JP3185843B2 - 光ソリトン伝送方法 - Google Patents

光ソリトン伝送方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光ソリトンを用いた光
通信、特に5ピコ秒以下の短い時間幅を持つ光ソリトン
を用いた光ソリトン伝送方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光信号を光ファイバ中に伝搬させて光通
信を行う場合、通信の容量を増大させるためには、個々
の光信号の持続時間を短くし、光信号を密に送る必要が
ある。しかしながら、光信号は、光ファイバ中を伝搬す
るにしたがって、信号波形が広がる性質がある。そし
て、信号波形が広がると、隣接する光信号が交じり合
い、光信号の識別ができなくなる。この信号波形の広が
りの度合いは、光信号の時間幅が短いほど顕著となるた
め、通信容量を大容量化した場合に伝送可能な距離が非
常に短くなる。
【0003】その影響を受けない方法として、光ソリト
ンを用いる光通信の方法が提案されている。現在用いら
れている石英を主成分とする光ファイバの群速度分散
(伝搬する光信号の波長により伝搬速度が異なる現象)
は、光の波長がおよそ1.3μm(構造を工夫した光フ
ァイバの場合では、およそ1.5μm)よりも長波長で
ある波長域において、長波長の光ほど伝搬速度が遅くな
る異常分散特性を示す。一方、高強度の光パルス(ピカ
ッと一瞬光る光)が光ファイバ中を伝搬すると、自己位
相変調効果により、光パルスの前側では波長が長波長側
に、後ろ側では短波長側に変化する。この異常分散と自
己位相変調効果が同時に存在する場合、光パルスの前側
は長波長であるために遅れ、後ろ側は短波長であるため
に進む。これによって、光パルスが時間的に圧縮され、
この圧縮の効果と群速度分散による広がりの効果とが釣
り合ったところで光パルスは安定になる。これが光ソリ
トンである。
【0004】光ソリトンは、このように釣り合いによっ
て生じるため、光ファイバ中を波形を変えることなく伝
搬するという特徴がある。この光ソリトンを使った伝送
方式は、長距離、大容量の光信号を光ファイバ中に伝搬
させる上で有望な方式であり、数多くの実験が行われ、
研究されている。光ソリトンに関する文献として、A.
Hasegawa:Appl.Opt.Vol.23,p.3302(1984)がある。
【0005】しかしながら、光ソリトンは、自己周波数
シフトという性質を合わせ持っている。これは、光ファ
イバを伝搬中の光ソリトンの波長(すなわち周波数)
が、伝搬に伴い長波長側(低い周波数側)にずれる現象
である。この現象は、光パルスの時間幅の4乗に逆比例
して強く効果が現れる。
【0006】したがって、数ピコ秒以下に時間幅が短く
なった光ソリトンの伝送において、この自己周波数シフ
トが顕著となるため、やはり大容量化した場合に伝送可
能な距離が制限されていた。そのため、単一波長によっ
て毎秒100ギガビット以上の大伝送容量を持つ通信を
行う場合、方法の如何にかかわらず数十kmを越える伝
送を行うことは困難であった(参照、S.Kawanishi et
al.Electron.Lett.Vol.29,p.2211(1993))。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、光通信の通
信容量は、単位時間に送ることのできる光信号の数で決
まる。大容量の光通信を行うためには、用いる光信号の
一つ一つの時間を短く(パルス幅を短く)し、光信号の
時間密度を高くする必要がある。特に、毎秒数十ギガビ
ット以上の伝送容量を持つ光通信を実現するためには、
光信号のパルス幅を5ピコ秒以下にする必要がある。こ
の短いパルス幅の光信号を長距離伝搬させるためには、
伝搬に伴うパルス幅の広がりを克服することが必要とな
る。その有効な手段が上述した光ソリトンの利用であ
る。しかし、光信号として光ソリトンを用いる場合に
は、自己周波数シフトという新たな課題を克服しなけれ
ばならない。また、一つの光信号の占める時間が短いた
め、光信号の到着時間の揺らぎを小さく抑える必要があ
る。
【0008】本発明は上述する問題点に鑑みてなされた
もので、光ソリトンの自己周波数シフトと到着時間の揺
らぎを抑えることが可能な光ソリトン伝送方法を提供す
ることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の光ソリト
ン伝送方法は、上記目的を達成するために、光ファイバ
の異常分散領域で形成される光ソリトンを光ファイバを
介して伝送する方法において、伝送用光ファイバ自体に
増幅作用を持たせ、かつ、伝送路の中に1つないし複数
の光強度変調器を挿入して、前記光強度変調器の最大透
過となる点を光ソリトンの最大強度に対してずらすこと
により、前記光強度変調器の位相を光ソリトン列の位相
に対して進め、かつ、伝送路の中に1つないし複数の帯
域透過型光フィルタを挿入して自己周波数シフトによる
光ソリトンの波長の変化を抑制することを特徴とする。
【0010】
【0011】
【作用】請求項1記載の光ソリトン伝送方法によれば、
伝送路の途中に光強度変調器と帯域透過型光フィルタと
を挿入することにより、光ソリトンの自己周波数シフ
ト、相互作用、光雑音等に起因する到着時間の揺らぎが
抑制される。
【0012】請求項2記載の光ソリトン伝送方法によれ
ば、光ソリトンの伝送の安定性が向上される。
【0013】
【実施例】以下、図1ないし図4を参照して、本発明に
係わる光ソリトン伝送方法の一実施例について説明す
る。図1は、本実施例による光ソリトンの伝送装置を示
す図である。図において、符号1は光ソリトン発生器、
2は伝送用光ファイバ、3は光増幅器、4は光フィル
タ、5は光変調器、6はクロック信号抽出部、7は受光
器、8−A、8−Bは励起光源である。
【0014】いま、波長1.55μm帯の光信号を用い
て毎秒200ギガビット伝送を行う場合を考える。光ソ
リトン発生器1は、符号化した(情報を載せた)光ソリ
トンを発生するものであり、DFB構造の半導体レー
ザ、変調器、光増幅器、光多重化装置などから構成され
る。伝送用光ファイバ2は、希土類元素エルビウムを添
加した石英系の光ファイバを用いることができる。光増
幅器3は、光ソリトンを光のまま増幅し、光フィルタ
4、光変調器5の挿入損失を補償するものであり、エル
ビウム添加光ファイバ増幅器(EDFA)あるいは半導
体光増幅器等を用いることができる。光フィルタ4は、
光の帯域透過型フィルタ(バンドパスフィルタ)であ
り、干渉多層膜フィルタ、ファブリペロー(Fabry-Pe
rot)共振器等を用いることができる。
【0015】光変調器5は、強度変調器であり、ニオブ
酸リチウム(LiNbO3)製のマッハツェンダ(Mach
-Zehnder)型変調器、電界吸収型半導体吸収器、光半
導体増幅器等を用いることができる。受光器7は、光多
重分離装置、受光装置などにより構成され、受光装置に
は高速応答特性と持つPIN構造のフォトダイオード等
を用いることができる。励起光源8は、波長1.48μ
m帯、0.98μm帯、0.8μm帯などのレーザダイ
オードを用いることができる。また、図示したように、
励起光源8−A、8−Bは、信号光と同一方向から供給
すること(8−A)も、逆方向から供給することも(8
−B)も両側から供給することも可能である。
【0016】この光ソリトンの伝送装置を動作させるに
は、光ソリトン発生器1により毎秒200ギガビットの
光ソリトン列(ア)を発生し、この光ソリトン列(ア)
を伝送用光ファイバ2を介して伝搬させる。伝送用光フ
ァイバ2は、励起光源8から励起光(イ)によりエネル
ギの供給を受け、それ自体が利得を持つため、光損失に
よる光ソリトンの強度の低下は生じない。伝搬に伴い自
己周波数シフトにより光ソリトンの波長が変化するた
め、ある程度の距離(ここでは5km)伝搬する毎に光
フィルタ4を挿入する。光フィルタ4を挿入したことに
よる光ソリトンの強度の低下は、光増幅器3によって補
償される。
【0017】また、伝搬に伴い雑音の蓄積、時間揺らぎ
の蓄積が生じるため、ある程度の距離(ここでは10k
m)伝搬する毎に光変調器5を挿入する。このとき、ク
ロック信号抽出部6によって、到着した光ソリトン列か
らクロック信号を抽出し、そのクロック信号を基準にし
て光変調器5の変調周波数を光ソリトン列の位相に一致
させる(図1の挿入図参照)。
【0018】また、光変調器5を挿入したことによる光
ソリトンの強度の低下は、光増幅器3によって補償され
る。ここで、光フィルタ4と光変調器5とを同位置に挿
入した場合、光増幅器3は一つのみでよい。伝送用光フ
ァイバ2から光変調器5までを繰り返し挿入し、所用の
距離伝送した後、受光器7により光ソリトンを受光す
る。この場合、クロック信号抽出部6への入力信号光
は、光変調器5の直前、直後いづれの位置からでも取る
ことができる。
【0019】図2は、本実施例の効果を計算機によって
シミュレーションした結果を示す図である。この図は、
光変調器5の間隔を20km、光フィルタ4の間隔を5
km、光フィルタ4の帯域幅を5nm(これらの数値
は、システムの構成に応じて適宜変化させても良い)と
して、毎秒200ギガビットに相当する光ソリトンを入
力し、光変調器5の変調周期を光ソリトン列の位相に一
致させた場合の入力波形と500km毎に5000km
までの出力波形を示している。
【0020】このように、光変調器5の変調周期を光ソ
リトン列の位相に一致させた場合、1ピコ秒の時間幅を
持つ光ソリトンと1本の光ファイバを用いて、毎秒20
0ギガビット(電話300万回線分以上)の超大容量の
光通信が可能となる。また、光ソリトン発生器1から受
光器7までの光ファイバの総長さは、5000km以上
とすることが可能である。
【0021】なお、光変調器5の位相は、光ソリトン列
の位相に対して変調周期の最大1/4進めても良い。図
1の挿入図にこの様子を示す。ここで、変調の位相を変
調周期の1/2まで進めてしまうと、光ソリトンの中心
において透過率が低下する。したがって、進める位相
は、最大で変調周期の1/4程度とする必要がある。図
3は、この進める位相量を変調周期の1/16として求
めた計算機によるシミュレーション結果である。上述す
る光変調器5の変調周期を光ソリトン列の位相に一致さ
せる伝送方法では、光信号の振幅が大小2種類に分離す
る現象が生じ易い。しかし、光変調器5の最大透過率と
なる位置を振幅の小さい方の光信号の位置に近づけるこ
とで振幅の等化を行うことが可能である。これによっ
て、振幅が分裂する現象が抑えられて光信号の安定性が
向上する。
【0022】また、参考のため、本実施例を用いない場
合の伝搬波形を40km毎に400kmまで示したもの
を図4に示す。この場合、波長のシフトおよび相互作用
により、200km程度までの伝送を行うことしかでき
ない。
【0023】
【発明の効果】本発明に係わる光ソリトン伝送方法によ
れば、伝送用光ファイバ自体に増幅作用を持たせ、か
つ、伝送路の中に1つないし複数の光強度変調器を挿入
し、かつ、伝送路の中に1つないし複数の帯域透過型光
フィルタを挿入することによって、5ピコ秒以下の時間
幅を持つ光ソリトンを5000km以上にわたって伝送
することが可能である。また、光強度変調器の最大透過
となる点を光ソリトンの最大強度に対して、変調周期の
1/4を限度としてずらすことによって、伝送の安定性
がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を用いた光ソリトン伝送装置の模式構成
例と光変調器の動作タイミング図である。
【図2】光変調器の変調周期を光ソリトン列の位相に一
致させた状態において、本発明の動作を計算機により解
析した結果を示す図である。
【図3】光変調器の変調周期を光ソリトン列の位相に対
して変調周期の1/4を限度にずらした状態において、
本発明の動作を計算機により解析した結果を示す図であ
る。
【図4】本発明を用いない場合の光ソリトン伝送装置の
動作を計算機により解析した結果を示す図である。
【符号の説明】
1 光ソリトン発生器 2 伝送用光ファイバ 3 光増幅器 4 光フィルタ 5 光変調器 6 クロック信号抽出部 7 受光器 8−A、8−B 励起光源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04B 10/152 10/18 (56)参考文献 特開 平6−112908(JP,A) 特開 平1−241232(JP,A) 特開 平4−304432(JP,A) 特開 平6−141002(JP,A) 特開 平6−265945(JP,A) 特開 平7−38497(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 10/00 - 14/08 G02F 1/35

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ファイバの異常分散領域で形成される
    光ソリトンを光ファイバを介して伝送する方法におい
    て、 伝送用光ファイバ自体に増幅作用を持たせ、かつ、伝送
    路の中に1つないし複数の光強度変調器を挿入して、前
    記光強度変調器の最大透過となる点を光ソリトンの最大
    強度に対してずらすことにより、前記光強度変調器の位
    相を光ソリトン列の位相に対して進め、かつ、伝送路の
    中に1つないし複数の帯域透過型光フィルタを挿入して
    自己周波数シフトによる光ソリトンの波長の変化を抑制
    することを特徴とする光ソリトン伝送方法。
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FR2799011B1 (fr) * 1999-09-24 2001-12-14 Cit Alcatel Regenerateur optique pour signaux rz limitant le bruit dans les "zeros"

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