JPH088821A

JPH088821A - ダーク光ソリトンの伝送方法

Info

Publication number: JPH088821A
Application number: JP6133457A
Authority: JP
Inventors: Masataka Nakazawa; 正隆中沢; Kazunobu Suzuki; 和宣鈴木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1994-06-15
Filing date: 1994-06-15
Publication date: 1996-01-12
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JP3219121B2

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構成で、長尺にわたる超高速光伝送を
可能にするダーク光ソリトンの伝送方法を提供する。【構成】信号発生器１から出力されるＮＲＺ型送信信
号は、ＡＮＤ回路２においてＲＺ信号に変換され、その
出力パルスの立ち上がりエッジで論理反転を行うような
信号がＴフリップフロップ３から出力される。その出力
信号は光変調器駆動回路４において増幅され、その増幅
出力により光変調器６が駆動され、ダークソリトン光信
号が出力される。そして、この光信号は、多段接続され
た光増幅器７および光ファイバ８によって波形の劣化な
しに長距離伝送され、受光器９で電気信号に変換され、
さらにＮＯＴ回路１０でパルス論理の反転が行われた
後、識別回路１１において送信信号が再生される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダーク光ソリトンを用
いた光通信に係わり、特にその長距離通信方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ中の光ソリトンは群速度の波
長微分が負となる異常分散波長域において、その群速度
分散と非線形光学効果がつり合うことにより、光損失が
ない場合には光ファイバ中を波形を変えずに伝搬すると
いう特徴がある。また、パルス幅も１００ｐｓ以下と狭
いため、光ソリトンを用いた伝送方式は群速度分散に制
限されない長距離、大容量光通信を実現するうえで有望
な方式と言われている。

【０００３】しかし、現実の光ファイバでは、わずかな
光損失があるため（波長１．５５μｍ帯で０．２２ｄＢ
／ｋｍ）、光ソリトンと言えども長距離伝搬後には非線
形性と分散のバランスが崩れ波形が変化する。このた
め、最近では、伝送路中にある間隔をおいて光増幅器を
入れ、集中定数的に光ファイバの損失を補償する方法に
よって長距離にわたり光ソリトンを伝搬させる新しい方
法が提案されている（M.Nakazawa,K.Suzuki,and Y.Kimu
ra,IEEE Photonics Technology Lett.,2,p.216,(199
0)）。

【０００４】光ソリトンは長距離伝搬した後にも波形の
変化が少ないという特徴があるが、隣接するパルスの間
隔が近づくと非線形な相互作用のために、パルスの引
込、もしくは反発という現象がおこるため、伝送後のパ
ルスの位置がずれるという問題が生じる。このため、通
常は光ソリトン伝送時のパルス間隔は、相互作用の影響
のないパルス幅の５から１０倍程度に設定していた。従
って、伝送容量（ビットレート）を上げるには送り出し
のパルス幅を狭くする必要があった。

【０００５】光ソリトンの振幅Ａは次のように決めるこ
とができる。光ファイバ中における基本ソリトン（Ｎ＝
１）の尖頭値パワーＰ1 は次式により表される。Ｐ_N=1＝０．７７６・λ³・｜Ｄ｜・Ａ_eff／｛π²ｃｎ₂（τ_FWHM）²｝（１）ここでλは波長、ｃは光速、ｎ₂ は光ファイバの非線形
屈折率、Ｄは光ファイバの波長λにおける群速度分散、
τ_FWHMは光ソリトンパルスの半値全幅、Ａ_eff は光ファ
イバのコアの断面積である。また、光ソリトンの周期Ｚ
_SPは、Ｚ_SP＝０．３２２・π²ｃ（τ_FWHM）²／（λ²｜Ｄ｜）（２）であたえられる。このＰ_N=1 を用いると任意の尖頭値パ
ワーＰを持つ光ソリトンの振幅Ａは式（３）の様に表さ
れる。Ａ＝（Ｐ／Ｐ_N=1）^1/2 （３）

【０００６】光ソリトン伝送のビットレートを上げる際
に、ソリトンのパルス幅を狭くすると（１）式からソリ
トンの尖頭値パワーを大きくする必要があることがわか
る。さらに（２）式よりソリトン周期が短くなるため、
集中定数型の光増幅を用いた場合に非ソリトン的散逸光
成分の増加を抑えるために増幅器の間隔を短くしなけれ
ばならないという欠点があった。

【０００７】また、光ソリトンパルスの発生にはトラン
スフォームリミットなパルスを用いることが必要になる
ため、光源としてモード同期半導体レーザ、モード同期
光ファイバレーザ、利得スイッチした半導体レーザと狭
帯域光フィルタの組み合わせなどの比較的複雑な構成の
ものを用いる必要があった。

【０００８】ダーク光ソリトンは、通常の光ソリトンと
異なり群速度の波長微分が正となる正常分散波長域にお
いて、その群速度分散と非線形光学効果が釣り合うこと
により、その波形を変えずに伝搬するパルスである。特
徴的なのは、図１０（ｂ）に示すようにＤＣ光にディッ
プが生じていることで、ちょうど図１０（ａ）に示す通
常の光ソリトンの波形を反転した波形になっている。ま
た、ダーク光ソリトンでは、ディップの中心に対して左
側と右側でその光の位相が反転していることがもうひと
つの特徴である。

【０００９】ダーク光ソリトンを発生する方法として従
来提案されたもの（W.Zhao and E.Bourkoff,Opt,Lett.1
5,p.405(1990)）を以下で説明する。図１１は、このダ
ーク光ソリトンの発生方法を示す図であって、１は信号
発生器、４は光変調器駆動回路、５は単一波長連続光
源、６はマッハツェンダー型光変調器である。

【００１０】この光変調器６は、マッハツェンダー干渉
計を構成する２つのアーム間の光の位相差をＬｉＮｂＯ
₃ などの電気光学結晶や半導体の電気光学効果により変
えることにより動作するので、図１２に示すように変調
器への印加電圧に対して透過率はｓｉｎ² 型の特性を持
っている。透過率が０となるバイアス電圧（消光電位）
の周りに対称かつその振幅が光変調器の半波長電圧（光
変調器の光出力を最大から最小値まで変化させるのに必
要な電圧：Ｖπ）の２倍のＮＲＺ型の入力データ信号を
信号発生器１および光変調器駆動回路４を用いて入力す
ると（図１２、下部波形）、データが”１”および”
０”状態では、ともに変調器出力は最大かつ同一強度と
なる。データが”１”から”０”もしくは”０”から”
１”に変化した場合に図１２の出力光波形に示すような
ディップが生じる。

【００１１】光変調器駆動電圧の立ち上がり（立ち下が
り）波形をｔａｎｈで近似すると、光変調器透過後の光
の振幅ｕ（ｔ）はデータの立ち下がり（”１”から”
０”）ｕ（ｔ）＝ａ・ｓｉｎ［（π／２）ｔａｎｈ｛（１．８３／ｔ_f）（ｔ＋Ｔ／２）｝＋φ₀］（４ａ）立ち下がり（”０”から”１”）に対してｕ（ｔ）＝ａ・ｓｉｎ［−（π／２）ｔａｎｈ｛（１．８３／ｔ_r）（ｔ−Ｔ／２）｝＋φ₀］（４ｂ）と表される。ここでａは入射光の電界振幅、φ₀ はマッ
ハツェンダー干渉計の位相差、ｔ_r、ｔ_fはそれぞれ１０
−９０％値で定義した駆動電圧の立ち上がり、立ち下が
り時間、Ｔは入力信号の１タイムスロットの時間であ
る。ディップの幅は光変調器への入力電圧の立ち上がり
もしくは立ち下がりのスロープがきつく、変調器の帯域
が広いほど狭くなる。この光信号を光増幅器で増幅し、
信号光波長において正常分散となる光ファイバ中を伝搬
させることによりダーク光ソリトンとなる。

【００１２】ダーク光ソリトンにおいては非線形光学効
果のひとつである自己位相変調効果によるディップの急
峻化の効果と、光ファイバの群速度分散によるディップ
の幅の広がり効果が釣り合うことによって安定に伝搬す
る。基本ダーク光ソリトンパルスは、規格化振幅ｕを用
いると、ｕ（ｑ，ｓ）＝２η・ｔａｎｈ（２ηｓ）ｅｘｐ（−４ｉη²ｑ）（５）と表すことができる。

【００１３】ダーク光ソリトンを形成するのに必要なパ
ワーは、ディップの半値半幅をτ深さをＰとすると、通
常の光ソリトンと同様に（１）式で与えられる。また、
マッハツェンダー型の光変調器を用いているため、ディ
ップの前後で出力光の位相が反転していることが特徴的
である。単一波長連続光源５としては、その波長が伝送
用光ファイバ７の正常分散領域となるようなもので連続
光を発生する光源（たとえばＤＦＢ半導体レーザ）を用
いる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述した方法
では、送信元のＮＲＺデータ信号とディップの有無が１
対１に対応しておらず、例えば”１”もしくは”０”デ
ータが連続したときには、両者ともにディップの生じな
い状態となるため受光部での識別が困難になるという欠
点があった。また、そのために複雑な識別回路が必要に
なるという問題があった。

【００１５】本発明は、簡単な構成で、長尺にわたる超
高速光伝送を可能にするダーク光ソリトンの伝送方法を
提供することを目的としている

【００１６】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、単一波長連続光源からの
出力光をマッハツェンダー型光強度変調器で変調する
際、ＮＲＺ型ディジタル信号をＲＺ型信号に変換し、更
にこの信号の立ち上がりもしくは立ち下がりエッジでそ
の出力論理が反転する論理回路（Ｔフリップフロップ）
でデータを変換した後、この電気波形を、その振幅範囲
に該変調器の消光電位（出力が零となる電位）が含まれ
かつ最大変調振幅が前記光変調器の半波長電圧の２倍を
越えない条件の矩形波となるように増幅して前記光変調
器を駆動することにより、駆動電圧の立ち上がりおよび
立ち下がりエッジで駆動電圧が該光変調器の消光電位を
よぎる際いに光出力が急峻に減少する光変調波形を得、
この光変調器出力を光増幅器にて増幅し、その光波長に
おいて正常分散領域となる単一モード光ファイバに結合
し、該光ファイバの入力端における信号光の振幅を、基
本ダーク光ソリトンの振幅Ａに比べて大きくかつ該光フ
ァイバを伝搬後に信号光波形のディップの幅が前記光フ
ァイバへの入力時に比べて広がらないように設定し、次
段以降の中継区間についても前記条件を満たすように多
段の光増幅と伝搬を繰り返した後、受光器で受光するこ
とを特徴としている。

【００１７】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記ＮＲＺ型ディジタル信号を直接
電気的に増幅し、増幅信号の振幅範囲に該光変調器の消
光電位が含まれかつ最大振幅が光変調器の半波長電圧の
２倍を越えない条件を満たす矩形波にして該光変調器を
駆動することによりダーク光ソリトン信号を発生し、請
求項１記載の方法により伝搬した後、受光器により電気
信号を得、この電気信号の立ち上がりまたは立ち下がり
エッジでその出力論理が反転する論理回路（Ｔフリップ
フロップ）を用いてデータ信号の復調を行なうことを特
徴とする。

【００１８】また、請求項３記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記光ファイバ伝搬後の光信号を２
つの光導波路に分割し、一方の信号を他方の信号に比べ
て符号送出間隔に等しい時間遅延させたうえで両信号を
光学的に同位相で重ね合わせ、この信号を受光すること
を特徴とする。

【００１９】また、請求項４記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記光ファイバ伝搬後の光信号を２
つの光導波路に分割し、一方の信号を時間遅延し他方と
重ね合わせる際に、光学的に逆位相で重ね合わせた後に
受光することを特徴とする。

【００２０】また、請求項５記載の発明は、前記光ファ
イバ伝搬後の光信号の分割および重ね合わせは、２つの
アームの光路長差が符号送出間隔に等しくかつ一方のア
ームに加熱用ヒーターを組み込んだマッハツェンダー型
平面光導波路を用いて行うことを特徴とする請求項３ま
たは４記載のダーク光ソリトンの伝送方法。

【００２１】

【作用】請求項１記載の発明によれば、送信側のＴフリ
ップフロップにより、ＲＺ信号とマッハツェンダー型光
強度変調器の出力光とが１：１で対応するようになるた
め、受信側の復調を容易に行うことができる。

【００２２】また、請求項２記載の発明によれば、受信
側のＴフリップフロップにより、受信光の復調を容易に
行うことができる。

【００２３】また、請求項３記載の発明によれば、光学
的に同位相で重ね合わせられた光信号は、送信元のＮＲ
Ｚ型信号と１：１に対応するＮＲＺ型の信号となるた
め、復調を容易に行うことができる。

【００２４】また、請求項４記載の発明によれば、光学
的に逆位相で重ね合わせられた光信号は、送信元のＮＲ
Ｚ型信号と１：１に対応するＲＺ型の信号となるため、
復調を容易に行うことができる。

【００２５】また、請求項５記載の発明によれば、加熱
用ヒータによって、光導波路の導波路長が微調整可能と
なるため、２つの光信号を正確に同相または逆相で重ね
合わせることができ、波長のズレに起因する受信性能の
劣化を防ぐことができる。

【００２６】

【実施例】

Ａ：第１実施例図１は、第１の実施例によるダーク光ソリトン伝送方法
を適用した光伝送システムのブロック構成図であり、こ
の図において、１は信号発生器、２はＡＮＤ回路、３は
Ｔフリップフロップ、４は光変調器駆動回路、５は単一
波長連続光源、６は半導体を用いたマッハツェンダー型
光変調器である。この光変調器６には、ＬｉＮｂＯ3 な
どの電気光学結晶を用いた進行波型の変調器を用いるこ
ともできる。

【００２７】７は例えばエルビウム添加光ファイバ増幅
器で構成される光増幅器、８はダーク光ソリトン伝送用
光ファイバであり、光増幅器７および光ファイバ８が複
数段接続されている。９は受光器、１０はＮＯＴ回路、
１１はＤフリップフロップなどで構成される識別回路、
１２はクロック抽出回路である。また、単一波長連続光
源５としては、その波長が伝送用光ファイバ８の正常分
散領域となるようなもので連続光を発生する光源（例え
ば、ＤＦＢ半導体レーザもしくはエルビウム光ファイバ
レーザ）を用いる。

【００２８】また、図２は上記光伝送システムの各部の
信号波形を例示した図であり、以下、この図を用いて光
伝送システム（図１）の動作を説明する。

【００２９】まず、信号発生器１からＮＲＺの送出デー
タＳ１とクロック信号Ｓ２が出力され、ＡＮＤ回路２が
それらの信号Ｓ１およびＳ２を論理和した信号Ｓ３を出
力する（図２参照）。つまり、このＡＮＤ回路２は、信
号発生器１のＮＲＺ信号をＲＺ信号に変換するものであ
る。そして、この信号Ｓ３がＴフリップフロップ３の入
力端子Ｔに入力されると、その入力パルスの立ち上がり
エッジで論理反転を行うような信号Ｓ４が、出力端子Ｑ
から出力される。なお、Ｔフリップフロップによっては
パルスの立ち下がりエッジで状態の反転がおこるものも
あるが本実施例では立ち上がりで反転する場合について
示した。また、Ｔフリップフロップの出力の初期状態に
ついても”０”または”１”の２通りが考えられるがそ
のどちらであってもかまわない。

【００３０】次に、Ｔフリップフロップ３の出力信号Ｓ
４は光変調器駆動回路４において増幅され、その増幅結
果により光変調器６が駆動される。この光変調器６の駆
動条件は、その振幅（Ｐ−Ｐ値）が光変調器６の半波長
電圧の２倍で、振幅が光変調器６の消光電圧に対して対
称になるように設定する。なお、図２に示すように、光
変調器６の出力信号Ｓ５は、ＲＺ信号である信号Ｓ３と
１対１で対応する。

【００３１】また、変調によって生じるディップの幅
は、光変調器駆動回路４のパルスの立ち上がりおよび立
ち下がりのスロープと光変調器６の応答特性で決まり、
上記パルスの立ち上がりが急で光変調器６のパルス応答
特性が優れているものほど細いディップを出すことがで
きる。現状においても、駆動用電気パルスの立ち上がり
３５ｐｓ、変調器の帯域２０ＧＨｚ程度のものを用いる
ことができるので、幅４０ｐｓ程度のダーク光ソリトン
パルスの発生が可能である。そして、例えばダーク光ソ
リトン伝送用光ファイバ８として、零分散波長が１．５
５μｍの分散シフトファイバを用い、光増幅器７として
エルビウム添加光ファイバ増幅器を用いると、波長１．
５３３μｍのＤＦＢレーザを単一波長連続光源５に用い
ることによって、ダーク光ソリトンの伝送が実現でき
る。

【００３２】このときにＮ＝１の基本ダーク光ソリトン
を形成するのに必要なパワーは、伝送用ファイバ８の波
長分散を１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、モードフィールド径を８
μｍ、パルス幅を４０ｐｓとすると（１）式から０．９
６ｍＷとなる。

【００３３】また、ダーク光ソリトン伝送用ファイバ８
への入力振幅をＮ＞１とするように設定すると、伝送用
ファイバ８へパルスが入力された直後には非線形光学効
果によるパルス圧縮の効果が分散によるパルス広がりの
効果よりも大きいためにパルス圧縮が起こるが、パルス
の伝搬に伴いファイバの光損失によりパルス振幅が現象
すると非線形性が低下することによりパルスが広がり始
め、ある長さでパルス幅が入力と等しくすることができ
る。例えばパルス振幅をＮ＝１．６６とすることで伝送
用ファイバ８を５０ｋｍ伝搬した後の出力においてもダ
ークソリトンのパルス幅が変わらないという条件にする
ことができる（ファイバ損失０．２２ｄＢ／ｋｍを仮
定）。

【００３４】本実施例では、伝送用の光ファイバ８への
入力ダークパルスのピークパワーを２．６ｍＷとするこ
とで、パルス幅の変化のない条件を実現できる。ここ
で、光ファイバ８の出力側のダークソリトンの振幅は入
力に比べてファイバの損失分だけ低下するが、この振幅
の減少分は伝送用光ファイバ８の適所に複数挿入された
光増幅器７，７・・・の利得によって波形を変えずに補
償される。

【００３５】このようにして複数段の伝送をした後の光
信号Ｓ６は、ソリトン波であるために入力光信号Ｓ５と
比べて波形の劣化がみられない（図２参照）。そして、
この光信号Ｓ６は受光器９で電気信号に変換され（信号
Ｓ７）、さらにＮＯＴ回路１０でパルス論理の反転を行
われた後（信号Ｓ８）、識別回路１１において信号の再
生が行われ、受信信号Ｓ９が得られる。この識別回路１
１は、クロック抽出回路１２が受光器９の出力の一部か
ら再生したクロック成分を、識別の基準クロックとして
いる。このようにして、送信信号Ｓ１と同一の受信信号
Ｓ９が再生される。

【００３６】なお、ダークソリトンパルスの場合には誘
導ブリルアン散乱の発生が生じる可能性があるが単一波
長光源５に僅かな周波数変調を印加することによりこの
散乱を取り除くことができる。

【００３７】Ｂ：第２実施例上述した第１実施例においては、ダーク光ソリトンパル
スを生成する前にデータ信号の変換を行なったが、デー
タ信号をそのままマッハツェンダー型光変調器６の変調
信号に用いて、受光側でその復調を行うことも可能であ
る。図３は、この方法を適用した第２の実施例を示すブ
ロック構成図であって、図１と対応する部分には同一の
符号を付しその説明を省略する。

【００３８】図３においては、図１のＡＮＤ回路２、Ｔ
フリップフロップ３およびＮＯＴ回路１０が除かれ、そ
のＮＯＴ回路１０の代わりにＴフリップフロップ３およ
び波形整形回路１３が設けられている。

【００３９】また、図４は上記光伝送システムの各部の
信号波形を例示した図であり、以下、この図を用いて光
伝送システム（図３）の動作を説明する。

【００４０】信号発生器１から出力されるデータ信号Ｓ
１は光変調器駆動回路４において増幅され、その増幅出
力により光変調器６が駆動される。この光変調器６の出
力信号Ｓ５は、ＲＺ信号である信号Ｓ１の立ち上がりお
よび立ち下がりエッジでディップが生じるような波形と
なる（図４参照）。このようにして発生したダーク光ソ
リトンパルスＳ５は、第１実施例と同様、複数連結され
たダーク光ソリトン伝送用の光ファイバ８および光増幅
器７により安定に長距離伝搬させることができる。図４
に示すように、光信号Ｓ６の波形は、多段の光増幅およ
び伝搬を繰り返して長距離伝送された後にも、入力光信
号Ｓ５と比べて劣化がみられない。

【００４１】次に、伝送後の光信号Ｓ６は受光器９で電
気信号に変換され、波形整形回路１３においてそのパル
ス幅が変換された後、信号Ｓ１０として出力される。そ
して、この信号Ｓ１０はＴフリップフロップ回路３に入
力され、その出力端Ｑから、信号の立ち上がりエッジで
状態が反転するような信号Ｓ１１が出力される。このよ
うにして、もとのデータ信号Ｓ１が復調される。なお、
Ｔフリップフロップによっては、入力信号の立ち下がり
エッジで出力状態の反転が起こるものがあるが、その場
合でも同じデータ列が復調される。

【００４２】そして、第１実施例と同様に、クロック再
生回路１２および識別回路１１によって受信データ信号
Ｓ９が得られる。この信号波形は図４に示すように、送
信部のデータ信号Ｓ１を完全に再現している。

【００４３】Ｃ：第３実施例図５は、本発明の第３の実施例による光通信システムの
ブロック構成例であって、図１と対応する部分には同一
の符号を付しその説明を省略する。

【００４４】図５において、１２’はクロック再生器、
１４は光分岐回路、１５は光学的データ変換回路であ
り、光分岐回路１４が分岐した受信光の一方はクロック
再生器１２’へ出力され、他方が光学的データ変換回路
１５へ出力される。

【００４５】この光学的データ変換回路１５は、図７に
示すような分岐比１：１の二分岐回路１５ａ、２つの導
波路１５ｂ，１５ｃ、および二波合成回路１５ｃをもつ
アーム長の異なるマッハツェンダー干渉計であり、例え
ば、２つの３ｄＢ光ファイバカップラの組み合わせ、も
しくは平面型の光導波路を用いて容易に構成することが
可能である。また、二本のアーム長の差は、データ信号
の１タイムスロットに相当する時間差となるように設定
され、例えばデータ信号のビットレートが１０Ｇｂｉｔ
／ｓの場合、１タイムスロットは１００ｐｓであり石英
系光ファイバでアームを構成した場合にはその屈折率が
約１．５なのでアーム長の差は約２ｃｍとなる。

【００４６】また、図６は上記光伝送システムの各部の
信号波形を例示した図であり、以下、この図を用いて光
伝送システム（図５）の動作を説明する。

【００４７】入力データ信号Ｓ１に応じて符号化された
ダーク光ソリトンパルスを発生するまでの方法は、第１
実施例に述べたものと同様であり、光変調器６への入力
信号が”０”から”１”もしくは”１”から”０”に変
化したとき信号Ｓ５にディップが生じる。このディップ
の有無がＲＺ信号に変換した後の電気信号の”１”，”
０”に対応していることは、光変調器６の出力信号Ｓ５
およびＡＮＤ回路２の出力信号Ｓ４の各波形を比較する
ことからわかる（図６参照）。また、伝送用ファイバ８
の波長分散、モードフィールド径、パルス幅などは第１
実施例と同様に設定されており、複数段の伝送をした後
にも受信光Ｓ６のパルス波形は、送信光Ｓ５と比べて劣
化がみられない。

【００４８】次に、図１の光分岐回路１４で分岐された
伝送後の光信号の一部から、クロック抽出回路１２’が
同期用クロックを抽出する。ダーク光ソリトンパルスは
図６のＳ５で示すようなＲＺ信号を論理反転した波形で
あるので、クロック抽出回路１２’を高速受光器、電気
増幅器、および狭帯域電気フィルタで構成することによ
り、同期クロック信号を容易に抽出することが可能であ
る。

【００４９】光分岐回路１４で分岐された他方の光信号
（ダーク光ソリトン信号）は、光学的データ変換回路１
５（図７参照）の二分岐回路１５ａにおいて２つの導波
路１５ｂおよび１５ｃに分岐され、所定の位相差で伝搬
され、二波合成回路において合波される。このとき、合
波される直前の各々の信号Ｓ１２およびＳ１３は、１タ
イムスロット分だけずれた信号となる（図６参照）。

【００５０】ここで、ダーク光ソリトンの信号はディッ
プの左右の信号の位相が逆相でかつその振幅が等しいた
め、再び合波したときの位相が等しいときには合波器の
出力が”１”となり、逆相となるときには合波器の出力
が”０”となる。したがって、光学的データ変換回路１
５の出力は図６のＳ１４に示すようにＮＲＺ信号が得ら
れる。この信号は、送り出し信号Ｓ１を論理反転した信
号に等しいことがわかる。

【００５１】また、二波合成回路１５ｄの入力におい
て、２本のアームの信号が信号光の半波長分の位相がず
れた状態で重ね合わされる場合には、前の例とは位相関
係が逆転するために、図６の信号Ｓ１５に示すようなＲ
Ｚの信号となる。この信号は、送り出しのデータ信号Ｓ
１と１対１に対応している。

【００５２】このようにして、ダーク光ソリトンの信号
Ｓ６は、光学的データ変換回路１５により通常のＮＲＺ
もしくはＲＺ信号に変換される。そして、ＲＺもしくは
ＲＺ信号に変換された信号Ｓ１４またはＳ１５は、受光
器９で電気信号に変換され、識別回路１１で信号の識別
再生を行う。このときクロック再生器１２’からの再生
クロックを識別の基準クロックとしている。

【００５３】本実施例の方法を用いて行ったデータ伝送
実験の結果を図８に示す。これは、受光パワーに対する
符号誤り率の特性を示すものであり、ビットレート５Ｇ
ｂｉｔ／ｓ、５０ｋｍの増幅器間隔で中継伝送した結果
である（図中、白丸）。この結果、特性劣化なしに６０
０ｋｍ伝送できることが確かめられた。

【００５４】Ｄ：第４実施例本発明による第４の実施例は、第３実施例の光学的デー
タ変換回路１５（図７参照）の代わりに、図９にその構
成を示す光学的データ変換回路１５’を用いたものであ
る。この光学的データ変換回路１５’は、干渉計のアー
ムの片方の導波路１５ｃの一部に、加熱ヒータ１５ｅを
装着したものである。

【００５５】光学的データ変換回路１５の出力は、第３
の実施例で述べたように二つのアームの位相関係によ
り、ＮＲＺにもＲＺにも出力信号が変化しうる。しか
し、二つのアームの位相差が０（同相）もしくはπ（逆
相）からずれた場合には、干渉に寄与しない成分が発生
し、Ｓ／Ｎの劣化原因となる。そのため、一定の復調信
号を安定に得るためには、両アーム間の位相差を波長オ
ーダーで調整する必要がある。

【００５６】ここでは、光導波路１５ｃの光路長を加熱
ヒータ１５ｅにより微調整し、これにより、二つのアー
ムの位相差を同相もしくは逆相に合わせ、復調信号の安
定化を図っている。例えば、信号光波長１．５μｍにお
いて半波長の光路長の変化は、導波路１５ｃの屈折率を
１．５とすると０．５μｍの導波路長の変化に相当す
る。これを実現するためには、導波路１５ｃの加熱領域
の長さを２ｃｍ、熱膨張係数を１×１０^-6とすると加熱
ヒータ１５ｅにより２５度の温度変化を与えればよい。
もしくはダークソリトンを作り出す光源５（図５参照）
の波長を０．１ｎｍ程度動かすことにより位相差πの変
化を作り出すことができる。

【００５７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のダ
ーク光ソリトン伝送方法によれば、光伝送に一般的に用
いられる素子や回路によって送信側の光変調器の手前も
しくは受光側でデータ変換を行うことにより、容易に超
高速光伝送が実現できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のダーク光ソリトンの伝送方法を適
用した第１実施例の構成を示すブロック図である。

【図２】図１における各部の波形を例示した図であ
る。

【図３】本発明を適用した第２実施例のブロック構
成図である。

【図４】図３における各部の波形を例示した図であ
る。

【図５】本発明を適用した第３実施例のブロック構
成図である。

【図６】図５における各部の波形を例示した図であ
る。

【図７】図５の光学的データ変換回路１５の構造例
を示す図である。

【図８】本発明の方法を用いたデータ伝送実験の結
果を示す図である。

【図９】加熱ヒーター１５ｅを有する光学的データ
変換回路１５’の構成例である。

【図１０】通常の光ソリトン（ａ）とダーク光ソリト
ン（ｂ）の波形を示す図である。

【図１１】従来のダーク光ソリトンの発生方法を示す
図である。

【図１２】ダーク光ソリトンの発生原理の説明図であ
る。

【符号の説明】

１：信号発生器、２：ＡＮＤ回路、３：Ｔフリップフロ
ップ、４：光変調器駆動回路、５：単一波長連続光源、
６：マッハツェンダー型光変調器、７：光増幅器、８：
ダーク光ソリトン伝送用光ファイバ、９：受光器、１
０：ＮＯＴ回路、１１：識別回路、１２，１２’：クロ
ック抽出回路、１３：波形整形回路、１４：光分岐回
路、１５，１５’：光学的データ変換回路、１５ａ：二
分岐回路、１５ｂ，１５ｃ：光導波路、１５ｄ：二波合
成回路、１５ｅ：加熱ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｂ 10/142 10/04 10/06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単一波長連続光源からの出力光をマッハ
ツェンダー型光強度変調器で変調する際、ＮＲＺ型ディ
ジタル信号をＲＺ型信号に変換し、更にこの信号の立ち
上がりもしくは立ち下がりエッジでその出力論理が反転
する論理回路（Ｔフリップフロップ）でデータを変換し
た後、この電気波形を、その振幅範囲に該変調器の消光
電位（出力が零となる電位）が含まれかつ最大変調振幅
が前記光変調器の半波長電圧の２倍を越えない条件の矩
形波となるように増幅して前記光変調器を駆動すること
により、駆動電圧の立ち上がりおよび立ち下がりエッジ
で駆動電圧が該光変調器の消光電位をよぎる際いに光出
力が急峻に減少する光変調波形を得、この光変調器出力
を光増幅器にて増幅し、その光波長において正常分散領
域となる単一モード光ファイバに結合し、該光ファイバ
の入力端における信号光の振幅を、基本ダーク光ソリト
ンの振幅Ａに比べて大きくかつ該光ファイバを伝搬後に
信号光波形のディップの幅が前記光ファイバへの入力時
に比べて広がらないように設定し、次段以降の中継区間
についても前記条件を満たすように多段の光増幅と伝搬
を繰り返した後、受光器で受光することを特徴とするダ
ーク光ソリトンの伝送方法。
【請求項２】前記ＮＲＺ型ディジタル信号を直接電気
的に増幅し、増幅信号の振幅範囲に該光変調器の消光電
位が含まれかつ最大振幅が光変調器の半波長電圧の２倍
を越えない条件を満たす矩形波にして該光変調器を駆動
することによりダーク光ソリトン信号を発生し、請求項
１記載の方法により伝搬した後、受光器により電気信号
を得、この電気信号の立ち上がりまたは立ち下がりエッ
ジでその出力論理が反転する論理回路（Ｔフリップフロ
ップ）を用いてデータ信号の復調を行なうことを特徴と
する請求項１記載のダーク光ソリトンの伝送方法。
【請求項３】前記光ファイバ伝搬後の光信号を２つの
光導波路に分割し、一方の信号を他方の信号に比べて符
号送出間隔に等しい時間遅延させたうえで両信号を光学
的に同位相で重ね合わせ、この信号を受光することを特
徴とする請求項１記載のダーク光ソリトンの伝送方法。
【請求項４】前記光ファイバ伝搬後の光信号を２つの
光導波路に分割し、一方の信号を時間遅延し他方と重ね
合わせる際に、光学的に逆位相で重ね合わせた後に受光
することを特徴とする請求項１記載のダーク光ソリトン
の伝送方法。
【請求項５】前記光ファイバ伝搬後の光信号の分割お
よび重ね合わせは、２つのアームの光路長差が符号送出
間隔に等しくかつ一方のアームに加熱用ヒーターを組み
込んだマッハツェンダー型平面光導波路を用いて行うこ
とを特徴とする請求項３または４記載のダーク光ソリト
ンの伝送方法。