JP3151892B2 - Optical fiber dispersion compensation method and apparatus - Google Patents

Optical fiber dispersion compensation method and apparatus

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JP3151892B2 JP33865091A JP33865091A JP3151892B2 JP 3151892 B2 JP3151892 B2 JP 3151892B2 JP 33865091 A JP33865091 A JP 33865091A JP 33865091 A JP33865091 A JP 33865091A JP 3151892 B2 JP3151892 B2 JP 3151892B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、非縮退4光波混合を利
用した光ファイバ分散補償方法ならびに、半導体レーザ
の非縮退4光波混合を利用した光ファイバ分散補償装置
に関する。
The present invention relates to an optical fiber dispersion compensation method using non-degenerate four-wave mixing and an optical fiber dispersion compensator using non-degenerate four-wave mixing of a semiconductor laser.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバ通信において、信号の伝搬速
度または伝送距離が大きくなると、伝送路である光ファ
イバの周波数分散によって信号波形の劣化が生じる。こ
のため、伝送できる速度または距離が制限される。例え
ば、通常の1.3μm零分散ファイバを用いて1.55
μmの10Gb/s光信号を伝送する場合、2次の周波
数分散による伝送距離の限界は数10km以下である。
2. Description of the Related Art In optical fiber communication, when a signal propagation speed or a transmission distance increases, a signal waveform deteriorates due to frequency dispersion of an optical fiber as a transmission line. For this reason, the transmission speed or distance is limited. For example, 1.55 μm using a normal 1.3 μm zero-dispersion fiber
When transmitting a 10 Gb / s optical signal of μm, the limit of the transmission distance due to second-order frequency dispersion is several tens km or less.

【0003】この周波数分散を補償する方法として、当
社の開発例の1つである特願平3−024233号に詳
しく説明されているような方法が良く知られている。す
なわち、この方法においては非線形光学素子を伝送路の
中点におき、非線形光学素子の非線形効果を利用して伝
送路の前半部において周波数分散の影響を受けて劣化し
た信号光のスペクトルを周波数変換し、周波数軸で折り
返したスペクトルを持つ信号光を得る。この信号光を受
信側の後半部伝送路に送り出し、これによって伝送路の
前半部の周波数分散の影響を後半部の周波数分散で補償
する。非線形光学効果としては、非縮退4光波混合や光
パラメトリック増幅などが利用できる。非縮退4光波混
合の場合には、非線形光学媒質にポンプ光とそれとは周
波数の異なるプローブ光を同時に入射したとき、ポンプ
光の周波数に対してプローブ光と周波数軸上で対称な位
置に、プローブ光のスペクトルを周波数軸上で反転した
スペクトルを有する4光波混合出力信号光が得られるこ
とを、分散補償に利用する。この非縮退4光波混合を利
用した分散補償装置に関しては、半導体レーザアンプの
非縮退4光波混合を利用した装置が逸見によって特開平
3−125124号(特願平1−263678号)が出
願されている。また当社の開発例として前述のファブリ
ー・ペロー型半導体レーザの非縮退4光波混合を利用し
た装置が村田によって(特願平3−024233号)出
願されている。
As a method of compensating for this frequency dispersion, a method described in detail in Japanese Patent Application No. Hei. That is, in this method, the nonlinear optical element is placed at the midpoint of the transmission path, and the nonlinear effect of the nonlinear optical element is used to perform frequency conversion on the spectrum of the signal light that has been deteriorated due to the influence of frequency dispersion in the first half of the transmission path. Then, a signal light having a spectrum folded on the frequency axis is obtained. This signal light is sent to the latter half transmission line on the receiving side, whereby the influence of the frequency dispersion in the first half of the transmission line is compensated for by the frequency dispersion in the second half. As the nonlinear optical effect, non-degenerate four-wave mixing or optical parametric amplification can be used. In the case of non-degenerate four-wave mixing, when pump light and probe light having a different frequency from the pump light are simultaneously incident on the nonlinear optical medium, the probe is placed at a position symmetrical with respect to the frequency of the pump light on the frequency axis. The fact that four-wave mixing output signal light having a spectrum obtained by inverting the spectrum of the light on the frequency axis is used for dispersion compensation. With respect to the dispersion compensator utilizing non-degenerate four-wave mixing, an apparatus utilizing non-degenerate four-wave mixing of a semiconductor laser amplifier has been filed with Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-125124 (Japanese Patent Application No. 1-263678). I have. As an example of the development by the Company, an apparatus utilizing the non-degenerate four-wave mixing of the above-mentioned Fabry-Perot type semiconductor laser has been filed by Murata (Japanese Patent Application No. 3-024233).

【0004】半導体レーザまたは半導体レーザアンプの
非縮退4光波混合の発生機構には、特願平3−0242
33号にも示されているように、2つの異なる機構が存
在すると考えられている。1つはキャリア密度の変動に
よるもので、周波数変換効率は高いが周波数応答がキャ
リア寿命時間(1ns程度)で制限されるため、変換こ
の機構を利用して変換できる光信号の伝送速度はせいぜ
い1Gb/s程度である。もう1つの機構はホールバー
ニングに代表されるバンド内非線形過程によるもので、
変換効率は低いが応答周波数は高速のバンド内緩和過程
によって制限され、数100GHz以上あるものと考え
られている。したがってこの機構を利用すれば原理的に
は100Gb/s以上の信号を変換できる。後者の変換
効率は通常非常に小さいため、非線形素子としてファブ
リー・ペロー型の半導体レーザを用い、共振器による共
振効果を用いることにより変換効率を高めるなどの工夫
がなされている。
A mechanism for generating non-degenerate four-wave mixing in a semiconductor laser or a semiconductor laser amplifier is disclosed in Japanese Patent Application No. 3-0242.
As also shown in No. 33, it is believed that two different mechanisms exist. One is due to the variation in carrier density. Although the frequency conversion efficiency is high, the frequency response is limited by the carrier lifetime (about 1 ns). Therefore, the transmission speed of an optical signal that can be converted using this conversion mechanism is at most 1 Gb. / S. Another mechanism is due to the in-band nonlinear process represented by hole burning.
Although the conversion efficiency is low, the response frequency is limited by a high-speed in-band relaxation process, and is considered to be several hundred GHz or more. Therefore, if this mechanism is used, a signal of 100 Gb / s or more can be converted in principle. Since the conversion efficiency of the latter is usually very small, a contrivance has been made to increase the conversion efficiency by using a Fabry-Perot type semiconductor laser as a nonlinear element and using a resonance effect of a resonator.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】これらの従来の4光波
混合を利用した分散補償素子においては、変換効率上の
制約からポンプ光と入力信号光、出力信号光を空間的、
周波数的に分離することが難しく、特に出力信号光に強
力なポンプ光が混ざってしまい、信号の劣化をもたらす
問題があった。これを避けるため、通過周波数帯域の極
めて狭いフィルターを用い、出力信号光をポンプ光から
分離する必要があった。また、上述したように、バンド
内非線形過程による光非線形性を利用すれば原理的には
高速な伝送信号を周波数変換できるが、実際には変換さ
れた出力信号には低速のキャリア密度変化によって生じ
る応答速度の遅い光非線形性からの寄与があり、これに
よって信号の歪が生じるといった問題があった。
In these conventional dispersion compensating elements utilizing four-wave mixing, the pump light, the input signal light, and the output signal light are spatially and spatially displaced due to restrictions on conversion efficiency.
It is difficult to separate them in terms of frequency, and in particular, there is a problem that a strong pump light is mixed with the output signal light, resulting in deterioration of the signal. To avoid this, it was necessary to separate the output signal light from the pump light by using a filter having an extremely narrow pass frequency band. In addition, as described above, if the optical nonlinearity due to the in-band nonlinear process is used, a high-speed transmission signal can be frequency-converted in principle, but the converted output signal is actually caused by a low-speed carrier density change. There is a problem that there is contribution from optical non-linearity having a slow response speed, which causes signal distortion.

【0006】本発明の目的は、これらの問題点を解決
し、数Gb/s以上の高速信号の周波数分散による波形
劣化を補償し、かつポンプ光との干渉や低速の光非線形
性から生じる波形歪の少ない出力信号の得られる、光フ
ァイバ分散補償方法ならびに装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to solve these problems, compensate for waveform deterioration due to frequency dispersion of a high-speed signal of several Gb / s or more, and generate a waveform resulting from interference with pump light and low-speed optical nonlinearity. An object of the present invention is to provide an optical fiber dispersion compensation method and apparatus capable of obtaining an output signal with little distortion.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めの本発明の光ファイバ分散補償方法は、光ファイバの
有する分散特性によって光ファイバ伝送中に生じた、波
形歪を持った入力信号光とポンプ光とを非線形光学媒質
に同時に注入することにより、前記非線形光学媒質にお
ける非縮退4光波混合過程によって発生する周波数変換
された出力信号光として分散補償された信号光を得る方
法において、前記ポンプ光と前記入力信号光の偏光方向
を互いに直交させること、および出力信号光とポンプ光
の分離を偏光選択素子を用いて行うことを特徴とする。
An optical fiber dispersion compensating method according to the present invention for solving the above-mentioned problems is provided by an input signal light having waveform distortion generated during optical fiber transmission due to the dispersion characteristics of the optical fiber. And pump light are simultaneously injected into the nonlinear optical medium to obtain dispersion-compensated signal light as frequency-converted output signal light generated by the non-degenerate four-wave mixing process in the nonlinear optical medium. The polarization directions of the light and the input signal light are made orthogonal to each other, and the separation of the output signal light and the pump light is performed using a polarization selection element.

【0008】また、本発明の光ファイバ分散補償装置
は、非線形光学媒質と、ポンプ光を発生するポンプ光源
と、入力信号光とポンプ光とを前記非線形媒質に注入す
る手段と、前記非線形光学媒質から非縮退4光波混合過
程によって発生する周波数変換された出力信号光を取り
出す手段とを少なくとも含む装置であって、前記非線形
光学媒質が面発光型半導体レーザであり、前記ポンプ光
の周波数と前記入力信号光の周波数とが前記面発光型半
導体レーザのそれぞれ異なった共振モードの一つにほぼ
一致しており、かつ前記ポンプ光と前記入力信号光の偏
光方向を互いに直交する方向にする手段および前記出力
信号光を前記ポンプ光から分離するための偏光選択素子
を有することを特徴とする。
Further, the optical fiber dispersion compensator of the present invention comprises a nonlinear optical medium, a pump light source for generating pump light, means for injecting input signal light and pump light into the nonlinear medium, Means for extracting a frequency-converted output signal light generated by a non-degenerate four-wave mixing process from the non-degenerate four-wave mixing process, wherein the nonlinear optical medium is a surface-emitting type semiconductor laser, and the frequency of the pump light and the input Means for making the frequency of the signal light substantially coincide with one of the different resonance modes of the surface-emitting type semiconductor laser, and making the polarization directions of the pump light and the input signal light orthogonal to each other; and A polarization selecting element for separating output signal light from the pump light is provided.

【0009】また、本発明の光ファイバ分散補償装置
は、非線形光学媒質と、入力信号光を前記非線形媒質に
注入する手段と、前記非線形光学媒質から非縮退4光波
混合過程によって発生する周波数変換された出力信号光
を取り出す手段とを少なくとも含む装置であって、前記
非線形光学媒質が複数の共振モードを有し単一軸モード
発振する面発光型半導体レーザであり、前記入力信号光
の周波数が前記面発光型半導体レーザの発振周波数とは
異なる前記共振モードの一つにほぼ一致しており、かつ
前記半導体レーザからのレーザ発振光と前記入力信号光
の偏光方向を互いに直交する方向にする手段および前記
出力信号光を前記レーザ発振光から分離するための偏光
選択素子を有することを特徴とする。
Further, the optical fiber dispersion compensator of the present invention comprises a nonlinear optical medium, means for injecting an input signal light into the nonlinear medium, and frequency conversion generated by the non-degenerate four-wave mixing process from the nonlinear optical medium. Means for extracting the output signal light, wherein the nonlinear optical medium is a surface-emitting type semiconductor laser having a plurality of resonance modes and oscillating in a single axis mode, and the frequency of the input signal light is higher than the surface light emission. Means for causing the laser oscillation light from the semiconductor laser to substantially coincide with one of the resonance modes different from the oscillation frequency of the light-emitting type semiconductor laser, and for making the polarization directions of the laser oscillation light and the input signal light orthogonal to each other; It is characterized by having a polarization selection element for separating output signal light from the laser oscillation light.

【0010】[0010]

【作用】本発明の方法ならびに装置は、半導体レーザま
たは半導体レーザアンプ中の非縮退4光波混合過程のう
ち、高速なバンド内非線形過程のみを利用するものであ
る。非線形光学媒質中で生じる4光波混合過程の全てを
言葉で説明することは難しいが、一般的には4光波混合
過程は媒質の3次の光非線形性によって生じ、4光波の
うちの2光波によって媒質中になんらかの回折格子が生
成され、これによって1光波がコヒーレントに散乱(回
折)され(この過程は3次の非線形光学過程であ
る。)、最終的に4光波混合出力光である1光波が生じ
るものとして理解されている。この描像に関しては左貝
潤一著「位相共役光学」(朝倉書店刊、先端科学技術シ
リーズB1)に詳しい解説がある。これによると、生じ
る回折格子としては例えば、2光波の光学的干渉による
光強度の空間的変調の結果生じる上位準位分布密度(ポ
ピュレーション=半導体の場合にはキャリア密度)の空
間的変調による、第3の光波の感じる屈折率分布の空間
回折格子や吸収率分布の空間回折格子(まとめて言え
ば、複素屈折率の空間回折格子)などがあげられてい
る。
The method and apparatus according to the present invention utilize only a high-speed in-band nonlinear process among non-degenerate four-wave mixing processes in a semiconductor laser or a semiconductor laser amplifier. Although it is difficult to describe all four-wave mixing processes that occur in a nonlinear optical medium in words, generally, four-wave mixing processes are caused by the third-order optical nonlinearity of the medium and are caused by two of the four light waves. Some kind of diffraction grating is generated in the medium, whereby one light wave is coherently scattered (diffracted) (this process is a third-order nonlinear optical process), and finally one light wave which is four-wave mixing output light is formed. It is understood as occurring. There is a detailed explanation of this image in Junichi Sakai's "Phase Conjugation Optics" (Asakura Shoten, Advanced Science and Technology Series B1). According to this, as a diffraction grating generated, for example, the spatial modulation of a higher level distribution density (population = carrier density in the case of a semiconductor) resulting from spatial modulation of light intensity due to optical interference of two light waves, A spatial diffraction grating having a refractive index distribution and a spatial diffraction grating having an absorptivity distribution (collectively referred to as a spatial diffraction grating having a complex refractive index), which are felt by the third light wave, are given.

【0011】これらの見方をバンド内非線形過程に当て
はめると、バンド内非線形過程による4光波混合は、2
光波と媒質の相互作用によってホールバーニングや非熱
平衡的キャリア分布などによりキャリアのエネルギーあ
るいは運動量分布の空間的変調が生じ、これによって生
じた光学的空間回折格子によって第3の光波がコヒーレ
ントに散乱される結果生じると説明することができる。
When these viewpoints are applied to the in-band nonlinear process, four-wave mixing by the in-band nonlinear process becomes 2
Interaction between the light wave and the medium causes spatial modulation of carrier energy or momentum distribution due to hole burning, non-thermal equilibrium carrier distribution, and the like, and the third light wave is coherently scattered by the resulting optical spatial diffraction grating. It can be described as a result.

【0012】上記の二つの異なった機構による4光波混
合過程には、前述したようにその平衡状態への緩和の速
さに起因する応答速度の大小のみならず、光波の偏光方
向に対する依存性に関して大きな相違が存在する。以下
にこのことについて説明する。キャリア密度の変化によ
って生ずる4光波混合は、関与する2光波の光学的干渉
による光強度の空間変調に起因することを先に述べた。
従って、この機構に基づく4光波混合は2光波の干渉が
生じなければ起こり得ない。光波は横波で2つの独立し
た自由度をもち、これらは2つの直交する偏光方向とし
て現れることは良く知られている。互いに直交する偏光
方向をもつ光波は完全に独立であり、干渉現象は起こら
ない。従って4光波混合に関与する2つの光波が互いに
直交する偏光方向を持つような状況下では、キャリア密
度の変化に起因する4光波混合は起こらない。これは、
半導体レーザに互いに直交する偏光方向をもつポンプ光
とプローブ光を注入した場合に相当する。
As described above, the four-wave mixing process by the two different mechanisms described above depends not only on the magnitude of the response speed due to the speed of relaxation to the equilibrium state, but also on the dependence of the light wave on the polarization direction. There are significant differences. This will be described below. It was mentioned earlier that four-wave mixing caused by a change in carrier density is due to spatial modulation of light intensity due to optical interference of the two light waves involved.
Therefore, four-wave mixing based on this mechanism cannot occur unless interference between two light waves occurs. It is well known that light waves are transverse waves and have two independent degrees of freedom, which appear as two orthogonal polarization directions. Light waves having polarization directions orthogonal to each other are completely independent, and no interference phenomenon occurs. Therefore, in a situation where two light waves involved in four-wave mixing have polarization directions orthogonal to each other, four-wave mixing caused by a change in carrier density does not occur. this is,
This corresponds to a case where pump light and probe light having polarization directions orthogonal to each other are injected into the semiconductor laser.

【0013】これに対して、バンド内非線形過程に起因
する4光波混合の場合には、関与する2つの光波の偏光
方向を直交させても4光波混合が生じることが知られて
いる。例えばIEEEジャーナルオブカンタムエレクト
ロニクスQE19巻の4号680−689頁に記載され
ている。(B.S.Wherrett et al.
“Theory of Degenerate Fou
r−Wave Mixing in Picoseco
nd Excitation−Probe Exper
iments”IEEE Journal of Qu
natum Electronics,Vol.QE−
19,No.4,pp.680−689)この場合、関
与する2光波の間に干渉による空間的強度変調は生じ
ず、媒質中で光強度は場所によらず一様である。しかし
ながら、互いに直交した偏光方向をもつ2光波のコヒー
レントな重ね合わせは、電場ベクトルの合成方向に空間
的な変調をもたらす。電場−双極子相互作用のため、電
場ベクトルの方向と励起される双極子の方向とは通常大
きな相関が存在する。また、双極子の方向と半導体中の
自由キャリアの運動量ベクトルの方向とは、結晶の原子
的な結合様式によって定まる対称性に起因して、互いに
相関が存在する。この結果、キャリアの運動量空間にお
ける分布には電場ベクトルの方向によって定まる、異方
性が生じる。このため、媒質中にはある種の空間的な光
学特性の変調が生じ、第3の光波はこれによって生じる
空間回折格子により散乱されて、4光波混合が生じる。
On the other hand, in the case of four-wave mixing caused by an in-band nonlinear process, it is known that four-wave mixing occurs even when the polarization directions of two light waves involved are made orthogonal. For example, it is described in IEEE Journal of Quantum Electronics QE19, No. 4, pp. 680-689. (BS Wherrett et al.
“Theory of Degenerate Fou
r-Wave Mixing in Picoseco
nd Excitation-Probe Explorer
imments "IEEE Journal of Qu
nature Electronics, Vol. QE-
19, no. 4, pp. 680-689) In this case, there is no spatial intensity modulation due to interference between the two light waves involved, and the light intensity in the medium is uniform regardless of location. However, coherent superposition of two lightwaves having orthogonal polarization directions results in spatial modulation in the direction of the synthesis of the electric field vectors. Due to the electric field-dipole interaction, there is usually a large correlation between the direction of the electric field vector and the direction of the excited dipole. Further, the direction of the dipole and the direction of the momentum vector of the free carrier in the semiconductor have a correlation with each other due to the symmetry determined by the atomic bonding mode of the crystal. As a result, anisotropy occurs in the distribution of the carriers in the momentum space, which is determined by the direction of the electric field vector. This results in some spatial modulation of the optical properties in the medium, and the third lightwave is scattered by the resulting spatial diffraction grating, resulting in four-wave mixing.

【0014】以上の説明により、媒質に互いに直交する
偏光方向をもつポンプ光とプローブ光を注入した場合、
キャリア密度の変化に起因する応答速度の遅い4光波混
合は生じず、応答の高速なバンド内非線形に起因する4
光波混合のみが生じることがわかる。詳しい解析による
と、生じる4光波混合信号光の偏光方向はプローブ光の
偏光方向と同一であり、すなわちポンプ光の偏光方向と
は直交する。半導体レーザで通常用いられているIII
−V族半導体の場合には、ポンプ光とプローブ光の偏光
方向を平行にしたとき得られる4光波混合信号光強度と
ポンプ光とプローブ光の偏光方向を垂直にしたとき得ら
れる4光波混合信号光強度の大きさは大きくは異ならな
いことがわかっている。以上の説明は、主に非線形媒質
として半導体材料を念頭においたが、バンド構造に準じ
たエネルギー準位構造をもち、このエネルギー準位間の
遷移確率の十分に速い材料、例えば有機色素などについ
ても上記のことは通用する。従ってこの様な材料共通に
言えることである。
According to the above description, when pump light and probe light having polarization directions orthogonal to each other are injected into a medium,
Four-wave mixing with a slow response speed due to a change in carrier density does not occur, and four-wave mixing due to in-band nonlinearity with a fast response occurs.
It can be seen that only light wave mixing occurs. According to a detailed analysis, the polarization direction of the generated four-wave mixing signal light is the same as the polarization direction of the probe light, that is, orthogonal to the polarization direction of the pump light. III commonly used in semiconductor lasers
In the case of a group V semiconductor, a four-wave mixing signal light intensity obtained when the polarization directions of the pump light and the probe light are made parallel and a four-wave mixing signal obtained when the polarization directions of the pump light and the probe light are made vertical. It has been found that the magnitude of the light intensity does not differ significantly. In the above description, a semiconductor material is mainly considered as a non-linear medium.However, a material having an energy level structure similar to a band structure and having a sufficiently high transition probability between the energy levels, such as an organic dye, is also used. The above is valid. Therefore, it can be said that such materials are common.

【0015】以上の原理を用いて、本発明においては非
線形媒質に注入するポンプ光とプローブ光の偏光方向を
互いに直交させ、応答速度の速いバンド内非線形過程の
みを利用した4光波混合過程を用いることによって、キ
ャリア密度変化に起因する応答速度の遅い4光波混合に
よって生じる波形歪がなく、また得られる変換出力光と
ポンプ光の偏光方向が直交していることを利用して、光
周波数フィルターに比べて選択効率の良い偏光選択素子
を用いて変換出力光をポンプ光から分離する、光ファイ
バ分散補償方法ならびに装置を提供している。また、こ
の方法では変換出力光とポンプ光の分離を周波数フィル
ターを用いて周波数空間で分離するのでなく、偏光を用
いて実空間上で分離するので、ポンプ光と入力信号光の
周波数差を任意に選べるという利点も有している。
Using the above principle, in the present invention, the polarization directions of the pump light and the probe light to be injected into the nonlinear medium are made orthogonal to each other, and a four-wave mixing process using only the in-band nonlinear process with a fast response speed is used. By using the fact that there is no waveform distortion caused by four-wave mixing with a slow response speed due to a change in carrier density, and that the polarization directions of the converted output light and the pump light are orthogonal to each other, An optical fiber dispersion compensation method and apparatus for separating converted output light from pump light using a polarization selection element having higher selection efficiency is provided. Also, in this method, the separation between the converted output light and the pump light is not separated in the frequency space using a frequency filter, but is separated in the real space using polarized light. It also has the advantage of being able to choose.

【0016】[0016]

【実施例】図1は、本発明の第1の実施例を表す図で、
請求項1に記された光ファイバ補償方法の基本的な構成
を概念的に表している。この方法は、非線形光学媒質1
0、ポンプ光源20、偏光選択素子30および31、光
ファイバアンプ40、偏光回転素子50、光アイソレー
タ60、およびそれらをつなぐ光学系から構成されてい
る。送信側の伝送路200から周波数分散の影響を受け
て劣化した入力信号光のスペクトルを、非線形光学媒質
10の非縮退4光波混合を利用して周波数軸上で反転し
て(つまり周波数変換を行って)出力信号光とし、受信
側の伝送路300に送り出す。ポンプ光と入力信号光の
偏光方向は偏光選択素子30および偏光回転素子50で
直交するように調整し、偏光選択素子31の透過偏光面
は入力信号光の偏光方向と一致するようにする。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 conceptually shows a basic configuration of the optical fiber compensation method described in claim 1. This method uses the nonlinear optical medium 1
0, a pump light source 20, polarization selection elements 30 and 31, an optical fiber amplifier 40, a polarization rotation element 50, an optical isolator 60, and an optical system connecting them. The spectrum of the input signal light deteriorated by the influence of the frequency dispersion from the transmission line 200 on the transmission side is inverted on the frequency axis by using non-degenerate four-wave mixing of the nonlinear optical medium 10 (that is, the frequency conversion is performed). T) As an output signal light, send it out to the transmission line 300 on the receiving side. The polarization directions of the pump light and the input signal light are adjusted to be orthogonal by the polarization selection element 30 and the polarization rotation element 50, and the transmission polarization plane of the polarization selection element 31 is made to coincide with the polarization direction of the input signal light.

【0017】第1の実施例をより具体的にした第2の実
施例が図2であり、請求項2に記された光ファイバ補償
装置の基本的な構成を模式的に表している。この装置
は、基本的に村田によって出願されている(特願平3−
024233号)装置に、本発明の原理に基づいた改良
を加えたものである。本装置は、非線形光学媒質である
面発光型半導体レーザ11(以下面発光レーザ)、ポン
プレーザ 21、偏光選択素子30、光ファイバアンプ
40、偏光回転素子50、光アイソレータ60、および
それらをつなぐ光学系から構成されている。送信側の伝
送路200からの入力信号光を、面発光型半導体レーザ
11で前述と同様に変換して出力信号光とし、受信側の
伝送路300に送り出す。偏光選択素子30、31と偏
光回転素子50の調整は前述と同様である。なおここで
半導体レーザとして端面発光型半導体レーザでなく面発
光型半導体レーザを用いるのは、端面発光型半導体レー
ザでは導波構造のためそれ自身が偏光選択性を持ってし
まうため使用が困難なためである。
FIG. 2 shows a second embodiment, which is a more specific version of the first embodiment, and schematically shows the basic configuration of the optical fiber compensator according to the second embodiment. This device is basically filed by Murata (Japanese Patent Application No. Hei.
No. 024233) is an improvement of the device based on the principle of the present invention. This apparatus is composed of a surface-emitting type semiconductor laser 11 (hereinafter referred to as a surface-emitting laser), which is a nonlinear optical medium, a pump laser 21, a polarization selecting element 30, an optical fiber amplifier 40, a polarization rotating element 50, an optical isolator 60, and an optical connecting element. Consists of a system. The input signal light from the transmission line 200 on the transmission side is converted into an output signal light by the surface emitting semiconductor laser 11 in the same manner as described above, and sent out to the transmission line 300 on the reception side. The adjustment of the polarization selection elements 30 and 31 and the polarization rotation element 50 is the same as described above. The reason for using a surface-emitting type semiconductor laser instead of an edge-emitting type semiconductor laser here is that it is difficult to use the edge-emitting type semiconductor laser because it has a polarization selectivity because of its waveguide structure. It is.

【0018】面発光レーザ11としては1.55μm帯
半導体レーザ、ポンプレーザ20としては1.55μm
帯の分布反射型半導体レーザ(以下DFBレーザ)を用
いている。2つのレーザは共に±0.1℃以下に温度安
定化されている。面発光レーザ10の共振モードとポン
プレーザ20の周波数は、共に温度制御によってなされ
る。ポンプレーザ20の周波数を変え、面発光レーザ1
1の発振モードを変更することで、出力信号光の周波数
を変えることもできる。偏光選択素子30、31として
はグラン・トムソン・プリズムを用い、透過偏光面を自
由に回転できるようにしてある。このプリズムの消光比
は10- 5 以下である。また、偏光回転素子50として
はグラン・トムソン・プリズムおよび波長1.55μm
における1/2波長板の組み合わせを用いる。グラン・
トムソン・プリズムの透過偏光面は、伝送路200から
の入力信号光が最大に透過する様に調整し、1/2波長
板を回転させることによって偏光面を自由に回転でき
る。光ファイバアンプ40は、変換された出力信号光を
増幅して受信側伝送路300に送り出すための装置であ
り、半導体レーザ励起のエルビウム添加光ファイバアン
プなどが利用できる。
The surface emitting laser 11 is a 1.55 μm band semiconductor laser, and the pump laser 20 is 1.55 μm.
A band distributed reflection type semiconductor laser (hereinafter, DFB laser) is used. Both lasers are temperature-stabilized to ± 0.1 ° C or less. The resonance mode of the surface emitting laser 10 and the frequency of the pump laser 20 are both controlled by temperature control. By changing the frequency of the pump laser 20, the surface emitting laser 1
By changing the oscillation mode 1, the frequency of the output signal light can be changed. Gran Thomson prisms are used as the polarization selection elements 30 and 31 so that the transmission polarization plane can be freely rotated. Extinction ratio of the prism 10 - 5 or less. The polarization rotator 50 is a Gran Thompson prism and has a wavelength of 1.55 μm.
Is used. Gran
The transmission polarization plane of the Thomson prism is adjusted so that the input signal light from the transmission path 200 is transmitted at the maximum, and the polarization plane can be freely rotated by rotating the half-wave plate. The optical fiber amplifier 40 is a device for amplifying the converted output signal light and sending out the converted output signal light to the receiving side transmission line 300, and an erbium-doped optical fiber amplifier pumped by a semiconductor laser can be used.

【0019】図3は、本発明の第3の実施例を表す図
で、請求項3に記された光ファイバ分散補償装置の基本
的な構成を模式的に示している。第2の実施例と異なる
主な点は、非線形媒質として複数の共振モードを有し単
一軸モード発振する面型半導体レーザ12(以下単一モ
ード面発光レーザ)を利用していることである。他の点
は、第1の実施例とほぼ同じである。この装置では、単
一モード面発光レーザ12の発振光自身がポンプ光とし
て利用できるため、第2の実施例に設置されているよう
なポンプ光源を必要としない。従って装置構成が簡単に
なる。この実施例においても単一モード面発光レーザ1
2の周波数は温度制御されている。
FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention, and schematically shows a basic configuration of an optical fiber dispersion compensator according to a third aspect of the present invention. The main difference from the second embodiment is that a surface semiconductor laser 12 having a plurality of resonance modes and oscillating in a single axis mode (hereinafter referred to as a single mode surface emitting laser) is used as a nonlinear medium. Other points are almost the same as those of the first embodiment. In this device, the oscillation light itself of the single mode surface emitting laser 12 can be used as the pump light, so that the pump light source as provided in the second embodiment is not required. Therefore, the device configuration is simplified. Also in this embodiment, the single mode surface emitting laser 1
The frequency of 2 is temperature controlled.

【0020】従来技術の説明において述べたように、出
力信号光のスペクトルは入力信号光のスペクトルをポン
プ光の周波数を中心として反転した形をしている。従っ
て、この分散補償装置を、ほぼ均一な周波数分散特性を
有する光ファイバ伝送路の中間地点に設置し、スペクト
ル上で折り返された出力信号光を受信側に伝送すること
によって、送信側の伝送路の周波数分散の影響を受信側
の伝送路で補償できる。
As described in the description of the prior art, the spectrum of the output signal light has a shape obtained by inverting the spectrum of the input signal light around the frequency of the pump light. Therefore, this dispersion compensator is installed at an intermediate point of an optical fiber transmission line having a substantially uniform frequency dispersion characteristic, and the output signal light folded on the spectrum is transmitted to the reception side, so that the transmission line on the transmission side is transmitted. Can be compensated for by the transmission line on the receiving side.

【0021】以上、実施例について具体的に説明してき
たが、以下に若干の補足をする。実施例では信号光の波
長帯として1.55μm帯に対応する装置だけを示した
が、非線形光学媒質となる半導体レーザおよびポンプ光
源の波長を変えれば、例えば1.3μm帯などの他の波
長帯の信号光に対しても本発明の効果は変わらない。ま
た、信号光の変復調方式として直接検波方式だけでな
く、光ヘテロダイン方式など他の方法においても、本発
明の方法ならびに装置は有効である。実施例の光ファイ
バアンプ40は、伝送方式によっては省略できる。本発
明のように、非線形媒質としてそれ自身増幅能力のある
半導体レーザを用いる場合、出力信号光は非線形光学媒
質である半導体レーザの2つの共振器面のどちらからで
も取り出すことができる。従って実施例のような配置だ
けでなく、例えば光学系を適当に変更してポンプ光と入
力信号光を出力側共振器面から注入する配置を使用する
ことも可能である。
Although the embodiments have been described in detail, some supplements will be made below. Although only the device corresponding to the 1.55 μm band as the wavelength band of the signal light is shown in the embodiment, other wavelength bands such as the 1.3 μm band can be obtained by changing the wavelengths of the semiconductor laser serving as the nonlinear optical medium and the pump light source. The effect of the present invention does not change even for the signal light. The method and apparatus of the present invention are effective not only in the direct detection method but also in other methods such as the optical heterodyne method as the signal light modulation / demodulation method. The optical fiber amplifier 40 of the embodiment can be omitted depending on the transmission system. When a semiconductor laser having its own amplifying ability is used as a nonlinear medium as in the present invention, output signal light can be extracted from either of two resonator surfaces of the semiconductor laser which is a nonlinear optical medium. Therefore, it is possible to use not only the arrangement as in the embodiment but also an arrangement in which the pump light and the input signal light are injected from the output side resonator surface by appropriately changing the optical system, for example.

【0022】さらに、本発明では非線形光学媒質として
半導体レーザを中心に記述したが、本発明の原理は先に
も述べたように、バンド構造に準じたエネルギー準位構
造をもつ媒質に共通に有効であり、従って本発明の方法
も有効である。
Further, in the present invention, a semiconductor laser is mainly described as a nonlinear optical medium. However, as described above, the principle of the present invention is applicable to a medium having an energy level structure similar to a band structure. Therefore, the method of the present invention is also effective.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば数
Gb/s以上の高速信号の周波数分散による波形劣化を
補償し、かつポンプ光との干渉や低速の光非線形性から
生じる波形歪の少ない出力信号の得られる、光ファイバ
分散補償方法ならびに装置を実現できる。
As described above, according to the present invention, waveform degradation due to frequency dispersion of a high-speed signal of several Gb / s or more is compensated, and waveform distortion caused by interference with pump light or low-speed optical nonlinearity is compensated. And an optical fiber dispersion compensation method and apparatus that can obtain an output signal with less noise.

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

【図1】本発明の光ファイバ分散補償方法の第1の実施
例を表す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a first embodiment of an optical fiber dispersion compensation method according to the present invention.

【図2】本発明の光ファイバ分散補償装置の第2の実施
例を表す構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a second embodiment of the optical fiber dispersion compensator according to the present invention.

【図3】本発明の光ファイバ分散補償装置の第3の実施
例を表す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a third embodiment of the optical fiber dispersion compensator of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 非線形光学媒質 11 面発光型半導体レーザ 12 単一モード面発光型半導体レーザ 20 ポンプ光源 21 ポンプレーザ 30 偏光選択素子 31 偏光選択素子 40 光ファイバアンプ 50 偏光回転素子 60 光アイソレータ 200 送信側伝送路 300 受信側伝送路 Reference Signs List 10 nonlinear optical medium 11 surface emitting semiconductor laser 12 single mode surface emitting semiconductor laser 20 pump light source 21 pump laser 30 polarization selecting element 31 polarization selecting element 40 optical fiber amplifier 50 polarization rotating element 60 optical isolator 200 transmission side transmission line 300 Receiver transmission line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 IEEE Journal of Q uantum Electronic s,Vol.QE−19,No.4,Ap ril1983,pp.680−689 IEEE Transactions Photonics Technol ogy Letters,Vol.3, No.11,November,1991,p p.1021−1023 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/35 H01S 3/10 H01S 3/108 H04B 10/02 H04B 10/18 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (56) References IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE-19, no. 4, April 1983, pp. 147-64. 680-689 IEEE Transactions Photonics Technology Letters, Vol. 3, No. 11, November, 1991, p. 1021-1023 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G02F 1/35 H01S 3/10 H01S 3/108 H04B 10/02 H04B 10/18 JICST file (JOIS)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光ファイバの有する分散特性によって光
ファイバ伝送中に生じた、波形歪を持った入力信号光と
ポンプ光とを非線形光学媒質に同時に注入することによ
り、前記非線形光学媒質における非縮退4光波混合過程
によって発生する周波数変換された出力信号光として分
散補償された信号光を得る方法において、前記ポンプ光
と前記入力信号光の偏光方向を互いに直交させること、
および出力信号光とポンプ光の分離を偏光選択素子を用
いて行うことを特徴とする光ファイバ分散補償方法。
1. A non-degenerate non-degenerate state in a nonlinear optical medium by simultaneously injecting input signal light and pump light having waveform distortion generated during transmission of the optical fiber due to dispersion characteristics of the optical fiber into the nonlinear optical medium. A method of obtaining dispersion-compensated signal light as frequency-converted output signal light generated by a four-wave mixing process, wherein the pump light and the input signal light have polarization directions orthogonal to each other,
And an optical fiber dispersion compensating method characterized in that the output signal light and the pump light are separated by using a polarization selecting element.
【請求項2】 非線形光学媒質と、ポンプ光を発生する
ポンプ光源と、入力信号光とポンプ光とを前記非線形媒
質に注入する手段と、前記非線形光学媒質から非縮退4
光波混合過程によって発生する周波数変換された出力信
号光を取り出す手段とを少なくとも含む装置であって、
前記非線形光学媒質が面発光型半導体レーザであり、前
記ポンプ光の周波数と前記入力信号光の周波数とが前記
面発光型半導体レーザのそれぞれ異なった共振モードの
一つにほぼ一致しており、かつ前記ポンプ光と前記入力
信号光の偏光方向を互いに直交する方向にする手段およ
び前記出力信号光を前記ポンプ光から分離するための偏
光選択素子を有することを特徴とする光ファイバ分散補
償装置。
2. A non-linear optical medium, a pump light source for generating pump light, means for injecting input signal light and pump light into the non-linear medium, and non-degenerate from the non-linear optical medium.
Means for extracting a frequency-converted output signal light generated by the light wave mixing process,
The nonlinear optical medium is a surface-emitting type semiconductor laser, the frequency of the pump light and the frequency of the input signal light substantially coincide with one of the different resonance modes of the surface-emitting type semiconductor laser, and An optical fiber dispersion compensator comprising: means for setting the polarization directions of the pump light and the input signal light to be orthogonal to each other; and a polarization selection element for separating the output signal light from the pump light.
【請求項3】 非線形光学媒質と、入力信号光を前記非
線形媒質に注入する手段と、前記非線形光学媒質から非
縮退4光波混合過程によって発生する周波数変換された
出力信号光を取り出す手段とを少なくとも含む装置であ
って、前記非線形光学媒質が複数の共振モードを有し単
一軸モード発振する面発光型半導体レーザであり、前記
入力信号光の周波数が前記面発光型半導体レーザの発振
周波数とは異なる前記共振モードの一つにほぼ一致して
おり、かつ前記半導体レーザからのレーザ発振光と前記
入力信号光の偏光方向を互いに直交する方向にする手段
および前記出力信号光を前記レーザ発振光から分離する
ための偏光選択素子を有することを特徴とする光ファイ
バ分散補償装置。
3. A nonlinear optical medium, means for injecting input signal light into the nonlinear medium, and means for extracting frequency-converted output signal light generated by a non-degenerate four-wave mixing process from the nonlinear optical medium. An apparatus comprising: a surface-emitting semiconductor laser in which the nonlinear optical medium has a plurality of resonance modes and oscillates in a single axis mode, wherein the frequency of the input signal light is different from the oscillation frequency of the surface-emitting semiconductor laser Means for causing the laser oscillation light from the semiconductor laser and the input signal light to be substantially orthogonal to each other in one of the resonance modes, and separating the output signal light from the laser oscillation light. An optical fiber dispersion compensating device, comprising:
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