JP3494738B2 - 光位相共役を用いた光ファイバ通信システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光位相共役を用いた光
ファイバ通信システムに関する。非線形光学を適用する
ことにより、従来の光技術では得られなかった新しい機
能の達成や特性の改善が可能となる。特に、光位相共役
を用いると、伝送路内での位相ゆらぎや波長分散の補償
が可能となる。この特性を光ファイバ通信システムに応
用し、ファイバの波長分散や光非線形効果による高速光
パルスの歪みを補償する方法、更にその波長多重伝送へ
の適用については、既に特願平５−２２１８５６号（波
長分散を補償した光通信システム及び該システムに適用
可能な位相共役光発生装置）に示されている。

【０００２】

【従来の技術】従来の光通信システムは、線型の光学特
性を有する光コンポーネントを用いて構築されており、
シンプルではあるが、特性や機能に制限がある。最近の
光通信システムの分野においては、数百ｋｍから数千ｋ
ｍにも及ぶ無中継システム或いは光増幅中継システムが
実現されつつあり、しかもその伝送速度は数Ｇｂ／ｓか
ら１０Ｇｂ／ｓ以上にも及ぶ高速なものである。

【０００３】こうしたシステムにおいては、多くの解決
すべき問題があるが、その中でもファイバの波長分散の
影響は最も重大で且つ深刻な問題の１つである。上述の
システムでは、波長分散等による影響を受け伝送特性が
劣化し、ひいては伝送速度や伝送距離に制限を受ける。

【０００４】波長分散に対する従来の対策は、第１にフ
ァイバの分散自体をできるだけ小さくすることに中心が
あった。その結果、伝送用中心波長である１．３μｍ，
１．５５μｍで分散が０になるファイバが実現されてい
る。

【０００５】また、波長分散の影響を受けにくい光変調
器の検討も進んでおり、ＬｉＮｂＯ₃ を用いた変調器等
が開発されている。更に、送信信号光に予め逆のチャー
ピングを与えておき、伝送路の波長分散により補償する
方法や、受信機において光学的或いは電気的に分散補償
を行う研究が進んでいる。

【０００６】このように、波長分散に対する対策につい
ては、問題の深刻さを反映してか、送信機、伝送路、受
信機のすべてにおいて研究が進められている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】信号光が強度変調或い
は振幅変調されてなる光パルス（複数の光パルスからな
るパルス列を含む）である場合、波長分散以外の原因に
よってパルス波形が歪むことがある。このような例とし
ては、 （１）波長分散と光カー効果の相乗効果による波形歪
み、 （２）光増幅多中継伝送における光アンプのＡＳＥ（Am
plified SpontaneousEmisson)雑音の累積によるランダ
ムな位相揺らぎによる波形歪み、等が顕著なものとして
考えられる。本発明は、これらのうち特に（１）の波形
歪みに対処するためのものである。

【０００８】今、光パルスが分散媒質中を伝搬する場合
を考える。チャープしていないパルスが分散媒質を透過
する際、正常分散媒質（∂² β／∂ω² ＞０）の場合に
は、パルスの立ち上がりにおいて低周波側にシフトし、
立ち下がりにおいて高周波側にシフトする。

【０００９】一方、異常分散媒質（∂² β／∂ω² ＜
０）の場合には、パルスの立ち上がりにおいて高周波側
にシフトし、立ち下がりにおいて低周波側にシフトす
る。ここで、βは伝搬定数、ωは光の角周波数を表す。

【００１０】そして、正常分散媒質においては波長が長
いほど群速度が速く、異常分散媒質においては波長が短
いほど群速度が速いため、いずれの場合にもパルス幅は
広がることになる。

【００１１】一方、光の強度が大きい場合には、光カー
効果によって屈折率が

【００１２】

【数１】

【００１３】だけ変化する。ここに、ｎ₂ は非線形屈折
率と呼ばれる量であり、シリカファイバの場合にはその
値は約３．２×１０^-20 ｍ² ／Ｗである。光パルスが非
線形媒質中で光カー効果を受けると、

【００１４】

【数２】

【００１５】だけスペクトルが拡散（チャープ）する。
ここにΔｚは相互作用長である。この現象は、一般に自
己位相変調（Self-phase modulation ：ＳＰＭ）と称さ
れる。このＳＰＭにより光パルスの立ち上がりにおいて
は低周波側にシフトし、立ち下がりにおいては高周波側
にシフトする。このＳＰＭによるチャーピングのために
分散の影響がより顕著になり、その結果、パルスの歪み
がより著しくなる。そのため、光パルスが分散媒質中で
光カー効果を受けると、正常分散媒質の場合には、パル
スが分散だけの場合よりもさらに拡散するが、異常分散
媒質の場合にはパルス圧縮が起きる。

【００１６】従って、上記の波長分散の効果を考え合わ
せると、正常分散媒質の場合には大きなパルス拡散が発
生し、異常分散媒質の場合には波長分散によるパルス拡
散とＳＰＭによるパルス圧縮のうち大きいほうの効果が
表れる。これら２つの効果をバランスさせたものが光ソ
リトンである。

【００１７】一般に異常分散媒質においてＳＰＭによる
パルス圧縮を加えたほうが高い信号ＳＮを保持できて都
合がよいように考えがちであるが、最近光アンプを用い
て高いレベルの光パワーで伝送できるようになったこと
と、分散シフトファイバの開発により比較的小さな波長
分散値が実現できるようになったことにより、一概にパ
ルス圧縮を加えた方がよいともいえなくなってきた。

【００１８】つまり、パルス圧縮効果が大きくなりすぎ
て大きな波形歪みが発生するのである。特に、ＮＲＺパ
ルスの場合には、パルスの立ち上がり、立ち下がり部分
において集中的にパルス圧縮が起こるため、急激な波形
変化や、極端な場合には、立ち下がり部分が立ち上がり
部分を追い抜き、パルスが３つに分裂するようなことも
起こる。また、長距離光増幅多中継伝送の場合には、信
号光を励起光として光アンプの自然放出光との間で４光
波混合が生じ、その影響が甚大になるという問題もあ
る。

【００１９】よって、本発明の目的は、波長分散と光カ
ー効果の相乗効果による波形歪みを抑えた光ファイバ通
信システムを提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明によると、信号光
を伝送する第１の光ファイバと、該第１の光ファイバか
ら供給された上記信号光を受け、該信号光に対応する位
相共役光を発生する位相共役光発生器と、該位相共役光
発生器から供給された上記位相共役光を受け、該位相共
役光を伝送する第２の光ファイバとを備え、上記第１及
び第２の光ファイバをそれぞれ同数に分割したときに、
各分割区間のうち上記位相共役光発生器から順に数えた
ときに対応する区間の波長分散の平均値を同符号且つ各
分割区間の長さにほぼ反比例する値にすると共に、各分
割区間における光周波数、信号光強度及び非線形屈折率
の積の平均値を各分割区間の長さにほぼ反比例するよう
に設定した光ファイバ通信システムが提供される。

【００２１】本発明の他の側面によると、信号光を伝送
する第１の光ファイバと、該第１の光ファイバから供給
された上記信号光を受け、該信号光に対応する位相共役
光を発生する位相共役光発生器と、該位相共役光発生器
から供給された上記位相共役光を受け、該位相共役光を
伝送する第２の光ファイバとを備え、上記第１の光ファ
イバの総波長分散は上記第２の光ファイバの総波長分散
にほぼ等しく、上記第１及び第２の光ファイバの少なく
ともいずれか一方を複数の区間に分割したときに、各区
間における光周波数と平均信号光強度と非線形屈折率と
平均波長分散の逆数との積がほぼ一定である光ファイバ
通信システムが提供される。

【００２２】

【作用】本発明によると、光ファイバ通信システムを上
述のように構成したので、波長分散と光カー効果の相乗
効果による波形歪みを補償することができるようになる
という作用が生じる。尚、高速システムに適用するため
に、以下の説明では光ファイバがシングルモードファイ
バであるとする。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に沿って詳
細に説明する。図１は本発明の光ファイバ通信システム
の基本構成を示す図である。送信機２は、伝送データに
基づく変調を行って信号光を生成し、この信号光Ｅ
_S は、プローブ光として第１の光ファイバＳＭＦ１（長
さＬ₁ ，分散Ｄ₁ ，非線形屈折率ｎ₂₁）で伝送された
後、全伝送路の途中にある位相共役光発生器（Phase co
njugator：PC) ６に入力する。

【００２４】位相共役光発生器６でポンプ光Ｅ₀ を用い
て信号光Ｅｓは位相共役光Ｅ_C に変換され、これを第２
の光ファイバＳＭＦ２（長さＬ₂ ，分散Ｄ₂ ，非線形屈
折率ｎ₂₂）で受信機４まで伝送する。

【００２５】受信機４では、位相共役光を受光器で受
け、信号検出がなされる。信号検出は、例えば、位相共
役光を帯域フィルタで抽出した後の光直接検波や光ヘテ
ロダイン検波によってなされる。これにより、伝送デー
タが再生される。

【００２６】尚、ここで用いられる光ファイバは例えば
シリカファイバであり、光通信において一般的に用いら
れている１．３μｍ零分散ファイバや１．５５μｍ分散
シフトファイバ等がその代表例である。また、信号光は
周波数の異なる複数の光源からの出力信号光の周波数多
重信号光でもよい。

【００２７】位相共役光発生器６は、２次又は３次の非
線形光学媒質と、この媒質に信号光及びポンプ光を供給
する手段とを有する。２次の非線形光学媒質が用いられ
ている場合は、パラメトリック効果により、また、３次
の非線形光学媒質が用いられている場合には、縮退型或
いは非縮退型の四光波混合により位相共役光が発生す
る。

【００２８】３次の非線形光学媒質としては例えばシリ
カ光ファイバを用いることができ、この場合、４光波混
合におけるポンプ光の波長を上記ファイバの零分散波長
にほぼ一致させておくことにより、良好な位相共役光の
発生が可能になる（特願平５−２２１８５６号）。

【００２９】図２は位相共役光発生器の例を示すブロッ
ク図である。この位相共役光発生器は、非線形光学媒質
としての光ファイバ１２１と、ポンプ光源としてのレー
ザダイオード１２２と、信号光及びポンプ光を加え合わ
せて光ファイバ１２１に供給する光学手段としての光カ
プラ１２３とを備えている。

【００３０】光ファイバ１２１は望ましくはシングルモ
ードファイバである。この場合において、信号光の波長
と励起光の波長をわずかに異ならせて非縮退型の四光波
混合を生じさせるときには、光ファイバ１２１の零分散
を与える波長がポンプ光の波長（レーザダイオード１２
２の発振波長）に一致するようにしておく。

【００３１】光カプラ１２３は、４つのポート１２３
Ａ，１２３Ｂ，１２３Ｃ及び１２３Ｄを有している。ポ
ート１２３Ａには図１の第１の光ファイバＳＭＦ１が接
続され、ポート１２３Ｂにはレーザダイオード１２２が
接続され、ポート１２３Ｃには光ファイバ１２１の第１
端が接続され、ポート１２３Ｄはデッドエンドにされて
いる。光ファイバ１２１の第２端は、図１の第２の光フ
ァイバＳＭＦに接続される。

【００３２】尚、本願明細書において「接続」という語
は、動作的な接続を意味し、光学的に直接接続される場
合を含み、更に、光フィルタや光アイソレータ等の光学
要素を介して接続される場合や偏光状態を適当に調整し
た上で接続される場合を含む。

【００３３】光カプラ１２３は、少なくとも、ポート１
２３Ａ及び１２３Ｂに供給された光をポート１２３Ｃか
ら出力するように機能し、この光カプラ１２３として
は、例えば、ファイバ融着型のもの、ハーフミラー、光
合波器、偏光ビームスプリッタ等が使用される。

【００３４】この構成によると、光カプラ１２３のポー
ト１２３Ａに供給された信号光とポート１２３Ｂに供給
されたポンプ光とを加え合わせて非線形光学媒質である
光ファイバ１２１に供給することができるので、四光波
混合により信号光を位相共役光で変換することができ
る。

【００３５】図３は位相共役光発生器の他の例を示すブ
ロック図である。この位相共役光発生器は、図２の例と
対比して、レーザダイオード１２２と光カプラ１２３の
ポート１２３Ｂとの間に偏光スクランブラ（偏波スクラ
ンブラ）１２４を設けている点で特徴付けられる。

【００３６】一般に、シングルモードファイバの偏波モ
ードには、偏波面が互いに直交する２つの偏波モードが
存在し、各種の外乱の影響によりこれら２つの偏波モー
ドが結合して、結果として、ファイバの第１端に供給さ
れる光の偏波状態はこのファイバの第２端から出力され
る光の偏波状態に一致しない。従って、本実施例のよう
に伝送路としてシングルモードファイバが用いられてい
る場合には、位相共役光発生器に供給される信号光の偏
波状態は、環境変化等によって時間と共に変動する。

【００３７】一方、位相共役光発生器における信号光か
ら位相共役光への変換効率は、位相共役光発生器に供給
される信号光の偏波状態とポンプ光の偏波状態との関係
に依存する。

【００３８】図３の例によると、レーザダイオード１２
２からのポンプ光を偏光スクランブラ１２４を介して信
号光と合流させるようにしているので、供給される信号
光の偏波状態が時間と共に変動する場合であっても、各
種光デバイスの安定動作を実現することができる。

【００３９】偏光スクランブラ１２４は、１／２波長板
及び１／４波長板の組み合わせやＬｉＮｂＯ₃ 位相変調
器等を用いて通常通り構成され、例えば、レーザダイオ
ード１２２から出力されるポンプ光がほぼ直線偏光であ
る場合には、その偏波面を回転するように機能する。

【００４０】図３に図示された例では、レーザダイオー
ド１２２から出力されるポンプ光に対して偏光スクラン
ブラ１２４を作用させているが、光カプラ１２３のポー
ト１２３Ａと図１の第１の光ファイバＳＭＦ１との間あ
るいは送信機に偏光スクランブラを配置して信号光に対
して偏光スクランブラが作用するようにしてもよい。

【００４１】次に、本発明の原理を説明する。光ファイ
バ伝送における信号光Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝Ｆ（ｘ，
ｙ）φ（ｚ，ｔ）ｅｘｐ〔ｉ（ωｔ−ｋｚ）〕の伝搬
は、一般に以下の非線形波動方程式によって記述可能で
ある。ここに、Ｆ（ｘ，ｙ）は横方向のモード分布、φ
（ｚ，ｔ）は光の複素包絡線を表し、このφ（ｚ，ｔ）
は光の周波数に比べて十分にゆっくり変化すると仮定す
る。

【００４２】

【数３】

【００４３】ここに、Ｔ＝ｔ−β₁ ｚ（β₁ は伝搬定
数）、αはファイバの損失、β₂ はファイバの波長分散
を表し、

【００４４】

【数４】

【００４５】は、ファイバ内の光カー効果の係数を表
す。ここに、ｎ₂ とＡ_eff はそれぞれファイバの非線形
屈折率と有効コア断面積を表す。ｃは真空中の光速であ
る。ここでは１次分散までを考慮し、それより高次の分
散は省略した。また、α（ｚ），β₂ （ｚ），γ（ｚ）
はｚの関数とする。ここで、以下の規格化関数を導入す
る。

【００４６】

【数５】

【００４７】ここに、

【００４８】

【数６】

【００４９】は、振幅を表し、α（ｚ）＞０の場合は伝
送路が損失を持ち、α（ｚ）＜０の場合は利得を持つこ
とをそれぞれ表す。Ａ（ｚ）≡Ａ（０）は損失無しの場
合を表す。また、Ａ（ｚ）² ＝Ｐ（ｚ）は光パワーに相
当する。（５），（６）式を（３）式に代入すると、次
の発展方程式が得られる。

【００５０】

【数７】

【００５１】ここで以下の変換を行う。

【００５２】

【数８】

【００５３】その結果、（７）式は以下のように変換で
きる。

【００５４】

【数９】

【００５５】ここで、ｓｇｎ［β₂ ］≡±１は、β₂ ＞
０，即ち正常分散の場合には＋１を、β₂ ＜０，即ち異
常分散の場合には−１をそれぞれとる。（９）式が成り
立てばその複素共役も成り立ち、次の式が得られる。

【００５６】

【数１０】

【００５７】複素共役光ｕ^* はｕに対する発展方程式と
同じ発展方程式に従う。ただし、その際の伝搬方向は反
転する。この動作はまさしく位相共役光発生器の動作で
ある。透過型の位相共役光発生器においては上記のこと
はＧＶＤ（群速度分散）とＳＰＭによる位相シフトを反
転させることと等価である。

【００５８】ここで図４のシステムを考える。長距離伝
送においては伝送路損失を光増幅中継して補償する。伝
送路Ｉ（長さＬ₁ ）と伝送路ＩＩ（長さＬ₂ ）の間に位
相共役光発生器を配置する。二つの伝送路の損失、分散
及び非線形係数をそれぞれα_j ，Ａ_j ，β_2j及びγ
_j （ｊ＝１，２）とする。

【００５９】規格化座標（ξ軸）において、位相共役光
発生器は中点ξ＝ξ₀ に置き、受信機はξ＝２ξ₀ に置
く。伝送路Ｉ内（０＜ξ＜ξ₀ ）においては、ｕ（ξ）
は発展方程式（９）に従う。位相共役光発生器によりｕ
（ξ₀ ）は位相共役光ｕ^* （ξ₀ ）に変換される。ｕ^*
（ξ）は伝送路ＩＩ内（ξ₀ ＜ξ＜２ξ₀ ）を発展方程
式（１０）に従って伝搬する。

【００６０】このときξ軸上の位相共役光発生器の位置
ξ₀ に関して対称な位置にある任意の２点ξ₁ ，ξ
₂ （＝２ξ₀ −ξ₁ ）における規格化距離ｄξ内におい
て、（９）式の右辺第一、二項の係数が等しくなるよう
に各パラメータの値を設定しさえすれば、ξ₂ における
ｕ^* はξ₁ におけるｕの位相共役光となる。即ち、次の
２式が条件となる。

【００６１】

【数１１】

【００６２】（１１）式は伝送路Ｉ，ＩＩの分散の符号
が等しい必要性を示しており、これは分散補償の条件と
一致する。ファイバ内では、γ＞０，Ａ（ｚ）² ＞０で
あることを考慮すると、上記条件は次のようにまとめる
ことができる。

【００６３】

【数１２】

【００６４】伝送路Ｉ内のξ₁ におけるＧＶＤとＳＰＭ
による位相シフトは位相共役光発生器により符号が反転
する。従って、この位相シフトによる波形歪みは伝送路
II内のξ₂ における位相シフトによる歪みにより補償さ
れる。このように小区間毎に上記のような設定による補
償を繰り返していけば、全長に渡る補償が可能となる。

【００６５】次に、上記の補償条件をｚ座標で記述す
る。（１３）式より、

【００６６】

【数１３】

【００６７】を得る。即ち、各区間内での非線形定数と
光パワーの積に対する波長分散の比を等しくすることが
条件となる。この条件が成り立つ一例として、（１
５），（１６）式が同時に成り立つ場合がある。

【００６８】

【数１４】

【００６９】尚、ｚ₁ ，ｚ₂ は次のように定義される。

【００７０】

【数１５】

【００７１】このとき、区間長ｄｚは区間内の分散に反
比例するかあるいは非線形定数と光パワーの積に反比例
する。ここで、β₂ とＤの関係、Ｄ＝−（２πｃ／
λ ² ）β₂を考慮すれば、（１５），（１６）式より以
下の関係が得られる。

【００７２】

【数１６】

【００７３】分散及び非線形効果についていずれも位相
共役光発生器に関して対称な二つの位置の一方における
増加分と他方の減少分とが等しいことが補償の条件であ
ることがわかる。

【００７４】（１８），（１９）式は、補償のための必
要条件であり、対応する各小区間での総分散量と光カー
効果の総量が等しくなることを示している。ここで
（４）式とＩ＝Ｐ／Ａ_eff が光強度を表すことを考慮す
ると、伝送路Ｉと伝送路ＩＩの各小区間の分散値、非線
形屈折率及び光強度の積を区間の長さに反比例するよう
に設定し、且つその比が等しくなるように設定すれば補
償可能であることを示している。

【００７５】特にα，Ｄ及びγが一定である場合には
（１８），（１９）式を積分すれば、

【００７６】

【数１７】

【００７７】を得る。ここに、Ｐ₁ ＝Ｐ₁ （０）［１−
ｅｘｐ（−α₁ Ｌ₁ ）］／α₁ Ｌ₁ ，Ｐ₂ ＝Ｐ
₂ （Ｌ ₁ ）［１−ｅｘｐ（−α₂ Ｌ₂ ）］／α₂ Ｌ₂ は
各々伝送路Ｉ，ＩＩ内での平均パワーを表す。これらは
分散補償及び平均値近似によるＳＰＭの補償法における
条件と一致する。

【００７８】ここで、損失を補償するための利得を与え
る方法について考えてみる。第１には、伝送路として分
布定数的な利得媒質を用いることが挙げられる。例え
ば、ラマン増幅器やＥｒ³⁺イオンを希薄にドープしたド
ープファイバ増幅器等が考えられる。

【００７９】本発明では、光カー効果と分散値の比を制
御するようにしている。位相共役光発生器に関して等価
的に対称の位置において同じ値の光カー効果と分散の比
を与えることにより、完全な補償を実現することができ
る。

【００８０】伝送路に沿ってこの比を大きくするために
は、分散を徐々に小さくしていくか、光カー効果を徐々
に大きくしていけばよい。分散の値を変化させること
は、ファイバの設計により可能である。例えば、分散シ
フトファイバ（ＤＳＦ）の零分散波長を変化させること
や、ファイバのコアとクラッドの比屈折率差やコア径を
変えることにより上述の比を変化させることができる。

【００８１】一方、光カー効果を変化させることは、非
線型屈折率を変化させたり光強度を変化させることによ
り可能となる。即ち、損失、非線形屈折率、モードフィ
ールト径及び分散から選択される少なくとも一つのファ
イバパラメータを連続的に変化させることにより、本発
明に適用可能な光ファイバを製造することができる。こ
こでは、光強度を変化させる方法について考える。

【００８２】例えば、損失のある伝送路に沿って光強度
を大きくするためには、損失がさほど変化しない範囲で
有効コア断面積Ａ_eff を次第に小さくしていけばよい。
例えば、モードフィールド径（ＭＦＤ）が半分になれば
光強度は約４倍になる。

【００８３】もっと大きな損失に対しては更にＭＦＤを
小さくしなければならないが、あまりＭＦＤを小さくす
ると損失が増えてしまい効果が出ない。現実的なＭＦＤ
の最小値はせいぜい２〜３μｍというところである。

【００８４】１．３μｍ零分散ＳＭＦのＭＦＤが約１０
μｍ、１．５５μｍＤＳＦのＭＦＤが約８μｍであるこ
とを考慮すると、ＭＦＤだけで対応可能な損失はＳＭＦ
で約７ｄＢ、ＤＳＦでは約６ｄＢということになる。

【００８５】更に大きな損失がある場合でも、コア径を
小さくすることの効果と、分散の値を小さくすることの
効果を組み合わせて本発明を実施すればよい。例えば、
分散の値を半分にすることができれば更に３ｄＢの損失
がある場合でも（１４）式を満足する分布を実現するこ
とができる。

【００８６】図５は本発明の第１実施例を示す図であ
る。ここでは、位相共役光発生器６を挟んで各伝送路の
対称な位置ｚ_1j，ｚ_2j（（１７）式で定義されている）
にある微小区間１ｊ（長さΔｚ_1j），２ｊ（長さΔ
ｚ_2j）の各パラメータを、

【００８７】

【数１８】

【００８８】となるように設定する。ここに、〈Ｉ_j 〉
は各区間における平均強度を表す。このような平均強度
の設定については既に述べた通りである。具体的な例を
説明する。今、光ファイバＳＭＦ１の分散がＤ₁ ＝−３
０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍで一定であり、光ファイバＳＭＦ２
の分散がＤ₂ ＝−０．３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍで一定である
とする。このとき、（２０）式より、Ｌ₁ ／Ｌ₂ ＝Ｄ₂
／Ｄ₁ ＝１／１００となる。

【００８９】従って、例えば光ファイバＳＭＦ２の全長
をＬ₂ ＝５０ｋｍとすると、Ｌ₁ ＝５００ｍとなる。こ
のことは、５００ｍのファイバにより予め波形を歪ませ
ておくことにより、５０ｋｍの歪みのない伝送が可能に
なることを示している。

【００９０】或いは、ファイバパラメータの異なる複数
のファイバを、（２２），（２３）式を満足するように
縦列に配置し、各ファイバをスプライスして接続しても
よい。

【００９１】図６は本発明の第２実施例を示す図であ
る。ここでは、光アンプを使った多中継伝送に本発明を
適用した場合を示している。今、光ファイバＳＭＦ２が
伝送路であるとして、その途中に（Ｎ−１）個の光アン
プＡ−１，・・・，Ａ−（Ｎ−１）を間隔ｌ₂ で中継し
て全長Ｌ₂ ＝Ｎｌ₂ の光増幅中継伝送を行う。このと
き、図６に示されるように、光ファイバＳＭＦ１につい
ても中継数と同じようにＮ等分し、各区間の距離を
ｌ₁ 、全長をＬ₁ とする。

【００９２】このとき、Ｌ₁ とＬ₂ の比（ｌ₁ とｌ₂ の
比）は、各ファイバの分散の逆数に比例するから、Ｌ₁
＝（Ｄ₂ ／Ｄ₁ ）Ｌ₂ （ｌ₁ ＝（Ｄ₂ ／Ｄ₁ ）ｌ₂ ）と
する。また、光カー効果については、位相共役光発生器
６に関して対応する区間内の対応する各微小区間におい
て（２３）式が成り立つようにしておく。

【００９３】例えば、上述の分散値の場合には、中継区
間５０ｋｍの伝送において、光ファイバＳＭＦ１を５０
０ｍ毎に区切って上記設定を行うことになる。従って、
例えば光ファイバＳＭＦ１として５００ｍ毎に４０分割
した全長２０ｋｍのファイバを用いれば、位相共役光発
生器６の後５０ｋｍ毎の３９中継による全長２０００ｋ
ｍの伝送が可能となる。

【００９４】ここでは分割を等間隔に行っているが、対
応する区間毎に（２２），（２３）式が成り立てばよい
から、特に等間隔である必要はない。特に、光ファイバ
ＳＭＦ１については損失を補償する光増幅器が設けられ
ていないので、現実的な分散やパワーでは条件を満たす
ことが困難になることもある。こうした場合には、ｌ₁
を等間隔に分割せずに、損失によって強度が小さくなる
につれｌ₁ を大きくしていくことなどにより、分散やパ
ワーについての要求を緩和することができる。

【００９５】また、光ファイバＳＭＦ２についても分散
を一定にせず、例えば各中継区間を分割してパワーの高
い部分では比較的分散を大きくし、パワーが小さい部分
では比較的分散を小さくすることにより、等価的に損失
の効果を小さくすることができる。こうした方法によ
り、光ファイバＳＭＦ１における分散やパワーについて
の要求を緩和することが可能である。

【００９６】こうした方法における分割は細かければ細
かいほど有効であることはいうまでもないが、実際には
数分割程度でも十分有効である。必要な分割数は伝送速
度と伝送距離によって決まる。

【００９７】又、図６の実施例では、光ファイバＳＭＦ
２を光増幅中継伝送しているが、光ファイバＳＭＦ１を
光増幅中継伝送した後同様の方法により光ファイバＳＭ
Ｆ２にて補償してもよい。その例を図７に示す。

【００９８】図７は本発明の第３実施例を示す図であ
る。ここでは、位相共役光発生器６の前後で中継数を同
じにしておき、位相共役光発生器６に関して対称な区間
において（２２），（２３）式が成り立つように設定す
る。

【００９９】その際、前述のように光ファイバＳＭＦ２
における分散を一定にせず、例えば各中継区間を分割し
てパワーの高い部分では比較的分散を大きくし、パワー
の小さい部分では比較的分散を小さくすることにより、
等価的に損失の効果を小さくすることができる。

【０１００】図８は本発明の第４実施例を示す図であ
る。ここでは、平均強度近似を用いた伝送において、分
散と光カー効果も伝送路内で一定でない場合についての
応用が示されている。まず、分散の平均値について、

【０１０１】

【数１９】

【０１０２】が成り立つようにし、更に非線型屈折率と
光強度の積の平均値について、

【０１０３】

【数２０】

【０１０４】が成り立つように設定する。これによりお
およその補償が可能となる。補償の残留分については、
図８に示されるように、光ファイバＳＭＦ２と受信機４
との間に設けられた長さＬ₃ の第３の光ファイバＳＭＦ
３の分散Ｄ₃ とこの中の光カー効果ｎ₂₃Ｉ₃ を適当に調
節することにより、ほぼ完全な補償が可能になる。

【０１０５】図９は本発明の第５実施例を示す図であ
る。この実施例は、図８の第４実施例を光増幅多中継伝
送系に適用したものである。この場合、位相共役光発生
器６の前後に複数の中継器を設け、位相共役光発生器６
に関して対応する区間において（２２），（２３）式が
成り立つように設定すればよいし、より大雑把には、特
願平５−２２１８５６号に示されるように、全長におけ
る平均値において上式が成り立つように設定してもある
程度の補償は可能である。さらに補償の程度をよくする
ためには、図８の第４実施例におけるのと同様にして第
３の光ファイバＳＭＦ３を用い、その分散Ｄ₃ と光カー
効果ｎ₂₃Ｉ₃ を調節すればよい。

【０１０６】ところで、実際の長距離伝送システムにお
いては、周囲環境により分散値に揺らぎが生じる。特
に、温度変動による分散値の変動の影響は大きく、これ
は特に零分散付近の小さな分散値に設定したシステムの
場合に顕著である。

【０１０７】零分散付近の分散値は、信号光の波長を変
えることにより２次分散の傾斜（約０．０８ｐｓ／ｎｍ
／ｋｍ）に従って変えることが可能である。一方、四光
波混合を用いて位相共役光を発生させるシステムにおい
ては、位相共役光の角周波数をω_C ，ポンプ光の角周波
数をω_P ，信号光の角周波数をω_S とすると、ω_C ＝２
ω_P −ω_S の関係があるから、ω_S またはω_P を変える
ことによりω_C を変えることが可能である。

【０１０８】このように、送信機においてω_S を調整す
るか、図示しない端局から送られる制御信号により位相
共役光発生器６においてω_P を調整することにより、分
散の変動に合わせて常時最適な伝送を行うことができ
る。

【０１０９】図１０は光ファイバＳＭＦ１及びＳＭＦ２
のそれぞれの零分散波長ω₁₀，ω₂₀に対する信号光、ポ
ンプ光及び位相共役光の周波数配置を示す図である。も
しも、２つのファイバの分散曲線が環境の変化により同
じ方向にシフトしたとすると（図の鎖線参照）、ω_S と
ω_C を同じ方向にシフトさせるのがよいが、ω_S の変化
に対してω_C は反対方向にシフトするので、ω_S を変化
させつつω_Pをω_S と同じ方向に同じだけ変化させるの
がよい。図１０のような最も単純な場合には、ω_S とω
_P を同じ方向に同じ大きさ（Δω）だけシフトすればよ
い（ω_C ＋Δω＝２（ω_P ＋Δω）−（ω_S ＋Δ
ω））。現実には、分散の変動は単純なものではないの
で、状況に合わせて適宜補正することになる。実際に
は、端局において受信波形をモニターする等しながらω
_S とω_P の微調整を行って最適状態を得る。

【０１１０】図１１は本発明の第６実施例を示す図であ
る。この実施例は基本的には平均強度を用いたものであ
るが、光アンプ間のパワーの変化（低下）の影響を緩和
するために、図７に示した分散の制御を行うものであ
る。

【０１１１】具体的には、各中継区間を数分割し、伝送
方向に向かって次第に分散値を小さくしていくものであ
る。一例を図１２に示す。ここでは、伝送路の平均分散
をＤ₁ ＝−３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ，Ｄ₂ ＝−０．３０ｐ
ｓ／ｎｍ／ｋｍに設定する場合において、各中継区間を
３分割し、伝送方向に向かって−０．３５，−０．３
０，−０．２５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになるように設定した
例を示している。

【０１１２】このとき、中継区間が例えば５１ｋｍであ
れば、１７ｋｍ毎に分割することになり、分散の傾斜は
約−０．０４ｄＢ／ｋｍ程度になる。従って、例えばフ
ァイバの損失が−０．２０ｄＢ／ｋｍであれば、（２
３）式で表される比の変化を約−０．１６ｄＢ／ｋｍに
低下することが可能となる。

【０１１３】これにより、より損失の小さな状態と等価
な状態を実現することができる。従って、光アンプの中
継区間を拡大することが可能である。また、同じ中継間
隔でも、歪みの補償効果を向上させることができる。

【０１１４】図１３は本発明の第７実施例を示す図であ
る。この実施例は、本発明を光増幅多中継伝送系に適用
した場合に、光ファイバＳＭＦ１内において非線形効果
と分散の比が一定になるようにしたものである。

【０１１５】即ち、光ファイバＳＭＦ１を複数の区間に
分割し、各区間ｊにおける分散値Ｄ_1jΔｚ_1jの値の総和
が光ファイバＳＭＦ２の総波長分散に一致するように
し、且つ、各区間ｊにおける非線形屈折率と光強度に対
する分散の比の絶対値（∝ｎ₂₁Ｉ_Sj／Ｄ_1j）の値を一定
に設定する。一方、光ファイバＳＭＦ２では平均値近似
を用いた光増幅多中継伝送を行う。光ファイバＳＭＦ１
内での非線形効果の総量を光ファイバＳＭＦ２における
非線形効果の平均値の総量に一致させるものである。光
ファイバＳＭＦ２についても、光ファイバＳＭＦ１と同
じように設定してもよい。

【０１１６】損失によるＩ_Sjの低下を、Ｄ _1j を次第に小
さくすることで補償することができるので、非線形効果
と分散の比を一定にすることができる。また、区間の長
さΔｚ _1j を損失に反比例する形で長くすることにより、
各区間での分散値を一定にすることができる。即ち、ｎ
₂₁Ｉ_Sj Δｚ _1j が一定になるようにし、且つ、Ｄ _1j Δｚ _1j
が一定になるようにするのである。

【０１１７】この実施例では、光ファイバＳＭＦ１の分
割数を光ファイバＳＭＦ２における中継数と同じにして
いるが、このような平均値近似においては、実用上は、
光ファイバＳＭＦ１の分割数を光ファイバ２の中継数よ
りも少なくしても効果が得られる。即ち、同数の分割に
おけるいくつかの分割毎の平均値で代用するものであ
る。この際の効果は、伝送速度と伝送距離に依存する。

【０１１８】図１４は本発明の第８実施例を示す図であ
る。この実施例では、位相共役光発生器６から出力され
た光を光カプラ８或いはそれに代わる図示しない光スイ
ッチにより２分岐し、一方の分岐光は光ファイバＳＭＦ
２（長さＬ₂ ）により受信機４（＃１）に伝送し、他方
の分岐光は光ファイバＳＭＦ３（長さＬ₃ ）により受信
機４（＃２）に伝送する。

【０１１９】光ファイバＳＭＦ２には光増幅器Ａ２−
１，２，・・・，Ｎが設けられており、光ファイバＳＭ
Ｆ３には光増幅器Ａ３−１，２，・・・，Ｎが設けられ
ている。

【０１２０】この実施例のように、本発明を伝送路の分
岐について応用した場合にも、非線形光学媒質６からの
光を分岐して各受信機４（＃１，＃２）までの距離に見
合った分散と光強度により伝送可能である。

【０１２１】図１５は本発明の第９実施例を示す図であ
る。この実施例では、波長多重伝送において複数の第３
のファイバを用いて追加補償を行っている。図におい
て、１０（＃１，＃２，・・・，＃Ｎ）は光ファイバＳ
ＭＦ２により伝送された位相共役光についてチャネル選
択を行う光学フィルタを示している。各光学フィルタ１
０（＃１，＃２・・・，＃Ｎ）から出力された光は、そ
れぞれ補償用の光ファイバＳＭＦ３−１，２，・・・，
Ｎを介して受信機４（＃１，＃２，・・・，＃Ｎ）に伝
送される。

【０１２２】Ｎチャンネルの波長多重信号光Ｅ_S1，
Ｅ_S2，・・・，Ｅ_SN（周波数：ω_S1，ω_S2，・・・，ω
_SN）を光ファイバＳＭＦ１により伝送した後、位相共役
光発生器６によりＮチャンネルの波長多重位相共役光Ｅ
_C1，Ｅ_C2，・・・，Ｅ_CN（周波数：ω_C1，ω_C2，・・
・，ω_CN）に変換し、光ファイバＳＭＦ２により伝送
後、各受信機により受信する。

【０１２３】このとき、光ファイバＳＭＦ１、ＳＭＦ２
での各チャンネルの分散は図１６のようになっている。
位相共役光発生器を用いた分散補償においては、位相共
役光発生器の前後で分散の符号が同一である必要がある
から、零分散に対して、図１６のような周波数配置にな
る。図に示された例では、正常分散から正常分散への変
換になっている。この場合、光ファイバＳＭＦ１では第
１チャネルに対する分散の絶対値が最小値であるのに対
して、光ファイバＳＭＦ２においては第Ｎチャネルに対
する分散の絶対値が最小値になっている。

【０１２４】従って原理的には、全チャネルに対して同
時に完全な分散補償を行うことは困難である。図１５の
第９実施例は、このような場合に対して、光ファイバＳ
ＭＦ２の出力を分岐した後各チャネルについて周波数選
択を行い、その後各チャネル毎の残留補償量に見合った
第３のファイバＳＭＦ３−１，２，・・・，Ｎを用いて
追加補償を行っているものである。

【０１２５】図１７に示される本発明の第１０実施例
は、全チャネルを等しく理想的に補償するためのもので
ある。ここでは、各チャネル毎に信号光を別々のファイ
バＳＭＦ１１，１２，・・・，１Ｎで伝送し、その際、
異なる分散に見合う強度（Ｉ₁₁，Ｉ₁₂，Ｉで伝送する。
光ファイバＳＭＦ１の出力光を各チャネル毎の位相共役
光発生器６（＃１），（＃２）・・・，（＃Ｎ）或いは
全チャネルを一括して図示しない１つの位相共役光発生
器で位相共役光に変換し、これらを共通の光ファイバＳ
ＭＦ２で伝送して図１５の第９実施例におけるのと同じ
ようにして受信する。

【０１２６】但し、複数の信号光或いは位相共役光を合
波する光マルチプレクサの図示は省略されている。ここ
では第３の光ファイバＳＭＦ３は不要である。尚、この
際の各チャネルの分散と非線形効果の設定は、これまで
に述べたいずれの方法によってもよい。

【０１２７】ところで、位相共役光発生器は偏光依存性
を持つため、信号光の偏光状態により変換効率が異な
り、それによりシステム特性が不安定となる。また、位
相共役光発生器や光増幅器に用いられる光部品には偏光
依存性のあるものが多く、これらを多段接続したときに
信号レベルが不安定となる。

【０１２８】これを抑えるためには、偏波ダイバーシテ
ィ或いは偏波能動制御を適用するか、信号光或いはポン
プ光について偏波スクランブルを行えばよい。特に、送
信機において信号光の偏波スクランブルを行う方法は、
構成が簡単である上、現在長距離伝送において問題とな
っている各種の偏波依存性の影響を除去する上からも有
望である。

【０１２９】図１８は４光波混合を用いた光位相共役に
おける周波数配置を示す図である。これを用いて、本発
明を光増幅多中継伝送に適用する場合における周波数配
置について説明する。

【０１３０】一般に、光増幅器には利得帯域が存在し、
従って、利得のピークを与える周波数ω_g が存在する。
中継する光増幅器の数が少ない場合にはこの利得ピーク
について考慮する必要はないが、何十、何百と中継する
場合には、特定の波長に対して狭体域のフィルタリング
効果が生じる。

【０１３１】例えば、現状のＥＤＦＡ（エルビウムドー
プファイバ増幅器）の場合には、１５５８．５ｎｍ付近
にこの波長がある。位相共役光発生器を用いたシステム
の場合、図１８に示されるように、信号光と位相共役光
の波長はポンプ光の波長を挟んで対称の位置にあるか
ら、全伝送路に渡って利得のピークを確保するために
は、全光増幅器の半数についてそのピーク波長をシフト
すればよい。

【０１３２】このようなシフトが実際上困難な場合に
は、現状のピーク波長を用いるとすれば、光ファイバＳ
ＭＦ２の伝送においてはω_c ＝ω_g に設定し、光ファイ
バＳＭＦ１内の伝送ではω_S についてはω_g とは２Ωだ
け離長した周波数に設定する。

【０１３３】光ファイバＳＭＦ１においては、光増幅器
のフィルタリング効果を防ぐために、光増幅器の自然放
出光を除去するための光フィルタを用いてもよい。一
方、光ファイバＳＭＦ２においては、光増幅器のフィル
タリング効果により位相共役光発生器におけるポンプ光
や信号光のうち位相共役光発生器を通過してくるものを
除去可能であるから、光フィルタが不要になり、構成を
簡略化する上で有効である。もちろん、このＥＤＦＡの
フィルタリング効果を用いずに、各増幅中継器において
光フィルタを用いて自然放出光を除去してもよい。

【０１３４】この場合、複数の光増幅器で生じた自然放
出光雑音をそれぞれ除去するために、各光増幅器に対応
して複数の帯域通過フィルタを設けるのがよい。これら
帯域通過フィルタの通過帯域は、望ましくは、位相共役
光発生器からの距離が大きくなるに従って狭くなるよう
に設定される。その理由は次の通りである。

【０１３５】送信機から出力された光における信号成分
のスペクトルは歪みを受けていないので最も狭い。信号
成分が第１の光ファイバを経て位相共役光発生器に入力
するときには、歪みを受けてそのスペクトルは最も広く
なる。この広がった信号成分のスペクトルは、本発明の
原理に従って、第２の光ファイバの長手方向に従って次
第に狭くなる。従って、上述のように各帯域通過フィル
タの通過帯域を設定することにより、効果的な雑音成分
の除去が可能になる。

【０１３６】図１９は本発明の第１１実施例を示す図で
ある。この実施例は、光増幅器のフィルタリング効果を
最も有効に用いるものである。この実施例は、図６の第
２実施例と対比して、送信機２′が光ファイバＳＭＦ１
及び位相共役光発生器６をも含んでいる点で特徴付けら
れる。光ファイバＳＭＦ１には光変調器１２からの信号
光が供給される。

【０１３７】この構成によると、伝送路としての光ファ
イバＳＭＦ２を中継するのに用いている光増幅器Ａ−
１，２，・・・，（１−Ｎ）を通るのは位相共役光だけ
であるから、ω_c ＝ω_g に設定しておくことにより、各
光増幅器のフィルタリング効果を有効に用いることがで
きる。

【０１３８】その結果、受信機４において歪みのないパ
ルスを受信可能であり、しかも位相共役光発生器６が伝
送路内にないため、偏光変動の影響が小さい。即ち、送
信機２′内であれば一定の偏光状態を確保するのが容易
であるから、伝送路における偏光の変動の位相共役光発
生器６に対する影響を緩和可能である。

【０１３９】望ましくは、光ファイバＳＭＦ１のＤ₁ は
比較的大きく設定される。それにより、光ファイバＳＭ
Ｆ２の長さＬ₂ を十分に長く設定することができ、長距
離伝送が可能になる。

【０１４０】図２０は本発明の第１２実施例を示す図で
ある。この実施例では、受信機４′が位相共役光発生器
６及び光ファイバＳＭＦ２を含む。伝送路となる光ファ
イバＳＭＦ１には損失補償用の複数の光増幅器Ａ−１，
２，・・・，（１−Ｎ）が設けられている。中継された
信号光は、受信機４′に到達してから、位相共役光発生
器６を通って位相共役光に変換され、更に光ファイバＳ
ＭＦ２を介して検波器１４に供給される。

【０１４１】この実施例では、伝送路となる光ファイバ
ＳＭＦ１における偏波状態の変動に対応して受信機４′
においてその対策が要求されるが、位相共役光発生器６
におけるポンプ光により波長選択が可能であることを考
慮すると、この実施例は、光周波数多重伝送システム等
において有望である。つまり、波長多重光伝送において
位相共役光発生器のポンプ光の周波数を変えることによ
り、位相共役光の周波数を変え、その後段の光フィルタ
等によりチャネル選択を行い、その後光ファイバＳＭＦ
２による伝送を行うことにより、波形歪みを補償するこ
とができる。その際、位相共役光発生器６の前又は後で
チャネル数分の分岐を行えば、全チャネルの同時受信が
可能である。

【０１４２】図２１は本発明の第１３実施例を示す図で
ある。この実施例は本発明の双方向伝送に適用した例で
あり、図９に示される平均値近似の伝送システムが２組
用いられている。

【０１４３】下り回線１６は、送信機２Ａと、受信機４
Ａと、位相共役光発生器６Ａと、送信機２Ａ及び位相共
役光発生器６Ａ間に敷設される光ファイバＳＭＦ１１
と、位相共役光発生器６Ａ及び受信機４Ａ間に敷設され
る光ファイバＳＭＦ１２とからなる。

【０１４４】上り回線１８は、送信機２Ｂと、受信機４
Ｂと、位相共役光発生器６Ｂと、送信機２Ｂ及び位相共
役光発生器６Ｂ間に敷設される光ファイバＳＭＦ２１
と、位相共役光発生器６Ｂ及び受信機４Ｂ間に敷設され
る光ファイバＳＭＦ２２とからなる。各光ファイバには
それぞれ複数の光増幅器が損失補償用に用いられてい
る。

【０１４５】下り回線１６では、送信機２Ａからの信号
光Ｅ_S1（周波数ω₁ ）を位相共役光発生器６Ａにより位
相共役光Ｅ_c1（周波数ω₂ ）に変換して伝送する。上り
回線１８では、送信機２Ｂからの信号光Ｅ_S2（周波数ω
₂ ）を位相共役光発生器６Ｂで位相共役光Ｅ_c2（周波数
ω₁ ）に変換して伝送する。

【０１４６】このとき、図中の位相共役光発生器６Ａ，
６Ｂの左側では全てω₁ 、右側では全てω₂ の光を伝送
することになるので、各回線に光フィルタ等を挿入して
通過周波数帯域が制限されている場合でも、周波数が同
じであれば信号の受け渡しが可能である。つまり、通常
の双方向伝送において行われる監視信号の折り返し等の
技術をそのまま適用可能である。

【０１４７】尚、ここでは下り回線と上り回線の周波数
を一致させているが、上述のような通過帯域に含まれる
周波数であれば下り回線と上り回線で周波数が一致して
いなくてもよい。この様子を各回線の周波数配置で図２
２に示す。

【０１４８】また、ここではω₁ ≠ω₂ としているがω
₁ ＝ω₂ の場合にも同様な設定が成り立つことは明らか
である。ω₁ ＝ω₂ とするためには、縮退型の４光波混
合が適用される位相共役光発生器を用いたり、奇数個の
位相共役光発生器を直列に接続する等すればよい。

【０１４９】図２１の実施例では、２つの位相共役光発
生器を用いているが、１つの双方向用の位相共役光発生
器を共用することもできる。更に、２つの回線が全く独
立である場合、或いは伝送路に特定の周波数を選択する
フィルタ（フィルタ効果を生じる接続形態そのものを含
む）が存在しない場合には、光ファイバのパラメータや
周波数の設定は任意であってよい。その場合、各位相共
役光発生器は同じ場所に設定される必要はない。

【０１５０】図２３は双方向伝送用の位相共役光発生器
のブロック図である。この位相共役光発生器６０は、例
えば、図２１のシステムにおける下り回線１６及び上り
回線１８の途中に配置される。下り回線１６に関する部
分と上り回線１８に関する部分の構成は同じであるの
で、下り回線１６に関する部分についてのみ説明する。

【０１５１】下り回線１６において、位相共役光発生器
６０に入力した信号光は、光カプラ２０，２２，２４を
介して非線形媒質２６に供給される。非線形媒質２６で
発生した位相共役光は、光フィルタ２８、光増幅器３
０、光カプラ３２，３４をこの順に通って出力される。

【０１５２】光カプラ２０は上り回線１８の出力光の一
部を下り回線１６の入力光に合成するためのものであ
る。光カプラ２２は、下り回線１６における入力光の一
部を分岐し、この分岐光はフォトダイオード３６に供給
される。フォトダイオード３６の出力は入力モニタ回路
３８に供給され、入力モニタ回路３８の出力は制御回路
４０及びデータ信号回路４４に供給される。制御回路４
０の出力及びデータ信号回路４４の出力はポンプ光源４
２に供給され、ポンプ光源４２からのポンプ光は光カプ
ラ２４を介して非線形媒質２６に供給される。

【０１５３】光カプラ３２で分岐された出力光の一部は
フォトダイオード４６に供給され、フォトダイオード４
６の出力はＡＰＣ回路４８及び出力モニタ回路５０に供
給される。ＡＰＣ回路４８の出力及び出力モニタ回路５
０の出力は、それぞれポンプ光源４２及びデータ信号回
路４４に供給される。光カプラ３４で分岐された出力光
の一部は、上り回線１８の入力側に供給される。

【０１５４】入力信号光Ｅ_S1はポンプ光Ｅ_P1と合波され
て非線形媒質２６に供給され、これにより位相共役光Ｅ
_C1が発生する。位相共役光の一部は分岐され、光／電気
変換された後、位相共役光のパワーが所要の値になるよ
うにポンプ光源４２のパワーや周波数等が調節される。

【０１５５】また、出力パワーのモニタ値のデータ信号
によりポンプ光源４２に小さな変調度の強度変調や周波
数変調が挙げられ、これにより位相共役光にデータ信号
が重畳される。

【０１５６】入力信号光の一部は分岐され、光／電気変
換された後、そのモニタ値のデータ信号により上述と同
様な信号重畳を行ったり、送信局から送られて来る監視
信号による各種の制御を行う。また、これらのデータ信
号は必要に応じて上り回線との間で電気的に受け渡しが
行われる。

【０１５７】尚、これらの動作のうち出力パワーの制御
については、光増幅器３０の出力制御を含めた形で行っ
てもよい。以上説明した実施例では、送信機と受信機と
の間に一つの位相共役光発生器が設けられているが、本
発明の基本構成から送信機及び受信機を除いた部分を縦
列に複数接続し、その両端に送信機及び受信機を配置す
ることにより、長距離伝送が可能になる。

【０１５８】尚、図１３の第７実施例は図１乃至図３の
本発明の基本構成に含まれないが、既に詳述した基本構
成についての種々の応用例は、図１３の第７実施例にも
適用可能である。例えば、図１３の第７実施例により双
方向伝送システムを構築することもできる。

【０１５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
波長分散と光カー効果の相乗効果による波形歪みを補償
することができる光ファイバ通信システムの提供が可能
になるという効果が生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示す図である。

【図２】位相共役光発生器の例を示すブロック図であ
る。

【図３】位相共役光発生器の他の例を示すブロック図で
ある。

【図４】本発明の原理説明図である。

【図５】本発明の第１実施例を示す光ファイバ通信シス
テムの構成図である。

【図６】本発明の第２実施例を示す光ファイバ通信シス
テムの構成図である。

【図７】本発明の第３実施例を示す光ファイバ通信シス
テムの構成図である。

【図８】本発明の第４実施例を示す光ファイバ通信シス
テムの構成図である。

【図９】本発明の第５実施例を示す光ファイバ通信シス
テムの構成図である。

【図１０】２つのファイバの零分散波長に対する各光の
周波数配置を示す図である。

【図１１】本発明の第６実施例を示す光ファイバ通信シ
ステムの構成図である。

【図１２】平均強度の方法において分散を制御する例を
示す図である。

【図１３】本発明の第７実施例を示す光ファイバ通信シ
ステムの構成図である。

【図１４】本発明の第８実施例を示す光ファイバ通信シ
ステムの構成図である。

【図１５】本発明の第９実施例を示す光ファイバ通信シ
ステムの構成図である。

【図１６】本発明の第９実施例における周波数配置を示
す図である。

【図１７】本発明の第１０実施例を示す光ファイバ通信
システムの構成図である。

【図１８】４光波混合を用いた光位相共役における周波
数配置を示す図である。

【図１９】本発明の第１１実施例を示す光ファイバ通信
システムの構成図である。

【図２０】本発明の第１２実施例を示す光ファイバ通信
システムの構成図である。

【図２１】本発明の第１３実施例を示す光ファイバ通信
システムの構成図である。

【図２２】双方向伝送における周波数配置を示す図であ
る。

【図２３】双方向伝送用の位相共役光発生器のブロック
図である。

【符号の説明】

２ 送信機 ４ 受信機 ６ 位相共役光発生器

───────────────────────────────────────────────────── 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 H04B 10/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (33)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号光を伝送する第１の光ファイバと、 該第１の光ファイバから供給された上記信号光を受け、
   該信号光に対応する位相共役光を発生する位相共役光発
   生器と、 該位相共役光発生器から供給された上記位相共役光を受
   け、該位相共役光を伝送する第２の光ファイバとを備
   え、 上記第１及び第２の光ファイバをそれぞれ同数に分割し
   たときに、各分割区間のうち上記位相共役光発生器から
   順に数えたときに対応する区間の波長分散の平均値を同
   符号且つ各分割区間の長さにほぼ反比例する値にすると
   共に、各分割区間における光周波数、信号光強度及び非
   線形屈折率の積の平均値を各分割区間の長さにほぼ反比
   例するように設定した光ファイバ通信システム。
2. 【請求項２】 上記信号光は複数の異なる周波数の光を
   多重化してなる周波数分割多重信号光である請求項１に
   記載の光ファイバ通信システム。
3. 【請求項３】 上記第１及び第２の光ファイバはそれぞ
   れシリカファイバである請求項１に記載の光ファイバ通
   信システム。
4. 【請求項４】 上記位相共役光発生器は、非線形光学媒
   質と、ポンプ光を発生するポンプ光源と、該ポンプ光及
   び上記信号光を上記非線形光学媒質に供給する光学手段
   とを含む請求項１に記載の光ファイバ通信システム。
5. 【請求項５】 上記非線形光学媒質は３次の非線形光学
   効果を呈し、４光波混合により上記位相共役光が発生す
   る請求項４に記載の光ファイバ通信システム。
6. 【請求項６】 上記３次の非線形光学媒質は光ファイバ
   であり、上記ポンプ光の波長は上記光ファイバの零分散
   波長にほぼ等しい請求項５に記載の光ファイバ通信シス
   テム。
7. 【請求項７】 上記非線形光学媒質は２次の非線形光学
   効果を呈し、光パラメトリック効果により上記位相共役
   光が発生する請求項４に記載の光ファイバ通信システ
   ム。
8. 【請求項８】 上記第１及び第２の光ファイバの少なく
   ともいずれか一方の途中に設けられた損失補償用の光増
   幅器を更に備えた請求項１に記載の光ファイバ通信シス
   テム。
9. 【請求項９】 上記光増幅器は複数あり、該複数の光増
   幅器の間の区間における波長分散の絶対値は伝送方向に
   向かって次第に減少する請求項８に記載の光ファイバ通
   信システム。
10. 【請求項１０】 上記第１の光ファイバに動作的に接続
    され、伝送データに基づく変調を行って上記信号光を生
    成する送信機と、 上記第２の光ファイバに動作的に接続され、上記位相共
    役光に基づく復調を行って上記伝送データを再生する受
    信機とを更に備えた請求項１に記載の光ファイバ通信シ
    ステム。
11. 【請求項１１】 上記第２の光ファイバと上記受信機の
    間に設けられた補償用の第３の光ファイバを更に備えた
    請求項１０に記載の光ファイバ通信システム。
12. 【請求項１２】 上記光増幅器を通過する光の波長は当
    該光増幅器の利得ピーク波長にほぼ等しい請求項８に記
    載の光ファイバ通信システム。
13. 【請求項１３】 上記光増幅器は複数あり、 該複数の光増幅器で生じた自然放出光雑音をそれぞれ除
    去するための複数の帯域通過フィルタを更に備え、 該複数の帯域通過フィルタの通過帯域は上記位相共役光
    発生器からの距離が大きくなるに従って狭くなる請求項
    ８に記載の光ファイバ通信システム。
14. 【請求項１４】 上記第１及び第２の光ファイバの分散
    特性の変化に応じて上記信号光の周波数と上記ポンプ光
    の周波数とが微調整して設定される請求項４に記載の光
    ファイバ通信システム。
15. 【請求項１５】 伝送データに基く変調を行って上記信
    号光を生成する手段を含む送信機を更に備え、 該送信機は上記第１の光ファイバ及び上記位相共役光発
    生器を含む請求項１に記載の光ファイバ通信システム。
16. 【請求項１６】 上記位相共役光に基く復調を行う受信
    機を更に備え、 該受信機は上記位相共役光発生器及び上記第２の光ファ
    イバを含む請求項１に記載の光ファイバ通信システム。
17. 【請求項１７】 上記第１の光ファイバ、上記位相共役
    光発生器及び上記第２の光ファイバにそれぞれ相当する
    要素を含む光学パスを更に少なくとも１つ備え、 該光学パスは上記第２の光ファイバの下流側に接続され
    る請求項１に記載の光ファイバ通信システム。
18. 【請求項１８】 上記光学パスは光増幅器を更に含む請
    求項１７に記載の光ファイバ通信システム。
19. 【請求項１９】 上記信号光は周波数が異なる複数の信
    号光からなり、 上記第１の光ファイバ及び上記位相共役光発生器はそれ
    ぞれ上記複数の信号光に対応して複数あり、 該複数の位相共役光発生器の出力を加え合わせて上記第
    ２の光ファイバに供給する光マルチプレクサを更に備え
    た請求項１に記載の光ファイバ通信システム。
20. 【請求項２０】 上記信号光は周波数が異なる複数の信
    号光からなり、 上記第１の光ファイバは上記複数の信号光に対応して複
    数あり、 該複数の第１の光ファイバの出力を加え合わせて上記位
    相共役光発生器に供給する光マルチプレクサを更に備え
    た請求項１に記載の光ファイバ通信システム。
21. 【請求項２１】 上記信号光及び上記位相共役光の周波
    数は上記第１の光ファイバ及び第２の光ファイバにおい
    て正常分散が生じるように設定される請求項１に記載の
    光ファイバ通信システム。
22. 【請求項２２】 上記信号光に対して作用する偏波スク
    ランブラを更に備えた請求項１に記載の光ファイバ通信
    システム。
23. 【請求項２３】 上記位相共役光発生器は、非線形光学
    媒質と、ポンプ光を発生するポンプ光源と、該ポンプ光
    及び上記信号光を上記非線形光学媒質に供給する光学手
    段とを含み、 上記ポンプ光に対して作用する偏波スクランブラを更に
    備えた請求項１に記載の光ファイバ通信システム。
24. 【請求項２４】 請求項１に記載の光ファイバ通信シス
    テムをそれぞれ有する上り回線及び下り回線を備えた双
    方向光ファイバ通信システム。
25. 【請求項２５】 上記下り回線における上記信号光の周
    波数と上記上り回線における上記位相共役光の周波数は
    ほぼ等しく、上記下り回線における上記位相共役光の周
    波数と上記上り回線における上記信号光の周波数はほぼ
    等しい請求項２４に記載の双方向光ファイバ通信システ
    ム。
26. 【請求項２６】 上記下り回線と上記上り回線の間で信
    号の受け渡しをする手段を更に備えた請求項２４に記載
    の双方向光ファイバ通信システム。
27. 【請求項２７】 信号光を伝送する第１の光ファイバ
    と、 該第１の光ファイバから供給された上記信号光を受け、
    該信号光に対応する位相共役光を発生する位相共役光発
    生器と、 該位相共役光発生器から供給された上記位相共役光を受
    け、該位相共役光を伝送する第２の光ファイバとを備
    え、 上記第１の光ファイバの総波長分散は上記第２の光ファ
    イバの総波長分散にほぼ等しく、 上記第１及び第２の光ファイバの少なくともいずれか一
    方を複数の区間に分割したときに、各区間における光周
    波数と平均信号光強度と非線形屈折率と平均波長分散の
    逆数との積がほぼ一定である光ファイバ通信システム。
28. 【請求項２８】 上記各区間における光周波数と平均信
    号光強度と非線形屈折率とファイバ長の積はほぼ一定で
    あり、且つ、上記各区間における平均波長分散とファイ
    バ長の積がほぼ一定である請求項２７に記載の光ファイ
    バ通信システム。
29. 【請求項２９】 上記第１及び第２の光ファイバの少な
    くともいずれか一方の途中に設けられた損失補償用の光
    増幅器を更に備えた請求項２７に記載の光ファイバ通信
    システム。
30. 【請求項３０】 上記第１の光ファイバ、上記位相共役
    光発生器及び上記第２の光ファイバにそれぞれ相当する
    要素を含む光学パスを更に少なくとも１つ備え、 該光学パスは上記第２の光ファイバの下流側に接続され
    る請求項２７に記載の光ファイバ通信システム。
31. 【請求項３１】 請求項１に記載の第１又は第２の光フ
    ァイバに適用される光ファイバ。
32. 【請求項３２】 複数のファイバを融着接続することに
    より、請求項１に記載の条件をほぼ満たすようにされた
    請求項３１に記載の光ファイバ。
33. 【請求項３３】 損失、非線形屈折率、モードフィール
    ド径及び分散から選択される少なくとも一つのファイバ
    パラメータを長手方向に連続的に変化させることにより
    請求項１に記載の条件をほぼ満たすようにされた請求項
    ３１に記載の光ファイバ。