JPH02219029A - Soliton generating method - Google Patents

Soliton generating method

Info

Publication number
JPH02219029A
JPH02219029A JP1039369A JP3936989A JPH02219029A JP H02219029 A JPH02219029 A JP H02219029A JP 1039369 A JP1039369 A JP 1039369A JP 3936989 A JP3936989 A JP 3936989A JP H02219029 A JPH02219029 A JP H02219029A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor laser
optical fiber
optical
soliton
pulse train
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.)
Pending
Application number
JP1039369A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazunobu Suzuki
和宣 鈴木
Masataka Nakazawa
正隆 中沢
Yasuro Kimura
康郎 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP1039369A priority Critical patent/JPH02219029A/en
Publication of JPH02219029A publication Critical patent/JPH02219029A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To generate light soliton by the use of a small-sized, lightweight device of simple constitution by modulating the output of a single-longitudinal- mode semiconductor laser directly and generating a very-high-speed pulse train, and amplifying this pulse train by an optical fiber where erbium is added to the core part. CONSTITUTION:Current modulation is imposed directly on the semiconductor laser 4 with pulses of a laser driving pulse generating device 2 to generate the signal pulse train. This light pulse train is coupled with the Er-doped optical fiber 9 through a coupling lens 6, a dichroic mirror 7, and a coupling lens 2 and the Er-doped optical fiber 9 is excited with the exciting light of a light source 8 for excitation. When the pulse train which is amplified sufficiently by the Er-doped optical fiber 9 is made incident on a single-mode optical fiber 3 which has abnormal dispersion with the wavelength of signal light, a soliton pulse train can be propagated. Consequently, the light soliton can be generated by the simple method and small-sized device.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、超高速光通信において、信号となる光ソリト
ンパルス列を発生するソリトン発生方法に関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a soliton generation method for generating an optical soliton pulse train serving as a signal in ultrahigh-speed optical communication.

[従来の技術] 従来の光ソリトン(非線形孤立波)を発生する方法とし
ては、 ■高出力レーザの出力パルスを光ファイバに結合する方
法(以下、第1の方法と称する)、■ソリトンレーザの
出力を用いる方法(以下、第2の方法と称する)、 ■利得スイッチを行った半導体レーザの出力パルスを用
いる方法(以下、第3の方法と称する)などが提案され
ている。
[Prior art] Conventional methods for generating optical solitons (nonlinear solitary waves) include: ■ coupling the output pulse of a high-power laser to an optical fiber (hereinafter referred to as the first method); ■ coupling the output pulse of a high-power laser to an optical fiber; A method using the output (hereinafter referred to as the second method), (2) a method using the output pulse of a gain-switched semiconductor laser (hereinafter referred to as the third method), etc. have been proposed.

[発明が解決しようとする課題] 上記の第1の方法の構成を第5図に示す。この方法では
、高出力光源1からの光パルスを結合レンズ2を用いて
、光ファイバ3に入射する。ここで、上記光パルスの波
長は、この光ファイバ3において負の群速度分散を与え
る波長に設定しておく。光フアイバ3内で自、己位相変
調効果と負の群速度分散が釣り合うことによって、光ソ
リトンを作り出すことができる。通常、高出力光源1と
しては、コヒーレントな短光パルスを発生することがで
きるモード同期レーザを使用する。しかしながら、モー
ド同期レーザパルスの繰り返し周期は、そのレーザの共
振器長で決まるので、数GHz以上の高速パルス列を発
生することは困難であった。
[Problems to be Solved by the Invention] The configuration of the first method described above is shown in FIG. In this method, a light pulse from a high-power light source 1 is incident on an optical fiber 3 using a coupling lens 2. Here, the wavelength of the optical pulse is set to a wavelength that gives negative group velocity dispersion in the optical fiber 3. An optical soliton can be created by balancing the self- and self-phase modulation effects and negative group velocity dispersion within the optical fiber 3. Usually, a mode-locked laser capable of generating short coherent optical pulses is used as the high-output light source 1. However, since the repetition period of a mode-locked laser pulse is determined by the resonator length of the laser, it has been difficult to generate a high-speed pulse train of several GHz or more.

また、上記のソリトンレーザを用いる第2の方法として
は、Mo1lenauerと5tolenが提案した方
式%式% したラマンソリトンレーザ方式(tl、A、 Haus
 andM、Nakazawa、”Theory of
 the fiber Raman 5oli−ton
 1aser” J、Opt、Soc、Amer、、B
4.[152(1987))、パラメトリックソリトン
レーザ方式(特願昭63−1945:19号)がある。
A second method using the soliton laser described above is the Raman soliton laser method (tl, A, Haus
andM, Nakazawa, “Theory of
the fiber Raman 5oli-ton
1aser” J, Opt, Soc, Amer,,B
4. [152 (1987))] and a parametric soliton laser system (Japanese Patent Application No. 1987-1945).

いずれの方法も、レーザ共振器内に負の群速度分散を与
える光ファイバを挿入し、その光フアイバ内で光ソリト
ンの効果を作り出し、定常的なレーザ発振を得る方法で
ある。しかしながら、これらの方法は、すべてモード同
期レーザを用いることとなっているので、lps以下の
パルスが容易に得られるものの、パルスの繰り返しを1
0 G HZ以上にすることは困難であった。
Both methods involve inserting an optical fiber that provides negative group velocity dispersion into a laser resonator, creating an optical soliton effect within the optical fiber, and obtaining steady laser oscillation. However, all of these methods use a mode-locked laser, so although pulses of lps or less can be easily obtained, the pulse repetition is limited to 1
It was difficult to make it higher than 0 GHz.

また、上記の第3の方法の構成を第6図に示す。本図に
おいて、4は半導体レーザ、5はレーザ駆動用パルス発
生装置、2は結合用レンズ、3は単一モード光ファイバ
である。レーザ駆動用パルス発生装置2において、パル
ス幅100ps 、ピーク電流2A程度の電流パルスを
発生し、この電流パルスで半導体レーザ4をWIA!J
JIする。半導体レーザ4からは、第7図(A)に示す
ように、半値幅27ps、ピーク強度40mWの光パル
スが発生する。この光パルスを結合用レンズ2を通じて
、半導体レーザ4の発振波長において負の群速度分散を
有する単一モード光ファイバ3に結合すると、ピーク強
度が光ソリトンを発生するのに十分なとぎに、光ソリト
ンが発生する。
Further, the configuration of the third method described above is shown in FIG. In this figure, 4 is a semiconductor laser, 5 is a laser driving pulse generator, 2 is a coupling lens, and 3 is a single mode optical fiber. The laser driving pulse generator 2 generates a current pulse with a pulse width of 100 ps and a peak current of about 2 A, and this current pulse drives the semiconductor laser 4 to WIA! J
JI. As shown in FIG. 7(A), the semiconductor laser 4 generates a light pulse with a half width of 27 ps and a peak intensity of 40 mW. When this optical pulse is coupled through the coupling lens 2 to a single mode optical fiber 3 having a negative group velocity dispersion at the oscillation wavelength of the semiconductor laser 4, the optical pulse becomes A soliton is generated.

光フアイバ3内で、ソリトンが伝搬するために必要なパ
ルス強度PNI11は次式(1)で表される。
The pulse intensity PNI11 necessary for the soliton to propagate within the optical fiber 3 is expressed by the following equation (1).

ここで、えはソリトンの波長、Cは光速度+ n2は非
線形屈折率、Dは群速度分散、τはソリトンのパルス幅
、八〇、は実効断面積である。
Here, E is the wavelength of the soliton, C is the speed of light + n2 is the nonlinear refractive index, D is the group velocity dispersion, τ is the pulse width of the soliton, and 80 is the effective cross-sectional area.

例えば、波長λ=1.55μm、パルス幅で= 27p
sの光パルスが、D−5ps/km/r+I11.八a
rt−4X 10−”m2の光フアイバ中を伝搬する場
合、上式(1)により8mWのピーク強度でソリトン化
する。このように、半導体レーザ4の光パルスにより光
フアイバ3内にソリトンを発生できる。だが、例えば長
さ27?oの光ファイバ3を光パルスが伝搬したあとの
波形は第7図(B) に示すようになる。光ファイバ3
の出力では、群速度分散の効果によりパルス幅が150
psまで広がっており、半導体レーザ4で発生したパル
スが狭いパルス幅のソリトンとして光ファイバ3の終端
に伝搬していないことかわがる。
For example, wavelength λ = 1.55 μm, pulse width = 27p
s light pulse is D-5 ps/km/r+I11. 8a
When propagating through an optical fiber of rt-4X 10-"m2, solitons are generated in the optical fiber 3 by the optical pulse of the semiconductor laser 4 using the above equation (1) at a peak intensity of 8 mW. However, after the optical pulse propagates through the optical fiber 3 with a length of 27?o, the waveform becomes as shown in Fig. 7(B).Optical fiber 3
At the output of
It can be seen that the pulse generated by the semiconductor laser 4 does not propagate to the end of the optical fiber 3 as a soliton with a narrow pulse width.

このパルス幅が広がる現象は、半導体レーザ4として、
ファブリ・ベロー型のみならず、DFB (分布帰り型
やDBR(分布ブラック反射)型などの単一縦モード半
導体レーザを使用した場合にも観測される。この現象の
発生は、以下の原因によるものである。すなわち、半導
体レーザ4に電流を注入した際、活性層の屈折率がキャ
リア濃度の変化に応じて時間的に変化し、その結果、半
導体レザ4の発振波長が時間的に変化する(チャーピン
グと称する)。そのため、例えばcw(連続発振)動作
時には第8図(^)に示すように、半値幅100MHz
以下であった半導体レーザ4が、パルス発生装置5で駆
動したときには、第8図(B)に示すように、上記のチ
ャーピングにより1.2nmの波長幅をもつ。このとき
の半導体レーザ4から発生する光パルスのパルス幅と周
波数幅の積は4.5 となり、両者はフーリエ変換可能
な条件を満たしていない。このように、パルスの波長幅
が広いため、非線形性によって光ファイバ3の群速度分
散によるパルス広がりを打ち消i=ことができない。ま
た5半導体レーザ4のチャーピングは、パルス幅を狭く
、かつ、ピーク出力を上げようとするほど大きくなる性
質があり、大容量かつ長距離のソリトン通信を行う際の
大きな問題点となっていた。
This phenomenon of widening the pulse width is caused by the semiconductor laser 4
This phenomenon is observed not only when using a single longitudinal mode semiconductor laser such as a Fabry-Bello type but also a DFB (distributed return type) or a DBR (distributed black reflection) type. This phenomenon is caused by the following causes. That is, when a current is injected into the semiconductor laser 4, the refractive index of the active layer changes over time according to the change in carrier concentration, and as a result, the oscillation wavelength of the semiconductor laser 4 changes over time ( Therefore, for example, during CW (continuous wave) operation, the half-width is 100 MHz, as shown in Figure 8 (^).
When the semiconductor laser 4, which had the following wavelength, is driven by the pulse generator 5, it has a wavelength width of 1.2 nm due to the chirping described above, as shown in FIG. 8(B). At this time, the product of the pulse width and frequency width of the optical pulse generated from the semiconductor laser 4 is 4.5, and both do not satisfy the conditions for Fourier transform. As described above, since the wavelength width of the pulse is wide, it is impossible to cancel out the pulse broadening caused by the group velocity dispersion of the optical fiber 3 due to nonlinearity. Furthermore, the chirping of the semiconductor laser 4 tends to increase as the pulse width is narrowed and the peak output is increased, which is a major problem when performing large-capacity, long-distance soliton communication. .

さらに、上述した(1)式に示すように、伝送速度をあ
げるためにパルス幅τを狭めると、そのでの2乗に反比
例してソリトンを形成するのに必要なパルスのパワーP
。1が増大するが、現在の半導体レーザの能力では、取
り出せるパワーに限界がある。
Furthermore, as shown in equation (1) above, when the pulse width τ is narrowed to increase the transmission speed, the pulse power P required to form a soliton is inversely proportional to the square of the pulse width τ.
. 1 increases, but with the capabilities of current semiconductor lasers, there is a limit to the power that can be extracted.

他方、ソリトンを形成するのに必要なパワーを得るため
に、光増幅を用いる方法がある。光増幅の方法として従
来から、半導体レーザを用いた増幅、あるいは誘導ラマ
ン散乱1パ導4光子混合などの光フアイバ中の非線形光
学効果を用いる方法等がある。しかし、半導体レーザを
用いた増幅器は1mW以下のパワーで利得飽和が起こる
ので、取り出せるパワーに限界があり、伝送に用いる光
ファイバによってはソリトンが形成できないという欠点
があった。また、光フアイバ中の非線形光学効果を利用
した光増幅においては、l0dllの利得を得るために
IW以上の大きな励起人力が必要であり、これを実現す
るためにはYAGレーザなどの大型のレーザが必要であ
るため、小型化が困難であった。
On the other hand, there is a method that uses optical amplification to obtain the power necessary to form solitons. Conventional optical amplification methods include amplification using a semiconductor laser, and methods using nonlinear optical effects in optical fibers such as stimulated Raman scattering and single-pass conduction four-photon mixing. However, since gain saturation occurs in amplifiers using semiconductor lasers at a power of 1 mW or less, there is a limit to the power that can be extracted, and there is a drawback that solitons cannot be formed depending on the optical fiber used for transmission. In addition, in optical amplification using nonlinear optical effects in optical fibers, a pumping power greater than that of IW is required to obtain a gain of 10dll, and in order to achieve this, large lasers such as YAG lasers are required. This made it difficult to downsize.

以上述べた従来技術での解決すべき課題の主なものを要
約すると以下の通りである。
The main problems to be solved with the conventional techniques described above are summarized as follows.

■ 従来のゲインスイッチを用いた直接変調法において
は、光ソリトンを発生させるためのパルス幅および強度
を満足するために、大振幅の電流パルスでレーザを駆動
する結果、トランスフオームリミットの条件からはずれ
たパルスしか得られず光ソリトン通信への適用は困難で
あった。
■ In the conventional direct modulation method using a gain switch, the laser is driven with a large-amplitude current pulse in order to satisfy the pulse width and intensity required to generate an optical soliton, resulting in deviation from the transform limit condition. However, it was difficult to apply this method to optical soliton communication because only small pulses could be obtained.

■ また、モード同期レーザやソリトンレーザを用いる
光ソリトンの発生方法は、パルスの繰り返し周波数に限
界があるため、ソリトン通信の伝送容量に限界があった
■ Furthermore, optical soliton generation methods using mode-locked lasers or soliton lasers have a limit on the pulse repetition frequency, which limits the transmission capacity of soliton communication.

■ さらに、小振幅のパルス列を増幅する方法として、
従来から半導体レーザを用いた増幅器、誘導ラマン散乱
や誘導4光子混合等の非線形光学効果を用いた光増幅の
方法があるが、1odB以上の利得を得るのが困ガ〔で
、しかも取り出しうる最大ビークパワーが小さかった。
■ Furthermore, as a method to amplify small amplitude pulse trains,
Conventionally, there are optical amplification methods using amplifiers using semiconductor lasers and nonlinear optical effects such as stimulated Raman scattering and stimulated four-photon mixing, but it is difficult to obtain a gain of 1 odB or more, and the maximum that can be extracted is difficult. Beak power was low.

本発明の目的は、上述の点に鑑み、半導体レーザをソリ
トン通信の光源へ適用する際のチャーピングおよび光出
力不足の問題を解決し、小型軽ユの装置により光ソリト
ンを発生するソリトン発生方法を提供することにあり、
ひいては将来の超高速ソリトン通信用光源を提供するこ
とにある。
In view of the above-mentioned points, an object of the present invention is to solve the problems of chirping and insufficient optical output when applying a semiconductor laser to a light source for soliton communication, and to generate a soliton generation method using a small and lightweight device. Our mission is to provide
The goal is to provide a light source for future ultrafast soliton communications.

[課題を解決するための手段] このような目的を達成するために、本発明は、1.52
μmから1.57μmに発振波長を有する単一縦モード
半導体レーザと、半導体レーザの出力を振幅変調してパ
ルス列の光信号を形成する変調手段とを有し、変調手段
によりパルス化された光信号を、コア部にエルビウム(
Er)を添加した単一モ−ト光ファイバを用いて増幅し
、単一モート光ファイバにより増幅された光42号を半
導体レーザの発振波長において負の群速度分散を有する
単一モード光ファイバに結合することにより、光ソリト
ンを発生させることを特徴とする。
[Means for Solving the Problem] In order to achieve such an object, the present invention has the following features: 1.52
It has a single longitudinal mode semiconductor laser having an oscillation wavelength in the range from μm to 1.57 μm, and a modulation means that amplitude modulates the output of the semiconductor laser to form a pulse train optical signal, and the optical signal is pulsed by the modulation means. and erbium (
The light No. 42 amplified by the single-mode optical fiber is transferred to a single-mode optical fiber having a negative group velocity dispersion at the oscillation wavelength of the semiconductor laser. It is characterized by generating optical solitons by combining.

また、本発明はその一態様として、変調手段は、単一縦
モード半導体レーザを直接電流変調するものであって、
半導体レーザの出力を負の群速度分散を有する光フアイ
バ中に入射することによりトランスフオームリミットな
パルス列の光信号を形成することを特徴とする。
Further, in one aspect of the present invention, the modulation means directly modulates the current of a single longitudinal mode semiconductor laser,
It is characterized by forming a transform-limited pulse train optical signal by inputting the output of a semiconductor laser into an optical fiber having negative group velocity dispersion.

さらに、木発明はその他の態様として、単一縦モード半
導体レーザはレーザ光を連続発振し、変調手段は半導体
レーザから出力する連続光を振動変調することによりパ
ルス列の光信号を形成する外部変調器であることを特徴
とする。
Further, in another aspect of the invention, the single longitudinal mode semiconductor laser continuously oscillates laser light, and the modulation means is an external modulator that vibrationally modulates the continuous light output from the semiconductor laser to form a pulse train optical signal. It is characterized by

[作 用] 木発明は、上記構成のように、単一縦モード半導体レー
ザの光出力を、電流による直接変調もしくは外部変調器
を用いて強度変調することにより、トランスフオームリ
ミットな超高速パルス列を作り、このパルス列を、エル
ビウム(Er)をそのコア部に添加した光ファイバで光
ソリトンの発生する強度まで増幅し、光ソリトンを発生
することを最も主要な特徴とする。その際、増幅前のパ
ルス列のパルス幅と周波数幅がフーリエ変換で与えられ
る条件を満足していることが本発明を実現するうえで重
要な条件である。
[Function] As in the above configuration, the wooden invention generates an ultrafast pulse train with a transform limit by directly modulating the optical output of a single longitudinal mode semiconductor laser with a current or intensity modulating it using an external modulator. The most important feature is that this pulse train is amplified to the intensity at which optical solitons are generated using an optical fiber whose core is doped with erbium (Er) to generate optical solitons. At this time, it is an important condition for realizing the present invention that the pulse width and frequency width of the pulse train before amplification satisfy the conditions given by Fourier transform.

このように、本発明は、半導体レーザをソリトン通侶の
光源へ適用する際のチャーピングおよび光出力不足の問
題を、小出力超単パルス光源の出力をEr(エルビウム
)をコア部に添加した光ファイバで増幅し、高スペクト
ル純度の高出力超短パルスを得ることにより解決したも
のである。従フて、本発明によれば、構成が簡便で、か
つ小型軽量な装置を用いて光ソリトンが発生できる。
As described above, the present invention solves the problem of chirping and insufficient light output when applying a semiconductor laser to a soliton light source by adding Er (erbium) to the core part of the light source. This problem was solved by amplifying with an optical fiber to obtain high-output ultrashort pulses with high spectral purity. Therefore, according to the present invention, optical solitons can be generated using a device that is simple in structure, small in size, and lightweight.

なお、従来から半導体レーザを用いた増幅器。Note that amplifiers have traditionally used semiconductor lasers.

8導ラマン散乱やパ導4光子混合等の非線形光学効果を
用いた小振幅のパルス列を増幅する光増幅の方法かある
が、それらの従来方法に比較して、E「ドープ光ファイ
バを用いる本発明の方法は、励起に連続発振半導体レー
ザを用いることにより10dB以上の利得が容易に得ら
れ、しかも取り出しうる最大ピークパワーが大きいとい
う点で顕著に異なる。
There are optical amplification methods that amplify small-amplitude pulse trains using nonlinear optical effects such as 8-guide Raman scattering and 4-photon mixing, but compared to these conventional methods, the The method of the invention is significantly different in that a gain of 10 dB or more can be easily obtained by using a continuous wave semiconductor laser for pumping, and the maximum peak power that can be extracted is large.

[実施例コ 以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
[Embodiments] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

A、第1実施例 第5図は、本発明の第1の実施例を説明する図である。A. First embodiment FIG. 5 is a diagram illustrating the first embodiment of the present invention.

本図において、4は半導体レーザ、5は半導体レーザ4
を直接電流変調するレーザ駆動用パルス発生装置、6.
6′ は結合用レンズ、7はダイクロイックミラー、8
はErドープ光フアイバ励起用光源である。2は結合レ
ンズ、9はコア部にエルビウム(Er)を添加した単一
モードのE「ドープ光ファイバである。3は半導体レー
ザ4の発振波長において負の群速度分散を有する単一モ
ードのソリトン伝送用光ファイバである。半導体レーザ
4は、DFBもしくはDBTt型の単一縦モード半導体
レーザであって、その発振波長が1.52〜1.57μ
mの間のものを用いる。
In this figure, 4 is a semiconductor laser, and 5 is a semiconductor laser 4.
6. A pulse generator for laser driving that directly modulates the current.
6' is a coupling lens, 7 is a dichroic mirror, 8
is a light source for exciting an Er-doped optical fiber. 2 is a coupling lens; 9 is a single-mode E-doped optical fiber doped with erbium (Er) in the core; 3 is a single-mode soliton having negative group velocity dispersion at the oscillation wavelength of the semiconductor laser 4; It is an optical fiber for transmission.The semiconductor laser 4 is a DFB or DBTt type single longitudinal mode semiconductor laser, and its oscillation wavelength is 1.52 to 1.57μ.
Use one between m.

第1図の装置を動作するには、まずレーザ駆動用パルス
発生装置2のパルスで半導体レーザ4を直接電流変調し
、信号パルス列(光信号)を作る。このように、半導体
レーザ4を直接変調し、]Opsのパルスを発生したと
きのスペクトル幅は、ピーク出力40mWのとぎに1.
20m、ピーク出力5mWのときに0.15nmとなり
、半導体レーザ4の駆動電流を下げる程、チャーピング
によるスペクトル広がりは減少する。そこで、ピーク出
力が0.1mWとなるように半導体レーザ4の駆動電流
を調節すると、半導体レーザ4からは、スペクトル幅が
0.80mのほぼトランスフオームリミットなパルス列
が得られる。
To operate the apparatus shown in FIG. 1, first, the semiconductor laser 4 is directly current-modulated with pulses from the laser driving pulse generator 2 to generate a signal pulse train (optical signal). In this way, when the semiconductor laser 4 is directly modulated and a pulse of ]Ops is generated, the spectral width is 1.0 mW at the peak output of 40 mW.
20 m and a peak output of 5 mW, it becomes 0.15 nm, and as the drive current of the semiconductor laser 4 is lowered, the spectrum broadening due to chirping decreases. Therefore, if the drive current of the semiconductor laser 4 is adjusted so that the peak output is 0.1 mW, a pulse train with a spectrum width of 0.80 m and an approximately transform limit can be obtained from the semiconductor laser 4.

半導体レーザ4で得られた光パルス列(例えば、0.8
ηmのスペクトル幅のもの)を結合レンズ6、ダイクロ
イックミラー7、および結合レンズ2を通じてE「ドー
プ光ファイバ9に結合する。E「ドープ光ファイバ9は
、励起用光源8の励起光により励起を行う。この励起用
光#8としては木順発明者の木材らがすでに提案(特願
昭53〜311910号)しているように、1.46〜
1.49μmに発振波長を有するファブリ・ベロー型高
出力1nGa八sP半導体レーザを用いてErドープ光
フアイバ9の励起を行うと、効率よくパルスを増幅する
ことができる。なお、ダイクロイックミラー7は、ファ
イバ型合波器に置き換えることもできる。また、増幅率
の偏波依存性を減少させるために励起用光朴8は、2個
の半導体レーザの偏波方向が互いに直交するように配置
して使用した。
The optical pulse train obtained by the semiconductor laser 4 (for example, 0.8
(with a spectral width of ηm) is coupled to an E-doped optical fiber 9 through a coupling lens 6, a dichroic mirror 7, and a coupling lens 2.The E-doped optical fiber 9 is excited by excitation light from an excitation light source 8. As the excitation light #8, as already proposed by Kijun inventor Moku et al. (Japanese Patent Application No. 53-311910),
When the Er-doped optical fiber 9 is pumped using a Fabry-Bello type high-power 1 nGa 8sP semiconductor laser having an oscillation wavelength of 1.49 μm, the pulse can be efficiently amplified. Note that the dichroic mirror 7 can also be replaced with a fiber type multiplexer. Further, in order to reduce the polarization dependence of the amplification factor, the excitation light beam 8 was arranged and used so that the polarization directions of the two semiconductor lasers were orthogonal to each other.

Erトープ光フアイバ9では、100mW程度の励起人
力に対して20dB程度の利得は容易に得られるので、
ピーク強度が0.1mWの光パルス列の人力に対して、
ピーク出力10mWのパルス列が得られる。このように
、Erドープ光フアイバ9を用いて十分に増幅したパル
ス列を、信号光の波長において異常分散をもつ単一モー
ド光ファイバ3に入射すると、ソリトンパルス列を伝搬
させることができる。光ファイバ3に、群速度分散D・
−5ps/km/nm実効断面積Aart−4X 10
−11m2のものを用いると、ソリトンを形成するのに
必要なパワーPHI11は8mW((1)式を参照)と
なる。
With the Er-topped optical fiber 9, a gain of about 20 dB can be easily obtained with a pumping power of about 100 mW.
For human power of an optical pulse train with a peak intensity of 0.1 mW,
A pulse train with a peak output of 10 mW is obtained. In this way, when a pulse train sufficiently amplified using the Er-doped optical fiber 9 is input into the single mode optical fiber 3 having anomalous dispersion at the wavelength of the signal light, a soliton pulse train can be propagated. The optical fiber 3 has group velocity dispersion D.
-5ps/km/nm effective cross section Aart-4X 10
-11 m2, the power PHI11 required to form a soliton is 8 mW (see equation (1)).

第2図(A)〜(C)に本実施例において光ソリトンが
形成される様子をパルス波形の変化で示す。
FIGS. 2A to 2C show how optical solitons are formed in this example by changes in pulse waveforms.

本図の破線はソリトンを形成するのに必要なパワーPN
!+ 1のレベル(光強度)を示す。第2図(A)は半
導体レーザ4の出力パルス列であり、そのピーク出力は
P88.よりも非常に小さい。第2図(B)は、ErF
−ブ光ファイバ9で増幅した後の光パルス列の波形であ
り、そのピーク出力はPNII+よりもかなり犬かく、
基本ソリトンを励振するのに十分な強度まで増幅されて
いるのがわかる。第2図(C)は長さ27krnのソリ
トン伝送用光ファイバ3を伝搬後の波形であり、パルス
列が光ソリトンとして光フアイバ内を伝搬していること
がわかる。
The broken line in this figure is the power PN required to form a soliton.
! +1 level (light intensity) is shown. FIG. 2(A) shows the output pulse train of the semiconductor laser 4, and its peak output is P88. much smaller than. Figure 2 (B) shows ErF
- This is the waveform of the optical pulse train after being amplified by the optical fiber 9, and its peak output is much higher than that of PNII+.
It can be seen that the intensity has been amplified to be sufficient to excite the fundamental soliton. FIG. 2(C) shows the waveform after propagation through the soliton transmission optical fiber 3 having a length of 27 krn, and it can be seen that the pulse train propagates within the optical fiber as an optical soliton.

光ソリトンを用いた光通信の伝送容量を上げるためには
、ソリトンのパルス幅を狭める必要がある。光ソリトン
を形成するためのパワーPN= 1は、前述の(11式
で示すように、パルス幅での2乗に反比例して増大する
ため、これに応してE「ファイバ9を用いた光増幅器の
増幅度を犬キ<シなければならない。これを本実施例の
方法で実現するには、Erトープ光フアイバ9の長さを
長くし、励起用光源8の励起光人力を増大すればよい。
In order to increase the transmission capacity of optical communications using optical solitons, it is necessary to narrow the soliton pulse width. The power PN = 1 for forming an optical soliton increases in inverse proportion to the square of the pulse width, as shown in the above-mentioned equation (11). It is necessary to increase the amplification degree of the amplifier.In order to achieve this using the method of this embodiment, the length of the Er-tope optical fiber 9 is increased and the pumping light power of the pumping light source 8 is increased. good.

また、結合レンズ6.6’ 、ダイクロイックミラー7
、結合レンズ2、E「ドープ光ファイバ9、励起光源8
の組合せによって構成される光増幅部をさらに1段もし
くは2段直列に挿入することによっても必要なパワーを
得ることができる。
In addition, a coupling lens 6.6', a dichroic mirror 7
, coupling lens 2, E'doped optical fiber 9, excitation light source 8
The necessary power can also be obtained by inserting one or two more stages of optical amplification sections in series.

Erドープ光フアイバ9を用いた光増幅器は、パルス幅
がlps以下のソリトンパルスに対しても、パルス広が
りを生じないで増幅できるだけの利得帯域幅をもつので
、1oOGbit/s以上の伝送容量をもつソリトンパ
ルス列の通信に対しても、本実施例の方法を適用できる
The optical amplifier using the Er-doped optical fiber 9 has a gain bandwidth large enough to amplify soliton pulses with a pulse width of 1ps or less without causing pulse broadening, so it has a transmission capacity of 1oOGbit/s or more. The method of this embodiment can also be applied to communication of soliton pulse trains.

以上の説明から明らかなように、本実施例では従来の技
術に比へて簡便な方法で光ソリトンを発生することが可
能となり、使用する光源も半導体レーザ4.8のみであ
るので、小型の装置で光ソリトンを発生することが可能
となる。
As is clear from the above description, in this embodiment, it is possible to generate optical solitons in a simpler way than in the conventional technology, and since the only light source used is a semiconductor laser 4.8, it is possible to It becomes possible to generate optical solitons with the device.

B、第2実施例 第3図は、本発明の第2の実施例を説明する図である。B. Second embodiment FIG. 3 is a diagram illustrating a second embodiment of the present invention.

本図において、4はレーザ光を連続発振する信号用半導
体レーザ、lOはこの半導体レーザ4から出力する連続
光を振幅変調することによりパルス列の光信号を形成す
る光強度変調器、IIは光強度変調器10を駆動する変
調器駆動回路である。半導体レーザ4は、DFBもしく
はDBR型単一縦モードレーザで、その発振波長は1.
52〜1.57μmの間のものを用いる。その他の構成
要素は第1図の実施例と同様なので説明を省略する。
In this figure, 4 is a signal semiconductor laser that continuously oscillates laser light, IO is a light intensity modulator that amplitude modulates the continuous light output from this semiconductor laser 4 to form a pulse train optical signal, and II is a light intensity modulator. This is a modulator drive circuit that drives the modulator 10. The semiconductor laser 4 is a DFB or DBR type single longitudinal mode laser, and its oscillation wavelength is 1.
A material between 52 and 1.57 μm is used. Other constituent elements are the same as those in the embodiment shown in FIG. 1, so their explanation will be omitted.

第3図の装置を動作するには、まず半導体レーザ4をc
w全発振連続発振)させ、このcw発振出力を光強度変
調器10で変調する。光強度変調器10は、駆動回路1
1に供給される人力電気信号パルス列に従って、駆動回
路11により駆動される。光強度変調器lOとしては、
電気光学効果を用いた導波路型変調器、電気光学効果を
用いたバルク型変・調器、音響光学効果を用いた光変調
器等を用いることができる。特に、導波路型変調器は、
その変調帯域が10GIIzを越えるものがあるので、
これを用いることにより、容易に10Gb/sを越える
超高速パルス列を得ることができる。
To operate the device shown in FIG. 3, first the semiconductor laser 4 is
The cw oscillation output is modulated by the optical intensity modulator 10. The optical intensity modulator 10 includes a drive circuit 1
It is driven by a drive circuit 11 in accordance with a human-powered electric signal pulse train supplied to the drive circuit 11. As the optical intensity modulator lO,
A waveguide type modulator using an electro-optic effect, a bulk type modulator using an electro-optic effect, an optical modulator using an acousto-optic effect, etc. can be used. In particular, waveguide modulators are
Since there are some whose modulation band exceeds 10GIIz,
By using this, an ultrahigh-speed pulse train exceeding 10 Gb/s can be easily obtained.

第4図(八)には上記半導体レーザ4の出力波形を示し
、第4図(It)には光強度変調器lOで変調された後
の光パルス列の波形を示す。光強度変調器10により変
調された後のパルスのスペクトルの広がりは、はぼ変調
信号の帯域幅で決まるので、本発明の第1の実施例の場
合よりもトランスフオームリミットなパルスを得ること
ができる。
FIG. 4(8) shows the output waveform of the semiconductor laser 4, and FIG. 4(It) shows the waveform of the optical pulse train after being modulated by the optical intensity modulator IO. Since the spread of the spectrum of the pulse after being modulated by the optical intensity modulator 10 is determined by the bandwidth of the modulated signal, it is possible to obtain a pulse with a higher transform limit than in the first embodiment of the present invention. can.

次に、ソリトン伝送用光フアイバ3内でソリトンを形成
するために、結合用レンズ6.6’ 、励起光源8、ダ
イクロイックミラー7、結合レンズ2、およびErトー
プ光フアイバ9の組合せによって構成される光増幅部に
より、光強度変調器10の出力パルスの増幅を行う。第
4図(C)はこの光増幅部によって増幅、された後の光
パルス列の波形を示し、本図によりN=1ソリトンを伝
搬するのに十分なパルス強度まて増幅されているのがわ
かる。第4図(D)は、ソリトン伝送用光ファイバ3を
伝搬した後のパルス波形を示すものであり、第4図(C
)のパルスが光ソリトンとして光ファイバ3の終端まで
伝搬していることが確かめられる。
Next, in order to form a soliton within the soliton transmission optical fiber 3, a coupling lens 6,6', an excitation light source 8, a dichroic mirror 7, a coupling lens 2, and an Er-tope optical fiber 9 are combined. The output pulse of the optical intensity modulator 10 is amplified by the optical amplification section. Figure 4 (C) shows the waveform of the optical pulse train after it has been amplified by this optical amplification section, and it can be seen from this figure that the pulse intensity has been amplified enough to propagate an N=1 soliton. . FIG. 4(D) shows the pulse waveform after propagating through the soliton transmission optical fiber 3, and FIG.
) is confirmed to propagate to the end of the optical fiber 3 as an optical soliton.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、半導体レーザの
直接変調もしくは外部変調により、トランスフオームリ
ミットな超高速パルス列を発生し、このパルス列をコア
部にErを添加した半導体レーザ励起の光ファイバ(E
rドープ光ファイバ)を用いて光ソリトンを形成するの
に十分な強度まで増幅することにより、光ソリトンを発
生するようにしているので、構成が簡便で、かつ小型軽
量な装置を用いて超高速光通イ3に適した光ソリトンを
発生できる効果が得られる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, an ultrahigh-speed pulse train with a transform limit is generated by direct modulation or external modulation of a semiconductor laser, and this pulse train is applied to a semiconductor laser whose core portion is doped with Er. Excitation optical fiber (E
Since optical solitons are generated by amplifying the intensity to a sufficient level to form optical solitons using an r-doped optical fiber, the configuration is simple, and ultra-high speed can be achieved using small and lightweight equipment. The effect of generating optical solitons suitable for optical transmission A3 can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の実施例の配置構成を説明する模
式図、 第2図(A)〜(C)は第1図における各部のパルス波
形を示す波形図、 第3図は本発明の第2の実施例の配置構成を説明する模
式図、 第4図(八)〜(D)は第3図における各部のパルス波
形を示す波形図、 第°5図は従来の高出力レーザを用いた光ソリトンの発
生方法を説明する模式図、 第6図は従来の半導体レーザのゲインスイッチを用いた
短光パルス発生方法を説明する模式図、第7図は第6図
における光ファイバの人出力パルス波形を示す波形図で
あり、第7図(A)は半導の 体レーザの出力パルスI波形図、第7図(B)はファイ
バ伝搬後のパルスの波形図、 第8図(^) 、 (B)は第6図の半導体レーザのス
ペクトルの直接変調による変化を示す波形図であ1・・
・高出力光源、 2・・・結合レンズ、 3・・・単一モード光ファイバ、 4・・・半導体レーザ、 5・・・半導体レーザ駆動用パルス発生装置、6.6′
 ・・・結合用レンズ、 7・・・ダイクロイックミラー 8・・・Erトープ光フアイバ励起用光源、9・・・E
「トープ光ファイバ、 lO・・・光強度変調器、 11・・・変調器駆動回路。 特許出願人  日本電信電話株式会社 代 理 人  弁理士 谷  義 る。 第 図 時開 (ps) )12 トハ直氷fl=3・汁、る°8′昏0ノXルス
シ9−汗)不力z−1;;g形6凸第7図
FIG. 1 is a schematic diagram explaining the arrangement of the first embodiment of the present invention, FIGS. 2(A) to (C) are waveform diagrams showing pulse waveforms of each part in FIG. 1, and FIG. A schematic diagram illustrating the arrangement of the second embodiment of the invention, Figures 4 (8) to (D) are waveform diagrams showing pulse waveforms of each part in Figure 3, and Figure 5 is a conventional high-power laser Figure 6 is a schematic diagram illustrating a short optical pulse generation method using a gain switch of a conventional semiconductor laser. 7(A) is a waveform diagram showing the output pulse I waveform of a semiconductor body laser, FIG. 7(B) is a waveform diagram of the pulse after fiber propagation, and FIG. ^), (B) is a waveform diagram showing the change due to direct modulation of the spectrum of the semiconductor laser in Fig. 6.
- High output light source, 2... Coupling lens, 3... Single mode optical fiber, 4... Semiconductor laser, 5... Pulse generator for driving semiconductor laser, 6.6'
... Coupling lens, 7... Dichroic mirror 8... Light source for excitation of Er tope optical fiber, 9... E
"Taupe optical fiber, 1O...light intensity modulator, 11...modulator drive circuit. Patent applicant: Nippon Telegraph and Telephone Corporation agent, patent attorney Yoshiru Tani. Straight ice fl = 3, juice, ru ° 8' coma 0 no

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)1.52μmから1.57μmに発振波長を有する
単一縦モード半導体レーザと、 該半導体レーザの出力を振幅変調してパルス列の光信号
を形成する変調手段とを有し、 該変調手段によりパルス化された前記光信号を、コア部
にエルビウム(Er)を添加した単一モード光ファイバ
を用いて増幅し、 該単一モード光ファイバにより増幅された光信号を該半
導体レーザの発振波長において負の群速度分散を有する
単一モード光ファイバに結合することにより、光ソリト
ンを発生させることを特徴とするソリトン発生方法。 2)請求項1において、前記変調手段は、前記単一縦モ
ード半導体レーザを直接電流変調するものであって、該
半導体レーザの出力を負の群速度分散を有する前記光フ
ァイバ中に入射することによりトランスフォームリミッ
トなパルス列の光信号を形成することを特徴とするソリ
トン発生方法。 3)請求項1において、前記単一縦モード半導体レーザ
はレーザ光を連続発振し、前記変調手段は当該半導体レ
ーザから出力する連続光を振動変調することにより前記
パルス列の光信号を形成する外部変調器であることを特
徴とするソリトン発生方法。
[Claims] 1) A single longitudinal mode semiconductor laser having an oscillation wavelength in the range from 1.52 μm to 1.57 μm, and modulation means for amplitude modulating the output of the semiconductor laser to form a pulse train optical signal. and amplifying the optical signal pulsed by the modulation means using a single mode optical fiber doped with erbium (Er) in its core, and amplifying the optical signal amplified by the single mode optical fiber. 1. A soliton generation method comprising generating an optical soliton by coupling a semiconductor laser to a single mode optical fiber having a negative group velocity dispersion at an oscillation wavelength. 2) In claim 1, the modulating means directly modulates the current of the single longitudinal mode semiconductor laser, and inputs the output of the semiconductor laser into the optical fiber having negative group velocity dispersion. A soliton generation method characterized by forming a transform-limited pulse train optical signal. 3) In claim 1, the single longitudinal mode semiconductor laser continuously oscillates a laser beam, and the modulating means vibrationally modulates the continuous light output from the semiconductor laser to form the optical signal of the pulse train. A soliton generation method characterized by being a container.
JP1039369A 1989-02-21 1989-02-21 Soliton generating method Pending JPH02219029A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1039369A JPH02219029A (en) 1989-02-21 1989-02-21 Soliton generating method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1039369A JPH02219029A (en) 1989-02-21 1989-02-21 Soliton generating method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH02219029A true JPH02219029A (en) 1990-08-31

Family

ID=12551139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1039369A Pending JPH02219029A (en) 1989-02-21 1989-02-21 Soliton generating method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH02219029A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06281738A (en) * 1993-03-26 1994-10-07 Nec Corp Laser range finder

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ELECTRONICS LETTERS=1989 *
IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS=1985 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06281738A (en) * 1993-03-26 1994-10-07 Nec Corp Laser range finder

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7256930B2 (en) High power pulse shaping fiber laser for high data rate free space telecommunication systems
EP0557018A1 (en) Harmonically mode-locked ring laser
US4741587A (en) Optical communications system and method for the generation of a sequence of optical pulses by means of induced modulational instability
JP6422998B2 (en) System and method for generating optical signals
EP1227363B1 (en) Nonlinear optical loop mirror
JP3861306B2 (en) Optical pulse generator
Yang et al. Actively mode-locked fiber optical parametric oscillator
JP3191843B2 (en) Laser pulse oscillator
US4786140A (en) Method of modulating large-power light beams using fiber raman amplification
Attygalle et al. Novel technique for reduction of amplitude modulation of pulse trains generated by subharmonic synchronous mode-locked laser
Lee et al. Wavelength tunable 10-GHz 3-ps pulse source using a dispersion decreasing fiber-based nonlinear optical loop mirror
Okawachi et al. Continuous tunable delays at 10-Gb/s data rates using self-phase modulation and dispersion
JP3011286B2 (en) Mode-locked optical fiber laser device
JPH02219029A (en) Soliton generating method
Saito et al. 48.8 km Ultralong Erbium fiber laser in active mode-locking operation
JP6274541B2 (en) Mode-locked laser, high-speed optical signal processing device, and spectrum spectroscopic measurement device
JP2501468B2 (en) Mode synchronous fiber laser device
JPH087356B2 (en) Optical soliton generation method
JPH03214123A (en) Photosoliton generating method and soliton transmitting method
Cheng et al. Tunable Parametric Optical Frequency Combs Generation based on an Electroabsorption Modulated Laser
JP2599220B2 (en) Optical short pulse generation method and apparatus
JP2656837B2 (en) Optical pulse generation method, generator and transmission method
Englebert et al. Phase-locked short pulses in a driven laser cavity
Englebert et al. Temporal Cavity Soliton in a Coherently Driven Active Fiber Resonator
Li et al. Simulation and experiment of noise-like square pulses from a mode-locked erbium-doped fiber laser