JP2755999B2 - Optical pulse compression amplification method - Google Patents

Optical pulse compression amplification method

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JP2755999B2 JP18053589A JP18053589A JP2755999B2 JP 2755999 B2 JP2755999 B2 JP 2755999B2 JP 18053589 A JP18053589 A JP 18053589A JP 18053589 A JP18053589 A JP 18053589A JP 2755999 B2 JP2755999 B2 JP 2755999B2
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    • H01S3/0057Temporal shaping, e.g. pulse compression, frequency chirping

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光ファイバ中に信号光パルスを伝播させて
信号の伝送を行なう光ファイバ通信方式に係り、特に光
ファイバの分散特性によって生じる信号光パルス幅の広
がりと、光ファイバの損失特性によって生じる信号光パ
ルスの強度の低下とを補償する光パルス圧縮増幅方法に
関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an optical fiber communication system for transmitting a signal by propagating a signal light pulse in an optical fiber, and particularly to a signal generated by the dispersion characteristics of the optical fiber. The present invention relates to an optical pulse compression / amplification method for compensating for a spread of an optical pulse width and a decrease in the intensity of a signal optical pulse caused by the loss characteristics of an optical fiber.

(従来の技術) 光ファイバ通信方式においては、光ファイバの有する
分散特性と損失特性のために、信号光パルスは光ファイ
バ中を伝播する間にパルス幅が広がり、かつ強度が低下
してしまう。このため従来の光ファイバ通信方式では、
所定の長さだけ光ファイバ中を伝播した信号光パルスを
電気信号に変換した後、電気信号の波形を圧縮及び増幅
して元の信号波形に戻し、この信号を再び信号光パルス
に変換して、光ファイバに送出していた。
(Prior Art) In an optical fiber communication system, the signal light pulse has a wider pulse width and a lower intensity during propagation through the optical fiber due to the dispersion characteristics and loss characteristics of the optical fiber. For this reason, in the conventional optical fiber communication system,
After converting the signal light pulse propagated through the optical fiber by a predetermined length into an electric signal, the waveform of the electric signal is compressed and amplified to return to the original signal waveform, and this signal is again converted to a signal light pulse. Was sent to the optical fiber.

しかし、この方法では、光/電気,電気/光の変換回
路が必要となり、信号光パルスの圧縮・増幅装置が複雑
になるという欠点を有していた。
However, this method has a drawback that an optical / electric or electric / optical conversion circuit is required, and the apparatus for compressing and amplifying the signal light pulse becomes complicated.

そこで、この欠点を解決するために、従来より二つの
方法が検討されている。一つは、信号光パルスを光パル
ス圧縮器や光増幅器等の光回路を用いて、電気信号に変
換することなく信号光パルスのままで直接圧縮及び増幅
を行なう方法である。
Therefore, two methods have been conventionally studied to solve this drawback. One is a method of directly compressing and amplifying a signal light pulse without converting it into an electric signal using an optical circuit such as an optical pulse compressor or an optical amplifier.

他の方法は、光ファイバ増幅器を用いる方法である。
近年、光ファイバコア中に各種元素を添加することによ
って、光ファイバ自身が光信号増幅機能を持つことが明
らかになってきた。このような光ファイバ増幅器は、信
号を伝播させる光ファイバとほぼ類似した構造を有して
いるため、両者を低損失に接続できるという特徴を併せ
持つ。
Another method is to use an optical fiber amplifier.
In recent years, it has become clear that an optical fiber itself has an optical signal amplification function by adding various elements to an optical fiber core. Such an optical fiber amplifier has a structure that is substantially similar to an optical fiber that propagates a signal, and thus has a feature that both can be connected with low loss.

一例として、光ファイバコア中にエルビウムを添加し
て構成した光ファイバ増幅器を用いて、信号光パルスを
増幅する方法を採用した光ファイバ信号システムの構成
を第2図に示す(文献:木村,中沢“光ファイバレーザ
の発振特性とその光通信への応用”レーザ学会研究会報
告RTM-87-16,pp.31-37,1988年1月)。
As an example, FIG. 2 shows a configuration of an optical fiber signal system adopting a method of amplifying a signal light pulse using an optical fiber amplifier configured by adding erbium to an optical fiber core (references: Kimura, Nakazawa). "Oscillation characteristics of optical fiber lasers and their application to optical communications," RSM-87-16, pp.31-37, January 1988, report by the Laser Society of Japan.

第2図において、1a,1bは信号光パルスを伝播させる
光ファイバ、2は光ファイバコア中にエルビウムを添加
して構成されたエルビウム添加光ファイバ、3は光結合
器、4は信号光パルス発生用光源、5は励起光発生用光
源、6は光ファイバ配線コードである。光結合器3は、
光ファイバカップラ等で構成され、その一例を第3図の
(a)及び(b)に示す。第3図中に示す光結合器3の
端子3Aには光ファイバ1aの一端が、端子3Bにはエルビウ
ム添加光ファイバ2の一端が、端子3Cには光ファイバ配
線コード6の一端がそれぞれ接続される。
In FIG. 2, reference numerals 1a and 1b denote optical fibers for transmitting signal light pulses, 2 denotes an erbium-doped optical fiber formed by adding erbium into an optical fiber core, 3 denotes an optical coupler, and 4 denotes signal light pulse generation. Reference numeral 5 denotes a light source for generating excitation light, and reference numeral 6 denotes an optical fiber wiring cord. The optical coupler 3 is
It is composed of an optical fiber coupler or the like, and one example is shown in FIGS. 3 (a) and (b). 3, one end of an optical fiber 1a is connected to a terminal 3A of the optical coupler 3, one end of an erbium-doped optical fiber 2 is connected to a terminal 3B, and one end of an optical fiber wiring cord 6 is connected to a terminal 3C. You.

このような構成において、信号光パルス発生用光源4
で発生され、光ファイバ1aの他端に入射された信号光パ
ルスは、光ファイバ1aを伝播した後、光結合器3の端子
3Aから端子3Bを経てエルビウム添加光ファイバ2に入射
される。一方、励起光発生用光源5で発生され、光ファ
イバ配線コード6の他端に入射された励起光は、光ファ
イバ配線コード6を伝播した後、光結合器3の端子3Cか
ら端子3Bを経てエルビウム添加光ファイバ2に入射され
る。
In such a configuration, the signal light pulse generating light source 4
The signal light pulse generated at the other end of the optical fiber 1a is incident on the other end of the optical fiber 1a.
The light enters the erbium-doped optical fiber 2 from the terminal 3A via the terminal 3B. On the other hand, the excitation light generated by the excitation light generating light source 5 and incident on the other end of the optical fiber wiring cord 6 propagates through the optical fiber wiring cord 6 and then passes from the terminal 3C to the terminal 3B of the optical coupler 3 via the terminal 3B. The light enters the erbium-doped optical fiber 2.

上記経路を通ってエルビウム添加光ファイバ2に入射
された信号光パルスは、光ファイバ1aを伝播する間に、
光ファイバ1aの分散特性と損失特性のために、パルス幅
が広がり、強度が低下しているが、エルビウム添加光フ
ァイバ2を伝播中に励起光がエルビウムを励起すること
によって増幅され、強度は光ファイバ1aへの入射時の強
度にまで回復される。
The signal light pulse incident on the erbium-doped optical fiber 2 through the above-described path is propagated through the optical fiber 1a.
Due to the dispersion characteristics and loss characteristics of the optical fiber 1a, the pulse width is widened and the intensity is reduced. However, the excitation light is amplified by exciting the erbium while propagating through the erbium-doped optical fiber 2, and the intensity is reduced. The intensity at the time of incidence on the fiber 1a is recovered.

なお、エルビウム添加光ファイバ中での励起光による
信号光パルスの増幅機構については、上記した文献及び
文献『Paul Urquhart “Review of rare earth doped f
ibre lasers and amplifiers"IEE Proc.Vol.135,Pt.J,N
o.6,pp.385-407(1988)』に詳しく述べられている。
The amplification mechanism of the signal light pulse by the excitation light in the erbium-doped optical fiber is described in the above-mentioned literature and the literature “Paul Urquhart“ Review of rare earth doped f.
ibre lasers and amplifiers "IEE Proc.Vol.135, Pt.J, N
o.6, pp.385-407 (1988)].

また、エルビウム添加光ファイバの場合、励起光の波
長を0.514μmにすると、波長1.553〜1.603μm帯の信
号光パルスを、また励起光の波長を1.48μmにすると波
長1.535μmの信号光パルスを最も効率よく増幅できる
(文献:木村,中沢“Lasing characteristics of Er3+
‐doped silica fibres from 1553 up to 1603nm"J.App
l.Phys.,Vol.64,No.2,pp.516〜518(1988)及び中沢,
木村,鈴木“Efficient Er3+‐doped optical fiber am
plifier pumped by a 1.48μm InGaAsP laser diode"Ap
pl.Phys.Lett.,Vol.54,No.4,pp.295〜297,(1989))。
In the case of an erbium-doped optical fiber, when the wavelength of the pump light is set to 0.514 μm, the signal light pulse in the wavelength band of 1.553 to 1.603 μm is obtained. It can be amplified efficiently (Literature: Kimura, Nakazawa “Lasing characteristics of Er 3+
-Doped silica fiber from 1553 up to 1603nm "J.App
l.Phys., Vol. 64, No. 2, pp. 516-518 (1988) and Nakazawa,
Kimura, Suzuki “Efficient Er 3+ -doped optical fiber am
plifier pumped by a 1.48μm InGaAsP laser diode "Ap
pl. Phys. Lett., Vol. 54, No. 4, pp. 295-297, (1989)).

しかもこのようなエルビウム添加光ファイバでは、現
在光ファイバ通信方式で用いられている最低損失波長帯
(1.5μm帯)の光信号を20dB以上増幅できるため、通
信用信号光パルスの増幅方法として極めて有効である。
Moreover, such an erbium-doped optical fiber can amplify an optical signal in the lowest loss wavelength band (1.5 μm band) currently used in the optical fiber communication system by 20 dB or more, so that it is an extremely effective method for amplifying a communication signal light pulse. It is.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、前者の方法では、小形で特性の安定し
た光回路が必要となるが、実現が困難な状況にある。ま
た、このような光回路を用いる場合、信号光パルスを伝
播させる光ファイバと光回路との接続損失が大きくなる
という問題点がある。
(Problems to be Solved by the Invention) However, the former method requires a small-sized optical circuit having stable characteristics, but is difficult to realize. In addition, when such an optical circuit is used, there is a problem that a connection loss between the optical fiber for transmitting the signal light pulse and the optical circuit increases.

また、後者の方法では、信号光パルスの増幅を行なう
ことはできるものの、光ファイバ1aの分散特性のために
広がったパルス幅を元通りに回復することができない。
従って、この方法では、信号光パルスの幅を回復するた
めに、電気回路、即ち、光/電気,電気/光変換回路を
用いざるを得ず、これでは光通信における信号中継装置
の複雑化、大型化を招くという欠点を有していた。
Further, in the latter method, although the signal light pulse can be amplified, the pulse width that has been widened due to the dispersion characteristics of the optical fiber 1a cannot be restored to the original.
Therefore, in this method, in order to recover the width of the signal light pulse, an electric circuit, that is, an optical / electrical, electric / optical conversion circuit has to be used. There was a disadvantage that the size was increased.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、
その目的は、信号光パルスを電気信号に変換することな
く、光のままで信号光パルスの波形圧縮及び強度増幅
を、順次もしくは同時に行なうことができ、小型にして
簡易な構成の信号中継装置を実現できる光パルス圧縮増
幅方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of such circumstances,
The purpose is to provide a compact and simple signal repeater that can perform signal compression and waveform amplification of signal light pulses sequentially or simultaneously as they are, without converting the signal light pulses into electrical signals. An object of the present invention is to provide an optical pulse compression amplification method that can be realized.

(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)では、正常分
散特性を有する圧縮用光ファイバに、信号光パルスより
も長波長で、かつ、強度と群速度の大きい励起光パルス
を、信号光パルスよりも遅らせて入射することにより信
号光パルスのパルス幅を圧縮し、次いで、圧縮された信
号光パルスと、前記励起光パルスとは異なる波長と強度
で、かつ、希土類元素添加光ファイバの励起に必要な波
長と強度を有する励起光パルスとを同時に当該希土類元
素添加光ファイバに入射することにより信号光パルスの
増幅を行なうようにした。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, in claim (1), a compression optical fiber having a normal dispersion characteristic has a wavelength longer than that of a signal light pulse, and a strength and a group velocity. By compressing the pulse width of the signal light pulse by injecting a large excitation light pulse later than the signal light pulse, and then compressing the signal light pulse, at a different wavelength and intensity from the excitation light pulse, and The signal light pulse is amplified by simultaneously inputting a pumping light pulse having a wavelength and intensity necessary for pumping the rare-earth element-doped optical fiber into the rare-earth-doped optical fiber.

また、請求項(2)では、正常分散特性を有する希土
類元素添加光ファイバに、信号光パルスより長波長で、
かつ、強度と群速度の大きい励起光パルスを、信号光パ
ルスよりも遅らせて入射するとともに、希土類元素添加
光ファイバの励起に必要な波長と強度を有する別の励起
光パルスを信号光パルスと同時に入射することにより信
号光パルスのパルス幅の圧縮及び増幅を行なうようにし
た。
Further, in claim (2), a rare-earth element-doped optical fiber having a normal dispersion characteristic is provided with a longer wavelength than the signal light pulse.
In addition, a pumping light pulse having a large intensity and a group velocity is incident with a delay later than the signal light pulse, and another pumping light pulse having a wavelength and intensity required for pumping the rare earth element-doped optical fiber is simultaneously transmitted with the signal light pulse. By being incident, the compression and amplification of the pulse width of the signal light pulse are performed.

(作用) 請求項(1)によれば、伝送路である光ファイバを伝
播する間にパルス幅が広がり、強度が低下した信号光パ
ルスが、圧縮用光ファイバに入射される。次いで、これ
に遅れて信号光パルスよりも長波長で、かつ、強度が大
きく、しかも群速度の大きい圧縮用の励起光パルスが入
射される。これにより、圧縮用光ファイバ中において励
起光パルスが引き起こす非線形光学効果によって、信号
光パルスの立下がり部では負のチャープ(周波数が時間
とともに減少)が発生し、正常分散の効果によって信号
光パルスの立下がり部が早く進むため、パルス幅が圧縮
される。
(Operation) According to claim (1), the signal light pulse whose pulse width is widened and the intensity is reduced while propagating through the optical fiber as the transmission path is incident on the compression optical fiber. Then, after that, a pumping excitation pulse having a longer wavelength than the signal light pulse, a higher intensity, and a larger group velocity is incident. This causes a negative chirp (frequency decreases with time) at the falling portion of the signal light pulse due to the nonlinear optical effect caused by the pumping light pulse in the compression optical fiber, and the signal light pulse due to the normal dispersion effect. Since the falling portion advances earlier, the pulse width is compressed.

次に、パルス幅が圧縮された信号光パルスと、上記圧
縮用励起光パルスとは異なる波長と強度の励起光パルス
とが希土類元素添加光ファイバに入射される。これによ
り、希土類元素添加光ファイバ中において、励起光パル
スによってエルビウムが励起され、エルビウムが引き起
こす励起増幅効果によって信号光パルスが増幅される。
Next, a signal light pulse having a compressed pulse width and an excitation light pulse having a different wavelength and intensity from the compression excitation light pulse are incident on the rare earth element-doped optical fiber. As a result, erbium is excited by the excitation light pulse in the rare earth element-doped optical fiber, and the signal light pulse is amplified by the excitation amplification effect caused by the erbium.

また、請求項(2)によれば、上記した励起光パルス
による非線形光学効果及び励起増幅効果が、希土類元素
添加光ファイバ中で同時に発現され、信号光パルスのパ
ルス幅の圧縮及び増幅が行なわれる。
According to claim (2), the nonlinear optical effect and the pump amplification effect by the pump light pulse are simultaneously exhibited in the rare-earth element-doped optical fiber, and the pulse width of the signal light pulse is compressed and amplified. .

(実施例) 第1図は、本発明による光パルス圧縮増幅方法を採用
した光ファイバ通信システムの第1の実施例を示す構成
図であって、従来例を示す第2図と同一構成部分は同一
符号をもって表す。
(Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an optical fiber communication system employing an optical pulse compression / amplification method according to the present invention. The same components as those in FIG. It is represented by the same reference numeral.

即ち、1a,1bは信号光パルスを伝播させる伝送路用光
ファイバ、2は光ファイバコア中に希土類元素であるエ
ルビウムを添加して構成された信号光パルス増幅用エル
ビウム添加光ファイバ、3a,3bは光結合器、3A,3B,3Cは
光結合器3a,3bの端子である。
That is, 1a and 1b are optical fibers for a transmission path for transmitting a signal light pulse, 2 is an erbium-doped optical fiber for amplifying a signal light pulse which is formed by adding erbium which is a rare earth element in an optical fiber core, and 3a and 3b. Is an optical coupler, and 3A, 3B and 3C are terminals of the optical couplers 3a and 3b.

4は信号光パルス発生用光源で、例えば波長1.535μ
m、強度1μWの光パルスを出射するレーザから構成さ
れている。
Reference numeral 4 denotes a signal light pulse generation light source, for example, a wavelength of 1.535 μm.
It is composed of a laser that emits a light pulse of m and intensity 1 μW.

5aは励起光パルス発生用光源で、信号光パルスより長
波長、例えば1.842μmで、かつ、後記する信号光パル
ス圧縮用光ファイバ7において、交差位相変調(クロス
フェーズモジュレーション,cross phase modulation)
と呼ばれる非線形光学効果を発現させるために充分な強
度、例えば10mWの圧縮用励起光パルスを発生するレーザ
から構成されている。
Reference numeral 5a denotes a pumping light pulse generation light source having a longer wavelength than the signal light pulse, for example, 1.842 μm, and a cross phase modulation (cross phase modulation) in the signal light pulse compression optical fiber 7 described later.
It is composed of a laser that generates an excitation light pulse for compression of sufficient intensity, for example, 10 mW, to exhibit a nonlinear optical effect called a so-called nonlinear optical effect.

5bは励起光パルス発生用光源で、前記圧縮用励起光パ
ルスとは異なる波長及び強度、例えば波長1.48μmで、
かつ、エルビウム添加光ファイバ2においてエルビウム
を励起して、信号光パルスの増幅を可能とするために充
分な強度、例えば30mWの増幅用励起光パルスを発生する
レーザから構成されている。また、6a,6bは光ファイバ
配線コードである。
5b is a light source for excitation light pulse generation, a wavelength and intensity different from the compression excitation light pulse, for example, a wavelength 1.48μm,
In addition, it is constituted by a laser that excites erbium in the erbium-doped optical fiber 2 and generates an excitation light pulse for amplification of sufficient intensity, for example, 30 mW, to enable amplification of the signal light pulse. 6a and 6b are optical fiber wiring cords.

7は信号光パルス圧縮用光ファイバ(以下、圧縮用光
ファイバという)で、正常分散特性を有し、光結合器3a
の端子3Bとエルビウム添加光ファイバ2への光結合器3b
間に挿入され、その一端は光結合器3aの端子3Bと、他端
は光結合器3bの端子3Aとそれぞれ接続されている。
Reference numeral 7 denotes an optical fiber for compressing a signal light pulse (hereinafter, referred to as an optical fiber for compression), which has a normal dispersion characteristic and an optical coupler 3a.
Optical coupler 3b to the terminal 3B of the erbium-doped optical fiber 2
One end is connected to the terminal 3B of the optical coupler 3a, and the other end is connected to the terminal 3A of the optical coupler 3b.

第4図は、圧縮用光ファイバ7の群速度分散特性を示
すグラフで、横軸は波長を、縦軸は群速度分散をそれぞ
れ表している。第4図において、λは群速度分散(υ
g/λ)が零となる波長、即ち、零分散波長(例えば、1.
9μm)である。また、λは圧縮用励起光パルスの波
長を、λは信号光パルスの波長を、λは増幅用励起
光パルスの波長をそれぞれ示している。第4図では、零
分散波長λよりも短波長では群速度分散は正(+)、
零分散波長λよりも長波長では群速度分散は負(−)
となっている。
FIG. 4 is a graph showing the group velocity dispersion characteristics of the optical fiber for compression 7, with the horizontal axis representing wavelength and the vertical axis representing group velocity dispersion. In FIG. 4, λ 0 is the group velocity dispersion (υ
g / λ) becomes zero, that is, a zero-dispersion wavelength (for example, 1.
9 μm). In addition, λ 1 indicates the wavelength of the pumping light pulse for compression, λ 2 indicates the wavelength of the signal light pulse, and λ 3 indicates the wavelength of the pumping light pulse for amplification. In FIG. 4, the group velocity dispersion is positive (+) at a wavelength shorter than the zero dispersion wavelength λ 0 ,
At a wavelength longer than the zero dispersion wavelength λ 0 , the group velocity dispersion is negative (−).
It has become.

第4図から分かるように、群速度分散が正の領域で
は、周波数の低い光、即ち波長の長い光は、周波数の高
い光に比べて光ファイバ中の伝播速度が速くなる(以
下、この領域を正常分散領域という)。一方、群速度分
散が負の領域では、周波数の高い光は、周波数の低い光
よりも光ファイバ中の伝播速度が速くなる(この領域を
異常分散領域という)。
As can be seen from FIG. 4, in the region where the group velocity dispersion is positive, light having a lower frequency, that is, light having a longer wavelength, has a higher propagation speed in the optical fiber than light having a higher frequency (hereinafter, this region). Is referred to as a normal dispersion area). On the other hand, in the region where the group velocity dispersion is negative, light having a higher frequency has a higher propagation speed in the optical fiber than light having a lower frequency (this region is called an anomalous dispersion region).

次に、上記構成による動作を、第4図並びに第5図乃
至第7図に基づいて順を追って説明する。
Next, the operation of the above configuration will be described step by step with reference to FIG. 4 and FIGS. 5 to 7.

信号光発生用光源4から光ファイバ1aに入射された波
長λ(=1.535μm)の信号光パルスは、光ファイバ1
aを伝播中に、光ファイバ1aの分散特性により光パルス
幅(波形)が広がり、損失特性により強度が低下する。
このように、波形及び強度共に劣化した信号光パルス
は、光結合器3aの端子3Aから端子3Bを経て圧縮用光ファ
イバ7に入射される。
The signal light pulse of wavelength λ 2 (= 1.535 μm) incident on the optical fiber 1a from the signal light generating light source 4 is transmitted to the optical fiber 1a.
During propagation through a, the optical pulse width (waveform) expands due to the dispersion characteristics of the optical fiber 1a, and the intensity decreases due to the loss characteristics.
As described above, the signal light pulse whose waveform and intensity are deteriorated is incident on the optical fiber for compression 7 from the terminal 3A to the terminal 3B of the optical coupler 3a.

一方、励起光パルス発生用光源5aによって波長λ
(=1.842μm)の圧縮用励起光パルスを発生させ
る。この圧縮用励起光パルスは、光ファイバ配線コード
6a、光結合器3aの端子3C、端子3Bを経て、圧縮用光ファ
イバ7に入射される。この時、信号光パルスよりも波長
が長く、かつ、強度が大きく、しかも群速度が大きい圧
縮用励起光パルスは、後記する理由に基づいて信号光パ
ルスよりも遅らせて圧縮用光ファイバ7に入射される。
On the other hand, the wavelength λ
A compression excitation pulse of 1 (= 1.842 μm) is generated. The excitation light pulse for compression is
6a, the light enters the compression optical fiber 7 via the terminals 3C and 3B of the optical coupler 3a. At this time, the compression pumping light pulse having a longer wavelength than the signal light pulse, a higher intensity, and a larger group velocity is incident on the compression optical fiber 7 later than the signal light pulse for the reason described later. Is done.

このようにして圧縮用光ファイバ7に、微弱な信号光
パルスと強度の大きい圧縮用励起光パルスとが入射され
ると、強度の大きい圧縮用励起光パルスが、上記した交
差位相変調と呼ばれる非線形光学現象効果を発現させ
る。
When the weak signal light pulse and the high-intensity compression pumping light pulse are incident on the compression optical fiber 7 in this manner, the high-intensity compressional pumping light pulse is converted into a nonlinear phase called cross-phase modulation. The optical phenomenon effect is exhibited.

ここで、交差位相変調によって圧縮用励起光パルスが
信号光パルスに与える周波数チャープ(光の周波数シフ
ト)について詳述する。
Here, the frequency chirp (frequency shift of light) given by the compression excitation light pulse to the signal light pulse by the cross-phase modulation will be described in detail.

光パルスが、いわゆるガウス分布型の形状をしている
場合、交差位相変調による周波数チャープΔνは次の
(1)式で与えられる(文献;G.P.Agrawal,P.L.Baldeck
and R.R.Alfano,“Optical wave breaking and pulse
compression due to cross-phase modulation in optic
al fibers"Optical Letters,Vol.14,No.2,pp.137〜139
(1989))。
When the optical pulse has a so-called Gaussian distribution shape, the frequency chirp Δν by cross-phase modulation is given by the following equation (1) (Reference: GPAgrawal, PLBaldeck)
and RRAlfano, “Optical wave breaking and pulse
compression due to cross-phase modulation in optic
al fibers "Optical Letters, Vol. 14, No. 2, pp. 137-139
(1989)).

Δν= Δνmax{exp[−(τ+τ−z/Lw]−exp[−
(τ+τ]} …(1) ここで、 τ=(t−z/υg1)/T0 τ:圧縮用光ファイバ7に圧縮用励起光パルスが入射
される時点における信号光パルスと圧縮用励起光パルス
間の時間差、 z:信号光パルスが圧縮用光ファイバ7中を伝播する長
さ、 Lw=υg1υg2T0/|υg1−υg2|、 υg1:励起光パルスの群速度、 υg2:信号光パルスの群速度、 T0:パルス幅、 Δνmax=γP1Lw/(τT0)、 P1:圧縮用励起光パルスのピーク速度、 γ=2πn2/(λAeff):非線形効果の発生する効
率を表すパラメータ、 n2:非線形屈折率、 λ:信号光パルスの波長、 Aeff:圧縮用光ファイバ7の実効コア径、 をそれぞれ示している。
Δν = Δν max {exp [- (τ + τ d -z / L w) 2] -exp [-
(Τ + τ d ) 2 ]} (1) where, τ = (t−z / υ g1 ) / T 0 τ d : a signal light pulse at the time when the compression excitation light pulse is incident on the compression optical fiber 7. , The time difference between the signal and the excitation light pulse for compression, z: the length of the signal light pulse propagating through the optical fiber for compression 7, L w = υ g1 υ g2 T 0 / | υ g1g2 │, υ g1 : excitation Group velocity of light pulse, υ g2 : Group velocity of signal light pulse, T 0 : Pulse width, Δν max = γ 2 P 1 L w / (τT 0 ), P 1 : Peak velocity of excitation light pulse for compression, γ 2 = 2πn 2 / (λ 2 A eff ): a parameter representing the efficiency at which the nonlinear effect occurs, n 2 : the nonlinear refractive index, λ 2 : the wavelength of the signal light pulse, A eff : the effective core diameter of the compression optical fiber 7. And are respectively shown.

第5図乃至第7図は、信号光パルスと圧縮用励起光パ
ルスとが圧縮用光ファイバ7を伝播するにつれて、上記
(1)式より求めた周波数チャープΔνがどのように遷
移していくかを示したもので、各図中に示す『τ=3,
0,(−)3』は、圧縮用励起光パルスが圧縮用光ファイ
バ7中の各地点(z/Lw=2,4,6)を通過する時刻であ
る。即ち、圧縮用励起光パルスが圧縮用光ファイバ7中
の各地点(z/Lw=2,4,6)を通過する時刻における当該
圧縮用励起光パルスの位置を基準として、その時刻にお
ける信号光パルスの位置及び周波数チャープの様子を示
している。なお、各図において、実線による曲線が周波
数チャープを、また破線による曲線が信号光パルスの位
置をそれぞれ示している。
FIGS. 5 to 7 show how the frequency chirp Δν determined from the above equation (1) changes as the signal light pulse and the compression excitation light pulse propagate through the compression optical fiber 7. Is shown in each figure, "τ d = 3,
“0, (−) 3” is the time when the compression excitation light pulse passes through each point (z / L w = 2,4,6) in the compression optical fiber 7. That is, based on the position of the compression excitation light pulse at the time when the compression excitation light pulse passes through each point (z / L w = 2, 4, 6) in the compression optical fiber 7, the signal at that time is determined. The position of an optical pulse and the state of frequency chirp are shown. In each of the figures, a solid curve indicates the frequency chirp, and a broken curve indicates the position of the signal light pulse.

具体的には、第5図は『τ=3』、即ち、群速度の
大きい圧縮用励起光パルスが信号光パルスよりも先に圧
縮用光ファイバ7に入射された場合のチャープを、第6
図は『τ=0』、即ち、群速度の大きい圧縮用励起光
パルスが信号光パルスと同時に圧縮用光ファイバ7に入
射された場合のチャープを、第7図は『τ=(−)
3』、即ち、群速度の大きい圧縮用励起光パルスが信号
光パルスよりも遅れて圧縮用光ファイバ7に入射された
場合のチャープをそれぞれ示している。
Specifically, FIG. 5 shows “τ d = 3”, that is, the chirp when the compression pumping light pulse having a large group velocity is incident on the compression optical fiber 7 before the signal light pulse. 6
The figure shows “τ d = 0”, that is, the chirp when a compression pumping light pulse having a large group velocity is incident on the compression optical fiber 7 simultaneously with the signal light pulse, and FIG. 7 shows “τ d = (− )
3], that is, chirp when the compression pumping light pulse having a large group velocity is incident on the compression optical fiber 7 later than the signal light pulse.

さらに詳細には、第5図乃至第7図の各(a)は、z/
Lw=2における周波数チャープを示す図、第5図乃至第
7図の各(b)は、z/Lw=4における周波数チャープを
示す図、第5図乃至第7図の各(c)はz/Lw=6におけ
る周波数チャープを示す図、第7図の(d)及び(e)
は、z/Lw=10,20における周波数チャープを示す図であ
る。
More specifically, each (a) in FIG. 5 to FIG.
FIGS. 5 to 7 show frequency chirp at L w = 2, and FIGS. 5 to 7 show frequency chirp at z / L w = 4, and FIGS. 5 to 7 each show (c). Is a diagram showing the frequency chirp at z / L w = 6, (d) and (e) in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing frequency chirp at z / L w = 10,20.

第5図から分るように、群速度の大きい圧縮用励起光
パルスが信号光パルスよりも先に圧縮用光ファイバ7に
入射された場合(τ=3)には、信号光パルスの位置
では、周波数チャープは非常に小さい。従って、この場
合、信号光パルスの形状はほとんど変化しない。
As can be seen from FIG. 5, when the compression pumping light pulse having a large group velocity is incident on the compression optical fiber 7 before the signal light pulse (τ d = 3), the position of the signal light pulse is Then, the frequency chirp is very small. Therefore, in this case, the shape of the signal light pulse hardly changes.

また、第6図から分るように、群速度の大きい圧縮用
励起光パルスが信号光パルスと同時に圧縮用光ファイバ
7に入射された場合(τ=0)には、z/Lw>6におい
て信号光パルスは、常に正の周波数チャープを受ける。
同様に、0<z/Lw<6においても信号光パルスは、主に
正の周波数チャープを受ける。従って、正常分散特性を
有する圧縮用光ファイバ7中を伝播する場合には、周波
数の高いピーク部分の速度は遅くなり、信号光パルスの
裾野部分の速度は速くなって、パルスは広がってしま
う。
Also, as can be seen from FIG. 6, when a compression pumping light pulse having a large group velocity is incident on the compression optical fiber 7 simultaneously with the signal light pulse (τ d = 0), z / L w > At 6, the signal light pulse always receives a positive frequency chirp.
Similarly, when 0 <z / Lw <6, the signal light pulse mainly receives a positive frequency chirp. Therefore, when the light propagates through the compression optical fiber 7 having the normal dispersion characteristic, the speed of the peak portion having a high frequency becomes slow, and the speed of the foot portion of the signal light pulse becomes fast, and the pulse spreads.

これに対して、第7図から分るように、群速度の大き
い圧縮用励起光パルスが信号光パルスよりも遅れて圧縮
用光ファイバ7に入射された場合(τ=(−)3)に
は、0<z/Lw<10の範囲では、信号光パルスは負の周波
数チャープを受け、10<z/Lwでは周波数チャープはほぼ
零となる。特に、z/Lw=4では、周波数チャープは信号
光パルスのピーク値付近で零で、立下り部ではほぼ線形
にチャープが減少する。従って、正常分散特性を有する
圧縮用光ファイバ7中では、立下り部が速く伝播して立
上り部に追いついていき、このためパルスは圧縮され
る。
On the other hand, as can be seen from FIG. 7, when the compression pumping light pulse having a large group velocity is incident on the compression optical fiber 7 later than the signal light pulse (τ d = (−) 3). In the range 0 <z / Lw <10, the signal light pulse receives a negative frequency chirp, and when 10 <z / Lw , the frequency chirp becomes almost zero. In particular, when z / L w = 4, the frequency chirp is zero near the peak value of the signal light pulse, and the chirp decreases almost linearly at the falling part. Therefore, in the compression optical fiber 7 having the normal dispersion characteristic, the falling portion quickly propagates and catches up with the rising portion, so that the pulse is compressed.

以上のように、圧縮用光ファイバ7中では、交差位相
変調のために周波数チャープ(光の周波数シフト)が発
生し、特に第7図の(b)に示すように、z/Lw=4で
は、信号光の立下り部において周波数が時間とともに減
少するようになる。
As described above, in the compression optical fiber 7, a frequency chirp (frequency shift of light) is generated due to the cross-phase modulation. In particular, as shown in FIG. 7B, z / L w = 4. In this case, the frequency of the falling portion of the signal light decreases with time.

ところが、信号光パルスの波長λは上記した正常分
散領域にあるため、周波数の違いに対応して、伝播する
信号光パルスの群速度が異なる。具体的には、チャープ
によって信号光パルスの立下り部(光パルスの後部)で
は、時間が経過する程、周波数が低くなる。さらに、正
常分散領域では、周波数の低い部分は速度が大きくなる
ため、圧縮用光ファイバ7を伝播中に、信号光パルスの
後部(立下り部)は立上り部に徐々に追い付いていき、
この結果、信号光パルスの幅が狭くなる。
However, since the wavelength λ 2 of the signal light pulse is in the normal dispersion region described above, the group velocity of the propagating signal light pulse is different according to the difference in frequency. Specifically, at the falling portion of the signal light pulse (the rear portion of the light pulse) due to chirp, the frequency becomes lower as time passes. Further, in the normal dispersion region, since the speed becomes high in the low frequency part, the rear part (falling part) of the signal light pulse gradually catches up with the rising part while propagating through the optical fiber for compression 7,
As a result, the width of the signal light pulse is reduced.

このような信号光パルスの圧縮の程度は、信号光パル
スと圧縮用励起光パルスの入射時間の差に依存し、入射
時間差を最適に選定することにより最大のパルス幅圧縮
効率が得られる。なお、最適な入射時間差は、圧縮用光
ファイバ7の群速度分散値やファイバコア径、信号光パ
ルス及び圧縮用励起光パルスの波長や強度によって異な
る(上記した文献:G.P.Agrawal,P.L.Baldeck and R.R.A
lfano,“Optical wave breaking and pulse compressio
n due to cross-phase modulation in optical fibers"
Optical Letters,Vol.14,No.2,pp.137〜139(1989)参
照)。
The degree of compression of such a signal light pulse depends on the difference between the incident times of the signal light pulse and the compression excitation light pulse, and the maximum pulse width compression efficiency can be obtained by optimally selecting the difference in the incident times. The optimum incident time difference depends on the group velocity dispersion value of the compression optical fiber 7, the fiber core diameter, the wavelength and the intensity of the signal light pulse and the compression excitation light pulse (the above-mentioned documents: GPAgrawal, PLBaldeck and RRA).
lfano, “Optical wave breaking and pulse compressio
n due to cross-phase modulation in optical fibers "
Optical Letters, Vol. 14, No. 2, pp. 137-139 (1989)).

ちなみに、第7図のように『τ=(−)3』の場合
には、パルス幅の3倍分だけ遅らせて入射させることに
相当する。即ち、信号光パルスと圧縮用励起光パルスの
幅が1ピコ秒の場合には、励起光パルスを3ピコ秒遅ら
せて入射させる。
Incidentally, in the case of “τ d = (−) 3” as shown in FIG. 7, this is equivalent to incidence with a delay of three times the pulse width. That is, when the width of the signal light pulse and the width of the compression excitation light pulse are 1 picosecond, the excitation light pulse is delayed by 3 picoseconds to be incident.

同じく、第7図の例では(τ=(−)3)、信号光
パルスの波長λ,強度P2と圧縮用励起光パルスの波長
λ,強度P1とは、次の(2)式及び(3)に示す関係
を満足している。
Similarly, in the example of FIG. 7, (τ d = (−) 3), the wavelength λ 2 and intensity P 2 of the signal light pulse and the wavelength λ 1 and intensity P 1 of the compression pump light pulse are expressed by the following (2) ) Satisfies the relationship shown in the expression (3).

λ/λ=1.2 …(2) P2/P1=10-4 …(3) 具体的には、信号光パルスの波長λ並びに強度P2
値が、λ=1.535μm,P2=1μWの場合には、圧縮用
励起光パルスの波長λ並びに強度P1の値は、λ=1.
842μm,P1=10mWである。
λ 1 / λ 2 = 1.2 (2) P 2 / P 1 = 10 -4 (3) Specifically, the values of the wavelength λ 2 and the intensity P 2 of the signal light pulse are λ 2 = 1.535 μm, When P 2 = 1 μW, the values of the wavelength λ 1 and the intensity P 1 of the compression excitation light pulse are λ 1 = 1.
842 μm, P 1 = 10 mW.

同様に、信号光パルスの波長λ並びに強度P2の値
が、λ=1.3μm,P2=1μWの場合には、圧縮用励起
光パルスの波長λ並びに強度P1の値は、λ=1.56μ
m,P1=10mWである。
Similarly, when the values of the wavelength λ 2 and the intensity P 2 of the signal light pulse are λ 2 = 1.3 μm and P 2 = 1 μW, the values of the wavelength λ 1 and the intensity P 1 of the compression pumping light pulse are: λ 1 = 1.56μ
m, P 1 = 10 mW.

また、第7図からも分るように、z/Lw>6において
は、信号光パルスの立上り部で周波数が低く、ピーク部
及び立下り部では立上り部に比べて周波数が高くなるの
で、パルスは広がってしまう。従って、『τ=(−)
3』の場合には、圧縮用光ファイバ7の長さはz/Lw<6
とする必要がある。
Also, as can be seen from FIG. 7, when z / L w > 6, the frequency is low at the rising portion of the signal light pulse, and the frequency is high at the peak portion and the falling portion as compared with the rising portion. The pulse spreads. Therefore, “τ d = (−)
3], the length of the compression optical fiber 7 is z / L w <6.
It is necessary to

次いで、圧縮用光ファイバ7で圧縮された微弱な信号
光パルスは、光結合器3bを介して、励起光パルス発生用
光源5bで発生された波長λの増幅用励起光パルスと同
時にエルビウム添加光ファイバ2に入射される。これに
より、増幅用励起光パルスがエルビウムを励起して、光
を誘起し、これが信号光パルスを増幅する。
Then, weak signal light pulses compressed by the compression optical fiber 7 via the optical coupler 3b, at the same time erbium doped with amplification pumping light pulse having a wavelength lambda 3 generated by the excitation light pulse generating light source 5b The light enters the optical fiber 2. Thus, the amplification excitation light pulse excites erbium to induce light, which amplifies the signal light pulse.

なお、エルビウム添加光ファイバ2を励起するための
増幅用励起光パルスの波長、強度等については、例え
ば、添加濃度約1000ppm、コア径6μm、コアの比屈折
率差0.85%、カットオフ波長1.28μmのエルビウム添加
光ファイバ(長さ3m)の場合には、波長1.48μm、強度
30mWの励起光で励起すると、波長1.535μmの信号光
(数μW)は約10dB増幅される(文献;中沢、木村,鈴
木“Efficient Er3+‐doped optical fiber amplifier
pumped by a 1.48μm InGaAsP laserdiode"Appl.Phys.L
ett.,Vol.54,No.4,pp.295〜297,(1988))。
The wavelength, intensity, and the like of the amplification pumping light pulse for exciting the erbium-doped optical fiber 2 are, for example, about 1000 ppm in doping concentration, 6 μm in core diameter, 0.85% relative refractive index difference of core, and 1.28 μm in cutoff wavelength. Erbium-doped optical fiber (length 3m), wavelength 1.48μm, intensity
When pumped with 30 mW pump light, the signal light of 1.535 μm wavelength (several μW) is amplified by about 10 dB (Reference: Nakazawa, Kimura, Suzuki “Efficient Er 3+ -doped optical fiber amplifier”
pumped by a 1.48μm InGaAsP laserdiode "Appl.Phys.L
ett., Vol. 54, No. 4, pp. 295-297, (1988)).

このように、信号光パルス圧縮用光ファイバ7でパル
ス幅を圧縮され、エルビウム添加光ファイバ2で増幅さ
れた信号光パルスは、次の伝送路である光ファイバ1bに
導波される。
Thus, the signal light pulse whose pulse width is compressed by the signal light pulse compression optical fiber 7 and amplified by the erbium-doped optical fiber 2 is guided to the optical fiber 1b which is the next transmission path.

以上説明したように、本第1の実施例によれば、伝送
路である光ファイバ1aを伝播する間にパルス幅が広が
り、強度が低下した光パルスに励起光パルスを作用さ
せ、伝送路用光ファイバと構造の類似した信号光パルス
圧縮用光ファイバ7及び信号光パルス増幅用エルビウム
添加光ファイバ2によって、信号光パルスを光のままで
圧縮及び増幅することができるので、光通信における信
号中継装置を、複雑な電気回路を要することなく小形に
して簡易に構成できる。
As described above, according to the first embodiment, the excitation light pulse is applied to the light pulse whose intensity is reduced while the pulse width is widened while propagating through the optical fiber 1a which is the transmission line, and The signal light pulse can be compressed and amplified as it is by the optical fiber 7 for compressing the signal light pulse and the erbium-doped optical fiber 2 for amplifying the signal light pulse, which are similar in structure to the optical fiber. The device can be made compact and simple without the need for complicated electric circuits.

なお、信号光パルス圧縮用光ファイバ7の長さ及び構
造は、圧縮しようとする信号光パルスの幅、波長、強度
によって最適なものに設計する必要がある。一例として
は、零分散波長が1.56〜1.6μm帯にある数cm〜数百m
長の低損失分散シフト光ファイバを挙げることができ
る。この場合、上記したように、信号光パルスの波長λ
は1.3μm、圧縮用励起光パルスの波長λは1.56μ
m等の値が選定されることになる。
The length and structure of the signal light pulse compression optical fiber 7 need to be designed to be optimal depending on the width, wavelength, and intensity of the signal light pulse to be compressed. As an example, several centimeters to several hundreds of meters having a zero dispersion wavelength in the 1.56 to 1.6 μm band
Long low-loss dispersion-shifted optical fibers. In this case, as described above, the wavelength λ of the signal light pulse
2 is 1.3 μm, and the wavelength λ 1 of the excitation light pulse for compression is 1.56 μm.
A value such as m will be selected.

また、エルビウム添加光ファイバ2については、文献
に述べられているように、添加量約1000ppm、長さ3.5
m、コア系6.9μm、比屈折率差0.85%のものを使用して
もよい。これらのパラメータは、増幅度、信号光パルス
波長等によって、最適化を図る必要がある。
Further, as described in the literature, the erbium-doped optical fiber 2 has an addition amount of about 1000 ppm and a length of 3.5 ppm.
m, a core system of 6.9 μm, and a relative refractive index difference of 0.85% may be used. It is necessary to optimize these parameters depending on the amplification degree, the signal light pulse wavelength, and the like.

第8図は、本発明による光パルス圧縮増幅方法を採用
した光ファイバ通信システムの第2の実施例を示す構成
図である。
FIG. 8 is a block diagram showing a second embodiment of the optical fiber communication system employing the optical pulse compression amplification method according to the present invention.

本第2の実施例と前記第1の実施例の異なる点は、信
号光パルス増幅用エルビウム添加光ファイバ2と伝送路
用光ファイバ1bとの間に、一端が光結合器3cの端子3Bに
接続され、他端が光結合器3dの端子3Aに接続された信号
光パルス圧縮用光ファイバ7aを挿入して、光結合器3cの
端子3Aと光ファイバ1bの一端を、光結合器3dの端子3Bと
エルビウム添加光ファイバ2の他端とを接続し、さら
に、光結合器3cの端子3C側には、光ファイバ配線コード
6cを介して励起光パルス発生用光源5aと同一構成の励起
光パルス発生用光源5cを配置するとともに、光結合器3d
の端子3C側には、光ファイバ配線コード6dを介して励起
光パルス発生用光源5bと同一構成の励起光パルス発生用
光源5dを配置し、エルビウム添加光ファイバ2を中心と
して、対称な構成としたことにある。
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that one end is connected to the terminal 3B of the optical coupler 3c between the erbium-doped optical fiber 2 for signal light pulse amplification and the optical fiber 1b for the transmission line. The optical fiber 7a for signal light pulse compression which is connected and the other end is connected to the terminal 3A of the optical coupler 3d is inserted, and the terminal 3A of the optical coupler 3c and one end of the optical fiber 1b are connected to the optical coupler 3d. The terminal 3B is connected to the other end of the erbium-doped optical fiber 2, and an optical fiber wiring cord is connected to the terminal 3C of the optical coupler 3c.
An excitation light pulse generation light source 5c having the same configuration as the excitation light pulse generation light source 5a is arranged via 6c, and the optical coupler 3d
On the side of the terminal 3C, an excitation light pulse generation light source 5d having the same configuration as the excitation light pulse generation light source 5b is arranged via an optical fiber wiring cord 6d, and has a symmetrical configuration around the erbium-doped optical fiber 2. I did it.

本第2の実施例によれば、前記第1の実施例の効果に
加えて、片方向のみではなく、双方向からの信号パルス
の圧縮及び増幅を行なうことができる。
According to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, compression and amplification of signal pulses not only in one direction but also in both directions can be performed.

なお、上記第1及び第2の実施例においては、信号光
パルス圧縮用光ファイバと信号光パルス増幅用光ファイ
バとを別個に構成したが、これに限定されるものではな
く、希土類元素添加光ファイバ、例えばエルビウム添加
光ファイバにおいて、第4図に示すような群速度分散を
持つように屈折率分布等の光ファイバのパラメータを選
定することにより、一つのエルビウム添加光ファイバ中
で、信号光パルスの圧縮及び増幅を同時に実現できる。
In the first and second embodiments, the optical fiber for compressing the signal light pulse and the optical fiber for amplifying the signal light pulse are separately configured. However, the present invention is not limited to this. In a fiber, for example, an erbium-doped optical fiber, by selecting parameters of the optical fiber such as a refractive index distribution so as to have a group velocity dispersion as shown in FIG. Compression and amplification can be realized simultaneously.

第9図は、このような圧縮及び増幅作用を併せ持つ一
つの希土類元素添加光ファイバを用いる本発明による光
パルス圧縮増幅方法を採用した光ファイバ通信システム
の第3の実施例を示す構成図である。
FIG. 9 is a block diagram showing a third embodiment of the optical fiber communication system employing the optical pulse compression amplification method according to the present invention using one rare earth element-doped optical fiber having both such compression and amplification functions. .

本第3の実施例と前記第1の実施例の異なる点は、信
号光パルス圧縮用光ファイバ7と信号光パルス増幅用エ
ルビウム添加光ファイバ2の代わりに、正常分散特性を
有する希土類元素(例えば、エルビウム)添加光ファイ
バ8を配置した点、並びに光結合器3aの端子3Cに、光フ
ァイバ配線コード6aを介して光結合器3eを接続し、光結
合器3eに光ファイバ配線コード6e,6fを介して交差位相
変調を発現させるための励起光パルス発生用光源5aと希
土類元素添加光ファイバ励起のための励起光パルス発生
用光源5bとを接続した点にある。
The difference between the third embodiment and the first embodiment is that, instead of the optical fiber 7 for compressing the signal light pulse and the erbium-doped optical fiber 2 for amplifying the signal light pulse, a rare earth element having normal dispersion characteristics (for example, , Erbium) -doped optical fiber 8 and the terminal 3C of the optical coupler 3a are connected to the optical coupler 3e via the optical fiber wiring cord 6a, and the optical coupler 3e is connected to the optical fiber wiring cords 6e and 6f. The point is that the excitation light pulse generation light source 5a for generating the cross-phase modulation via the interface and the excitation light pulse generation light source 5b for exciting the rare earth element-doped optical fiber are connected.

このような構成においては、交差位相変調を発現させ
るための励起光パルス発生用光源5aからは、信号光パル
スよりも長波長で、かつ、強度が大きく、しかも群速度
の大きい圧縮用励起光パルスを、信号光パルスよりも遅
らせて入射し、希土類元素添加光ファイバ励起のための
励起用光パルス発生用光源5bからは、正常分散特性を有
する希土類元素添加光ファイバ8の励起に必要な波長と
強度を有する増幅用励起光パルスを、信号光パルスと同
時に入射する。
In such a configuration, the excitation light pulse generating light source 5a for generating the cross-phase modulation has a longer wavelength than the signal light pulse, a higher intensity, and a larger group velocity. From the light source 5b for generating a pumping light pulse for pumping the rare-earth element-doped optical fiber, the wavelength required for pumping the rare-earth element-doped optical fiber 8 having normal dispersion characteristics. Amplifying excitation light pulse having intensity is incident simultaneously with the signal light pulse.

但し、この場合には、交差位相変調を発生させるため
の圧縮用励起光パルスと増幅を行なうための増幅用励起
光パルスとの相互作用を抑制するため、両励起光パルス
の波長を別々に設定する必要がある。
However, in this case, the wavelengths of both pumping light pulses are set separately to suppress the interaction between the pumping light pulse for generating cross-phase modulation and the pumping light pulse for amplification for performing amplification. There is a need to.

これにより、上記第1の実施例で説明したと同様の効
果が発生し、正常分散特性を有する希土類元素添加光フ
ァイバ8において、信号光パルスは圧縮・増幅される。
As a result, the same effect as described in the first embodiment is produced, and the signal light pulse is compressed and amplified in the rare-earth element-doped optical fiber 8 having normal dispersion characteristics.

このように、本第3の実施例によれば、第1の実施例
における信号光パルス圧縮用光ファイバ7とエルビウム
添加光ファイバ2とを一体化できるので、光通信におけ
る信号中継装置を、さらに小型化及び簡易化することが
できる。
As described above, according to the third embodiment, the signal light pulse compression optical fiber 7 and the erbium-doped optical fiber 2 in the first embodiment can be integrated, so that a signal relay device in optical communication can be further provided. Downsizing and simplification can be achieved.

(発明の効果) 以上説明したように、請求項(1)によれば、例えば
伝送路を伝播する間にパルス幅が広がり、強度が低下し
た信号光パルスと、信号光パルス伝播用光ファイバと構
造の類似した光ファイバによって、光のままで圧縮及び
増幅を行なうことができる。従って、光/電気,電気/
光変換回路等の複雑な電気回路を必要としないので、小
形にして簡易な構成の装置で信号光パルスの中継を行な
うことができる。また、この光通信における信号中継装
置の簡易化を通じて、光通信システムの経済化、高信頼
化を図ることができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to claim (1), for example, a signal light pulse whose pulse width is widened and its intensity is reduced while propagating through a transmission line, and an optical fiber for signal light pulse propagation. Compression and amplification can be performed with light as it is by an optical fiber having a similar structure. Therefore, light / electricity, electricity /
Since a complicated electric circuit such as an optical conversion circuit is not required, the signal light pulse can be relayed by a small and simple device. Further, through simplification of the signal relay device in the optical communication, economical and high reliability of the optical communication system can be achieved.

また、請求項(2)によれば、請求項(1)の効果に
加えて、さらに光通信における信号中継装置の小形化、
簡易化を図れる利点がある。
According to claim (2), in addition to the effect of claim (1), further downsizing of the signal relay device in optical communication,
There is an advantage that simplification can be achieved.

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

第1図は本発明による光パルス圧縮増幅方法を採用した
光ファイバ通信システムの第1の実施例を示す構成図、
第2図は従来方法を採用した光ファイバ通信システムの
構成図、第3図は光結合器の構成例を示す図、第4図は
本発明に係る信号光パルス圧縮用光ファイバの群速度分
散特性を示すグラフ、第5図乃至第7図は本発明に係る
チャープを説明するための図で、第5図は圧縮用励起光
パルスが信号光パルスよりも先に圧縮用光ファイバに入
射された場合のチャープを示す図、第6図は圧縮用励起
光パルスが信号光パルスと同時に圧縮用光ファイバに入
射された場合のチャープを示す図、第7図は圧縮用励起
光パルスが信号光パルスよりも遅れて圧縮用光ファイバ
に入射された場合のチャープを示す図、第8図は本発明
による光パルス圧縮増幅方法を採用した光ファイバ通信
システムの第2の実施例を示す構成図、第9図は本発明
による光パルス圧縮増幅方法を採用した光ファイバ通信
システムの第3の実施例を示す構成図である。 図中、1a,1b……伝送路用光ファイバ、2……信号光パ
ルス増幅用エルビウム添加光ファイバ、3,3a,3b,3c,3d,
3e……光結合器、4……信号光パルス発生用光源、5,5
a,5b,5c,5d……励起光パルス発生用光源、6,6a,6b,6c,6
d,6e,6f……光ファイバ配線コード、7……信号光パル
ス圧縮用光ファイバ、8……正常分散特性を有する希土
類元素添加光ファイバ。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an optical fiber communication system employing an optical pulse compression / amplification method according to the present invention;
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an optical fiber communication system employing a conventional method, FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of an optical coupler, and FIG. FIGS. 5 to 7 are graphs showing characteristics, and FIGS. 5 to 7 are diagrams for explaining chirp according to the present invention. FIG. 5 shows that a pumping light pulse for compression is input to a compression optical fiber prior to a signal light pulse. FIG. 6 is a diagram showing a chirp when the compression pumping light pulse is simultaneously input to the compression optical fiber at the same time as the signal light pulse, and FIG. 7 is a diagram showing a chirp when the compression pumping light pulse is the signal light. FIG. 8 is a diagram showing a chirp in a case where light enters a compression optical fiber with a delay from a pulse, FIG. 8 is a configuration diagram showing a second embodiment of an optical fiber communication system employing an optical pulse compression amplification method according to the present invention, FIG. 9 shows the light pulse pressure according to the present invention. A third embodiment of an optical fiber communication system employing amplification method is a diagram showing a. In the figure, 1a, 1b ... optical fiber for transmission line, 2 ... erbium-doped optical fiber for signal light pulse amplification, 3, 3a, 3b, 3c, 3d,
3e …… Optical coupler, 4 …… Light source for signal light pulse generation, 5,5
a, 5b, 5c, 5d: Light source for generating excitation light pulse, 6, 6a, 6b, 6c, 6
d, 6e, 6f: optical fiber wiring cord, 7: optical fiber for signal light pulse compression, 8: rare earth element-doped optical fiber having normal dispersion characteristics.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】正常分散特性を有する圧縮用光ファイバ
に、信号光パルスよりも長波長で、かつ、強度と群速度
の大きい励起光パルスを、信号光パルスよりも遅らせて
入射することにより信号光パルスのパルス幅を圧縮し、 次いで、圧縮された信号光パルスと、前記励起光パルス
とは異なる波長と強度で、かつ、希土類元素添加光ファ
イバの励起に必要な波長と強度を有する励起光パルスと
を同時に当該希土類元素添加光ファイバに入射すること
により信号光パルスの増幅を行なう ことを特徴とする光パルス圧縮増幅方法。
1. A pumping optical pulse having a longer wavelength than a signal light pulse, and having a higher intensity and a higher group velocity, is incident on a compression optical fiber having a normal dispersion characteristic with a delay after the signal light pulse. The pulse width of the optical pulse is compressed, and then the compressed signal light pulse and the pump light having a wavelength and intensity different from those of the pump light pulse and having a wavelength and intensity necessary for exciting the rare earth element-doped optical fiber. An optical pulse compression / amplification method, comprising: amplifying a signal light pulse by simultaneously inputting a pulse to the rare earth element-doped optical fiber.
【請求項2】正常分散特性を有する希土類元素添加光フ
ァイバに、信号光パルスより長波長で、かつ、強度と群
速度の大きい励起光パルスを、信号光パルスよりも遅ら
せて入射するとともに、前記希土類元素添加光ファイバ
の励起に必要な波長と強度を有する別の励起光パルスを
信号光パルスと同時に入射することにより信号光パルス
のパルス幅の圧縮及び増幅を行なう ことを特徴とする光パルス圧縮増幅方法。
2. A pumping light pulse having a longer wavelength than a signal light pulse, and having a greater intensity and a higher group velocity, is incident on a rare earth element-doped optical fiber having a normal dispersion characteristic with a delay longer than that of the signal light pulse. Optical pulse compression characterized by compressing and amplifying the pulse width of a signal light pulse by simultaneously inputting another excitation light pulse having the wavelength and intensity required for pumping a rare earth element-doped optical fiber at the same time as the signal light pulse Amplification method.
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