JP2004117590A - Waveform shaper, optical pulse generator, and light regenerating system - Google Patents

Waveform shaper, optical pulse generator, and light regenerating system Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a compact waveform shaper. <P>SOLUTION: The waveform shaper has structure in which high nonlinear optical transmission lines 1a, 1b, 1c, 1d, 1e with ≥5.0 km<SP>-1</SP>×W<SP>-1</SP>nonlinear coefficients and low nonlinear optical transmission lines 2a, 2b, 2c, 2d, 2e with ≤1 km<SP>-1</SP>×W<SP>-1</SP>nonlinear coefficients are alternately connected. The high nonlinear optical transmission lines 1a-1e have an identical value of 4.0 or more for absolute values of second-order dispersion values β<SP>2</SP>and are constructed so as to make respective transmission line lengths La-Le satisfy an inequality La > Lb > Lc > Ld. The transmission line lengths get shorter as advancing farther toward the longitudinal direction, for example, La = 100 m, Lb = 50 m, Lc = 25 m and so on. Dispersion decreasing optical transmission lines are equivalently realized with this structure. At the same time, by using the low nonlinear optical transmission lines 2a-2e, the total transmission line length is shortened to a degree of 0.25-0.67 km and the waveform shaper is made compact. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、極短パルス幅のソリトン光を発生する技術に関し、特に、小型かつ構造が単純な波形整形器、光パルス発生装置および光再生システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネット等の爆発的な普及に伴い、光通信の分野において、信号伝送の高速化に対する要求が高まっている。信号伝送を高速化する手段の一つとして、高ビットレートの光信号、即ちパルス幅が数十〜数百ｆｓ程度となる信号光を供給可能な信号光源を使用することが挙げられる。しかし、光源に使用する半導体レーザ素子によって直接このような極短パルスの信号光を実現することは非常に困難であるため、現状では、半導体レーザ素子から出力された光をソリトン光に変換した後、パルス圧縮する光パルス発生装置によって、高ビットレートの光信号を実現している。
【０００３】
半導体レーザ素子から出力された光をソリトン光に変換する手段として、ビート波を分散シフト化ファイバ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｓｈｉｆｔｅｄ　Ｆｉｂｅｒ）中を伝搬させることによってソリトン変換を行う波形整形器が知られている。例えば、周波数がわずかに相違する２つの光を合波して分散シフト化ファイバ中を８ｋｍ〜２０ｋｍ程度伝搬させることによって、数ｐｓ程度のソリトン光を得ることができる。
【０００４】
また、ソリトン光をパルス圧縮する手法の一つとしては、断熱ソリトン圧縮を利用した光パルス圧縮器が知られている。具体的には、長手方向に分散値が減少する光ファイバ（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−Ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　Ｆｉｂｅｒ：以下、「ＤＤＦ」と称する）や、ＤＤＦに光増幅器であるＥＤＦＡを組み合わせた長尺エルビウム添加分散減少ファイバ増幅器（Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−Ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　Ｅｒｂｉｕｍ　Ｄｏｐｅｄ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：以下、「ＤＤ−ＥＤＦＡ」と称する）を用いて光パルス圧縮器を構成している。長手方向に分散値が減少する光ファイバ中においてソリトン光を伝送させることによって、断熱ソリトン圧縮が生じ、パルス幅を低減することが可能となる。
【０００５】
しかし、断熱ソリトン圧縮を行うためには、入力光の波形および伝送させる光ファイバの分散値を精密に制御する必要があることから、上記構造の光パルス圧縮器の製造は一般に困難である。また、経年変化等によって入力光の波形が乱れたり、分散値のシフトが生じた場合には装置全体を交換する必要が生じるため、運用コストも増大する等の問題を有し、実用的ではない。
【０００６】
これに対し、同じ断熱ソリトン圧縮を基本原理とし、ラマン増幅器を組み込んだ光パルス圧縮器が注目を集めている。ラマン増幅は、非線形光学効果である誘導ラマン散乱を利用して光増幅を行うため、ＥＤＦＡ等と異なり、励起光の強度および波長を変動させることによって増幅利得を調整することが可能である。従って、入力される光の波形および分散シフト化ファイバの分散値の変動を補償するよう増幅利得を制御することによって、容易に断熱ソリトン圧縮が可能となる（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００７】
【非特許文献１】
ホール（Ｒ．　Ｃ．　Ｒｅｅｖｅｓ−Ｈａｌｌ）　他、「ラマン増幅器における断熱圧縮に基づいたピコ秒ソリトンパルス光源　（Ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ　ｓｏｌｉｔｏｎ　ｐｕｌｓｅ−ｄｕｒａｔｉｏｎ−ｓｅｌｅｃｔａｂｌｅ　ｓｏｕｒｃｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａｄｉａｂａｔｉｃ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｉｎ　Ｒａｍａｎ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）」　、エレクトロンレター（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．　Ｌｅｔｔ．）　、２０００年、第３６巻，ｐ．６２２−６２４
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ラマン増幅を組み込んで光パルス圧縮器を構成した場合、光パルス圧縮器が大型化するという問題を有する。ラマン増幅は、ＥＤＦＡに比べて増幅効率が低く、十分な光増幅を行うためには通常、数十ｋｍのファイバ長を有する分散シフト化ファイバ等が必要となり、装置を小型化することが困難となる。このことは波形整形器についても同様であって、従来の構造ではファイバ長が８ｋｍ程度〜２０ｋｍ程度の分散シフト化ファイバが必要となり、小型化することが困難である。
【０００９】
また、ラマン増幅は非線形光学効果の一種であるため、光ファイバに入力される信号光の強度を上げる必要がある。特に、ソリトン断熱圧縮を行う場合には高次分散による影響を排除するために、信号光を高強度化することは必須の要件となる。信号光源として広く用いられるＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザ等は、一般に高出力化が困難であるため、光ファイバに入力する前に信号光を増幅する必要性が生じる。
【００１０】
このため、ラマン増幅を組み込んだ光パルス圧縮器を構成するためには、さらに光増幅器としてＥＤＦＡ等を組み込む必要があり、装置構成が煩雑化すると共に、さらに小型化が困難となるという問題を有する。
【００１１】
また、仮にＥＤＦＡまたは高出力化が可能な光源を用いた場合であっても問題が生じる。一般に、ある閾値を超えた強度のレーザ光を伝搬させた場合、光ファイバ中において誘導ブリリュアン散乱（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ　Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ　Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）による散乱光が発生するため、光ファイバに入力する光の強度を増加させても、光ファイバ中を伝搬して外部に出力される光の強度が飽和することが知られている。従って、従来の光ファイバを用いた場合には光ファイバ中における光強度も一定の制限を受けるため、ソリトン断熱圧縮を効率的に行うことは困難である。
【００１２】
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、小型かつ構造が単純な波形整形器、光パルス発生装置および光再生システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる波形整形器は、入力された光をソリトン光に変換する波形整形器において、高非線形光伝送路と、前記高非線形光伝送路よりも低い非線形係数を有し、かつ前記高非線形光伝送路と２次分散値の絶対値が相違する低非線形光伝送路とを複数配設した構造を有することを特徴とする。
【００１４】
この請求項１の発明によれば、高非線形光伝送路と低非線形光伝送路とを複数配設することとしたため、等価的に分散減少伝送路を実現することができ、かつ高非線形光伝送路を用いたことで全体として高い分散特性を有する波形整形器を実現することができる。
【００１５】
また、請求項２にかかる波形整形器は、上記の発明において、入力端からの距離がソリトン周期以下となる領域に光アイソレータをさらに備えたことを特徴とする。
【００１６】
この請求項２の発明によれば、ソリトン周期以下となる距離に光アイソレータを配置することとしたため、波形整形器中における誘導ブリリュアン散乱の発生を抑制することができ、強度の高いソリトン光を出力することができる。
【００１７】
また、請求項３にかかる波形整形器は、上記の発明において、前記光アイソレータは、異なる光伝送路の接合部に配設されることを特徴とする。
【００１８】
この請求項３の発明によれば、光伝送路の接合部に光アイソレータを配設することとしたため、融着点数を減少させることが可能となり、光損失を低減した波形整形器を実現することができる。
【００１９】
また、請求項４にかかる波形整形器は、上記の発明において、前記光アイソレータは、前記高非線形光伝送路の前段に配設されることを特徴とする。
【００２０】
この請求項４の発明によれば、光アイソレータが高非線形光伝送路の前段に配設されることとしたため、誘導ブリリュアン散乱の発生をより効果的に抑制することができる。誘導ブリリュアン散乱は非線形光学効果の一種であることから、高非線形光伝送路において発生しやすい。そのため、高非線形光伝送路の前段に光りアイソレータを配設することによって誘導ブリリュアン散乱の発生をより効果的に抑制することができる。
【００２１】
また、請求項５にかかる光パルス発生装置は、非線形係数が３ｋｍ−１・Ｗ−１以上の高非線形光伝送路を備え、入力された光をラマン増幅しつつ断熱ソリトン圧縮によってパルス幅を圧縮するパルス幅圧縮手段と、該パルス圧縮手段に対してラマン増幅のための励起光を供給する励起光源と、該励起光源を前記パルス幅圧縮手段と光結合するための光結合手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
この請求項５の発明によれば、高非線形光伝送路中を伝送する光に対してラマン増幅を行うこととしたため、高非線形光伝送路の伝送路長を短縮化できると共に、出力光のパルス幅をより圧縮することができる。
【００２３】
また、請求項６にかかる光パルス発生装置は、上記の発明において、前記パルス幅圧縮手段前段に配設され、請求項１〜４のいずれか一つに記載の波形整形器と、該波形整形器前段に配設された発光手段とさらに備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、請求項７にかかる光パルス発生装置は、上記の発明において、前記パルス圧縮手段前段に配設された光増幅器をさらに備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項８にかかる光パルス発生装置は、上記の発明において、前記パルス圧縮手段前段に配設された誘導ブリリュアン散乱抑制手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項９にかかる光再生システムは、伝送される光の繰返し周波数を抽出するクロック抽出装置と、請求項１〜４に記載の波形整形器もしくは請求項５〜８に記載の光パルス発生装置を備えた光クロックパルス列発生装置と、前記クロック抽出装置で抽出された周波数に基づいて、前記光クロックパルス列発生装置から出力される光を変調する光シャッター装置とを備えたことを特徴とする。
【００２７】
この請求項９の発明によれば、光クロックパルス列発生装置として、本発明の光パルス発生装置を使用することとしたため、光パルスの強度揺らぎや時間揺らぎの少ない光クロックパルス列が得られる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明にかかる多波長光源および光通信システムの好適な実施の形態について説明する。図面の記載において、同一または類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。また、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００２９】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１にかかる波形整形器について説明する。実施の形態１にかかる波形整形器は、入力された光をソリトン光に変換するためのものである。図１（ａ）は、波形整形器の構造を示す模式図であり、図１（ｂ）は、実施の形態１にかかる波形整形器の群速度分散Ｄの分布の一例を示すグラフである。
【００３０】
本実施の形態１にかかる波形整形器は、図１（ａ）に示すように、非線形係数が例えば３ｋｍ−１・Ｗ−１以上、好ましくは５．０ｋｍ−１・ｋｍ−１以上であって、例えば高非線形光ファイバ（Ｈｉｇｈ　Ｎｏｎ−Ｌｉｎｅａｒ　Ｆｉｂｅｒ）によって形成される高非線形光伝送路１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅと、非線形係数が例えば３ｋｍ−１・Ｗ−１以下、好ましくは１ｋｍ−１・Ｗ−１以下であって、例えば単一モード光ファイバ（Ｓｉｎｇｌｅ　Ｍｏｄｅ　Ｆｉｂｅｒ）によって形成される低非線形光伝送路２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅとが交互に接続された構造を有する。なお、ここで高非線形光伝送路および低非線形光伝送路の個数については必ずしも５個である必要はなく、６個以上であっても良いし、４個以下であっても良い。
【００３１】
図１（ｂ）に示すように、高非線形光伝送路１ａ〜１ｅは、２次分散値β２の絶対値が４．０以上の等しい値を有し、それぞれの伝送路長Ｌａ〜ＬｅがＬａ＞Ｌｂ＞Ｌｃ＞Ｌｄとなるよう構成されている。例えば、Ｌａ＝１００ｍ、Ｌｂ＝５０ｍ、Ｌｃ＝２５ｍ等というように、長手方向に進むに従って伝送路長が短くなる。
【００３２】
本実施の形態１にかかる波形整形器は、高非線形光伝送路１ａ〜１ｅの伝送路長を長手方向に減少させることによって、等価的に分散減少ファイバを実現している。具体的には、高非線形光伝送路１ａと低非線形光伝送路２ａ、高非線形光伝送路１ｂと低非線形光伝送路２ｂ等を対としてとらえ、各対における群速度分散Ｄ（＝（−２πｃ／λ２）β２）の値の平均値を考えた場合、高非線形光伝送路と低非線形光伝送路との対における２次分散値の絶対値は長手方向に減少しているとみなすことができる。このため、本実施の形態１にかかる波形整形器に光を入力した場合、波形整形器中を伝搬するに従ってソリトン断熱圧縮が行われ、出力される光はソリトン光となる。
【００３３】
高非線形光伝送路１ａ〜１ｅは、非線形係数が例えば３ｋｍ−１・Ｗ−１以上、好ましくは５ｋｍ−１・Ｗ−１と高い値を備えた光伝送路によって形成されているために、分散性を高くすることが可能である。一般に、ソリトン断熱圧縮を行うためには、光伝送路中における非線形性と分散性とが釣り合っている必要がある。従って、従来のように低非線形性光伝送路のみで構成した場合に２次分散値を低く抑制する必要があることと異なり、本実施の形態１にかかる波形整形器では、非線形係数の増大に対応して分散性、具体的には２次分散値の絶対値を増加させることが可能となる。
【００３４】
このため、本実施の形態１にかかる波形整形器では、２次分散値の絶対値を増加させることが可能であり、かつ２次分散値の絶対値の高い高非線形光伝送路１ａ〜１ｅを用いることで光伝送路の伝送長を短縮化することが可能となる。理論上入力光をソリトン光に整形するために最低限必要となる伝送路長であるソリトン周期は、一般に２次分散値の絶対値に対応して決定され、２次分散値の絶対値が増大するとともにソリトン周期は短くなることが知られている。本実施の形態１にかかる波形整形器では、高非線形光伝送路１ａ〜１ｅを使用しているため、２次分散値の絶対値を大きくすることが可能となり、この結果、波形整形器全体における伝送路長が短い、小型の波形整形器を実現することができる。
【００３５】
具体的に、１００ｍＷのピークパワーを有する３ｐｓパルスを入力した場合における波形整形器の構造の一例について以下に説明する。高非線形光伝送路１ａ〜１ｅとして非線形係数が１５ｋｍ−１・Ｗ−１である高非線形光ファイバを使用し、低非線形伝送路２ａ〜２ｅとして単一モード光ファイバを使用した。これらを用いて最適化を行った結果、波形整形器の特性は次のようになる。すなわち、非線形長が０．６７ｋｍ、分散距離が０．１４ｋｍ、２次分散値の絶対値の平均値が４．３ｐｓ２／ｋｍであって、ソリトン周期が０．２５ｋｍである。このため、波形整形器全体の伝送路長は０．２５ｋｍ〜０．６７ｋｍ程度と、従来の８ｋｍ〜２０ｋｍ程度と比較して格段に短くすることができ、小型の波形整形器を実現することができる。
【００３６】
図２は、かかる構造の波形整形器を使用した場合の自己相関波形の変化について示すグラフである。図２上段は、波形整形器に入力させる入力光の自己相関波形を示し、図２下段は、波形整形器から出力される出力光の自己相関波形を示す。図２下段のグラフに示すように、伝送路長が短いにもかかわらず、上記構造の波形整形器によって十分なソリトン光が得られている。
【００３７】
次に、本実施の形態１にかかる波形整形器の利点について説明する。本実施の形態１にかかる波形整形器は、全体の伝送路長を短くすることによって、全体を小型化することが可能であるとともに、他の利点も有する。まず、伝送路長を短くすることによって、光損失による強度の低下を抑制することが可能となる。光伝送路として一般に使用される光ファイバは低損失であるものの、数ｋｍに渡って光を伝搬した場合、光ファイバ中における光損失を無視することはできない。しかし、本実施の形態１にかかる波形整形器では、入力光の伝搬距離を０．２５ｋｍ〜０．６７ｋｍ程度に抑制することができるため、光損失を実用上問題とならない程度に抑制することができる。
【００３８】
また、入力光の伝搬距離を短くすることによって、その他の非線形効果、例えば誘導ブリリュアン効果の発生を従来よりも抑制することができる。誘導ブリリュアン効果の発生を抑制することで出力されるソリトン光の強度の飽和を避けることが可能となり、高い強度のソリトン光を出力することが可能となる。
【００３９】
また、本実施の形態１にかかる波形整形器では、高非線形光伝送路と低非線形伝送路とを組み合わせた構造とすることで、副次的な利点も有する。高非線形光伝送路として一般に使用される高非線形光ファイバは、現時点では分散制御を精密に行うことが容易ではなく、単独で分散減少伝送路を構成することは困難である。しかし、本実施の形態１にかかる波形整形器は、高非線形光伝送路の伝送路長を制御することによって等価的に分散減少伝送路を実現しているため、高非線形光ファイバを用いたにも関わらず精密な分散制御を行うことが可能となると期待される。すなわち、所望の分散特性が得られない場合であっても、伝送路長を調整することで等価的に分散制御を行うことが可能となるという利点を有する。
【００４０】
（変形例）
次に、本実施の形態１にかかる波形整形器の変形例について説明する。変形例にかかる波形整形器は、非線形係数が例えば３ｋｍ−１・Ｗ−１以上、好ましくは５ｋｍ−１・Ｗ−１以上であって、２次分散値の絶対値が互いに相違する複数の高非線形光伝送路を組み合わせた構造を有する。
【００４１】
図３は、変形例にかかる波形整形器の分散Ｄの分布の一例を示すグラフである。図３に示すように、変形例にかかる波形整形器は、長手方向に進むに従って２次分散値の絶対値が減少するように高非線形光伝送路が順次接続された構造を有する。かかる構造によって波形整形器を構成した場合であっても、等価的に分散減少伝送路を実現することが可能である。また、高非線形光伝送路を用いることによって、図１（ａ）に示す構造の波形整形器と同様に伝送路長を短くすることができる。
【００４２】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる波形整形器について説明する。図４は、実施の形態２にかかる波形整形器の構造を示す模式図である。実施の形態２にかかる波形整形器は、誘導ブリリュアン散乱の発生を抑制するため、実施の形態１にかかる波形整形器に光アイソレータを配置したものである。以下、本実施の形態２にかかる波形整形器について、図４を参照して説明する。
【００４３】
実施の形態２にかかる波形整形器は、図４に示すように、非線形係数が５．０ｋｍ−１・ｋｍ−１であって、例えば高非線形光ファイバによって形成される高非線形光伝送路１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅと、非線形係数が１ｋｍ−１・Ｗ−１以下であって、例えば単一モード光ファイバによって形成される低非線形光伝送路２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅとが交互に接続された構造を有する。また、本実施の形態２にかかる波形整形器は、入力端４からの距離がソリトン周期よりも短くなる位置に光アイソレータ３ａ、３ｂが配置された構造を有する。具体的には、低非線形光伝送路２ａと高非線形光伝送路１ｂとの間に光アイソレータ３ａが挿入され、低非線形光伝送路２ｂと高非線形光伝送路１ｃとの間に光アイソレータ３ｂが挿入されている。なお、高非線形光伝送路１ａ〜１ｅ並びに低非線形光伝送路２ａ〜２ｅは、実施の形態１と同様の構造を有するため、ここでの説明は省略する。
【００４４】
光アイソレータ３ａ、３ｂは、波形整形器内部における誘導ブリリュアン散乱の発生を抑制するためのものである。光アイソレータ３ａ、３ｂは、長手方向に伝送する光を透過する一方、戻り光を遮蔽する機能を有し、例えば、屈折率に異方性を有する複屈折結晶、波長板、ファラデー回転子等を組み合わせて形成される。
【００４５】
次に、光アイソレータ３ａ、３ｂが入力端４からの距離がソリトン周期よりも短い位置に配置される理由について説明する。本願発明者等は、光アイソレータが配置される位置と誘導ブリリュアン散乱が発生する入力光の強度（以下、「ＳＢＳ閾値強度」と称する）との相関関係について測定し、光アイソレータを配置する位置の最適化を行っている。
【００４６】
まず、本実施の形態２にかかる波形整形器を高非線形光伝送路１ａ〜１ｅと、低非線形光伝送路２ａ〜２ｅとを交互に組み合わせた構造のみによって構成し、光アイソレータを配置しない場合について説明する。光アイソレータを配置しない構成の場合、ＳＢＳ閾値強度は５０ｍＷ程度となり、入力光の強度が５０ｍＷ以上となった場合には誘導ブリリュアン散乱による戻り光の強度が急激に増加し、波形整形器から出力される光の強度は飽和することが確認された。また、光アイソレータを低非線形光伝送路２ｄと高非線形光伝送路１ｅとの間に配置して測定したところ、光アイソレータを配置しない場合と同様に、ＳＢＳ閾値強度は５０ｍＷであった。波形整形器をさらに長尺化し、入力端４からさらに遠い位置に光アイソレータを配置した場合もＳＢＳ閾値強度は５０ｍＷ程度となり、光アイソレータを挿入することによるＳＢＳ閾値強度の改善はみられなかった。
【００４７】
一方、光アイソレータを低非線形光伝送路２ｃと高非線形光伝送路２ｄとの間に配置した構成の場合、ＳＢＳ閾値強度は７５ｍＷ程度にまで改善され、光アイソレータを挿入することによるＳＢＳ閾値強度が改善されることが明らかとなった。さらに測定した結果、光アイソレータを低非線形光伝送路２ｂと高非線形光伝送路２ｃとの間に配置した場合のＳＢＳ閾値強度は１００ｍＷ、低非線形光伝送路２ａと高非線形光伝送路１ｂとの間に配置した場合には１５０ｍＷとなった。かかる測定結果から、入力端４からの距離が一定値以下となる位置に光りアイソレータを配置した場合には、ＳＢＳ閾値強度が一定の改善がみられることが示された。
【００４８】
これらの測定結果からＳＢＳ閾値強度の改善がみられる光アイソレータの挿入位置について検討したところ、入力端４からの距離がソリトン周期よりも短い位置に光アイソレータを配置することが有効であることが明らかになった。すでに説明したように、ソリトン周期は入力光がソリトン光に変換されるまでに必要とする伝送路長に対応する値である。すなわち、誘導ブリリュアン散乱は入力光がソリトン光に変換される途上において主に発生し、入力端４からの距離がソリトン周期よりも短くなる位置に光アイソレータを配置することによって誘導ブリリュアン散乱の発生を抑制できる。一方、入力光がソリトン光に変換された後は、誘導ブリリュアン散乱の発生はほとんど無く、ソリトン周期よりも遠方に光アイソレータを配置してもＳＢＳ閾値強度の改善はほとんどみられることはない。
【００４９】
従って、本実施の形態２にかかる波形整形器では、入力端４からの距離がソリトン周期よりも短くなる位置に光アイソレータ３ａ、３ｂを配置することによってＳＢＳ閾値強度を改善し、光強度の大きいソリトン光を出力可能な構造としている。
【００５０】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、光アイソレータを配置することによるＳＢＳ閾値強度の改善の程度を説明するためのグラフである。具体的には、図５（ａ）は比較のため光アイソレータを配置しない波形整形器における戻り光の強度について示し、図５（ｂ）〜図５（ｄ）は、光アイソレータ３ａのみを配置した場合、光アイソレータ３ｂのみを配置した場合および光アイソレータ３ａ、３ｂを配置した場合の戻り光の強度についてそれぞれ示す。
【００５１】
図５（ａ）のグラフから明らかなように、光アイソレータを配置しない場合には入力光の強度が５０ｍＷ以上の領域で誘導ブリリュアン散乱に起因した戻り光の強度が急激に増加、すなわちＳＢＳ閾値強度が５０ｍＷとなる。一方、図５（ｂ）〜図５（ｄ）に示すように、光アイソレータを配置することによってＳＢＳ閾値強度は著しく改善され、特に、光アイソレータ３ａ、３ｂの双方を配置した場合にはＳＢＳ閾値強度は２００ｍＷ以上にまで改善される。図５（ｄ）のグラフからも明らかなように、誘導ブリリュアン散乱の発生を効果的に抑制するためには入力端４からの距離がソリトン周期よりも短くなる領域に光アイソレータを複数配置した構造とすることも有効であり好ましい。
【００５２】
次に、高強度の光を入力した場合に本実施の形態２にかかる波形整形器によって得られる出力光の光特性について測定を行った。図６（ａ）は、出力光の自己相関波形を示すグラフであり、上段が光アイソレータを備えない波形整形器に関し、下段が本実施の形態２にかかる波形整形器に関するものである。また、図６（ｂ）は、出力光のスペクトル波形を示すグラフであり、上段が光アイソレータを備えない波形整形器に関し、下段が本実施の形態２にかかる波形整形器に関する。
【００５３】
高強度の光を入力した場合、光アイソレータを有さない波形整形器では誘導ブリリュアン散乱が発生することによって光伝送路中における光強度の値が制限される。従って、伝搬中の光強度の値は一定の値に制限され、十分な強度を得られないことからソリトン変換が満足に行われず、図６（ａ）の上段および図６（ｂ）の上段に示すようなグラフとなる。
【００５４】
一方、本実施の形態２にかかる波形整形器は、光アイソレータを配置することによって伝搬中における誘導ブリリュアン散乱の発生を抑制することができる。そのため、ソリトン圧縮現象が生じ、所望のピコ秒ソリトンパルス列が得られていることが図６（ａ）の下段および図６（ｂ）の下段のようなグラフを得ることができる
【００５５】
なお、光アイソレータ３ａまたは光アイソレータ３ｂは、高非線形光伝送路もしくは低非線形光伝送路の途上に配置する構造としてもよいが、異なる光伝送路の接合部に配置することが好ましい。接合部に配置することで波形整形器の製造行程の煩雑化を避けられるだけでなく、例えば、異なる光伝送路の端部をそれぞれ両端ピグテイルとした光アイソレータを形成することによって、異なる光伝送路間の融着点数を減少させることが可能となる。光伝送路間の融着部分においては一定の光損失が発生することから、本実施の形態２にかかる波形整形器は、融着点数を減少させることによって波形整形器中における光損失を低減できるという利点を有する。
【００５６】
また、図４に示すように波形整形器が高非線形光伝送路と低非線形光伝送路との組み合わせによって形成される場合には、光アイソレータを高非線形光伝送路の前段に配置することが好ましい。誘導ブリリュアン散乱は非線形光学効果の一種であるため、非線形係数の高い高非線形光伝送路中において特に発生しやすい。従って、高非線形光伝送路の前段にアイソレータを設けることによって、高非線形光伝送路中で発生した戻り光を遮蔽することによってより効果的に誘導ブリリュアン散乱の発生を抑制できる。
【００５７】
なお、実施の形態１の変形例にかかる波形整形器に光アイソレータを挿入した構造も誘導ブリリュアン散乱の抑制には効果的である。この場合であっても、入力端からの距離がソリトン周期よりも短い領域に光アイソレータを配置することで、ＳＢＳ閾値強度を改善することができ、高い光強度を有するソリトン光を出力することが可能となる。
【００５８】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかる光パルス発生装置について説明する。図７は、本実施の形態３にかかる光パルス発生装置の構造を示す模式図である。光パルス発生装置の構造は、ソリトン光源６と、光パルス圧縮器７とに大別される。ソリトン光源６は、光パルス圧縮器７に対してソリトン光を供給するためのものであり、光パルス圧縮器７は、入力されたソリトン光に対してソリトン断熱圧縮を施してパルス幅を圧縮するためのものである。
【００５９】
ソリトン光源６は、例えばビート光を出力する発光部８と、発光部８から出力された光をソリトン光に整形する波形整形器９とを備える。また、光パルス圧縮器７は、外部から光を入力するための入力端１０と、入力端１０に接続されたパルス圧縮伝送路１１と、出力端１２とを備える。また、パルス圧縮伝送路１１と出力端１２との間には合波器１３が配設され、合波器１３には励起光源１４が接続され、パルス圧縮伝送路１１に対して励起光を供給可能な構造を有する。
【００６０】
まず、ソリトン光源６について説明する。ソリトン光源６を構成する発光部８は、本実施の形態３ではビート光を出力するものを用いる。具体的には、発光部８は、周波数ｆ０のレーザ光を出力する半導体レーザ素子１５と、周波数ｆ０＋Δｆのレーザ光を出力する半導体レーザ素子１６と、半導体レーザ素子１５、１６から出力されるレーザ光を合波するための合波器１７とを備えた構造を有する。周波数ｆ０、ｆ０＋Δｆのレーザ光を合波することにより、発光部８は、繰り返し周期Δｆのビート波を出力する機能を有する。
【００６１】
また、ソリトン光源６を構成する波形整形器９は、任意の構造のものを用いることが可能であるが、実施の形態１または２に記載された波形整形器を用いることが好ましい。実施の形態１または２にかかる波形整形器を用いることによって、装置が小型で、高い出力のソリトン光を供給することが可能となるためである。
【００６２】
次に、光パルス圧縮器７の構造について説明する。まず、パルス圧縮伝送路１１は、異常分散、すなわち正の分散値をする光ファイバによって形成される。また、パルス圧縮伝送路１１は、非線形係数γが例えば３ｋｍ−１・Ｗ−１以上、好ましくは５．０ｋｍ−１Ｗ−１以上、より好ましくは１５ｋｍ−１Ｗ−１の値を有する。以下では、パルス圧縮伝送路１１として非線形係数γが１５ｋｍ−１Ｗ−１となるものについて説明を行う。
【００６３】
励起光源１４は、パルス圧縮伝送路１１に対して励起光を供給するためのものである。具体的には、励起光源１４は、例えば半導体レーザ素子によって構成され、所定の波長のレーザ光をパルス圧縮伝送路１１に対して出力する機能を有する。なお、本実施の形態３では励起光の進行方向と増幅される光の進行方向とが反対方向となるいわゆる後方励起方式によってラマン増幅を行う構造を有することとする。ただし、励起光と増幅される光の進行方向が同一となる前方励起方式を採用しても良く、前方励起方式と後方励起方式を組み合わせた双方向励起方式を採用しても良い。
【００６４】
また、励起光源１４から出力される光は、増幅される光の波長に対して１００ｎｍ程度短波長側にシフトした波長を有するものとする。ラマン増幅においては、励起光の波長に対して１００ｎｍ程度長波長側にシフトした波長において増幅利得のピークが得られるためである。
【００６５】
つぎに、本実施の形態３にかかる光パルス圧縮器の動作について説明する。まず、外部から所定の条件を満たすソリトン光が入力端１０を介してパルス圧縮伝送路１１に入力される。ここで、一例として、本実施の形態３にかかる光パルス圧縮器に入力されるソリトン光は、基本ソリトン条件を満たすものとする。入力されたソリトン光は、パルス圧縮伝送路１１中において断熱ソリトン圧縮され、パルス圧縮された光が出力端１２から外部に出力される。
【００６６】
パルス圧縮伝送路１１中におけるソリトン断熱圧縮について、以下に詳細に説明する。基本ソリトン条件を満たすソリトン光は、本実施の形態３にかかる光パルス圧縮器に入力された後も、パルス圧縮伝送路１１中を伝搬中に渡って基本ソリトン条件、すなわちソリトン次数が１となる条件を保持しようとする性質を有する。ソリトン次数Ｎは、以下の（１）式によって与えられる。
Ｎ＝（γＰＴ２／｜β２｜）１／２　・・・（１）
ここで、γはパルス圧縮伝送路１１の非線形係数であり、β２はパルス圧縮伝送路１１の２次分散値である。また、Ｐはパルス圧縮伝送路１１中におけるソリトン光のピーク強度、Ｔはパルス圧縮伝送路１１中におけるソリトン光のパルス幅である。
【００６７】
パルス圧縮伝送路１１中を伝搬するソリトン光は、ソリトン次数を１に保持する性質を有するため、パルス圧縮伝送路１１中全般に渡って（１）式における左辺の値が１となる。また、パルス圧縮伝送路１１中では、励起光源１４によって励起光が供給されることでラマン増幅が生じ、伝搬するソリトン光のピーク強度Ｐは増大する。
【００６８】
従って、（１）式の右辺ではソリトン光が伝搬するに従ってＰの値が増大する。これに対して、基本ソリトン条件を維持するため、パルス圧縮伝送路１１中の伝搬中においてはＮ＝１が維持され、かつ非線形係数γは特に変動しない。従って、（１）式の等号を維持するために、伝搬するソリトン光のパルス幅Ｔが減少することとなり、パルス幅Ｔの圧縮が行われることとなる。
【００６９】
本実施の形態３にかかる光パルス圧縮器は、高い非線形係数γを有することから、入力されたソリトン光に対して、短いファイバ長で効率良くラマン増幅を行うことができる。ラマン増幅は、非線形光学効果の一種であることから、非線形係数γの値が大きいほど単位ファイバ長あたりの増幅効率を高めることが可能となる。
【００７０】
このため、所定のピーク強度Ｐを得るために必要なファイバ長を短くすることが可能となり、光パルス圧縮に使用するパルス圧縮伝送路１１のファイバ長は２ｋｍ程度と、非常に短くすることができる。このことは光パルス圧縮器の小型化の観点からは非常に重要な利点であって、パルス圧縮伝送路１１を使用することによって小型の光パルス圧縮器を実現できるという利点を有する。具体的には、従来の光パルス圧縮器と比べてパルス圧縮伝送路１１を１／１０程度の伝送路長とすることが可能であり、小型の光パルス圧縮器によってパルス発生装置を構成することができる。
【００７１】
また、光パルス圧縮器７によれば、所定の２次分散値β２の絶対値に対して、入力されるソリトン光の強度を従来よりも低減することが可能である。図８は、２次分散値β２の絶対値に対して基本ソリトン励起に必要な入力光の強度の依存性を示すグラフである。図８において、曲線ｌ１は従来の光パルス圧縮器について示し、曲線ｌ２は、本実施の形態３における光パルス圧縮器７について示す。
【００７２】
図８からも明らかなように、例えば｜β２｜＝１ｐｓ２／ｋｍの場合において、従来は入力光が１５０ｍＷ程度の強度を必要としていたのに対し、本実施の形態３における光パルス圧縮器７は、２０ｍＷ程度の強度の光を入力することによってパルス圧縮を行うことができる。半導体レーザ素子を光源とした場合２０ｍＷ程度の出力であれば低い注入電流で容易に実現できるため、本実施の形態３にかかる光パルス発生装置では、光増幅器を省略することが可能であると共に、低消費電力の光パルス発生装置を実現することができる。
【００７３】
また、本実施の形態３における光パルス圧縮器７は、高い非線形係数γを有するために、従来の光パルス圧縮器よりも２次分散値β２の値が大きな光ファイバを用いることが可能である。上記したように、入力されるソリトン光は、基本ソリトン条件、具体的には（１）式においてＮ＝１を満たすことが好ましい。従って、非線形係数γの値が小さい場合、２次分散値β２の値を大きくするためには、入力されるソリトン光が高い強度が必要となることから、一般に２次分散値β２の値は低く抑える必要があった。本実施の形態３にかかる光パルス圧縮器では、非線形係数γが高い値を有することから、これに対応して２次分散値β２も高い値に設定しても入力されるソリトン光の強度を高くする必要はなく、低強度の入力光によって高効率のパルス圧縮を行うことが可能である。
【００７４】
パルス圧縮伝送路１１において、２次分散値β２の値を高くすることによる利点について説明する。断熱ソリトン圧縮によるパルス幅の圧縮は、基本的には上記した（１）式に従って行われるが、実際には高次の分散値によってパルス幅の圧縮は制限されることが知られている。具体的には、３次分散値β３、４次分散値β４等が２次分散値β２と比較して所定以上の値を有する場合、ソリトン光のパルス幅の圧縮を効率的に行うことができなくなる。本実施の形態３のように、２次分散値β２の値が高くなるパルス圧縮伝送路１１を用いた場合には、相対的に高次の分散値の値は低下することから、ソリトン光のパルス圧縮を行う際に高次分散値の影響を排除することが可能となる。さらに、パルス圧縮伝送路１１は３次分散値β３の値を従来よりも低くすることが可能であって、例えばβ３の値を従来の１／３程度である０．０３ｐｓ３／ｋｍ程度とすることができる。このことによって、出力光のパルス幅をより小さい値にまで圧縮することが可能となる。
【００７５】
図９は、パルス圧縮伝送路１１に入力する光の強度と圧縮パルス幅の限界との関係を示すグラフである。ここで、曲線ｌ３は、本実施の形態３にかかる光パルス圧縮器について示す曲線であり、曲線ｌ４は、比較のため従来の分散シフト化ファイバを用いた光パルス圧縮器について示す曲線である。曲線ｌ３と曲線ｌ４との比較から明らかなように、本実施の形態３にかかる光パルス圧縮器は、同一の入力光強度に対してより狭い範囲にまでパルス圧縮を行うことが可能である。具体的には、従来の分散シフト化ファイバを用いた場合には１０ｍＷ程度の入力光強度の場合には数ｐｓ程度であっても圧縮することが困難であるのに対して、本実施の形態３にかかる光パルス圧縮器では、２００ｆｓ程度にまでパルス幅を圧縮することができる。
【００７６】
また、１００ｆｓまでパルス幅を圧縮する場合、従来は２５０ｍＷ程度の入力光強度が必要であったのに対し、本実施の形態３における光パルス圧縮器では、非線形係数γ＝１５ｋｍ−１・Ｗ−１、３次分散値β３＝０．１ｐｓ３／ｋｍの場合は４６ｍＷで足り、γ＝１５ｋｍ−１／Ｗ−１、β３＝０．０３ｐｓ３／ｋｍの場合は１５ｍＷで足りる。さらに、γ＝２５ｋｍ−１・Ｗ−１、β３＝０．０３ｐｓ３／ｋｍの場合には入力光の強度を８．３ｍＷであっても１００ｆｓのパルス幅を実現することができる。
【００７７】
なお、パルス圧縮伝送路１１は、従来の分散シフト化ファイバと比較して高次の分散値を低い値とすることが可能である。例えば、３次分散値β３の値について、分散シフト化ファイバでは０．１ｐｓ３／ｋｍ程度が一般的なのに対して、パルス圧縮伝送路１１では、０．０３ｐｓ３／ｋｍ程度にまで３次分散値を低減することが可能である。３次分散値等の値を低減することが可能であることから、パルス圧縮伝送路１１では、高次の分散値に対して２次分散値の値を相対的に高めることが可能となる。例えば、パルス圧縮伝送路１１の３次分散値が０．０３ｐｓ３／ｋｍの場合には、１００ｆｓ程度にまでパルス幅を圧縮する場合に必要な２次分散値は、従来の分散シフト化ファイバでは２ｐｓ２／ｋｍ程度必要となるのに対して、本実施の形態３にかかる光パルス圧縮器では、０．６ｐｓ２／ｋｍ程度でも十分となる。
【００７８】
（変形例）
次に、実施の形態３にかかる光パルス発生装置の変形例について説明する。図１０は、変形例にかかる光パルス発生装置の構造を示す模式図である。変形例においては、ソリトン光源６と光パルス圧縮器７との間に誘導ブリリュウアン散乱の発生を抑制するＳＢＳ発生抑制部２０と、光増幅器２１とを配置した構造を有する。ここで、ＳＢＳ発生抑制部２０は、従来用いられて来たものを用いても良いが、実施の形態２と同様に光伝送路中に光アイソレータを配置する構造としても良い。また、ＳＢＳ発生抑制部２０および光増幅器２１のいずれか一方のみを配置する構造としても良い。
【００７９】
以上、本発明を実施の形態１〜３に渡って説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるのではなく、当業者であれば様々な変形例、実施例に想到することが可能である。例えば、実施の形態１および実施の形態２において、入力端４の前段にもう一対の高非線形光伝送路および低非線形伝送路を配設する構造としても良い。ここで、前段に配設する高非線形光伝送路の伝送路長を高非線形光伝送路１ａよりも短くすることで、より効率的にソリトン変換を行うことが可能となる。
【００８０】
また、実施の形態３では波形整形器９と光パルス圧縮器７とを別個配置する構造としたが、これらを一体的に形成することとしても良い。光パルス圧縮器７を構成するパルス圧縮伝送路１１は、高い非線形係数を有することからビート光に対してソリトン断熱圧縮を行うことが可能であるため、例えばパルス圧縮伝送路１１の伝送路長を増大させることによって波形整形器９と光パルス圧縮器７とを一体的に形成することができる。
【００８１】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４について説明する。実施の形態４にかかる光再生システムは、実施の形態１もしくは２にかかる波形整形器、または実施の形態３にかかる光パルス発生装置を利用したものである。図１１は、実施の形態４にかかる光再生システムの構造を示す模式図である。以下、図１１を参照して、上述した波形整形器を用いた光再生システムについて説明する。
【００８２】
図１１に示す光再生システム１００は、増幅装置１０２と、合波器１０３と、クロック抽出装置１０４と、実施の形態１または２にかかる波形整形器（図１、図４参照）を備えた光パルス発生装置もしくは実施の形態３にかかる光パルス発生装置（図７、図１０を参照）から構成される光クロックパルス列発生装置１０６と、光シャッター装置１０８とを含む。増幅装置１０２は、減衰した信号光を増幅するもので、例えばエルビウム添加ファイバ型増幅器、ラマン増幅器、半導体増幅器、パラメトリック増幅器等をあげることができる。
【００８３】
クロック抽出装置１０４は、信号光パルスの繰返し周波数を抽出するもので、図示しないが、例えば、受光素子、電気的クロック抽出回路、半導体レーザから構成される電子回路を基本とする装置を含んで形成される。この他にも、増幅装置、非線形光学媒質、光フィルタから構成される全光型クロック抽出装置もあげられる。ここで、非線形光学媒質とは、例えば高非線形ファイバおよび半導体素子があげられる。
【００８４】
光クロックパルス列発生装置１０６は信号光パルス繰り返し周波数を有する光クロックパルス列を発生されるもので、上述した波形整形器（図１、図４を参照）を備えた光パルス発生装置もしくは光パルス発生装置（図７、図１０を参照）を利用する。構成、機能等については既に述べたため、ここでの説明は省略する。
【００８５】
光シャッター装置１０８は、合波器１０３で分波された信号光によって光クロックパルス列発生装置１０６の出力光を光変調する装置である。
【００８６】
実施の形態４にかかる光再生システム１００では、伝送されてきた信号光を、まず増幅装置１０２によって増幅し、増幅された信号光を合波器１０３によって分岐し、一方の信号光はそのまま伝播されて光シャッター装置１０８に入射される。他方の信号光は、クロック抽出装置１０４に入射される。クロック抽出装置１０４の出力電気信号によって制御される光クロックパルス列発生装置１０６の出力光は光シャッター装置１０８に入射される。光シャッター装置１０８において、合波器１０３から伝播された信号光で光クロックパルス列を光変調されることによって、信号光タイミングが再生される。
【００８７】
このように、光クロックパルス列発生装置１０６として、本発明の光パルス発生装置を使用すると、光パルスの強度揺らぎや時間揺らぎの少ない光クロックパルス列が得られる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、高非線形光伝送路と低非線形光伝送路とを複数配設し、高非線形光伝送路と低非線形光伝送路の２次分散値の絶対値を互いに相違させることとしたため、等価的に分散減少伝送路を実現することができ、かつ高非線形光伝送路を用いたことで全体として高い分散特性を有する波形整形器を実現することができるという効果を奏する。
【００８９】
また、この発明によれば、ソリトン周期以下となる距離に光アイソレータを配置することとしたため、波形整形器中における誘導ブリリュアン散乱の発生を抑制することができ、強度の高いソリトン光を出力することができるという効果を奏する。
【００９０】
また、この発明によれば、光伝送路の接合部に光アイソレータを配設することとしたため、融着点数を減少させることが可能となり、光損失を低減した波形整形器を実現することができるという効果を奏する。
【００９１】
また、この発明によれば、光アイソレータが高非線形光伝送路の前段に配設されることとしたため、誘導ブリリュアン散乱の発生をより効果的に抑制することができる。誘導ブリリュアン散乱は非線形光学効果の一種であることから、高非線形光伝送路において発生しやすい。そのため、高非線形光伝送路の前段に光りアイソレータを配設することによって誘導ブリリュアン散乱の発生をより効果的に抑制することができるという効果を奏する。
【００９２】
また、この発明によれば、高非線形光伝送路中を伝送する光に対してラマン増幅を行うこととしたため、高非線形光伝送路の伝送路長を短縮化できると共に、出力光のパルス幅をより圧縮することができるという効果を奏する。
【００９３】
また、この発明によれば、光再生システムを形成する光クロックパルス列発生装置として、上記の波形整形器および／または光パルス発生装置を使用する構成としたため、光パルスの強度揺らぎや時間揺らぎの少ない光クロックパルス列が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、実施の形態１にかかる波形整形器の構造を示す模式図であり、（ｂ）は、実施の形態１にかかる波形整形器の群速度分散の分布の一例を示すグラフである。
【図２】実施の形態１にかかる波形整形器によってソリトン変換を行った場合の入力光と出力光の自己相関関係の変化について説明するためのグラフである。
【図３】実施の形態１の変形例にかかる波形整形器における群速度分散の分布の一例を示すグラフである。
【図４】実施の形態２にかかる波形整形器の構造を示す模式図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、アイソレータの有無および配置する位置による戻り光の強度の変化について説明するためのグラフである。
【図６】（ａ）は出力光の自己相関関係を示すグラフであり、（ｂ）は、出力光のスペクトル波形を示すグラフである。
【図７】実施の形態３にかかる光パルス発生装置の構造を示す模式図である。
【図８】２次分散値の絶対値に対して基本ソリトン励起に必要な入力光の強度の依存性を示すグラフである。
【図９】パルス圧縮伝送路に入力する光の強度と圧縮パルス幅の限界値との関係を示すグラフである。
【図１０】実施の形態３の変形例にかかる光パルス発生装置の構造を示す模式図である。
【図１１】本発明の波形整形器を配置させた光再生システムの一構成例を示す図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｅ　　　　高非線形光伝送路
２ａ〜２ｅ　　　　低非線形伝送路
３ａ、３ｂ　　　　光アイソレータ
４　　　　　入力端
６　　　　　ソリトン光源
７　　　　　光パルス圧縮器
８　　　　　発光部
９　　　　　波形整形器
１０　　　入力端
１１　　　パルス圧縮伝送路
１２　　　出力端
１３　　　合波器
１４　　　励起光源
１５　　　半導体レーザ素子
１６　　　半導体レーザ素子
１７　　　合波器
２０　　　発生抑制部
２１　　　光増幅器
１００　光再生システム
１０２　増幅装置
１０３　カプラー
１０４　クロック抽出装置
１０６　クロック再生装置
１０８　光シャッター装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for generating soliton light having an extremely short pulse width, and more particularly to a small-sized and simple-structured waveform shaper, an optical pulse generator, and an optical reproduction system.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the explosive spread of the Internet and the like, in the field of optical communication, a demand for faster signal transmission is increasing. One of means for speeding up signal transmission is to use a signal light source capable of supplying a high bit rate optical signal, that is, a signal light having a pulse width of about several tens to several hundreds of fs. However, since it is very difficult to directly realize such ultra-short pulse signal light by using a semiconductor laser element used as a light source, at present, the light output from the semiconductor laser element is converted into soliton light. A high bit rate optical signal is realized by an optical pulse generator that performs pulse compression.
[0003]
As a means for converting light output from a semiconductor laser element into soliton light, a waveform shaper that performs soliton conversion by propagating a beat wave through a dispersion shifted fiber is known. For example, two light beams having slightly different frequencies are multiplexed and propagated through a dispersion-shifted fiber by about 8 km to 20 km, so that soliton light of about several ps can be obtained.
[0004]
Also, as one of the techniques for pulse compression of soliton light, an optical pulse compressor using adiabatic soliton compression is known. Specifically, an optical fiber whose dispersion value decreases in the longitudinal direction (Dispersion-Decreasing Fiber: hereinafter, referred to as “DDF”), or a long erbium-doped dispersion reducing fiber amplifier in which DDF is combined with EDFA which is an optical amplifier ( An optical pulse compressor is configured using a Dispersion-Decreassing Erbium Doped Fiber Amplifier (hereinafter, referred to as “DD-EDFA”). By transmitting the soliton light in an optical fiber whose dispersion value decreases in the longitudinal direction, adiabatic soliton compression occurs and the pulse width can be reduced.
[0005]
However, in order to perform adiabatic soliton compression, it is generally difficult to manufacture an optical pulse compressor having the above structure because it is necessary to precisely control the waveform of input light and the dispersion value of an optical fiber to be transmitted. In addition, when the waveform of the input light is disturbed due to aging or the like, or when the dispersion value shifts, it is necessary to replace the entire device. .
[0006]
On the other hand, an optical pulse compressor based on the same adiabatic soliton compression and incorporating a Raman amplifier has attracted attention. Since Raman amplification performs optical amplification using stimulated Raman scattering, which is a nonlinear optical effect, unlike EDFA and the like, it is possible to adjust amplification gain by varying the intensity and wavelength of pump light. Therefore, adiabatic soliton compression can be easily performed by controlling the amplification gain so as to compensate for fluctuations in the input light waveform and the dispersion value of the dispersion-shifted fiber (for example, see Non-Patent Document 1).
[0007]
[Non-patent document 1]
Hall (RC Reeves-Hall) et al., "Picosecond soliton pulse-duration-selectable source based on diabatic compression in a Raman amplifier. Lett.), 2000, Vol. 36, p. 622-624
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the optical pulse compressor is configured by incorporating Raman amplification, there is a problem that the optical pulse compressor becomes large. Raman amplification has a lower amplification efficiency than EDFA, and usually requires a dispersion-shifted fiber having a fiber length of several tens of km in order to perform sufficient optical amplification. Become. The same is true for the waveform shaper. The conventional structure requires a dispersion-shifted fiber having a fiber length of about 8 km to about 20 km, and it is difficult to reduce the size.
[0009]
Further, since Raman amplification is a kind of nonlinear optical effect, it is necessary to increase the intensity of signal light input to an optical fiber. In particular, when performing a soliton adiabatic compression, it is an essential requirement to increase the intensity of signal light in order to eliminate the influence of higher-order dispersion. Generally, it is difficult to increase the output of a DFB (Distributed Feedback) laser or the like that is widely used as a signal light source, so that it is necessary to amplify the signal light before inputting the optical fiber.
[0010]
For this reason, in order to configure an optical pulse compressor incorporating Raman amplification, it is necessary to further incorporate an EDFA or the like as an optical amplifier, which causes a problem that the device configuration becomes complicated and downsizing becomes more difficult. .
[0011]
Even if an EDFA or a light source capable of high output is used, a problem occurs. In general, when a laser beam having an intensity exceeding a certain threshold is propagated, scattered light due to stimulated Brillouin scattering (Stimulated Brillouin Scattering) occurs in the optical fiber. Therefore, even if the intensity of light input to the optical fiber is increased, It is known that the intensity of light that propagates through an optical fiber and is output to the outside is saturated. Therefore, when a conventional optical fiber is used, the light intensity in the optical fiber is also limited to a certain extent, and it is difficult to efficiently perform adiabatic soliton compression.
[0012]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the related art, and has as its object to provide a small-sized and simple-structured waveform shaper, optical pulse generator, and optical reproduction system.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a waveform shaper according to claim 1 is a waveform shaper that converts input light into soliton light, wherein a highly nonlinear optical transmission line and a nonlinear coefficient lower than the highly nonlinear optical transmission line are provided. And a structure in which a plurality of high nonlinear optical transmission lines and low nonlinear optical transmission lines having different absolute values of secondary dispersion values are provided.
[0014]
According to the first aspect of the present invention, since a plurality of highly nonlinear optical transmission lines and a plurality of low nonlinear optical transmission lines are provided, a dispersion-reduced transmission line can be equivalently realized, and highly nonlinear optical transmission is realized. By using the path, a waveform shaper having high dispersion characteristics as a whole can be realized.
[0015]
According to a second aspect of the present invention, in the waveform shaper according to the first aspect, an optical isolator is further provided in a region where a distance from the input terminal is equal to or less than a soliton cycle.
[0016]
According to the second aspect of the present invention, since the optical isolator is arranged at a distance shorter than the soliton period, it is possible to suppress the occurrence of stimulated Brillouin scattering in the waveform shaper, and to output high-intensity soliton light. can do.
[0017]
According to a third aspect of the present invention, in the waveform shaper according to the first aspect, the optical isolator is disposed at a junction between different optical transmission lines.
[0018]
According to the third aspect of the present invention, since the optical isolator is provided at the junction of the optical transmission line, the number of fusion points can be reduced, and a waveform shaper with reduced optical loss can be realized. Can be.
[0019]
According to a fourth aspect of the present invention, in the waveform shaper according to the first aspect, the optical isolator is provided in a stage preceding the highly nonlinear optical transmission line.
[0020]
According to the fourth aspect of the present invention, since the optical isolator is disposed at the front stage of the highly nonlinear optical transmission line, the occurrence of stimulated Brillouin scattering can be suppressed more effectively. Since stimulated Brillouin scattering is a kind of nonlinear optical effect, it tends to occur in a highly nonlinear optical transmission line. Therefore, by arranging the optical isolator before the highly nonlinear optical transmission line, the occurrence of stimulated Brillouin scattering can be more effectively suppressed.
[0021]
The optical pulse generator according to claim 5 has a nonlinear coefficient of 3 km. -1 ・ W -1 A pulse width compression unit that includes the highly nonlinear optical transmission path described above, compresses a pulse width by adiabatic soliton compression while Raman-amplifying input light, and supplies pump light for Raman amplification to the pulse compression unit. And an optical coupling means for optically coupling the excitation light source with the pulse width compression means.
[0022]
According to the fifth aspect of the present invention, since the Raman amplification is performed on the light transmitted through the highly nonlinear optical transmission line, the transmission line length of the highly nonlinear optical transmission line can be shortened, and the pulse of the output light can be reduced. The width can be more compressed.
[0023]
An optical pulse generator according to a sixth aspect of the present invention, in the above invention, is arranged before the pulse width compression means, wherein the waveform shaper according to any one of the first to fourth aspects, The light emitting device further comprises a light emitting means disposed at a front stage of the container.
[0024]
The optical pulse generator according to claim 7 is characterized in that, in the above invention, the optical pulse generator further comprises an optical amplifier disposed before the pulse compression means.
[0025]
An optical pulse generating apparatus according to claim 8 is characterized in that, in the above invention, a stimulated Brillouin scattering suppression means provided before the pulse compression means is further provided.
[0026]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an optical regeneration system comprising: a clock extracting device for extracting a repetition frequency of transmitted light; a waveform shaper according to the first to fourth aspects; An optical clock pulse train generating device provided with a device, and an optical shutter device for modulating light output from the optical clock pulse train generating device based on the frequency extracted by the clock extracting device. .
[0027]
According to the ninth aspect of the present invention, since the optical pulse generator of the present invention is used as the optical clock pulse train generator, an optical clock pulse train with less intensity fluctuation and time fluctuation of the optical pulse can be obtained.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a multi-wavelength light source and an optical communication system according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. It should be noted that the drawings are schematic and different from actual ones. Further, it goes without saying that the drawings include portions having different dimensional relationships and ratios.
[0029]
(Embodiment 1)
First, a waveform shaper according to the first embodiment will be described. The waveform shaper according to the first embodiment is for converting input light into soliton light. FIG. 1A is a schematic diagram illustrating a structure of a waveform shaper, and FIG. 1B is a graph illustrating an example of a distribution of a group velocity variance D of the waveform shaper according to the first embodiment.
[0030]
As shown in FIG. 1A, the waveform shaper according to the first embodiment has a nonlinear coefficient of, for example, 3 km. -1 ・ W -1 Above, preferably 5.0 km -1 ・ Km -1 As described above, for example, a highly nonlinear optical transmission line 1a, 1b, 1c, 1d, 1e formed by a highly nonlinear optical fiber (High Non-Linear Fiber) and a nonlinear coefficient of, for example, 3 km -1 ・ W -1 Below, preferably 1 km -1 ・ W -1 In the following, for example, it has a structure in which low nonlinear optical transmission lines 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e formed by a single mode fiber (Single Mode Fiber) are alternately connected. Here, the number of high nonlinear optical transmission lines and low nonlinear optical transmission lines is not necessarily five, but may be six or more or four or less.
[0031]
As shown in FIG. 1B, the highly nonlinear optical transmission lines 1a to 1e have a second-order dispersion β 2 Has an equal value of 4.0 or more, and the transmission line lengths La to Le satisfy La>Lb>Lc> Ld. For example, the length of the transmission path becomes shorter as it advances in the longitudinal direction, such as La = 100 m, Lb = 50 m, Lc = 25 m, and the like.
[0032]
The waveform shaper according to the first embodiment equivalently realizes a dispersion-reduced fiber by reducing the transmission line length of the highly nonlinear optical transmission lines 1a to 1e in the longitudinal direction. Specifically, the high nonlinear optical transmission line 1a and the low nonlinear optical transmission line 2a, the high nonlinear optical transmission line 1b and the low nonlinear optical transmission line 2b, etc. are taken as a pair, and the group velocity dispersion D (= (− 2πc / Λ 2 ) Β 2 ), The absolute value of the secondary dispersion value in the pair of the highly nonlinear optical transmission line and the low nonlinear optical transmission line can be regarded as decreasing in the longitudinal direction. For this reason, when light is input to the waveform shaper according to the first embodiment, soliton adiabatic compression is performed as it propagates through the waveform shaper, and the output light becomes soliton light.
[0033]
The highly nonlinear optical transmission lines 1a to 1e have a nonlinear coefficient of, for example, 3 km. -1 ・ W -1 Above, preferably 5km -1 ・ W -1 And the optical transmission line having a high value, it is possible to increase the dispersibility. In general, in order to perform soliton adiabatic compression, it is necessary that nonlinearity and dispersibility in an optical transmission line are balanced. Therefore, unlike the conventional case in which it is necessary to suppress the second-order dispersion value to a low level when only the low-nonlinearity optical transmission line is used, the waveform shaper according to the first embodiment has a problem in that the nonlinear coefficient increases. Correspondingly, it is possible to increase the dispersibility, specifically the absolute value of the secondary dispersion value.
[0034]
For this reason, in the waveform shaper according to the first embodiment, it is possible to increase the absolute value of the secondary dispersion value and to use the highly nonlinear optical transmission lines 1a to 1e having a high absolute value of the secondary dispersion value. By using this, it becomes possible to shorten the transmission length of the optical transmission line. The soliton period, which is the minimum transmission line length theoretically necessary to shape the input light into soliton light, is generally determined according to the absolute value of the secondary dispersion, and the absolute value of the secondary dispersion increases. It is known that the soliton period becomes shorter as the result. In the waveform shaper according to the first embodiment, since the highly nonlinear optical transmission lines 1a to 1e are used, it is possible to increase the absolute value of the second-order dispersion value. As a result, in the entire waveform shaper, A small waveform shaper with a short transmission path length can be realized.
[0035]
Specifically, an example of the structure of the waveform shaper when a 3 ps pulse having a peak power of 100 mW is input will be described below. The nonlinear coefficient is 15 km as the highly nonlinear optical transmission lines 1a to 1e. -1 ・ W -1 And a single mode optical fiber was used as the low nonlinear transmission lines 2a to 2e. As a result of performing optimization using these, the characteristics of the waveform shaper are as follows. That is, the nonlinear length is 0.67 km, the dispersion distance is 0.14 km, and the average of the absolute values of the secondary dispersion values is 4.3 ps. 2 / Km, and the soliton period is 0.25 km. For this reason, the transmission path length of the entire waveform shaper can be significantly reduced to about 0.25 km to 0.67 km as compared with the conventional about 8 km to 20 km, and a compact waveform shaper can be realized. it can.
[0036]
FIG. 2 is a graph showing a change in the autocorrelation waveform when the waveform shaper having such a structure is used. The upper part of FIG. 2 shows the autocorrelation waveform of the input light input to the waveform shaper, and the lower part of FIG. 2 shows the autocorrelation waveform of the output light output from the waveform shaper. As shown in the lower graph of FIG. 2, sufficient soliton light is obtained by the waveform shaper having the above structure, despite the short transmission path length.
[0037]
Next, advantages of the waveform shaper according to the first embodiment will be described. The waveform shaper according to the first embodiment can reduce the overall size by shortening the entire transmission path length, and has other advantages. First, by shortening the transmission path length, it is possible to suppress a decrease in intensity due to optical loss. An optical fiber generally used as an optical transmission line has low loss, but when light propagates over several kilometers, the optical loss in the optical fiber cannot be ignored. However, in the waveform shaper according to the first embodiment, the propagation distance of the input light can be suppressed to about 0.25 km to 0.67 km, so that the optical loss can be suppressed to a level that does not cause a practical problem. it can.
[0038]
Further, by reducing the propagation distance of the input light, the occurrence of other non-linear effects, for example, the induced Brillouin effect can be suppressed as compared with the related art. By suppressing the occurrence of the stimulated Brillouin effect, it is possible to avoid saturation of the intensity of the output soliton light, and to output a high intensity soliton light.
[0039]
The waveform shaper according to the first embodiment also has a secondary advantage by having a structure in which the highly nonlinear optical transmission line and the low nonlinear transmission line are combined. At present, it is not easy to precisely control the dispersion of a highly nonlinear optical fiber generally used as a highly nonlinear optical transmission line, and it is difficult to form a dispersion reduction transmission line by itself. However, since the waveform shaper according to the first embodiment equivalently realizes the dispersion-reduced transmission line by controlling the transmission line length of the highly nonlinear optical transmission line, the waveform shaper using the highly nonlinear optical fiber cannot be used. Nevertheless, it is expected that precise distributed control can be performed. In other words, there is an advantage that even if a desired dispersion characteristic cannot be obtained, dispersion control can be equivalently performed by adjusting the transmission path length.
[0040]
(Modification)
Next, a modified example of the waveform shaper according to the first embodiment will be described. The waveform shaper according to the modification has a nonlinear coefficient of, for example, 3 km. -1 ・ W -1 Above, preferably 5km -1 ・ W -1 As described above, it has a structure in which a plurality of highly nonlinear optical transmission lines having different absolute values of the secondary dispersion values are combined.
[0041]
FIG. 3 is a graph showing an example of the distribution of the variance D of the waveform shaper according to the modification. As shown in FIG. 3, the waveform shaper according to the modification has a structure in which highly nonlinear optical transmission lines are sequentially connected so that the absolute value of the secondary dispersion value decreases in the longitudinal direction. Even when a waveform shaper is configured with such a structure, it is possible to equivalently realize a dispersion-reduced transmission path. Further, by using a highly nonlinear optical transmission line, the transmission line length can be shortened similarly to the waveform shaper having the structure shown in FIG.
[0042]
(Embodiment 2)
Next, a waveform shaper according to the second embodiment will be described. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a structure of the waveform shaper according to the second embodiment. In the waveform shaper according to the second embodiment, an optical isolator is arranged in the waveform shaper according to the first embodiment in order to suppress the occurrence of stimulated Brillouin scattering. Hereinafter, the waveform shaper according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
[0043]
As shown in FIG. 4, the waveform shaper according to the second embodiment has a nonlinear coefficient of 5.0 km. -1 ・ Km -1 For example, a highly nonlinear optical transmission line 1a, 1b, 1c, 1d, 1e formed by a highly nonlinear optical fiber and a nonlinear coefficient of 1 km -1 ・ W -1 Below, for example, it has a structure in which low nonlinear optical transmission lines 2a, 2b, 2c, 2d, and 2e formed by a single mode optical fiber are alternately connected. The waveform shaper according to the second embodiment has a structure in which the optical isolators 3a and 3b are arranged at positions where the distance from the input terminal 4 is shorter than the soliton period. Specifically, an optical isolator 3a is inserted between the low nonlinear optical transmission line 2a and the high nonlinear optical transmission line 1b, and the optical isolator 3b is inserted between the low nonlinear optical transmission line 2b and the high nonlinear optical transmission line 1c. Has been inserted. Note that the highly nonlinear optical transmission lines 1a to 1e and the low nonlinear optical transmission lines 2a to 2e have the same structure as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0044]
The optical isolators 3a and 3b are for suppressing the occurrence of stimulated Brillouin scattering inside the waveform shaper. The optical isolators 3a and 3b have a function of transmitting light transmitted in the longitudinal direction and blocking return light, and include, for example, a birefringent crystal, a wave plate, and a Faraday rotator having anisotropy in refractive index. It is formed in combination.
[0045]
Next, the reason why the optical isolators 3a and 3b are arranged at positions where the distance from the input terminal 4 is shorter than the soliton cycle will be described. The present inventors measure the correlation between the position where the optical isolator is arranged and the intensity of the input light at which stimulated Brillouin scattering occurs (hereinafter, referred to as “SBS threshold intensity”), and determine the position of the position where the optical isolator is arranged. Optimization has been performed.
[0046]
First, a case where the waveform shaper according to the second embodiment is configured only by a structure in which the highly nonlinear optical transmission lines 1a to 1e and the low nonlinear optical transmission lines 2a to 2e are alternately combined, and no optical isolator is provided. explain. In the case where the optical isolator is not provided, the SBS threshold intensity is about 50 mW, and when the input light intensity is 50 mW or more, the intensity of the return light due to stimulated Brillouin scattering sharply increases and is output from the waveform shaper. It was confirmed that the light intensity was saturated. When the optical isolator was placed between the low nonlinear optical transmission line 2d and the high nonlinear optical transmission line 1e and measured, the SBS threshold strength was 50 mW, as in the case where the optical isolator was not placed. Even when the waveform shaper was made longer and an optical isolator was arranged at a position further distant from the input terminal 4, the SBS threshold intensity was about 50 mW, and improvement of the SBS threshold intensity by inserting the optical isolator was not observed.
[0047]
On the other hand, in the case of a configuration in which the optical isolator is arranged between the low nonlinear optical transmission line 2c and the high nonlinear optical transmission line 2d, the SBS threshold intensity is improved to about 75 mW, and the SBS threshold intensity by inserting the optical isolator is reduced. It became clear that it was improved. As a result of further measurement, when the optical isolator is disposed between the low nonlinear optical transmission line 2b and the high nonlinear optical transmission line 2c, the SBS threshold strength is 100 mW, and the SBS threshold intensity is lower than that between the low nonlinear optical transmission line 2a and the high nonlinear optical transmission line 1b. When placed between them, the power was 150 mW. These measurement results show that when the optical isolator is disposed at a position where the distance from the input terminal 4 is equal to or less than a certain value, the SBS threshold intensity has a certain improvement.
[0048]
From these measurement results, when the insertion position of the optical isolator where the SBS threshold strength is improved is examined, it is clear that it is effective to arrange the optical isolator at a position where the distance from the input terminal 4 is shorter than the soliton period. Became. As described above, the soliton period is a value corresponding to the transmission path length required until input light is converted into soliton light. That is, stimulated Brillouin scattering mainly occurs during the conversion of input light into soliton light, and the occurrence of stimulated Brillouin scattering is caused by arranging an optical isolator at a position where the distance from the input end 4 is shorter than the soliton period. Can be suppressed. On the other hand, after the input light is converted into soliton light, stimulated Brillouin scattering hardly occurs, and even if an optical isolator is arranged farther than the soliton cycle, the SBS threshold intensity hardly improves.
[0049]
Therefore, in the waveform shaper according to the second embodiment, the SBS threshold intensity is improved by arranging the optical isolators 3a and 3b at positions where the distance from the input terminal 4 is shorter than the soliton period, and the light intensity is large. It has a structure that can output soliton light.
[0050]
FIGS. 5A to 5D are graphs for explaining the degree of improvement of the SBS threshold intensity by disposing the optical isolator. Specifically, FIG. 5A shows the intensity of the return light in a waveform shaper without an optical isolator for comparison, and FIGS. 5B to 5D show only the optical isolator 3a. In the case, the intensity of the return light in the case where only the optical isolator 3b is arranged and in the case where the optical isolators 3a and 3b are arranged will be described.
[0051]
As is clear from the graph of FIG. 5A, when the optical isolator is not disposed, the intensity of the return light caused by stimulated Brillouin scattering sharply increases in the region where the intensity of the input light is 50 mW or more, that is, the SBS threshold intensity. Is 50 mW. On the other hand, as shown in FIGS. 5B to 5D, the SBS threshold intensity is significantly improved by disposing the optical isolators. In particular, when both of the optical isolators 3a and 3b are disposed, the SBS threshold value is improved. The intensity is improved to over 200 mW. As is clear from the graph of FIG. 5D, in order to effectively suppress the occurrence of stimulated Brillouin scattering, a structure in which a plurality of optical isolators are arranged in a region where the distance from the input terminal 4 is shorter than the soliton period. It is also effective and preferable.
[0052]
Next, the optical characteristics of output light obtained by the waveform shaper according to the second embodiment when high-intensity light was input were measured. FIG. 6A is a graph showing the autocorrelation waveform of the output light. The upper part relates to the waveform shaper without an optical isolator, and the lower part relates to the waveform shaper according to the second embodiment. FIG. 6B is a graph showing the spectrum waveform of the output light. The upper part relates to a waveform shaper without an optical isolator, and the lower part relates to the waveform shaper according to the second embodiment.
[0053]
When high-intensity light is input, in a waveform shaper having no optical isolator, stimulated Brillouin scattering occurs, thereby limiting the value of light intensity in the optical transmission line. Therefore, the value of the light intensity during propagation is limited to a certain value, and the sufficient intensity cannot be obtained, so that the soliton conversion is not performed satisfactorily, and the upper stage of FIG. 6A and the upper stage of FIG. The graph becomes as shown.
[0054]
On the other hand, the waveform shaper according to the second embodiment can suppress the occurrence of stimulated Brillouin scattering during propagation by arranging the optical isolator. For this reason, a soliton compression phenomenon occurs, and a graph as shown in the lower part of FIG. 6A and the lower part of FIG. 6B can be obtained to obtain a desired picosecond soliton pulse train.
[0055]
Note that the optical isolator 3a or the optical isolator 3b may be arranged on the way of the high nonlinear optical transmission line or the low nonlinear optical transmission line, but is preferably arranged at the junction of different optical transmission lines. By arranging them at the junctions, not only can the manufacturing process of the waveform shaper be complicated, but also, for example, by forming optical isolators each having a pigtail at each end of a different optical transmission line, different optical transmission lines can be formed. The number of fusion points between them can be reduced. Since a certain amount of light loss occurs in the fusion portion between the optical transmission lines, the waveform shaper according to the second embodiment can reduce the optical loss in the waveform shaper by reducing the number of fusion points. It has the advantage that.
[0056]
When the waveform shaper is formed by a combination of a highly nonlinear optical transmission line and a low nonlinear optical transmission line as shown in FIG. 4, it is preferable to dispose the optical isolator before the highly nonlinear optical transmission line. . Since stimulated Brillouin scattering is a kind of nonlinear optical effect, it is particularly likely to occur in a highly nonlinear optical transmission line having a high nonlinear coefficient. Therefore, by providing an isolator in front of the highly nonlinear optical transmission line, it is possible to more effectively suppress the generation of stimulated Brillouin scattering by blocking return light generated in the highly nonlinear optical transmission line.
[0057]
The structure in which the optical isolator is inserted in the waveform shaper according to the modification of the first embodiment is also effective for suppressing stimulated Brillouin scattering. Even in this case, by arranging the optical isolator in a region where the distance from the input terminal is shorter than the soliton period, the SBS threshold intensity can be improved, and soliton light having high light intensity can be output. It becomes possible.
[0058]
(Embodiment 3)
Next, an optical pulse generator according to a third embodiment will be described. FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a structure of the optical pulse generator according to the third embodiment. The structure of the optical pulse generator is roughly divided into a soliton light source 6 and an optical pulse compressor 7. The soliton light source 6 is for supplying soliton light to the optical pulse compressor 7, and the optical pulse compressor 7 performs a soliton adiabatic compression on the input soliton light to compress the pulse width. It is for.
[0059]
The soliton light source 6 includes, for example, a light emitting unit 8 that outputs beat light, and a waveform shaper 9 that shapes light output from the light emitting unit 8 into soliton light. The optical pulse compressor 7 includes an input terminal 10 for inputting light from the outside, a pulse compression transmission line 11 connected to the input terminal 10, and an output terminal 12. Further, a multiplexer 13 is provided between the pulse compression transmission line 11 and the output end 12, and an excitation light source 14 is connected to the multiplexer 13 to supply excitation light to the pulse compression transmission line 11. Has a possible structure.
[0060]
First, the soliton light source 6 will be described. In the third embodiment, the light emitting unit 8 that constitutes the soliton light source 6 outputs a beat light. Specifically, the light emitting unit 8 has a frequency f 0 Semiconductor laser device 15 that outputs laser light of 0 The semiconductor laser device 16 has a structure including a semiconductor laser device 16 that outputs a laser beam of + Δf and a multiplexer 17 for multiplexing the laser beams output from the semiconductor laser devices 15 and 16. Frequency f 0 , F 0 By multiplexing the laser light of + Δf, the light emitting section 8 has a function of outputting a beat wave having a repetition period Δf.
[0061]
Further, the waveform shaper 9 constituting the soliton light source 6 can have any structure, but it is preferable to use the waveform shaper described in the first or second embodiment. By using the waveform shaper according to the first or second embodiment, the device can be small and can supply high-output soliton light.
[0062]
Next, the structure of the optical pulse compressor 7 will be described. First, the pulse compression transmission line 11 is formed by an optical fiber having anomalous dispersion, that is, a positive dispersion value. The pulse compression transmission line 11 has a nonlinear coefficient γ of, for example, 3 km. -1 ・ W -1 Above, preferably 5.0 km -1 W -1 Above, more preferably 15km -1 W -1 Has the value of In the following, the nonlinear coefficient γ is 15 km for the pulse compression transmission line 11. -1 W -1 Will be described.
[0063]
The excitation light source 14 supplies excitation light to the pulse compression transmission line 11. Specifically, the pumping light source 14 is formed of, for example, a semiconductor laser element, and has a function of outputting laser light having a predetermined wavelength to the pulse compression transmission line 11. The third embodiment has a structure in which Raman amplification is performed by a so-called backward pumping method in which the traveling direction of the pump light and the traveling direction of the amplified light are opposite to each other. However, a forward pumping method in which the traveling directions of the pump light and the amplified light are the same may be adopted, or a bidirectional pumping method combining the forward pumping method and the backward pumping method may be adopted.
[0064]
The light output from the excitation light source 14 has a wavelength shifted to a shorter wavelength side by about 100 nm with respect to the wavelength of the light to be amplified. This is because, in Raman amplification, the peak of the amplification gain is obtained at a wavelength shifted to a longer wavelength side by about 100 nm with respect to the wavelength of the pump light.
[0065]
Next, the operation of the optical pulse compressor according to the third embodiment will be described. First, soliton light that satisfies predetermined conditions is externally input to the pulse compression transmission line 11 via the input terminal 10. Here, as an example, it is assumed that the soliton light input to the optical pulse compressor according to the third embodiment satisfies the basic soliton condition. The input soliton light is subjected to adiabatic soliton compression in the pulse compression transmission line 11, and the pulse-compressed light is output from the output end 12 to the outside.
[0066]
The soliton adiabatic compression in the pulse compression transmission line 11 will be described in detail below. The soliton light that satisfies the basic soliton condition remains in the basic soliton condition, that is, the soliton order 1 during propagation through the pulse compression transmission line 11 even after being input to the optical pulse compressor according to the third embodiment. It has the property to keep the condition. The soliton order N is given by the following equation (1).
N = (γPT 2 / | Β 2 ｜) 1/2 ... (1)
Here, γ is a nonlinear coefficient of the pulse compression transmission line 11, and β 2 Is a secondary dispersion value of the pulse compression transmission line 11. P is the peak intensity of the soliton light in the pulse compression transmission line 11, and T is the pulse width of the soliton light in the pulse compression transmission line 11.
[0067]
Since the soliton light propagating in the pulse compression transmission line 11 has the property of keeping the soliton order at 1, the value of the left side in the expression (1) becomes 1 throughout the pulse compression transmission line 11. Further, in the pulse compression transmission line 11, when the pumping light is supplied by the pumping light source 14, Raman amplification occurs, and the peak intensity P of the propagating soliton light increases.
[0068]
Therefore, on the right side of the equation (1), the value of P increases as the soliton light propagates. On the other hand, in order to maintain the basic soliton condition, N = 1 is maintained during propagation in the pulse compression transmission line 11, and the nonlinear coefficient γ does not change. Therefore, in order to maintain the equality of the equation (1), the pulse width T of the propagating soliton light decreases, and the pulse width T is compressed.
[0069]
Since the optical pulse compressor according to the third embodiment has a high nonlinear coefficient γ, Raman amplification can be efficiently performed on input soliton light with a short fiber length. Since Raman amplification is a kind of nonlinear optical effect, the amplification efficiency per unit fiber length can be increased as the value of the nonlinear coefficient γ increases.
[0070]
For this reason, it is possible to shorten the fiber length required for obtaining the predetermined peak intensity P, and the fiber length of the pulse compression transmission line 11 used for optical pulse compression can be extremely short, about 2 km. . This is a very important advantage from the viewpoint of miniaturization of the optical pulse compressor, and has an advantage that a small optical pulse compressor can be realized by using the pulse compression transmission line 11. Specifically, the pulse compression transmission line 11 can have a transmission line length of about 1/10 as compared with the conventional optical pulse compressor, and the pulse generator can be constituted by a small optical pulse compressor. Can be.
[0071]
Further, according to the optical pulse compressor 7, the predetermined secondary dispersion value β 2 It is possible to reduce the intensity of the input soliton light with respect to the absolute value of FIG. 8 shows the secondary variance β 2 6 is a graph showing the dependence of the intensity of input light required for basic soliton excitation on the absolute value of. In FIG. 8, curve l 1 Shows for a conventional optical pulse compressor, curve l 2 Shows the optical pulse compressor 7 according to the third embodiment.
[0072]
As is clear from FIG. 8, for example, | β 2 | = 1ps 2 / Km, the input light conventionally required an intensity of about 150 mW, whereas the optical pulse compressor 7 of the third embodiment performs pulse compression by inputting light of about 20 mW. It can be carried out. When a semiconductor laser element is used as a light source, an output of about 20 mW can be easily realized with a low injection current. Therefore, the optical pulse generator according to the third embodiment can omit an optical amplifier and An optical pulse generator with low power consumption can be realized.
[0073]
Further, the optical pulse compressor 7 in the third embodiment has a higher nonlinear coefficient γ, so that the second-order dispersion β 2 Can be used. As described above, it is preferable that the input soliton light satisfies the basic soliton condition, specifically, N = 1 in the equation (1). Therefore, when the value of the nonlinear coefficient γ is small, the second-order variance β 2 Since the input soliton light needs to have a high intensity in order to increase the value of 2 Had to be kept low. In the optical pulse compressor according to the third embodiment, since the nonlinear coefficient γ has a high value, the second-order dispersion value β 2 Even if it is set to a high value, it is not necessary to increase the intensity of the input soliton light, and high-efficiency pulse compression can be performed by low-intensity input light.
[0074]
In the pulse compression transmission line 11, the secondary dispersion value β 2 The advantage of increasing the value of will be described. The compression of the pulse width by the adiabatic soliton compression is basically performed according to the above equation (1), but it is known that the compression of the pulse width is actually limited by a higher-order dispersion value. Specifically, the third-order dispersion value β 3 , Fourth-order variance β 4 Are the secondary variance values β 2 If it has a value equal to or larger than the predetermined value, it becomes impossible to efficiently compress the pulse width of the soliton light. As in the third embodiment, the secondary variance β 2 In the case of using the pulse compression transmission line 11 in which the value of the high-order dispersion is high, the value of the higher-order dispersion is relatively reduced, so that the influence of the higher-order dispersion is eliminated when performing the pulse compression of the soliton light. It is possible to do. Further, the pulse compression transmission line 11 has a third-order dispersion value β 3 Can be made lower than before, for example, β 3 0.03 ps, which is about 1/3 of the conventional value 3 / Km. This makes it possible to compress the pulse width of the output light to a smaller value.
[0075]
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the intensity of light input to the pulse compression transmission line 11 and the limit of the compression pulse width. Where the curve l 3 Is a curve shown for the optical pulse compressor according to the third embodiment, and a curve l 4 Is a curve for an optical pulse compressor using a conventional dispersion shifted fiber for comparison. Curve l 3 And the curve l 4 As apparent from the comparison with the above, the optical pulse compressor according to the third embodiment can perform pulse compression to a narrower range for the same input light intensity. Specifically, in the case where the conventional dispersion-shifted fiber is used, it is difficult to compress the input light intensity of about 10 mW even at about several ps. The optical pulse compressor according to 3 can compress the pulse width to about 200 fs.
[0076]
When the pulse width is compressed to 100 fs, an input light intensity of about 250 mW is conventionally required, whereas the optical pulse compressor according to the third embodiment has a nonlinear coefficient γ = 15 km. -1 ・ W -1 , Third-order variance β 3 = 0.1ps 3 / Km, 46mW is enough, γ = 15km -1 / W -1 , Β 3 = 0.03ps 3 In the case of / km, 15 mW is sufficient. Further, γ = 25 km -1 ・ W -1 , Β 3 = 0.03ps 3 / Km, a pulse width of 100 fs can be realized even if the intensity of the input light is 8.3 mW.
[0077]
The pulse compression transmission line 11 can have a higher-order dispersion value lower than that of a conventional dispersion-shifted fiber. For example, the third-order variance β 3 0.1ps for dispersion shifted fiber 3 / Km, whereas the pulse compression transmission line 11 has 0.03 ps 3 / Km can be reduced to about 3 km. Since it is possible to reduce a value such as a tertiary dispersion value, in the pulse compression transmission line 11, it is possible to relatively increase the value of the secondary dispersion value with respect to the higher-order dispersion value. For example, the third-order dispersion value of the pulse compression transmission line 11 is 0.03 ps 3 / Km, the secondary dispersion required to compress the pulse width to about 100 fs is 2 ps in the conventional dispersion-shifted fiber. 2 / Km, whereas the optical pulse compressor according to the third embodiment requires 0.6 ps 2 / Km is sufficient.
[0078]
(Modification)
Next, a modification of the optical pulse generator according to the third embodiment will be described. FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a structure of an optical pulse generator according to a modification. The modification has a structure in which an SBS generation suppressing unit 20 for suppressing the generation of stimulated Brillouin scattering and an optical amplifier 21 are arranged between the soliton light source 6 and the optical pulse compressor 7. Here, the SBS occurrence suppression unit 20 may be a conventionally used one, but may have a structure in which an optical isolator is arranged in the optical transmission line as in the second embodiment. Further, a structure in which only one of the SBS occurrence suppressing unit 20 and the optical amplifier 21 is provided may be adopted.
[0079]
As described above, the present invention has been described in the first to third embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and those skilled in the art can conceive various modifications and examples. It is possible. For example, in the first and second embodiments, a structure in which another pair of highly nonlinear optical transmission lines and low nonlinear transmission lines are provided before the input terminal 4 may be adopted. Here, it is possible to perform soliton conversion more efficiently by making the transmission line length of the highly nonlinear optical transmission line provided in the preceding stage shorter than that of the highly nonlinear optical transmission line 1a.
[0080]
In the third embodiment, the waveform shaper 9 and the optical pulse compressor 7 are separately arranged. However, they may be integrally formed. Since the pulse compression transmission line 11 constituting the optical pulse compressor 7 has a high nonlinear coefficient, soliton adiabatic compression can be performed on the beat light. For example, the transmission line length of the pulse compression transmission line 11 is reduced. By increasing, the waveform shaper 9 and the optical pulse compressor 7 can be integrally formed.
[0081]
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment will be described. The optical regeneration system according to the fourth embodiment uses the waveform shaper according to the first or second embodiment or the optical pulse generator according to the third embodiment. FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a structure of the optical reproduction system according to the fourth embodiment. Hereinafter, an optical reproduction system using the above-described waveform shaper will be described with reference to FIG.
[0082]
An optical regeneration system 100 shown in FIG. 11 includes an amplifier 102, a multiplexer 103, a clock extractor 104, and a light including a waveform shaper according to the first or second embodiment (see FIGS. 1 and 4). An optical clock pulse train generator 106 including a pulse generator or an optical pulse generator according to the third embodiment (see FIGS. 7 and 10) and an optical shutter device 108 are included. The amplifying device 102 amplifies the attenuated signal light, and examples thereof include an erbium-doped fiber amplifier, a Raman amplifier, a semiconductor amplifier, and a parametric amplifier.
[0083]
The clock extracting device 104 is for extracting the repetition frequency of the signal light pulse. Although not shown, the clock extracting device 104 includes, for example, a device based on an electronic circuit including a light receiving element, an electric clock extracting circuit, and a semiconductor laser. Is done. In addition, there is an all-optical clock extraction device including an amplification device, a nonlinear optical medium, and an optical filter. Here, the nonlinear optical medium includes, for example, a highly nonlinear fiber and a semiconductor element.
[0084]
The optical clock pulse train generator 106 generates an optical clock pulse train having a signal light pulse repetition frequency, and is provided with the above-described waveform shaper (see FIGS. 1 and 4) or an optical pulse generator. (See FIGS. 7 and 10). Since the configuration, functions, and the like have already been described, description thereof will be omitted.
[0085]
The optical shutter device 108 is a device that optically modulates the output light of the optical clock pulse train generator 106 with the signal light split by the multiplexer 103.
[0086]
In the optical reproduction system 100 according to the fourth embodiment, the transmitted signal light is first amplified by the amplifying device 102, and the amplified signal light is split by the multiplexer 103. One of the signal lights is propagated as it is. Incident on the optical shutter device 108. The other signal light enters the clock extraction device 104. The output light of the optical clock pulse train generator 106 controlled by the output electric signal of the clock extractor 104 enters the optical shutter device 108. The optical shutter device 108 optically modulates the optical clock pulse train with the signal light propagated from the multiplexer 103 to reproduce the signal light timing.
[0087]
As described above, when the optical pulse generator of the present invention is used as the optical clock pulse train generator 106, an optical clock pulse train with less fluctuation in intensity and time fluctuation of the optical pulse can be obtained.
[0088]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a plurality of highly nonlinear optical transmission lines and low nonlinear optical transmission lines are provided, and the absolute values of the secondary dispersion values of the highly nonlinear optical transmission lines and the low nonlinear optical transmission lines are determined. Since the transmission paths are different from each other, the dispersion reduction transmission line can be equivalently realized, and the waveform shaper having high dispersion characteristics as a whole can be realized by using the highly nonlinear optical transmission line. To play.
[0089]
Further, according to the present invention, since the optical isolator is disposed at a distance that is equal to or less than the soliton period, it is possible to suppress the occurrence of stimulated Brillouin scattering in the waveform shaper, and to output high-intensity soliton light. This has the effect that it can be performed.
[0090]
Further, according to the present invention, since the optical isolator is disposed at the junction of the optical transmission line, the number of fusion points can be reduced, and a waveform shaper with reduced optical loss can be realized. This has the effect.
[0091]
Further, according to the present invention, since the optical isolator is provided at the front stage of the highly nonlinear optical transmission line, the occurrence of stimulated Brillouin scattering can be more effectively suppressed. Since stimulated Brillouin scattering is a kind of nonlinear optical effect, it tends to occur in a highly nonlinear optical transmission line. Therefore, the provision of the optical isolator in front of the highly nonlinear optical transmission line has an effect that the generation of stimulated Brillouin scattering can be more effectively suppressed.
[0092]
According to the present invention, Raman amplification is performed on light transmitted through the highly nonlinear optical transmission line, so that the transmission line length of the highly nonlinear optical transmission line can be shortened and the pulse width of the output light is reduced. There is an effect that compression can be performed more.
[0093]
Further, according to the present invention, since the above-mentioned waveform shaper and / or optical pulse generator is used as the optical clock pulse train generator forming the optical reproduction system, the intensity fluctuation and the time fluctuation of the optical pulse are small. There is an effect that an optical clock pulse train can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic diagram illustrating a structure of a waveform shaper according to a first embodiment, and FIG. 1B is an example of a distribution of group velocity dispersion of the waveform shaper according to the first embodiment; It is a graph shown.
FIG. 2 is a graph for explaining a change in autocorrelation between input light and output light when soliton conversion is performed by the waveform shaper according to the first exemplary embodiment;
FIG. 3 is a graph showing an example of a distribution of group velocity dispersion in a waveform shaper according to a modification of the first embodiment;
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a structure of a waveform shaper according to a second embodiment;
FIGS. 5A to 5D are graphs for explaining a change in intensity of return light depending on the presence / absence of an isolator and an arrangement position thereof.
6A is a graph showing an auto-correlation of output light, and FIG. 6B is a graph showing a spectrum waveform of the output light.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a structure of an optical pulse generator according to a third embodiment;
FIG. 8 is a graph showing the dependence of the intensity of input light required for basic soliton excitation on the absolute value of the secondary dispersion value.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the intensity of light input to the pulse compression transmission line and the limit value of the compression pulse width.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a structure of an optical pulse generator according to a modification of the third embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of an optical reproduction system in which a waveform shaper of the present invention is arranged.
[Explanation of symbols]
1a-1e Highly nonlinear optical transmission line
2a-2e Low nonlinear transmission path
3a, 3b optical isolator
4 Input terminal
6 Soliton light source
7 Optical pulse compressor
8 Light emitting unit
9 Waveform shaper
10 Input terminal
11 Pulse compression transmission line
12 Output terminal
13 multiplexer
14 Excitation light source
15 Semiconductor laser device
16 Semiconductor laser device
17 multiplexer
20 Generation suppression part
21 Optical amplifier
100 Optical regeneration system
102 Amplifier
103 coupler
104 Clock extraction device
106 Clock recovery device
108 Optical shutter device

Claims (9)

入力された光をソリトン光に変換する波形整形器において、
高非線形光伝送路と、
前記高非線形光伝送路よりも低い非線形係数を有し、かつ前記高非線形光伝送路と２次分散値の絶対値が相違する低非線形光伝送路と、
を複数配設した構造を有することを特徴とする波形整形器。In a waveform shaper that converts input light into soliton light,
A highly nonlinear optical transmission line,
A low nonlinear optical transmission line having a nonlinear coefficient lower than that of the high nonlinear optical transmission line, and an absolute value of a secondary dispersion value different from the high nonlinear optical transmission line;
Characterized in that it has a structure in which a plurality of are arranged. 入力端からの距離がソリトン周期以下となる領域に光アイソレータをさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の波形整形器。The waveform shaper according to claim 1, further comprising an optical isolator in a region where a distance from the input terminal is equal to or less than a soliton cycle. 前記光アイソレータは、異なる光伝送路の接合部に配設されることを特徴とする請求項２に記載の波形整形器。3. The waveform shaper according to claim 2, wherein the optical isolators are provided at junctions of different optical transmission lines. 前記光アイソレータは、前記高非線形光伝送路の前段に配設されることを特徴とする請求項３に記載の波形整形器。The waveform shaper according to claim 3, wherein the optical isolator is provided at a stage before the highly nonlinear optical transmission line. 非線形係数が３ｋｍ−１・Ｗ−１以上の高非線形光伝送路を備え、入力された光をラマン増幅しつつ断熱ソリトン圧縮によってパルス幅を圧縮するパルス幅圧縮手段と、
該パルス圧縮手段に対してラマン増幅のための励起光を供給する励起光源と、
該励起光源を前記パルス幅圧縮手段と光結合するための光結合手段と、
を備えたことを特徴とする光パルス発生装置。Pulse width compression means comprising a highly nonlinear optical transmission line having a nonlinear coefficient of 3 km -1 · W -1 or more, and compressing the pulse width by adiabatic soliton compression while Raman-amplifying the input light;
An excitation light source for supplying excitation light for Raman amplification to the pulse compression means,
Optical coupling means for optically coupling the excitation light source with the pulse width compression means,
An optical pulse generator comprising: 前記パルス幅圧縮手段前段に配設され、請求項１〜４のいずれか一つに記載の波形整形器と、該波形整形器前段に配設された発光手段とさらに備えたことを特徴とする請求項５に記載の光パルス発生装置。A waveform shaping device according to any one of claims 1 to 4, which is provided in front of said pulse width compression means, and further comprising a light emitting means provided in front of said waveform shaping device. An optical pulse generator according to claim 5. 前記パルス圧縮手段前段に配設された光増幅器をさらに備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の光パルス発生装置。The optical pulse generator according to claim 5, further comprising an optical amplifier disposed before the pulse compression unit. 前記パルス圧縮手段前段に配設された誘導ブリリュアン散乱抑制手段をさらに備えたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一つに記載の光パルス発生装置。The optical pulse generator according to any one of claims 5 to 7, further comprising a stimulated Brillouin scattering suppressor disposed before the pulse compressing unit. 伝送される光の繰返し周波数を抽出するクロック抽出装置と、
請求項１〜４に記載の波形整形器もしくは請求項５〜８に記載の光パルス発生装置を備えた光クロックパルス列発生装置と、
前記クロック抽出装置で抽出された周波数に基づいて、前記光クロックパルス列発生装置から出力される光を変調する光シャッター装置と、
を備えたことを特徴とする光再生システム。A clock extraction device for extracting a repetition frequency of transmitted light,
An optical clock pulse train generator comprising the waveform shaper according to claims 1 to 4 or the optical pulse generator according to claims 5 to 8,
An optical shutter device that modulates light output from the optical clock pulse train generation device based on the frequency extracted by the clock extraction device,
An optical reproduction system comprising:
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