JP3226739B2 - 光ソリトンを用いる通信方法及びその通信システム - Google Patents
光ソリトンを用いる通信方法及びその通信システムInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ソリトンを用いる通
信方式に係り、特に、光ソリトンを搬送波として用い、
情報信号に対応して位相変調を行い情報信号の伝送を行
う通信方式に関するものである。
信方式に係り、特に、光ソリトンを搬送波として用い、
情報信号に対応して位相変調を行い情報信号の伝送を行
う通信方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、商用的に導入されている光ファイ
バー通信方式は、強度変調直接検波方式（ＩＭ−ＤＤ方
式）であり、パルスの有無に情報信号をのせて伝送する
通信方式である。また、レーザ光のコヒーレンス性を生
かし、光の周波数や位相といった波としての性質に情報
信号をのせるコヒーレント光通信方式も盛んに研究がす
すめられている。一方、光ソリトンを用いた光ファイバ
ー通信方式も精力的に研究がすすめられている。この場
合にも、情報信号はソリトパルスの有無にのせられてお
り、光ソリトンを用いたＩＭ−ＤＤ方式に相当する。
バー通信方式は、強度変調直接検波方式（ＩＭ−ＤＤ方
式）であり、パルスの有無に情報信号をのせて伝送する
通信方式である。また、レーザ光のコヒーレンス性を生
かし、光の周波数や位相といった波としての性質に情報
信号をのせるコヒーレント光通信方式も盛んに研究がす
すめられている。一方、光ソリトンを用いた光ファイバ
ー通信方式も精力的に研究がすすめられている。この場
合にも、情報信号はソリトパルスの有無にのせられてお
り、光ソリトンを用いたＩＭ−ＤＤ方式に相当する。
【０００３】また、本願の発明者は、既に光波の固有値
が、伝搬線路に分散性と非線形が存在しても伝搬距離に
応じて変化しない性質を用いて、遠隔地へも情報を伝達
できる固有値通信方式を提案している（特開平５−２３
２５２３号公報参照）。
が、伝搬線路に分散性と非線形が存在しても伝搬距離に
応じて変化しない性質を用いて、遠隔地へも情報を伝達
できる固有値通信方式を提案している（特開平５−２３
２５２３号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の光波を用いた位相変調通信式では、光ファイバ
ーの構造上、群速度が分散するという分散性や波形が歪
むという非線形性が影響して変調された位相に歪みが生
じて、品質のよい光通信がなかなか困難である。本発明
は、かかる従来の問題点を除去し、より多くの情報を伝
送でき、また、固有値通信に比べてより安定な情報伝達
を行うことができる光ソリトンを用いる通信方法及びそ
の通信システムを提供することを目的とする。
た従来の光波を用いた位相変調通信式では、光ファイバ
ーの構造上、群速度が分散するという分散性や波形が歪
むという非線形性が影響して変調された位相に歪みが生
じて、品質のよい光通信がなかなか困難である。本発明
は、かかる従来の問題点を除去し、より多くの情報を伝
送でき、また、固有値通信に比べてより安定な情報伝達
を行うことができる光ソリトンを用いる通信方法及びそ
の通信システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 （１）光ファイバー等の分散性と非線形性を有する伝搬
路に光ソリトンを入力させて伝搬させる通信方法におい
て、光ソリトンパルスの初期位相は光ソリトンパルスが
非線形シュレディンガー方程式に従って伝搬する限り保
存され、パルス中で時間によらず一定である性質を用い
て、光ソリトンを搬送波として用い、情報信号により光
ソリトンの位相変調を行い、情報信号を伝搬路を介して
伝送し、光ソリトンの初期位相に基づいて、伝送された
情報信号を復調するようにしたものである。
成するために、 （１）光ファイバー等の分散性と非線形性を有する伝搬
路に光ソリトンを入力させて伝搬させる通信方法におい
て、光ソリトンパルスの初期位相は光ソリトンパルスが
非線形シュレディンガー方程式に従って伝搬する限り保
存され、パルス中で時間によらず一定である性質を用い
て、光ソリトンを搬送波として用い、情報信号により光
ソリトンの位相変調を行い、情報信号を伝搬路を介して
伝送し、光ソリトンの初期位相に基づいて、伝送された
情報信号を復調するようにしたものである。
【０００６】（２）上記（１）記載の光ソリトンを用い
る通信方法において、光ソリトンパルス列を構成するパ
ルスの位相に情報信号をのせるようにしたものである。 （３）上記（２）記載の光ソリトンを用いる通信方法に
おいて、光ソリトンのパラメータの伝送制御を行い、パ
ルスの中心位置のずれ、位相ずれのゆらぎを抑えるよう
にしたものである。
る通信方法において、光ソリトンパルス列を構成するパ
ルスの位相に情報信号をのせるようにしたものである。 （３）上記（２）記載の光ソリトンを用いる通信方法に
おいて、光ソリトンのパラメータの伝送制御を行い、パ
ルスの中心位置のずれ、位相ずれのゆらぎを抑えるよう
にしたものである。
【０００７】（４）上記（１）記載の光ソリトンを用い
る通信方法において、隣接ソリトン間の位相差に情報信
号をのせるようにしたものである。 （５）上記（４）記載の光ソリトンを用いる通信方法に
おいて、初期位相差を０又はπとなし情報信号を伝送す
るようにしたものである。 （６）光ファイバー等の分散性と非線形性を有する伝搬
路に光ソリトンを入力させて伝搬させる通信システムに
おいて、情報信号に対応して、光ソリトンの位相を変調
する位相変調手段と、情報信号を伝送する伝搬路と、光
ソリトンの初期位相に基づいて光ソリトンの位相を検出
する位相検出手段と、その光ソリトンの位相から伝送さ
れた情報信号を復調する復調手段とを設けるようにした
ものである。
る通信方法において、隣接ソリトン間の位相差に情報信
号をのせるようにしたものである。 （５）上記（４）記載の光ソリトンを用いる通信方法に
おいて、初期位相差を０又はπとなし情報信号を伝送す
るようにしたものである。 （６）光ファイバー等の分散性と非線形性を有する伝搬
路に光ソリトンを入力させて伝搬させる通信システムに
おいて、情報信号に対応して、光ソリトンの位相を変調
する位相変調手段と、情報信号を伝送する伝搬路と、光
ソリトンの初期位相に基づいて光ソリトンの位相を検出
する位相検出手段と、その光ソリトンの位相から伝送さ
れた情報信号を復調する復調手段とを設けるようにした
ものである。
【０００８】（７）上記（６）記載の光ソリトンを用い
る通信システムにおいて、パルスの中心位置のずれ、位
相ずれのゆらぎを抑える光ソリトンのパラメータの伝送
制御装置を設けるようにしたものである。
る通信システムにおいて、パルスの中心位置のずれ、位
相ずれのゆらぎを抑える光ソリトンのパラメータの伝送
制御装置を設けるようにしたものである。
【０００９】
【作用】本発明によれば、光ソリトンを用いる新しい通
信方式として、光ソリトンを搬送波として用い、情報信
号により、位相変調を行い、情報信号を伝送する通信方
式を提案する。従来の光ソリトン通信がパルスの有無に
情報をのせる方式であったことに対して、この方式はソ
リトンパルス列を構成する各パルスの位相、又は隣接ソ
リトン間の位相差に情報をのせる方式である。
信方式として、光ソリトンを搬送波として用い、情報信
号により、位相変調を行い、情報信号を伝送する通信方
式を提案する。従来の光ソリトン通信がパルスの有無に
情報をのせる方式であったことに対して、この方式はソ
リトンパルス列を構成する各パルスの位相、又は隣接ソ
リトン間の位相差に情報をのせる方式である。
【００１０】すなわち、光ソリトンは、（１）隣接する
２つのソリトンの間の位相をそれぞれ独立に選択でき
る。（２）ソリトンパルス内の位相は時間によらず一定
である、という２つの特徴を持っている。この特徴を利
用すると、光ソリトンの位相を変調し、これに情報をの
せて通信を行う新しい通信方式を構築することができ
る。
２つのソリトンの間の位相をそれぞれ独立に選択でき
る。（２）ソリトンパルス内の位相は時間によらず一定
である、という２つの特徴を持っている。この特徴を利
用すると、光ソリトンの位相を変調し、これに情報をの
せて通信を行う新しい通信方式を構築することができ
る。
【００１１】また、搬送路上で周期的な増幅や周波数フ
ィルタ及び非線形利得等の光ソリトンのパラメータの制
御装置を用いて伝送制御を行い、エラーの少ない伝送を
行うことができる。
ィルタ及び非線形利得等の光ソリトンのパラメータの制
御装置を用いて伝送制御を行い、エラーの少ない伝送を
行うことができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。本発明によれば、ソリトンパルスの初期位相
は、光パルスが非線形シュレディンガー方程式に従って
伝搬する限り保存され、また、パルスの中で一定であ
る。このことよって、光ソリトンを用いる場合にも、コ
ヒーレント光通信の場合と同様に、ソリトンパルス列の
各々のパルスの位相に情報信号をのせることができる。
説明する。本発明によれば、ソリトンパルスの初期位相
は、光パルスが非線形シュレディンガー方程式に従って
伝搬する限り保存され、また、パルスの中で一定であ
る。このことよって、光ソリトンを用いる場合にも、コ
ヒーレント光通信の場合と同様に、ソリトンパルス列の
各々のパルスの位相に情報信号をのせることができる。
【００１３】図１は本発明の光ソリトンを用いる通信シ
ステムの一実施例を示すブロック図、図２は光ソリトン
のシミュレーションを行った結果を示す図である。この
図において、位相変調手段１は、通信しようとする情報
信号に対応して、搬送波である光ソリトン６を位相変調
する手段である。その位相変調手段１で位相変調された
光ソリトンパルスを、光ファイバーなどの分散性と非線
形性を有する伝搬路２の入力端子に入力して伝搬する。
その場合、光ソリトンパルスの初期位相は、光ソリトン
パルスが非線形シュレディンガー方程式に従って伝搬す
る限り保存され、パルス中で時間によらず一定である性
質があり、受信側では、この初期位相に基づいて、その
位相を位相検出手段４で検出し、復調手段５で伝送され
た情報信号を復調して、受信するようにしている。ここ
で、位相変調手段１としては、例えば、ＵＴ Ｐｈｏｔ
ｏｎｉｃｓ社のＡｎｎｅａｌｅｄ Ｐｒｏｔｏｎ Ｅｘ
ｃｈａｎｇｅ（ＡＰＥTM）プロセスを用いてＸ−ｃｕｔ
のＬｉＮｂＯ3材料上に回路が構築されたデバイス等を
用いることができる。また、３は増幅器である。
ステムの一実施例を示すブロック図、図２は光ソリトン
のシミュレーションを行った結果を示す図である。この
図において、位相変調手段１は、通信しようとする情報
信号に対応して、搬送波である光ソリトン６を位相変調
する手段である。その位相変調手段１で位相変調された
光ソリトンパルスを、光ファイバーなどの分散性と非線
形性を有する伝搬路２の入力端子に入力して伝搬する。
その場合、光ソリトンパルスの初期位相は、光ソリトン
パルスが非線形シュレディンガー方程式に従って伝搬す
る限り保存され、パルス中で時間によらず一定である性
質があり、受信側では、この初期位相に基づいて、その
位相を位相検出手段４で検出し、復調手段５で伝送され
た情報信号を復調して、受信するようにしている。ここ
で、位相変調手段１としては、例えば、ＵＴ Ｐｈｏｔ
ｏｎｉｃｓ社のＡｎｎｅａｌｅｄ Ｐｒｏｔｏｎ Ｅｘ
ｃｈａｎｇｅ（ＡＰＥTM）プロセスを用いてＸ−ｃｕｔ
のＬｉＮｂＯ3材料上に回路が構築されたデバイス等を
用いることができる。また、３は増幅器である。
【００１４】本発明では、このような光ソリトンを搬送
波として用いる位相変調方式の伝送特性について検討す
る。位相変調を行う場合、位相を情報信号によって連続
的に変調し、アナログ伝送を行ったり、多値信号を伝送
することも可能であるが、ここでは、光ソリトンを用い
たＰＳＫ（位相に情報信号をのせるディジタル位相変
調：フェーズ・シフト・キー）方式に相当する２値デジ
タル信号の伝送を考える。
波として用いる位相変調方式の伝送特性について検討す
る。位相変調を行う場合、位相を情報信号によって連続
的に変調し、アナログ伝送を行ったり、多値信号を伝送
することも可能であるが、ここでは、光ソリトンを用い
たＰＳＫ（位相に情報信号をのせるディジタル位相変
調：フェーズ・シフト・キー）方式に相当する２値デジ
タル信号の伝送を考える。
【００１５】そこで、モデル方程式について説明する。
光ファイバー中における光パルスの振る舞いを記述する
モデル方程式として、非線形シュレディンガー方程式に
ファイバー損失を補うための周期的な増幅、伝送制御の
ための周波数フィルタ及び非線形利得を表す項が摂動と
して加わった方程式を考える。
光ファイバー中における光パルスの振る舞いを記述する
モデル方程式として、非線形シュレディンガー方程式に
ファイバー損失を補うための周期的な増幅、伝送制御の
ための周波数フィルタ及び非線形利得を表す項が摂動と
して加わった方程式を考える。
【００１６】
【数１】
【００１７】ここで、Ｔ及びＺは規格化された時間及び
距離、ｑは規格化された電界包絡線のガイディング・セ
ンタ振幅を表す。δ及びβは周波数フィルタの中心周波
数における余剰利得及び周波数特性の曲率、γは非線形
利得係数、Ｓ（Ｔ，Ｚ）は増幅器で加わる自然放出雑音
を表す。ソリトンパルスはパルス波形の初期歪、増幅器
雑音及び隣接ソリトンとの相互作用などによって影響を
受ける。そのため、周波数フィルタや非線形利得等によ
る伝送制御が必要となる。
距離、ｑは規格化された電界包絡線のガイディング・セ
ンタ振幅を表す。δ及びβは周波数フィルタの中心周波
数における余剰利得及び周波数特性の曲率、γは非線形
利得係数、Ｓ（Ｔ，Ｚ）は増幅器で加わる自然放出雑音
を表す。ソリトンパルスはパルス波形の初期歪、増幅器
雑音及び隣接ソリトンとの相互作用などによって影響を
受ける。そのため、周波数フィルタや非線形利得等によ
る伝送制御が必要となる。
【００１８】次に、パルス波形の初期歪及び増幅器雑音
の影響について説明する。前記式（１）の右辺に示す摂
動項によるソリトンの挙動を知るために、光パルスの断
熱的な変化を表すダイナミカル方程式を導く。まず、光
パルスは次式で表されるものとする。
の影響について説明する。前記式（１）の右辺に示す摂
動項によるソリトンの挙動を知るために、光パルスの断
熱的な変化を表すダイナミカル方程式を導く。まず、光
パルスは次式で表されるものとする。
【００１９】
【数２】
【００２０】この式（２）は非線形シュレディンガー方
程式の１−ソリトン解の振幅（または幅）及び速度（ま
たは周波数）を表すパラメータη及びｋが伝搬するに従
って、断熱的に変化することを表している。また、ソリ
トンの中心位置Ｔ0 及び位相θ0 もＺの関数である。前
記式（２）を式（１）に代入し、さらに、摂動逆散乱法
を用いることによって次式を得る。
程式の１−ソリトン解の振幅（または幅）及び速度（ま
たは周波数）を表すパラメータη及びｋが伝搬するに従
って、断熱的に変化することを表している。また、ソリ
トンの中心位置Ｔ0 及び位相θ0 もＺの関数である。前
記式（２）を式（１）に代入し、さらに、摂動逆散乱法
を用いることによって次式を得る。
【００２１】
【数３】
【００２２】ここで、Ｓi （Ｚ），（ｉ＝η，ｋ，
Ｔ0 ，θ0 ）は雑音がソリトン・パラメータに与えるラ
ンダム・キックの効果を表し、その自己相関関数〈Ｓi
（Ｚ）Ｓ i （Ｚ′）〉は次式で与えられる。
Ｔ0 ，θ0 ）は雑音がソリトン・パラメータに与えるラ
ンダム・キックの効果を表し、その自己相関関数〈Ｓi
（Ｚ）Ｓ i （Ｚ′）〉は次式で与えられる。
【００２３】
【数４】
【００２４】のもとで解くと、下記の式（５）となる。
【００２５】
【数５】
【００２６】このことが、本発明の位相変調方式の基本
原理である。また、上記式（３）において、β＝３δ＋
２γと選ぶことにより、（η，ｋ）＝（１，０）が漸近
的に安定な点となり、ソリトンの伝送制御を行うことが
できる。
原理である。また、上記式（３）において、β＝３δ＋
２γと選ぶことにより、（η，ｋ）＝（１，０）が漸近
的に安定な点となり、ソリトンの伝送制御を行うことが
できる。
【００２７】
【数６】
【００２８】となる。前記式（６）はΔηとΔθ0 、Δ
ｋとΔＴ0 がそれぞれ結合していることを表している。
まず、増幅器雑音はないとして、パルス波形の初期歪の
影響と周波数フィルタおよび非線形利得による伝送制御
の効果について検討する。
ｋとΔＴ0 がそれぞれ結合していることを表している。
まず、増幅器雑音はないとして、パルス波形の初期歪の
影響と周波数フィルタおよび非線形利得による伝送制御
の効果について検討する。
【００２９】
【数７】
【００３０】この式（７）より、伝送制御を行わない場
合には、パルスの中心位置及び位相のずれには伝搬距離
に比例して増大するのに対して、伝送制御を行うと、初
期歪で決まる定数のずれしか生じないことが分かる。次
に、パルス波形に初期歪がないとして、増幅器の自然放
出雑音の影響と伝送制御の効果について検討する。
合には、パルスの中心位置及び位相のずれには伝搬距離
に比例して増大するのに対して、伝送制御を行うと、初
期歪で決まる定数のずれしか生じないことが分かる。次
に、パルス波形に初期歪がないとして、増幅器の自然放
出雑音の影響と伝送制御の効果について検討する。
【００３１】前記式（６）の右辺のＳi ，（ｉ＝η，
ｋ，Ｔ0 ，θ0 ）はランダムな揺動力を表すから、この
場合、前記式（６）はランジュバン方程式となる。Ｓi
の自己相関関数が前記式（４）で与えられるとして、伝
送制御を行わない場合、及び行った場合の（Δη，Δ
ｋ，ΔＴ0 ，Δθ0 ）の２乗平均値（分散）を求める
と、
ｋ，Ｔ0 ，θ0 ）はランダムな揺動力を表すから、この
場合、前記式（６）はランジュバン方程式となる。Ｓi
の自己相関関数が前記式（４）で与えられるとして、伝
送制御を行わない場合、及び行った場合の（Δη，Δ
ｋ，ΔＴ0 ，Δθ0 ）の２乗平均値（分散）を求める
と、
【００３２】
【数８】
【００３３】となる。この式（８）より増幅器雑音によ
るパルスの中心位置のずれΔＴ0 （Ｇｏｒｄｏｎ−Ｈａ
ｕｓ効果によるタイミングジッタ）と同様、位相ずれΔ
θ0 の揺らぎも伝送距離の３乗に比例して増大する効果
を伝送制御を行うことによって伝送距離に比例する効果
に抑えられることが分かる。また、ΔＴ0 はβが、Δθ
0 はδがそれぞれ大きいほど抑えられる。
るパルスの中心位置のずれΔＴ0 （Ｇｏｒｄｏｎ−Ｈａ
ｕｓ効果によるタイミングジッタ）と同様、位相ずれΔ
θ0 の揺らぎも伝送距離の３乗に比例して増大する効果
を伝送制御を行うことによって伝送距離に比例する効果
に抑えられることが分かる。また、ΔＴ0 はβが、Δθ
0 はδがそれぞれ大きいほど抑えられる。
【００３４】さらに、前記式（８）から光ソリトンを用
いたＩＭ−ＤＤ方式及びＰＳＫ方式の伝送距離と誤り率
の関係を求める。ΔＴ0 及びΔθ0 の確率分布はガウス
分布で表されるものと仮定する。また、ＩＭ−ＤＤ方式
では、Ｔ0 がパルスの電力半値幅２ｌｏｇe （√２＋
１）の１／２以上ずれる場合は誤りと見なし、ＰＳＫ方
式では、θ0 がπ／２以上ずれる場合を誤りと見なすこ
とにする。このとき、誤り率Ｐe はそれぞれ
いたＩＭ−ＤＤ方式及びＰＳＫ方式の伝送距離と誤り率
の関係を求める。ΔＴ0 及びΔθ0 の確率分布はガウス
分布で表されるものと仮定する。また、ＩＭ−ＤＤ方式
では、Ｔ0 がパルスの電力半値幅２ｌｏｇe （√２＋
１）の１／２以上ずれる場合は誤りと見なし、ＰＳＫ方
式では、θ0 がπ／２以上ずれる場合を誤りと見なすこ
とにする。このとき、誤り率Ｐe はそれぞれ
【００３５】
【数９】
【００３６】また、前記式（４）のμは、
【００３７】
【数１０】
【００３８】図３から周波数フィルタと非線形利得によ
る伝送制御によって伝送距離を延ばすことができること
がわかる。また、伝送制御を行わない場合、増幅器雑音
に対するＩＭ−ＤＤ方式とＰＳＫ方式の誤り率はほぼ同
じであることがわかる。次に、隣接ソリトン間の相互作
用の影響について説明する。隣接ソリトンと位相が同じ
場合、すなわち、同相の場合にはソリトンは互いに引き
つけ合い、衝突を起こす。また、位相がπだけずれてい
る場合、すなわち、逆相の場合にはソリトンは互いに反
発し、パルス間隔が広がる。いずれの場合にも、パルス
の中心位置がずれ、復号誤りの原因となる。摂動逆散乱
法によって相互作用の影響について検討する。まず、隣
接するソリトンを次式で表すことになる。
る伝送制御によって伝送距離を延ばすことができること
がわかる。また、伝送制御を行わない場合、増幅器雑音
に対するＩＭ−ＤＤ方式とＰＳＫ方式の誤り率はほぼ同
じであることがわかる。次に、隣接ソリトン間の相互作
用の影響について説明する。隣接ソリトンと位相が同じ
場合、すなわち、同相の場合にはソリトンは互いに引き
つけ合い、衝突を起こす。また、位相がπだけずれてい
る場合、すなわち、逆相の場合にはソリトンは互いに反
発し、パルス間隔が広がる。いずれの場合にも、パルス
の中心位置がずれ、復号誤りの原因となる。摂動逆散乱
法によって相互作用の影響について検討する。まず、隣
接するソリトンを次式で表すことになる。
【００３９】
【数１１】
【００４０】この式（１１）のソリトンを特徴付けるパ
ラメータＡj ，Ｂj ，Ｔj ，Ｄj がＺに対して断熱的に
変化するとして、隣接ソリトンとの相互作用を考慮に入
れた摂動逆散乱法を適用し、
ラメータＡj ，Ｂj ，Ｔj ，Ｄj がＺに対して断熱的に
変化するとして、隣接ソリトンとの相互作用を考慮に入
れた摂動逆散乱法を適用し、
【００４１】
【数１２】
【００４２】を得る。ここで、Ａ＝（Ａ1 ＋Ａ2 ）／
２，Ｂ＝（Ｂ1 ＋Ｂ2 ）／２，ΔＡ＝Ａ1 −Ａ 2 ，ΔＢ
＝Ｂ1 −Ｂ2 ，ΔＴ＝Ｔ1 −Ｔ2 ，ΔＤ＝Ｄ1 −Ｄ2 ，
ΔΘ＝ＢΔＴ＋ΔＤである。また、式（１２）を導くに
あたり、｜ΔＡ｜≪Ａ，｜ΔＢ｜≪Ｂ，ＡΔＴ≫１，｜
ΔＡ｜ΔＴ≪１の近似を用いた。また、以下では、式
（１２）の初期値問題を解く場合のＺ＝０における初期
条件は、（Ａ，Ｂ，ΔＡ，ΔＢ，ΔＴ，ΔΘ）＝（１，
０，０，０，Ｔ0 ，Θ0 ）とする。
２，Ｂ＝（Ｂ1 ＋Ｂ2 ）／２，ΔＡ＝Ａ1 −Ａ 2 ，ΔＢ
＝Ｂ1 −Ｂ2 ，ΔＴ＝Ｔ1 −Ｔ2 ，ΔＤ＝Ｄ1 −Ｄ2 ，
ΔΘ＝ＢΔＴ＋ΔＤである。また、式（１２）を導くに
あたり、｜ΔＡ｜≪Ａ，｜ΔＢ｜≪Ｂ，ＡΔＴ≫１，｜
ΔＡ｜ΔＴ≪１の近似を用いた。また、以下では、式
（１２）の初期値問題を解く場合のＺ＝０における初期
条件は、（Ａ，Ｂ，ΔＡ，ΔＢ，ΔＴ，ΔΘ）＝（１，
０，０，０，Ｔ0 ，Θ0 ）とする。
【００４３】伝送制御を行わない場合には、前記式（１
２）の初期値問題は解析的に解くことができる。Ｚ＝０
で２つのソリトンが同相（Θ0 ＝０）の場合には、
２）の初期値問題は解析的に解くことができる。Ｚ＝０
で２つのソリトンが同相（Θ0 ＝０）の場合には、
【００４４】
【数１３】
【００４５】となる。ＩＭ−ＤＤ方式については、前記
式（１３）において｜ΔＴ−Ｔ0 ｜がパルスの電力半値
幅２ｌｏｇ〔（√２）＋１〕以上にずれる（このとき、
一方のソリトンは半値幅の１／２だけずれる）場合に誤
りが生じるとして、そのときの伝送距離をＺe とする
と、
式（１３）において｜ΔＴ−Ｔ0 ｜がパルスの電力半値
幅２ｌｏｇ〔（√２）＋１〕以上にずれる（このとき、
一方のソリトンは半値幅の１／２だけずれる）場合に誤
りが生じるとして、そのときの伝送距離をＺe とする
と、
【００４６】
【数１４】
【００４７】となる。一方、本発明のＰＳＫ方式では、
初期位相差が０またはπの場合には、位相差ΔΘは伝送
距離によって変化しない。伝送制御を行った場合には、
前記式（１２）をルンゲ・クッタ法で数値的に解き、Ｚ
e 及びΔΘ（Ｚ）を求めた。前記式（１４）及び数値計
算によって求めた初期パルス間隔Ｔ0 とＩＭ−ＤＤ方式
で誤りが生ずる距離Ｚe の関係を図４に示す。また、伝
送制御を行った場合にも、位相差ΔΘは変化しない。よ
って、ソリトン間の相互作用に対しては位相差は変化せ
ず、さらに、ソリトンの位相はパルスの中で一定であ
り、パルスの裾の部分でも情報信号の識別を行うことが
できるため、ＩＭ−ＤＤ方式に比べてＰＳＫ方式の方が
誤り率を小さくできることが分かる。
初期位相差が０またはπの場合には、位相差ΔΘは伝送
距離によって変化しない。伝送制御を行った場合には、
前記式（１２）をルンゲ・クッタ法で数値的に解き、Ｚ
e 及びΔΘ（Ｚ）を求めた。前記式（１４）及び数値計
算によって求めた初期パルス間隔Ｔ0 とＩＭ−ＤＤ方式
で誤りが生ずる距離Ｚe の関係を図４に示す。また、伝
送制御を行った場合にも、位相差ΔΘは変化しない。よ
って、ソリトン間の相互作用に対しては位相差は変化せ
ず、さらに、ソリトンの位相はパルスの中で一定であ
り、パルスの裾の部分でも情報信号の識別を行うことが
できるため、ＩＭ−ＤＤ方式に比べてＰＳＫ方式の方が
誤り率を小さくできることが分かる。
【００４８】このように、光ソリトンを搬送波として用
いる位相変調による通信方式について検討を行った。パ
ルス波形の初期歪、増幅器雑音、ソリトン間相互作用が
パルスの中心位置及び位相に及ぼす影響、周波数フィル
タと非線形利得による伝送制御の効果を摂動法によって
定量的に評価し、ソリトンを用いたＩＭ−ＤＤ方式とＰ
ＳＫ方式の比較を行った。
いる位相変調による通信方式について検討を行った。パ
ルス波形の初期歪、増幅器雑音、ソリトン間相互作用が
パルスの中心位置及び位相に及ぼす影響、周波数フィル
タと非線形利得による伝送制御の効果を摂動法によって
定量的に評価し、ソリトンを用いたＩＭ−ＤＤ方式とＰ
ＳＫ方式の比較を行った。
【００４９】その結果、ＰＳＫ方式の伝送特性はＩＭ−
ＤＤ方式に比べて、増幅器雑音に対しては大差はない
が、ソリトン間相互作用に対して影響を受け難いことが
明らかになった。また、雑音に対する伝送制御の効果が
大きいことが分かった。コヒーレント光通信方式のう
ち、位相に情報信号をのせるディジタル位相変調方式
（ＰＳＫ方式）との比較を行い、その長短を明らかにす
ることは今後の課題である。
ＤＤ方式に比べて、増幅器雑音に対しては大差はない
が、ソリトン間相互作用に対して影響を受け難いことが
明らかになった。また、雑音に対する伝送制御の効果が
大きいことが分かった。コヒーレント光通信方式のう
ち、位相に情報信号をのせるディジタル位相変調方式
（ＰＳＫ方式）との比較を行い、その長短を明らかにす
ることは今後の課題である。
【００５０】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００５１】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。 （１）より多くの情報を伝送でき、また、固有値通信に
比べてより安定な情報伝達を行うことができる。
よれば、以下のような効果を奏することができる。 （１）より多くの情報を伝送でき、また、固有値通信に
比べてより安定な情報伝達を行うことができる。
【００５２】（２）この光ソリトンの位相変調制御によ
る通信は、高速度光通信、マルチメデア用基幹回線、高
信頼度光通信として、発展が期待される。
る通信は、高速度光通信、マルチメデア用基幹回線、高
信頼度光通信として、発展が期待される。
【図１】本発明の光ソリトンを用いる通信システムの一
実施例を示すブロック図である。
実施例を示すブロック図である。
【図２】光ソリトンのシミュレーションを行った結果を
示す図である。
示す図である。
【図３】光ソリトンを用いたＩＭ−ＤＤ方式及びＰＳＫ
方式の伝送距離との誤り率の関係を示す図である。
方式の伝送距離との誤り率の関係を示す図である。
【図４】光ソリトンを用いたＩＭ−ＤＤ方式における初
期パルス間隔と相互作用によって誤りが生じる距離の関
係を示す図である。
期パルス間隔と相互作用によって誤りが生じる距離の関
係を示す図である。
１ 位相変調手段 ２ 伝搬路 ３ 増幅器 ４ 位相検出手段 ５ 復調手段 ６ 光ソリトン
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/35 ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (7)
- 【請求項１】 光ファイバー等の分散性と非線形性を有
する伝搬路に光ソリトンを入力させて伝搬させる通信方
法において、光ソリトンパルスの初期位相は光ソリトン
パルスが非線形シュレディンガー方程式に従って伝搬す
る限り保存され、パルス中で時間によらず一定である性
質を用いて、光ソリトンを搬送波として用い、情報信号
により光ソリトンの位相変調を行い、情報信号を伝搬路
を介して伝送し、光ソリトンの初期位相に基づいて、伝
送された情報信号を復調することを特徴とする光ソリト
ンを用いる通信方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の光ソリトンを用いる通信
方法において、光ソリトンパルス列を構成するパルスの
位相に情報信号をのせることを特徴とする光ソリトンを
用いる通信方法。 - 【請求項３】 請求項２記載の光ソリトンを用いる通信
方法において、光ソリトンのパラメータの伝送制御を行
い、パルスの中心位置のずれ、位相ずれのゆらぎを抑え
ることを特徴とする光ソリトン用いる通信方法。 - 【請求項４】 請求項１記載の光ソリトンを用いる通信
方法において、隣接ソリトン間の位相差に情報信号をの
せることを特徴とする光ソリトン用いる通信方法。 - 【請求項５】 請求項４記載の光ソリトンを用いる通信
方法において、初期位相差を０又はπとなし情報信号を
伝送することを特徴とする光ソリトン用いる通信方法。 - 【請求項６】 光ファイバー等の分散性と非線形性を有
する伝搬路に光ソリトンを入力させて伝搬させる通信シ
ステムにおいて、（ａ）情報信号に対応して、光ソリト
ンの位相を変調する位相変調手段と、（ｂ）情報信号を
伝送する伝搬路と、（ｃ）光ソリトンの初期位相に基づ
いて光ソリトンの位相を検出する位相検出手段と、
（ｄ）その光ソリトンの位相から伝送された情報信号を
復調する復調手段とを具備する光ソリトンを用いる通信
システム。 - 【請求項７】 請求項６記載の光ソリトンを用いる通信
システムにおいて、パルスの中心位置のずれ、位相ずれ
のゆらぎを抑える光ソリトンのパラメータの制御装置を
具備する光ソリトンを用いる通信システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01383995A JP3226739B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 光ソリトンを用いる通信方法及びその通信システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01383995A JP3226739B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 光ソリトンを用いる通信方法及びその通信システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08201861A JPH08201861A (ja) | 1996-08-09 |
| JP3226739B2 true JP3226739B2 (ja) | 2001-11-05 |
Family
ID=11844455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01383995A Expired - Fee Related JP3226739B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-01-31 | 光ソリトンを用いる通信方法及びその通信システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3226739B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2287905C2 (ru) | 2002-05-10 | 2006-11-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Способ и устройство для уменьшения ухудшения оптического сигнала с поляризационным уплотнением |
-
1995
- 1995-01-31 JP JP01383995A patent/JP3226739B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．１３ ｐｐ．１０８３−１０８４ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08201861A (ja) | 1996-08-09 |
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