JPH03171036A - Optical fiber communicating method and system - Google Patents
Optical fiber communicating method and systemInfo
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- JPH03171036A JPH03171036A JP1310917A JP31091789A JPH03171036A JP H03171036 A JPH03171036 A JP H03171036A JP 1310917 A JP1310917 A JP 1310917A JP 31091789 A JP31091789 A JP 31091789A JP H03171036 A JPH03171036 A JP H03171036A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、光ファイバを伝送媒体とする光ファイバ通信
方法およびそれを実施するための光ファイバ通信システ
ムに関する.
(従来の技術)
現在実用化されている光ファイバ通信システムでは、光
ファイバ伝搬によって減衰した信号光パルスを光検出器
によって電気信号に変換し、この電気信号を増幅した後
に、その増幅された電気信号によって半導体レーザを駆
動させて信号光のレベルで再生を行なう、いわゆる再生
中継によって長距離伝送を実現している[例えば、アイ
・イー・イー・イー、ジャーナル・オブ・ライトウエイ
プ・テクノロジー(IEEE Journal of
LightwaveTechnology)誌、第3巻
(1985年)、1005ベージコ.この方式では、中
継過程に光一電気−光変換を伴うから、電気回路で定ま
るビットレートにしか対応できないという欠点がある.
これに対して、最近、光増幅器によって信号光パルスを
光の状態で増幅中継して伝送させる光増幅中継通信に関
する研究が活発に行なわれている[例えば、光学、第1
8巻(1989年)、282−290ページコ.このよ
うな光増幅中継通信では、上記の光一電気一光変換がな
いのでビットレートの変更が容易に行なえる.また、双
方向光ファイバ通信や波長多重光ファイバ通信等の将来
の技術革新に柔軟に対応できるという特長がある.ここ
で、光増幅器としては、これまでに■半導体レーザ媒質
を用いるもの、■コア部にEr等の希土類元素を添加し
た光ファイバを用いるもの、■光ファイバの誘導ラマン
散乱、誘導ブリュアン散乱などの非線形光学効果を用い
るもの等が報告されている.
(発明が解決しようとする課題)
従来の光増幅中継による光ファイバ通信において達成可
能な最大伝送距離は、雑音光の蓄積による信号対雑音比
(SN比)の劣化もしくは光ファイバ分散によるパルス
拡がりによって主に制限される.これらの要因のうち、
SN比の劣化については、数千km程度までの伝送では
特に大きな問題とはならない.これに対して、光ファイ
バ分散によるパルス拡がりは、ビットレートの二乗に比
例して急激に大きくなり、G b / s帯のビットレ
ートでは伝送距離の主要な制限要因となる.例えば、通
常の単一モード光ファイバは波長1.55μm付近で約
20Ps/nm/kmの分散を有する.そこで、この波
長域の信号光を単一モード光ファイバで伝送させる場合
を考えると、その最大伝送距離は、ビットレー} 2
G b / sではおよそ1000km、10Gb/s
ではわずかに40km程度になる.上記のパルス拡がり
による伝送距離の制限を緩和する方法としては、最近、
光ソリトンと呼ばれる光ファイバの自己位相変調を利用
するものが実験室レベルで実証されている[例えば、オ
ブティクス・レターズ(Optics Letters
)誌、第13巻(1988年)、675ページ、および
エレクトロニクス・レターズ( E lectroni
csLetters )誌、第25巻(1989年、1
99ベージ].シかしながら、この光ソリトンによる方
式では、信号光パルスは数10mWからIW程度の高ピ
ークパワーを必要とするのみならず、光ソリトンが生成
されるように光パワーを厳密に制御しなければならない
という欠点がある.また、そのような高パワーの信号光
パルスを増幅すると、光増幅器では利得飽和等のために
十分な利得が得られず、この結果光増幅中継間隔が短く
なる.このように、従来の光ファイバ通信方式には伝送
距離に関して解決すべき課題があった.
本発明の目的は、以上に述べた様な従来の光増幅中継に
よる光ファイバ通信方式に残された課題を解決し、従来
比べてはるかに長距離まで光信号を伝送ができるように
した光ファイバ通信方法およびそれを実施するためのシ
ステムを提供することにある.
(課題を解決するための手段)
本発明の光ファイバ通信方法は、光ファイバを伝送媒体
とし、伝送路の途中で光のまま増幅して中継し信号光パ
ルスを伝送する光ファイバ通信方法であって、前記伝送
路の途中で、前記信号光パルスに少なくとも一回適量な
周波数チャーピングを与えることを特徴とする.
本発明の光ファイバ通信システムは、信号光パルスを生
成する光送信部と、前記光送信部から出力される信号光
パルスを伝送する光ファイバと、前記光ファイバ伝送路
の途上に配置され前記信号光パルスを増幅する少なくと
も一個の光増幅器と、前記光ファイバ伝送路の途上に配
置され前記信号光パルスに適量の周波数チャーピングを
付与する少なくとも一個の光位相変調器と、前記光位相
変調器に前記信号光パルスに同期して電気パルスを印加
する駆動回路と、前記光ファイバを伝送された信号光パ
ルスを受信する光受信部とを備えることを特徴とする.
(作用)
通常の単一モード光ファイバでは、波長1,3μm付近
に材料分散と梢遣分敗がつり合う零分散波長が存在し、
これより短波長開では正の分散値(正常分散)、長波長
側では負の分散値(異常分散)を取る.そして、正常分
散の波長領域では、長波長の光は短波長の光よりも光フ
ァイバ中を遠く伝搬し、逆に短波長の光は長波長の光よ
りも光ファイバ中を遅く伝撮する.したがって、分散値
と符号が異なる線形な周波数チャーピング(時間に対す
る変動量が一定な周波数変化)を光パルスに与えて光フ
ァイバを伝搬させると、この光パルスのパルス幅は光フ
ァイバ中のある地点までは狭まり、その後拡がるという
振る舞いを示す.したがって、光ファイバ長と周波数チ
ャーピングの大きさを適切に選べば、入力光パルスと出
力光パルスの幅を等しくすることが可能である.本発明
では、このような線形な周波数チャーピングを持つ光パ
ルスの光ファイバ伝搬特性に着目し、信号光パルスに適
量な周波数チャーピングを与えて前記光ファイバの波長
分散によるパルス拡がりを補償しつつ伝送させるもので
ある.この結果、本発明では、ビットレートが数G b
/ s以上の場合にも、伝送FI@離が数1000k
mに達するような光ファイバ通信システムを構築できる
という利点がある.また、本発明の方式は、従来の光ソ
リトンを利用する方式と異なって信号光パワーを厳密に
は制御する必要はなく、また、周波数チャーピングの符
号を変えれば正常分散、異常分散のいずれの波長域にお
いてもパルス拡がりを抑制できるという利点がある.こ
こで、光ファイバの伝搬特性の解析によれば、長さがL
(km)、分散値がD(ps/ n m / k m
)の単一モード光ファイバの場合、光パルスに1/ (
DL)nm/p sの線形な周波数チャーピングを加え
れば入力波形と出力波形をほぼ同じにすることができる
.また、本発明の光ファイバ通信システムの様に光位相
変調器を用いて周波数チャーピングを発生する場合、一
般に光周波数は駆動電圧の微分に比例して変化するので
、光位相変調器には放物線形状の電圧パルスを印加する
のが線形な周波数チャーピングを付加するためには最も
好ましい.
(実施例)
次に、図面を参照して、本発明の光ファイバ通信方法お
よびそれを実施するためのシステムについて更に詳しく
説明する.以下では光ファイバ通信システムの楕成を説
明しながら併せて光ファイバ通信方法も説明する.第1
図は、本発明による光ファイバ通信システムの第1の実
施例の構成図である.この図において、1は光送信部、
6,41.42は光位相変調器とその駆動回路を含む周
波数チャーピング付与部、21,22.23は伝送路で
ある光ファイバ、31.32はEr添加光ファイバ増幅
器、5は光受信部である.ここで、31と32、および
41と42は同一なので、その内S構成の詳細は省いて
いる.
本実施例では、一半導体レーザl1は波長1.536+
czmのI nGaAsP/I nP分布帰還型半導体
レーザ、光強度変調器12は変調周波数帯域が約10G
Hzの進行波型LiNbO,マツハツェンダ光変調器、
光ファイバ21,22.23はいずれも長さ100km
、波長1.536μmでの損失0.2dB/km、分散
値−16ps/nm/km(異常分散)の単一モードシ
リ力ファイバ、光位相変調器61および411は半波長
電圧6V、変調帯域13GHzの進行波型LiNbO,
光位相変調器、励起光源314は最大出力として100
mWが得られる波長1.48μmの■nGaAsP/I
nPファブリベ口型半導体レーザ、光合分波器312,
313は波長1.48μm帯の励起光と波長1.536
μmの信号光との合波および分波が可能な波長多重用単
一モード光ファイバカッグラ、Er添加光ファイバ31
1はコア径7μm、長さ20m,Er濃度300ppm
のEr添加単一モード光ファイバ、光分岐器412は波
長1.536μmでの分岐比が20対1の単一モード光
ファイバカップラ、光検出器413はI nGaAsフ
ォトダイオード、信号光受信器51は10GHz以上ま
で応答可能なI nGaAsアバランシ・フォトダイオ
ードである.本実施例の光ファイバ通信システムでは、
まず、InGaAsP/InP分布帰還型半導体レーザ
11から出力された信号光は、情報信号入力端子10か
ら入力して増幅回路l3で増幅した5 G b / s
、RZ符号の電圧パルスが印加されたL i N b
O sマッハツエンダ光変調器12によって変調される
.この5 G b / sの信号光パルスは、さらに進
行波型LfNbO,光位相変調器61によって周波数チ
ャーピングが与えられた後に、単一モードシリ力ファイ
バ21に送出される.そして、この単一モードシリカフ
ァイバを伝送された信号光パルスは励起光R314から
励起光と光ファイバカップラ312によって合波される
.光ファイバカップラ312から出力される合波光はE
r添加光ファイバ311に入射され、20dB程度光増
幅される.このEr添加光ファイバ中で増幅された信号
光パルスは、光ファイバカップラ313によって励起光
から分離され光分岐器412に加えられる.光分岐器4
12は入力された信号光パルスのパワーの95%を進行
波型LiNbO,光位相変調器411に入力する.@号
光パルスはここで再び周波数チャーピングを付与されて
次の単一モード光ファイバ22に送出される.一方、信
号光パルスのパワーの約5%は、I nGaAsフォト
ダイオード413で受光され信号光パルスと進行波型L
INbO3光位相変調器411に印加される電圧パルス
との同期を取るために使用される.以下同様の手順で、
信号光パルスは、Er添加光ファイバ増幅器32、周波
数チャーピング付与部42および単一モード光ファイバ
23を伝搬し、InGaAsアバランシ・フォトダイオ
ード51で受光される.そして、復調回路52で情報信
号が再生され情報信号出力端子50から出力される.こ
こで、周波数チャーピング付与部41.42において、
タイミング抽出回路414では信号光パルスと同期した
正弦波電圧を発生する.そして、駆動回路415では、
この正弦波電圧を疑似的に放物線形状にするために半波
整流、増幅して光位相変調器411を駆動している.第
2図に、光位相変調器411へ光分岐器412から入力
される信号光パルスの波形、その周波数および駆動回路
415から与えられる駆動電圧の波形、ならびに光位相
変調器411から出力される信号光パルスの周波数の様
子を示す.本実施例では、長さ100kmの単一モード
光ファイバの分散は、いずれも−1 6 0 0 p
s / n mで、入力波形と出力波形が等しくなるよ
うに周波数チャーピング量は6×10−’nm/ p
s [=0 . 1 1 GHz/ p s ]とした
.このときの進行波型LiNbO,光位相変調器411
の所要駆動電圧はおよそ18Vであった.第3図は、上
記実施例の光ファイバ通信システムにおける信号光パル
スのパワーとパルス幅の伝送距離依存性を示したもので
ある.この例では、送信光パワーはOdBmであり単一
モード光ファイバを伝搬すると0.2dB/kmの割合
で減衰するが、100km間隔ごとに約20dB光増幅
されるので、伝送後に受信される光パワーは約−22d
Bmである.また、パルス幅については、周波数チャー
ピングを付与しているので、長さ100kmの各々の光
ファイバの中間地点までは圧縮され、その後は広がると
いう振る舞いを示すが、受信時のパルス幅は100ps
で送信時と同じに保持されている.以上に述べた特性に
より、本実施例では、5 G b / sの信号を30
0kmに渡って誤り率IQ−12以下の品質で伝送させ
ることができた.
これに対して、比較のために従来の様に、周波数チャー
ピング付与部6,41.42を取除いた場合には、パル
ス拡がりによる符号間干渉のために全く伝送ができなか
った.
第4図は、本発明による光ファイバ通信システムの第2
の実施例を示す構成図である.第1図に示した第1の実
總例と異なる点は、情報信号入力端子10(図示してな
いが、第1図と同様に光送信部1に設けられている端子
である)にはIOGb/s,RZ符号の電圧パルスが印
加され、かつ、周波数チャーピング付与部の個数を増や
していることである.この図において、伝送路である光
ファイバ71,72,73,74,75.76は、いず
れも第1の実施例と同種の単一モードシリカファイバで
あるが、その長さは50kmである.その他の構成は、
第1図と同様であるので同一の要素には同一の番号を付
して示す.第4図に見られるように、本実施例では、周
波数チャーピング付与部が第1図の実施例より多い5カ
所に設けてあるが、これは進行波型LiNbO,光位相
変調器の所要駆動電圧の低減をはかるためである.すな
わち、入力波形と出力波形が等しくなるような周波数チ
ャーピングを与えるために必要な駆動電圧は、ビットレ
ートの二乗に比例して増加するので、ファイバ長を半分
にすることによって光ファイバの分散量を減らし駆動電
圧の増加を抑えている.この実施例の1 0 G b
/ sの場合では、長さ50kmの単一モード光ファイ
バの入力波形と出力波形が等しくなるようにするための
進行波型Li N b O s光位相変調器の所要駆動
電圧は、およそ36Vであった.第5図は、第4図に示
した第2の実施例における信号光パルスのパワーとパル
ス幅の伝送距離依存性を示したものであり、この場合に
も送信時と受信時のパルス幅を同じ50pSに保つこと
ができ、1 0 G b / sの信号を30Okmに
渡って誤り率10−”以下の品質で伝送させることがで
きた.以上、本発明による光ファイバ通信方法およびシ
ステムについて実施例を用いて説明したが、本発明はこ
の実施例に限られることなくいくつかの変形が考えられ
る.例えば、光増幅器には、実施例ではEr添加光ファ
イバ増幅器を使用したが、本発明では半導体レーザ媒質
を用いるものや光ファイバの非線形光学効果を用いる増
幅器でもよい.また、光位相変調器は、LiNbo,以
外に種々の半導体材料を用いる素子でも良く、基本的に
はほぼ線形な周波数チャーピングを信号光パルスに付与
できればいかなる手段でもよい.さらに、光増幅器およ
び周波数チャーピング付与部の個数、配置場所等は、シ
ステム設計に合わせて適宜変更されるべきのらのであり
、本実施例に限定されないことは言うまでもない.また
、光送信部、光ファイバ、光受信部なども、その性能を
有する限りいかなる素子、要素であってもよい.
(発明の効果)
以上に説明したように、本発明の光ファイバ通信方法お
よびシステムでは、線形な周波数チャーピングを持つ光
パルスの光ファイバ伝搬特性に着目し、光増幅中継され
る信号光パルスに適量な周波数チャーピングを与えて光
ファイバの波長分散によるパルス拡がりを補償しつつ伝
送させている.この結果、本発明では、ビットレートが
数Gb/S以上の場合にも、伝送距離が数1000km
に達するような光ファイバ通信システムを構築できると
いう利点がある.また、本発明の方式は、従来の光ソリ
トンを利用する方式と異なって信号光パワーを厳密には
制御する必要はなく、また、周波数チャーピングの符号
を変えれば正常分散、異常分散のいずれの波長域におい
てもパルス拡がりを抑制できるという利点がある.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an optical fiber communication method using an optical fiber as a transmission medium and an optical fiber communication system for carrying out the method. (Prior art) In optical fiber communication systems currently in practical use, a photodetector converts a signal light pulse attenuated by optical fiber propagation into an electrical signal, amplifies this electrical signal, and then converts the amplified electrical signal into an electrical signal. Long-distance transmission is achieved by so-called regenerative relaying, in which a semiconductor laser is driven by a signal and regeneration is performed at the level of the signal light [for example, IE, Journal of Lightwave Technology ( IEEE Journal of
Lightwave Technology), Volume 3 (1985), 1005 Baseco. This method has the disadvantage that it can only support bit rates determined by electrical circuits because the relay process involves optical-to-electrical-to-optical conversion.
On the other hand, recently, research has been actively conducted on optical amplification and relay communication, in which signal light pulses are amplified and relayed in the optical state using optical amplifiers and transmitted.
Volume 8 (1989), pages 282-290. In this type of optical amplification relay communication, the bit rate can be easily changed because there is no optical-to-electrical-to-optical conversion described above. It also has the advantage of being able to flexibly respond to future technological innovations such as bidirectional optical fiber communications and wavelength multiplexed optical fiber communications. Here, as an optical amplifier, so far, 1) those using a semiconductor laser medium, 2) those using an optical fiber doped with rare earth elements such as Er in the core, and 2) those using stimulated Raman scattering, stimulated Brillouin scattering, etc. of the optical fiber. Some methods using nonlinear optical effects have been reported. (Problem to be Solved by the Invention) The maximum transmission distance that can be achieved in optical fiber communication using conventional optical amplification repeaters is due to deterioration of the signal-to-noise ratio (SN ratio) due to accumulation of optical noise or pulse broadening due to optical fiber dispersion. Mainly limited. Of these factors,
Regarding the deterioration of the S/N ratio, it is not a particularly big problem for transmission up to several thousand kilometers. On the other hand, pulse broadening due to optical fiber dispersion increases rapidly in proportion to the square of the bit rate, and becomes a major limiting factor for transmission distance at bit rates in the Gb/s band. For example, a typical single mode optical fiber has a dispersion of about 20 Ps/nm/km at a wavelength of around 1.55 μm. Therefore, if we consider the case where signal light in this wavelength range is transmitted using a single mode optical fiber, the maximum transmission distance is bit rate} 2
Approximately 1000km in Gb/s, 10Gb/s
It will only be about 40km. Recently, as a method to alleviate the limitation on transmission distance due to the above-mentioned pulse spread,
An optical soliton that utilizes self-phase modulation of an optical fiber has been demonstrated at the laboratory level [for example, Optics Letters]
) magazine, Volume 13 (1988), page 675, and Electronics Letters (Electroni
csLetters), Volume 25 (1989, 1
99 pages]. However, in this method using optical solitons, the signal light pulse not only requires a high peak power of several tens of milliwatts to about IW, but also requires strict control of the optical power to generate optical solitons. The disadvantage is that it does not. Furthermore, when such high-power signal light pulses are amplified, the optical amplifier cannot obtain sufficient gain due to gain saturation, etc., and as a result, the optical amplification repeater interval becomes short. As described above, conventional optical fiber communication systems have issues that need to be resolved regarding transmission distance. The purpose of the present invention is to solve the problems remaining in the conventional optical fiber communication system using optical amplification and repeating as described above, and to create an optical fiber that can transmit optical signals over a much longer distance than before. The objective is to provide a communication method and a system for implementing it. (Means for Solving the Problems) The optical fiber communication method of the present invention is an optical fiber communication method that uses an optical fiber as a transmission medium, amplifies and relays the light as it is in the middle of the transmission path, and transmits signal light pulses. The method is characterized in that an appropriate amount of frequency chirping is applied to the signal light pulse at least once in the middle of the transmission path. The optical fiber communication system of the present invention includes: an optical transmitter that generates a signal light pulse; an optical fiber that transmits the signal light pulse output from the optical transmitter; at least one optical amplifier that amplifies the optical pulse; at least one optical phase modulator disposed on the optical fiber transmission line that imparts an appropriate amount of frequency chirping to the signal optical pulse; and the optical phase modulator It is characterized by comprising a drive circuit that applies an electric pulse in synchronization with the signal light pulse, and an optical receiver that receives the signal light pulse transmitted through the optical fiber. (Function) In a normal single mode optical fiber, there is a zero dispersion wavelength near the wavelength of 1.3 μm where the material dispersion and the fiber separation are balanced.
At shorter wavelengths, it takes a positive dispersion value (normal dispersion), and at longer wavelengths it takes a negative dispersion value (abnormal dispersion). In the wavelength region of normal dispersion, long wavelength light propagates farther through the optical fiber than short wavelength light, and conversely, short wavelength light propagates slower through the optical fiber than long wavelength light. Therefore, if an optical pulse is propagated through an optical fiber by applying linear frequency chirping (frequency change with a constant variation over time) whose sign is different from the dispersion value, the pulse width of this optical pulse will change at a certain point in the optical fiber. It exhibits a behavior of narrowing until then and then widening. Therefore, by appropriately selecting the optical fiber length and frequency chirping, it is possible to equalize the width of the input optical pulse and the output optical pulse. The present invention focuses on the optical fiber propagation characteristics of optical pulses having such linear frequency chirping, and provides an appropriate amount of frequency chirping to the signal optical pulse to compensate for pulse broadening due to wavelength dispersion of the optical fiber. It is something that is transmitted. As a result, in the present invention, the bit rate is several Gb
/s or more, the transmission FI@ distance is several 1000K
The advantage is that it is possible to construct an optical fiber communication system that reaches m. In addition, unlike conventional methods using optical solitons, the method of the present invention does not require strict control of signal light power, and by changing the sign of frequency chirping, it is possible to control whether normal dispersion or anomalous dispersion occurs. It has the advantage of suppressing pulse broadening even in the wavelength range. Here, according to the analysis of the propagation characteristics of optical fiber, the length is L
(km), and the dispersion value is D (ps/nm/km
), in the case of a single mode optical fiber with 1/(
DL) By adding linear frequency chirping of nm/ps, the input and output waveforms can be made almost the same. In addition, when frequency chirping is generated using an optical phase modulator as in the optical fiber communication system of the present invention, the optical frequency generally changes in proportion to the differential of the driving voltage, so the optical phase modulator has a parabolic curve. It is most preferable to apply a shaped voltage pulse to add linear frequency chirping. (Example) Next, the optical fiber communication method of the present invention and the system for implementing the same will be explained in more detail with reference to the drawings. In the following, while explaining the elliptical structure of optical fiber communication systems, we will also explain optical fiber communication methods. 1st
The figure is a configuration diagram of a first embodiment of an optical fiber communication system according to the present invention. In this figure, 1 is an optical transmitter;
6, 41.42 is a frequency chirping imparting section including an optical phase modulator and its driving circuit, 21, 22.23 is an optical fiber serving as a transmission path, 31.32 is an Er-doped optical fiber amplifier, and 5 is an optical receiving section. It is. Here, since 31 and 32 and 41 and 42 are the same, the details of the S configuration are omitted. In this embodiment, one semiconductor laser l1 has a wavelength of 1.536+
The czm InGaAsP/I nP distributed feedback semiconductor laser and the optical intensity modulator 12 have a modulation frequency band of approximately 10G.
Hz traveling wave LiNbO, Matsuha Zehnder optical modulator,
Optical fibers 21, 22, and 23 are all 100 km long.
, a single mode serial fiber with a loss of 0.2 dB/km at a wavelength of 1.536 μm and a dispersion value of -16 ps/nm/km (anomalous dispersion). traveling wave type LiNbO,
The optical phase modulator and excitation light source 314 have a maximum output of 100
■nGaAsP/I with a wavelength of 1.48 μm that can obtain mW
nP fabribe type semiconductor laser, optical multiplexer/demultiplexer 312,
313 is excitation light with a wavelength of 1.48 μm and a wavelength of 1.536
Single mode optical fiber coupler for wavelength multiplexing capable of multiplexing and demultiplexing with μm signal light, Er-doped optical fiber 31
1 has a core diameter of 7 μm, a length of 20 m, and an Er concentration of 300 ppm.
The optical splitter 412 is a single mode optical fiber coupler with a branching ratio of 20:1 at a wavelength of 1.536 μm, the photodetector 413 is an InGaAs photodiode, and the signal light receiver 51 is an Er-doped single mode optical fiber. This is an InGaAs avalanche photodiode that can respond up to 10GHz or higher. In the optical fiber communication system of this example,
First, the signal light output from the InGaAsP/InP distributed feedback semiconductor laser 11 is inputted from the information signal input terminal 10 and amplified by the amplifier circuit 13 at 5 Gb/s.
, L i N b to which a voltage pulse of RZ code is applied
Os is modulated by a Mach-Zehnder optical modulator 12. This 5 Gb/s signal light pulse is further subjected to frequency chirping by a traveling wave type LfNbO optical phase modulator 61, and then sent to a single mode serial fiber 21. The signal light pulse transmitted through this single mode silica fiber is combined with the pump light from the pump light R314 by the optical fiber coupler 312. The combined light output from the optical fiber coupler 312 is E
The light is input to the r-doped optical fiber 311, and the light is amplified by about 20 dB. The signal light pulse amplified in this Er-doped optical fiber is separated from the excitation light by an optical fiber coupler 313 and applied to an optical splitter 412. Optical splitter 4
12 inputs 95% of the power of the input signal light pulse to a traveling wave type LiNbO optical phase modulator 411. Here, the @ optical pulse is given frequency chirping again and sent to the next single mode optical fiber 22. On the other hand, approximately 5% of the power of the signal light pulse is received by the InGaAs photodiode 413, and the signal light pulse and the traveling wave type L
It is used to synchronize with the voltage pulse applied to the INbO3 optical phase modulator 411. Follow the same steps below,
The signal light pulse propagates through the Er-doped optical fiber amplifier 32, the frequency chirping section 42, and the single mode optical fiber 23, and is received by the InGaAs avalanche photodiode 51. The information signal is then reproduced by the demodulation circuit 52 and output from the information signal output terminal 50. Here, in the frequency chirping imparting sections 41 and 42,
The timing extraction circuit 414 generates a sine wave voltage synchronized with the signal light pulse. Then, in the drive circuit 415,
This sine wave voltage is half-wave rectified and amplified to drive the optical phase modulator 411 to give it a pseudo-parabolic shape. FIG. 2 shows the waveform of the signal light pulse input from the optical splitter 412 to the optical phase modulator 411, its frequency and the waveform of the drive voltage applied from the drive circuit 415, and the signal output from the optical phase modulator 411. This shows the frequency of the optical pulse. In this example, the dispersion of a single mode optical fiber with a length of 100 km is −1 6 0 0 p
s/nm, and the frequency chirping amount is 6 × 10-'nm/p so that the input and output waveforms are equal.
s [=0. 1 1 GHz/ps]. At this time, traveling wave type LiNbO, optical phase modulator 411
The required driving voltage was approximately 18V. FIG. 3 shows the dependence of the power and pulse width of the signal light pulse on the transmission distance in the optical fiber communication system of the above embodiment. In this example, the transmitted optical power is OdBm, and it is attenuated at a rate of 0.2 dB/km when propagating through a single mode optical fiber, but the optical power is amplified by about 20 dB at every 100 km interval, so the received optical power after transmission is is about -22d
It is Bm. In addition, since frequency chirping is applied to the pulse width, the behavior is compressed up to the midpoint of each 100 km long optical fiber and then widened, but the pulse width at the time of reception is 100 ps.
It is kept the same as when it was sent. Due to the characteristics described above, in this example, a 5 Gb/s signal can be
It was possible to transmit data over a distance of 0 km with an error rate of IQ-12 or less. On the other hand, for comparison, when the frequency chirping imparting sections 6, 41, and 42 were removed as in the conventional case, no transmission was possible due to intersymbol interference due to pulse broadening. FIG. 4 shows a second optical fiber communication system according to the present invention.
FIG. The difference from the first actual example shown in FIG. 1 is that the information signal input terminal 10 (not shown, but is a terminal provided in the optical transmitter 1 as in FIG. 1) is IOGb/s, RZ code voltage pulses are applied, and the number of frequency chirping imparting parts is increased. In this figure, optical fibers 71, 72, 73, 74, 75, and 76, which are transmission paths, are all single-mode silica fibers of the same type as in the first embodiment, but their length is 50 km. Other configurations are
Since this is the same as in Figure 1, the same elements are given the same numbers. As seen in FIG. 4, in this example, frequency chirping imparting sections are provided at five locations, which is more than in the example shown in FIG. This is to reduce the voltage. In other words, the drive voltage required to provide frequency chirping that makes the input and output waveforms equal increases in proportion to the square of the bit rate, so by halving the fiber length, the amount of dispersion in the optical fiber can be reduced. This reduces the increase in drive voltage. 10 Gb in this example
/s, the required driving voltage of a traveling wave LiNbOs optical phase modulator to make the input and output waveforms of a 50km long single mode optical fiber equal is approximately 36V. there were. FIG. 5 shows the transmission distance dependence of the power and pulse width of the signal light pulse in the second embodiment shown in FIG. It was possible to maintain the same 50 pS and transmit a 10 Gb/s signal over 300 km with an error rate of 10-'' or less.The above is the implementation of the optical fiber communication method and system according to the present invention. Although the present invention has been described using an example, the present invention is not limited to this embodiment, and several modifications can be made.For example, an Er-doped optical fiber amplifier was used as an optical amplifier in the embodiment, but in the present invention, an Er-doped optical fiber amplifier was used. It may be an amplifier that uses a semiconductor laser medium or an amplifier that uses the nonlinear optical effect of an optical fiber.Furthermore, the optical phase modulator may be an element that uses various semiconductor materials other than LiNbo, and basically a nearly linear frequency charger. Any means may be used as long as the chirping can be added to the signal light pulse.Furthermore, the number of optical amplifiers and frequency chirping adding parts, placement locations, etc. should be changed as appropriate according to the system design; Needless to say, the invention is not limited to this. Also, the optical transmitter, optical fiber, optical receiver, etc. may be any element or element as long as it has the performance. (Effects of the Invention) As explained above, the present invention The optical fiber communication method and system of the invention focuses on the optical fiber propagation characteristics of optical pulses with linear frequency chirping, and imparts an appropriate amount of frequency chirping to the signal optical pulses to be optically amplified and relayed to improve the wavelength dispersion of the optical fiber. As a result, in the present invention, even when the bit rate is several Gb/s or more, the transmission distance is several thousand kilometers.
The advantage is that it is possible to construct an optical fiber communication system that reaches . In addition, unlike conventional methods using optical solitons, the method of the present invention does not require strict control of signal light power, and by changing the sign of frequency chirping, it is possible to control whether normal dispersion or anomalous dispersion occurs. It has the advantage of suppressing pulse broadening even in the wavelength range.
第1図は、本発明による光ファイバ通信システムの第1
の実施例を示す楕成図、第2図は、その第1の実施例に
おける光位相変調器411へ入力される信号光パルスの
波形と周波数、および駆動電圧の波形、ならびに光位相
変調器411から出力される信号光パルスの周波数の様
子を示す図、第3図は、第1の実施例における信号光パ
ルスのパワーとパルス幅の伝送距離依存性を示す図、第
4図は、本発明による光ファイバ通信システムの第2の
実施例を示す構成図、第5図は、その第2の実施例にお
ける信号光パルスのパワーとパルス幅の伝送距離依存性
を示す図である.
1・・・光送信部、10・・・情報信号入力端子、11
・・・半導体レーザ、12・・・光強度変調器、13・
・・増幅回路、21,22.23・・・光ファイバ、3
1.32・・・光増幅器、311・・・Er添加光ファ
イバ、312.313・・・光合分波器、314・・・
励起光源、41,42,43,44,45.6・・・周
波数チャーピング付与部、411.61・・・光位相変
調器、412・・・光分岐器、413・・・光検出器、
414・・・タイミング抽出回路、415.62・・・
駆動回路、5・・・光受信部、50・・・情報信号出力
端子、51・・・信号光受信器、52・・・復調回路、
71,712,73,
74,
75,
76・・・光ファイバ.FIG. 1 shows a first diagram of an optical fiber communication system according to the present invention.
FIG. 2 is an elliptic diagram showing an example of the first example, and shows the waveform and frequency of the signal light pulse input to the optical phase modulator 411, the waveform of the driving voltage, and the optical phase modulator 411 in the first example. FIG. 3 is a diagram showing the transmission distance dependence of the power and pulse width of the signal light pulse in the first embodiment, and FIG. 4 is a diagram showing the transmission distance dependence of the signal light pulse in the first embodiment. FIG. 5 is a block diagram showing a second embodiment of an optical fiber communication system according to the authors, and is a diagram showing the dependence of the power and pulse width of the signal light pulse on the transmission distance in the second embodiment. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Optical transmitter, 10... Information signal input terminal, 11
... Semiconductor laser, 12... Light intensity modulator, 13.
...Amplification circuit, 21,22.23...Optical fiber, 3
1.32... Optical amplifier, 311... Er-doped optical fiber, 312.313... Optical multiplexer/demultiplexer, 314...
Excitation light source, 41, 42, 43, 44, 45.6... Frequency chirping imparting unit, 411.61... Optical phase modulator, 412... Optical splitter, 413... Photodetector,
414...timing extraction circuit, 415.62...
Drive circuit, 5... Optical receiver, 50... Information signal output terminal, 51... Signal optical receiver, 52... Demodulation circuit,
71, 712, 73, 74, 75, 76... optical fiber.
Claims (2)
ま増幅し中継し信号光パルスを伝送する光ファイバ通信
方法において、前記伝送路の途中で前記信号光パルスに
少なくとも一回適量な周波数チャーピングを与えること
を特徴とする光ファイバ通信方法。(1) In an optical fiber communication method in which an optical fiber transmission medium is used and a signal light pulse is transmitted by amplifying and relaying the light as it is in the middle of the transmission path, an appropriate amount of frequency is added to the signal light pulse at least once in the middle of the transmission path. An optical fiber communication method characterized by imparting chirping.
部から出力される信号光パルスを伝送する光ファイバと
、前記光ファイバ伝送路の途上に配置され前記信号光パ
ルスを増幅する少なくとも一個の光増幅器と、前記光フ
ァイバ伝送路の途上に配置され前記信号光パルスに適量
の周波数チャーピングを付与する少なくとも一個の光位
相変調器と、前記光位相変調器に前記信号光パルスに同
期して電気パルスを印加する駆動回路と、前記光ファイ
バを伝送された信号光パルスを受信する光受信部とを備
えることを特徴とする光ファイバ通信システム。(2) an optical transmitter that generates a signal light pulse; an optical fiber that transmits the signal light pulse output from the optical transmitter; and at least one disposed on the optical fiber transmission path that amplifies the signal light pulse. one optical amplifier; at least one optical phase modulator disposed on the optical fiber transmission line for imparting an appropriate amount of frequency chirping to the signal light pulse; and the optical phase modulator synchronized with the signal light pulse. What is claimed is: 1. An optical fiber communication system comprising: a drive circuit that applies electrical pulses to the optical fiber; and an optical receiver that receives signal light pulses transmitted through the optical fiber.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1310917A JPH03171036A (en) | 1989-11-30 | 1989-11-30 | Optical fiber communicating method and system |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03171036A true JPH03171036A (en) | 1991-07-24 |
Family
ID=18010938
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03171036A (en) |
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- 1989-11-30 JP JP1310917A patent/JPH03171036A/en active Pending
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