JPH04245231A - ソリトン光波伝送システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光波通信システムに関
し、さらに詳細には、ソリトン・パルスの伝播を可能と
するシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】光波通信システム、特に長距離光波通信
システムは、世界中でさかんに開発されている。益々高
いビット速度でさらに長い通信距離を達成した方式およ
び装置が報告されている。このようなシステムにおいて
は、ファイバの非直線性および分散のために、データ速
度の必要条件を満たす変調形式で非直線性の影響を比較
的受けないものとなると、代わりに利用できるものは制
限される。

【０００３】ソリトン・パルスの光ファイバ中の伝播は
、そのファイバにおける群速度の分散（ｄｉｓｐｅｒｓ
ｉｏｎ）の存在に依存するので、通信システムにおける
光波情報を伝達する１つの方法として、ソリトン・パル
スの伝播が提案された。光ファイバに固有の損失を抑え
るために、通信システムに沿って非電子的な増幅要素を
配置してソリトン・パルスの増幅を行う。非電子的な増
幅要素により、信号が電子的なパルスに変換されること
なく光子パルスとして増幅される。これらの増幅要素に
は、ドープト・ファイバ増幅器、半導体進行波増幅器、
ラマン増幅器、および位相コヒーレント連続波（ＣＷ）
注入増幅器が含まれる。非電子的な増幅要素は、ソリト
ン・パルスのピーク・エネルギーを増加させる一方、同
時にその幅を減少させるという必要とされる付加的な性
質も与えると言われている。

【０００４】通信システムの全長が数百キロメートルを
超えると、光ファイバの長さに沿って増幅連鎖を形成す
るように増幅器要素の間に所定の距離だけ間隔を置く必
要がある。つまり、複数の光増幅器が個々の長さの光フ
ァイバで相互に接続される。増幅要素の間に間隔を置く
ことは、依然として比較的不正確な知識であり、たぶん
、費用および将来のシステム保守の理由から増幅器間の
間隔は１００ｋｍ程度であるべきだと言う長距離通信シ
ステムの設計者の指定によるものと思われる。このよう
な指定は、システムの性能および品質への影響を無視す
るものである。波長分割多重ソリトン・システムでは、
ラマン増幅器のポンプ源の間隔は、ソリトン・パルスの
僅かな速度（波長）転換しか取り込まないような適切な
距離となるように決定された。ラマン・ポンプ源に対す
る増幅器間の間隔Ｌは、ソリトン周期ｚ０との関係で、
ｚ０＞Ｌ／４と決められている。またその特許において
、ｚ０＜Ｌ／１６を満足する増幅器間の間隔も、ｚ０が
ほぼＬ／８に等しくなるあたのソリトンの安定性の問題
を克服するのに望ましいとして提案されている。ラマン
増幅システムに対しては前記のような指針が存在するが
、ドープト・ファイバ増幅器を含むシステムのような集
約増幅器（ｌｕｍｐｅｄ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）システ
ムにおける増幅器間の間隔に付いては明確な指針がない
。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】発明が解決しようとす
る課題は、ドープト・ファイバ増幅器を含むシステムの
ような集約増幅器システムにおける増幅器間の間隔につ
いて明確な指針を与え、長距離ソリトン光波通信を可能
とすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】システムの摂動長よりは
るかに長いソリトン周期を有するパルスを発生する送信
器または放射源を取り入れ、経路平均ソリトン・エネル
ギーが正常なソリトン・エネルギーにほぼ等しくなるよ
うにソリトン・パルスに対し十分な利得を与えるように
制御された光増幅器を利用し、さらに光ファイバの区間
ごとに経路平均の分散がほぼ等しくなるようにシステム
の分散特性が十分周期的であるようにシステム全体にわ
たって相互接続された光ファイバ部分を含めることによ
って、長い光ファイバによって相互接続された集約ファ
イバ増幅器の連鎖を利用した長距離ソリトン光波通信シ
ステムにおいて、結果的にパルスの歪および分散波の放
射を最小にする。摂動長は、連続する増幅器間の光ファ
イバの長さによって定義される増幅周期、または分散が
周期的性質を呈する最小の長さによって定義される分散
周期の何れか、はるかに長い方に定義される。

【０００７】単一チャネル・システムおよび波長分割多
重化システムの実施例を説明する。波長分割多重化動作
については、チャネル間の分離の結果、衝突長が摂動長
の２倍に等しいかまたはそれより大きくなければならな
いような波長の異なるチャネルからのパルスに対するソ
リトン間の衝突長が生じることを示す。

【０００８】

【実施例】単一チャネルのソリトン伝送システム図１に
おいて、システムは、光波送信器１０、複数の光ファイ
バ１２−１〜１２−（ｎ＋２）、複数の光増幅器１１−
１〜１１−（ｎ＋１）、および光波受信器２０を含む。 ソリトン・パルスは、送信器１０によって形成されて、
単一モード光ファイバ１２−１に結合される。ファイバ
はそれを通って伝播するパルスを減衰させるので、光増
幅器１１−１に到達するパルスは、それらがファイバ１
１ー１にその入力端において結合されたときより、振幅
が小さい。光増幅器１１ー１により増幅された後、パル
スは、ファイバ１２−２などを通って伝播し続けながら
光増幅器１１ー２〜１１−（ｎ＋１）によって周期的に
増幅されていく。パルスがファイバ１２ー（ｎ＋２）の
出力端に達すると、パルスは受信器２０において検出さ
れる。

【０００９】送信器１０は、光ファイバ１２ー１に結合
するためのパルス・スペクトラムにおける中心波長にパ
ルスを与える。これらのパルスは、およそ双曲線正割（
ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ　ｓｅｃａｎｔ）の強度包絡線を
有し、さらに適切なファイバにおいて基本的なソリトン
・パルスを形成するために関係付けられたパルス幅τお
よびピーク・エネルギーを有する。ソリトン・パルスの
伝播をサポートするのに適したファイバは、少なくとも
伝送波長において異常分散を与える低損失かつ低分散の
単一モード光ファイバである。この送信器は伝送システ
ムにおいてソリトン周期ｚ０を有するソリトンを発生す
ることが以下において明かとなる。

【００１０】当分野において周知のとおり、波長が単一
モード光ファイバの異常群速度分散領域にあるようなパ
ルスだけが、ソリトンになることができる。従って、送
信器１０からのパルスの中心波長は、ファイバ１２ー１
〜１２ー（ｎ＋２）の異常群速度分散領域にあると考え
られる。また、中心波長は、光ファイバの低損失領域に
あるように都合良く選択される。例えば、シリカ・ベー
スの光ファイバを用いたシステムでは、中心波長は、１
．５５μｍ付近の低損失領域に選ばれる。

【００１１】光増幅器１１ー１〜１１ー（ｎ＋１）は、
システムに電磁エネルギーを注入することによって伝播
するソリトン・パルスの振幅を変化させる。これらの増
幅器によって、ソリトン・パルスは全増幅過程を通して
光のままでいることができる。一連の増幅器が、増幅周
期として知られるほぼ等しい距離Ｌだけ間隔を開けて示
されている。これらの増幅器によって与えられる利得は
、増幅周期Ｌ、光ファイバの固有損失、および増幅器の
雑音などによって影響を受ける広い範囲にわたって変化
し得る。エルビウムをドープした光ファイバ増幅器が光
増幅器として使用された本発明の実験例では、増幅器の
利得を１０ｄＢかそれ以下の値に維持して、「疑似的な
分布増幅器」を与えるとともに、システムの適切な信号
対雑音比のために瞬間的なあるいは蓄積され増幅された
自発放射雑音をかなり低く保つようにした。以上のよう
に、増幅器どうしの利得はほぼ等しく、増幅器どうしの
間隔もほぼ等しいが、増幅器の利得および増幅器の間隔
設定のために均一性からの名目上の逸脱を利用しても良
い。

【００１２】半導体増幅器、ドープト・ファイバ増幅器
などのような非電子的増幅器は、当業者にとって周知で
あり、ここで使用する予定である。同様に、適切な光波
送信器、光波受信器、および光ファイバは、当業者には
周知であるから、ここでは説明しない。

【００１３】ソリトンの伝播は、非線形シュレーディン
ガー方程式の分散項と非線形項との間の経路に沿った絶
え間ない平衡化を伴うと通常考えられる。従って、固有
損失を一様に補償する分布増幅がソリトンの長距離伝送
には必要であると考えられていた。事実、分布ラマン増
幅によるラマン効果によって、分布増幅を用いるそのよ
うな伝送の最初の実験的研究が可能となった。

【００１４】ソリトン伝送のための分布増幅は、最近、
図１に示したような対応する長さの光ファイバ１２ー１
〜１２ー（ｎ＋２）によって互いに分離されエルビウム
・ドープされた光ファイバ増幅器１１ー１〜１１ー（ｎ
＋１）の連鎖を用いる集約増幅に取って代わられた。本
発明の原理によれば、増幅周期Ｌが、分散的かつ非線形
的に重大な影響のある距離尺度に関して非常に短いとき
、ソリトンの伝送は、改善され最適化される。増幅周期
は、連続する増幅器間の光ファイバの長さによって定義
される。分散的かつ非線形的に重大な影響のある距離尺
度は、ソリトン周期ｚ０によって測定される。ソリトン
周期が、 ｚ０＝０．３２２（π２ｃ／λ２）・（τ２／Ｄ）によ
って特徴付けられることは周知である。ただし、ｃは真
空中における光の速さであり、Ｄは光ファイバ１２ー１
〜１２ー（ｎ＋２）の経路平均された群速度分散である
。条件Ｌ＜＜ｚ０に対しては、パルス幅を含むソリトン
・パルスの形は、１つの増幅周期の間は実質的に乱され
ない。各増幅周期Ｌにわたって蓄積された非線形効果は
、相当する経路平均エネルギーから単純に決められる。 経路平均エネルギーＰｐａｔｈ（次の式の左辺をこのよ
うに表す）は、次のように計算される。

【数１】 ここで、Ｐ（ｚ）は、ソリトン・パルスの実際のエネル
ギーで距離の関数であり、ｌ（数１におけるｌの筆記体
に代わる表記である）は、経路の長さである。周期的な
増幅の条件に対しては、経路長ｌは、増幅周期Ｌまたは
増幅周期の整数に等しく設定される。経路平均エネルギ
ーを１つの増幅期間から次の増幅期間までの通常のソリ
トン・エネルギーにほぼ等しく保つことにより、良く制
御されたソリトン伝送をサポートすることができる。通
常のソリトン・エネルギー（正規ソリトン・エネルギー
と称する）Ｐｓｏｌは、実質的に損失のない（「理想的
な」）光ファイバ内の伝送に必要なソリトンのエネルギ
ーである。

【００１５】図１に示した光ファイバ・システムについ
て、本発明の関係がソリトン周期と増幅周期との間にあ
るとまず第１に理解することが役立つ。しかし、増幅周
期は、ソリトンの伝播に影響を与えるいくつかの異なる
摂動の１つに過ぎない。もう１つの重要な摂動は、光フ
ァイバに対する分散Ｄの変化である。１つの光増幅器か
ら次の光増幅器までの長い光ファイバの区間は、各光フ
ァイバが図２に示したように僅かに異なる分散値を呈す
る複数の異なる光ファイバからなるので、ＬＤと定義さ
れる連続するファイバの区間についてほぼ同様の経路平
均分散Ｄ（数２の左辺を「Ｄ」のように表す）を達成す
るように複数のファイバを接続することによって、分散
の変化を制御することができる。経路平均分散Ｄは、次
のように算出される。

【数２】 ただし、Ｄ（ｚ）は、光ファイバの実際の分散であり、
距離の関数である。図２に示したシステムの典型的な部
分の光ファイバに対する経路平均分散Ｄは、Ｄと記した
波線で示した。分散は、ＬＤに関して厳密には周期的と
はならないが、その空間的なフーリエ変換の有効な成分
が、ＬＤより長い波長に対して遮断される。従って、本
発明のさらに広い関係を分析する場合、摂動長がＬＤお
よびＬの大きい方に定義されるならば、摂動長Ｌｐｅｒ
ｔとして知られる量は、ソリトン周期を超えるべきでは
ない。

【００１６】何ギガものビット速度に適合するソリトン
のパルス幅τは、一般に３０乃至５０ｐｓｅｃである。 一方、２５乃至５０ｋｍ程度までの範囲のＬｐｅｒｔに
対しｚ０＞＞Ｌｐｅｒｔの領域は、せいぜい数ｐｓ／ｎ
ｍ／ｋｍの群速度分散に対応する。このレベルの分散は
、標準の分散シフト（分散の転換を施した）光ファイバ
を用いることによって低損失波長領域において得られる
。大洋横断伝送距離に対し低分散光ファイバを使用する
ことにより、ゴードンーハウス（Ｇｏｒｄｏｎ−Ｈａｕ
ｓ）効果によるパルスの到達時間の変動が軽減されると
ともに、ソリトン・パルス対の間隔がソリトン・パルス
幅の５倍以上となるようにソリトン・パルス対の相互作
用が微細に縮小される。

【００１７】前記の範囲に対し関係ｚ０＞＞Ｌｐｅｒｔ
を満足する考察中のシステムに対するｚ０の実際的な値
は、約ｚ０または数百キロメートルまたはそれ以上であ
る。換言すれば、システムの長さ全体に及ぶには、数十
（≦５０）のソリトン周期が必要である。ここで、この
ようなソリトン周期とシステムの全長との間の関係によ
って、ソリトンの安定性が促進されることが分かる。シ
ステムの長さに及ぶのに必要なソリトン周期の数は、お
よそ百以上であり、ソリトンの振幅およびパルス幅は、
伝播距離の増加とともに増加する。この増加により、各
ソリトンがファイバを伝播するに伴って、各ファイバに
有害な不安定性がもたらされる。この不安定性が、シス
テムに示されているが、このシステムでは、公称のシス
テム・パラメータは、システム長９０００ｋｍ、増幅器
間隔３１ｋｍ、ソリトン周期ｚ０であり、約２０乃至６
０ｋｍに狭く制限されている。先に引用した論文では、
分散の変化に対する説明は全く為されていない。引用し
た論文の結果と対比して後述するように、現在のシステ
ムは、ファイバごとに分散が異なる現実の状況下でも安
定したソリトンの伝播に必要な条件を備えている。

【００１８】分散シフトされたファイバでは、群速度の
分散が、線引きごとに約±０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ異な
る傾向がある。線引きの長さは、一般に１０から２０ｋ
ｍ程度である。これは、低分散ファイバに対しては、大
きな部分的変動である。群速度の分散におけるこのよう
な変動は、ソリトンの伝播に対しエネルギーの変動と同
様の影響を及ぼす。群速度の分散は、ソリトンの伝播経
路に沿って刻々と無作為に変化するので、ｚ０に比較し
て短い経路について平均をとる限りにおいて、経路平均
群速度の分散Ｄだけが関心の対象である。つまり、ＬＤ
は、ソリトン周期よりはるかに小さい。

【００１９】損失のある光ファイバに対する正規化シュ
レーディンガー方程式は、

【数３】 である。ただし、δ（ｚ）は、次のように定義される正
規化された群速度分散パラメータである。

【数４】 ただし、Ｄ（ｚ）は、局所的な経路平均群速度分散であ
り、Ｄｓはシステムの経路平均群速度分散である。

【００２０】Ｌｐｅｒｔがｚ０よりはるかに小さいとい
う本発明の制限内においては、群速度分散および非直線
性を摂動として扱うことができる。最低次の近似として
、式（１）は次のように書き換えられる。

【数５】 これは、周期Ｌを有する最低次の解

【数６】 を持つ。式（１）に式（４）を代入すると、

【数７】 となる。ただし、α＝２Γは、エネルギー損失率パラメ
ータである。Ｌを群速度分散および非直線性による摂動
に関する微分Ｌ＝Δｚとして扱うと、次のようになる。

【数８】 新たなシュレーディンガー方程式を次のようにかくこと
ができる。

【数９】 ここで、ρは、Ｌにおけるピーク・ソリトン・エネルギ
ーに対する経路平均ソリトン・エネルギーの割合である
。各（線引き分の）ファイバが、各増幅器周期Ｌについ
て平均した場合の群速度分散がほぼＤｓに等しくなるよ
うに配列された場合、ほぼδ（ｚ）＝１であることが分
かる。無損失のファイバにける正規ソリトン・エネルギ
ーとして定義されるＰｓｏｌに対して、各増幅器周期の
最初におけるソリトンのエネルギーは、Ｐｓｏｌ／ρで
あり、経路平均ソリトン・エネルギーは、Ｐｓｏｌに等
しい。実際のファイバに対しては、正規ソリトン・エネ
ルギーを次のように算出できるように便宜上決定された
。

【数１０】 ただし、λは、ソリトン・パルスの波長であり、Ａｅｆ
ｆは、有効コア断面積（一般に、分散シフト光ファイバ
の場合、３５μｍ２）であり、ｎ２は、非線形インデッ
クス係数（シリカ・コア・ファイバの場合、３．２ｘ１
０−１６ｃｍ２／Ｗ）であり、τは、最大値の１／２に
おけるパルス幅である。

【００２１】群速度の分散の変化は増幅周期Ｌに等しい
長さにわたって制御できることを示してきたが、変化を
そのように制限する必要はない。群速度の分散の他の変
化、例えば、ＬＤ＞Ｌ（Ｌｐｅｒｔ＝ＬＤ）であるよう
な条件およびＬＤ＜Ｌ（Ｌｐｅｒｔ＝Ｌ）であるような
条件が考えられる。後者の条件の集合については、Ｄ（
ｚ）の無視できないほど大きなフーリエ成分がソリトン
周期ｚ０よりかなり短い波長においてのみ発生するなら
ば、満足なソリトン伝播を達成することができる。つま
り、Ｄ（ｚ）の無視できないほど大きいフーリエ成分は
、ｚ０に対応する空間周波数以下で遮断する。

【００２２】システムの数値的なシミュレーションのた
めに、増幅器間隔、分散特性、およびソリトン・エネル
ギーに対するシステム・パラメータを増幅周期Ｌ＝１０
０ｋｍの図２および図３に示したように、選択した。た
だし、このように長い増幅周期は、相応の高利得ドープ
されたファイバ増幅器に伴う過度の自然放射ノイズにた
めに、通常は好ましくない。群速度の分散の変化も、便
宜上、ＬＤ＝１００ｋｍの周期を有するが、これを図２
に示す。システムの経路の全長は、９００ｋｍに達する
。５０、３５、２５、２０および１５ｐｓｅｃのソリト
ン・パルス幅τに対し、次の式、

【数１１】 のｚ０から導かれるソリトン周期の対応する値は、ソリ
トンの波長λが１．５６μｍの場合、それぞれ９８０、
４８０、２４０、１６０および９０ｋｍである。９８０
ｋｍおよび４８０ｋｍのソリトン周期（ｚ０）を有する
ソリトン・パルスは、１００ｋｍの摂動長をはるかに超
えていて、全システム長を伝播した後もパルス波形やパ
ルス・スペクトラムに全く歪を受けない。ソリトン・パ
ルスが、２４０ｋｍの周期（ｚ０）（これは、Ｌｐｅｒ
ｔの２．４倍に過ぎない）を示す場合、システムの入力
において対にして放出されたパルスと９，０００ｋｍに
わたって伝播した後のパルス出力との間に僅かな偏差が
見られる。この偏差を図４、５、および６に示す。各図
には、入力ソリトン・パルス対特性は、点線の曲線４１
、５１、および６１にそれぞれ表して示し、出力ソリト
ン・パルス対特性は、実線の曲線４２、５２、および６
２にそれぞれ表して示した。図４および５の曲線は、時
間の関数としてのソリトン・パルス強度Ｉの線形尺度表
現および対数尺度表現を表す。図６は、ソリトン・パル
ス強度の周波数スペクトラムを示す。

【００２３】ソリトン周期が、ｚ０＝１６０ｋｍおよび
９０ｋｍに近付き、さらにこれ以下になると、ソリトン
・パルスの波形およびスペクトラムは、システムのシミ
ュレーションにおいて悪化がみられた。ソリトン・パル
スが悪化すると、エネルギーを失い分散波を放射する。 このことは、図５における対数強度曲線において、−４
００ｐｓから−２００ｐｓおよび２００ｐｓから４００
ｐｓにかけてパルス対に翼または裾状の波形が発生する
ので知ることができる。周期ＬＤを変えることなく図２
の分散特性を逆にするようにファイバを配置することに
より、パルスの摂動がさらに減少した。

【００２４】実験的試行から得た他の例において、分散
シフト光ファイバ（Ｄは、約１−２ｐｓ／ｍｕｍ／ｋｍ
）の再循環ループを用いて、超長距離の高ビット速度ソ
リトン伝送システムのシミュレーションを行った。この
ファイバ・ループは、約７５から１００ｋｍの長さで、
エルビウムをドープした低利得のファイバ増幅器を２５
乃至３０ｋｍごとに挿入した。２Ｇｂｐｓの速度で９０
００ｋｍ伝送した後、５０ｐｓｅｃのパルス幅のソリト
ン・パルスが、６３ｐｓｅｃの有効幅を示した。公称１
．５μｍの半導体レーザ光源を用いて、１０ー９より良
好な誤り率が達成された。

【００２５】前記の分析から分かったことは、エネルギ
ーおよび分散の変動の固有の長さの基準、つまり摂動長
がｚ０よりはるかに小さい限り、ソリトンは、それらの
大きな変動に対して著しい回復力があることである。結
論として、超長距離ソリトン伝送システムに集約増幅器
を用いることにも、実用的な分散シフト光ファイバを用
いることにも一切障害はないものと思われる。

【００２６】波長分割多重化ソリトン・システムの説明
ソリトンの伝送によって与えられる超長距離伝送に対す
る完全に光学的な方法の魅力的な特徴として、これによ
り波長分割多重化（ＷＤＭ）が容易になることがあげら
れる。ほとんどの伝送モードに付いて、異なる波長にお
けるパルス間の非線形相互作用および光ファイバの非線
形特性が原因となって、激しいチャネル間干渉を起こす
傾向がある。一様に中和された固有ファイバ損失に分布
増幅を利用する光ファイバ・システムにおいて、異なる
波長のソリトン、即ち異なる波長は、衝突期間中互いに
透過的であるため、１回の衝突から、それぞれ相反する
ソリトンが、その速度、形、およびエネルギーが交換さ
れて現れることが示された。ドープされたファイバ増幅
器のような集約増幅器を用いて本発明の原理によって実
施される光ファイバ伝送システムにおいても、摂動長に
比較して十分長い衝突距離を維持することによって、前
記のような透過性が維持されることを、以下の説明にお
いて示す。衝突距離は、ソリトンが、互いに通り抜けな
がら光ファイバ中を進む距離として定義される。摂動長
は、光増幅器間の間隔として測定される増幅周期によっ
て、光ファイバの色分散のようなソリトンの進行を摂動
させるもう１つのパラメータの変動の恐らくはより長い
周期として既に定義した。以下において、ファイバが大
洋横断距離（７０００〜９０００ｋｍ）に及ぶような数
ナノメータの総帯域幅を有する少なくとも毎秒数マルチ
・ギガビット（Ｇｂｐｓ）の波長分割多重化（ＷＤＭ）
チャネルに対して、ＷＤＭシステムを実施することがで
きることを示す。

【００２７】図７に、本発明の原理による典型的なソリ
トン通信システム７０を図式的に示す。放射源７１ー１
．．．７１ーＮは、ｉ＝１．．．ＮかつＮ≦２（例えば
、２≦Ｎ≦２０）のとき、それぞれ中心波長λｉの電磁
放射パルス列をそれぞれ発する。これらのパルスは、例
えば光格子のようなマルチプレクサ７２と相互に作用す
る。 マルチプレクサ７２は、Ｎ個のパルス列を単一のパルス
列７３に結合するように働き、パルス列７３は、シング
ル・モード（すべての波長λｉの）光ファイバ１２ー１
に結合される。多重化されたパルス列におけるパルスは
、光ファイバにおいて基本的な光ソリトンを形成できる
種類のものである。結合されたパルスは、ファイバ内を
出力位置まで導かれ、そこで、単一のパルス列７３が、
ファイバから、やはり典型的には光格子のデマルチプレ
クサ７５へと結合される。デマルチプレクサは、パルス
列７３を中心波長λｉのいろいろな成分パルス列へと分
割され、さらに放射検出器７６ー１．．．７６ーＮによ
って検出される。

【００２８】例えば、ドーピング・イオンの励起放射に
よってソリトン・パルスを増幅するために、光ファイバ
に沿った１つ以上の中間点に光増幅器が配置される。ソ
リトン・パルスの情報を印加するために放射源を変調す
る手段としての周知の構成要素、減衰器、結合手段およ
び信号処理手段は、図７に示していない。尚、実際の通
信システムでは、同一のファイバによって交互に行うか
、または２つ以上の別個のファイバを用いるかして、双
方向の信号伝送が一般に可能である。

【００２９】周知のように、単一モード光ファイバの特
異な群速度分散領域にある波長を有するようなパルスの
みが、ソリトンになることができる。従って、本発明の
通信信号のすべての中心波長λｉが、ファイバ１２のそ
の特異な群速度分散領域になければならない。さらに、
本発明によるシステムの中心波長は、光ファイバの低損
失波長領域にあるように選択されるので好都合である。 例えば、シリカ・ベースのファイバを用いるシステムで
は、中心波長が１．５５μｍまたはその付近の低損失領
域にあるように都合良く選択される。さらに、以下の説
明から分かるように、放射源および（または）マルチプ
レクサは、衝突距離を２つの摂動長に等しいか、それよ
り大きくするように十分な波長差によって分離された中
心波長でソリトン・パルス列を生成する。

【００３０】材料の屈折率は、波長の関数であるから、
シリカのような誘電体における電磁放射の位相および群
速度は、波長の関数であり、パルスは、波長が異なれば
光ファイバにおける伝播速度も異なる。結果として、（
異なるλｉを有する）２つ以上のパルス列が、１つのフ
ァイバ中を同じ方向に同時に伝播する場合、１つのパル
ス列のパルスは、もう１つのパルス列のパルスを通って
移動する。これらのパルスが線形パルスであるならば、
このようなパルス間の「衝突」は、定義からして、衝突
するパルスに何等影響を与えない。一方、非線形パルス
（即ち、伝送媒体の屈折率における非直線性の有無に特
性が依存するようなパルス）どうしの間の衝突は、一般
に、パルス間に相互作用を生じるものと予測される。ソ
リトンは、非線形パルスであるから、ソリトン間の衝突
は衝突するパルスに影響を与えるものと予測することが
できる。

【００３１】異なる波長で共に伝播するソリトン・パル
スは、追いついたパルスが追いつかれたパルスを通って
移動するとき、確かに相互に作用はするものの、実際の
便宜上は、この相互作用によって個々のソリトンは影響
されない。例えば、損失のないファイバ伝送チャネルに
おいて、衝突の意味のある帰結は、追いつくソリトンが
、その正常な位置より僅かに進んで移動され、追いつか
れるソリトンが僅かに遅れることだけである。衝突の数
が多くても、高々パルス幅τの２、３倍の有効変移を生
じるだけであり、変移の分散はτ２のごく一部である。

【００３２】さらに、例えば、ファイバ・コアの直径、
集約損失および集約利得の変動、ならびにファイバの分
布損失など実際の通信システムに存在するような摂動が
存在しても、異なる波長で共に伝播するソリトン間の衝
突のソリトン保存性は有効のままである。従って、波長
分割多重化ソリトン通信システムは、実現可能である。 従って、そのようなシステムの設計を可能とするために
、その方法および公式的説明を以下に開示する。

【００３３】損失がないか若しくは摂動されないファイ
バを共に進み、光周波数の差Δｆを有するソリトンの対
を考察する。このとき、始めは、周波数が高い（速度が
高い）方のソリトンが、周波数が低い（速度が低い）ソ
リトン・パルスの後である。パルスの配置については、
２つのソリトン・パルスが、光ファイバを伝播する過程
で結果的に衝突すると仮定する。便宜上、論理構成の枠
組みを２つのパルスの平均速度で移動させ、（遅延）時
間ｔおよびファイバの伝播距離ｚを通常のソリトン単位
（ｔｃ＝τ／１．７６３、ｚｃ＝（２／π）ｚ０である
。 ただし、τは最大値の１／２におけるパルス強度の全幅
（ＦＷＨＭ：　ｆｕｌｌ　ｗｉｄｔｈ　ａｔ　ｈａｌｆ
　ｍａｘｉｍｕｍ）であり、ｚ０はソリトン周期である
）で表す。２つのソリトンに、それぞれ角周波数±Ω（
Ω＝ラジアン／ｔｃ、従って、Δｆ＝Ω／（πｔｃ））
を持たせる。ソリトンが良く分離されている場合、２つ
のソリトンの遅い方の包絡線関数は、次のように書かれ
る。 　　　　　　ｕ＝ｓｅｃｈ（ｔ−Ωｚ）ｅｘｐ（ｉ）（
Ωｔ＋φ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１
０）ただし、φ＝（１−Ω２）ｚ／２であり、他のソリ
トンについても同様の表現でとなる。式（１０）から、
パルスの中心の運動方程式は、ｔ＝Ωｚということにな
る。それは角周波数であるが、Ωは、進んだ単位距離あ
たりの時間の変化率である相反速度の役も果たす。ソリ
トンどうしが、それらのエネルギーの１／２の点で重ね
合わさる場合に、特性衝突距離Ｌｃｏｌｌが開始し、か
つ終了するものとする。運動方程式から、τ／ｔｃ＝Ω
Ｌｃｏｌｌ／ｚｃを得る。あるいは、実際の単位に完全
に変換すると、次のようになる。

【数１２】 ただし、Δλは、チャネル間の波長差、つまり、衝突す
るソリトン間の波長の差である。衝突期間中、２つのソ
リトンは、Ω＞＞１のとき有効な速度転換を受けるので
、ソリトンのスペクトラムは重複しない。この速度転換
は、以下のように表される。

【数１３】 式（３）から、δΩｍａｘ＝２／（３Ω）であること、
およびδΩが衝突後ゼロに戻ることが分かる。衝突の有
効な結果は、 　　　　　　δｔ＝±Ωー２　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　（１３）について先に示した積分形
式を用いて式（３）を積分することによって得られる、
各ソリトンによる変移だけである。ただし、記号＋およ
び−は、衝突するソリトン・パルスの遅い方および速い
方にそれぞれ適用される。衝突によって、λｉのＷＤＭ
チャネルからの遅いソリトン・パルスが遅らされ、λｊ
のＷＤＭチャネルからの速いソリトン・パルスが進めら
れる。Ω＞＞１のとき、式（１３）は、逆散乱理論によ
って知られる正確な結果δｔ＝±ｌｎ（１＋Ωー２）に
近付く。ソリトン伝送システムに対する実際の単位では
、式（１３）は、次のようになる。

【数１４】 所与の波長分割多重化チャネルのパルスは、Ｚをシステ
ムの全長とし、Ｔをビット周期とした場合、全くのゼロ
からＮ＝Ｚτ／（ＬｃｏｌｌＴ）によって与えられる最
大までの範囲の衝突を受ける傾向があるので、平均に近
いソリトン・パルスについては到達時間に開きがある。 この範囲は、式（１４）にｎ／２を乗じることによって
与えられ、次のようになる。

【数１５】 ここで、許容最大のΔｔによって、許容最小のΔｆに制
限が設定されることが分かる。

【００３４】単一波長チャネルについて既に述べたよう
に、ソリトン・パルスは、周期がｚ０よりはるかに短い
ような摂動には実質的に影響されない。例えば、それに
対するｚ０が少なくとも数百キロメートルであり、分散
Ｄ　ｗｉｇ１　ｐｓｅｃ／ｎｍ／ｋｍを有する光ファイ
バを通る３０乃至５０ｐｓｅｃの範囲のパルス幅τを有
するソリトンは、集約増幅器間に１００ｋｍもの間隔を
置いた約１０，０００ｋｍの長さのシステムも難なく通
ることができる。

【００３５】波長分割多重化ソリトン伝送システムに対
して、大きい増幅周期を用いることは、制限することに
通じる。例えば、光増幅器付近を中心とし衝突長が増幅
周期より短いようなソリトンどうしの衝突を考える。衝
突の前半では、ソリトンは、光増幅器の前の低強度領域
で衝突する。衝突の後半では、ソリトンは、その増幅器
の利得を受け、従って、強度が高くなる。結果として、
ソリトンの加速度は、始めは衝突の前半のために減少す
るが、引き続いて、衝突の後半中に増大する。加速の不
均衡により、実質的な速度転換が生じる。このような速
度転換は、システムの終端までに残されたファイバ距離
によって増大させられると、パルスの到達時間に大きな
変動を生じさせる可能性がある。

【００３６】経路に沿ったファイバの色（群速度）分散
パラメータＤの変化も、衝突を不均衡にする可能性があ
る。実際の分散シフト・ファイバに対する分散は、線引
きごとに±０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度変化する傾向が
ある。これらのファイバが、伝送システムにおいて継ぎ
合わされると、ファイバ間の境界において、分散が段状
変化を呈することがある。

【００３７】例えば、分散の段状変化点付近を中心とす
る衝突を考える。衝突のそれぞれの半期間に対し、加速
は同一の絶対ピーク値を有するが、衝突の持続期間、従
ってさらに衝突長は、衝突の前半と後半とで、ファイバ
接合の両側における分散の異なる支配的値に応じて異な
る。従って、衝突全体にわたるソリトン・パルスの加速
の積分、従って、実質的な速度転換は、ゼロではない。

【００３８】他のすべての衝突を固定すると、１つの衝
突の実質的な速度（周波数）転換は、常に、周期的摂動
に関する衝突の位置、即ち位相の周期関数である。

【００３９】前記の説明においては、衝突長が摂動長に
匹敵するか、またはそれより短い例をあげた。衝突長を
摂動長よりかなり大きくするので、ここでは、加速関数
の対象性が少なくとも部分的には回復するものと予測さ
れる。従って、実質的な速度転換は、減少するものと思
われる。この予測が実現し、さらに予測を上回ることを
発見した。例えば、Ｌｃｏｌｌ＝５０ｋｍであるが、増
幅周期は２０ｋｍに減らした、前記のような光増幅器を
中心とする衝突を考える。加速（図８の曲線８０）は、
不連続で、大きく歪んでいるが、結果的な速度（図８の
曲線８１）は、摂動を受けないファイバのそれに著しく
近い。勿論、実質的な速度転換が本質的にゼロであるこ
と、および増幅器に関する衝突の中心位置にかかわらず
同じ結果が得られることは特に重要である。図８におい
て、曲線８２は、波長分割多重化ソリトン伝送システム
全体にわたるソリトン・パルスのエネルギーの変化を示
す。

【００４０】この発見をさらに説明するために、Ｌｐｅ
ｒｔが２０乃至４０ｋｍの図７に示したような波長分割
多重化ソリトン伝送システムにおけるソリトン・パルス
間の衝突に対する非線形シュレーディンガー方程式の直
接の数値解を用いて体系的な研究を行った。Ｌｐｅｒｔ
に対するこの範囲の値を包括的な方法で達成するために
、集約増幅器間隔Ｌおよびファイバの分散の周期的変化
ＬＤを個別的にも組み合わせても分析した。具体的には
、増幅周期を２０ｋｍに設定し、分散の変化は、２０ｋ
ｍまたは４０ｋｍの周期を有するように設定した。

【００４１】図９において、Ｌｐｅｒｔは、既に定義し
たＬおよびＬＤからとった最長の摂動周期である。Ｌｃ
ｏｌｌを変化させるようにチャネル間の周波数間隔を変
えることによって、Ｌｐｅｒｔの異なる値に対して比Ｌ
ｃｏｌｌ／Ｌｐｅｒｔを変化させた。分散の変化に関し
ては、Ｌｃｏｌｌは、経路平均分散Ｄに基づく。衝突の
摂動に関する位相は、一定で、１＜Ｌｃｏｌｌ／Ｌｐｅ
ｒｔの値に対する最大の効果を与える所望の値に等しい
ままであった。この分析から収集されたデータ点は、衝
突距離や摂動距離に対する特定の値に依存しない普遍的
な形の曲線と一致する傾向があった。ただし、異なる強
度の摂動のために曲線の高さだけは変化した。結論とし
て言うまでもなく、前記のデータは、図９において説明
した特定の摂動周期に限らず、如何なる摂動周期に対し
ても適用できるほど十分に一般的である。この分析から
、Ｌｃｏｌｌ／Ｌｐｅｒｔ＞ｗｉｇ２の場合、速度転換
は無視できると結論できる。結果的に、図９に示した広
く普遍的な「安全領域」が発見された。この領域では、
集約増幅器を用いて動作するように波長分割多重化ソリ
トン伝送システムを設計することができる。この領域は
、小さい速度転換を維持するためにＬｃｏｌｌ／Ｌｐｅ
ｒｔが０．５以下に決められたような従来の技術の波長
分割多重化ソリトン伝送システムで用いられた領域とは
、はるかに異なる。勿論、単一チャネルのソリトン伝送
システムの設計のために述べた基準は、「安全領域」を
明確にする新たな基準にも適用することができる。安全
領域においては、異なる多重化チャネルに対するソリト
ン間の衝突の作用は、摂動されないファイバにおいて起
こっているものとは事実上区別することができない。

【００４２】図９において、太い実線の曲線９１’およ
び９２’が、摂動の有意に大きい高調波をすべて含む一
方、細い実線の曲線９１および９４は、摂動の基本成分
のみを含む。

【００４３】曲線９１および９１’は、本発明の原理に
よって実現された波長分割多重化ソリトン伝送システム
に対して算出したものである。ただし、このシステムで
は、光増幅器間には２０ｋｍの間隔がおかれ（Ｌ＝２０
ｋｍ）；光ファイバは、連続する２０ｋｍの各区分に対
して分散がほぼ一定であることを特徴とするほぼ周期的
な分散を示し；各区分は、経路平均分散が１ｐｓ／ｎｍ
／ｋｍに等しく、かつＬＤ＝Ｌｐｅｒｔ＝４０ｋｍとな
るように０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍと１．５ｐｓ／ｎｍ／
ｋｍとの間で交互に変わる分散を有するように配置され
ている。異なる摂動の結合効果を最大にするように、分
散の段状変化、即ち、異なる光ファイバ区分への接合が
、各光増幅器において起こる。速い方のソリトン・パル
スについては、δｆの値は、負である。

【００４４】曲線９２および９２’は、本発明の原理に
よって実現された次のような波長分割多重化ソリトン伝
送システムに対して算出したものである。即ち、光増幅
器間には２０ｋｍの間隔がおかれ（Ｌ＝２０ｋｍ）；光
ファイバは、連続する１０ｋｍの各区分に対して分散が
ほぼ一定であることを特徴とするほぼ周期的な分散を示
し；各区分は、経路平均分散が１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍに等
しく、かつＬＤ＝Ｌｐｅｒｔ＝２０ｋｍとなるように０
．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍと１．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍとの間
で交互に変わる分散を有するように配置されている。各
光増幅器において、分散の段状変化、即ち、異なる光フ
ァイバ区分への接合が、分散の大きいファイバが増幅器
の前にあり、分散の小さいファイバが増幅器の後にある
ように、起こる。このような区分の配置によって、異な
る摂動の結合効果は最小となる。速い方のソリトン・パ
ルスについては、δｆの値は、正である。

【００４５】曲線９３は、「損失のない」光ファイバを
用いることにより光増幅器を除去して実現される論理上
の波長分割多重化ソリトン伝送システムに対して算出し
たものである。ただし、このシステムにおいて、「損失
のない」光ファイバは、連続する１０ｋｍの各区分に対
して分散がほぼ一定であることを特徴とする周期的な分
散を示し；各区分は、経路平均分散が１ｐｓ／ｎｍ／ｋ
ｍに等しく、かつＬＤ＝Ｌｐｅｒｔ＝２０ｋｍとなるよ
うに０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍと１．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ
との間で交互に変わる分散を有するように配置されてい
る。 速い方のソリトン・パルスについては、δｆの値は、正
である。

【００４６】曲線９４は、本発明の原理によって実現さ
れた次のような波長分割多重化ソリトン伝送システムに
対して算出したものである。即ち、光増幅器間には２０
ｋｍの間隔がおかれ（Ｌ＝２０ｋｍ）；光ファイバは、
分散の変化がなくなるようにシステムの全長にわたって
１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍのほぼ一定の分散を示す。速い方の
ソリトン・パルスについては、δｆの値は、正である。

【００４７】チャネル間で許容できる最大の周波数（ま
たは波長）分離は、所与の摂動距離に対するこの安全領
域の境界から決定される。式（１１）においてＬｃｏｌ
ｌ＝２Ｌｐｅｒｔとし、さらにΔｆについて解くことに
よって、次の式を得る。

【数１６】

【００４８】また、少なくとも、Ｌｃｏｌｌ／Ｌｐｅｒ
ｔ＞１である場合、周期的摂動の影響は、ほとんどその
基本フーリエ成分のみに依存する。周期的摂動について
、基本フーリエ成分の項のみが必要な場合、周波数転換
の曲線は、次の形式となる。

【数１７】 ただし、ｘ＝π２／２ΩＬｐｅｒｔ＝２．８０Ｌｃｏｌ
ｌ／Ｌｐｅｒｔであり、振幅Ａは、摂動の詳細から計算
される。図９に示したように、式（１７）に対する正規
化曲線は、Ｌｃｏｌｌ／Ｌｐｅｒｔ≧１の場合、コンピ
ュータによるシミュレーション結果に極めて良く一致す
るが、一方、Ｌｃｏｌｌ／Ｌｐｅｒｔ≦１の場合は、一
般に、さらに高次のフーリエ成分を含む必要がある。Ｌ
ｃｏｌｌ／Ｌｐｅｒｔ＜＜１である場合に対する式（１
７）の本質的に２次的（ｑｕａｄｒａｔｉｃ）な作用は
、当分野で記述される速度転換のΩー２依存性と調和す
る。

【００４９】異なる波長多重化チャネルからの衝突する
パルスが、ファイバの入力または出力において重複する
場合、加速は均衡を奪われる。この影響は、これがシス
テムの出力で起こる場合には、一般に重要ではないが、
入力で起こる場合には、これを考慮することができる。 なぜなら、システム長によって増強される結果の速度転
換のために、パルスの到達時間に重大な偏差を生じる可
能性があるからである。この問題を克服するためには、
ソリトン・パルスがファイバの入力において著しく重複
することがないように、多重化チャネル間で相対的なタ
イミングを調節するべきである。この解決策によって、
すべてのチャネルにおけるビット速度が共通のクロック
によって確実に決定されるようになる。なお、この条件
によって、最大のチャネル数は、約Ｔ／τに制限される
ようになる。

【００５０】非常に低い偏光分散を有するファイバの場
合、隣接するチャネルからの信号を直行する偏光によっ
てシステムに注入できることが考えられる。

【００５１】このシステムの実用的意味を次の例によっ
て説明する。Ｌｐｅｒｔ＝４０ｋｍ、Ｄ＝１ｐｓｅｃ／
ｎｍ／ｋｍ、ｚ０＝９３０ｋｍで、それぞれ４Ｇｂｐｓ
／ｓ（τ＝５０ｐｓｅｃで、最小分離５τのソリトン）
のチャネルを用いる９０００ｋｍの長さのシステムを考
察する。式（１６）より、Δｆｍａｘ＝１４６ＧＨｚま
たはδλｍａｘ＝１．２ｎｍとなる。式（１５）により
、Δｆｍｉｎをその値の１／４に設定すると、２つの隣
接するチャネル間の相互作用による到達時間の広がりΔ
ｔ＝±７．５ｐｓｅｃが与えられる。他のすべてのチャ
ネルとの相互作用を考慮すると、最悪の場合の変動は、
前記の量の３倍、即ち±２２．５ｐｓｅｃとなる。予測
される誤り率は、さらに１０ー１２よりはるかに小さい
。従って、大洋横断距離に及ぶ波長分割多重化ソリトン
伝送システムにおける単一ファイバ上の総計２０Ｇｂｐ
ｓに対して、５チャネルも設けることができる。さらに
、個々に低い利得を有し短い間隔の増幅器からなるシス
テムは、双方向の可能性を有し、さらに逆に伝播する信
号は、相互に作用しないので、ファイバの双方向の総容
量は、前記の典型的なシステムの場合、４０Ｇｂｐｓに
も及ぶ。

【００５２】多重化したチャネルごとにソリトン・パル
スのパルス幅を変えることも可能であるが、パルス幅は
、ほぼ等しい値に維持することが望ましい。

【００５３】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例が考えられるが、それらはいずれも本発明の技
術的範囲に包含される。

【００５４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、大
洋横断距離に及ぶ波長分割多重化ソリトン伝送が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】長い範囲の光ファイバによって分離された別個
の光増幅器の連鎖を用いた光波伝送システムの略ブロッ
ク図である。

【図２】図１の説明用のシステムの２増幅期間にわたる
距離に対する群遅延分散Ｄの典型的な変化のグラフであ
る。

【図３】図１の説明用のシステムについて図２で示した
２増幅期間にわたる距離に対するピークを正規化したソ
リトン・エネルギーおよび経路平均したソリトン・エネ
ルギーのグラフである。

【図４】図１の典型的なシステムにおいて９０００ｋｍ
伝播した後のソリトン対の正規化された経路平均強度の
線形グラフである。

【図５】図１の典型的なシステムにおいて９０００ｋｍ
伝播した後のソリトン対の正規化された経路平均強度の
対数グラフである。

【図６】図１の典型的なシステムにおいて９０００ｋｍ
伝播した後のソリトン対の光学的スペクトラムのグラフ
である。

【図７】波長分割多重化ソリトン伝送システムを示す図
である。

【図８】図７のシステムにおけるソリトン対の衝突中に
おける加速度、速度、およびソリトン・パルス・エネル
ギーの曲線を距離の関数として示す図である。

【図９】５０ピコ秒のパルス幅を有するソリトン間の衝
突によって生じる最終的な絶対周波数転換の曲線をＬｃ
ｏｌｌ／Ｌｐｅｒｔの関数として示す図である。

【符号の説明】

１０　　送信器 １１ー１〜１１ー（ｎ＋１）または１１ー（Ｎ＋１）光
増幅器 １２−１〜１２ー（ｎ＋２）または１２ー（Ｎ＋２）光
ファイバ １３　　受信器 ７１ー１〜７１ーＮ 放射源 ７２　　マルチプレクサ ７５　　デマルチプレクサ ７６ー１〜７６ーＮ 放射検出器

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ソリトン・パルスを伝送するために；
   パルス幅τを有する電磁放射パルスの列を所定の波長で
   発生する手段、前記所定の波長を含むスペクトラム領域
   内に特異な群速度分散を有し、長さ方向に沿って長さＬ
   Ｄの連続する各経路に対しほぼ等しい経路平均群速度分
   散を示す単一モード光ファイバ、入力位置において前記
   パルス列を前記光ファイバへと結合し、この結合された
   パルスが前記光ファイバ中で基本ソリトンを形成するタ
   イプであり、このとき、前記ソリトンが、前記パルス幅
   τおよび前記経路平均群速度分散の両方に関係するソリ
   トン周期ｚ０を示し、前記の結合されたパルスが前記光
   ファイバを通って入力位置から出力位置まで伝播するよ
   うにする手段、および前記入力位置と前記出力位置との
   間にある前記光ファイバに沿った所定の位置において前
   記の結合されたパルスを増幅する複数の増幅手段を備え
   ；隣接する前記増幅手段が、互いに距離Ｌだけ隔てられ
   ていて、各増幅手段が、前記の結合されたパルスが標準
   ソリトン・エネルギーにほぼ等しい経路平均エネルギー
   を持つように、これを増強し、さらに前記ソリトン周期
   に対する前記距離Ｌの比率が、１よりかなり小さいこと
   を特徴とするソリトン光波伝送システム。
2. 【請求項２】　　前記ソリトン周期に対する前記距離Ｌ
   の比率が、１／３以下であることを特徴とする請求項１
   記載のソリトン光波伝送システム。
3. 【請求項３】　　前記ソリトン周期ｚ０に対する光ファ
   イバの全長Ｚの比率が、５０以下であることを特徴とす
   る請求項１記載のソリトン光波伝送システム。
4. 【請求項４】　　ソリトン・パルスを伝送するために；
   パルス幅τを有する電磁放射パルスの列を所定の波長で
   発生する手段、前記所定の波長を含むスペクトラム領域
   内に特異な群速度分散を有し、長さ方向に沿って長さＬ
   Ｄの連続する各経路に対しほぼ等しい経路平均群速度分
   散を示す単一モード光ファイバ、入力位置において前記
   パルス列を前記光ファイバへと結合し、この結合された
   パルスが前記光ファイバ中で基本ソリトンを形成するタ
   イプであり、このとき、前記ソリトンが、前記パルス幅
   τおよび前記経路平均群速度分散の両方に関係するソリ
   トン周期ｚ０を示し、前記の結合されたパルスが前記光
   ファイバを通って入力位置から出力位置まで伝播するよ
   うにする手段、および前記入力位置と前記出力位置との
   間にある前記光ファイバに沿った所定の位置において前
   記の結合されたパルスを増幅する複数の増幅手段を備え
   ；隣接する前記増幅手段が、互いに距離Ｌだけ隔てられ
   ていて、各増幅手段が、前記の結合されたパルスが標準
   ソリトン・エネルギーにほぼ等しい経路平均エネルギー
   を持つように、これを増強し、さらに前記ソリトン周期
   に対する前記長さＬＤの比率が、１よりかなり小さいこ
   とを特徴とするソリトン光波伝送システム。
5. 【請求項５】　　前記ソリトン周期に対する前記長さＬ
   Ｄの比率が、１／３に等以下であることを特徴とする請
   求項４記載のソリトン光波伝送システム。
6. 【請求項６】　　前記ソリトン周期ｚ０に対する光ファ
   イバの全長Ｚの比率が、５０以下であることを特徴とす
   る請求項４記載のソリトン光波伝送システム。
7. 【請求項７】　　ソリトン・パルスを伝送するために；
   パルス幅τを有する電磁放射パルスの列を所定の波長で
   発生する手段、前記所定の波長を含むスペクトラム領域
   内に特異な群速度分散を有し、長さ方向に沿って長さＬ
   Ｄの連続する各経路に対しほぼ等しい経路平均群速度分
   散を示す単一モード光ファイバ、入力位置において前記
   パルス列を前記光ファイバへと結合し、この結合された
   パルスが前記光ファイバ中で基本ソリトンを形成するタ
   イプであり、このとき、前記ソリトンが、前記パルス幅
   τおよび前記経路平均群速度分散の両方に関係するソリ
   トン周期ｚ０を示し、前記の結合されたパルスが前記光
   ファイバを通って入力位置から出力位置まで伝播するよ
   うにする手段、および前記入力位置と前記出力位置との
   間にある前記光ファイバに沿った所定の位置において前
   記の結合されたパルスを増幅する複数の増幅手段を備え
   ；隣接する前記増幅手段が、互いに距離Ｌだけ隔てられ
   ていて、各増幅手段が、前記の結合されたパルスが標準
   ソリトン・エネルギーにほぼ等しい経路平均エネルギー
   を持つように、これを増強し、さらにシステム摂動長を
   前記長さＬＤまたは前記距離Ｌの何れか大きい方とする
   場合に前記ソリトン周期に対する前記システム摂動長の
   比率が、１よりかなり小さいことを特徴とするソリトン
   光波伝送システム。
8. 【請求項８】　　前記ソリトン周期に対する前記システ
   ム摂動長の比率が、１／３以下であることを特徴とする
   請求項７記載のソリトン光波伝送システム。
9. 【請求項９】　　前記ソリトン周期ｚ０に対する光ファ
   イバの全長Ｚの比率が、５０以下であることを特徴とす
   る請求項７記載のソリトン光波伝送システム。
10. 【請求項１０】　　Ｎを２以上の整数とし、ｉが１、２
    、、、、Ｎに等しいとするとき、ソリトンを多重化して
    伝送するためにＮ個のチャネルを備え、さらに任意のｉ
    番目の前記チャネルが、発生手段、多重化手段、単一モ
    ード光ファイバ、結合手段、および複数の増幅手段を備
    え、前記発生手段が、波長λｉの電磁放射パルスの列を
    発生し、このとき、チャネル間空間Δλ＝λｉ＋１−λ
    ｉを呈するように、波長λｉが、波長λｉ＋１より小さ
    くなり、かつ各パルスが、パルス幅τを有するようにし
    、前記多重化手段が、Ｎ個の前記パルス列を多重化して
    １つの多重化されたパルス列を形成し、前記単一モード
    光ファイバが、波長λｉを含むスペクトラム領域内に特
    異な群速度分散を有し、かつ長さの方向に沿って長さＬ
    Ｄの連続する各経路に対しほぼ等しい経路平均群速度分
    散を示し、前記結合手段が、前記の多重化されたパルス
    列を入力位置において前記光ファイバへと結合し、結合
    されたすべてのパルスが、前記光ファイバにおいて基本
    ソリトンを形成するタイプであり、このとき、前記ソリ
    トンが、前記パルス幅τｉおよび前記経路平均群速度分
    散の両方に関係するソリトン周期ｚ０，ｉを呈し、かつ
    前記の結合されたパルスが、前記光ファイバを通って入
    力位置から出力位置へと伝播し、さらに前記複数の増幅
    手段が、前記入力位置と前記出力位置との間にある前記
    光ファイバに沿った所定の位置において、前記の多重化
    されたパルス列の前記結合されたパルスを増幅し、隣接
    する前記増幅手段が、互いに距離Ｌだけ隔てられていて
    、各増幅手段が、前記の結合されたパルスが標準ソリト
    ン・エネルギーにほぼ等しい経路平均エネルギーを持つ
    ように、これを増強し、前記ソリトン周期ｚ０，ｉに対
    する前記距離Ｌの比率が、１よりかなり小さく、さらに
    前記チャネル間空間に関係する衝突長が、前記距離Ｌの
    ２倍に等しいか、それ以下であることを特徴とするソリ
    トン光波伝送システム。
11. 【請求項１１】　　前記ソリトン周期に対する前記距離
    Ｌの比率が、１／３に以下であることを特徴とする請求
    項１０記載のソリトン光波伝送システム。
12. 【請求項１２】　　前記ソリトン周期ｚ０，ｉに対する
    光ファイバの全長Ｚの比率が、５０以下であることを特
    徴とする請求項１０記載のソリトン光波伝送システム。
13. 【請求項１３】　　すべてのチャネルに対し前記ソリト
    ン周期が、ほぼ等しいことを特徴とする請求項１０記載
    のソリトン光波伝送システム。
14. 【請求項１４】　　Ｎを２以上の整数とし、ｉが１、２
    、、、、Ｎに等しいとするとき、ソリトンを多重化して
    伝送するためにＮ個のチャネルを備え、さらに任意のｉ
    番目の前記チャネルが、発生手段、多重化手段、単一モ
    ード光ファイバ、結合手段、および複数の増幅手段を備
    え、前記発生手段が、波長λｉの電磁放射パルスの列を
    発生し、このとき、チャネル間空間Δλ＝λｉ＋１−λ
    ｉを呈するように、波長λｉが、波長λｉ＋１より小さ
    くなり、かつ各パルスが、パルス幅τを有するようにし
    、前記多重化手段が、Ｎ個の前記パルス列を多重化して
    １つの多重化されたパルス列を形成し、前記単一モード
    光ファイバが、波長λｉを含むスペクトラム領域内に特
    異な群速度分散を有し、かつ長さの方向に沿って長さＬ
    Ｄの連続する各経路に対しほぼ等しい経路平均群速度分
    散を示し、前記結合手段が、前記の多重化されたパルス
    列を入力位置において前記光ファイバへと結合し、結合
    されたすべてのパルスが、前記光ファイバにおいて基本
    ソリトンを形成するタイプであり、このとき、前記ソリ
    トンが、前記パルス幅τｉおよび前記経路平均群速度分
    散の両方に関係するソリトン周期ｚ０，ｉを呈し、かつ
    前記の結合されたパルスが、前記光ファイバを通って入
    力位置から出力位置へと伝播し、さらに前記複数の増幅
    手段が、前記入力位置と前記出力位置との間にある前記
    光ファイバに沿った所定の位置において、前記の多重化
    されたパルス列の前記結合されたパルスを増幅し、隣接
    する前記増幅手段が、互いに距離Ｌだけ隔てられていて
    、各増幅手段が、前記の結合されたパルスが標準ソリト
    ン・エネルギーにほぼ等しい経路平均エネルギーを持つ
    ように、これを増強し、前記ソリトン周期ｚ０，ｉに対
    する前記距離ＬＤの比率が、１よりかなり小さく、さら
    に前記チャネル間空間に関係する衝突長が、前記距離Ｌ
    Ｄの２倍に等しいか、それ以下であることを特徴とする
    ソリトン光波伝送システム。
15. 【請求項１５】　　前記ソリトン周期に対する前記距離
    ＬＤの比率が、１／３に以下であることを特徴とする請
    求項１４記載のソリトン光波伝送システム。
16. 【請求項１６】　　前記ソリトン周期ｚ０，ｉに対する
    光ファイバの全長Ｚの比率が、５０以下であることを特
    徴とする請求項１４記載のソリトン光波伝送システム。
17. 【請求項１７】　　すべてのチャネルに対し前記ソリト
    ン周期が、ほぼ等しいことを特徴とする請求項１４記載
    のソリトン光波伝送システム。
18. 【請求項１８】　　Ｎを２以上の整数とし、ｉが１、２
    、、、、Ｎに等しいとするとき、ソリトンを多重化して
    伝送するためにＮ個のチャネルを備え、さらに任意のｉ
    番目の前記チャネルが、発生手段、多重化手段、単一モ
    ード光ファイバ、結合手段、および複数の増幅手段を備
    え、前記発生手段が、波長λｉの電磁放射パルスの列を
    発生し、このとき、チャネル間空間Δλ＝λｉ＋１−λ
    ｉを呈するように、波長λｉが、波長λｉ＋１より小さ
    くなり、かつ各パルスが、パルス幅τを有するようにし
    、前記多重化手段が、Ｎ個の前記パルス列を多重化して
    １つの多重化されたパルス列を形成し、前記単一モード
    光ファイバが、波長λｉを含むスペクトラム領域内に特
    異な群速度分散を有し、かつ長さの方向に沿って長さＬ
    Ｄの連続する各経路に対しほぼ等しい経路平均群速度分
    散を示し、前記結合手段が、前記の多重化されたパルス
    列を入力位置において前記光ファイバへと結合し、結合
    されたすべてのパルスが、前記光ファイバにおいて基本
    ソリトンを形成するタイプであり、このとき、前記ソリ
    トンが、前記パルス幅τｉおよび前記経路平均群速度分
    散の両方に関係するソリトン周期ｚ０，ｉを呈し、かつ
    前記の結合されたパルスが、前記光ファイバを通って入
    力位置から出力位置へと伝播し、さらに前記複数の増幅
    手段が、前記入力位置と前記出力位置との間にある前記
    光ファイバに沿った所定の位置において、前記の多重化
    されたパルス列の前記結合されたパルスを増幅し、隣接
    する前記増幅手段が、互いに距離Ｌだけ隔てられていて
    、各増幅手段が、前記の結合されたパルスが標準ソリト
    ン・エネルギーにほぼ等しい経路平均エネルギーを持つ
    ように、これを増強し、システム摂動長を前記長さＬＤ
    または前記距離Ｌの何れか大きい方とする場合に前記ソ
    リトン周期ｚ０，ｉに対する前記システム摂動長の比率
    が、１よりかなり小さく、さらに前記チャネル間空間に
    関係する衝突長が、前記距離Ｌの２倍に等しいか、それ
    以下であることを特徴とするソリトン光波伝送システム
    。
19. 【請求項１９】　　前記ソリトン周期に対する前記摂動
    長の比率が、１／３以下であることを特徴とする請求項
    １８記載のソリトン光波伝送システム。
20. 【請求項２０】　　前記ソリトン周期ｚ０，ｉに対する
    光ファイバの全長Ｚの比率が、５０以下であることを特
    徴とする請求項１８記載のソリトン光波伝送システム。
21. 【請求項２１】　　すべてのチャネルに対し前記ソリト
    ン周期が、ほぼ等しいことを特徴とする請求項１８記載
    のソリトン光波伝送システム。