JPS6242244B2 - - Google Patents
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- JPS6242244B2 JPS6242244B2 JP55165579A JP16557980A JPS6242244B2 JP S6242244 B2 JPS6242244 B2 JP S6242244B2 JP 55165579 A JP55165579 A JP 55165579A JP 16557980 A JP16557980 A JP 16557980A JP S6242244 B2 JPS6242244 B2 JP S6242244B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/293—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
- G02B6/29379—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means characterised by the function or use of the complete device
- G02B6/29392—Controlling dispersion
- G02B6/29394—Compensating wavelength dispersion
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
- H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
- H04B10/2513—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion
- H04B10/2519—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion using Bragg gratings
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は光フアイバ伝送において、波長スペ
クトルの拡がりを持つ光が、波長分散を持つ光フ
アイバを伝搬したときに生ずる波長ごとの遅延時
間差を打消す等化方式に関するものである。
クトルの拡がりを持つ光が、波長分散を持つ光フ
アイバを伝搬したときに生ずる波長ごとの遅延時
間差を打消す等化方式に関するものである。
単一モード光フアイバの伝送帯域は主に波長分
散により制限される。光フアイバは波長1.1〜1.6
μｍで低損失となるので、この波長域で波長分散
を除去することが望ましい。光フアイバのコア径
や比屈折率差を変化させることにより波長分散が
零となる波長をある程度制御することはできる。
しかし、精度良く、その制御を行うことは困難で
あり、接続損失も増加する。従来光フアイバの外
部で波長分散を等化するものとして、回折格子や
複屈折フイルタの分波特性を利用し、光源の波長
域をいくつかに分離し、各波長毎に異る遅延を与
えた後合波するものがあつた。これらの装置は大
がかりになり、挿入損失も大きいので、この発明
者は先に導波路中のグレーテイングの波長選択反
射特性を利用した等化器を考案した（特願昭55−
67061、特願昭55−115840）。
散により制限される。光フアイバは波長1.1〜1.6
μｍで低損失となるので、この波長域で波長分散
を除去することが望ましい。光フアイバのコア径
や比屈折率差を変化させることにより波長分散が
零となる波長をある程度制御することはできる。
しかし、精度良く、その制御を行うことは困難で
あり、接続損失も増加する。従来光フアイバの外
部で波長分散を等化するものとして、回折格子や
複屈折フイルタの分波特性を利用し、光源の波長
域をいくつかに分離し、各波長毎に異る遅延を与
えた後合波するものがあつた。これらの装置は大
がかりになり、挿入損失も大きいので、この発明
者は先に導波路中のグレーテイングの波長選択反
射特性を利用した等化器を考案した（特願昭55−
67061、特願昭55−115840）。
第１図にその等化器の構造を示す。この等化器
は導波路を構成するコア１とクラツド２とよりな
り、その導波路１にグレーテイング４，５，６が
設けられ、そのグレーテイング４，５，６の周期
は波長λ１，λ２，λ３を選択的に反射するよう
に選定されている。波長λ１，λ２，λ３の混合
した光源よりの光７は光サーキユレータ３を通じ
て導波路１の一端に入射され、波長λ１，λ２，
λ３の各成分はグレーテイング４，５，６の位置
により異る遅延を受けて反射し、光サーキユレー
タ３に戻り、これより外部へ出射光８として導か
れる。従つて光源の波長λ１，λ２，λ３及び伝
送用光フアイバの波長分散の値から決まる遅延量
を打消す位置にグレーテイング４，５，６を設け
ることにより、波長分散を等化することができ
る。
は導波路を構成するコア１とクラツド２とよりな
り、その導波路１にグレーテイング４，５，６が
設けられ、そのグレーテイング４，５，６の周期
は波長λ１，λ２，λ３を選択的に反射するよう
に選定されている。波長λ１，λ２，λ３の混合
した光源よりの光７は光サーキユレータ３を通じ
て導波路１の一端に入射され、波長λ１，λ２，
λ３の各成分はグレーテイング４，５，６の位置
により異る遅延を受けて反射し、光サーキユレー
タ３に戻り、これより外部へ出射光８として導か
れる。従つて光源の波長λ１，λ２，λ３及び伝
送用光フアイバの波長分散の値から決まる遅延量
を打消す位置にグレーテイング４，５，６を設け
ることにより、波長分散を等化することができ
る。
以上の各種の等化器は、一定の波長域及び波長
間隔の光源を仮定して設計されるので、光源の種
類又は経時変化に対する適応性が悪い。特に光源
の波長の変動に対応する構造の実現が難しく、設
置時の微調整も難しいという欠点があつた。
間隔の光源を仮定して設計されるので、光源の種
類又は経時変化に対する適応性が悪い。特に光源
の波長の変動に対応する構造の実現が難しく、設
置時の微調整も難しいという欠点があつた。
この発明はこれらの欠点を除去するため、伝送
光のスペクトルを反転することにより遅延時間を
等化するもので、特にそのスペクトル反転に光パ
ラメトリツク効果を利用する遅延分散等化方式を
提供するものである。
光のスペクトルを反転することにより遅延時間を
等化するもので、特にそのスペクトル反転に光パ
ラメトリツク効果を利用する遅延分散等化方式を
提供するものである。
第２図はこの発明の原理を説明する光フアイバ
伝送系を示す図である。長さL1及びL2の伝送用
光フアイバ１１及び１２はスペクトル反転器１３
を通じて互に接続されている。光フアイバ１１及
び１２はそれぞれ考えている波長域でs1及びs2
（ps／Km・nm）の波長分散を持つ。また、光源の
波長拡がりを説明を簡単にするためλ１，λ２，
λ３の３本の波長で代表させる。例えば光源とし
て半導体レーザを用いれば、λ１，λ２，λ３は
その縦モードとなる。光フアイバ１１に同時に入
射したλ１，λ２，λ３の光パルス７は伝送後に
λ１，λ２，λ３毎に時間差を持ち、S1＞０の場
合はλ１，λ２，λ３の順に到着する。次にスペ
クトル反転器１３によりλ１はλ1′に、λ２はλ
2′に、λ３はλ3′に変換される。λ1′，λ2′，λ
3′の波長順序は逆転しているので、光フアイバ１
２の波長分散S2により３つの波長の時間差が無く
なる方向に遅延が与えられる。実際には光フアイ
バ１１及び１２の波長分散及び長さは異る。この
とき光フアイバ１２の伝搬後に生ずる時間差Ｔは
次のように計算される。
伝送系を示す図である。長さL1及びL2の伝送用
光フアイバ１１及び１２はスペクトル反転器１３
を通じて互に接続されている。光フアイバ１１及
び１２はそれぞれ考えている波長域でs1及びs2
（ps／Km・nm）の波長分散を持つ。また、光源の
波長拡がりを説明を簡単にするためλ１，λ２，
λ３の３本の波長で代表させる。例えば光源とし
て半導体レーザを用いれば、λ１，λ２，λ３は
その縦モードとなる。光フアイバ１１に同時に入
射したλ１，λ２，λ３の光パルス７は伝送後に
λ１，λ２，λ３毎に時間差を持ち、S1＞０の場
合はλ１，λ２，λ３の順に到着する。次にスペ
クトル反転器１３によりλ１はλ1′に、λ２はλ
2′に、λ３はλ3′に変換される。λ1′，λ2′，λ
3′の波長順序は逆転しているので、光フアイバ１
２の波長分散S2により３つの波長の時間差が無く
なる方向に遅延が与えられる。実際には光フアイ
バ１１及び１２の波長分散及び長さは異る。この
とき光フアイバ１２の伝搬後に生ずる時間差Ｔは
次のように計算される。
Ｔ＝Δλ（Ｌ1s1−Ｌ2s2） (1)
こゝで｛Ｔ：λ1′とλ2′の光の遅延時間差
Δλ＝λ1′−λ2′＝λ２−λ１｝
従つて波長分散が完全に等化される条件は
Ｌ1s1＝Ｌ2s2 (2)
となる。
この発明ではスペクトル反転器１３を非線形光
パラメトリツク効果により実現するものである。
第３図に光パラメトリツク効果によるスペクトル
反転器１３の構成を示す。非線形光学結晶１４は
一般的には位相整合のため約400℃に熱された
LiNbO3が良く知られているが、非線形光学係数
ｄが大きなものとして、KNbO3が適している
（文献：P.Gunter et al.，Appl.Phys.Lett.，35，
P.461，1979）。レーザ１５（例えば波長λｐ＝
0.75μｍで発振するクリプトンレーザ）からの励
起光と入射信号光とが半透鏡１６で混合されて非
線形光学結晶１４の一端に入射される。非線形光
学結晶１４の他端より出た光をスペクトル変換さ
れた波長λ1′，λ2′，λ3′の成分と、他の波長λ
１，λ２，λ３，λｐの成分とに光学フイルタ１
７で分離される。ここでλｐとλν，λν′（ν
＝１，２，３）との関係はλｐ＝１／（１／λν＋ １／λ′ν） とする。信号光と差周波光（スペクトル変換光）
との間隔を0.02μｍ程度に選べば、これらを分離
する光学フイルタ１７は誘電体多層膜フイルタに
より容易に得られる。また半透鏡１６も、信号光
を100％透過し、励起光を100％反射するフイルタ
とすることにより、高効率の混合が達成される。
パラメトリツク効果により実現するものである。
第３図に光パラメトリツク効果によるスペクトル
反転器１３の構成を示す。非線形光学結晶１４は
一般的には位相整合のため約400℃に熱された
LiNbO3が良く知られているが、非線形光学係数
ｄが大きなものとして、KNbO3が適している
（文献：P.Gunter et al.，Appl.Phys.Lett.，35，
P.461，1979）。レーザ１５（例えば波長λｐ＝
0.75μｍで発振するクリプトンレーザ）からの励
起光と入射信号光とが半透鏡１６で混合されて非
線形光学結晶１４の一端に入射される。非線形光
学結晶１４の他端より出た光をスペクトル変換さ
れた波長λ1′，λ2′，λ3′の成分と、他の波長λ
１，λ２，λ３，λｐの成分とに光学フイルタ１
７で分離される。ここでλｐとλν，λν′（ν
＝１，２，３）との関係はλｐ＝１／（１／λν＋ １／λ′ν） とする。信号光と差周波光（スペクトル変換光）
との間隔を0.02μｍ程度に選べば、これらを分離
する光学フイルタ１７は誘電体多層膜フイルタに
より容易に得られる。また半透鏡１６も、信号光
を100％透過し、励起光を100％反射するフイルタ
とすることにより、高効率の混合が達成される。
周知のように光パラメトリツク増幅においては
角周波数及び波数がωｐ，kpの光で励起されて
いる非線形光学結晶にωｓ，ksの信号光が入射
した場合、信号光が増幅されるとともに角周波数
ωｉ＝ωｐ−ωｓのアイドラ光（差周波光）を発
生する。特にアイドラ光の結晶内での波数kiが位
相整合条件ki＝kp−ksを満たす場合、信号光の
入射強度をＡ、結晶長をｌとすれば、信号光とア
イドラ光の強度As，Aiは次式で表わされる。（文
献：Yariv著、多田他訳「光エレクトロニクスの
基礎、丸善） As＝Acoshｇｌ／２，Ai＝Asinhｇｌ／２ (3) ｇは励起光強度及び結晶の非線形光学係数に依
存する増幅率である。(3)式よりgl≧1.76のときア
イドラ光は入射信号光より強くなる。また、ωｐ
とωｓを近い値にとれば、アイドラ光の波長λｉ
は、信号光波長λｓを励起光波長λｐの２倍の波
長２λｐを中心に反転したものとみなせる。従つ
て第３図の場合のように信号光としてλ１，λ
２，λ３が同時に入射すると、波長順序が入れ替
つてアイドラ光λ3′，λ2′，λ1′が発生する。こ
れらの波長関係を第４図に示した。λ3′，λ2′，
λ1′を新たに伝送用の信号光とすることにより、
波長反転を行なうことができる。
角周波数及び波数がωｐ，kpの光で励起されて
いる非線形光学結晶にωｓ，ksの信号光が入射
した場合、信号光が増幅されるとともに角周波数
ωｉ＝ωｐ−ωｓのアイドラ光（差周波光）を発
生する。特にアイドラ光の結晶内での波数kiが位
相整合条件ki＝kp−ksを満たす場合、信号光の
入射強度をＡ、結晶長をｌとすれば、信号光とア
イドラ光の強度As，Aiは次式で表わされる。（文
献：Yariv著、多田他訳「光エレクトロニクスの
基礎、丸善） As＝Acoshｇｌ／２，Ai＝Asinhｇｌ／２ (3) ｇは励起光強度及び結晶の非線形光学係数に依
存する増幅率である。(3)式よりgl≧1.76のときア
イドラ光は入射信号光より強くなる。また、ωｐ
とωｓを近い値にとれば、アイドラ光の波長λｉ
は、信号光波長λｓを励起光波長λｐの２倍の波
長２λｐを中心に反転したものとみなせる。従つ
て第３図の場合のように信号光としてλ１，λ
２，λ３が同時に入射すると、波長順序が入れ替
つてアイドラ光λ3′，λ2′，λ1′が発生する。こ
れらの波長関係を第４図に示した。λ3′，λ2′，
λ1′を新たに伝送用の信号光とすることにより、
波長反転を行なうことができる。
数値例として光源の半導体レーザの縦モードが
1.60，1.598，1.596，1.594，1.592，1.590μｍの
６つの波長で発振しているとし、伝送用光フアイ
バの波長分散を20ps／Km・nmとするとき、第１
の伝送用光フアイバ１１を２Km伝搬した後波長
1.6μｍ及び1.59μｍの間で4nsの時間差を生ず
る。これを非線形光学結晶１４であるLiNbO3或
いはKNbO3に入射し、励起光としてクリプトン
レーザによる波長λｐ＝0.75μｍの光を同時に入
射すれば、波長1.50，1.502，1.504，1.506，
1.508μｍのアイドラ光を発生する。1.5μｍ近傍
の波長で20ps／Km・nmの波長分散を持つ第２の
伝送用光フアイバ１２の長さを20Kmとすれば、第
２の光フアイバ伝搬後には遅延時間差は零とな
る。励起光として必要な強度は次のように計算さ
れる。(3)式中の増幅率ｇは次式で与えられる。
1.60，1.598，1.596，1.594，1.592，1.590μｍの
６つの波長で発振しているとし、伝送用光フアイ
バの波長分散を20ps／Km・nmとするとき、第１
の伝送用光フアイバ１１を２Km伝搬した後波長
1.6μｍ及び1.59μｍの間で4nsの時間差を生ず
る。これを非線形光学結晶１４であるLiNbO3或
いはKNbO3に入射し、励起光としてクリプトン
レーザによる波長λｐ＝0.75μｍの光を同時に入
射すれば、波長1.50，1.502，1.504，1.506，
1.508μｍのアイドラ光を発生する。1.5μｍ近傍
の波長で20ps／Km・nmの波長分散を持つ第２の
伝送用光フアイバ１２の長さを20Kmとすれば、第
２の光フアイバ伝搬後には遅延時間差は零とな
る。励起光として必要な強度は次のように計算さ
れる。(3)式中の増幅率ｇは次式で与えられる。
こゝで、μ０：真空中透磁率、
ε０：真空中誘電率、
ns，ni：信号光及びアイドラ光に対す
る結晶の屈折率、 ｄ：非線形光学係数、 Ep：励起光の電界強度、 である。また、励起光の単位面積当りの強度Ｐと
Epの関係は、 で与えられる。npは励起光に対する屈折率であ
る。今、結晶長ｌを５cmとすれば、gl＝1.76とす
るＰは(4)式と(5)式により求められる。LiNbO3の
場合ｄ＝５×10-23MKS単位、ns＝ni＝np＝2.2で
あるからＰ〓800KW／cm2となる。KNbO3ではｄ
＝1.6×10-22MKS単位、ns＝ni＝np＝2.3である
から、Ｐ〓270KW／cm2となる。これらは結晶に
ダメージを与える光パワーより十分小さい値であ
る。また、結晶基板上にTiを拡散した導波路型
の非線形媒質を用いると、励起光強度は小さいも
ので良い（文献：上杉他、電子通信学会光量子エ
レクトロニクス研究会資料OQE79−40，1979）。
導波路を伝搬する光が約10μｍ四方に閉じ込めら
れているとすれば、LiNbO3を用いた場合
800mW、KNbO3では270mWとなる。これらはク
リプトンレーザで十分得られる強度である。現在
半導体レーザで100mWの出力が予想され、光パ
ラメトリツク増幅が励起光70mWで実現されてい
る（文献：上杉他、前出）ので、手軽な半導体レ
ーザを励起光とする小型、高信頼性の波長反転器
の実現が十分可能である。
る結晶の屈折率、 ｄ：非線形光学係数、 Ep：励起光の電界強度、 である。また、励起光の単位面積当りの強度Ｐと
Epの関係は、 で与えられる。npは励起光に対する屈折率であ
る。今、結晶長ｌを５cmとすれば、gl＝1.76とす
るＰは(4)式と(5)式により求められる。LiNbO3の
場合ｄ＝５×10-23MKS単位、ns＝ni＝np＝2.2で
あるからＰ〓800KW／cm2となる。KNbO3ではｄ
＝1.6×10-22MKS単位、ns＝ni＝np＝2.3である
から、Ｐ〓270KW／cm2となる。これらは結晶に
ダメージを与える光パワーより十分小さい値であ
る。また、結晶基板上にTiを拡散した導波路型
の非線形媒質を用いると、励起光強度は小さいも
ので良い（文献：上杉他、電子通信学会光量子エ
レクトロニクス研究会資料OQE79−40，1979）。
導波路を伝搬する光が約10μｍ四方に閉じ込めら
れているとすれば、LiNbO3を用いた場合
800mW、KNbO3では270mWとなる。これらはク
リプトンレーザで十分得られる強度である。現在
半導体レーザで100mWの出力が予想され、光パ
ラメトリツク増幅が励起光70mWで実現されてい
る（文献：上杉他、前出）ので、手軽な半導体レ
ーザを励起光とする小型、高信頼性の波長反転器
の実現が十分可能である。
以上説明したように、この発明は波長スペクト
ルを反転する等化方式であるので、伝送距離や波
長分散の異るフアイバに対しても同じ装置を一ケ
所のみに挿入するだけでよい。また光源の波長が
変化してもスペクトル反転の性質は不変であり、
等化能力は変化しない。さらに利得のある媒質を
用いるので増幅も同時に行うことが可能であるな
どの利点がある。
ルを反転する等化方式であるので、伝送距離や波
長分散の異るフアイバに対しても同じ装置を一ケ
所のみに挿入するだけでよい。また光源の波長が
変化してもスペクトル反転の性質は不変であり、
等化能力は変化しない。さらに利得のある媒質を
用いるので増幅も同時に行うことが可能であるな
どの利点がある。
第１図は従来のグレーテイング付導波路による
遅延等化器を示す平面図、第２図はこの発明の原
理を説明するための光フアイバ伝送系を示す図、
第３図は第２図におけるスペクトル反転器１３の
構成例を示す図、第４図は励起光Ｐ、信号光Ｓと
アイドラ光Ｉの波長関係を示す図である。 １１，１２：伝送用光フアイバ、１３：スペク
トル反転器、１４：非線形光学結晶、１５：励起
光源、１６：半透鏡、１７：光学フイルタ。
遅延等化器を示す平面図、第２図はこの発明の原
理を説明するための光フアイバ伝送系を示す図、
第３図は第２図におけるスペクトル反転器１３の
構成例を示す図、第４図は励起光Ｐ、信号光Ｓと
アイドラ光Ｉの波長関係を示す図である。 １１，１２：伝送用光フアイバ、１３：スペク
トル反転器、１４：非線形光学結晶、１５：励起
光源、１６：半透鏡、１７：光学フイルタ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 中心波長λａのまわりに波長幅を有する光が
伝送用光フアイバを伝搬し、その光フアイバの波
長分散により生ずる波長毎の遅延時間差を等化す
る伝送方式において、伝送用光フアイバの或る地
点Ｐ以前の長さをL1、Ｐ以前の光フアイバの波
長λａにおける波長分散をs1、Ｐ以後の長さを
L2、Ｐ以後の光フアイバの波長λｂにおける波
長分散をs2とするとき、Ｌ1s1＝Ｌ2s2をほゞ満足
するような地点Ｐにおいて、Ｐ以前の光フアイバ
により遅延時間差を生じた中心波長λａの光信号
を、その波長幅より離れた波長λｐ＝１／（１／λａ ＋１／λｂ）、（ただしλａ≠λｂ）の励起光により励 起された非線型光学媒質中に入射し、その非線型
光学媒質の光パラメトリツク効果により上記光信
号のスペクトルを２λｐに対して対称な波長域に
反転変換し、そのスペクトルを反転された中心波
長λｂの差周波光を新たに信号光とし、λａ及び
λｐの成分は除去してＰ以後の光フアイバに伝送
させることを特徴とする光フアイバ遅延分散の等
化方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55165579A JPS5789703A (en) | 1980-11-25 | 1980-11-25 | Equalization system for optical-fiber delay dispersion |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP55165579A JPS5789703A (en) | 1980-11-25 | 1980-11-25 | Equalization system for optical-fiber delay dispersion |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5789703A JPS5789703A (en) | 1982-06-04 |
| JPS6242244B2 true JPS6242244B2 (ja) | 1987-09-07 |
Family
ID=15815031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP55165579A Granted JPS5789703A (en) | 1980-11-25 | 1980-11-25 | Equalization system for optical-fiber delay dispersion |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5789703A (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2161612B (en) * | 1984-07-11 | 1988-02-03 | Stc Plc | Optical fibre transmission systems |
| JP2671524B2 (ja) * | 1989-10-09 | 1997-10-29 | 日本電気株式会社 | 光通信装置 |
| JP2734715B2 (ja) * | 1990-01-31 | 1998-04-02 | 日本電気株式会社 | 光通信装置 |
| JP2639204B2 (ja) * | 1990-10-19 | 1997-08-06 | 日本電気株式会社 | 無線デジタル伝送システム |
| JP2830485B2 (ja) * | 1991-02-19 | 1998-12-02 | 日本電気株式会社 | 光ファイバ分散補償装置 |
| US6175435B1 (en) * | 1995-11-22 | 2001-01-16 | Fujitsu Limited | Optical communication system using optical phase conjugation to suppress waveform distortion caused by chromatic dispersion and optical kerr effect |
-
1980
- 1980-11-25 JP JP55165579A patent/JPS5789703A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5789703A (en) | 1982-06-04 |
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