JP4008483B2 - Optical fiber communication system using optical phase conjugation. - Google Patents
Optical fiber communication system using optical phase conjugation. Download PDFInfo
- Publication number
- JP4008483B2 JP4008483B2 JP2006231071A JP2006231071A JP4008483B2 JP 4008483 B2 JP4008483 B2 JP 4008483B2 JP 2006231071 A JP2006231071 A JP 2006231071A JP 2006231071 A JP2006231071 A JP 2006231071A JP 4008483 B2 JP4008483 B2 JP 4008483B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- optical fiber
- dispersion
- phase conjugate
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Description
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。 The present invention relates to an optical fiber communication system using optical phase conjugation.
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。 By applying non-linear optics, it is possible to achieve new functions and improve characteristics that cannot be obtained by conventional optical technology. In particular, when optical phase conjugation is used, it is possible to compensate for phase fluctuations and chromatic dispersion in the transmission path.
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km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。 Conventional optical communication systems are constructed using optical components having linear optical characteristics, and are simple but have limited characteristics and functions. In the field of recent optical communication systems, a non-repeating system or an optical amplifying and repeating system extending from several hundred km to several thousand km is being realized, and its transmission speed is from several Gb / s to over 10 Gb / s. It's fast.
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。 In such a system, there are many problems to be solved. Among them, the influence of the chromatic dispersion of the fiber is one of the most serious and serious problems. In the above-described system, transmission characteristics deteriorate due to the influence of wavelength dispersion and the like, and as a result, the transmission speed and transmission distance are limited.
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。 The conventional measures against chromatic dispersion have been mainly focused on minimizing the fiber dispersion itself. As a result, fibers with zero dispersion at the transmission center wavelengths of 1.3 μm and 1.55 μm are realized.
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。 In addition, studies on optical modulators that are not easily affected by chromatic dispersion are in progress, and modulators using LiNbO 3 have been developed.
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。 Furthermore, researches are underway to apply reverse chirping to the transmitted signal light in advance and compensate by chromatic dispersion of the transmission line, or to perform optical or electrical dispersion compensation in the receiver.
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。 As described above, research on chromatic dispersion is being conducted in all transmitters, transmission lines, and receivers, reflecting the seriousness of the problem.
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(Amplified Spontaneous
Emisson)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。
When the signal light is an optical pulse (including a pulse train composed of a plurality of optical pulses) whose intensity is modulated or amplitude-modulated, the pulse waveform may be distorted due to a cause other than chromatic dispersion. Examples of this are:
(1) Waveform distortion due to the synergistic effect of wavelength dispersion and optical Kerr effect,
(2) ASE (Amplified Spontaneous) of optical amplifier in optical amplification multi-relay transmission
Emisson) Waveform distortion due to random phase fluctuations due to noise accumulation,
Etc. are considered to be prominent. The present invention is to deal with the waveform distortion (1) among these.
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。 Consider the case where an optical pulse propagates through a dispersion medium. When a non-chirped pulse passes through the dispersion medium, if it is a normal dispersion medium (∂ 2 β / ∂ω 2 > 0), it shifts to the low frequency side at the rising edge of the pulse and shifts to the high frequency side at the falling edge To do.
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。 On the other hand, in the case of an anomalous dispersion medium (∂ 2 β / ∂ω 2 <0), it shifts to the high frequency side at the rising edge of the pulse and shifts to the low frequency side at the falling edge. Here, β represents a propagation constant, and ω represents the angular frequency of light.
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。 In the normal dispersion medium, the longer the wavelength, the faster the group velocity, and in the anomalous dispersion medium, the shorter the wavelength, the faster the group velocity. Therefore, in either case, the pulse width increases.
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 On the other hand, when the light intensity is high, the refractive index is increased by the optical Kerr effect.
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、 Only changes. Here, n 2 is a quantity called a nonlinear refractive index, and in the case of a silica fiber, the value is about 3.2 × 10 −20 m 2 / W. When an optical pulse is subjected to the optical Kerr effect in a nonlinear medium,
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。
Only the spectrum diffuses (chirps). Here, Δz is the interaction length. This phenomenon is generally referred to as self-phase modulation (SPM).
This SPM shifts to the low frequency side at the rise of the optical pulse, and shifts to the high frequency side at the fall. Due to this chirping by SPM, the influence of dispersion becomes more conspicuous, and as a result, pulse distortion becomes more significant. Therefore, when the optical pulse is subjected to the optical Kerr effect in the dispersion medium, the pulse is further diffused in the case of the normal dispersion medium than in the case of only the dispersion, but the pulse compression occurs in the case of the anomalous dispersion medium.
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。 Therefore, when considering the effect of chromatic dispersion described above, large pulse diffusion occurs in the case of a normal dispersion medium, and in the case of an anomalous dispersion medium, the larger effect of pulse diffusion by chromatic dispersion and pulse compression by SPM. Appears. Optical solitons are a balance between these two effects.
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。 In general, it is easy to think that it is convenient to add SPM pulse compression in an anomalous dispersion medium, so that it is convenient to hold a high signal SN, but recently it has become possible to transmit at a high level of optical power using an optical amplifier. With the development of dispersion-shifted fibers, it has become possible to achieve relatively small chromatic dispersion values, and it has become impossible to generally apply pulse compression.
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。 That is, the pulse compression effect becomes too great and a large waveform distortion occurs. In particular, in the case of an NRZ pulse, pulse compression occurs intensively at the rising and falling portions of the pulse. Therefore, in an extreme waveform change or in an extreme case, the falling portion overtakes the rising portion, and the pulse is 3 Some things break up. In addition, in the case of long-distance optical amplification multi-relay transmission, there is a problem that four-wave mixing occurs between signal light as excitation light and spontaneous emission light from an optical amplifier, and the influence thereof becomes significant.
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。 Therefore, an object of the present invention is to provide an optical fiber communication system in which waveform distortion due to a synergistic effect of chromatic dispersion and the optical Kerr effect is suppressed.
本発明の他の目的は、本発明システムにおいて偏波変動にかかわらず最適な受信状態を維持することにある。 Another object of the present invention is to maintain an optimal reception state regardless of polarization fluctuations in the system of the present invention.
本発明の更に他の目的は、本発明システムにおける監視制御を最適化することにある。 Still another object of the present invention is to optimize the supervisory control in the system of the present invention.
本発明の別の目的は、本発明システムを波長分割多重(WDM)に適合させることにある。 Another object of the present invention is to adapt the inventive system to wavelength division multiplexing (WDM).
本発明によれば、互いに異なる波長の複数の信号光をそれぞれ送出する複数の光送信機と、該複数の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複数の信号光をそれぞれ受け、該複数の信号光の少なくとも1つに対応する位相共役光を発生する複数の位相共役光発生器と、該各位相共役光発生器から出力される当該位相共役光をそれぞれ透過させる複数の光フィルタと、該各光フィルタからの当該位相共役光をそれぞれ伝送する複数の第2の光ファイバと、該各第2の光ファイバからの当該位相共役光を受ける複数の光受信機とを備え、上記第1の光ファイバと上記各第2の光ファイバとが同数に分割されたときに、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は同符号で且つ各分割区間の長さにほぼ反比例する値に設定されると共に、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は各分割区間の長さにほぼ反比例するように設定される光ファイバ通信システムが提供される。 According to the present invention, a plurality of optical transmitters that respectively transmit a plurality of signal lights having different wavelengths, a first optical fiber that transmits the plurality of signal lights, and the first optical fiber are supplied from the first optical fiber. A plurality of phase conjugate light generators that respectively receive the plurality of signal lights and generate phase conjugate light corresponding to at least one of the plurality of signal lights, and the phase conjugate light output from each of the phase conjugate light generators A plurality of optical filters that respectively transmit light, a plurality of second optical fibers that respectively transmit the phase conjugate light from each of the optical filters, and a plurality that receive the phase conjugate light from each of the second optical fibers When the first optical fiber and each of the second optical fibers are divided into the same number, it corresponds when counting from the phase conjugate light generator in order in each divided section. Of chromatic dispersion The average value is set to the same sign and approximately inversely proportional to the length of each divided section, and the average value of the product of optical frequency, signal light intensity and nonlinear refractive index in each divided section is the length of each divided section. An optical fiber communication system is provided that is set to be approximately inversely proportional to.
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。 According to the present invention, since the optical fiber communication system is configured as described above, there is an effect that the waveform distortion due to the synergistic effect of the chromatic dispersion and the optical Kerr effect can be compensated. In the following description, it is assumed that the optical fiber is a single mode fiber in order to be applied to a high-speed system.
以下、本発明の実施形態を添付図面に沿って詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
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ES 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 conjugator:PC) 6に入力する。 FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an optical fiber communication system according to the present invention. The transmitter 2 generates a signal light by performing modulation based on the transmission data, the signal light E S is the first optical fiber as a probe light SMF1 (length L 1, dispersion D 1, nonlinear refractive index n 21 ) And then input to a phase conjugate light generator (PC) 6 in the middle of all transmission paths.
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EC 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。 The phase conjugate light generator 6 converts the signal light Es into the phase conjugate light E C using the pump light E 0 , which is converted into the second optical fiber SMF2 (length L 2 , dispersion D 2 , nonlinear refractive index n 22. ) To the receiver 4.
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。 In the receiver 4, the phase conjugate light is received by the light receiver and signal detection is performed. Signal detection is performed, for example, by direct optical detection or optical heterodyne detection after phase conjugate light is extracted by a bandpass filter. Thereby, the transmission data is reproduced.
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。 The optical fiber used here is, for example, a silica fiber, and a typical example is a 1.3 μm zero-dispersion fiber or a 1.55 μm dispersion-shifted fiber generally used in optical communication. The signal light may be frequency multiplexed signal light of output signal light from a plurality of light sources having different frequencies.
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。 The phase conjugate light generator 6 includes a second-order or third-order nonlinear optical medium and means for supplying signal light and pump light to the medium. When a second-order nonlinear optical medium is used, phase conjugate light is generated by a parametric effect, and when a third-order nonlinear optical medium is used, phase conjugate light is generated by degenerate or non-degenerate four-wave mixing. appear.
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。 As the third-order nonlinear optical medium, for example, a silica optical fiber can be used. In this case, excellent phase conjugate light can be obtained by making the wavelength of the pump light in the four-wave mixing substantially coincide with the zero dispersion wavelength of the fiber. Can be generated.
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。 FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a phase conjugate light generator. This phase conjugate light generator includes an optical fiber 121 as a nonlinear optical medium, a laser diode 122 as a pump light source, and an optical coupler 123 as an optical means that adds signal light and pump light to the optical fiber 121 and supplies them. It has.
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122の発振波長)に一致するようにしておく。 The optical fiber 121 is preferably a single mode fiber. In this case, when non-degenerate four-wave mixing is caused by slightly differentiating the wavelength of the signal light and the wavelength of the excitation light, the wavelength that gives zero dispersion of the optical fiber 121 is the wavelength of the pump light (the laser diode 122). It should be matched with the oscillation wavelength.
光カプラ123は、4つのポート123A,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。 The optical coupler 123 has four ports 123A, 123B, 123C, and 123D. The first optical fiber SMF1 of FIG. 1 is connected to the port 123A, the laser diode 122 is connected to the port 123B, the first end of the optical fiber 121 is connected to the port 123C, and the port 123D is set to the dead end. ing. The second end of the optical fiber 121 is connected to the second optical fiber SMF in FIG.
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。 In the present specification, the term “connection” means an operational connection, including a case where the optical connection is directly made, and a case where the connection is made via an optical element such as an optical filter or an optical isolator. And the case of being connected after appropriately adjusting the polarization state.
光カプラ123は、ポート123A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。 The optical coupler 123 functions to output the light supplied to the ports 123A and 123B from the port 123C. Examples of the optical coupler 123 include a fiber fusion type, a half mirror, an optical multiplexer, and a polarization beam. A splitter or the like is used.
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。 According to this configuration, the signal light supplied to the port 123A of the optical coupler 123 and the pump light supplied to the port 123B can be added and supplied to the optical fiber 121, which is a nonlinear optical medium. Thus, the signal light can be converted with phase conjugate light.
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。 FIG. 3 is a block diagram showing another example of the phase conjugate light generator. This phase conjugate light generator is characterized in that a polarization scrambler (polarization scrambler) 124 is provided between the laser diode 122 and the port 123B of the optical coupler 123, in contrast to the example of FIG. .
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、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。 In general, there are two polarization modes whose polarization planes are orthogonal to each other in the polarization mode of a single-mode fiber, and these two polarization modes are combined by the influence of various disturbances. The polarization state of the light supplied to one end does not match the polarization state of the light output from the second end of the fiber. Therefore, when a single mode fiber is used as the transmission path, the polarization state of the signal light supplied to the phase conjugate light generator varies with time due to environmental changes or the like.
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。 On the other hand, the conversion efficiency from signal light to phase conjugate light in the phase conjugate light generator depends on the relationship between the polarization state of the signal light supplied to the phase conjugate light generator and the polarization state of the pump light.
図3の例によると、レーザダイオード122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。 In the example of FIG. 3, since the pump light from the laser diode 122 is combined with the signal light via the polarization scrambler 124, the polarization state of the supplied signal light varies with time. However, stable operation of various optical devices can be realized.
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。 The polarization scrambler 124 is normally configured using a combination of a half-wave plate and a quarter-wave plate, a LiNbO 3 phase modulator, and the like. For example, the pump light output from the laser diode 122 is substantially linearly polarized light. In some cases, it functions to rotate its plane of polarization.
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。 In the example shown in FIG. 3, the polarization scrambler 124 is made to act on the pump light output from the laser diode 122, but the port 123A of the optical coupler 123 and the first optical fiber SMF1 in FIG. A polarization scrambler may be arranged between or in the transmitter so that the polarization scrambler acts on the signal light.
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ωに比べて十分にゆっくり変化すると仮定する。 Next, the principle of the present invention will be described. The propagation of signal light E (x, y, z, t) = F (x, y) φ (z, t) exp [i (ωt−kz)] in optical fiber transmission is generally described by the following nonlinear wave equation. Is possible. Here, F (x, y) represents a lateral mode distribution, φ (z, t) represents a complex envelope of light, and this φ (z, t) changes sufficiently slowly compared to the frequency ω of light. Assume that.
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、 Where T = t−β 1 z (β 1 is the propagation constant), α is the loss of the fiber, β 2 is the chromatic dispersion of the fiber,
は、ファイバ内の光カー効果の係数を表す。ここに、n2 とAeff 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,β2 ,γはzの関数であるとし、それぞれα(z),β2 (z),γ(z)と表されるものとする。さらに、位相共役光発生器の位置を原点(z=0)とする。ここで、以下の規格化関数を導入する。 Represents the coefficient of the optical Kerr effect in the fiber. Here, n 2 and A eff represent the nonlinear refractive index and effective core area of the fiber, respectively. c is the speed of light in vacuum. Here, up to the first order dispersion was considered, and higher order dispersion was omitted. Further, α, β 2 , and γ are functions of z, and are expressed as α (z), β 2 (z), and γ (z), respectively. Further, the position of the phase conjugate light generator is the origin (z = 0). Here, the following normalization function is introduced.
ここに、 here,
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。 Represents an amplitude. When α (z)> 0, the transmission path has a loss, and when α (z) <0, it represents a gain. A (z) ≡A (0) represents the case of no loss. A (z) 2 = P (z) corresponds to the optical power. Substituting Equations (5) and (6) into Equation (3) yields the following evolution equation.
ここで以下の変換を行う。 Here, the following conversion is performed.
その結果、(7)式は以下のように変換できる。 As a result, equation (7) can be converted as follows.
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。 Here, sgn [β 2 ] ≡ ± 1 takes +1 when β 2 > 0, that is, normal dispersion, and −1 when β 2 <0, ie, abnormal dispersion. If equation (9) holds, the complex conjugate also holds, and the following equation is obtained.
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。 The complex conjugate light u * follows the same evolution equation as that for u. However, the propagation direction at that time is reversed. This operation is exactly the operation of a phase conjugate light generator. In the transmission type phase conjugate light generator, the above is equivalent to inverting the phase shift due to GVD (group velocity dispersion) and SPM.
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。図1の光ファイバSMF1及びSMF2にそれぞれ対応する伝送路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。 Now consider the system of FIG. In long-distance transmission, the transmission line loss is compensated by optical amplification relay. A phase conjugate light generator is disposed between the transmission path I (length L 1 ) and the transmission path II (length L 2 ) corresponding to the optical fibers SMF1 and SMF2 in FIG.
規格化座標(ζ軸)において、位相共役光発生器は中点ζ=0に置き、受信機はζ=ζ0 に置く。伝送路I内(−ζ0 <ζ<0)においては、u(ζ)は発展方程式(9)に従う。位相共役光発生器によりu(0)は位相共役光u* (0)に変換される。u* (ζ)は伝送路II内(0<ζ<ζ0 )を発展方程式(10)に従って伝搬する。 In the normalized coordinates (ζ axis), the phase conjugate light generator is placed at the midpoint ζ = 0, and the receiver is placed at ζ = ζ 0 . In the transmission line I (−ζ 0 <ζ <0), u (ζ) follows the evolution equation (9). The phase conjugate light generator converts u (0) into phase conjugate light u * (0). u * (ζ) propagates in the transmission line II (0 <ζ <ζ 0 ) according to the evolution equation (10).
このときζ軸上の位相共役光発生器の位置(ζ=0)に関して対称な位置にある任意の2点−ζ,ζにおける規格化距離dζ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すれば、−ζにおけるu* はζ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。 At this time, within the normalized distance dζ at any two points −ζ and ζ that are symmetrical with respect to the position (ζ = 0) of the phase conjugate light generator on the ζ axis, If the values of the parameters are set so that the term coefficients are equal, u * at −ζ becomes the phase conjugate light of u at ζ. That is, the following two expressions are the conditions.
(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。 Equation (11) shows that the dispersion signs of the transmission lines I and II need to be equal, which matches the conditions for dispersion compensation. Considering that γ> 0 and A (z) 2 > 0 in the fiber, the above conditions can be summarized as follows.
伝送路I内の(−ζ)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(ζ)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。 The sign of the phase shift due to GVD and SPM in (−ζ) in the transmission line I is inverted by the phase conjugate light generator. Therefore, the waveform distortion due to this phase shift is compensated by the distortion due to the phase shift at (ζ) in the transmission line II. Thus, if compensation by the above settings is repeated for each small section, compensation over the entire length becomes possible.
次に、上記の補償条件をz座標で記述する。(13)式より、 Next, the compensation condition is described in terms of the z coordinate. From equation (13)
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。ここで、−z1 ,z2 は次の式を満足させる2点である。 Get. That is, the condition is that the ratio of the chromatic dispersion to the product of the nonlinear constant and the optical power in each section is equal. Here, −z 1 and z 2 are two points that satisfy the following expression.
(14),(15)式より(16),(17)式が得られる。 Equations (16) and (17) are obtained from equations (14) and (15).
dz1 ,dz2 はそれぞれ−z1 ,z2 における小区間の長さであり、各区間長は当該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、分散β2 と分散パラメータDの関係、D=−(2πc/λ2 )β2 を考慮すれば、(16),(17)式より以下の関係が得られる。Dはzの関数であり、D(z)とも表される。 dz 1 and dz 2 are the lengths of the small sections at −z 1 and z 2 , respectively, and each section length is inversely proportional to the dispersion in the section or inversely proportional to the product of the nonlinear constant and the optical power. Here, considering the relationship between the dispersion β 2 and the dispersion parameter D, D = − (2πc / λ 2 ) β 2 , the following relationship is obtained from the equations (16) and (17). D is a function of z and is also expressed as D (z).
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。 It can be seen that the condition for compensation is that the increase in one of the two positions symmetric with respect to the phase conjugate light generator and the decrease in the other are equal for both the dispersion and nonlinear effects.
(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/Aeff 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。 Equations (18) and (19) are necessary conditions for compensation, and indicate that the total dispersion amount and the total amount of the optical Kerr effect in each corresponding small section are equal. Here, considering the expression (4) and I = P / A eff represents the light intensity, the product of the dispersion value, nonlinear refractive index, and light intensity of each small section of the transmission path I and transmission path II is the length of the section. It is shown that compensation is possible if the ratio is set to be inversely proportional to the ratio and the ratio is set to be equal.
特にα,D及びγが一定であり且つパワーの変動が小さい場合には(18),(19)式を積分すれば、 In particular, when α, D, and γ are constant and the power fluctuation is small, if the equations (18) and (19) are integrated,
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。 Here, consider a method of providing a gain for compensating for the loss. First, it is possible to use a distributed constant gain medium as a transmission line. For example, a Raman amplifier, a doped fiber amplifier diluted with Er 3+ ions, or the like can be considered.
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。 In the present invention, the ratio between the optical Kerr effect and the dispersion value is controlled. By providing the same value of the optical Kerr effect and dispersion ratio at equivalently symmetrical positions with respect to the phase conjugate light generator, complete compensation can be realized.
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。 In order to increase this ratio along the transmission line, the dispersion should be gradually decreased or the optical Kerr effect should be gradually increased. It is possible to change the value of the dispersion by the design of the fiber. For example, the above-mentioned ratio can be changed by changing the zero dispersion wavelength of the dispersion-shifted fiber (DSF), or changing the relative refractive index difference between the core and cladding of the fiber and the core diameter.
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。 On the other hand, the optical Kerr effect can be changed by changing the nonlinear refractive index or changing the light intensity. That is, an optical fiber applicable to the present invention can be manufactured by continuously changing at least one fiber parameter selected from loss, nonlinear refractive index, mode field diameter, and dispersion. Here, a method for changing the light intensity is considered.
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Aeff 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。 For example, in order to increase the light intensity along a lossy transmission line, the effective core area A eff may be gradually decreased within a range where the loss does not change so much. For example, if the mode field diameter (MFD) is halved, the light intensity is about 4 times.
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。 For a larger loss, the MFD must be further reduced. However, if the MFD is made too small, the loss increases and no effect is obtained. The practical minimum value of MFD is at most 2 to 3 μm.
1.3μm零分散SMFのMFDが約10μm、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。 Considering that the MFD of the 1.3 μm zero-dispersion SMF is about 10 μm and the MFD of the 1.55 μm DSF is about 8 μm, the loss that can be handled only by the MFD is about 7 dB for the SMF and about 6 dB for the DSF.
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。 Even when there is a larger loss, the present invention may be implemented by combining the effect of reducing the core diameter and the effect of reducing the dispersion value. For example, if the dispersion value can be halved, a distribution satisfying the equation (14) can be realized even when there is a further loss of 3 dB.
図5は本発明の第1実施形態を示す図である。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z1j,z2j((15)式で定義されている)にある微小区間1j(長さΔz1j),2j(長さΔz2j)の各パラメータを、 FIG. 5 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. Here, the minute sections 1j (length Δz 1j ) and 2j (long) at symmetrical positions z 1j and z 2j (defined by the equation (15)) of each transmission line with the phase conjugate light generator 6 interposed therebetween. Each parameter of Δz 2 j)
となるように設定する。D1j,ω1 ,n21j , 〈I1j〉はそれぞれ区間1jにおける分散パラメータ、光周波数、非線形屈折率、平均強度であり、D2j,ω2 ,n22j , 〈I2j〉はそれぞれ区間2jにおける分散パラメータ、光周波数、非線形屈折率、平均強度である。 Set to be. D 1j , ω 1 , n 21j , <I 1j > are the dispersion parameter, optical frequency, nonlinear refractive index, and average intensity in section 1 j, respectively, and D 2j , ω 2 , n 22 j, <I 2j > are sections The dispersion parameter, optical frequency, nonlinear refractive index, and average intensity at 2j.
具体的な例を説明する。今、光ファイバSMF1の分散がD1 =−30ps/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。 A specific example will be described. Now, it is assumed that the dispersion of the optical fiber SMF1 is constant at D 1 = −30 ps / nm / km, and the dispersion of the optical fiber SMF2 is constant at D 2 = −0.3 ps / nm / km. At this time, L 1 / L 2 = D 2 / D 1 = 1/100 from the equation (20).
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。 Therefore, for example, when the total length of the optical fiber SMF2 is L 2 = 50 km, L 1 = 500 m. This indicates that transmission with no distortion of 50 km becomes possible by predistorting the waveform with a 500 m fiber.
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。 Alternatively, a plurality of fibers having different fiber parameters may be arranged in tandem so as to satisfy the expressions (22) and (23), and each fiber may be spliced and connected.
図6は本発明の第2実施形態を示す図である。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。 FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. Here, a case where the present invention is applied to multi-relay transmission using an optical amplifier is shown. Now, as the optical fiber SMF2 is transmission path, the middle of the (N-1) optical amplifiers A-1, · · ·, A- (N-1) the relays at intervals l 2 overall length L 2 = Nl 2 optical amplification repeater transmission. At this time, as shown in FIG. 6, the optical fiber SMF1 is also equally divided into N in the same way as the number of relays, and the distance of each section is l 1 and the total length is L 1 .
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。 At this time, since the ratio of L 1 and L 2 (ratio of l 1 and l 2 ) is proportional to the reciprocal of the dispersion of each fiber, L 1 = (D 2 / D 1 ) L 2 (l 1 = (D 2 / D 1) l 2) to. Regarding the optical Kerr effect, Equation (23) is established in each corresponding minute section in the corresponding section with respect to the phase conjugate light generator 6.
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500m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2000kmの伝送が可能となる。 For example, in the case of the above-described dispersion value, in the transmission in the relay section 50 km, the above setting is performed by dividing the optical fiber SMF1 every 500 m. Therefore, for example, if a fiber having a total length of 20 km divided by 40 for every 500 m is used as the optical fiber SMF1, transmission of a total length of 2000 km by 39 relays every 50 km after the phase conjugate light generator 6 becomes possible.
この場合、光ファイバSMF1の長さ500mの各区間に対応する光ファイバSMF2の各区間の長さが異なることは言うまでもない。対応する区間は(15)式で定義されており、光ファイバSMF1の区間のうち大きな分散の区間は光ファイバSMF2におけるより長い区間をカバーする。 In this case, it goes without saying that the length of each section of the optical fiber SMF2 corresponding to each section of the length 500 m of the optical fiber SMF1 is different. The corresponding section is defined by the equation (15), and the section of large dispersion among the sections of the optical fiber SMF1 covers a longer section of the optical fiber SMF2.
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。 Here, the division is performed at equal intervals. However, since the equations (22) and (23) only need to be established for each corresponding section, it is not particularly necessary to have equal intervals. In particular, since the optical fiber SMF1 is not provided with an optical amplifier that compensates for loss, it may be difficult to satisfy the conditions with realistic dispersion and power. In such a case, the requirement for dispersion and power can be relaxed by increasing L 1 as the intensity decreases due to loss without dividing L 1 at equal intervals.
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。 Also, the dispersion of the optical fiber SMF2 is not made constant. For example, by dividing each relay section to increase the dispersion relatively in the high power portion and relatively reduce the dispersion in the low power portion, The effect of loss can be reduced. By such a method, it is possible to ease the requirements for dispersion and power in the optical fiber SMF1.
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。 Needless to say, the finer the division in such a method, the more effective, but in practice, even a few divisions are sufficiently effective. The required number of divisions depends on the transmission speed and transmission distance.
又、図6の実施形態では、光ファイバSMF2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SMF2にて補償してもよい。その例を図7に示す。 In the embodiment of FIG. 6, the optical fiber SMF2 is optically amplified and relayed, but the optical fiber SMF1 may be compensated by the optical fiber SMF2 by the same method after optically amplified and relayed. An example is shown in FIG.
図7は本発明の第3実施形態を示す図である。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。具体的には、第1の光ファイバSMF1の途中にはN個の光増幅器A1−1,・・・,A1−Nが設けられており、第2の光ファイバSMF2の途中には同じくN個の光増幅器A2−1,・・・,A2−Nが設けられている。 FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. Here, the number of relays is made the same before and after the phase conjugate light generator 6 and is set so that the expressions (22) and (23) are established in a symmetric section with respect to the phase conjugate light generator 6. Specifically, N optical amplifiers A1-1,..., A1-N are provided in the middle of the first optical fiber SMF1, and N optical amplifiers are also provided in the middle of the second optical fiber SMF2. , A2-N are provided.
この実施形態ではL1 を長くすることができるので、これに対応してL2 も長くなり、長距離伝送が可能になる。 In this embodiment, since L 1 can be lengthened, L 2 is also lengthened correspondingly, and long-distance transmission is possible.
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。 At this time, as described above, the dispersion in the optical fiber SMF2 is not made constant. For example, each relay section is divided so that the dispersion is relatively large in the high power portion and relatively small in the low power portion. Equivalently, the loss effect can be reduced.
図8は本発明の第4実施形態を示す図である。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、分散パラメータの平均値について、 FIG. 8 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention. Here, in the transmission using the average intensity approximation, an application in the case where the dispersion and the optical Kerr effect are not constant in the transmission path is shown. First, for the average value of the dispersion parameter,
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、 And the average value of the product of nonlinear refractive index and light intensity,
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。 Set so that. This allows approximate compensation.
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SMF3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。 As shown in FIG. 8, with respect to the compensation residue, the dispersion D 3 of the third optical fiber SMF 3 having a length L 3 provided between the optical fiber SMF 2 and the receiver 4 and the optical car By adjusting the effect n 23 I 3 appropriately, almost complete compensation is possible.
図9は本発明の第5実施形態を示す図である。この実施形態は、図8の第4実施形態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実施形態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。 FIG. 9 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, the fourth embodiment of FIG. 8 is applied to an optical amplification multi-relay transmission system. In this case, a plurality of repeaters may be provided before and after the phase conjugate light generator 6 and set so that the expressions (22) and (23) are satisfied in the corresponding section with respect to the phase conjugate light generator 6. However, as shown in Japanese Patent Application No. 5-221856, a certain amount of compensation is possible even if the above equation is established for the average value over the entire length. In order to further improve the degree of compensation, the third optical fiber SMF3 is used in the same manner as in the fourth embodiment of FIG. 8, and the dispersion D 3 and the optical Kerr effect n 23 I 3 are adjusted. .
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。 By the way, in an actual long-distance transmission system, the dispersion value fluctuates depending on the surrounding environment. In particular, the influence of the fluctuation of the dispersion value due to the temperature fluctuation is large, and this is particularly noticeable in the case of a system set to a small dispersion value near zero dispersion.
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/nm2 /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ωC ,ポンプ光の角周波数をωP ,信号光の角周波数をωS とすると、ωC=2ωP −ωS の関係があるから、ωS またはωP を変えることによりωC を変えることが可能である。 The dispersion value near zero dispersion can be changed according to the slope of the second-order dispersion (about 0.08 ps / nm 2 / km) by changing the wavelength of the signal light. On the other hand, in a system that generates phase conjugate light using four-wave mixing, if the angular frequency of the phase conjugate light is ω C , the angular frequency of the pump light is ω P , and the angular frequency of the signal light is ω S , then ω C Since there is a relationship of = 2ω P −ω S , it is possible to change ω C by changing ω S or ω P.
このように、送信機においてωS 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ωP 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。 In this way, by adjusting ω S at the transmitter or by adjusting ω P at the phase conjugate light generator 6 by a control signal sent from a terminal station (not shown), it is possible to always perform optimal transmission according to dispersion fluctuations. It can be carried out.
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。 FIG. 10 is a diagram showing the frequency arrangement of the signal light, the pump light, and the phase conjugate light with respect to the zero dispersion wavelengths ω 10 and ω 20 of the optical fibers SMF1 and SMF2.
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)、ωS とωC を同じ方向にシフトさせるのがよいが、ωS の変化に対してωC は反対方向にシフトするので、ωS を変化させつつωPをωS 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、ωS とωP を同じ方向に同じ大きさ(Δω)だけシフトすればよい(ωC +Δω=2(ωP +Δω)−(ωS +Δω))。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ωS とωP の微調整を行って最適状態を得る。 If, when the dispersion curve of the two fibers are shifted in the same direction by a change in environment (see the chain line in the figure), the but it is to shift the omega S and omega C in the same direction, with respect to changes in the omega S omega C so shifted in the opposite direction, it is preferable to vary by the same the omega P while changing the omega S in the same direction as the omega S. In the simplest case as shown in FIG. 10, ω S and ω P may be shifted in the same direction by the same magnitude (Δω) (ω C + Δω = 2 (ω P + Δω) − (ω S + Δω)). . In reality, fluctuations in dispersion are not simple, and will be corrected accordingly. Actually, the optimum state is obtained by finely adjusting ω S and ω P while monitoring the received waveform at the terminal station.
図11は本発明の第6実施形態を示す図である。この実施形態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。 FIG. 11 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention. This embodiment basically uses the average intensity, but controls the dispersion shown in FIG. 7 in order to mitigate the influence of the change (decrease) in power between the optical amplifiers.
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。 Specifically, each relay section is divided into several parts, and the dispersion value is gradually reduced toward the transmission direction. An example is shown in FIG.
ここでは、伝送路の平均分散をD1 =−30ps/nm/km,D2 =−0.30ps/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,−0.30,−0.25ps/nm/kmになるように設定した例を示している。 Here, in the case where the average dispersion of the transmission path is set to D 1 = −30 ps / nm / km and D 2 = −0.30 ps / nm / km, each relay section is divided into three and toward the transmission direction − An example is shown in which 0.35, -0.30, and -0.25 ps / nm / km are set.
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、(23)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。 At this time, if the relay section is 51 km, for example, it will be divided every 17 km, and the slope of dispersion will be about -0.04 dB / km. Therefore, for example, if the loss of the fiber is -0.20 dB / km, the change in the ratio expressed by the equation (23) can be reduced to about -0.16 dB / km.
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。 Thereby, a state equivalent to a state with a smaller loss can be realized. Therefore, it is possible to enlarge the relay section of the optical amplifier. In addition, the distortion compensation effect can be improved even at the same relay interval.
図13は本発明の第7実施形態を示す図である。この実施形態は、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。 FIG. 13 is a diagram showing a seventh embodiment of the present invention. In this embodiment, when the present invention is applied to an optical amplification multi-relay transmission system, the ratio of the nonlinear effect to the dispersion is made constant in the optical fiber SMF1.
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D1jΔz1j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における非線形効果と分散の比(∝n21ISj/D1j)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。 That is, the optical fiber SMF1 is divided into a plurality of sections so that the sum of the dispersion values D 1j Δz 1j in each section j matches the total chromatic dispersion of the optical fiber SMF2, and the nonlinear effect in each section j The value of the dispersion ratio (分散 n 21 I Sj / D 1j ) is set constant. On the other hand, the optical fiber SMF2 performs optical amplification multi-relay transmission using average value approximation. The total amount of nonlinear effects in the optical fiber SMF1 is made to coincide with the total amount of average values of nonlinear effects in the optical fiber SMF2. The optical fiber SMF2 may be set in the same manner as the optical fiber SMF1.
損失によるISjの低下を、D1j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Δz1j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、n21ISjΔz1jが一定になるようにし、且つ、D1jΔz1jが一定になるようにするのである。 Since the decrease in I Sj due to loss can be compensated by gradually decreasing D 1j , the ratio of the nonlinear effect to the dispersion can be made constant. Further, by increasing the length of the section Δz 1j in a manner inversely proportional to the loss, the dispersion value in each section can be made constant. That is, n 21 I Sj Δz 1j is made constant, and D 1j Δz 1j is made constant.
この実施形態では、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。 In this embodiment, the number of divisions of the optical fiber SMF1 is the same as the number of relays in the optical fiber SMF2. However, in such an average value approximation, in practice, the number of divisions of the optical fiber SMF1 is set to the relay of the optical fiber 2. Even if it is less than the number, the effect can be obtained. That is, an average value for several divisions in the same number of divisions is substituted. The effect at this time depends on the transmission speed and the transmission distance.
図14は本発明の第8実施形態を示す図である。この実施形態では、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SMF2(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。 FIG. 14 is a diagram showing an eighth embodiment of the present invention. In this embodiment, the light output from the phase conjugate light generator 6 is branched into two by an optical coupler 8 or an optical switch (not shown) instead of the optical coupler 8, and one of the branched lights is received by a receiver 4 by an optical fiber SMF2 (length L 2 ). The other branched light is transmitted to the receiver 4 (# 2) through the optical fiber SMF3 (length L 3 ).
光ファイバSMF2には光増幅器A2−1,2,・・・,N2 が設けられており、光ファイバSMF3には光増幅器A3−1,2,・・・,N3 が設けられている。 The optical fiber SMF2 is provided with optical amplifiers A2-1, 2,..., N2, and the optical fiber SMF3 is provided with optical amplifiers A3-1, 2,.
この実施形態のように、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。 As in this embodiment, even when the present invention is applied to the branching of the transmission path, the dispersion from the light from the nonlinear optical medium 6 is matched to the distance to each receiver 4 (# 1, # 2). And can be transmitted depending on the light intensity.
図15は本発明の第9実施形態を示す図である。この実施形態では、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SMF2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10(#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。 FIG. 15 is a diagram showing a ninth embodiment of the present invention. In this embodiment, additional compensation is performed using a plurality of third fibers in wavelength multiplexing transmission. In the figure, 10 (# 1, # 2,..., #N) denotes an optical filter that performs channel selection for phase conjugate light transmitted by the optical fiber SMF2. The light output from each optical filter 10 (# 1, # 2..., #N) is received by a receiver 4 (# 1) via optical fibers SMF3-1,. , # 2,..., #N).
Nチャンネルの波長多重信号光ES1,ES2,・・・,ESN(周波数:ωS1,ωS2,・・・,ωSN)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EC1,EC2,・・・,ECN(周波数:ωC1,ωC2,・・・,ωCN)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。 The N-channel wavelength multiplexed signal light E S1 , E S2 ,..., E SN (frequency: ω S1 , ω S2 ,..., Ω SN ) is transmitted by the optical fiber SMF1, and then the phase conjugate light generator 6 To N-channel wavelength multiplexed phase conjugate light E C1 , E C2 ,..., E CN (frequency: ω C1 , ω C2 ,..., Ω CN ) Receive by machine.
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。 At this time, the dispersion of each channel in the optical fibers SMF1 and SMF2 is as shown in FIG.
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。 In dispersion compensation using a phase conjugate light generator, since the signs of dispersion need to be the same before and after the phase conjugate light generator, the frequency arrangement is as shown in FIG. 16 for zero dispersion. In the example shown in the figure, conversion is from normal distribution to normal distribution. In this case, the absolute value of dispersion for the first channel is the minimum value in the optical fiber SMF1, whereas the absolute value of dispersion for the Nth channel is the minimum value in the optical fiber SMF2.
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実施形態は、このような場合に対して、光ファイバSMF2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。 Therefore, in principle, it is difficult to perform complete dispersion compensation for all channels simultaneously. In the ninth embodiment of FIG. 15, in such a case, the output of the optical fiber SMF2 is branched and then the frequency is selected for each channel, and then the third fiber SMF3 that matches the residual compensation amount for each channel. −1, 2,..., N are used for additional compensation.
図17に示される本発明の第10実施形態は、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,I1N)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SMF2で伝送して図15の第9実施形態におけるのと同じようにして受信する。 The tenth embodiment of the present invention shown in FIG. 17 is for ideally compensating all channels equally. Here, the signal light different fiber SMF11,12 for each channel, ..., transmitted in 1N, this time, is transmitted in the intensity (I 11, I 12, I 1N) commensurate with different dispersion. The phase conjugate light generators 6 (# 1), (# 2)..., (#N) for each channel of the output light of the optical fiber SMF1, or one phase conjugate light generator (not shown) for all channels at once. Are converted into phase conjugate light, transmitted through a common optical fiber SMF2, and received in the same manner as in the ninth embodiment of FIG.
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。 However, an optical multiplexer that multiplexes a plurality of signal lights or phase conjugate lights is not shown. Here, the third optical fiber SMF3 is unnecessary. In this case, the dispersion of each channel and the setting of the nonlinear effect may be performed by any of the methods described so far.
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。 By the way, since the phase conjugate light generator has polarization dependence, the conversion efficiency varies depending on the polarization state of the signal light, and the system characteristics become unstable. In addition, many optical components used in phase conjugate light generators and optical amplifiers have polarization dependence, and the signal level becomes unstable when they are connected in multiple stages.
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。 In order to suppress this, polarization diversity or polarization active control may be applied, or polarization scrambling may be performed on signal light or pump light. In particular, the method of performing polarization scrambling of signal light at the transmitter is simple in configuration and is promising from the viewpoint of eliminating the influence of various polarization dependencies that are currently problematic in long-distance transmission. .
図18は本発明の第11実施形態を示す図である。この光ファイバ通信システムは、図6の第2実施形態と対比して、第1の光ファイバSMF1として偏波保持ファイバ(PMF)を用いている点で特徴付けられる。 FIG. 18 is a diagram showing an eleventh embodiment of the present invention. This optical fiber communication system is characterized in that a polarization maintaining fiber (PMF) is used as the first optical fiber SMF1 as compared with the second embodiment of FIG.
送信機2は実質的に直線偏波である信号光を出力する。一般に偏波保持ファイバは少なくとも1つの主軸を有しており、この主軸に平行な偏波面を有する直線偏光を、その偏波面を維持して伝送可能である。 The transmitter 2 outputs signal light that is substantially linearly polarized. Generally, a polarization maintaining fiber has at least one principal axis, and linearly polarized light having a polarization plane parallel to the principal axis can be transmitted while maintaining the polarization plane.
送信機2からの信号光は、その偏波面が第1の光ファイバSMF1の主軸に平行になるように第1の光ファイバSMF1へ供給される。第1の光ファイバSMF1と位相共役光発生器6は、第1の光ファイバSMF1から出力される信号光の偏波面が位相共役光発生器6におけるポンプ光の偏波面に一致するように互いに接続される。 The signal light from the transmitter 2 is supplied to the first optical fiber SMF1 so that its plane of polarization is parallel to the main axis of the first optical fiber SMF1. The first optical fiber SMF1 and the phase conjugate light generator 6 are connected to each other so that the polarization plane of the signal light output from the first optical fiber SMF1 matches the polarization plane of the pump light in the phase conjugate light generator 6. Is done.
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ための条件については、図6の第2実施形態におけるのと同じであるからその説明を省略する。 The conditions for compensating the waveform distortion due to the synergistic effect of chromatic dispersion and the optical Kerr effect are the same as those in the second embodiment of FIG.
4光波混合(FWM)や光パラメトリック増幅により生成される位相共役光の生成効率は、入力信号光及びポンプ光の偏波状態に依存する。本実施形態においては、位相共役光発生器6へ入力する信号光の偏波状態が定まっているので、位相共役光発生器6において安定且つ高効率で位相共役光を発生させることができる。 The generation efficiency of phase conjugate light generated by four-wave mixing (FWM) or optical parametric amplification depends on the polarization states of the input signal light and the pump light. In the present embodiment, since the polarization state of the signal light input to the phase conjugate light generator 6 is fixed, the phase conjugate light generator 6 can generate phase conjugate light stably and with high efficiency.
望ましくは、送信機2、第1の光ファイバSMF1及び位相共役光発生器6は送信局内に配置され、第2の光ファイバSMF2は伝送路として用いられ、受信機4は受信局内に配置される。 Desirably, the transmitter 2, the first optical fiber SMF1, and the phase conjugate light generator 6 are arranged in the transmitting station, the second optical fiber SMF2 is used as a transmission line, and the receiver 4 is arranged in the receiving station. .
図19は本発明の第12実施形態を示す図である。この実施形態では、(N−1)個の光増幅器A−1,・・・,A−(N−1)は第1の光ファイバSMF1の途中に設けられ、位相共役光発生器6と受信機4は第2の光ファイバSMF2により接続されている。 FIG. 19 shows the twelfth embodiment of the present invention. In this embodiment, (N-1) optical amplifiers A-1,..., A- (N-1) are provided in the middle of the first optical fiber SMF1, and receive the phase conjugate light generator 6 and the receiver. The machine 4 is connected by a second optical fiber SMF2.
第1の光ファイバSMF1は偏波保持ファイバからなり、便宜上ここでは各ファイバ区間の主軸方向が一致しているものとする。そして、各光増幅器A−1,・・・,A−(N−1)の信号光出力側には、それぞれ偏光子12−1,・・・,12−(N−1)が設けられている。各偏光子の偏光主軸は各光増幅器から出力される信号光の偏波面にほぼ平行になるように設定される。即ち、各偏光子の偏光主軸は各ファイバ区間の主軸にほぼ平行になるように配置されている。 The first optical fiber SMF1 is composed of a polarization maintaining fiber, and it is assumed here that the principal axis directions of the respective fiber sections coincide with each other for convenience. Polarizers 12-1,..., 12- (N-1) are respectively provided on the signal light output sides of the optical amplifiers A-1, ..., A- (N-1). Yes. The polarization main axis of each polarizer is set to be substantially parallel to the plane of polarization of the signal light output from each optical amplifier. In other words, the polarization main axis of each polarizer is arranged so as to be substantially parallel to the main axis of each fiber section.
望ましくは、送信機2は送信局内に配置され、第1の光ファイバSMF1は伝送路として用いられ、位相共役光発生器6、第2の光ファイバSMF2及び受信機4は受信局内に配置されている。 Desirably, the transmitter 2 is disposed in the transmitting station, the first optical fiber SMF1 is used as a transmission path, and the phase conjugate light generator 6, the second optical fiber SMF2, and the receiver 4 are disposed in the receiving station. Yes.
偏波保持ファイバからなる第1の光ファイバSMF1を伝送路として用いる場合、その長さは通常10km以上になるので、第1の光ファイバSMF1の入力端に実質直線偏波である信号光を供給したとしても、第1の光ファイバSMF1の出力端においては信号光の直線偏波状態が崩れる可能性がある。そこで、この実施形態では、各光増幅器の信号光出力側において信号光の偏波状態を改善しているのである。従って、偏光子12−1,・・・,12−(N−1)はそれぞれ光増幅器A−1,・・・,A−(N−1)の信号光入力側に設けられていてもよい。また、偏光子は全ての光増幅器に付加される必要はない。 When the first optical fiber SMF1 made of a polarization-maintaining fiber is used as a transmission line, the length is normally 10 km or more, so that signal light that is substantially linearly polarized is supplied to the input end of the first optical fiber SMF1. Even so, the linear polarization state of the signal light may be lost at the output end of the first optical fiber SMF1. Therefore, in this embodiment, the polarization state of the signal light is improved on the signal light output side of each optical amplifier. Therefore, the polarizers 12-1,..., 12- (N-1) may be provided on the signal light input side of the optical amplifiers A-1,. . Also, the polarizer need not be added to every optical amplifier.
この実施形態においても、図18の第11実施形態におけるのと同様に、偏波変動に係わらず最適な受信状態を維持することが可能になる。 Also in this embodiment, as in the eleventh embodiment of FIG. 18, it is possible to maintain an optimal reception state regardless of polarization fluctuations.
図20は位相共役光発生器の更に他の例を示す図である。この位相共役光発生器は、図2の位相共役光発生器と対比して、ポンプ光源として2つのレーザダイオード122A及び122Bを有している点で特徴付けられる。 FIG. 20 is a diagram showing still another example of the phase conjugate light generator. This phase conjugate light generator is characterized in that it has two laser diodes 122A and 122B as pump light sources, in contrast to the phase conjugate light generator of FIG.
レーザダイオード122A及び122Bはそれぞれ実質的に直線偏波である第1及び第2のポンプ光を出力する。第1及び第2のポンプ光はこれらの偏波面が互いに直交するように偏波カプラ125により合成され、光カプラ123を介して非線形光学媒質である光ファイバ121へ供給される。 The laser diodes 122A and 122B respectively output first and second pump lights that are substantially linearly polarized waves. The first and second pump lights are combined by the polarization coupler 125 so that their polarization planes are orthogonal to each other, and are supplied to the optical fiber 121 that is a nonlinear optical medium via the optical coupler 123.
望ましくは、第1及び第2のポンプ光は互いに異なる光周波数を有しており、これらの差は信号光の伝送速度に対応する周波数と等しいかそれよりも大きく設定される。また望ましくは、第1及び第2のポンプ光はほぼ同振幅である。 Desirably, the first and second pump lights have different optical frequencies, and the difference between them is set equal to or greater than the frequency corresponding to the transmission speed of the signal light. Desirably, the first and second pump lights have substantially the same amplitude.
この位相共役光発生器の構成によると、非線形光学媒質である光ファイバ121内において常に位相共役光が発生するので、信号光の偏波変動に係わらず最適な受信状態を維持することができる。 According to the configuration of the phase conjugate light generator, phase conjugate light is always generated in the optical fiber 121 that is a nonlinear optical medium, so that an optimal reception state can be maintained regardless of the polarization fluctuation of the signal light.
図21は本発明の第13実施形態を示す図である。光送信機2、第1の光ファイバSMF1及び位相共役光発生器6は、送信局STに含まれる。第2の光ファイバSMF2は伝送路として用いられ、受信機4は受信局RTに含まれる。 FIG. 21 is a diagram showing a thirteenth embodiment of the present invention. The optical transmitter 2, the first optical fiber SMF1, and the phase conjugate light generator 6 are included in the transmission station ST. The second optical fiber SMF2 is used as a transmission line, and the receiver 4 is included in the receiving station RT.
受信局RTは、光受信機4における伝送情報の再生の品質を示すパラメータをモニタリングするモニタ回路14を更に含む。モニタ回路14はモニタ信号を出力する。 The receiving station RT further includes a monitor circuit 14 that monitors a parameter indicating the quality of reproduction of transmission information in the optical receiver 4. The monitor circuit 14 outputs a monitor signal.
送信局STは制御器(フィードバック手段)16を更に含む。制御器16は、モニタ回路14からのモニタ信号を受け、モニタ回路14においてモニタリングされたパラメータが最適な値になるように光送信機2における信号光の波長若しくはパワー又は位相共役光発生器6におけるポンプ光の波長若しくはパワーをフィードバック制御する。 The transmitting station ST further includes a controller (feedback means) 16. The controller 16 receives the monitor signal from the monitor circuit 14, and the wavelength or power of the signal light in the optical transmitter 2 or the phase conjugate light generator 6 so that the parameter monitored in the monitor circuit 14 becomes an optimum value. Feedback control of the wavelength or power of the pump light is performed.
例えば、信号光及び/又はポンプ光の波長の制御により、伝送路の分散が最適な値に維持され、信号光及び/又はポンプ光のパワーの制御により、分散と光カー効果の相乗効果による波形歪みが適切に補償される。 For example, by controlling the wavelength of the signal light and / or pump light, the dispersion of the transmission line is maintained at an optimum value, and by controlling the power of the signal light and / or pump light, a waveform resulting from the synergistic effect of the dispersion and the optical Kerr effect Distortion is compensated appropriately.
図22は本発明の第14実施形態を示す図である。光送信機2は送信局STに含まれ、第1の光ファイバSMF1が伝送路として用いられる。受信局RTは、位相共役光発生器6、第2の光ファイバSMF2、光受信機4及びモニタ回路14を含む。 FIG. 22 is a diagram showing a fourteenth embodiment of the present invention. The optical transmitter 2 is included in the transmission station ST, and the first optical fiber SMF1 is used as a transmission path. The receiving station RT includes a phase conjugate light generator 6, a second optical fiber SMF 2, an optical receiver 4 and a monitor circuit 14.
制御器16は、制御対象が位相共役光発生器6におけるポンプ光の波長又はパワーである場合には、受信局RTに含まれ、制御対象が光送信機2における信号光の波長又はパワーである場合には、送信局STに含まれる。 When the control target is the wavelength or power of the pump light in the phase conjugate light generator 6, the controller 16 is included in the receiving station RT, and the control target is the wavelength or power of the signal light in the optical transmitter 2. In this case, it is included in the transmitting station ST.
尚、図21又は図22のシステムにおいて、モニタ回路14から制御器16へ供給するモニタ信号の伝送は、このシステムの伝送路によることができる。例えば双方向伝送を行って、逆方向の信号光に低速の監視信号を重畳等するとよい。 In the system of FIG. 21 or FIG. 22, the monitor signal supplied from the monitor circuit 14 to the controller 16 can be transmitted through the transmission path of this system. For example, bidirectional transmission may be performed, and a low-speed monitoring signal may be superimposed on signal light in the reverse direction.
次に、本発明を波長分割多重(WDM)に適合させる場合において図16により説明した問題を解決するいくつかの実施形態を説明する。 Next, several embodiments for solving the problem described with reference to FIG. 16 when the present invention is adapted to wavelength division multiplexing (WDM) will be described.
図23は本発明の第15実施形態を示す図である。送信機2(#1,#2,・・・,#N)は互いに異なる波長(光周波数)の信号光ES1,ES2,・・・,ESNを出力する。これらの信号光の光周波数はωS1,ωS2, ・・・,ωSNである。 FIG. 23 is a diagram showing a fifteenth embodiment of the present invention. The transmitters 2 (# 1, # 2,..., #N) output signal lights E S1 , E S2 ,. The optical frequencies of these signal lights are ω S1 , ω S2 ,.
これらの信号光は複数の第1の光ファイバSMF11,SMF12,・・・,SMF1Nによって伝送され、スターカプラ等からなる光マルチ/デマルチプレクサ18によって加え合わされると共に分岐される。 These signal lights are transmitted through a plurality of first optical fibers SMF11, SMF12,..., SMF1N, and are added and branched by an optical multi / demultiplexer 18 comprising a star coupler or the like.
分岐された信号光はそれぞれ位相共役光発生器6(#1,#2・・・,#M)へ供給される。位相共役光発生器6(#1,#2・・・,#M)は供給された複数の信号光の少なくとも1つに対応する位相共役光を発生する。発生した位相共役光はそれぞれ光フィルタ20(#1,#2・・・,#M)を透過した後複数の第2の光ファイバSMF21,SMF22,・・・,SMF2Mによってそれぞれ光受信機4(#1,#2・・・,#M)へ伝送される。 The branched signal lights are respectively supplied to phase conjugate light generators 6 (# 1, # 2,..., #M). The phase conjugate light generator 6 (# 1, # 2,..., #M) generates phase conjugate light corresponding to at least one of the plurality of supplied signal lights. The generated phase conjugate light is transmitted through the optical filter 20 (# 1, # 2,..., #M) and then transmitted through the plurality of second optical fibers SMF21, SMF22,. # 1, # 2..., #M).
複数の第2の光ファイバによって伝送される位相共役光は、E′C1,E′C2,・・・,E′CMで示されている。 Phase conjugate light transmitted by a plurality of second optical fibers, E 'C1, E' C 2, ···, indicated by E 'CM.
第1の光ファイバSMF1j(j=1,2,・・・,N)のそれぞれの長さはL1j、分散はD1j、非線形係数はγ1jであり、各信号光のパワーはP1jであるとする。また、第2の光ファイバSMF2k(k=1,2,・・・,M)のそれぞれの長さはL2k、分散はD2k、非線形係数はγ2kであり、各位相共役光のパワーはP2kであるとする。 Each length of the first optical fiber SMF1j (j = 1, 2,..., N) is L 1j , dispersion is D 1j , nonlinear coefficient is γ 1j , and the power of each signal light is P 1j . Suppose there is. Each length of the second optical fiber SMF2k (k = 1, 2,..., M) is L 2k , dispersion is D 2k , nonlinear coefficient is γ 2k , and the power of each phase conjugate light is Let P 2k .
このとき、次の2つの条件が満足されるように各パラメータが設定される。 At this time, each parameter is set so that the following two conditions are satisfied.
D1jL1j=D2kL2k=(一定)
γ1jP1j/D1j=γ2kP2k/D2k=(一定)
尚、ここでの一定という意味には、各ファイバ内の任意の区間における平均値が一定であるということが含まれる。
D 1j L 1j = D 2k L 2k = (constant)
γ 1j P 1j / D 1j = γ 2k P 2k / D 2k = (constant)
Here, the meaning of “constant” includes that the average value in an arbitrary section in each fiber is constant.
ここで、各第2の光ファイバSMF2kによる波形歪みの補償は、光フィルタ20(#k)の帯域を通過する位相共役光に対して最適化されるように設定されている。また、位相共役光発生器6(#k)と光フィルタ20(#k)の組み合わせによって抽出されるチャネルE′Ckは、信号光の任意の1チャネル又はその近傍の光フィルタの帯域に含まれる複数のチャネルの位相共役光である。 Here, compensation of waveform distortion by each second optical fiber SMF2k is set to be optimized for phase conjugate light passing through the band of the optical filter 20 (#k). Further, the channel E ′ Ck extracted by the combination of the phase conjugate light generator 6 (#k) and the optical filter 20 (#k) is included in the band of any one channel of signal light or an optical filter in the vicinity thereof. This is phase conjugate light of a plurality of channels.
各光フィルタを透過するチャネルは、位相共役光発生器におけるポンプ光の波長制御及び/又は光フィルタの透過波長の制御により任意に設定可能である。 The channel that transmits each optical filter can be arbitrarily set by controlling the wavelength of pump light and / or controlling the transmission wavelength of the optical filter in the phase conjugate light generator.
このシステムは、例えば、第2の光ファイバが伝送路として用いられている場合には分配システムとして機能し、第2の光ファイバが受信局或いは中継器内にある場合にはチャンネル交換(クロッシング)システムとして機能する。 For example, this system functions as a distribution system when the second optical fiber is used as a transmission line, and when the second optical fiber is in a receiving station or a repeater, channel switching (crossing) is performed. Functions as a system.
図24は本発明の第16実施形態を示す図である。このシステムは、図23の第15実施形態と対比して、複数の光送信機2(#1,#2,・・・,#N)に対して共通の第1の光ファイバSMF1が用いられている点で特徴付けられる。 FIG. 24 is a diagram showing a sixteenth embodiment of the present invention. This system uses a common first optical fiber SMF1 for a plurality of optical transmitters 2 (# 1, # 2,..., #N) as compared with the fifteenth embodiment of FIG. It is characterized in that
この変更に伴い、第1の光ファイバSMF1の入力端は光マルチプレクサ22を介して各光送信機2(#j)に接続され、出力端は光デマルチプレクサ24を介して各位相共役光発生器6(#k)に接続される。 With this change, the input end of the first optical fiber SMF1 is connected to each optical transmitter 2 (#j) via the optical multiplexer 22, and the output end is connected to each phase conjugate light generator via the optical demultiplexer 24. 6 (#k).
この共通の第1の光ファイバSMF1における分散は全チャネルに対してほぼ一定になるようにされている。例えば、第1の光ファイバSMF1としては、分散の大きな分散シフトファイバ、1.55μm帯の信号光に対する1.3μm帯零分散ファイバ、1.3μm帯の信号光に対する1.55μm帯零分散ファイバを用いることにより、上述の条件を満足することができる。 The dispersion in the common first optical fiber SMF1 is made substantially constant for all channels. For example, as the first optical fiber SMF1, a dispersion-shifted fiber having a large dispersion, a 1.3 μm band zero dispersion fiber for 1.55 μm band signal light, and a 1.55 μm band zero dispersion fiber for 1.3 μm band signal light are used. By using it, the above-mentioned conditions can be satisfied.
このような共通の第1の光ファイバSMF1に対して、各第2の光ファイバSMF2kが本発明の条件を満足することにより、各チャネルについて最適な受信状態を得ることができる。 With respect to such a common first optical fiber SMF1, each second optical fiber SMF2k satisfies the conditions of the present invention, so that an optimum reception state can be obtained for each channel.
図25は本発明の第17実施形態を示す図である。ここでは、第1の光ファイバとして、比較的大きな分散のN個の光ファイバSMF11′,SMF12,・・・,SMF1N′と比較的小さな分散の共通の光ファイバSMF1′とを組み合わせたものが用いられている。 FIG. 25 is a diagram showing a seventeenth embodiment of the present invention. Here, a combination of N optical fibers SMF11 ′, SMF12,..., SMF1N ′ having relatively large dispersion and a common optical fiber SMF1 ′ having relatively small dispersion is used as the first optical fiber. It has been.
光ファイバSMF11′,SMF12′,・・・,SMF1N′と光ファイバSMF1′とは光マルチプレクサ22によって接続されており、光ファイバSMF1′と各位相共役光発生器6(#k)とは光デマルチプレクサによって接続されている。 The optical fibers SMF11 ′, SMF12 ′,..., SMF1N ′ and the optical fiber SMF1 ′ are connected by an optical multiplexer 22, and the optical fiber SMF1 ′ and each phase conjugate light generator 6 (#k) are optically connected. They are connected by a multiplexer.
このシステムにおいても、第1の光ファイバと第2の光ファイバについて所定の条件を満足させることによって、各チャネルについて波形歪みを良好に補償することができ、最適な受信状態を得ることができる。 Also in this system, by satisfying predetermined conditions for the first optical fiber and the second optical fiber, the waveform distortion can be satisfactorily compensated for each channel, and an optimum reception state can be obtained.
図26はチャネルセレクタの一例を示す図である。ここでは、チャネルセレクタ26は、各光送信機2(#j)に付随して設けられている。 FIG. 26 is a diagram illustrating an example of a channel selector. Here, the channel selector 26 is provided in association with each optical transmitter 2 (#j).
チャネルセレクタ26は、光送信機2(#j)からのデータに基づき制御信号を発生する。チャネルセレクタ26からの制御信号はコントローラ28へ供給される。 The channel selector 26 generates a control signal based on the data from the optical transmitter 2 (#j). A control signal from the channel selector 26 is supplied to the controller 28.
コントローラ28は、供給された制御信号に基づき、所望のチャネルの信号光を選択するために、位相共役光発生器6(#k)におけるポンプ光の波長及び光フィルタ20(#k)の特性の少なくとも一方を制御する。 The controller 28 selects the signal light of a desired channel based on the supplied control signal, and determines the wavelength of the pump light in the phase conjugate light generator 6 (#k) and the characteristics of the optical filter 20 (#k). Control at least one.
図27はチャネルセレクタの他の例を示す図である。ここではチャネルセレクタ26は各光受信機4(#k)に付随して設けられており、チャネルセレクタ26は光受信機4(#k)からのデータに基づき制御信号を発生する。 FIG. 27 is a diagram showing another example of the channel selector. Here, the channel selector 26 is provided in association with each optical receiver 4 (#k), and the channel selector 26 generates a control signal based on the data from the optical receiver 4 (#k).
コントローラ28は、チャネルセレクタ26から供給された制御信号に基づき、所望チャネルの信号光を選択するために、位相共役光発生器6(#k)におけるポンプ光の波長及び光フィルタ20(#k)の特性の少なくとも一方を制御する。 The controller 28 selects the signal light of the desired channel based on the control signal supplied from the channel selector 26, the wavelength of the pump light in the phase conjugate light generator 6 (#k), and the optical filter 20 (#k). Control at least one of the characteristics of
次に、本発明の有効性を確認するために実施した実証実験の結果について説明する。 Next, the results of a demonstration experiment conducted to confirm the effectiveness of the present invention will be described.
図28を参照すると、実証実験で用いられたシステムのブロック図が示されている。このシステムは実質的に図11の第6実施形態に対応している。 Referring to FIG. 28, a block diagram of the system used in the demonstration experiment is shown. This system substantially corresponds to the sixth embodiment of FIG.
送信機(Transmitter)は図11の送信機2に対応し、ファイバ補償器(Fiber compensator)は図11の第1の光ファイバSMF1に対応し、位相共役光発生器(Phase conjugator)は図11の位相共役光発生器6に対応し、分散シフトファイバ(DSF−1,2,・・・,46)及びエルビウムドープファイバ増幅器(EDFA1,2,・・・,45)は図11の第2の光ファイバSMF2に対応し、受信機(Receiver)は図11の受信機4に対応している。 The transmitter corresponds to the transmitter 2 of FIG. 11, the fiber compensator corresponds to the first optical fiber SMF1 of FIG. 11, and the phase conjugate light generator (Phase controller) of FIG. Corresponding to the phase conjugate light generator 6, the dispersion shifted fiber (DSF-1, 2,..., 46) and the erbium doped fiber amplifier (EDFA 1, 2,..., 45) are the second light in FIG. Corresponding to the fiber SMF2, the receiver (Receiver) corresponds to the receiver 4 of FIG.
送信機における光源としては、3電極λ/4シフト型のDFB−LD(分布帰還型レーザダイオード)が二つ用いられた。時分割多重された20Gb/sの信号光ES (波長λS =1551nm)が、約40psのパルス幅(FWHM)を有する10Gb/sの2チャネルのRZ信号を時分割多重することによって生成された。 Two 3-electrode λ / 4 shift type DFB-LDs (distributed feedback laser diodes) were used as light sources in the transmitter. Time-division multiplexed 20 Gb / s signal light E S (wavelength λ S = 1551 nm) is generated by time-division multiplexing 10 Gb / s 2-channel RZ signals having a pulse width (FWHM) of about 40 ps. It was.
10Gb/sのRZパルスを生成するために、第1のLiNbO3 変調器(LN−1)を用いて10−GHzの正弦波によりES を強度変調し、次いで第2のLiNbO3 変調器(LN−2)を用いて10Gb/sのNRZデータ信号(PN:223−1)によって強度変調を行った。 To generate a 10 Gb / s RZ pulse, the first LiNbO 3 modulator (LN-1) is used to intensity modulate E S with a 10-GHz sine wave, and then a second LiNbO 3 modulator ( LN-2) was used to modulate the intensity with a 10 Gb / s NRZ data signal (PN: 223-1).
変調されたES はパワーP1 で二段のDD−DCF1,2に入力され、これにより波形が予め補償された。 The modulated ES is input to the two-stage DD-DCFs 1 and 2 with the power P1, and the waveform is compensated in advance.
ここで、「DD−DCF」は分散漸減型の分散補償ファイバ(dispersion−decreasing dispersion−compensating fiber:DD−DCF)を表している。 Here, “DD-DCF” represents a dispersion-decreasing dispersion-compensating fiber (DD-DCF).
DD−DCFの各々は5本のDCFを互いにスプライスして構成される。DD−DCFの各々の損失は0.46dB/kmであり、DCFの各々のモードフィールド径は約4μmに設定された。 Each DD-DCF is configured by splicing five DCFs to each other. Each loss of DD-DCF was 0.46 dB / km, and the mode field diameter of each DCF was set to about 4 μm.
(14)式の条件を近似的に満足するために、分散パラメータD1 はDCFの各々における平均光パワーの減少に従って減少すべきである。そのために、5本のDCFの各々の長さ及びD1 は、表に示されるように設定された。 In order to approximately satisfy the condition of equation (14), the dispersion parameter D 1 should be reduced as the average optical power in each of the DCFs decreases. To that end, the length and D 1 of each of the five DCFs were set as shown in the table.
DD−DCFの各々の長さは13.7kmであり、各々の総分散は−662.8ps/nmであった。 The length of each DD-DCF was 13.7 km and the total dispersion of each was −662.8 ps / nm.
なお、DD−DCFの各々に入力する光のパワーをP1 に設定するために、二つの光増幅器がカスケード接続された。 Note that two optical amplifiers were cascaded to set the power of light input to each DD-DCF to P 1 .
次いで、位相共役光発生器が、20kmのDSFにおける波長λP =1554nmのポンプ光EP を用いた非縮退型のフォワードFWMによって、予め補償された(歪を与えられた)ES をこれと同方向に伝搬する位相共役光EC (波長λC =1557nm)に変換した。ES からEC への変換効率は−12dBであった。 Next, the phase conjugate light generator generates E S previously compensated (distorted) by a non-degenerate forward FWM using pump light E P with a wavelength λ P = 1554 nm in a 20 km DSF. It was converted into phase conjugate light E C (wavelength λ C = 1557 nm) propagating in the same direction. The conversion efficiency from E S to E C was −12 dB.
次いで、位相共役光EC は、カスケード接続された46本のDSF(0.21dB/km損失)及びこれらの間に設けられる45個のEDFA(各々の雑音指数は約6dB)からなる3036kmの伝送路へ供給された。 Next, the phase conjugate light Ec is a 3036 km transmission line composed of 46 DSFs (0.21 dB / km loss) cascaded and 45 EDFAs (each noise figure is about 6 dB) provided between them. Was supplied to.
この伝送路のλC における平均分散はマイナス0.44ps/nm/kmであった。従って、二段のDD−DCFにおける総分散と上記伝送路における総分散との間の差は約10ps/mであった。 The average dispersion at λ C of this transmission line was minus 0.44 ps / nm / km. Therefore, the difference between the total dispersion in the two-stage DD-DCF and the total dispersion in the transmission line was about 10 ps / m.
各DSFの長さは66kmであり、各DSFへの光入力パワーP2 は+6dBmに設定された。 The length of each DSF was 66 km, and the optical input power P2 to each DSF was set to +6 dBm.
P1 の最適値は上述の条件では+16dBmであった。DD−DCFの非線形定数γ1 は約18.0W-1km-1であると見積もられた。 The optimum value of P 1 was +16 dBm under the above conditions. The non-linear constant γ1 of DD-DCF was estimated to be about 18.0 W −1 km −1 .
誘導ブリユアン散乱(SBS)を抑圧するために、ES 及びEP はそれぞれ500−kHz及び150−kHzの正弦波信号により周波数変調された。受信機では、第3のLiNbO3 変調器(LN−3)及びフェイズロックループ(PLL)を用いることによってEC は時分割デマルチプレキシングされ、ビットエラーレート(BER)が測定された。 In order to suppress stimulated Brillouin scattering (SBS), E S and E P were frequency modulated by sinusoidal signals of 500-kHz and 150-kHz, respectively. At the receiver, E C was time division demultiplexed and the bit error rate (BER) measured by using a third LiNbO 3 modulator (LN-3) and a phase-locked loop (PLL).
比較のため、一つのDD−DCF及び23本のDSFを用いた1518kmの伝送実験も行われた。 For comparison, a 1518 km transmission experiment using one DD-DCF and 23 DSFs was also performed.
図29に測定されたBERの特性を示す。3036kmの伝送の後であっても、10-9より小さいBERで信号の検出を行うことができた。10-9のBERにおける4.8dBのパワーペナルティは、EDFAの雑音等の理論値からのS/N劣化によるものであった。この実験ではλC は各EDFAにおけるゲインピークを与える波長λG ≒1558.5nmから1.5nmほど離調していた。もしλC をλG に一致させることができれば、より高いS/N特性を得ることができる。1518kmの伝送実験では、ペナルティは約1.2dBであった。 FIG. 29 shows the measured BER characteristics. Even after 3036 km transmission, signal detection was possible with a BER less than 10 -9 . The power penalty of 4.8 dB at a BER of 10 −9 was due to S / N degradation from theoretical values such as noise of EDFA. In this experiment, λ C was detuned by about 1.5 nm from a wavelength λ G ≈1558.5 nm that gives a gain peak in each EDFA. If λ C can be matched with λ G , higher S / N characteristics can be obtained. In the 1518 km transmission experiment, the penalty was about 1.2 dB.
図30の(a)〜(e)に3036km伝送実験における検出された波形の変化の様子を示す。(a)は送信機の出力波形、(b)は位相共役光発生器の出力波形、(c)は1518km伝送後の波形、(d)は2706km伝送後の波形、(e)は3036km伝送後の波形をそれぞれ示している。予めひずめられた波形がEC の伝搬に伴って次第に改善されていることが判る。(e)における波形歪みの残留は、不完全な補償条件によるものであった。即ち、この実証実験では、EDFAの間隔(DSFの長さ;66km)が(γ2 P2 )-1で定義される非線形長よりも十分に短くないことにより、波形の改善が完全でなかったものである。 FIGS. 30A to 30E show changes in the detected waveform in the 3036 km transmission experiment. (A) is the output waveform of the transmitter, (b) is the output waveform of the phase conjugate light generator, (c) is the waveform after 1518 km transmission, (d) is the waveform after 2706 km transmission, and (e) is after 3036 km transmission. The waveforms are shown respectively. It can be seen that the pre-distorted waveform is gradually improved with the propagation of EC. The residual waveform distortion in (e) was due to incomplete compensation conditions. That is, in this demonstration experiment, the EDFA interval (DSF length; 66 km) was not sufficiently shorter than the nonlinear length defined by (γ 2 P 2 ) −1 , so that the waveform improvement was not complete. Is.
従って、本発明では、光増幅器を複数用いる場合には、これらの間隔を非線形長よりも短く設定することが望ましい。 Therefore, in the present invention, when a plurality of optical amplifiers are used, it is desirable to set these intervals shorter than the nonlinear length.
また、DD−DCFにおけるDCFの分割数を実験における5よりも大きくすることによって、補償を更に改善することができる。 Further, the compensation can be further improved by making the number of divisions of the DCF in the DD-DCF larger than 5 in the experiment.
図31の(A)、(B)及び(C)を参照すると、図28のシステムにおける光パワーP、分散β2 及び非線形効果γP/β2 のダイヤグラムが示されている。位相共役光発生器の位置が原点Oである。 Referring to FIGS. 31A, 31B, and 31C, there are shown diagrams of optical power P, dispersion β 2 and nonlinear effect γP / β 2 in the system of FIG. The position of the phase conjugate light generator is the origin O.
図面の明瞭さを確保するために、距離を示す各横軸の尺度が原点の左側と右側とで異なっている点に留意されたい。 In order to ensure the clarity of the drawing, it should be noted that the scale of each horizontal axis indicating the distance is different between the left side and the right side of the origin.
図31の(C)から、非線形効果γP/β2 が位相共役光発生器の上流側及び下流側で実質的に一定の同じ値となっており、本発明が限定的に適用されていることがわかる。 From (C) of FIG. 31, the nonlinear effect γP / β 2 is substantially constant and the same value on the upstream side and downstream side of the phase conjugate light generator, and the present invention is applied in a limited manner. I understand.
図32を参照すると、図1の基本構成に分散補償器(DC)30が付加された構成が示されている。図示された例では、分散補償器30は第2の光ファイバSMF2の途中に挿入されているが、この例に限定されることなく、分散補償器30は、第1の光ファイバSMF1、位相共役光発生器6及び第2の光ファイバSMF2を含む光路上に設けられていればよい。 Referring to FIG. 32, there is shown a configuration in which a dispersion compensator (DC) 30 is added to the basic configuration of FIG. In the illustrated example, the dispersion compensator 30 is inserted in the middle of the second optical fiber SMF2. However, the dispersion compensator 30 is not limited to this example, and the dispersion compensator 30 includes the first optical fiber SMF1 and the phase conjugate. It is only necessary to be provided on the optical path including the light generator 6 and the second optical fiber SMF2.
図33の(A)及び(B)を参照して、分散補償器30を付加したことによる伝送距離の拡大を説明する。図33の(A)及び(B)の各々において、横軸は距離を表し、縦軸は分散パラメータの距離に関する積分(−∫Ddz)を表している。 With reference to (A) and (B) of FIG. 33, the expansion of the transmission distance by adding the dispersion compensator 30 will be described. In each of FIGS. 33A and 33B, the horizontal axis represents the distance, and the vertical axis represents the integral (−∫Ddz) regarding the distance of the dispersion parameter.
本発明が限定的に適用される場合、第1の光ファイバSMF1の総分散と第2の光ファイバSMF2の総分散は、図33の(A)に示されるように実質的に等しい。 When the present invention is applied in a limited manner, the total dispersion of the first optical fiber SMF1 and the total dispersion of the second optical fiber SMF2 are substantially equal as shown in FIG.
分散補償器30の分散値の符号は、第1及び第2の光ファイバの分散値の符号と逆に設定される。従って、図32に示されるように分散補償器30が第2の光ファイバSMF2の途中、例えば中点に設けられる場合には、図33の(B)に示されるように、第2の光ファイバSMF2の距離L2 はL2 ′に拡大される。 The sign of the dispersion value of the dispersion compensator 30 is set opposite to the sign of the dispersion value of the first and second optical fibers. Therefore, when the dispersion compensator 30 is provided in the middle of the second optical fiber SMF2 as shown in FIG. 32, for example, at the midpoint, as shown in FIG. 33B, the second optical fiber is provided. The distance L 2 of SMF 2 is expanded to L 2 ′.
分散補償器30としては、分散補償ファイバを用いることができる。第1及び第2の光ファイバSMF1及びSMF2が正常分散値を有しており、信号光の波長が1.55μm帯にある場合には、分散補償器30としては、波長1.3μmの近傍で零分散を与える分散補償ファイバであることが望ましい。 As the dispersion compensator 30, a dispersion compensating fiber can be used. When the first and second optical fibers SMF1 and SMF2 have normal dispersion values and the wavelength of the signal light is in the 1.55 μm band, the dispersion compensator 30 has a wavelength in the vicinity of 1.3 μm. A dispersion compensating fiber that provides zero dispersion is desirable.
今、分散補償ファイバの単位長さ当たりの分散が−D3 、長さがl3 であるとし、分散補償の程度を表す値m=D3 l3 /D2 L2 (0≦m<1)を導入する。この場合、第2の光ファイバSMF2の総分散はD2 L2 −D3 l3 である。 Now, assuming that the dispersion per unit length of the dispersion compensating fiber is −D 3 and the length is l 3 , the value m = D 3 l 3 / D 2 L 2 (0 ≦ m <1) representing the degree of dispersion compensation. ). In this case, the total dispersion of the second optical fiber SMF2 is D 2 L 2 -D 3 l 3 .
第1の光ファイバSMF1の総分散はD1 L1 であり、分散補償の条件はD1L1 =D2 L2 =D2 L2 ′−D3 l3 であるから、L2 ′は次式で与えられる。 'Because it is -D 3 l 3, L 2' total dispersion of the first optical fiber SMF1 is D1 L1, conditions of dispersion compensation D 1 L 1 = D 2 L 2 = D 2 L 2 is expressed by the following equation Given in.
L2 ′=L2 (1+m)=D1 L1 (1+m)/D2
非線形効果についても同時に補償する場合には、第1の光ファイバSMF1への光入力パワーP1 ′を実質的にP1 (1+m)に等しくしておくとよい。
L 2 ′ = L 2 (1 + m) = D 1 L 1 (1 + m) / D 2
When the nonlinear effect is also compensated at the same time, the optical input power P 1 ′ to the first optical fiber SMF1 is preferably made substantially equal to P 1 (1 + m).
分散補償器30の分散値の最適化及び第1の光ファイバSMF1への入力光パワーの最適化は、例えば、受信機4における伝送情報の再生品質が最良になるようにして行うことができる。 The optimization of the dispersion value of the dispersion compensator 30 and the optimization of the input optical power to the first optical fiber SMF1 can be performed, for example, so that the reproduction quality of transmission information in the receiver 4 is the best.
分散補償器30として、図示はしないが複数の分散補償器30jを用いることができる。各分散補償器30jは伝送路(SMF1,2)の分散値と逆符号の分散値−D3j(jは自然数)を有している。この場合、L2 ′は次式で 与えられる。 As the dispersion compensator 30, although not shown, a plurality of dispersion compensators 30j can be used. Each dispersion compensator 30j has a dispersion value -D 3j (j is a natural number) of the opposite sign to the dispersion value of the transmission line (SMF1, 2). In this case, L 2 ′ is given by
L2 ′=L2 (1+Σmj )=D1 L1 (1+Σmj )/D2
ここで、mj =D3jl3j/D2 L2 であり、l3jは分散補償器30jの各々の長さである。
L 2 ′ = L 2 (1 + Σm j ) = D 1 L 1 (1 + Σm j ) / D 2
Here, m j = D 3j l 3j / D 2 L 2 , and l 3j is the length of each dispersion compensator 30j.
前述の実証実験の結果から明らかなように、第1の光ファイバSMF1においてのみ補償条件を満足していれば、第2の光ファイバSMF2の分散が一定であっても補償が可能である。この場合に第2の光ファイバSMF2における光増幅器の中継間隔を非線形長よりも短く設定しておくことによって良好な補償が可能になることは前述した通りである。 As is clear from the results of the above-described demonstration experiment, if the compensation condition is satisfied only in the first optical fiber SMF1, compensation can be made even if the dispersion of the second optical fiber SMF2 is constant. In this case, as described above, it is possible to satisfactorily compensate by setting the relay interval of the optical amplifier in the second optical fiber SMF2 to be shorter than the nonlinear length.
図32の構成は、この原理に基づいて分散補償器30により補償可能な伝送距離を長くしたものである。 The configuration of FIG. 32 is obtained by extending the transmission distance that can be compensated by the dispersion compensator 30 based on this principle.
図32の構成による効果は特に海底伝送のような数千キロメートルにも及ぶ長距離伝送において顕著である。その理由を説明する。 The effect of the configuration shown in FIG. 32 is particularly remarkable in long-distance transmission over several thousand kilometers such as undersea transmission. The reason will be explained.
位相共役光発生器を用いた補償においては、その前後のファイバ内の波形歪みを同じにする必要がある。このため、最も波形がひずんでいるのは、位相共役光発生器の直前及び直後においてである。従って、位相共役光発生器においては最もスペクトルが広がった状態になっている。 In the compensation using the phase conjugate light generator, it is necessary to make the waveform distortion in the fibers before and after that the same. For this reason, the waveform is most distorted immediately before and after the phase conjugate light generator. Accordingly, the spectrum is most widened in the phase conjugate light generator.
一方、位相共役光発生器及び光増幅器からは雑音が付加され、この雑音によるS/N劣化はスペクトルが広いほど大きい。従って位相共役光発生器の直前及び直後でのスペクトル広がりが少なくなるようにシステムを設計することは、伝送距離を延ばす上で非常に有効である。 On the other hand, noise is added from the phase conjugate light generator and the optical amplifier, and the S / N degradation due to this noise is larger as the spectrum is wider. Therefore, designing the system so that the spectrum spread immediately before and after the phase conjugate light generator is reduced is very effective in extending the transmission distance.
この意味において、伝送路の分散値を小さくすることは有効である。例えば、図32の構成において、送信機2、第1の光ファイバSMF1及び位相共役光発生器6が送信局に設けられ、第2の光ファイバSMF2が伝送路として使用される場合には、m=0.5としておく。つまり、分散補償器30により伝送路分散の半分を補償するのである。これにより、同じ長さの伝送路を補償するのに要するDD−DCFの分散値、或いは数を削減可能である。 In this sense, it is effective to reduce the dispersion value of the transmission line. For example, in the configuration of FIG. 32, when the transmitter 2, the first optical fiber SMF1, and the phase conjugate light generator 6 are provided in the transmission station and the second optical fiber SMF2 is used as a transmission line, m = 0.5. That is, half of the transmission line dispersion is compensated by the dispersion compensator 30. As a result, it is possible to reduce the dispersion value or number of DD-DCFs required to compensate for transmission lines having the same length.
この場合、L2 ′=2×L2 となり、分散補償器30を用いない場合におけるものの2倍の長さの伝送路を同じ第1の光ファイバSMF1で補償することができることになる。逆言すれば、同じ長さの伝送路の補償に要する第1の光ファイバSMF1の長さが半分になるので、波形歪みを半減することができる。また、DD−DCFの数も少なくすることができる。 In this case, L 2 ′ = 2 × L 2 , and a transmission line twice as long as that when the dispersion compensator 30 is not used can be compensated by the same first optical fiber SMF 1. In other words, since the length of the first optical fiber SMF1 required for compensation of the transmission path having the same length is halved, the waveform distortion can be halved. In addition, the number of DD-DCFs can be reduced.
図34を参照すると、ファイバグレーティングFGを用いた分散補償器の構成が示されている。図34の分散補償器は図32の分散補償器30として用いることができる。 FIG. 34 shows the configuration of a dispersion compensator using a fiber grating FG. The dispersion compensator of FIG. 34 can be used as the dispersion compensator 30 of FIG.
光パルスの両縁の波長がそれぞれλ1 及びλ2 である光パルスが光サーキュレータOCを通ってファイバグレーティングFGへ供給される。ファイバグレーティングFGのグレーティングピッチは予め定められた分布を有しており、波長λ1 の光は光サーキュレータOCに比較的近い位置でブラッグ反射され、波長λ2の光は比較的遠い位置でブラッグ反射される。これにより光パルスの圧縮が行われ、ファイバグレーティングからのブラッグ反射光を光サーキュレータOCを介して取り出すことによって、分散補償を行うことができる。 Optical pulses having wavelengths λ 1 and λ 2 at both edges of the optical pulse are supplied to the fiber grating FG through the optical circulator OC. The grating pitch of the fiber grating FG has a predetermined distribution. Light with a wavelength λ 1 is Bragg reflected at a position relatively close to the optical circulator OC, and light with a wavelength λ 2 is Bragg reflected at a relatively far position. Is done. Thereby, the optical pulse is compressed, and dispersion compensation can be performed by taking out the Bragg reflected light from the fiber grating through the optical circulator OC.
図32の分散補償器30を例えば図6の第2実施形態のように第2の光ファイバSMF2の途中に光増幅器A−j(jは自然数)が設けられているシステムに適用する場合には、分散補償器30を光増幅器A−jの直前に配置するのが望ましい。これは、分散補償器30が分散補償ファイバである場合に分散補償ファイバへの入力光パワーが小さいほど分散補償ファイバにおける非線形効果を小さくすることができるからである。 For example, when the dispersion compensator 30 of FIG. 32 is applied to a system in which an optical amplifier Aj (j is a natural number) is provided in the middle of the second optical fiber SMF2 as in the second embodiment of FIG. The dispersion compensator 30 is preferably disposed immediately before the optical amplifier A-j. This is because when the dispersion compensator 30 is a dispersion compensating fiber, the nonlinear effect in the dispersion compensating fiber can be reduced as the input optical power to the dispersion compensating fiber is reduced.
図15の第9実施形態に分散補償器30を適用する場合には、分散補償器30は、光ファイバSMF1、光ファイバSMF2又は光ファイバSMF3−1,2,・・・,Nの途中に設けられる。 When the dispersion compensator 30 is applied to the ninth embodiment of FIG. 15, the dispersion compensator 30 is provided in the middle of the optical fiber SMF1, the optical fiber SMF2, or the optical fibers SMF3-1, 2,. It is done.
図17の第10実施形態に分散補償器30を適用する場合には、分散補償器30は、光ファイバSMF11,12,・・・,1N又は光ファイバSMF2の途中に設けられる。 When the dispersion compensator 30 is applied to the tenth embodiment of FIG. 17, the dispersion compensator 30 is provided in the middle of the optical fibers SMF11, 12,..., 1N or the optical fiber SMF2.
図18の第11実施形態又は図19の第12実施形態に分散補償器30を適用する場合には、分散補償器30は偏波保持ファイバSMF1(PMF)又は光ファイバSMF2の途中に設けられる。 When the dispersion compensator 30 is applied to the eleventh embodiment of FIG. 18 or the twelfth embodiment of FIG. 19, the dispersion compensator 30 is provided in the middle of the polarization maintaining fiber SMF1 (PMF) or the optical fiber SMF2.
図23の第15実施形態に分散補償器30を適用する場合には、分散補償器30は、光ファイバSMF11,12,・・・,1N又は光ファイバSMF21,22,・・・,2Nの途中に設けられる。 When the dispersion compensator 30 is applied to the fifteenth embodiment of FIG. 23, the dispersion compensator 30 is in the middle of the optical fibers SMF11, 12,..., 1N or the optical fibers SMF21, 22,. Is provided.
図24の第16実施形態に分散補償器30を適用する場合には、分散補償器30は、光ファイバSMF1又は光ファイバSMF21,22,・・・,2Nの途中に設けられる。 When the dispersion compensator 30 is applied to the sixteenth embodiment of FIG. 24, the dispersion compensator 30 is provided in the middle of the optical fiber SMF1, or the optical fibers SMF21, 22,.
図25の第17実施形態に分散補償器30を適用する場合には、分散補償器30は、光ファイバSMF11′,12′,・・・,1N′又は光ファイバSMF21,22,・・・,2Mの途中に設けられる。 When the dispersion compensator 30 is applied to the seventeenth embodiment shown in FIG. 25, the dispersion compensator 30 includes optical fibers SMF11 ′, 12 ′,..., 1N ′ or optical fibers SMF21, 22,. It is provided in the middle of 2M.
2 送信機
4 受信機
6 位相共役光発生器
2 Transmitter 4 Receiver 6 Phase conjugate light generator
Claims (7)
該複数の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複数の信号光をそれぞれ受け、該複数の信号光の少なくとも1つに対応する位相共役光を発生する複数の位相共役光発生器と、
該各位相共役光発生器から出力される当該位相共役光をそれぞれ透過させる複数の光フィルタと、
該各光フィルタからの当該位相共役光をそれぞれ伝送する複数の第2の光ファイバと、
該各第2の光ファイバからの当該位相共役光を受ける複数の光受信機とを備え、
上記第1の光ファイバと上記各第2の光ファイバとが同数に分割されたときに、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は同符号で且つ各分割区間の長さにほぼ反比例する値に設定されると共に、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は各分割区間の長さにほぼ反比例するように設定される光ファイバ通信システム。 A plurality of optical transmitters that respectively transmit a plurality of signal lights having different wavelengths;
A first optical fiber for transmitting the plurality of signal lights;
A plurality of phase conjugate light generators respectively receiving the plurality of signal lights supplied from the first optical fiber and generating phase conjugate light corresponding to at least one of the plurality of signal lights;
A plurality of optical filters that respectively transmit the phase conjugate light output from the phase conjugate light generators;
A plurality of second optical fibers respectively transmitting the phase conjugate light from each of the optical filters;
A plurality of optical receivers for receiving the phase conjugate light from each of the second optical fibers,
When the first optical fiber and the second optical fibers are divided into the same number, the average value of the chromatic dispersion in the corresponding section when counting in order from the phase conjugate light generator in each divided section Is set to a value substantially the inverse of the length of each divided section and the average value of the product of optical frequency, signal light intensity and nonlinear refractive index in each divided section is approximately the length of each divided section. An optical fiber communication system set to be inversely proportional.
該複数の第1の光ファイバからの上記複数の信号光を加え合わせると共に複数に分岐して出力する手段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。 There are a plurality of the first optical fibers corresponding to the plurality of optical transmitters,
2. The optical fiber communication system according to claim 1, further comprising means for adding the plurality of signal lights from the plurality of first optical fibers together and branching and outputting the plurality of signal lights.
該複数の光送信機からの上記複数の信号光を加え合わせて上記共通の第1の光ファイバへ供給する手段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。 The first optical fiber is common to the plurality of optical transmitters;
2. The optical fiber communication system according to claim 1, further comprising means for adding the plurality of signal lights from the plurality of optical transmitters and supplying the signal light to the common first optical fiber.
制御信号を発生するチャネルセレクタと、
該制御信号に基づき上記各ポンプ光の波長及び上記各光フィルタの特性の少なくとも一方を制御して所望の信号光を選択する手段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。 Each of the phase conjugate light generators includes a nonlinear optical medium to which the signal light is supplied, a pump light source that outputs pump light, and an optical unit that supplies the pump light to the nonlinear optical medium,
A channel selector for generating a control signal;
The optical fiber communication system according to claim 1, further comprising means for selecting a desired signal light by controlling at least one of a wavelength of each pump light and a characteristic of each optical filter based on the control signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006231071A JP4008483B2 (en) | 1995-11-22 | 2006-08-28 | Optical fiber communication system using optical phase conjugation. |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30422995 | 1995-11-22 | ||
JP2006231071A JP4008483B2 (en) | 1995-11-22 | 2006-08-28 | Optical fiber communication system using optical phase conjugation. |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12873096A Division JP3913804B2 (en) | 1995-11-22 | 1996-05-23 | Optical fiber communication system using optical phase conjugation. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007025712A JP2007025712A (en) | 2007-02-01 |
JP4008483B2 true JP4008483B2 (en) | 2007-11-14 |
Family
ID=37786438
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006231071A Expired - Fee Related JP4008483B2 (en) | 1995-11-22 | 2006-08-28 | Optical fiber communication system using optical phase conjugation. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4008483B2 (en) |
-
2006
- 2006-08-28 JP JP2006231071A patent/JP4008483B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007025712A (en) | 2007-02-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0987583B1 (en) | Polarisation-independent phase-conjugation apparatus and system comprising this apparatus | |
US6341026B1 (en) | Optical communication system using optical phase conjugation to suppress waveform distortion caused by chromatic dispersion and optical kerr effect | |
Cartaxo | Cross-phase modulation in intensity modulation-direct detection WDM systems with multiple optical amplifiers and dispersion compensators | |
JP3494661B2 (en) | Optical fiber communication system using optical phase conjugation, apparatus applicable to the system, and method of manufacturing the same | |
EP0703680B1 (en) | Apparatus and method for compensating chromatic dispersion produced in optical phase conjugation or other types of optical signal conversion | |
JP3419510B2 (en) | Optical communication system with chromatic dispersion compensation and phase conjugate light generator applicable to the system | |
JP2004228715A (en) | Optical transmission system | |
US7362977B2 (en) | Method for reduction of non-linear intra-channel distortions | |
JP3494738B2 (en) | Optical fiber communication system using optical phase conjugation | |
JP4040583B2 (en) | Optical transmission system | |
JP3913804B2 (en) | Optical fiber communication system using optical phase conjugation. | |
JP4008484B2 (en) | Optical fiber communication system using optical phase conjugation. | |
JP4008483B2 (en) | Optical fiber communication system using optical phase conjugation. | |
JP4057042B2 (en) | Optical fiber communication system using optical phase conjugation. | |
JP4008482B2 (en) | Optical fiber communication system using optical phase conjugation. | |
EP1576747B1 (en) | Optical transmission system using an optical phase conjugation device | |
Taga et al. | Performance evaluation of the different types of fiber-chromatic-dispersion equalization for IM-DD ultralong-distance optical communication systems with Er-doped fiber amplifiers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070828 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070829 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100907 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100907 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110907 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120907 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120907 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130907 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |