JPS6317433A - Optical transmission line - Google Patents

Optical transmission line

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JPS6317433A
JPS6317433A JP61159739A JP15973986A JPS6317433A JP S6317433 A JPS6317433 A JP S6317433A JP 61159739 A JP61159739 A JP 61159739A JP 15973986 A JP15973986 A JP 15973986A JP S6317433 A JPS6317433 A JP S6317433A
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JP
Japan
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optical
optical fiber
transmission line
input end
core
Prior art date
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Application number
JP61159739A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuto Tajima
一人 田島
Koichi Minemura
峰村 孝一
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPS6317433A publication Critical patent/JPS6317433A/en
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Abstract

PURPOSE:To increase the insertion interval of an optical amplifier and to obtain a low-cost, high-reliability, and extremely-fast optical transmission line by connecting an optical fiber which has specific group speed dispersion and an optical amplifier which has a specific amplification degree alternately. CONSTITUTION:Optical transmission lines 1 and 2 consisting of many single- mode optical fibers with core diameters f1-f4 are connected through lenses 3 and 4 and the optical amplifier 5. The group speed dispersion kz of the optical fibers varies satisfying kzF<2>(kz)+alphaexp(-2gammaz)=0 in a light propagation direction (axial direction). Here, F(kz) is the core diameter of an optical as a function of kz, (z) the transmission-directional distance of the optical fiber, alpha a constant, and gamma a coefficient of light loss. The optical amplification degree of the optical amplifier 5 is so set that the peak power P of light at all incidence terminals of the plural optical fibers satisfies a relation 0.5Popt<P<1.5Popt. Here, Popt=n0 AE<2>/754; and n0 is the linear refractive index of a core, A is the core area, and E is expressed as shown by II.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は超高速長距離光伝送システム用光伝送路に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical transmission line for an ultra-high-speed long-distance optical transmission system.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

光ソリトンはその幅が光伝搬距離に依存しない光超短パ
ルスであるため、この性質を利用して超高速光通信シス
テムを実現することが提案されている。しかし従来の単
一モード光ファイバを光伝送媒体として用いると、光フ
ァイバの光損失の影響のため、光ソリトンは光ソリトン
としての性質を伝搬するにつれ失い、その幅が増大する
(例えばA、ハセガワ、Y、コダマ、プロシーデインダ
ス オブ アイ イー イー イー、第69巻、9号、
 1145ページ、 1981年)、この結果、実現可
能なビットレートが大幅に制限される。そこで、光ファ
イバの光損失を誘導ラマン増幅等の光増幅手段で補うこ
とが行われている(例えばり、F、モレナウア他、オプ
チックス・レターズ誌、第10巻。
Since optical solitons are ultrashort optical pulses whose width does not depend on the optical propagation distance, it has been proposed to utilize this property to realize ultrahigh-speed optical communication systems. However, when a conventional single mode optical fiber is used as an optical transmission medium, the optical soliton loses its properties as it propagates due to the optical loss of the optical fiber, and its width increases (for example, A, Hasegawa et al. , Y. Kodama, Proceedings of IEE, Volume 69, No. 9,
1145, 1981), this severely limits the achievable bit rate. Therefore, optical loss in optical fibers is compensated for by optical amplification means such as stimulated Raman amplification (see, for example, F. Mollenauer et al., Optics Letters, Vol. 10).

5号、229ページ、 1985年)。この方法によれ
ば光損失の問題は解決されるが、数km−10ka+程
度の短い間隔で光伝送路に大がかりな光増幅器を挿入す
る必要があるという大きな問題がある。
No. 5, page 229, 1985). Although this method solves the problem of optical loss, there is a major problem in that it is necessary to insert large-scale optical amplifiers into the optical transmission line at short intervals of about several km-10 ka+.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

このように、通常の単一モード光ファイバを用いると、
光ファイバの光伝送損失により光ソリトンはその幅が拡
がってしまい、達成可能な伝送速度が制限され、また光
増幅器を用いることによりこの問題を解決するためには
、数k11〜101ua間隔で多数の光増幅器を光伝送
路に挿入する必要があるため、光通信システムが非常に
高価なものになるのみならず、光通信システムの信頬性
が低下す゛るという問題があった。
In this way, using a normal single mode optical fiber,
The width of the optical soliton increases due to the optical transmission loss of the optical fiber, which limits the achievable transmission speed.In order to solve this problem by using an optical amplifier, it is necessary to Since it is necessary to insert an optical amplifier into the optical transmission path, there are problems in that the optical communication system not only becomes very expensive, but also that the reliability of the optical communication system decreases.

本発明の目的は、光増幅器の挿入間隔を大幅に拡大する
ことができ、安価で信頌性の高い、超高速光伝送路を提
供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ultrahigh-speed optical transmission line that is inexpensive, highly reliable, and can greatly expand the insertion interval of optical amplifiers.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

第1の本発明の光伝送路は、光ファイバにおける群速度
分散kt(s2/cI11)が光伝搬方向(軸方向)に
対して、 kg F”(kz )+αexp (−2TZ)=0を
満足するように変化している光ファイバと、光増幅器と
を交互に接続した光伝送路において、前記複数の光ファ
イバの全ての入射端における光のピークパワーPが、 0.5 P、□< P < 1.5 P aptの関係
を満足するように、前記光増幅器の光増幅度が設定され
ていることを特徴とする。
In the optical transmission line of the first aspect of the present invention, the group velocity dispersion kt (s2/cI11) in the optical fiber satisfies kg F'' (kz) + αexp (-2TZ) = 0 in the light propagation direction (axial direction). In an optical transmission line in which optical fibers and optical amplifiers are alternately connected, the peak power P of light at all the input ends of the plurality of optical fibers is 0.5 P, □< P The optical amplifier is characterized in that the optical amplification degree of the optical amplifier is set so as to satisfy the relationship: <1.5 P apt.

第2の本発明の光伝送路は、光損失係数r (1/cI
I+)が同程度で群速度分散の異なる光ファイバを複数
接続した光ファイバ伝送路であって、その全長における
群速度分散kzが光伝方向(軸方向)に対して近似的に
、 kzFz(kz)+ae xp (−2r z)=0の
関係を満足する光ファイバ伝送路と、光増幅器とを交互
に接続した光伝送路において、前記複数の光ファイバ伝
送路の全ての入射端における光のピークパワーPが、 0.5 Popt <P<1.S P、、tの関係を満
足するように、前記光増幅器の光増幅度が設定されてい
ることを特徴とする。
The optical transmission line of the second invention has an optical loss coefficient r (1/cI
An optical fiber transmission line is an optical fiber transmission line in which a plurality of optical fibers with the same I+) and different group velocity dispersions are connected, and the group velocity dispersion kz over the entire length is approximately kzFz(kz ) + ae Power P is 0.5 Popt<P<1. The optical amplifier is characterized in that the optical amplification degree of the optical amplifier is set so as to satisfy the relationship S P,, t.

〔作用〕[Effect]

単一モード光ファイバの光伝搬特性は波動方程式 %式% により表される(例えばB、Pネルソン他、オプチック
ス・コミュニケイシッンズ、第48@、4号。
The optical propagation characteristics of a single mode optical fiber are expressed by the wave equation % (for example, B. P. Nelson et al., Optics Communications, No. 48@, No. 4).

292ヘージ、 1983年)。ここで光の電界強度E
は、a(t、z) −−E(t、z)  e xp (
i  (ωt−ko z) )+複素共役環 の平面波である。2は光の進行方向を表わす座標で、t
は時間、ωは光周波数、ko、に、、k。
292 Hage, 1983). Here, the electric field strength of light E
is a(t, z) --E(t, z) e exp (
i (ωt−ko z) )+a plane wave of a complex conjugated ring. 2 is the coordinate representing the traveling direction of the light, t
is time, ω is optical frequency, ko, to, ,k.

はそれぞれ光の位相速度9群速度1群速度分散である。are the phase velocity 9 group velocity and 1 group velocity dispersion of light, respectively.

またTは光の減衰率、no及びn2はそれぞれ線形屈折
率と非線形屈折率である。単位は0g3を用いている。
Further, T is a light attenuation rate, and no and n2 are a linear refractive index and a nonlinear refractive index, respectively. The unit is 0g3.

ここで、ガリレイ座標変喚 t ’ = (t−に、z)/r       (2a
)z’=z/ζ            (2b)F=
ζT              (3a)(3b) を用いて式(1)を変換すると  zl が得られる。式(4)において右辺第1項が光ファイバ
の群速度分散の影響を表しく以後、第1項を分散項と呼
ぶ)、第2項が光ファイバの非線形性の影響を表す(以
後、第2項を非線形項と呼ぶ)。
Here, the Galilean coordinate transformation t' = (t-to, z)/r (2a
)z'=z/ζ (2b)F=
When formula (1) is transformed using ζT (3a) (3b), zl is obtained. In equation (4), the first term on the right side represents the influence of the group velocity dispersion of the optical fiber (hereinafter referred to as the dispersion term), and the second term represents the influence of the nonlinearity of the optical fiber (hereinafter referred to as the dispersion term). The second term is called the nonlinear term).

ここで式(4)の非線形項がexp (−2r’z’)
の割合で減少するが、これは光ファイバの光損失の影響
で光ファイバの非線形性の影響が2の増大につれ(つま
り光ソリトンが光ファイバを伝搬するにつれ)−$i少
することを意味する。この結果、光ソリトンは分散項の
影響のみを強く受ける結果、その幅が広がる。この問題
を避けるためには分散項も非線形項と同じ割合で減少す
るようにすればよい、つまり、 k、(z ’)−kzcz ’ =Q)exp  (’
lr z ’)とする。この結果、光ソリトンが光ファ
イバ伝搬後も、その幅を全く変えないことは数値計算に
より容易に確認できる。
Here, the nonlinear term in equation (4) is exp (-2r'z')
This means that the effect of nonlinearity in the optical fiber due to the optical loss in the optical fiber decreases by -$i as 2 increases (i.e. as the optical soliton propagates through the optical fiber) . As a result, the optical soliton is strongly influenced only by the dispersion term, and as a result, its width increases. To avoid this problem, the dispersion term should also decrease at the same rate as the nonlinear term, that is, k, (z')-kzcz' = Q)exp ('
lr z'). As a result, it can be easily confirmed by numerical calculation that the width of the optical soliton does not change at all even after propagation through the optical fiber.

しかし現実の光ファイバの群速度分散は、そのコア径に
関係する(例えばり、グローゲ、アブライドオブチック
ス誌、第10巻、 2252ページ、 1971年)。
However, the group velocity dispersion of an actual optical fiber is related to its core diameter (see, for example, Groge, Journal of Abstracts, Vol. 10, p. 2252, 1971).

従って、光ファイバの群速度分散に式(5)のような距
離依存性を持たせると、同時に光ファイバのコア径も距
離依存性を持つ。光ファイバのコア径が変化すると光フ
ァイバ内の光子密度がコア径の2乗の逆数に比例して変
化し、従って非線形性の強さも同様に変化する。そこで
、この点を考慮して式(5)を α と置き換える。ここでa(z’)は光ファイバの有効コ
ア径であり、αは後に指定する定数である。
Therefore, when the group velocity dispersion of an optical fiber is made to have distance dependence as shown in equation (5), the core diameter of the optical fiber also becomes distance dependent. When the core diameter of the optical fiber changes, the photon density within the optical fiber changes in proportion to the reciprocal of the square of the core diameter, and therefore the strength of nonlinearity changes similarly. Therefore, in consideration of this point, equation (5) is replaced with α. Here, a(z') is the effective core diameter of the optical fiber, and α is a constant specified later.

有効コア径は光ファイバの有効コア面積(例えばS、E
、  ミラー編、オプチカルファイバテレコミュニケイ
ションズ、アカデミツクプレス、130ページ)に対応
する径であり、光ファイバの実際のコア径に非常に近い
。さてここで、aは一般にに!の関数として近似できる
。この関係を、a=F(kg)           
(71とすると式(6)は、 kz F”(kz)+αe xp  (−2r z) 
=0  (81となる。ここでは実座標を用いた。この
ように光ファイバの有効コア径はa=F(k2)のよう
にに2の関数で近似できるが、代表的な方法は多項式を
用いる方法である。従って式(8)はに2の多項方程式
と考えることができる。従って式(8)は各2について
解くことによりその2におけるに2の値が求まる。そし
て、そのに2より式(7)を用いて光ファイバの有効コ
ア径が求まる。なお、αは2=Oの時のに2を決めれば
自動的に決定される。2=0の時のktの値は、通常は
実現可能な値のうち最大のものをとる。
The effective core diameter is the effective core area of the optical fiber (for example, S, E
, Miller ed., Optical Fiber Telecommunications, Academic Press, p. 130), and is very close to the actual core diameter of an optical fiber. Now, a is generally! It can be approximated as a function of This relationship is expressed as a=F (kg)
(71, equation (6) is kz F" (kz) + αe xp (-2r z)
=0 (81.Here, we used real coordinates.In this way, the effective core diameter of an optical fiber can be approximated by a function of 2, such as a=F(k2), but a typical method is to use a polynomial. Therefore, equation (8) can be thought of as a polynomial equation of 2. Therefore, by solving equation (8) for each 2, the value of 2 at that 2 can be found. The effective core diameter of the optical fiber is determined using equation (7). α is automatically determined by determining 2 when 2 = O. The value of kt when 2 = 0 is usually takes the largest possible value.

以上のように有効コア径が2軸方向(光伝搬方向)に対
して変化する光ファイバを用いれば、光ソリトンをその
幅を変えることなく長距離にわたり伝搬させることが可
能である。
As described above, by using an optical fiber whose effective core diameter changes in two axial directions (light propagation directions), it is possible to propagate an optical soliton over a long distance without changing its width.

ところで、前記の方法でに2の値を変化させ得る範囲に
は限度がある。これにより、光ファイバの実現可能な長
さも制限され、実際には高々150に+a程度である。
By the way, there is a limit to the range in which the value of 2 can be changed using the above method. This limits the achievable length of the optical fiber, which is actually about 150+a at most.

そこで群速度分散が伝送方向に変化する光ファイバを多
数接続することが考えられる。一方、超短光パルスであ
る光ソリトンを幅を変えずに光ファイバを伝搬させるた
めには、その入射端でのピークパワーが、 でなければならない(N、J、  ドーラン他、アイイ
ーイー ジャーナル オブ カンタム エレクトロニク
ス誌、QB−19巻、12号、 1883ページ。
Therefore, it is conceivable to connect a large number of optical fibers whose group velocity dispersion changes in the transmission direction. On the other hand, in order to propagate an optical soliton, which is an ultrashort optical pulse, through an optical fiber without changing its width, the peak power at the input end must be (N. J. Dolan et al., IEE Journal of Quantum Electronics Magazine, Volume QB-19, No. 12, Page 1883.

1983年)。但し、noは光ファイバのコアの線形“
屈折率、Aは光ファイバの入射端における有効コア面積
(cni) 、E (V/a++)はを伝搬する光パル
スの半値全幅(s)、ko(1/am)とkg  (s
”/as)は光ファイバの入射端における伝搬定数及び
群速度分散、n2は光ファイバのコアの非線形屈折率(
cd/V”)である。
(1983). However, no is the linearity of the optical fiber core.
The refractive index, A is the effective core area (cni) at the input end of the optical fiber, E (V/a++) is the full width at half maximum of the optical pulse propagating (s), ko (1/am) and kg (s
”/as) is the propagation constant and group velocity dispersion at the input end of the optical fiber, and n2 is the nonlinear refractive index (
cd/V”).

そこで前述の如く、光ファイバを接続する時に、その接
続点に光増幅器を挿入し、その光増幅度を調整すること
により、次段の光ファイバ入射端で式(9)の関係を満
足するように光ソリトンのピークパワーを調節する必要
がある。実際には、式(9)を厳密に満足することはで
きないが、そのピークパワーPを 0.5 P apt < P <1.5 P ops 
    αのとすれば、光ソリトンのエネルギーの大半
はソリトンとして伝搬する( J 、 Safsuma
他、サブリメント オプ プログレス オプ セオレテ
ィカルとする方がより望ましい。
Therefore, as mentioned above, when connecting optical fibers, by inserting an optical amplifier at the connection point and adjusting the optical amplification, the relationship of equation (9) can be satisfied at the input end of the next optical fiber. It is necessary to adjust the peak power of the optical soliton. In reality, although equation (9) cannot be strictly satisfied, the peak power P can be calculated as 0.5 P apt < P < 1.5 P ops
If α, most of the energy of an optical soliton propagates as a soliton (J, Safsuma
In addition, it is more desirable to use subliment op progress op theoretical.

〔実施例〕〔Example〕

図を用いて本発明の光伝送路の実施例を説明する。 Embodiments of the optical transmission line of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は光伝送路の一実施例の模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an embodiment of an optical transmission line.

第1図に見られるように、本実施例の光伝送路は、有効
コア径のわずかに異なる単一モード光ファイバを多数接
続した(図では、単一モード光ファイバのコア径をす、
、b、、b、、b4・・・で示している)はとんど同じ
2本の光ファイバ伝送路1゜2を用意し、これら光ファ
イバ伝送路1,2を光増幅器5を介して接続したもので
ある。光ファイバ伝送路1.2と光増幅器5の間には光
学レンズ3.4を配し、結合損失を最少に抑えている。
As seen in Fig. 1, the optical transmission line of this example connects a large number of single-mode optical fibers with slightly different effective core diameters (in the figure, the core diameters of the single-mode optical fibers are
, b, , b, , b4...), prepare two identical optical fiber transmission lines 1゜2, and connect these optical fiber transmission lines 1 and 2 through an optical amplifier 5. It is connected. An optical lens 3.4 is arranged between the optical fiber transmission line 1.2 and the optical amplifier 5 to minimize coupling loss.

ここで光ファイバ伝送路1.2を構成している単一モー
ド光ファイバの長さと、それらの有効コア径の関係は以
下のようにして決定した。
Here, the relationship between the length of the single mode optical fibers constituting the optical fiber transmission line 1.2 and their effective core diameters was determined as follows.

まず有効コア半径の異なる(2μm−5μm)ステップ
・インデックス形単−モード光ファイバ20!f類以上
について、それらの群速度分散を測定した。その結果、
群速度分散と有効コア半径は第2図に示すごとく、はぼ
線形の関係にあり、これは既報告の文献中の理論とほぼ
一致することが確認された〔例えばり、グローゲ、アプ
ライド・オブチックス誌、第10巻、 2252ページ
、 1971年及びS、コバヤシ他、プロシーディンゲ
ス オブ アイ オー オー シー(東京、1977年
)、B8−3〕。従って式(7)の関係は、 となる。ここでに2は群速度分散(s”/m)で、には
、 2πC である0式@において、Cは真空中の光速度3×10”
m/S、λv0は真空中の光波長で、ここでは1.55
X10−6mとする。これを式(8)に代入すると、k
、’ +40にkg” +400 g”k、 +cx 
’ exp(−2yz)−0Q湯 となる。
First, step-index type single-mode optical fibers 20 with different effective core radii (2 μm-5 μm)! Group velocity dispersion was measured for F-class and above. the result,
As shown in Figure 2, the group velocity dispersion and the effective core radius have an almost linear relationship, and it was confirmed that this is almost in agreement with the theory in previously reported literature [for example, Groge, Applied Observer. Chicks, Vol. 10, p. 2252, 1971 and S. Kobayashi et al., Proceedings of IOC (Tokyo, 1977), B8-3]. Therefore, the relationship in equation (7) is as follows. Here, 2 is the group velocity dispersion (s”/m), and is 2πC In the formula @, C is the speed of light in vacuum 3×10”
m/S, λv0 is the wavelength of light in vacuum, here 1.55
Let it be X10-6m. Substituting this into equation (8), k
,' +40 to kg" +400 g"k, +cx
'exp(-2yz)-0Q hot water.

波長1.55μ…ではに=1.275 Xl0−”  
(S” /m〕、またファイバ入射端(z = 0)の
群速度分散は手持ちファイバ中の最大のものである+2
0(p s /nm) /kffiのものとしたので〔
k2=2.55X10−”  (s” /m) 、ot
= −6,633xlO−”となる、またファイバの光
伝送損失はどれも約0.2dB/km程度であったので
、T=2.3 Xl0−’(1/am)である。以上の
係数を用いて、各2点におけるに!を式α争より求め、
またこの結果と式Ql)より求めたファイバの有効コア
径の変化を第3図に実線により示している。
Wavelength 1.55μ... then = 1.275 Xl0-"
(S”/m], and the group velocity dispersion at the input end of the fiber (z = 0) is +2, which is the largest among the fibers in hand.
0(ps/nm)/kffi [
k2=2.55X10-” (s”/m), ot
= -6,633xlO-'', and since the optical transmission loss of all fibers was about 0.2 dB/km, T = 2.3 Xl0-' (1/am).The above coefficients Using , find ! at each two points from the equation α,
Further, the change in the effective core diameter of the fiber determined from this result and equation Ql) is shown by a solid line in FIG.

次に、手持ちの径の異なるファイバを適当な長さに切断
し、なるべ(第3図の実線に近くなるように組み合わせ
て接続した。その結果得られた光ファイバ伝送路の群速
度分散と有効コア径の距離依存性を第3図中に点線で示
しである。なお、光ファイバの接続点における光損失量
は、ファイバ径がほとんど同じこともあり、0.05a
B以下にすることができた。このようにして作られた光
ファイバ伝送路の群速度分散の距離依存性はその理想的
なもの(第3図の実線)とは異なり第3図の点線のよう
に階段状に変化しているが、この影響は極端に短い光ソ
リトンを伝搬させる場合を除いて無視できるものである
。また、言うまでもなく、もっと短い適当なコア径の光
ファイバを接続することにより、より理想に近い光ファ
イバ伝送路を構成することができる。
Next, I cut the fibers of different diameters I had on hand into appropriate lengths, and connected them as closely as possible (as close as possible to the solid line in Figure 3).The resulting group velocity dispersion of the optical fiber transmission line The distance dependence of the effective core diameter is shown by the dotted line in Figure 3.The amount of optical loss at the connection point of the optical fibers is 0.05a because the fiber diameters are almost the same.
I was able to get it below B. The distance dependence of the group velocity dispersion of the optical fiber transmission line created in this way is different from the ideal one (solid line in Figure 3), and changes stepwise as shown by the dotted line in Figure 3. However, this effect can be ignored except when extremely short optical solitons are propagated. Needless to say, by connecting shorter optical fibers with an appropriate core diameter, a more ideal optical fiber transmission line can be constructed.

以上のようにして、はとんど同じ2本の光ファイバ伝送
路1.2を用意し、第1図に示すように光増幅器5を介
して接続した。光増幅器5は、飽和出力の大きい進行波
形レーザダイオードである。
As described above, two almost identical optical fiber transmission lines 1.2 were prepared and connected via the optical amplifier 5 as shown in FIG. The optical amplifier 5 is a traveling wave laser diode with a large saturation output.

ところで、各光ファイバ伝送路入射端での光ソリトンの
ピークパワーは式αのを満足しなければならないが、式
(9)を満足すれば、より望ましい0本実施例ではほぼ
同じ光ファイバ伝送路を用いているため、それぞれの入
射端におけるピークパワーもほぼ等しい。そこで、光増
幅器5には、光ファイバ伝送路における全光損失と、光
ファイバ伝送路接続部における結合損失を補う程度の光
増幅度が要求される。光ファイバ伝送路の光損失が20
dBで、また結合損失は約3dBであるので、進行波形
レーザダイオード光増幅器5のバイアス電流を調節し、
光増幅度を23dBに設定した。これにより、式(9)
の関係がほぼ正確に満足された。
By the way, the peak power of the optical soliton at the input end of each optical fiber transmission line must satisfy the expression α, but if it satisfies the expression (9), it is more desirable. In this embodiment, almost the same optical fiber transmission line , the peak power at each input end is also approximately the same. Therefore, the optical amplifier 5 is required to have an optical amplification degree sufficient to compensate for the total optical loss in the optical fiber transmission line and the coupling loss in the optical fiber transmission line connection section. Optical loss of optical fiber transmission line is 20
dB, and since the coupling loss is about 3 dB, adjust the bias current of the traveling wave laser diode optical amplifier 5,
The optical amplification degree was set to 23 dB. This gives formula (9)
The relationship was satisfied almost exactly.

本実施例の光伝送路の性能をテストするためにソリトン
レーザを用意した。ソリトンレーザに関してはオプチッ
クスレターズ誌、第9巻、1号。
A soliton laser was prepared to test the performance of the optical transmission line of this example. Regarding soliton lasers, see Optics Letters, Volume 9, No. 1.

13ページ、 1984年に発明者のり、F、モレナウ
ア他より詳しく説明されているので、ここでは簡単な説
明にとどめる。ソリトンレーザとは、光ファイバによる
外部注入同期機構をもつカラーセンタレーザで、その光
ファイバの長さとコア径を適当に選ぶことによりカラー
センタレーザの出力と同期可能なモード数の範囲で任意
の幅と強度を有する光パルスを発生できる。そこで、前
記光ファイバの長さを適当に調節したところ、波長が1
.55μ繭で半値全幅が17ps、ピーク強度が約1.
5Wの光パルスを連続的に発生することができた。とこ
ろが、光転送路入射端において幅が17pSの光パルス
が光伝送路が保持するソリトンであるためには、そのピ
ーク強度は155 mW程度でなければならない。そこ
で、ソリトンレーザと光伝送路の結合損失も考慮して、
ソリトンレーザの出力光を光減衰器を通して光伝送路に
注入することにした。このようにして注入した光ソリト
ンの光転送路伝搬後の幅を測定したところ、その幅がほ
とんど変化していないことが確認された。
Since it was explained in detail by the inventor Nori, F., Molenaur et al. on page 13 in 1984, a brief explanation will be given here. A soliton laser is a color center laser that has an external injection locking mechanism using an optical fiber.By appropriately selecting the length and core diameter of the optical fiber, it can be set to any width within the range of the number of modes that can be synchronized with the output of the color center laser. It can generate light pulses with an intensity of . Therefore, when the length of the optical fiber was adjusted appropriately, the wavelength was 1.
.. A 55 μ cocoon has a full width at half maximum of 17 ps and a peak intensity of about 1.
It was possible to continuously generate 5W optical pulses. However, in order for the optical pulse with a width of 17 pS at the input end of the optical transmission path to be a soliton held by the optical transmission path, its peak intensity must be about 155 mW. Therefore, considering the coupling loss between the soliton laser and the optical transmission line,
We decided to inject the output light of the soliton laser into the optical transmission line through an optical attenuator. When the width of the optical soliton thus injected after propagating through the optical transfer path was measured, it was confirmed that the width hardly changed.

以上本発明の光伝送路の一実施例について説明したが、
本発明はこの実施例に限定されるものではない。本実施
例ではステップインデックス形の単一モード光ファイバ
を用いて光ファイバ伝送路を構成したが、これは他の屈
折率分布をもつ光ファイバを用いてもよい。他の構造の
光ファイバを用いる場合は、その群速度分散と有効コア
径の関係が本実施例の場合とは異なることが予想される
が、このような光ファイバを用いても基本的には本実施
例と同じ手続により光ファイバ伝送路をつくることが可
能である。また、異なる屈折率分布をもつ光ファイバを
組合せてもよい。また、光ファイバ伝送路を量産する場
合を考えると、本実施例のように異なる径のファイバを
組合せるよりは、光ファイバ製造時に光ファイバの母材
より光ファイバを引く速度を適当に調節すれば、その有
効コア径がテーパ状に変化する理想的な光ファイバが得
られる。また、本実施例では光増幅器として、進行波形
レーザダイオード光増幅器を用いたが、これは誘導ラマ
ン散乱を利用するラマン増幅器や、また各種の気体及び
固体レーザ増幅器を用いてもよい。最後に、本実施例に
おいては、幅がt7psの光ソリトンに関して説明した
が、本実施例の光伝送路はlps以下の幅の光ソリトン
を伝搬させることも可能である。
Although one embodiment of the optical transmission line of the present invention has been described above,
The invention is not limited to this example. In this embodiment, the optical fiber transmission line is constructed using a step-index type single mode optical fiber, but an optical fiber having another refractive index distribution may be used. If an optical fiber with another structure is used, it is expected that the relationship between the group velocity dispersion and the effective core diameter will be different from that in this example, but even if such an optical fiber is used, basically It is possible to create an optical fiber transmission line using the same procedure as in this embodiment. Furthermore, optical fibers having different refractive index distributions may be combined. In addition, when considering the case of mass-producing optical fiber transmission lines, rather than combining fibers of different diameters as in this example, it is better to appropriately adjust the speed at which the optical fiber is drawn from the base material of the optical fiber when manufacturing the optical fiber. For example, an ideal optical fiber whose effective core diameter changes in a tapered manner can be obtained. Further, in this embodiment, a traveling wave laser diode optical amplifier is used as the optical amplifier, but a Raman amplifier that utilizes stimulated Raman scattering or various gas and solid state laser amplifiers may also be used. Finally, in this embodiment, an optical soliton with a width of t7 ps has been described, but the optical transmission line of this embodiment can also propagate an optical soliton with a width of 1 ps or less.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明により、超短光パルスである光ソリトンを、その
幅を変えることなく長距離にわたり伝搬させることが可
能となり、光通信システムの伝送速度を大幅に向上させ
ることが可能となる。
According to the present invention, it becomes possible to propagate an optical soliton, which is an ultrashort optical pulse, over a long distance without changing its width, and it becomes possible to significantly improve the transmission speed of an optical communication system.

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

第1図は光伝送路の一実施例の模式図、第2図は実施例
で用いたステップインデックス形単−モード光ファイバ
のファイバの有効コア半径と群速度分散の関係を示す図
、 第3図は光ファイバ伝送路の群速度分散と有効コア径と
長さの関係を示す図である。 1.2・・・光ファイバ伝送路 3.4・・・レンズ 5・・・光増幅器 代理人弁理士   岩  佐  義  幸第2図 第3図
FIG. 1 is a schematic diagram of an example of an optical transmission line, FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the effective core radius and group velocity dispersion of the step-index type single-mode optical fiber used in the example, and FIG. The figure is a diagram showing the relationship between group velocity dispersion, effective core diameter, and length of an optical fiber transmission line. 1.2...Optical fiber transmission line 3.4...Lens 5...Optical amplifier Yoshiyuki Iwasa, patent attorney Figure 2 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)光ファイバにおける群速度分散k_2が光伝搬方
向(軸方向)に対して、 k_zF^z(k_z)+αexp(−2γz)=0〔
但し、 F(k_z)はk_zの関数として表された光ファイバ
の有効コア径、 zは光ファイバの伝送方向距離、 αはz=0の時のk_zにより決定される定数、 γは光損失係数、〕 を満足するように変化している光ファイバと、光増幅器
とを交互に接続した光伝送路において、前記複数の光フ
ァイバの全ての入射端における光のピークパワーPが、 0.5P_o_p_t<P<1.5P_o_p_t〔但
し、P_o_p_t=(n_oA/754)E^2であ
り、ここに、 n_oは前記光ファイバのコアの線形屈折率、Aは前記
光ファイバの入射端における有効 コア面積、 Eは0.57/T(2n_o|k_z|/n_2k_o
)^−^1^/^2、Tは前記光ファイバを伝搬する光
パルスの 半値全幅、 k_oは前記光ファイバの入射端における伝搬定数、 k_zは前記光ファイバの入射端における群速度分散、 n_zは前記光ファイバのコアの非線形屈折率である〕 関係を満足するように、前記光増幅器の光増幅度が設定
されていることを特徴とする光伝送路。 (2)光損失係数γが同程度で群速度分散の異なる光フ
ァイバを複数接続した光ファイバ伝送路でって、その全
長における群速度分散k_zが光伝方向(軸方向)に対
して近似的に、 k_zF^z(k_z)+αexp(−2γz)=0〔
但し、 F(k_z)はk_zの関数として表された光ファイバ
の有効コア径、 zは光ファイバの伝送方向距離、 αは光ファイバ伝送路入射端の光ファイバ のk_zにより決定される定数である〕 関係を満足する光ファイバ伝送路と、光増幅器を交互に
接続した光伝送路において、 前記複数の光ファイバ伝送路の全ての入射端における光
のピークパワーPが、 0.5P_o_p_t<P<1.5P_o_p_t〔但
し、P_o_p_t=(n_oA/754)E^2であ
り、ここに、 n_oは前記光ファイバ伝送路のコアの線形屈折率、 Aは前記光ファイバ伝送路の入射端におけ る有効コア面積、  Eは0.57/T(2n_o|k_z|/n_zk_o
)^−^1^/^2Tは前記光ファイバ伝送路を伝搬す
る光パ ルスの半値全幅、 k_oは前記光ファイバ伝送路の入射端における伝搬定
数、 k_zは前記光ファイバ伝送路の入射端における群速度
分散、 n_zは前記光ファイバ伝送路のコアの非線形屈折率で
ある〕 の関係を満足するように、前記光増幅器の光増幅度が設
定されていることを特徴とする光伝送路。
[Claims] (1) When the group velocity dispersion k_2 in the optical fiber is expressed in the optical propagation direction (axial direction), k_zF^z(k_z)+αexp(-2γz)=0[
However, F(k_z) is the effective core diameter of the optical fiber expressed as a function of k_z, z is the distance in the transmission direction of the optical fiber, α is a constant determined by k_z when z=0, γ is the optical loss coefficient , ] In an optical transmission line in which optical fibers and optical amplifiers are alternately connected so as to satisfy the following, the peak power P of light at all the input ends of the plurality of optical fibers is 0.5P_o_p_t<P<1.5P_o_p_t [where P_o_p_t=(n_oA/754)E^2, where n_o is the linear refractive index of the core of the optical fiber, A is the effective core area at the input end of the optical fiber, and E is 0.57/T(2n_o|k_z|/n_2k_o
)^-^1^/^2, T is the full width at half maximum of the optical pulse propagating in the optical fiber, k_o is the propagation constant at the input end of the optical fiber, k_z is the group velocity dispersion at the input end of the optical fiber, n_z is the nonlinear refractive index of the core of the optical fiber.] The optical transmission line is characterized in that the optical amplification degree of the optical amplifier is set so as to satisfy the following relationship. (2) In an optical fiber transmission line in which multiple optical fibers with similar optical loss coefficients γ and different group velocity dispersions are connected, the group velocity dispersion k_z over the entire length is approximately equal to the light propagation direction (axial direction). , k_zF^z(k_z)+αexp(-2γz)=0[
However, F(k_z) is the effective core diameter of the optical fiber expressed as a function of k_z, z is the distance in the transmission direction of the optical fiber, and α is a constant determined by k_z of the optical fiber at the input end of the optical fiber transmission line. ] In an optical transmission line in which optical fiber transmission lines and optical amplifiers are alternately connected that satisfy the relationship, the peak power P of light at all the input ends of the plurality of optical fiber transmission lines satisfies the following: 0.5P_o_p_t<P<1 .5P_o_p_t [where P_o_p_t=(n_oA/754)E^2, where n_o is the linear refractive index of the core of the optical fiber transmission line, A is the effective core area at the input end of the optical fiber transmission line, E is 0.57/T(2n_o|k_z|/n_zk_o
)^-^1^/^2T is the full width at half maximum of the optical pulse propagating through the optical fiber transmission line, k_o is the propagation constant at the input end of the optical fiber transmission line, and k_z is the group at the input end of the optical fiber transmission line. An optical transmission line characterized in that the optical amplification degree of the optical amplifier is set so as to satisfy the following relationship: velocity dispersion, n_z is a nonlinear refractive index of the core of the optical fiber transmission line.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0664464A1 (en) * 1993-12-27 1995-07-26 Corning Incorporated Optical fibre for soliton transmission and method of making
WO2013129007A1 (en) * 2012-02-27 2013-09-06 住友電気工業株式会社 Optical coupling element and method for manufacturing same
US9348090B2 (en) 2012-02-27 2016-05-24 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical coupling element and manufacturing method

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