JP2825989B2 - 光ソリトン伝送方法 - Google Patents
光ソリトン伝送方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ソリトン通信方法に
係り、特に複数光中継毎に光ソリトンの波形整形および
リタイミングを行なうことにより、安定でかつＳ／Ｎ比
の良いソリトン信号を超長距離・大容量に伝送する方法
に関するものである。
係り、特に複数光中継毎に光ソリトンの波形整形および
リタイミングを行なうことにより、安定でかつＳ／Ｎ比
の良いソリトン信号を超長距離・大容量に伝送する方法
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ―中の光ソリトンはある振幅
の光パルスを入射すると、群速度の波長微分が負となる
異常分散波長域において、その群速度分散と非線形光学
効果が釣り合うことにより、光損失がない場合には光フ
ァイバ―中を波形を変えずに伝搬するという特徴があ
る。またこの不変なパルス波形のパルス幅も 100ピコ秒
以下と狭い。このため、光ソリトンを用いた伝送方式は
群速度分散に制限されない長距離、大容量の光通信を実
現するうえで有望な方式であると言われいてる。しか
し、現実の光ファイバ―においては、わずかな光損失
（波長 1.55 μｍ帯で 0.22 ｄＢ／ｋｍ，１ｋｍ先で約
５％光が弱まる）が存在するため、光ソリトンといえど
も長距離伝搬後には非線形性と分散とのバランスが崩れ
波形が変化してしまう。このため、ソリトンの長距離伝
送にはこの損失を補償する光増幅が大変重要となってい
る。
の光パルスを入射すると、群速度の波長微分が負となる
異常分散波長域において、その群速度分散と非線形光学
効果が釣り合うことにより、光損失がない場合には光フ
ァイバ―中を波形を変えずに伝搬するという特徴があ
る。またこの不変なパルス波形のパルス幅も 100ピコ秒
以下と狭い。このため、光ソリトンを用いた伝送方式は
群速度分散に制限されない長距離、大容量の光通信を実
現するうえで有望な方式であると言われいてる。しか
し、現実の光ファイバ―においては、わずかな光損失
（波長 1.55 μｍ帯で 0.22 ｄＢ／ｋｍ，１ｋｍ先で約
５％光が弱まる）が存在するため、光ソリトンといえど
も長距離伝搬後には非線形性と分散とのバランスが崩れ
波形が変化してしまう。このため、ソリトンの長距離伝
送にはこの損失を補償する光増幅が大変重要となってい
る。
【０００３】従来、光損失によるソリトン波形の変化を
補償するためには、誘導ラマン散乱を用いて、伝送路中
に分布定数的に増幅作用を持たせることにより等価的に
無損失の伝送路を作り、光ソリトンを伝搬させる方法が
提案されている（Ａ．Ｈasegawa ：Ａppl.Ｏpt．23巻，
Ｐ．3302（1984）．およびＬ．Ｆ．Ｍollenauer ，Ｊ．
Ｐ．Ｇordon ，and Ｍ．Ｎ．Ｉslam：ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑ
uantum Ｅlectron ．ＱＥ−22巻，Ｐ.157（198
6）．）。この方法は理想的なソリトン伝送路を提供す
るため長距離の伝搬に適しているが、システムの構成は
複雑であり、さらに、伝送路全体にわたって一様な増幅
利得を持たせることは困難であり、任意の場所において
無損失の伝送路は得られていない。誘導ラマン散乱の利
得が 0.1ｄＢ／ｍＷ以下と比較的小さいため、励起入力
が 100ｍＷ以上必要となる欠点があった。
補償するためには、誘導ラマン散乱を用いて、伝送路中
に分布定数的に増幅作用を持たせることにより等価的に
無損失の伝送路を作り、光ソリトンを伝搬させる方法が
提案されている（Ａ．Ｈasegawa ：Ａppl.Ｏpt．23巻，
Ｐ．3302（1984）．およびＬ．Ｆ．Ｍollenauer ，Ｊ．
Ｐ．Ｇordon ，and Ｍ．Ｎ．Ｉslam：ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑ
uantum Ｅlectron ．ＱＥ−22巻，Ｐ.157（198
6）．）。この方法は理想的なソリトン伝送路を提供す
るため長距離の伝搬に適しているが、システムの構成は
複雑であり、さらに、伝送路全体にわたって一様な増幅
利得を持たせることは困難であり、任意の場所において
無損失の伝送路は得られていない。誘導ラマン散乱の利
得が 0.1ｄＢ／ｍＷ以下と比較的小さいため、励起入力
が 100ｍＷ以上必要となる欠点があった。
【０００４】最近では、伝送路中にある間隔をおいて光
増幅器を入れ、集中定数的に光ファイバ―の損失を補償
する方法によって長距離にわたって光ソリトンを伝搬さ
せる新しい方法が提案されている（特願平１− 68619、
特願平２−1307、特願平２−128624、およびＨ．Ｋubot
a and Ｍ．Ｎakazawa ：ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑuantum Ｅle
ctron ．ＱＥ−26巻，Ｐ.692（1990）．）。この方法
は、ソリトンの大きさをＡ＞１に設定することにより増
幅作用を持つ領域を極在化でき、構成が簡単になるため
最近ソリトン伝送が世界で初めて実現されるに至ってい
る（Ｍ．Ｎakazawa ，Ｋ．Ｓuzuki ，and Ｙ．Ｋimura
：Ｐhoton.Ｔech ．Ｌett.．２巻，Ｐ． 216（199
0））。光ソリトンの振幅Ａは次のように決めることが
できる。光ファイバ―中における基本（Ｎ＝１）光ソリ
トンの尖頭値パワ―Ｐ1 は次式により表される。 Ｐ1 ＝（λ3 ｜Ｄ｜ｌ s）／（４π2 ｃｎ2 τ2 ） （１）
増幅器を入れ、集中定数的に光ファイバ―の損失を補償
する方法によって長距離にわたって光ソリトンを伝搬さ
せる新しい方法が提案されている（特願平１− 68619、
特願平２−1307、特願平２−128624、およびＨ．Ｋubot
a and Ｍ．Ｎakazawa ：ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑuantum Ｅle
ctron ．ＱＥ−26巻，Ｐ.692（1990）．）。この方法
は、ソリトンの大きさをＡ＞１に設定することにより増
幅作用を持つ領域を極在化でき、構成が簡単になるため
最近ソリトン伝送が世界で初めて実現されるに至ってい
る（Ｍ．Ｎakazawa ，Ｋ．Ｓuzuki ，and Ｙ．Ｋimura
：Ｐhoton.Ｔech ．Ｌett.．２巻，Ｐ． 216（199
0））。光ソリトンの振幅Ａは次のように決めることが
できる。光ファイバ―中における基本（Ｎ＝１）光ソリ
トンの尖頭値パワ―Ｐ1 は次式により表される。 Ｐ1 ＝（λ3 ｜Ｄ｜ｌ s）／（４π2 ｃｎ2 τ2 ） （１）
【０００５】ここでλは波長、ｃは光速、ｎ2 は光ファ
イバ―の非線形屈折率、Ｄは光ファイバ―の波長λにお
ける群速度分散、Ｓは光ファイバ―のコアの断面積であ
る。また、光ソリトンの規格化伝搬距離ｚ0 は、 Ｚ0 ＝（２πＣτ2 ）／（｜Ｄ｜λ2 ） （２）
イバ―の非線形屈折率、Ｄは光ファイバ―の波長λにお
ける群速度分散、Ｓは光ファイバ―のコアの断面積であ
る。また、光ソリトンの規格化伝搬距離ｚ0 は、 Ｚ0 ＝（２πＣτ2 ）／（｜Ｄ｜λ2 ） （２）
【０００６】で与えられる。また規格化伝搬距離Ｚ0 以
外にソリトン周期Ｚsp＝（π／２）×Ｚ0 もよく使われ
る。このＰ1 を用いると任意の尖頭値パワ―Ｐをもつ光
ソリトンの振幅Ａは式（３）のように表される。 Ａ＝（Ｐ／Ｐ1 ）1/2 （３） なお、パルス強度波形の半値全幅τFWHMとτとの関係
は、 τ＝τFWHM／ 1.76 （４） である。
外にソリトン周期Ｚsp＝（π／２）×Ｚ0 もよく使われ
る。このＰ1 を用いると任意の尖頭値パワ―Ｐをもつ光
ソリトンの振幅Ａは式（３）のように表される。 Ａ＝（Ｐ／Ｐ1 ）1/2 （３） なお、パルス強度波形の半値全幅τFWHMとτとの関係
は、 τ＝τFWHM／ 1.76 （４） である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この欠点はＡ
＞１と設定するため伝送路に増幅作用を持たせた場合に
比べてソリトンを形成しない非ソリトン的な光成分が増
加し、波形の変化が大きくなる点である。、この非ソリ
トン的な光成分は「非ソリトン的散逸成分」とも呼ば
れ、波形上は、光のＤＣ成分やパルスのすその巾が広く
なるという現象として観測される。「非ソリトン成分の
残留分」と言うこともできる。たとえＡ＞２以上にして
中継間隔を75ｋｍと従来の線形方式と同程度にまで拡張
した場合でも非ソリトン的な光成分が大きくなり、従来
方式に比べて中継距離は延びるものの最大伝送（光中継
しても）距離が制限されてしまっていた。
＞１と設定するため伝送路に増幅作用を持たせた場合に
比べてソリトンを形成しない非ソリトン的な光成分が増
加し、波形の変化が大きくなる点である。、この非ソリ
トン的な光成分は「非ソリトン的散逸成分」とも呼ば
れ、波形上は、光のＤＣ成分やパルスのすその巾が広く
なるという現象として観測される。「非ソリトン成分の
残留分」と言うこともできる。たとえＡ＞２以上にして
中継間隔を75ｋｍと従来の線形方式と同程度にまで拡張
した場合でも非ソリトン的な光成分が大きくなり、従来
方式に比べて中継距離は延びるものの最大伝送（光中継
しても）距離が制限されてしまっていた。
【０００８】また、Ｇordon-Ｈaus 制限（光増幅器の雑
音により、ソリトンが長距離伝搬した後ジッタ―が増え
る）なるものがソリトン通信には存在し、このため最大
の伝送距離が制限されていた（Ｊ．Ｐ．Ｇordon and
Ｈ．Ａ．Ｈaus ：Ｏpt．Ｌett., 11巻，Ｐ． 665（198
6）．）。
音により、ソリトンが長距離伝搬した後ジッタ―が増え
る）なるものがソリトン通信には存在し、このため最大
の伝送距離が制限されていた（Ｊ．Ｐ．Ｇordon and
Ｈ．Ａ．Ｈaus ：Ｏpt．Ｌett., 11巻，Ｐ． 665（198
6）．）。
【０００９】本発明は上記の実情に鑑みてなされたもの
で、集中定数型の光増幅器を用いた多中継ソリトン伝送
においてＡ＞１と設定するために必然的に発生する非ソ
リトン的な光成分を波形整形及びリタイミングを行なう
ことにより除去し、超長尺にわたってソリトン伝送を実
現し、経済的な高速光ソリトン伝送方法を提供すること
を目的とする。
で、集中定数型の光増幅器を用いた多中継ソリトン伝送
においてＡ＞１と設定するために必然的に発生する非ソ
リトン的な光成分を波形整形及びリタイミングを行なう
ことにより除去し、超長尺にわたってソリトン伝送を実
現し、経済的な高速光ソリトン伝送方法を提供すること
を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、光ソリトンパルスの強度を決める規格化振
幅ＡをＡ＞１と設定して単一モ―ド光ファイバ―に入射
し、規格化振幅ＡをＡ＞１と設定して単一モ―ド光ファ
イバ―へ入射した該ソリトンパルスが前記光ファイバ―
を伝搬した後、該ソリトンパルスのパルス幅が光ファイ
バ―に入射したときのソリトンパルス幅と等しくなる位
置に前記光ファイバ―での光損失を補うための光増幅器
を設置することにより、多中継長距離ソリトン伝送を行
なう方法において、複数中継ごとに光ソリトンのデータ
信号に同期して光変調を行なうことにより波形整形およ
びリタイミングを行なうことを特徴とするものである。
するために、光ソリトンパルスの強度を決める規格化振
幅ＡをＡ＞１と設定して単一モ―ド光ファイバ―に入射
し、規格化振幅ＡをＡ＞１と設定して単一モ―ド光ファ
イバ―へ入射した該ソリトンパルスが前記光ファイバ―
を伝搬した後、該ソリトンパルスのパルス幅が光ファイ
バ―に入射したときのソリトンパルス幅と等しくなる位
置に前記光ファイバ―での光損失を補うための光増幅器
を設置することにより、多中継長距離ソリトン伝送を行
なう方法において、複数中継ごとに光ソリトンのデータ
信号に同期して光変調を行なうことにより波形整形およ
びリタイミングを行なうことを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】本発明は、集中定数的な光増幅器を持つ構成を
取りつつ、伝搬中に生じる非ソリトン的な光成分を除去
することにより、安定でＳ／Ｎ比の高いソリトン信号を
長距離にわたって伝搬させることにより、経済的でか
つ、ソリトンの伝送距離が大幅に拡大できることを主要
な特徴とする。その際、光中継増幅器および光ソリトン
発生器からの出力光パルスの強度を振幅Ａ＞１に相当す
る強度にすることおよびソリトンデータ信号に同期して
光変調を印加し波形整形、リタイミングを行なうことが
重要である。波形整形には応答の早い半導体レ―ザ―増
幅器による光スイッチ、ＬｉＮｂＯ 3 などの変調器、そ
の他あらゆる高速の光スイッチを用いることが出来る。
また、光増幅器としては半導体レ―ザ―増幅器、エルビ
ウム（Ｅｒ）ド―プ光ファイバ―増幅器等を用いること
ができる。従来、このような構成では、Ａ＞１のみの条
件により波形の変化を利用して伝送距離を延ばすように
していたが、本発明では、光ソリトンに重畳される非ソ
リトン的な光成分を取り除くことで、さらに積極的な伝
送距離の拡大を図ったものであり、全体として10,000ｋ
ｍ以上の高速ソリトン伝送を可能にするところが従来の
技術と異なる。
取りつつ、伝搬中に生じる非ソリトン的な光成分を除去
することにより、安定でＳ／Ｎ比の高いソリトン信号を
長距離にわたって伝搬させることにより、経済的でか
つ、ソリトンの伝送距離が大幅に拡大できることを主要
な特徴とする。その際、光中継増幅器および光ソリトン
発生器からの出力光パルスの強度を振幅Ａ＞１に相当す
る強度にすることおよびソリトンデータ信号に同期して
光変調を印加し波形整形、リタイミングを行なうことが
重要である。波形整形には応答の早い半導体レ―ザ―増
幅器による光スイッチ、ＬｉＮｂＯ 3 などの変調器、そ
の他あらゆる高速の光スイッチを用いることが出来る。
また、光増幅器としては半導体レ―ザ―増幅器、エルビ
ウム（Ｅｒ）ド―プ光ファイバ―増幅器等を用いること
ができる。従来、このような構成では、Ａ＞１のみの条
件により波形の変化を利用して伝送距離を延ばすように
していたが、本発明では、光ソリトンに重畳される非ソ
リトン的な光成分を取り除くことで、さらに積極的な伝
送距離の拡大を図ったものであり、全体として10,000ｋ
ｍ以上の高速ソリトン伝送を可能にするところが従来の
技術と異なる。
【００１２】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。
説明する。
【００１３】図１は光ソリトンを用い伝送システムの構
成例であって、１は光ソリトン発生器、２は受光器、Ａ
Ｍは光増幅器、Ｒは波形整形およびリタイミング器（可
飽和吸収体の実施例では波形整形のみを意味する）、Ｆ
は光ファイバ―、である。これを動作させるには、まず
電気信号を、光ソリトン発生器１により光ソリトンパル
スに変換し、この光ソリトンパルスを光ファイバ―Ｆに
伝搬させる。光ファイバ―Ｆの損失によるソリトン振幅
の低下を補うため、光増幅器ＡＭにより増幅した後、次
の光ファイバ―Ｆに入射する。光増幅器ＡＭとしては半
導体レ―ザ―増幅器、もしくはエルビウム（Ｅｒ）ド―
プ光ファイバ―増幅器等を用いる。Ａ＞１のソリトンを
各光ファイバ―Ｆにおいて励起するため非ソリトン的な
光成分が累積されてくる。この不必要な光成分を波形整
形およびリタイミング器Ｒにより除去することによりき
れいなソリトンパルスに再生した後、再び中継伝送を行
なう。波形整形は複数回の光中継毎に一度行なえば充分
である。この、伝搬と光増幅および波形整形を数回ない
し数十回繰返した後、受光器２により電気信号に変換す
る。各々の光ファイバ―の長さは25〜50ｋｍ以上であ
る。このとき本発明では、光ファイバ―への入射パルス
の強度を振幅Ａ＞１とすることにより、波形の変化を積
極的に利用して光増幅器の設置間隔（光ファイバ―の長
さ）を延ばしている点も重要なことである。
成例であって、１は光ソリトン発生器、２は受光器、Ａ
Ｍは光増幅器、Ｒは波形整形およびリタイミング器（可
飽和吸収体の実施例では波形整形のみを意味する）、Ｆ
は光ファイバ―、である。これを動作させるには、まず
電気信号を、光ソリトン発生器１により光ソリトンパル
スに変換し、この光ソリトンパルスを光ファイバ―Ｆに
伝搬させる。光ファイバ―Ｆの損失によるソリトン振幅
の低下を補うため、光増幅器ＡＭにより増幅した後、次
の光ファイバ―Ｆに入射する。光増幅器ＡＭとしては半
導体レ―ザ―増幅器、もしくはエルビウム（Ｅｒ）ド―
プ光ファイバ―増幅器等を用いる。Ａ＞１のソリトンを
各光ファイバ―Ｆにおいて励起するため非ソリトン的な
光成分が累積されてくる。この不必要な光成分を波形整
形およびリタイミング器Ｒにより除去することによりき
れいなソリトンパルスに再生した後、再び中継伝送を行
なう。波形整形は複数回の光中継毎に一度行なえば充分
である。この、伝搬と光増幅および波形整形を数回ない
し数十回繰返した後、受光器２により電気信号に変換す
る。各々の光ファイバ―の長さは25〜50ｋｍ以上であ
る。このとき本発明では、光ファイバ―への入射パルス
の強度を振幅Ａ＞１とすることにより、波形の変化を積
極的に利用して光増幅器の設置間隔（光ファイバ―の長
さ）を延ばしている点も重要なことである。
【００１４】図２は、損失のある光ファイバ―中を伝搬
する光ソリトンパルスのパルス幅および強度の変化を示
した図であって、横軸に伝搬距離をとり、縦軸にパルス
幅の変化を描いたものである。ここで、光ファイバ―の
損失を 0.23 ｄＢ／ｋｍ、群速度分散を− 2.0ｐｓ／ｋ
ｍとしており、光ソリトンパルスの半値幅を20ｐｓ、波
長を 1.5μｍとしており、このときのｚ0 は50.5ｋｍで
ある。実線ａはＡ＝ 2.2に相当する入力を与えた場合、
破線ｂはＡ＝ 1.8に相当する入力を与えた場合、１点鎖
線ｃはＡ＝ 1.4に相当する入力を与えた場合の計算であ
る。光ファイバ―への入射光ソリトンパルスがＡ＝ 1.0
より強い場合には、まずパルス幅は細くなり、ファイバ
―の損失で振幅が小さくなるとパルス幅が次第に拡がっ
ていく。その結果この例において、Ａ＝ 1.4の場合では
37ｋｍ伝搬したときにパルス幅が入力と同一になるが、
Ａ＝ 1.8の入力では60ｋｍ伝搬したときに、さらにＡ＝
2.2の入力では75ｋｍ伝搬したときにパルス幅が入力と
同一になる。できるだけ中継間隔を長くするためにこの
75ｋｍを本発明の中継間隔の一例として用いる。
する光ソリトンパルスのパルス幅および強度の変化を示
した図であって、横軸に伝搬距離をとり、縦軸にパルス
幅の変化を描いたものである。ここで、光ファイバ―の
損失を 0.23 ｄＢ／ｋｍ、群速度分散を− 2.0ｐｓ／ｋ
ｍとしており、光ソリトンパルスの半値幅を20ｐｓ、波
長を 1.5μｍとしており、このときのｚ0 は50.5ｋｍで
ある。実線ａはＡ＝ 2.2に相当する入力を与えた場合、
破線ｂはＡ＝ 1.8に相当する入力を与えた場合、１点鎖
線ｃはＡ＝ 1.4に相当する入力を与えた場合の計算であ
る。光ファイバ―への入射光ソリトンパルスがＡ＝ 1.0
より強い場合には、まずパルス幅は細くなり、ファイバ
―の損失で振幅が小さくなるとパルス幅が次第に拡がっ
ていく。その結果この例において、Ａ＝ 1.4の場合では
37ｋｍ伝搬したときにパルス幅が入力と同一になるが、
Ａ＝ 1.8の入力では60ｋｍ伝搬したときに、さらにＡ＝
2.2の入力では75ｋｍ伝搬したときにパルス幅が入力と
同一になる。できるだけ中継間隔を長くするためにこの
75ｋｍを本発明の中継間隔の一例として用いる。
【００１５】図３は本発明の中心となる波形成形法のう
ち第１の方法である光スイッチによる波形整形およびリ
タイミング効果を示す図であって、（３−１）は光ファ
イバ―Ｆへの入力ソリトンパルス、（３−２）および
（３−３）は集中定数形光増幅器による多中継伝送にと
もなう非ソリトン的な光成分の増加の様子を示す。そこ
でソリトン信号に同期した信号でソリトンの波形整形を
行なう。この同期信号による光スイッチングの様子を
（３−３）の波線で示す。この波形整形の結果得られる
ソリトン列を（３−４）に示す。（３−３）ではパルス
間のすそ野がもち上っているが、波形整形を行うことに
よってすそ野が０に落ち、（３−１）と同等のソリトン
パルスが（３−４）に得られている。この同期変調をこ
こでは光スイッチングと呼ぶ。もし同期変調による波形
整形機能を用いない場合は（３−３）の実線のようにソ
リトンパルス自体が拡がってしまい伝送距離が充分に拡
張できない。もちろん従来のソリトンによらない光伝送
方式に比べればソリトンを用いる方法はかなり伝送距離
を拡大できるものであるが、本整形、リタイミング方式
をも採用するとさらに伝送距離が拡大できることが重要
なポイントとなる。
ち第１の方法である光スイッチによる波形整形およびリ
タイミング効果を示す図であって、（３−１）は光ファ
イバ―Ｆへの入力ソリトンパルス、（３−２）および
（３−３）は集中定数形光増幅器による多中継伝送にと
もなう非ソリトン的な光成分の増加の様子を示す。そこ
でソリトン信号に同期した信号でソリトンの波形整形を
行なう。この同期信号による光スイッチングの様子を
（３−３）の波線で示す。この波形整形の結果得られる
ソリトン列を（３−４）に示す。（３−３）ではパルス
間のすそ野がもち上っているが、波形整形を行うことに
よってすそ野が０に落ち、（３−１）と同等のソリトン
パルスが（３−４）に得られている。この同期変調をこ
こでは光スイッチングと呼ぶ。もし同期変調による波形
整形機能を用いない場合は（３−３）の実線のようにソ
リトンパルス自体が拡がってしまい伝送距離が充分に拡
張できない。もちろん従来のソリトンによらない光伝送
方式に比べればソリトンを用いる方法はかなり伝送距離
を拡大できるものであるが、本整形、リタイミング方式
をも採用するとさらに伝送距離が拡大できることが重要
なポイントとなる。
【００１６】このリシェーピング、リタイミング機能を
実現する具体的手段としてはＧＨｚ帯で応答が可能な半
導体レ―ザ―変調器、ＬｉＮｂＯ3 変調器その他の高速
スイッチが考えられる。変調方式は振幅変調でも位相変
調でもどちらでもよい。リタイミングの構成は図６、図
７を用いて後に説明する。
実現する具体的手段としてはＧＨｚ帯で応答が可能な半
導体レ―ザ―変調器、ＬｉＮｂＯ3 変調器その他の高速
スイッチが考えられる。変調方式は振幅変調でも位相変
調でもどちらでもよい。リタイミングの構成は図６、図
７を用いて後に説明する。
【００１７】また、図３の（３−４）に示した１１０１
信号の“０”の部分のもち上がりは非ソリトン的な光成
分であるが、これを小さくするためには、非ソリトン的
な光成分が成長しないうちに、光スイッチによる波形整
形を行なうことが望ましい。次に、波形整形法の第２の
方法である可飽和吸収法について述べる。
信号の“０”の部分のもち上がりは非ソリトン的な光成
分であるが、これを小さくするためには、非ソリトン的
な光成分が成長しないうちに、光スイッチによる波形整
形を行なうことが望ましい。次に、波形整形法の第２の
方法である可飽和吸収法について述べる。
【００１８】可飽和吸収体（Ｓaturable Ａbsorber ）
により、この非ソリトン的な光成分を取り除くことも可
能である。即ち、可飽和吸収体により、出力の高い
“１”の信号は透過させ、“０”もしくは“１”と
“１”との谷間など本来何も存在しないところに発生し
た微弱な非ソリトン的な光成分を取り除くことができ
る。従来、この技術は可視光領域のフェムト秒色素レ―
ザ―に用いてＯＮ／ＯＦＦ比を向上している。つまり、
パルス巾をせまくしている。このことは波形整形（リシ
ェービング）を意味する。ソリトンが形成される 1.5μ
ｍ帯における可飽和吸収体としては、ＭＱＷのエキシト
ン吸収の飽和を用いた半導体形可飽和吸収体などが利用
できる。このようにして得られるＳ／Ｎ比の高いソリト
ンの発生の様子を図４に示す。（４−１）は入力ソリト
ン、図３同様（４−２）、（４−３）は伝搬にともなう
非ソリトン的な光成分の発生を示し、（４−４）におい
て可飽和吸収体を通過させることにより、非ソリトン的
な光成分が十分に除去される様子を示す。つまり、（４
−３）のうち、低いレベルの光信号成分が除去されて、
孤立性が高い、つまり、パルスのすそ引き（パルス巾）
が小さくなっていることが分る。
により、この非ソリトン的な光成分を取り除くことも可
能である。即ち、可飽和吸収体により、出力の高い
“１”の信号は透過させ、“０”もしくは“１”と
“１”との谷間など本来何も存在しないところに発生し
た微弱な非ソリトン的な光成分を取り除くことができ
る。従来、この技術は可視光領域のフェムト秒色素レ―
ザ―に用いてＯＮ／ＯＦＦ比を向上している。つまり、
パルス巾をせまくしている。このことは波形整形（リシ
ェービング）を意味する。ソリトンが形成される 1.5μ
ｍ帯における可飽和吸収体としては、ＭＱＷのエキシト
ン吸収の飽和を用いた半導体形可飽和吸収体などが利用
できる。このようにして得られるＳ／Ｎ比の高いソリト
ンの発生の様子を図４に示す。（４−１）は入力ソリト
ン、図３同様（４−２）、（４−３）は伝搬にともなう
非ソリトン的な光成分の発生を示し、（４−４）におい
て可飽和吸収体を通過させることにより、非ソリトン的
な光成分が十分に除去される様子を示す。つまり、（４
−３）のうち、低いレベルの光信号成分が除去されて、
孤立性が高い、つまり、パルスのすそ引き（パルス巾）
が小さくなっていることが分る。
【００１９】光スイッチ法と可飽和吸収法はそれぞれ長
所と短所があり、光スイッチ法は“０”（パルスなし）
の部分の非ソリトン的な光成分の取り残しがありうる
が、リタイミングは信号と同期した信号で置きかえ行な
うためゴードンハウス（Ｇordon-Ｈaus ）制限で決めら
れるソリトンの伝送距離を打破し、超長尺に亘ってソリ
トンを伝送できる。一方、可飽和吸収法は非ソリトン的
な光成分を取り除くことができるが、リタイミングを強
制的に行なわないためにジッタ―が堆積し、ゴードンハ
ウス制限によって伝送距離が制限されてしまう。
所と短所があり、光スイッチ法は“０”（パルスなし）
の部分の非ソリトン的な光成分の取り残しがありうる
が、リタイミングは信号と同期した信号で置きかえ行な
うためゴードンハウス（Ｇordon-Ｈaus ）制限で決めら
れるソリトンの伝送距離を打破し、超長尺に亘ってソリ
トンを伝送できる。一方、可飽和吸収法は非ソリトン的
な光成分を取り除くことができるが、リタイミングを強
制的に行なわないためにジッタ―が堆積し、ゴードンハ
ウス制限によって伝送距離が制限されてしまう。
【００２０】光スイッチ法によるリタイミングの重要性
を図５に示す。図５において波線をスイッチングによる
波形整形、実線をソリトンとすると、あるべきタイミン
グから遅れているパルス（ａ−１）は正規のタイミング
（ａ−２）に引き込まれ、（ｂ−１）の中心にあるため
そのまま（ｂ−２）にとなり、また（ｃ−１）は（ａ−
１），（ａ−２）とは逆方向に（ｃ−２）のように中心
に引き込まれる。このためいつも光スイッチングによっ
てリタイミングを図ることができる特徴を持っている。
を図５に示す。図５において波線をスイッチングによる
波形整形、実線をソリトンとすると、あるべきタイミン
グから遅れているパルス（ａ−１）は正規のタイミング
（ａ−２）に引き込まれ、（ｂ−１）の中心にあるため
そのまま（ｂ−２）にとなり、また（ｃ−１）は（ａ−
１），（ａ−２）とは逆方向に（ｃ−２）のように中心
に引き込まれる。このためいつも光スイッチングによっ
てリタイミングを図ることができる特徴を持っている。
【００２１】本方法を確実に実現するためには光スイッ
チ法と可飽和吸収法を同時に用いることにより両者の優
れた点を引き出すことも考えられる。その場合のＲとし
てはハイブリッド形（光スイッチ法＋可飽和吸収法）と
なる。ここで光スイッチ法によるリタイミングについて
述べる。
チ法と可飽和吸収法を同時に用いることにより両者の優
れた点を引き出すことも考えられる。その場合のＲとし
てはハイブリッド形（光スイッチ法＋可飽和吸収法）と
なる。ここで光スイッチ法によるリタイミングについて
述べる。
【００２２】光スイッチ法によるリタイミングの取り方
を図６に示す。まず光カップラ―Ｃで光の一部を分岐し
光検出器Ｄで検出（光／電気）した後、狭帯域フィルタ
―を用いたタイミング抽出回路Ｔにより、そのデ―タ信
号の基本波を抽出する。その位相は位相制御器Ｐにより
制御することにより、その出力を電気増幅器ＥＡで増幅
した後、光スイッチ（変調器）Ｓを動作させる。位相制
御器Ｐを適当に変化させることにより、ソリトン信号列
と光スイッチ信号の位相を合わせることにより、同期を
とり波形整形を行なう。タイミングクロックと同期して
該ソリトンデ―タに変調を加えることが重要である。以
上が最も基本的な波形整形およびリタイミング器Ｒの構
成である。この際、ＲとＲとの間におけるソリトンのジ
ッタ―および相互作用は充分小さいように設定してお
く。
を図６に示す。まず光カップラ―Ｃで光の一部を分岐し
光検出器Ｄで検出（光／電気）した後、狭帯域フィルタ
―を用いたタイミング抽出回路Ｔにより、そのデ―タ信
号の基本波を抽出する。その位相は位相制御器Ｐにより
制御することにより、その出力を電気増幅器ＥＡで増幅
した後、光スイッチ（変調器）Ｓを動作させる。位相制
御器Ｐを適当に変化させることにより、ソリトン信号列
と光スイッチ信号の位相を合わせることにより、同期を
とり波形整形を行なう。タイミングクロックと同期して
該ソリトンデ―タに変調を加えることが重要である。以
上が最も基本的な波形整形およびリタイミング器Ｒの構
成である。この際、ＲとＲとの間におけるソリトンのジ
ッタ―および相互作用は充分小さいように設定してお
く。
【００２３】その他のリタイミングの方法としては、ソ
リトンのキャリア周波数から充分離れたところにｆ1 お
よびｆ2 の微弱なコヒーレント（coherent）光をソリト
ンと同時に伝搬させ、｜ｆ1 −ｆ2 ｜がリタイミングの
周波数（ソリトン伝送速度：ソリトンパルスのくり返し
周波数）になるように設定しておく方法がある。その様
子を図７に示す。まず、光フィルタ―ＯＦ、光検出器
Ｄ、電気フィルタ―ＦＩにより｜ｆ1 −ｆ2 ｜を取り出
す。その位相を位相制御器Ｐにより調整した後、図６と
同様電気増幅器ＥＡで増幅した後、光スイッチを動作さ
せる。この方法によれば、任意の場所でリタイミングが
可能である。
リトンのキャリア周波数から充分離れたところにｆ1 お
よびｆ2 の微弱なコヒーレント（coherent）光をソリト
ンと同時に伝搬させ、｜ｆ1 −ｆ2 ｜がリタイミングの
周波数（ソリトン伝送速度：ソリトンパルスのくり返し
周波数）になるように設定しておく方法がある。その様
子を図７に示す。まず、光フィルタ―ＯＦ、光検出器
Ｄ、電気フィルタ―ＦＩにより｜ｆ1 −ｆ2 ｜を取り出
す。その位相を位相制御器Ｐにより調整した後、図６と
同様電気増幅器ＥＡで増幅した後、光スイッチを動作さ
せる。この方法によれば、任意の場所でリタイミングが
可能である。
【００２４】また図７の方法の他にリタイミング周波数
｜ｆ1 −ｆ2 ｜を取り出す方法として、ソリトンの周波
数から充分離れたところにｆ1 、ｆ2 を送る代わりにリ
タイミングの周波数｜ｆ1 −ｆ2 ｜の正弦波で振幅変調
された微弱なＣＷ光を伝搬させ、これを図７と同じ方法
で再生し、光スイッチ動作に用いることが可能である。
つまり、図１を用いて説明すると、中継器がある所であ
ればどこへ置いてもよい。また光増幅器ＡＭと波形整形
およびリタイミング器Ｒの順番を入れかえてもよい。
｜ｆ1 −ｆ2 ｜を取り出す方法として、ソリトンの周波
数から充分離れたところにｆ1 、ｆ2 を送る代わりにリ
タイミングの周波数｜ｆ1 −ｆ2 ｜の正弦波で振幅変調
された微弱なＣＷ光を伝搬させ、これを図７と同じ方法
で再生し、光スイッチ動作に用いることが可能である。
つまり、図１を用いて説明すると、中継器がある所であ
ればどこへ置いてもよい。また光増幅器ＡＭと波形整形
およびリタイミング器Ｒの順番を入れかえてもよい。
【００２５】図８は本発明を適用した場合の効果を示す
ためのシミュレーション結果であり、（ａ）は従来法、
（ｂ）は本発明の光波形整形とリタイミングを375ｋｍ
毎（75×５）に行なった場合である。条件としてはソリ
トンパルスの半値全幅τFWHMを20ｐｓ、波長（λ）＝
1.55 μｍ、光ファイバ―の損失を 0.23 ｄＢ／ｋｍ、
群速度分散（Ｄ）を−２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、中継間隔を
75ｋｍとしている。（ａ）では15〜20中継においてリッ
プルの発生と波形歪みが観測されるが、（ｂ）の方法で
は波形歪み無しで長距離に亘って伝搬していることがわ
かる。
ためのシミュレーション結果であり、（ａ）は従来法、
（ｂ）は本発明の光波形整形とリタイミングを375ｋｍ
毎（75×５）に行なった場合である。条件としてはソリ
トンパルスの半値全幅τFWHMを20ｐｓ、波長（λ）＝
1.55 μｍ、光ファイバ―の損失を 0.23 ｄＢ／ｋｍ、
群速度分散（Ｄ）を−２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、中継間隔を
75ｋｍとしている。（ａ）では15〜20中継においてリッ
プルの発生と波形歪みが観測されるが、（ｂ）の方法で
は波形歪み無しで長距離に亘って伝搬していることがわ
かる。
【００２６】図９は本発明の実施の第２例を示す。この
場合一対のソリトンパルスを伝搬させており、パルスの
間隔 100ｐｓ（10ＧＨｚ）、その他の条件は図８と同じ
である。（ａ）は従来法であり、（ｂ）はcosine2 形の
波形整形を 375ｋｍ毎に行なった結果である。これによ
ると（ａ）の従来法ではソリトン対に波形変化が生じて
いるが、（ｂ）の本発明ではソリトンが安定でかつきれ
いに長尺に亘って伝搬していることがわかる。
場合一対のソリトンパルスを伝搬させており、パルスの
間隔 100ｐｓ（10ＧＨｚ）、その他の条件は図８と同じ
である。（ａ）は従来法であり、（ｂ）はcosine2 形の
波形整形を 375ｋｍ毎に行なった結果である。これによ
ると（ａ）の従来法ではソリトン対に波形変化が生じて
いるが、（ｂ）の本発明ではソリトンが安定でかつきれ
いに長尺に亘って伝搬していることがわかる。
【００２７】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の光
ソリトン伝送方法によれば複数中継ごとに光ソリトンに
同期変調を印加することにより波形整形およびリタイミ
ングを行なうこととしたので、従来に比べて長距離伝搬
にともなうソリトン波形の歪みが大幅に改善されるとと
もに、Ｓ／Ｎ比が良くなり、中継距離の全長を大幅に拡
大することができる。これによる経済性も非常に大き
く、超長距離高速ソリトン伝送を安価で提供できること
が可能になる。
ソリトン伝送方法によれば複数中継ごとに光ソリトンに
同期変調を印加することにより波形整形およびリタイミ
ングを行なうこととしたので、従来に比べて長距離伝搬
にともなうソリトン波形の歪みが大幅に改善されるとと
もに、Ｓ／Ｎ比が良くなり、中継距離の全長を大幅に拡
大することができる。これによる経済性も非常に大き
く、超長距離高速ソリトン伝送を安価で提供できること
が可能になる。
【図１】本発明に係る局在化した光増幅器および光ソリ
トンの波形整形およびリタイミングを有する光ソリトン
を用いた伝送システムの一実施例を示す構成説明図であ
る。
トンの波形整形およびリタイミングを有する光ソリトン
を用いた伝送システムの一実施例を示す構成説明図であ
る。
【図２】本発明を説明するための損失のある光ファイバ
―中を伝搬する光パルスのパルス幅の変化を示す特性図
である。
―中を伝搬する光パルスのパルス幅の変化を示す特性図
である。
【図３】本発明に係る光スイッチング（同期変調）によ
る光ソリトンの波形整形の様子を示す波形図である。
る光ソリトンの波形整形の様子を示す波形図である。
【図４】本発明に係る可飽和吸収体による光ソリトンの
波形整形の様子を示す波形図である。
波形整形の様子を示す波形図である。
【図５】本発明による光ソリトンのタイミングの様子を
示す波形図である。
示す波形図である。
【図６】本発明に係る光スイッチによる光ソリトンの波
形整形用信号の同期方法の第一例を示すブロック図であ
る。
形整形用信号の同期方法の第一例を示すブロック図であ
る。
【図７】本発明に係る光スイッチによる光ソリトンの波
形整形用信号の同期方法の第二例を示すブロック図であ
る。
形整形用信号の同期方法の第二例を示すブロック図であ
る。
【図８】本発明効果を示す計算結果の第一例を示す波形
図である。
図である。
【図９】cosine2 形の波形整形による本発明効果を示す
計算結果の第二例（光ソリトンパルス対）の波形図であ
る。１…光ソリトン発生器、２…受光器、ＡＭ…光増幅
器、Ｆ…光ファイバ―、Ｒ：…波形整形およびリタイミ
ング器、Ｃ…光カップラ―、Ｄ…光検出器、Ｔ…タイミ
ング抽出回路、Ｐ…位相制御器、ＦＡ…光増幅器、Ｓ…
光スイッチ（変調器）、ＯＦ…光フィルタ―、ＦＩ…電
気フィルタ―。
計算結果の第二例（光ソリトンパルス対）の波形図であ
る。１…光ソリトン発生器、２…受光器、ＡＭ…光増幅
器、Ｆ…光ファイバ―、Ｒ：…波形整形およびリタイミ
ング器、Ｃ…光カップラ―、Ｄ…光検出器、Ｔ…タイミ
ング抽出回路、Ｐ…位相制御器、ＦＡ…光増幅器、Ｓ…
光スイッチ（変調器）、ＯＦ…光フィルタ―、ＦＩ…電
気フィルタ―。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 和宣 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/35 H04B 10/16 H04B 10/17 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (1)
- 【請求項１】 光ソリトンパルスの強度を決める規格化
振幅ＡをＡ＞１と設定して単一モ―ド光ファイバ―に入
射し、規格化振幅ＡをＡ＞１と設定して単一モ―ド光フ
ァイバ―へ入射した該ソリトンパルスが前記光ファイバ
―を伝搬した後、該ソリトンパルスのパルス幅が光ファ
イバ―に入射したときのソリトンパルス幅と等しくなる
位置に前記光ファイバ―での光損失を補うための光増幅
器を設置することにより、多中継長距離ソリトン伝送を
行なう方法において、 複数中継ごとに伝送中の光ソリトンデータ信号から抽出
した正弦波クロック信号を用いて光変調器を駆動し該ソ
リトン信号を同期変調することにより光ソリトンの波形
整形およびリタイミングを行なうことを特徴とする光ソ
リトン伝送方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3068557A JP2825989B2 (ja) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | 光ソリトン伝送方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3068557A JP2825989B2 (ja) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | 光ソリトン伝送方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04304432A JPH04304432A (ja) | 1992-10-27 |
| JP2825989B2 true JP2825989B2 (ja) | 1998-11-18 |
Family
ID=13377184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3068557A Expired - Fee Related JP2825989B2 (ja) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | 光ソリトン伝送方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2825989B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06235945A (ja) * | 1993-02-10 | 1994-08-23 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 超高速光情報記憶装置 |
| GB9524203D0 (en) | 1995-11-27 | 1996-01-31 | British Tech Group | Optical communications |
| JP3036424B2 (ja) * | 1996-01-12 | 2000-04-24 | 日本電気株式会社 | 信号再生機能を有する光中継器 |
| WO2012165163A1 (ja) * | 2011-06-03 | 2012-12-06 | 住友電気工業株式会社 | レーザ装置及びレーザ加工方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0252535A (ja) * | 1988-08-17 | 1990-02-22 | Fujitsu Ltd | 全光処理中継装置 |
-
1991
- 1991-04-01 JP JP3068557A patent/JP2825989B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0252535A (ja) * | 1988-08-17 | 1990-02-22 | Fujitsu Ltd | 全光処理中継装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04304432A (ja) | 1992-10-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |