JP5188837B2 - Optical pulse speed control device and optical pulse speed control method - Google Patents

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Description

本発明は、光伝送システムにおける光パルス速度を制御する光パルス速度制御装置及び光パルスの速度制御方法に関する。   The present invention relates to an optical pulse speed control device and an optical pulse speed control method for controlling an optical pulse speed in an optical transmission system.

光伝送ネットワークにおいて、WDM伝送により、1心のファイバ当たりの伝送容量が増加している。これらの光ファイバが終端されるルータでは、伝送データの処理を光から電気に変換して処理を行っている。従って、ルータにおける伝送データの光−電気変換処理及び電気信号処理がボトルネックとなっている。そこで、OADM(Optical Add/Drop Multiplexer)や光スイッチといった光信号を電気に変換することなく処理を行うデバイスが用いられてきている。   In an optical transmission network, the transmission capacity per fiber is increased by WDM transmission. In a router where these optical fibers are terminated, transmission data is processed from light to electricity. Therefore, the optical-electric conversion processing and the electric signal processing of transmission data in the router are bottlenecks. Accordingly, devices that perform processing without converting optical signals into electricity, such as OADMs (Optical Add / Drop Multiplexers) and optical switches, have been used.

しかし、これらの技術は、波長を基にしたパス制御、又は、静的なスイッチング処理に留まり、伝送データの単位であるパケット毎のルーティングといった柔軟な制御を行うことができない。特に、光パルスの伝播速度制御が柔軟に行えないことから、信号処理部における、信号の衝突が問題である。これを回避するためには、光信号を電気に変換することなく保持するための光バッファが必要となる。   However, these techniques remain in path control based on wavelength or static switching processing, and cannot perform flexible control such as routing for each packet, which is a unit of transmission data. In particular, since the propagation speed control of optical pulses cannot be flexibly performed, signal collision in the signal processing unit is a problem. In order to avoid this, an optical buffer for holding the optical signal without converting it into electricity is required.

近年、この光バッファの実現に向けて、光パルスの伝播速度が変化するスローライト現象についての検討がなされている。光パルスの伝播速度制御は、光が伝播する媒質の群屈折率を変化させることで実現され、誘導ブリルアン散乱と呼ばれる現象を用いた場合の光パルスの速度制御では、被制御対象の信号光とは別に、ポンプ光と呼ばれる光を媒質に入射することによって群屈折率の制御を実現している。   In recent years, a slow light phenomenon in which the propagation speed of an optical pulse changes has been studied for the realization of this optical buffer. Light pulse propagation speed control is realized by changing the group refractive index of the medium through which light propagates. Light pulse speed control when using a phenomenon called stimulated Brillouin scattering is used to control the signal light to be controlled. Separately, the group refractive index is controlled by making light called pump light incident on the medium.

Kwang Yong Song et al, "Observation of pulse delaying and advancement in optical fibers using stimulated Brillouin" Optics Express, Vol.13, Issue 1, pp.82-88 (January 2005)Kwang Yong Song et al, "Observation of pulse delaying and advancement in optical fibers using stimulated Brillouin" Optics Express, Vol.13, Issue 1, pp.82-88 (January 2005) T. Yamamoto et a1, "Third- and fourth- order active dispersion compensation with a phase modulator in a terabit-per-second optical time-division multiplexed transmission", Optics Letters, Vo1. 26, Issue 9, pp.647-649T. Yamamoto et a1, "Third- and fourth- order active dispersion compensation with a phase modulator in a terabit-per-second optical time-division multiplexed transmission", Optics Letters, Vo1. 26, Issue 9, pp.647-649

しかしながら、ブリルアン散乱を利用した群屈折率変化技術において、数十GHz以上の信号光に対して、時間波形歪、周波数スペクトル歪を抑制しつつ、遅延を発生させることは、帯域の問題から困難となっている。   However, in the group refractive index change technology using Brillouin scattering, it is difficult to generate delay while suppressing time waveform distortion and frequency spectrum distortion for signal light of several tens of GHz or more due to the problem of bandwidth. It has become.

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、数十GHz以上の信号光に対しても、時間波形歪、周波数スペクトル歪を抑制しつつ、遅延を発生させる光パルス速度制御装置及び光パルスの速度制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an optical pulse speed control device and optical pulse speed that generate delay while suppressing time waveform distortion and frequency spectrum distortion even for signal light of several tens of GHz or more. An object is to provide a control method.

上記課題を解決する第1の発明に係る光パルス速度制御装置は、
入射された光パルスに直線チャープを与える直線チャープ付与部と、
前記直線チャープ付与部の後段に接続され、前記直線チャープ付与部にて直線チャープが与えられた前記光パルスの位相を変化させる位相変調器と、
前記位相変調器の後段に接続され、前記直線チャープ付与部にて与えられた前記光パルスの直線チャープを補償するチャープ補償部と、
前記チャープ補償部の後段に接続され、前記光パルスを入射当初のスペクトル幅に制限する光フィルタとを有し、
前記直線チャープ付与部にて直線チャープが与えられた前記光パルスに、前記位相変調器にて位相変化が付与されて、当該位相変化の結果から生じる群屈折率変化を用いて、前記光パルスの速度を制御することを特徴とする。
An optical pulse velocity control apparatus according to a first invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
A linear chirp imparting section for imparting a linear chirp to the incident light pulse;
A phase modulator that is connected to the subsequent stage of the linear chirp applying unit and changes the phase of the optical pulse to which the linear chirp is applied in the linear chirp applying unit;
A chirp compensation unit that is connected to the subsequent stage of the phase modulator and compensates for the linear chirp of the optical pulse given by the linear chirp applying unit;
An optical filter that is connected to the subsequent stage of the chirp compensation unit and restricts the optical pulse to an initial spectral width;
A phase change is applied by the phase modulator to the optical pulse to which the linear chirp is applied by the linear chirp applying unit, and a group refractive index change resulting from the phase change is used to It is characterized by controlling the speed.

上記課題を解決する第2の発明に係る光パルス速度制御装置は、
入射された光パルスに直線チャープを与える直線チャープ付与部と、
前記直線チャープ付与部の後段に接続され、前記直線チャープ付与部にて直線チャープが与えられた前記光パルスの位相を変化させる位相変調器と、
前記位相変調器の後段に接続され、前記直線チャープ付与部にて与えられた前記光パルスの直線チャープを補償するチャープ補償部とを有すると共に、
前記直線チャープ付与部にて直線チャープが与えられた前記光パルスの1スロットに対して、位相変化の時間変化率が一定となるようなノコギリ波状の位相変化を前記位相変調器に与えるノコギリ波信号発生器を備え、
前記直線チャープ付与部にて直線チャープが与えられた前記光パルスに、前記位相変調器にて前記ノコギリ波状の位相変化が付与されて、当該位相変化の結果から生じる群屈折率変化を用いて、前記光パルスの速度を制御することを特徴とする。
An optical pulse speed control device according to a second invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
A linear chirp imparting section for imparting a linear chirp to the incident light pulse;
A phase modulator that is connected to the subsequent stage of the linear chirp applying unit and changes the phase of the optical pulse to which the linear chirp is applied in the linear chirp applying unit;
A chirp compensation unit that is connected to the subsequent stage of the phase modulator and compensates for the linear chirp of the optical pulse given by the linear chirp application unit;
A sawtooth signal that gives a sawtooth wave-like phase change to the phase modulator such that the time change rate of the phase change is constant for one slot of the optical pulse to which the linear chirp is given by the linear chirp applying unit. With a generator,
The sawtooth wave-like phase change is given to the optical pulse to which the linear chirp is given by the linear chirp giving unit, and the group refractive index change resulting from the phase change is used. The speed of the light pulse is controlled.

上記課題を解決する第3の発明に係る光パルス速度制御装置は、
上記第1又は第2の発明に記載の光パルス速度制御装置において、
前記直線チャープ付与部又は前記チャープ補償部に光ファイバを用いたことを特徴とする。
An optical pulse velocity control device according to a third invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the optical pulse velocity control apparatus according to the first or second invention,
An optical fiber is used for the linear chirp applying section or the chirp compensating section.

上記課題を解決する第4の発明に係る光パルス速度制御装置は、
上記第1又は第2の発明に記載の光パルス速度制御装置において、
前記直線チャープ付与部又は前記チャープ補償部にチャープドファイバグレーティングを用いたことを特徴とする。
An optical pulse speed control device according to a fourth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the optical pulse velocity control apparatus according to the first or second invention,
A chirped fiber grating is used for the linear chirp applying section or the chirp compensating section.

上記課題を解決する第5の発明に係る光パルス速度制御装置は、
上記第1又は第2の発明に記載の光パルス速度制御装置において、
前記直線チャープ付与部又は前記チャープ補償部にVirtua11y Imaged Phased Array(VIPA)を用いたことを特徴とする。
An optical pulse speed control device according to a fifth invention for solving the above-mentioned problems is as follows.
In the optical pulse velocity control apparatus according to the first or second invention,
A Virtua 11y Imaged Phased Array (VIPA) is used for the linear chirping unit or the chirp compensation unit.

上記課題を解決する第6の発明に係る光パルスの速度制御方法は、
入射された光パルスに直線チャープを与え、
直線チャープが与えられた前記光パルスの位相を変化させると共に、当該位相変化の結果から生じる群屈折率変化を用いて前記光パルスの速度を制御し、
直線チャープが与えられた前記光パルスの直線チャープを補償し、
前記光パルスを入射当初のスペクトル幅に制限することを特徴とする。
A speed control method of an optical pulse according to a sixth invention for solving the above-described problem is as follows.
Give a linear chirp to the incident light pulse,
Change the phase of the optical pulse given a linear chirp, and control the speed of the optical pulse using the group index change resulting from the phase change,
Compensating for the linear chirp of the optical pulse given a linear chirp;
The optical pulse is limited to a spectrum width at the beginning of incidence.

上記課題を解決する第7の発明に係る光パルスの速度制御方法は、
入射された光パルスに直線チャープを与え、
直線チャープが与えられた前記光パルスの1スロットに対して、位相変化の時間変化率が一定となるようなノコギリ波状の位相変化を発生させ、
直線チャープが与えられた前記光パルスに、前記ノコギリ波状の位相変化を付与すると共に、当該位相変化の結果から生じる群屈折率変化を用いて前記光パルスの速度を制御し、
直線チャープが与えられた前記光パルスの直線チャープを補償することを特徴とする。
An optical pulse speed control method according to a seventh invention for solving the above-described problems is as follows.
Give a linear chirp to the incident light pulse,
For a slot of the optical pulse given a linear chirp, a sawtooth-like phase change is generated such that the rate of time change of the phase change is constant,
Giving the sawtooth wave-like phase change to the optical pulse given a linear chirp, and controlling the speed of the optical pulse using a group refractive index change resulting from the phase change,
Compensating for the linear chirp of the optical pulse given a linear chirp.

本発明によれば、ポンプ光を入射することによる従来の光パルス速度制御技術と比較して、より広帯域な信号に対し、歪を抑制しつつ遅延を発生させることができる。又、従来の光パルス速度制御技術と比較して、ポンプ光を発生する必要がないため、ポンプ光の周波数制御の必要がなくなり、安定した構成、簡易な構成となり、安定性が向上すると共に経済性も向上する。   According to the present invention, it is possible to generate a delay while suppressing distortion with respect to a wider-band signal as compared with a conventional optical pulse speed control technique by entering pump light. Also, compared to the conventional optical pulse speed control technology, it is not necessary to generate pump light, eliminating the need for pump light frequency control, a stable and simple structure, improving stability and economy. Also improves.

本発明に係る光パルス速度制御装置、光パルスの速度制御方法の実施形態について、図1から図11を用いて説明する。   Embodiments of an optical pulse speed control device and an optical pulse speed control method according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、本発明に係る光パルス速度制御装置の実施形態の一例を示す構成図である。
本実施例の光パルス速度制御装置は、信号光(光パルス)を送信する送信機14と送信された光パルスを受信する受信機15とを接続する光ファイバ13上に設けられるものである。具体的には、本実施例の光パルス速度制御装置は、光パルスに直線チャープを与える直線チャープ付与部10と、直線チャープ付与部10にて直線チャープが与えられた光パルスの位相を、信号発生器12から与えられた信号に基づいて変化させる位相変調器11と、直線チャープ付与部10にて与えられた光パルスの直線チャープを補償するチャープ補償部17と、光パルスを入射当初のスペクトル幅に制限する光フィルタ18とを有し、直線チャープ付与部10、位相変調器11、チャープ補償部17及び光フィルタ18が、この順番で接続されたものである。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of an embodiment of an optical pulse velocity control device according to the present invention.
The optical pulse speed control apparatus of this embodiment is provided on an optical fiber 13 that connects a transmitter 14 that transmits signal light (optical pulse) and a receiver 15 that receives the transmitted optical pulse. Specifically, the optical pulse velocity control apparatus according to the present embodiment is configured so that a linear chirp imparting unit 10 that imparts a linear chirp to the optical pulse, and a phase of the optical pulse to which the linear chirp is imparted by the linear chirp imparting unit 10 as a signal. A phase modulator 11 that changes based on a signal given from the generator 12, a chirp compensation unit 17 that compensates for the linear chirp of the optical pulse given by the linear chirp applying unit 10, and a spectrum at which the optical pulse is initially incident The optical filter 18 is limited in width, and the linear chirping unit 10, the phase modulator 11, the chirp compensation unit 17, and the optical filter 18 are connected in this order.

そして、上記構成により、直線チャープ付与部10において、入射された光パルスに直線チャープを与え、位相変調器11において、直線チャープが与えられた光パルスの位相を変化させると共に、当該位相変化の結果から生じる群屈折率変化を用いて光パルスの速度を制御している。そして、チャープ補償部17において、直線チャープが与えられた光パルスの直線チャープを補償すると共に、光フィルタ18において、光パルスを入射当初のスペクトル幅に制限して、スペクトル変化を補償している。このような制御について、以下に詳細に説明をする。   With the above configuration, the linear chirp applying unit 10 applies a linear chirp to the incident optical pulse, and the phase modulator 11 changes the phase of the optical pulse to which the linear chirp is applied, and the result of the phase change. The speed of the optical pulse is controlled by using the group refractive index change generated from the above. Then, the chirp compensation unit 17 compensates for the linear chirp of the optical pulse to which the linear chirp is given, and the optical filter 18 limits the optical pulse to the initial spectral width to compensate for the spectral change. Such control will be described in detail below.

直線チャープ付与部10を光パルスが通過すると、直線チャープ付与部10によって、時間軸tに対し、光パルスの瞬時周波数ωに以下の変化が生じる。

Figure 0005188837
なお、光パルスのキャリア周波数をω0、t=0を光パルスの中心とし、Aは実定数である。 When the optical pulse passes through the linear chirp applying unit 10, the linear chirp applying unit 10 causes the following change in the instantaneous frequency ω of the optical pulse with respect to the time axis t.
Figure 0005188837
The carrier frequency of the optical pulse is ω 0 , t = 0 is the center of the optical pulse, and A is a real constant.

ここで、直線チャープについて説明する。例えば、1550nmの光を変調して、光パルスを得たものとすると、直線チャープを与える前は、光パルス全域において約193THzで振動している。そして、1550nmで異常分散値を示すシングルモードファイバ中を、この光パルスが通ると、つまり、直線チャープを付与する媒質を光パルスが通ると、透過した光パルスの前端の瞬時周波数が193THzより大きく、後端の瞬時周波数が193THzより小さくなり、その変化は、光パルスの時間軸tに比例して変化する(式1)。これが、直線チャープと呼ばれるものである。   Here, the linear chirp will be described. For example, assuming that an optical pulse is obtained by modulating light at 1550 nm, the optical pulse vibrates at about 193 THz before the linear chirp is applied. When this optical pulse passes through a single mode fiber exhibiting an anomalous dispersion value at 1550 nm, that is, when the optical pulse passes through a medium providing a linear chirp, the instantaneous frequency at the front end of the transmitted optical pulse is greater than 193 THz. The instantaneous frequency at the rear end becomes smaller than 193 THz, and the change changes in proportion to the time axis t of the optical pulse (Equation 1). This is called a linear chirp.

そして、位相変調器11において、周期R0、振幅φcのコサイン波である以下の位相変化φ(t)を施すとする。

Figure 0005188837
Then, assume that the phase modulator 11 performs the following phase change φ (t), which is a cosine wave having a period R 0 and an amplitude φ c .
Figure 0005188837

通常、チャープのかかっていない光パルスに、この位相変調を施しても、周波数領域に対してコサイン変化を与えることにはならず、時間的にコサイン波状に位相が変わるのみである。しかしながら、直線チャープが施された光パルスに対しては、この位相変調を施すと、周波数領域に対して、以下の(式3)に示す位相変化を施すことになる。   Normally, even if this phase modulation is applied to an optical pulse that is not chirped, it does not give a cosine change to the frequency domain, but only changes in phase in the form of a cosine wave over time. However, if this phase modulation is applied to an optical pulse that has undergone linear chirping, the phase change shown in the following (Equation 3) is applied to the frequency domain.

(式1)と(式2)から時間tを消去すると、以下の式となる。

Figure 0005188837
When the time t is deleted from (Expression 1) and (Expression 2), the following expression is obtained.
Figure 0005188837

これは、信号のスペクトルに対し、コサイン状の位相変化を与えることを意味しており、光パルスに対し、周波数依存性を持つ位相変化を与えることと等価である。この手法は、分散補償の技術として提案されている(非特許文献2)。又、後述の実施例2におけるノコギリ波のときも、コサイン波関数をノコギリ波関数とすることにより、同様に、周波数軸上でノコギリ波状の位相変化をもたらすことができる。   This means that a cosine-like phase change is given to the spectrum of the signal, which is equivalent to giving a phase change having frequency dependency to the optical pulse. This technique has been proposed as a dispersion compensation technique (Non-patent Document 2). Also, in the case of a sawtooth wave in Example 2, which will be described later, by changing the cosine wave function to a sawtooth wave function, a sawtooth wave-like phase change can be similarly produced on the frequency axis.

ここで、位相変調器11において、サイン波を印加した場合を考える。この時に生じる位相変化φ(t)の周波数特性を図2(a)に示す。又、光パルスが受ける屈折率変化Δnは、位相変化φ(t)を用いて、以下の式から求められる。(式4)に示すように、屈折率変化Δnは、位相変化φ(t)によって決定され、この位相変化φ(t)が、群屈折率の増加に寄与することになる。

Figure 0005188837
Here, a case where a sine wave is applied in the phase modulator 11 is considered. The frequency characteristic of the phase change φ (t) that occurs at this time is shown in FIG. Further, the refractive index change Δn that the optical pulse receives can be obtained from the following equation using the phase change φ (t). As shown in (Expression 4), the refractive index change Δn is determined by the phase change φ (t), and this phase change φ (t) contributes to the increase in the group refractive index.
Figure 0005188837

又、光パルスが受ける群屈折率変化Δngは、以下の式から求められる。

Figure 0005188837
Further, the group refractive index change [Delta] n g of the optical pulse undergoes is determined from the following equation.
Figure 0005188837

つまり、図2(b)に示すように、光パルスのキャリア周波数ω0を中心に、光パルスに対して群屈折率変化が生じることとなり、その結果、光パルスに遅延を与えることができる。そして、位相変調器11与える電気信号の波形及び振幅によって、この群屈折率変化特性が変化するため、これを用いて光パルスの速度制御が可能となる。 That is, as shown in FIG. 2B, the group refractive index change occurs with respect to the optical pulse around the carrier frequency ω 0 of the optical pulse, and as a result, the optical pulse can be delayed. The group refractive index change characteristic changes depending on the waveform and amplitude of the electric signal applied to the phase modulator 11, and the speed of the optical pulse can be controlled using this characteristic.

ただし、群屈折率変化が光パルス波形に反映されるためには、直線チャープ付与部10で付与した直線チャープを補償する必要があり、さらに、位相変調器11で生じる信号光スペクトル変化を補償する必要もある。そこで、本実施例では、位相変調器11の後段に、チャープ補償部17、光フィルタ18を設けている。   However, in order for the change in the group refractive index to be reflected in the optical pulse waveform, it is necessary to compensate for the linear chirp imparted by the linear chirp imparting unit 10, and further compensate for the signal light spectrum change occurring in the phase modulator 11. There is also a need. Therefore, in this embodiment, the chirp compensation unit 17 and the optical filter 18 are provided in the subsequent stage of the phase modulator 11.

ここで、光パルス幅25ps、光パルス周期200psの光パルスを用いると共に、直線チャープ付与部10に2次分散値D=15ps/nm/km、長さL=25kmの光ファイバ、チャープ補償部17に2次分散値D=−15ps/nm/km、長さL=25kmの光ファイバ、光フィルタにガウシアンフィルタ(FWHM=23.5GHz)を用いた場合のシミュレーション結果を、図3から図7に示す。   Here, an optical pulse having an optical pulse width of 25 ps and an optical pulse period of 200 ps is used, an optical fiber having a secondary dispersion value D = 15 ps / nm / km, a length L = 25 km, and a chirp compensation unit 17 are used in the linear chirping unit 10. FIG. 3 to FIG. 7 show simulation results when using an optical fiber having a secondary dispersion value D = −15 ps / nm / km, a length L = 25 km, and a Gaussian filter (FWHM = 23.5 GHz) as the optical filter. Show.

又、位相変調器11には、変調指数Δθ=πを与えるサイン波を与えている。サイン波の周期R=200psである。なお、位相変調器11において、変調指数Δθは、位相をπずらすために必要な電圧VPiと、付与する信号の振幅Vより以下の式で求められる。

Figure 0005188837
The phase modulator 11 is given a sine wave that gives a modulation index Δθ = π. The period of the sine wave is R = 200 ps. In the phase modulator 11, the modulation index Δθ is obtained from the voltage V Pi necessary for shifting the phase by π and the amplitude V of the signal to be applied by the following formula.
Figure 0005188837

図3(a)に、光パルス速度制御装置に入射する光パルスを、図3(b)に、この光パルスが直線チャープ付与部10を通過した後の光パルスを示す。なお、直線チャープ付与部10において付与する直線チャープは、直線チャープ付与によって光パルスが隣接する光パルスと重ならない程度にしておく必要がある。   FIG. 3A shows an optical pulse incident on the optical pulse speed control device, and FIG. 3B shows an optical pulse after the optical pulse has passed through the linear chirping unit 10. The linear chirp applied by the linear chirp applying unit 10 needs to be set to such an extent that the optical pulse does not overlap with the adjacent optical pulse by the linear chirp application.

又、図4(a)に、位相変調器11通過後の光パルス波形と与えられる位相シフトを、図4(b)、に位相変調器11に与えられる位相シフトの周波数特性を示す。図4(b)において、f0は、信号光のキャリア周波数である。そして、(式4)及び(式5)と、図4(b)の特性から、図5に示す群屈折率変化特性が得られ、f0を中心に20GHz以上の帯域を持つ群屈折率増加が実現できている。なお、ω=2πfの関係がある。 FIG. 4A shows the optical pulse waveform after passing through the phase modulator 11 and the phase shift given, and FIG. 4B shows the frequency characteristics of the phase shift given to the phase modulator 11. In FIG. 4B, f 0 is the carrier frequency of the signal light. Then, from the characteristics of (Equation 4) and (Equation 5) and the characteristic of FIG. 4 (b), the group refractive index change characteristic shown in FIG. 5 is obtained, and the group refractive index increase having a band of 20 GHz or more centering on f 0 Has been realized. There is a relationship of ω = 2πf.

図6に、光フィルタ18通過後の光パルス波形を示す。なお、位相変調器11において、位相シフトを与えなかった場合の光フィルタ18通過後の光パルス波形を破線で示している。位相変調器11において位相シフトを与えない場合と比べて、位相シフトを与えた場合の光パルスが遅延していることが分かる。この結果から、光パルスの速度を制御できることが立証できた。なお、速度の制御量は、直線チャープ付与部10における直線チャープ付与量、位相変調器11における変調指数によって制御できる。   FIG. 6 shows an optical pulse waveform after passing through the optical filter 18. In the phase modulator 11, the optical pulse waveform after passing through the optical filter 18 when no phase shift is given is indicated by a broken line. It can be seen that the optical pulse when the phase shift is given is delayed as compared with the case where no phase shift is given in the phase modulator 11. From this result, it was proved that the speed of the light pulse can be controlled. The speed control amount can be controlled by the linear chirp application amount in the linear chirp application unit 10 and the modulation index in the phase modulator 11.

図7(a)〜(c)に、光パルス速度制御装置へ入射する前の信号光スペクトル、位相変調器11通過後の信号光スペクトル、光フィルタ18通過後の信号光スペグトルを示す。位相変調器11通過後にスペクトル幅は増加するが、光フィルタ18により、光パルス速度制御装置へ入射する前のスペクトル幅に戻すことができている。   7A to 7C show the signal light spectrum before entering the optical pulse velocity control device, the signal light spectrum after passing through the phase modulator 11, and the signal light spectrum after passing through the optical filter 18. Although the spectral width increases after passing through the phase modulator 11, it can be returned to the spectral width before entering the optical pulse velocity control device by the optical filter 18.

なお、光パルスに直線チャープを与えることの出来るチャープドファイバグレーティングやVIPA(Virtua11y Imaged Phased Array)を、直線チャープ付与部10又はチャープ補償部17に用いることで、同様の効果を得ることが出来る。   A similar effect can be obtained by using a chirped fiber grating or VIPA (Virtua 11y Imaged Phased Array) capable of giving a linear chirp to an optical pulse for the linear chirping unit 10 or the chirp compensation unit 17.

図8は、本発明に係る光パルス速度制御装置の実施形態の他の一例を示す構成図である。
本実施例の光パルス速度制御装置も、信号光(光パルス)を送信する送信機14と送信された光パルスを受信する受信機15とを接続する光ファイバ13上に設けられるものである。具体的には、本実施例の光パルス速度制御装置は、光パルスに直線チャープを与える直線チャープ付与部10と、直線チャープ付与部10にて直線チャープが与えられた光パルスの位相を、ノコギリ波信号発生器16から与えられたノコギリ波信号に基づいて変化させる位相変調器11と、直線チャープ付与部10にて与えられた光パルスの直線チャープを補償するチャープ補償部17とを有し、直線チャープ付与部10、位相変調器11及びチャープ補償部17が、この順番で接続されたものである。
FIG. 8 is a configuration diagram showing another example of the embodiment of the optical pulse velocity control device according to the present invention.
The optical pulse speed control device of this embodiment is also provided on the optical fiber 13 that connects the transmitter 14 that transmits signal light (optical pulse) and the receiver 15 that receives the transmitted optical pulse. Specifically, the optical pulse velocity control device according to the present embodiment includes a linear chirp imparting unit 10 that imparts a linear chirp to the optical pulse, and a phase of the optical pulse to which the linear chirp is imparted by the linear chirp imparting unit 10. A phase modulator 11 that changes based on a sawtooth wave signal given from the wave signal generator 16, and a chirp compensation unit 17 that compensates for the linear chirp of the optical pulse given by the linear chirp applying unit 10, The linear chirp application unit 10, the phase modulator 11, and the chirp compensation unit 17 are connected in this order.

ノコギリ波信号発生器16は、位相変調器11に接続されて、直線チャープが付与された光パルスの1スロットに対して、位相変化の時間変化率が一定となるようなノコギリ波状の位相変化を、位相変調器11に与えるものである。   The sawtooth wave signal generator 16 is connected to the phase modulator 11 and generates a sawtooth wave-like phase change with a constant time change rate of the phase change with respect to one slot of the optical pulse to which the linear chirp is applied. To the phase modulator 11.

そして、上記構成により、直線チャープ付与部10において、入射された光パルスに直線チャープを与え、位相変調器11において、光パルスにノコギリ波状の位相変化を付与し、当該位相変化の結果から生じる群屈折率変化を用いて、光パルスの速度を制御している。そして、チャープ補償部17において、直線チャープが与えられた光パルスの直線チャープを補償している。   With the above-described configuration, the linear chirp imparting unit 10 imparts a linear chirp to the incident optical pulse, and the phase modulator 11 imparts a sawtooth-like phase change to the optical pulse, resulting from the phase change result. The speed of the light pulse is controlled using the refractive index change. The chirp compensation unit 17 compensates for the linear chirp of the optical pulse to which the linear chirp is given.

本実施例において、直線チャープ付与部10により、入射された光パルスに直線チャープを与える点は、実施例1と同様であるが、位相変調器11により、直線チャープが与えられた光パルスに、ノコギリ波状の位相変化を付与している点は相違する。直線チャープが与えられた光パルスに位相変化を施すと、実施例1でも説明したように、光パルスに対し、周波数依存性を持つ位相変化を与えることになるが、本実施例のように、ノコギリ波状の位相変化を付与すると、群屈折率変化を平坦な周波数特性とすることができる。これは、上記(式5)からわかるように、群屈折率変化Δngが屈折率の周波数特性の微分あるため、群屈折率変化の周波数特性が平坦なものとなるからである。そして、このような特性の群屈折率変化を用いて、光パルスに遅延を与えることができる。 In the present embodiment, the point that the linear chirp is applied to the incident optical pulse by the linear chirp imparting unit 10 is the same as in the first embodiment, but the optical pulse to which the linear chirp is applied by the phase modulator 11 A difference is that a sawtooth-like phase change is applied. When a phase change is applied to an optical pulse to which a linear chirp is given, as described in the first embodiment, a phase change having a frequency dependency is given to the optical pulse. However, as in this embodiment, When a sawtooth-like phase change is applied, the group refractive index change can be made to have a flat frequency characteristic. This is because, as can be seen from the above equation (5), since the group refractive index change [Delta] n g is the derivative of the frequency characteristic of the refractive index, because the frequency characteristic of the group refractive index change becomes flat. Then, the optical pulse can be delayed by using the group refractive index change having such characteristics.

ここで、光パルス幅25ps、光パルス周期200psの光パルスを用いると共に、直線チャープ付与部10に2次分散値D=15ps/nm/km、長さL=25kmの光ファイバ、チャープ補償部17に2次分散値D=−15ps/nm/km、長さL=25kmの光ファイバを用いた場合のシミュレーション結果を、図9〜図11に示す。   Here, an optical pulse having an optical pulse width of 25 ps and an optical pulse period of 200 ps is used, an optical fiber having a secondary dispersion value D = 15 ps / nm / km, a length L = 25 km, and a chirp compensation unit 17 are used in the linear chirping unit 10. 9 to 11 show simulation results when an optical fiber having a secondary dispersion value D = −15 ps / nm / km and a length L = 25 km is used.

又、位相変調器11には、変調指数Δθ=4πを与えるノコギリ波を与えている。ノコギリ波の周期R=200psである。   The phase modulator 11 is provided with a sawtooth wave that gives a modulation index Δθ = 4π. The sawtooth period R = 200 ps.

図9(a)に、位相変調器11通過後の光パルス波形と与えられる位相シフトを、図9(b)に、位相変調器11に与えられる位相シフトの周波数特性を示す。図9(b)において、f0は、信号光のキャリア周波数である。(式4)及び(式5)と、図9(b)の特性から、図10に示すような周波数依存性の無い平坦な群屈折率変化特性が得られ、f0を中心に40GHz以上の帯域を持つ群屈折率増加が実現できている。なお、ω=2πfの関係がある。又、光パルス速度制御装置に入射する光パルス、直線チャープ付与部10通過後の光パルスは、前述した図3(a)、(b)と同じである。 FIG. 9A shows an optical pulse waveform after passing through the phase modulator 11 and a given phase shift, and FIG. 9B shows frequency characteristics of the phase shift given to the phase modulator 11. In FIG. 9B, f 0 is the carrier frequency of signal light. (Equation 4) and (Expression 5), from the characteristics in FIG. 9 (b), to obtain the frequency-independent planar group refractive index change characteristics as shown in FIG. 10, above 40GHz around the f 0 An increase in the group refractive index with a band can be realized. There is a relationship of ω = 2πf. Further, the light pulse incident on the light pulse velocity control device and the light pulse after passing through the linear chirping unit 10 are the same as those shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).

図11に、チャープ補償部17通過後の光パルス波形を示す。なお、位相変調器11において、位相シフトを与えなかった場合のチャープ補償部17通過後の光パルス波形を破線で示している。位相変調器11において位相シフトを与えない場合と比べて、位相シフトを与えた場合の光パルスが遅延しており、更に、図6の場合と比較して、位相シフトを与えた場合の光パルスが、歪無く遅延していることが分かる。なお、ノコギリ波状の位相シフトを与えた場合、位相変調器11において、信号光のスペクトル形状は変わらないため、後段側に光フィルタは設置する必要はない。ただし、群屈折率変化が光パルス波形に反映されるためには、直線チャープ付与部10で付与した直線チャープを補償する必要があるため、位相変調器11の後段に、チャープ補償部17を設けている。   FIG. 11 shows an optical pulse waveform after passing through the chirp compensation unit 17. In the phase modulator 11, the optical pulse waveform after passing through the chirp compensation unit 17 when no phase shift is given is indicated by a broken line. Compared with the case where no phase shift is given in the phase modulator 11, the optical pulse when the phase shift is given is delayed, and further, the optical pulse when the phase shift is given compared with the case of FIG. However, it can be seen that there is a delay without distortion. When a sawtooth wave-like phase shift is applied, in the phase modulator 11, the spectrum shape of the signal light does not change, so that it is not necessary to install an optical filter on the subsequent stage side. However, in order for the group refractive index change to be reflected in the optical pulse waveform, it is necessary to compensate for the linear chirp applied by the linear chirp applying unit 10, so a chirp compensating unit 17 is provided after the phase modulator 11. ing.

なお、光パルスに直線チャープを与えることの出来るチャープドファイバグレーティングやVIPA(Virtua11y Imaged Phased Array)を、直線チャープ付与部10又はチャープ補償部17に用いることで、同様の効果を得ることが出来る。   A similar effect can be obtained by using a chirped fiber grating or VIPA (Virtua 11y Imaged Phased Array) capable of giving a linear chirp to an optical pulse for the linear chirping unit 10 or the chirp compensation unit 17.

なお、本発明は、上記実施形態例そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態例に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施形態例に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiment examples may be appropriately combined.

本発明は、光信号の速度制御を実現する機能を持ち、光バッファや可変遅延回路として利用することができる。   The present invention has a function of realizing speed control of an optical signal and can be used as an optical buffer or a variable delay circuit.

本発明に係る光パルス速度制御装置の実施形態の一例(実施例1)を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example (Example 1) of embodiment of the optical pulse rate control apparatus which concerns on this invention. 図1に示した光パルス速度制御装置において、位相変調器に与えられる位相変化と群屈折率変化の周波数特性の一例を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining an example of frequency characteristics of a phase change and a group refractive index change given to a phase modulator in the optical pulse velocity control apparatus shown in FIG. 1. 図1に示した光パルス速度制御装置に入射するパルス波形と、直線チャープ付与部通過後のパルス波形を説明するシミュレーション結果である。It is a simulation result explaining the pulse waveform which injects into the optical pulse velocity control apparatus shown in FIG. 1, and the pulse waveform after a linear chirp provision part passed. 図1に示した光パルス速度制御装置において、位相変調器通過後の光パルス波形と、位相変調器に与えられる位相シフトの周波数特性を説明するシミュレーション結果である。In the optical pulse velocity control apparatus shown in FIG. 1, it is a simulation result explaining the optical pulse waveform after passing through the phase modulator and the frequency characteristic of the phase shift given to the phase modulator. 図1に示した光パルス速度制御装置において、位相変調器において与えられる群屈折率変化の周波数特性を説明するシミュレーション結果である。3 is a simulation result illustrating frequency characteristics of a group refractive index change given in a phase modulator in the optical pulse velocity control apparatus shown in FIG. 1. 図1に示した光パルス速度制御装置において、光フィルタ通過後の光パルス波形を説明するシミュレーション結果である。In the optical pulse speed control apparatus shown in FIG. 1, it is a simulation result explaining the optical pulse waveform after passing through the optical filter. 図1に示した光パルス速度制御装置に入射する信号光スペクトルと、位相変調器通過後の信号光スペクトルと、光フィルタ通過後の信号光スペクトルを説明するシミュレーション結果である。It is a simulation result explaining the signal light spectrum which injects into the optical pulse velocity control apparatus shown in FIG. 1, the signal light spectrum after passing through the phase modulator, and the signal light spectrum after passing through the optical filter. 本発明に係る光パルス速度制御装置の実施形態の他の一例(実施例2)を示す構成図である。It is a block diagram which shows another example (Example 2) of embodiment of the optical pulse velocity control apparatus which concerns on this invention. 図8に示した光パルス速度制御装置において、位相変調器通過後の光パルス波形と、位相変調器に与えられる位相シフトの周波数特性を説明するシミュレーション結果である。FIG. 9 is a simulation result illustrating an optical pulse waveform after passing through the phase modulator and a frequency characteristic of a phase shift given to the phase modulator in the optical pulse velocity control apparatus shown in FIG. 8. 図8に示した光パルス速度制御装置において、位相変調器において与えられる群屈折率変化の周波数特性を説明するシミュレーション結果である。FIG. 9 is a simulation result illustrating frequency characteristics of a group refractive index change given in the phase modulator in the optical pulse velocity control apparatus shown in FIG. 8. 図8に示した光パルス速度制御装置において、チャープ補償部通過後の光パルス波形を説明するシミュレーション結果である。FIG. 9 is a simulation result illustrating an optical pulse waveform after passing through the chirp compensation unit in the optical pulse velocity control apparatus shown in FIG. 8.

符号の説明Explanation of symbols

10 直線チャープ付与部
11 位相変調器
12 信号発生器
13 光ファイバ
14 送信機
15 受信機
16 ノコギリ波信号発生器
17 チャープ補償部
18 光フィルタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Linear chirp provision part 11 Phase modulator 12 Signal generator 13 Optical fiber 14 Transmitter 15 Receiver 16 Sawtooth wave signal generator 17 Chirp compensation part 18 Optical filter

Claims (7)

入射された光パルスに直線チャープを与える直線チャープ付与部と、
前記直線チャープ付与部の後段に接続され、前記直線チャープ付与部にて直線チャープが与えられた前記光パルスの位相を変化させる位相変調器と、
前記位相変調器の後段に接続され、前記直線チャープ付与部にて与えられた前記光パルスの直線チャープを補償するチャープ補償部と、
前記チャープ補償部の後段に接続され、前記光パルスを入射当初のスペクトル幅に制限する光フィルタとを有し、
前記直線チャープ付与部にて直線チャープが与えられた前記光パルスに、前記位相変調器にて位相変化が付与されて、当該位相変化の結果から生じる群屈折率変化を用いて、前記光パルスの速度を制御することを特徴とする光パルス速度制御装置。
A linear chirp imparting section for imparting a linear chirp to the incident light pulse;
A phase modulator that is connected to the subsequent stage of the linear chirp applying unit and changes the phase of the optical pulse to which the linear chirp is applied in the linear chirp applying unit;
A chirp compensation unit that is connected to the subsequent stage of the phase modulator and compensates for the linear chirp of the optical pulse given by the linear chirp applying unit;
An optical filter that is connected to the subsequent stage of the chirp compensation unit and restricts the optical pulse to an initial spectral width;
A phase change is applied by the phase modulator to the optical pulse to which the linear chirp is applied by the linear chirp applying unit, and a group refractive index change resulting from the phase change is used to An optical pulse speed control device characterized by controlling a speed.
入射された光パルスに直線チャープを与える直線チャープ付与部と、
前記直線チャープ付与部の後段に接続され、前記直線チャープ付与部にて直線チャープが与えられた前記光パルスの位相を変化させる位相変調器と、
前記位相変調器の後段に接続され、前記直線チャープ付与部にて与えられた前記光パルスの直線チャープを補償するチャープ補償部とを有すると共に、
前記直線チャープ付与部にて直線チャープが与えられた前記光パルスの1スロットに対して、位相変化の時間変化率が一定となるようなノコギリ波状の位相変化を前記位相変調器に与えるノコギリ波信号発生器を備え、
前記直線チャープ付与部にて直線チャープが与えられた前記光パルスに、前記位相変調器にて前記ノコギリ波状の位相変化が付与されて、当該位相変化の結果から生じる群屈折率変化を用いて、前記光パルスの速度を制御することを特徴とする光パルス速度制御装置。
A linear chirp imparting section for imparting a linear chirp to the incident light pulse;
A phase modulator that is connected to the subsequent stage of the linear chirp applying unit and changes the phase of the optical pulse to which the linear chirp is applied in the linear chirp applying unit;
A chirp compensation unit that is connected to the subsequent stage of the phase modulator and compensates for the linear chirp of the optical pulse given by the linear chirp application unit;
A sawtooth signal that gives a sawtooth wave-like phase change to the phase modulator such that the time change rate of the phase change is constant for one slot of the optical pulse to which the linear chirp is given by the linear chirp applying unit. With a generator,
The sawtooth wave-like phase change is given to the optical pulse to which the linear chirp is given by the linear chirp giving unit, and the group refractive index change resulting from the phase change is used. An optical pulse speed control apparatus for controlling the speed of the optical pulse.
請求項1又は請求項2に記載の光パルス速度制御装置において、
前記直線チャープ付与部又は前記チャープ補償部に光ファイバを用いたことを特徴とする光パルス速度制御装置。
In the optical pulse velocity control device according to claim 1 or 2,
An optical pulse velocity control apparatus, wherein an optical fiber is used for the linear chirp applying section or the chirp compensating section.
請求項1又は請求項2に記載の光パルス速度制御装置において、
前記直線チャープ付与部又は前記チャープ補償部にチャープドファイバグレーティングを用いたことを特徴とする光パルス速度制御装置。
In the optical pulse velocity control device according to claim 1 or 2,
An optical pulse velocity control apparatus using a chirped fiber grating in the linear chirp applying section or the chirp compensating section.
請求項1又は請求項2に記載の光パルス速度制御装置において、
前記直線チャープ付与部又は前記チャープ補償部にVirtua11y Imaged Phased Array(VIPA)を用いたことを特徴とする光パルス速度制御装置。
In the optical pulse velocity control device according to claim 1 or 2,
An optical pulse velocity control apparatus using a Virtua 11y Imaged Phased Array (VIPA) for the linear chirp applying section or the chirp compensating section.
入射された光パルスに直線チャープを与え、
直線チャープが与えられた前記光パルスの位相を変化させると共に、当該位相変化の結果から生じる群屈折率変化を用いて前記光パルスの速度を制御し、
直線チャープが与えられた前記光パルスの直線チャープを補償し、
前記光パルスを入射当初のスペクトル幅に制限することを特徴とする光パルスの速度制御方法。
Give a linear chirp to the incident light pulse,
Change the phase of the optical pulse given a linear chirp, and control the speed of the optical pulse using the group index change resulting from the phase change,
Compensating for the linear chirp of the optical pulse given a linear chirp;
A speed control method of an optical pulse, wherein the optical pulse is limited to a spectrum width at an initial incidence.
入射された光パルスに直線チャープを与え、
直線チャープが与えられた前記光パルスの1スロットに対して、位相変化の時間変化率が一定となるようなノコギリ波状の位相変化を発生させ、
直線チャープが与えられた前記光パルスに、前記ノコギリ波状の位相変化を付与すると共に、当該位相変化の結果から生じる群屈折率変化を用いて前記光パルスの速度を制御し、
直線チャープが与えられた前記光パルスの直線チャープを補償することを特徴とする光パルスの速度制御方法。
Give a linear chirp to the incident light pulse,
For a slot of the optical pulse given a linear chirp, a sawtooth-like phase change is generated such that the rate of time change of the phase change is constant,
Giving the sawtooth wave-like phase change to the optical pulse given a linear chirp, and controlling the speed of the optical pulse using a group refractive index change resulting from the phase change,
A method for controlling the speed of an optical pulse, comprising compensating for the linear chirp of the optical pulse provided with a linear chirp.
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