and fourth order dispersion of the transmission optical fiber 16, by using a thick line C2.
Indicated by 3. It can be seen that the waveform deterioration shown in FIGS. 4A and 4B is sufficiently suppressed by the dispersion compensation by the phase modulation based on the first embodiment. FIG. 5 shows a measurement result of an autocorrelation waveform when an optical pulse of 380 fs is actually transmitted using the above-described experimental system.

【0039】図5(a)は高次分散同時補償装置10に
入射する前の波形、図5(b)は分散補償を施して伝送
光ファイバ16を通した後の波形である。なお、この第
1実施形態で説明している実験は1.28Tbit/s
の信号光を伝送させるものであるか、図5(b)におい
ては、隣接する光パルスの裾の重なりを避けて一つの光
パルス波形全体が見られるように、160Gbit/s
の時間多重信号光を伝送させて波形観察を行った。伝送
後の光パルス幅は400fsであり、伝送によるパルス
広がりはわずかに20fsであることから、この第1実
施形態による3次、4次分散補償の有効性が実験的に示
されている。
FIG. 5A shows a waveform before the light enters the high-order dispersion simultaneous compensator 10, and FIG. 5B shows a waveform after the dispersion is compensated and passed through the transmission optical fiber 16. The experiment described in the first embodiment is performed at 1.28 Tbit / s.
5B. In FIG. 5B, the signal light is transmitted at 160 Gbit / s so that one entire light pulse waveform can be seen while avoiding the overlap of adjacent light pulses.
The time multiplexed signal light was transmitted to observe the waveform. Since the optical pulse width after transmission is 400 fs and the pulse spread due to transmission is only 20 fs, the effectiveness of the third and fourth order dispersion compensation according to the first embodiment is experimentally shown.

【0040】また、この実験では誤り率測定を行い、伝
送後の128チャネルの10Gbit/s信号がすべて
−21dBm以上の受光強度において1×10-9以下の
誤り率が得られることを確認している。以上、この第1
実施形態で述べたように、この発明の3次、4次分散同
時補償方法及び装置は、超高速時間多重信号光の伝送に
おける信号光パルス波形の劣化を抑制するものであり、
将来の情報技術社会に向けて必要となる光通信の超高速
化において非常に重要な技術となるものである。第2実施形態 図6は、この発明の高次分散同時補償方法及び装置の第
2実施形態の構成を示す。
In this experiment, an error rate was measured, and it was confirmed that an error rate of 1 × 10 −9 or less was obtained for all 128-channel 10 Gbit / s signals after transmission at a received light intensity of −21 dBm or more. I have. This is the first
As described in the embodiment, the third and fourth order simultaneous compensation method and apparatus of the present invention suppress deterioration of the signal light pulse waveform in transmission of ultra-high-speed time-multiplexed signal light,
It will be a very important technology in the ultra-high speed optical communication required for the future information technology society. Second Embodiment FIG. 6 shows a configuration of a second embodiment of a method and apparatus for simultaneous compensation of higher-order dispersion according to the present invention.

【0041】この第2実施形態として示す高次分散同時
補償装置10は、図3に示した第1実施形態と同様に、
光カプラ12、2次分散印加光ファイバ11、位相変調
器13、分散補償光ファイバ14、クロック抽出器1
5、位相シフタ17、可変減衰器18を設けるか、この
第2実施形態においては分散補償光ファイバ14の出射
側に積層光薄膜全透過分散等化器(Layered Optical Th
in−film Allpass Dispersion Equalizer:LOTAD
E)20が直列に挿入される。信号光パルスがこの高次
分散同時補償装置10へ入射され、伝送光ファイバ16
の2次、3次、4次分散で生じる非線形チャープと逆の
チャープが高次分散同時補償装置10内であらかじめ与
えられた後、時間多重装置19による多重化が行われ
る。
The high-order dispersion simultaneous compensator 10 shown as the second embodiment is similar to the first embodiment shown in FIG.
Optical coupler 12, Secondary dispersion applying optical fiber 11, Phase modulator 13, Dispersion compensating optical fiber 14, Clock extractor 1
5, the phase shifter 17 and the variable attenuator 18 are provided, or in the second embodiment, a layered optical thin film total transmission dispersion equalizer (Layered Optical Th
in-film Allpass Dispersion Equalizer: LOTAD
E) 20 are inserted in series. The signal light pulse is incident on the high-order dispersion simultaneous compensator 10 and transmitted by the transmission optical fiber 16
After a chirp inverse to the non-linear chirp generated by the second, third and fourth order dispersion is given in advance in the high-order simultaneous dispersion compensator 10, multiplexing is performed by the time multiplexing device 19.

【0042】第2実施形態においては伝送光ファイバ1
6として分散シフト光ファイバを考える。第1実施形態
において伝送光ファイバ16は1.3μm波長用零分散
シングルモード光ファイバと逆分散光ファイバとを主に
して構成した上に、分散シフト光ファイバを継ぎ足すこ
とにより、伝送光ファイバ16の全体での2次分散のみ
ならず3次分散の値もできるだけ小さく設定するように
した。その結果、第1実施形態の伝送光ファイバ16に
おける3次分散は3.40×10-4ps3 /kmと小さ
い値であった。
In the second embodiment, the transmission optical fiber 1
Consider a dispersion-shifted optical fiber as 6. In the first embodiment, the transmission optical fiber 16 is composed mainly of a zero-dispersion single-mode optical fiber for 1.3 μm wavelength and an inverse dispersion optical fiber, and is added with a dispersion-shifted optical fiber. The values of not only the second-order variance but also the third-order variance of the whole are set as small as possible. As a result, the third-order dispersion in the transmission optical fiber 16 of the first embodiment was a small value of 3.40 × 10 −4 ps 3 / km.

【0043】これに対し、伝送光ファイバ16として分
散シフト光ファイバを考えるこの第2実施形態において
は、2次分散は小さい値であるが、3次分散の値は約
0.1ps3 /kmであり、第1実施形態と比較して非
常に大きい値となる。この場合、位相変調のみでは3次
分散に基づく波形歪みの補償が困難である。そこで、こ
の第2実施形態においては、積層光薄膜全透過分散等化
器20を位相変調器13の後段に挿入し、伝送光ファイ
バ16の3次分散に基づく波形歪みについては、この積
層光薄膜全透過分散等化器20にて大部分の補償を行
い、その残留した3次分散による波形歪みと4次分散に
基づく波形歪みについては、位相変調器13による位相
変調により補償を行うというものである。
On the other hand, in the second embodiment in which a dispersion-shifted optical fiber is used as the transmission optical fiber 16, the second-order dispersion is a small value, but the third-order dispersion is about 0.1 ps 3 / km. Yes, it is a very large value compared to the first embodiment. In this case, it is difficult to compensate for waveform distortion based on third-order dispersion only by phase modulation. Therefore, in the second embodiment, the laminated optical thin film total transmission dispersion equalizer 20 is inserted after the phase modulator 13, and the waveform distortion based on the third-order dispersion of the transmission optical fiber 16 is reduced. Most of the compensation is performed by the total transmission dispersion equalizer 20, and the remaining waveform distortion due to the third-order dispersion and the waveform distortion due to the fourth-order dispersion are compensated by phase modulation by the phase modulator 13. is there.

【0044】積層光薄膜全透過分散等化器20の基本的
構成の具体例として、エレクトロニクスレターズ(Elec
tronics Letters)、第36巻、第1139〜1141
頁のFig.1に示されている構成を図7として示す。
上記文献における積層光薄膜全透過分散等化器20は、
結合双共振器全透過フィルタ21に入出力用のデュアル
光ファイバフェルールアセンブリ22を結合した構成で
ある。結合双共振器全透過フィルタ21は反射率がそれ
ぞれr1 ,r2 ,r3 のミラー23,24,25を間隔d
1 ,d2 で順次並べた構成であり、r1 ,r2 とd1 ,d
2 を適切に設定することによって目的とする大きさの3
次分散量が得られ、伝送光ファイバ16の3次分散を補
償することが可能となる。
As a specific example of the basic configuration of the laminated optical thin film total transmission dispersion equalizer 20, Electronics Letters (Elec)
tronics Letters), Vol. 36, Nos. 1139-1141
See FIG. The configuration shown in FIG. 1 is shown as FIG.
The laminated optical thin film total transmission dispersion equalizer 20 in the above document is
In this configuration, a dual optical fiber ferrule assembly 22 for input and output is coupled to a coupling dual resonator total transmission filter 21. The coupled bi-resonator total transmission filter 21 has mirrors 23, 24, and 25 having reflectivities of r 1 , r 2 , and r 3 , respectively, at intervals d.
1 , d 2 , and r 1 , r 2 and d 1 , d
By setting 2 appropriately, 3 of the desired size
As a result, the third-order dispersion of the transmission optical fiber 16 can be compensated.

【0045】なお、反射率r3 は100%に設定する。
中心波長の異なる積層光薄膜全透過分散等化器20を縦
列に接続することによって、超高速時間多重信号光パル
ス用に帯域を拡大することができる。分散シフト光ファ
イバを伝送光ファイバ16として使用する場合、波長多
重伝送においては、各チャネル間の四光波混合による信
号の劣化を防ぐために、伝送光ファイバ16の零分散波
長を避けて波長を設定することが通常行われており、零
分散波長付近は利用されていない。
The reflectance r 3 is set to 100%.
By connecting the laminated optical thin film total transmission dispersion equalizers 20 having different center wavelengths in tandem, the band can be expanded for an ultrafast time multiplexed signal light pulse. When a dispersion-shifted optical fiber is used as the transmission optical fiber 16, in wavelength multiplex transmission, the wavelength is set to avoid the zero dispersion wavelength of the transmission optical fiber 16 in order to prevent signal deterioration due to four-wave mixing between channels. This is normally done, and the vicinity of the zero dispersion wavelength is not used.

【0046】これに対し、この第2実施形態に示す方法
及び装置を使用することにより、分散シフト光ファイバ
の零分散波長付近を時間多重信号光用として使用するこ
とができ、波長の有効利用が可能となる。図6において
積層光薄膜全透過分散等化器20は、位相変調器13の
後段に設けられていればよく、従って、図6において、
位相変調器13と分散補償光ファイバ14との間に挿入
してもよく、伝送光ファイバ16の入射側又は出射側に
挿入してもよい。
On the other hand, by using the method and the apparatus shown in the second embodiment, the vicinity of the zero dispersion wavelength of the dispersion-shifted optical fiber can be used for the time-multiplexed signal light, and the effective use of the wavelength can be improved. It becomes possible. In FIG. 6, the laminated optical thin film total transmission dispersion equalizer 20 may be provided at the subsequent stage of the phase modulator 13. Therefore, in FIG.
It may be inserted between the phase modulator 13 and the dispersion compensating optical fiber 14, or may be inserted on the incident side or the output side of the transmission optical fiber 16.

【0047】図3及び図6に示した各実施形態におい
て、2次分散印加光ファイバ11としては、信号光パル
スに対して線形チャープを印加することができるもので
あればよく、例えばファイバグレーティングなど他のも
のを用いてもよい。またこの信号光パルスに線形チャー
プを印加する手段は、図10に示したように光カプラ1
2より前段に設けてもよい。つまり光カプラ12により
分岐してクロック抽出器15へ供給する信号光パルス
は、線形チャープが印加されたものでも、印加されてい
ないものでもよい。
In each of the embodiments shown in FIGS. 3 and 6, the secondary dispersion applying optical fiber 11 may be any fiber that can apply a linear chirp to a signal light pulse, such as a fiber grating. Others may be used. The means for applying a linear chirp to this signal light pulse is an optical coupler 1 as shown in FIG.
It may be provided at a stage prior to 2. That is, the signal light pulse branched by the optical coupler 12 and supplied to the clock extractor 15 may or may not have a linear chirp applied thereto.

【0048】可変減衰器18は位相変調器13に印加す
る正弦波信号の振幅を調整することができるものであれ
ばよく、可変利得器を用いてもよい。つまり可変振幅調
整器を用いればよい。更に分散補償光ファイバ14は伝
送光ファイバ16の入射端又は出射端に設けてもよい。
式(5)〜(8)は信号光パルスがガウシアン波形の場
合であり、他の波形の場合は式が異なるが、近似的に式
(5)〜(8)を用いてよい場合が多い。
The variable attenuator 18 may be any as long as it can adjust the amplitude of the sine wave signal applied to the phase modulator 13, and may use a variable gain device. That is, a variable amplitude adjuster may be used. Further, the dispersion compensating optical fiber 14 may be provided at the input end or the output end of the transmission optical fiber 16.
Equations (5) to (8) are for the case where the signal light pulse has a Gaussian waveform, and the equations are different for other waveforms, but in many cases, equations (5) to (8) may be approximately used.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、この発明の高次分
散同時補償方法及び装置は、光通信の高速化において重
大な問題となる高次分散による信号光パルス波形の劣化
を抑制することができる。この発明により、ピコ秒から
フェムト秒の超短パルス光を用いる超高速光通信が可能
となる。また、第2実施形態によれば分散シフト光ファ
イバの零分散波長を時間多重信号光伝送用に使用するこ
とにより、波長の利用効率を向上することが可能とな
る。
As described above, the method and apparatus for simultaneous compensation of higher-order dispersion of the present invention can suppress the deterioration of the signal light pulse waveform due to higher-order dispersion, which is a serious problem in speeding up optical communication. it can. According to the present invention, ultrahigh-speed optical communication using ultrashort pulse light of picosecond to femtosecond becomes possible. Further, according to the second embodiment, the zero-dispersion wavelength of the dispersion-shifted optical fiber is used for time-division multiplexed signal light transmission, so that the wavelength use efficiency can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】余弦位相変調曲線、正弦位相変調曲線、ならび
にこの2つの和を表す位相変調曲線を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a cosine phase modulation curve, a sine phase modulation curve, and a phase modulation curve representing the sum of the two.

【図2】一つの位相変調器を用いた3次、4次分散同時
補償の原理を、位相変化量の角周波数依存性の計算結果
を用いて説明するための図。
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of simultaneous third-order and fourth-order dispersion compensation using one phase modulator using a calculation result of angular frequency dependence of a phase change amount.

【図3】この発明の高次分散同時補償方法及び装置の第
1実施形態の構成を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a first embodiment of a high-order dispersion simultaneous compensation method and apparatus according to the present invention;

【図4】この発明の効果を説明するための計算した結果
を示すもので、(a)は3次分散による信号光パルス波
形の劣化の様子を示す図、(b)は4次分散による信号
光パルス波形の劣化の様子を示す図、(c)はこの発明
により3次、4次分散同時補償を施した場合の波形を示
す図である。
4A and 4B show calculation results for explaining the effect of the present invention. FIG. 4A is a diagram showing a state of deterioration of a signal light pulse waveform due to third-order dispersion, and FIG. 4B is a diagram showing a signal due to fourth-order dispersion. FIG. 3C is a diagram showing how the optical pulse waveform is degraded, and FIG. 3C is a diagram showing a waveform when the third- and fourth-order dispersion simultaneous compensation is performed according to the present invention.

【図5】第1実施形態の実験系を用いて実際に380f
sのパルスを伝送させた場合の自己相関波形の測定結果
であり、(a)は高次分散同時補償装置10に入射する
前の波形を示す図、(b)はこの発明により3次、4次
分散同時補償を施して伝送光ファイバ16を通した後の
波形を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a case where 380f is actually used by using the experimental system of the first embodiment.
7A is a measurement result of an autocorrelation waveform when a pulse of s is transmitted, and FIG. 7A is a diagram illustrating a waveform before being incident on the high-order simultaneous dispersion compensator 10, and FIG. FIG. 9 is a diagram showing a waveform after the secondary dispersion simultaneous compensation has been performed and the transmission optical fiber 16 has been passed.

【図6】この発明の高次分散同時補償方法及び装置の第
2実施形態の構成を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a second embodiment of a high-order dispersion simultaneous compensation method and apparatus according to the present invention;

【図7】図6中の積層光薄膜全透過分散等化器20の基
本的構成を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a basic configuration of a laminated optical thin film total transmission dispersion equalizer 20 in FIG. 6;

【図8】位相変調器を用いた4次分散補償の原理を、位
相変化量の角周波数依存性の計算結果を用いて説明する
ための図。
FIG. 8 is a diagram for explaining the principle of fourth-order dispersion compensation using a phase modulator, using a calculation result of the angular frequency dependence of the amount of phase change.

【図9】位相変調器を用いた3次分散補償の原理を、位
相変化量の角周波数依存性の計算結果を用いて説明する
ための図。
FIG. 9 is a diagram for explaining the principle of third-order dispersion compensation using a phase modulator using a calculation result of the angular frequency dependence of a phase change amount.

【図10】高次分散補償の従来の構成を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a conventional configuration of high-order dispersion compensation.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H079 AA02 BA03 CA04 FA02 HA11 KA11 5K002 BA02 BA04 CA01 CA15 DA05 DA31 FA01 FA02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2H079 AA02 BA03 CA04 FA02 HA11 KA11 5K002 BA02 BA04 CA01 CA15 DA05 DA31 FA01 FA02

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 信号光パルスに線形チャープを印加し、
その線形チャープが印加された信号光パルスに、その光
パルスの強度ピークと位相シフトゼロとの時刻が一致す
るように正弦位相変調を行って、光ファイバ伝送路の3
次分散による信号光パルスの波形歪みを補償する方法及
び、上記線形チャープが印加された信号光パルスに、そ
の光パルスの強度ピークと位相シフトピークとの時刻が
一致するように余弦位相変調を行い、かつ2次分散印加
光ファイバにより2次分散を印加して、光ファイバ伝送
路の2次分散及び4次分散による信号光パルスの波形歪
みを補償する方法において、 上記正弦位相変調と上記余弦位相変調との位相変化の線
形和で表される単一の正弦波で上記線形チャープが印加
された信号光パルスに対し位相変化を加えて、光ファイ
バ伝送路の3次分散と4次分散を同時に補償することを
特徴とする高次分散同時補償方法。
1. applying a linear chirp to a signal light pulse;
Sinusoidal phase modulation is performed on the signal light pulse to which the linear chirp has been applied so that the time of the intensity peak of the light pulse coincides with the time of zero phase shift.
A method for compensating for the waveform distortion of the signal light pulse due to the next dispersion, and performing cosine phase modulation on the signal light pulse to which the linear chirp is applied so that the time of the intensity peak and the phase shift peak of the light pulse coincide with each other. And a second-order dispersion applying optical fiber for applying a second-order dispersion to compensate for a waveform distortion of a signal light pulse due to a second-order dispersion and a fourth-order dispersion of the optical fiber transmission line. By applying a phase change to the signal light pulse to which the linear chirp is applied by a single sine wave represented by a linear sum of the phase change with the modulation, the third-order dispersion and the fourth-order dispersion of the optical fiber transmission line are simultaneously performed. A high-order dispersion simultaneous compensation method characterized by performing compensation.
【請求項2】 信号光パルスに線形チャープを印加する
2次分散印加手段と、 信号光パルスの一部を分岐して取り出す光カプラと、 分岐して取り出された信号光パルスに同期した正弦波信
号を抽出するクロック抽出器と、 線形チャープを印加された信号光パルスに上記正弦波信
号により位相変調を施す位相変調器と、 信号光パルスの受ける2次分散の大きさを調整する分散
補償ファイバとを備えた高次分散補償装置において、 上記クロック抽出器と上記位相変調器との間の上記正弦
波信号の通路に、可変振幅調整器と可変位相シフタが直
列に挿入されていることを特徴とする高次分散同時補償
装置。
A second dispersion applying means for applying a linear chirp to the signal light pulse, an optical coupler for branching out a part of the signal light pulse, and a sine wave synchronized with the branched and extracted signal light pulse A clock extractor for extracting a signal, a phase modulator for performing phase modulation on a signal light pulse to which a linear chirp is applied by the sine wave signal, and a dispersion compensating fiber for adjusting a magnitude of a secondary dispersion received by the signal light pulse And a variable amplitude adjuster and a variable phase shifter are inserted in series in a path of the sine wave signal between the clock extractor and the phase modulator. High-order dispersion simultaneous compensation device.
【請求項3】 信号光パルスに線形チャープを印加する
2次分散印加手段と、 信号光パルスの一部を分岐して取り出す光カプラと、 分岐して取り出された信号光パルスに同期した正弦波信
号を抽出するクロック抽出器と、 線形チャープを印加された信号光パルスに正弦波信号に
より位相変調を施す位相変調器と、 信号光パルスの受ける2次分散の大きさを調整する分散
補償ファイバとを備えた高次分散補償装置において、 上記クロック抽出器と上記位相変調器との間の上記正弦
波信号の通路に直列に挿入された可変振幅調整器ならび
に可変位相シフタと、 上記位相変調器の後段に挿入された積層光薄膜全透過分
散等化器(Layered Optical Thin−film Allpass Dispe
rsion Equalizer:LOTADE)とを備え、 光ファイバ伝送路の3次分散による信号光パルスの波形
歪みは積層光薄膜全透過分散等化器により低減され、微
小残留3次分散と4次分散による信号光パルスの波形歪
みは位相変調器の位相変調により補償されるように構成
されていることを特徴とする高次分散同時補償装置。
3. A second-order dispersion applying means for applying a linear chirp to a signal light pulse, an optical coupler for branching and extracting a part of the signal light pulse, and a sine wave synchronized with the branched and extracted signal light pulse A clock extractor for extracting a signal, a phase modulator for performing phase modulation on a signal light pulse to which a linear chirp is applied by a sine wave signal, and a dispersion compensating fiber for adjusting a magnitude of a secondary dispersion received by the signal light pulse. A variable amplitude adjuster and a variable phase shifter inserted in series in the path of the sine wave signal between the clock extractor and the phase modulator; and Layered optical thin-film allpass dispersion equalizer (Layered Optical Thin-film Allpass Dispe
(Rsion Equalizer: LOTADE), the waveform distortion of the signal light pulse due to the third order dispersion of the optical fiber transmission line is reduced by the laminated optical thin film total transmission dispersion equalizer, and the signal light due to the minute residual third order dispersion and fourth order dispersion. A high-order simultaneous dispersion compensator, wherein a pulse waveform distortion is compensated by phase modulation of a phase modulator.
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