WO2004068747A1 - 光伝送方法及び光伝送装置 - Google Patents

Abstract

あらゆる線形歪みが時間軸上に発生してもスペクトル形状は完全に保存されているという性質を用いて波形歪みを補償すること。光パルス送信器1から光ファイバ伝送路2を経て伝送された光パルスが送信される。光フーリエ変換装置3は、光パルスを入射し、時間軸上の光パルスを周波数軸上へ光フーリエ変換し、周波数と時間を入れ替え光パルスの周波数スペクトルを時間軸上に再生することによって、光ファイバ伝送路2における線形効果による波形歪みを補償する。受光器4は、光フーリエ変換装置3からの光パルスを受光し、これを電気信号に変換することにより光ファイバ伝送路2の伝送前のパルス波形を得る。

Description

明 細

光伝送方法及び光伝送装置

技術分里 ^: 本発明は、光伝送方法及び光伝送装置に係り、特に、任意の分散ならびに偏波モ —ド分散、タイミングジッタを有する光ファイバに伝送される信号の波形歪みをフーリ ェ変換により同時にかつ完全に補償する新たな光伝送方法及び光伝送装置に関す るものである。

景技術 光ファイバ中の波長分散や偏波分散等の線形効果は、パルスの広がりやリップル の発生及び中心時間位置のシフトといった時間波形の歪みをもたらすことがよく知ら れている。特に 1チャネルあたり 40 GbitZs以上の超高速時分割多重伝送におい ては、三次以上の高次分散や偏波モード分散による波形歪みが大きな影響を及ぼ す。

従来より、このような光ファイバ伝送路の線形歪み効果を補償するために、分散補 償ファイバやグレーティングによる二次分散の補償、逆分散スロープファイバによる 二次'三次分散の同時補償、位相共役素子を用いた分散補償などが提案され、等 価的に分散フラットファイバ伝送路を実現してきた。

従来技術として、三次及び四次分散の補償技術としては今までに、伝送前に適切 な二次分散量をもつファイバにより信号に線形チヤープを与えた後に伝送ファイバの 三次又は四次分散の大きさに応じた正弦又は余弦位相変調を印加することによつ て、各次数の分散をそれぞれ補償する技術が Pelusi等によって報告されている（非 特許文献 1及び 2参照）。さらに、従来技術として、余弦位相変調の振幅とタイミング を適切に選ぶことにより、伝送路の三次、四次分散を同時に補償できることが報告さ れており、これにより 1 . 28 TbitZs— 70km 光時分割伝送に成功している（非特 許文献 3及び 4参照）。また、従来、偏波モード分散による群遅延を補償するために 光フーリエ変換が提案された (非特許文献 5)。 非特許文献 1

M. D. Pelusi, Y. Matsui, and A. Suzuki, Phase modulation of stretched optical pulses for suppression of third-order dispersion effects in fiber transmission," Electron. Lett. Vol. 34， pp. 1675 - 1677 (1998)

非特許文献 2

h\. D. Pelusi, Y. atsui, and A. ^uzuki, Fourth— order dispersion suppression of ultrashort optical pulses by second-order dispersion and cosine phase modulation," Opt. Lett. Vol. 25， pp. 296-298 (2000)

非特許文献 3

T. Yamamoto and M. Nakazawa, "Third- and fourth-order active dispersion compensation with a phase modulator in a terabit - per - second optical time-division multiplexed transmission," Opt. Lett. Vol. 26， pp. 647— 649 (2001 )

非特許文献 4

M. Nakazawa, T. Yamamoto, and K. R. Tamura, " 1.28 Tbit/s一 70 km OTDM transmission using third- and fourth-order simultaneous dispersion compensation with a phase modulator," ECOC 2000, PD. 2.6 非特許文献 5

M. Romagnoli, P. Franco, R. Corsini, A. Schffini, and M. Midrio, "Time-domain Fourier optics for polarization-mode dispersion compensation," Opt. Lett. Vol. 24, pp. 1 197-1 199 (1999).

発明の開示 しかしながら、ファイバによる分散補償は簡便であるものの、三次分散まで含めた 波長分散の一括補償は、二次分散と三次分散の比率のマッチングが必要なため、 一般的には難しい技術とされている。また、位相共役を用いる場合には、偶数次の 分散しか補償できないという大きな課題を有する。さらに、位相変調を用いた伝送前 分散補償方式では、位相変調の調整に際しあらかじめ伝送路全体の分散値を正確 に知っておく必要がある。

さらに、これらの方式では分散補償量が固定されているため、分散値の時間的な 変動に応じて分散補償量をダイナミックに変化させることができなし、。このため、従 来から、適応等化という技術が必要とされている。さらに、これらの方式においては いずれも、偏波モード分散の補償が不可能である。

そこで、本発明は、以上の点に鑑み、これらの課題点を一挙に解決するために、従 来のように時間軸上で波形歪みを完全補償しょうとする技術の代わりに、あらゆる 線形歪みが時間軸上に発生してもスペクトル形状は完全に保存されているという性 質を用いて波形歪みを補償することを目的とする。すなわち、本発明は、フーリエ変 換により伝送後の光信号のスペクトル形状を時間軸上の 1ビットに変換することで線 形歪みのまった よい又はほとんどない元の信号波形を再現し、実質的に分散フリ 一な光ファイバ伝送を実現することを目的とする。

本発明の解決手段によると、

送信端において光パルスをデジタル変調し、光ファイバ伝送路中を伝搬させ それ を受光器で電気信号に変換する光伝送方法において、受光器の前に設置された光 フーリエ変換装置によって、

光ファイバ伝送路を経て伝送された光パルスの時間波形をその周波数スペクトル の形状に変換することにより、光パルスが光ファイバにおいて受けるあらゆる線形時 間歪みを該周波数スペクトルの形状が保存されることを利用して除去し、変換された 周波数スペクトルの周波数と時間を変換することにより、光ファイバ伝送路による光 パルスの時間波形歪みを補償する光伝送方法、および前記光フーリエ変換装置と 受光器とを備えた光伝送装置が提供される。

(作用）

本発明を用いることにより、今までは補償が困難であった任意の分散や偏波モー ド分散による時間波形の線形歪みを、同時にかつ完全に又はほぼ完全に補償する ことができるため、光ファイバ通信の通信容量の拡大ならびに伝送距離の延長が実 現できる。

また、本発明を用いることにより、光ファイバの分散や偏波モード分散の精密な補 償を必要としない、実用的'経済的な光ファイバ通信が実現できる。 図面の簡単な説明 第 1図は、本発明にかかるフーリエ光伝送システムの一実施の形態を示す図であ る。

第 2図は、光パルスの時間波形についての説明図である。

第 3図は、光パルスの周波数スペクトル形状の説明図である。

第 4図は、光フーリエ変換装置 3の構成図である。

第 5図は、光パルスの波形歪みとその補償の効果を示す図である。

第 6図は、光パルスの波形歪みとその補償に関する数値計算結果の他の一例を 示す図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。 1 .システム構成'動作

図 1は、本発明にかかるフーリエ光伝送システムの一実施の形態を示す図である このフーリエ光伝送システムは、光パルス送信器 1、光ファイバ伝送路 2、光フーリエ 変換装置 3、受光器 4を備える。光受信器としての光伝送装置は、光フーリエ変換装 置 3及び受光器 4を備える。

光パルス送信器 1は、光源から発生した光パルスを電気信号でデジタル変調する ことによって、通信対象である情報を担う電気信号を光信号に変換し、該情報を担う 光パルス列を光ファイバ伝送路 2中へ出射する。ここで、信号パルスのパルス幅とそ のスペクトル幅の積はフーリエ限界の条件（スペクトル幅を A V、時間パルス幅を△ てとすると、例えばガウス型パルスの場合には Δ 2/△て = 0. 441、 sech型パルス の場合は Δ Δ 2： =0. 31 5)を満たしていることが望ましい。このような、時間波形 に対して一切過不足のないスペクトル幅を有する光パルスは、フーリエ限界的なパ ルス（以後トランスフォームリミットなパルスと呼ぶ）と呼ばれ、この光パルスを利用す ると一番性能の良い理想的なフーリエ光伝送が実現できる。

光ファイバ伝送路 2は、任意の分散及び偏波モード分散を有する各種の光ファイバ で構成される伝送線路である。これらの分散量は時間的な変動を伴ってもよい。

光フーリエ変換装置 3は、光ファイバ伝送路 2を経て伝送された光パルスを入射し、 時間軸上のパルス信号系列を周波数軸上のスペクトルへ光フーリエ変換するもので ある。なお、光フーリエ変換装置 3は、高速な時分割多重信号の場合には、低速な 信号に多重分離した後、フーリエ変換を施してもよい。

受光器 4は、光フーリエ変換装置 3によって光ファイバ伝送路 2における分散及び 偏波モード分散が補償された光パルスを受光し、これを電気信号に変換するもので ある。受光器 4は、例えば、 PIN及び APD等の適宜の光検出器が用いられる。

次に、このフーリエ光伝送システムの動作の概要について説明する。光ファイバ伝 送路 2で伝搬される光信号は、一般に、光時分割多重の信号が入力される。本実施 の形態の動作に関しては、光フーリエ変換装置 3には時分割多重信号を構成する 光パルス列が入力され、光パルス列を構成する各パルスに注目して説明する。

図 2に、光パルスの時間波形についての説明図を示す。図 2 (a)〜（c)は、それぞ れ図 1中の光ファイバ伝送路の A〜Cの各部分における光パルスの時間波形の概 略を示す。

また、図 3に、光パルスの周波数スペクトル形状の説明図を示す。図 3 (a)〜（c)は、 それぞれ図 1中の光ファイバ伝送路の A〜Cの各部分における光パルスの周波数ス ベクトルの概略を示す。

まず、電気信号を光パルス送信器 1によって光パルスに変換し、該光パルスを光フ アイバ伝送路 2に入射し、該光ファイバ伝送路 2中を伝搬させる。このとき光ファイバ 伝送路 2への入射時に、光パルスの時間波形 u_in (t) (図 2 (a) )力り一リエ限界パル ス（トランスフォームリミットなパルス）であるよう、光パルス送信器 1においてあらかじ め周波数スペクトル U_in ( ω )を整形しておくことが好適である（図 3 (a) )。

光ファイバ伝送路 2中を伝搬する光パルスは、通常光ファイバ伝送路 2の有する分 散ならびに偏波モード分散によって複雑な線形歪みを受ける。通常の光通信ではこ の歪みが伝送性能を決定する。しかしながら本実施の形態では、光ファイバ伝送路 2の有する分散ならびに偏波モード分散は光ファイバ伝送路 2へ入射時のスぺク卜 ルの包絡線形状を一切変形させないため、完全な原波形が周波数軸上に再生でき ることが、主な特徴のひとつである。光ファイバ中の分散の効果はスペクトルの各周 波数成分の位相シフトに変換されるが、光検出器では包絡線のみを検出するのでこ の位相シフトは一切問題とならない。すなわち、光ファイバ伝送路 2での線形歪みを 受けた時間信号を u (t) (図 2 (b) )とすると、光フーリエ変換装置によりその周波数ス ベクトル υ ( ω ) (図 3 (b) )を時間軸上に再生させることがポイントである。 言い換えると、伝送された光パルスの時間波形が光フーリエ変換装置 3を通過し、 時間と周波数を入れ替え該光パルスの周波数スペクトルを時間軸上に再生すること によって、図 1中 Aにおける光ファイバ伝送路 2への入射光パルスの周波数スぺクト ノレ（図 3 (a) )を出力端において完全に再現することが可能になる（図 2 (c) )。光フー リエ変換装置 3を通過した光パルスは、受光器 4により再び電気信号に変換され、 信号として取り出される。われわれはこの光伝送方式を、「フーリエ光伝送」と名づけ る。

図 4に、光フーリエ変換装置 3の構成図を示す。光フーリエ変換装置 3は、光カップ ラ 5、クロック信号抽出回路 6、位相シフタ 7、電気増幅器 8、遅延ファイバ 9、位相変 調器 1 0、二次分散要素 1 1を備える。

位相変調器 1 0としては、例えば、 LiNb0₃などの電気光学効果を用いた位相変調 器が好適に用いられる。位相変調器 1 0は、あるいは EA (Electro-Absorption)や SO A (Semiconductor Optical Amplifier)などにおける位相変調効果を用いてもよい。位 相変調器 1 0には一般に偏波依存性のあるものが多いが、無偏波形の光デバイス あるいは偏波ダイバーシティ一による方法を採用して無偏波化を図ることが望ましい。 位相変調器 1 0の駆動周波数は該パルス伝送の伝送速度である。

位相変調器 1 0は、光ファイバ伝送路 2の伝送後のパルスに同期して位相変調を 印加するために、伝送信号の一部を光カップラ 5により分岐し、一方を遅延ファイバ 9に、他方をクロック信号抽出回路 6に導く。クロック信号抽出回路 6は、伝送信号に 含まれるクロック信号（正弦波信号)を抽出し、得られたクロック周波数で位相シフタ 7及び電気増幅器 8を経て、位相変調器 1 0を駆動する。位相シフタ 7及び光遅延フ アイバ 9は、その際位相変調が光パルスに最適に同期して印加されるように機能す る。もし変調のタイミングが温度などによりずれる場合には、位相シフタ 7が自動的に 位相シフト量を調整し、最適な変調を印加する技術を用いることができる。電気増巾; 器 8は、位相シフタ 7の出力により位相変調器 1 0を駆動するための駆動信号を出力 する。 また、二次分散要素 1 1としては、例えば、 1 . 3 mの波長帯域付近に零分散領 域が存在する群速度分散特性を有するような単一モード光ファイバあるいは回折格 子対、ファイバブラッググレーティング、 VIPA型可変分散補償器、アレイ導波路回折 格子、および回折格子と空間変調器の組み合わせ等を用いることができる。

光フーリエ変換装置単体は、非特許文献 5に記載された光フーリエ変換に関する R omagnoliらの論文のように、もともと偏波モード分散による群遅延を補償するため に提案されたものである。し力、し、 Romagnoliらの論文等の従来技術では、光フ一 リエ変換装置を偏波モード分散のみを補償することに利用しているだけである。した がって、本実施の形態の光フーリエ変換装置 3のように、新たな一般的概念として時 間と周波数を入れ替えることにより無歪み伝送をするアイディアには、従来は至って いない。本発明は、特に、時間軸上での歪みをスペクトル上に変換することにより全 ての線形歪みを除去するフーリエ光伝送という新たな原理及び技術を提案するもの

^める。 2.波形歪みの補償についての詳細

次に、本フーリエ光伝送方式を用いて、任意の分散ならびに偏波モード分散を有 する光ファイバ伝送路の線形効果による光パルスの波形歪みが本実施の形態の構 成でどのように補償されるかを詳しく説明する。

光ファイバ中のパルス伝搬は、その搬送波周波数に比べてパルスの包絡線がゆ つくり変化する場合には、包絡線近似によって記述される。ここではそのパルスのゆ つくリ変化する電界包絡線振幅を u ( z， t )、媒質中での伝搬定数をS ( ω )、搬送波 の周波数を ω₀とする。ここで、 tは時間、 ζは光ファイバの長さ方向の位置 (座標)、 ω は周波数である。このとき光ファイバ中を伝搬する電界 e( z , t )は

e(z,t) = u(z,t) εχρ[ (β(ω)ζ - ω₀/)] ( 1 ) と表される。ここで β=βο +β,(ω-ω₀) + ^-(ω-ω₀)² + -(ω-ω₀)³ +-

= Ρ。+∑^(ω— ω。)" (2) で与えられる。ただし βο

である。

光フアイ/くのような分散性媒質中において光電界 e (z, t)はマクスゥ Iル方程式 d²e β² d²e

=0 (3) dz' ύ_ϋ' dt を満たすので、光電界 e(z, t)の周波数スペクトル Ε(ζ, ω)は次の方程式を満た す (なお、周波数スペクトルを、単にスペクトルという場合がある。）。 d²E

_Γ + β-(ω)£ = 0

dz (4) ここで Ε(ζ, ω)は

で与えられる。なお式 (4)では、搬送波周波数に比べてパルスのスペクトル広がりが あまり大きくないことから、 ω²を ω₀ ²と近似している。

ここで包絡線 u(z, t)に関する方程式が重要であり、 t)のフーリエ変換 U(z, ω— ω₀)について考える。すなわち E(z, )は式（1)と（5)ょリ

ω) = ί/(ζ,ω-ω₀) εχρ(β(ω₀ )ζ) (6) と書き直すことができる。ただし U ， ω— ω₀)は U(∑, _ω - ω₀ ) = £ u(z, ή εχρ[(ω - ω₀)ί]ώ (₇j で与えられる。

式（6)を式（4)に代入し、 U(z, ω一 ω₀)力 ζに関して緩やかに変化していること から ζについての 2回微分を無視し、 β^ζ-β₀ ^ζ =2β₀(β -β ₀)を用いると、 U(z, ω— ω。)が満たす伝搬方程式として次式 dU

= ζ·[β_(ω)- β。]ひ ₍₈₎ が得られる。ここで時間領域での基本方程式について考えると、式（2)より

, +∑¾ ( -《。)"ひ =。 （₉₎ と表すことができる。

さらに式（9)を逆フーリエ変換することにより、 u(z, t)の満たす線形波動方程式と して 丄

1- =0

dz n dt" (10) が最終的に得られる。ただし、ここで ， ⁼ 2π ^{U z}, ^ω - ^ω。 ) ^exP [一 ^ζ·(^ω― ^ω。 )Ψ(ω - ω₀ ) (11) である（以下では ω— ω₀をあらためて ωと定義する）。すなわち伝送路の線形効果 によるパルスの時間波形歪みは式（10)で完全に表現されることになる。

その一方で、一般に、あらゆる線形効果のもとでは光信号は周波数領域において 位相変化を受けるだけであり、スペクトル形状は完全に保存されていることに注目し たい（以下の式（12)参照）。ここで、光パルス送信器 1から長さ _ζ= の光ファイバ 伝送路 2中へ入射される光パルスの時間信号波形を u_in(t)( = u(0， t))、その周波 数スペクトルを U_in(w)( = U(0， ω))とし、光ファイバ伝送路 2中での線形歪みを受 けた時間信号波形を u(t)( = u(z, t))、その周波数スペクトルを υ(ω)( = υ(ζ, ω ) )とする。式（8)を積分して、長さ のファイバを伝搬した後のスペクトルは、 ί (ξ,ω) = [/,,(ω)θχρ[/β(ω)ξ] _{( 1 2)} で与えられる。すなわち、スペクトル形状は位相変化 exp[i)S (ω) ]を除いて完全 に保存されることがわかる。

さて、ここで長さ の光ファイバ伝送路 2の受信端 Βにおける時間波形 u ( ， t)か ら、光フーリエ変換装置 3を用いて周波数スペクトル U ( ， ω )を得る方法を以下に 述べる。ただし以下では u ( ， 1：)を u(t)、U ( ， ω)を υ(ω)とする。

まず、伝搬後のパルス信号 u(t)が位相変調器 10により放物型の位相変調 exp(i Kt² 2)を受けた後の時間信号は、 u(t)にその位相変化量をかけて u'(t) = u(t)Qxp(iKt²/2) ₃₎ で与えられる。位相変調器 10の入出力波形は、入力が u(t)、出力が式（13)の (t)となる。位相変調器 10の処理は、式（13)のお辺で入力波形 u (t)に位相 exp (iK t² 2)を掛けている部分に相当する。位相変調器 10に予め与えておくパラメータは チヤープ率 Kである。これは位相変調器の印加電圧の大きさによって制御できる。ま た、位相変調のタイミングや駆動周波数については、クロック信号抽出回路 6や位相 シフタ 7、光遅延ファイバ 9を用いて、伝送信号よりそれらの情報を抽出'調整する。 ここで v(t)を二次分散要素 11による分散 k"L中を伝搬した後の信号とすると、 V (t)は、 （t)がさらに D = k"Lで表される二次分散 (要素）を伝搬後の時間波形とし て、以下のように与えられる。 12) exp ·ω/' )d exp(zOco /2)exp(-/coり i¾

ω(/'- + iK ² /2]d d(a

(14) すなわち、二次分散要素 11の入出力波形は、入力が式（13)の u' (t)、出力が式 (14)の v(t)となり、 v(t)は、 u' (t)をフーリエ変換したものに周波数軸上で二次分散 関数 _eXp(iDo ² 2)をかけ、さらにその全体を逆変換することにより得られる。ここ で二次分散関数は式（12)において; S (ω)を β (ω)=ϋω² 2とおいて得られる。 次に、ここで該位相変調器の位相変調パラメータ Κを K=1 ZDを満たすように選 ぶ。さらに変数 T= t'—tを導入すると、式（14)は次のように変形される。 り ⁼ 2πί ^u{-^{1 + T}^> ^exP^ ^{+ Γ}) ² l^w\^dT f εχρ[£)ω²/2 + ωφω - /Γ²/2/ψω

(15) すなわち、式（15)の結果から、光フーリエ変換装置 3の出力時間波形 v(t) (図 2 (c))は、実際、光フーリエ変換装置 3の入力波形のスペクトル υ(ω) (図 3(b))に比 例していることがわかる。このとき = tlD (16) である。言い換えると、光フーリエ変換装置 3の出力時間波形 （t)は、時間軸を tZ D= ωとスケールを変換したときの、光フーリエ変換装置 3の入力波形のスペクトル 形状 υ(ω)に対応している。

一方、式（12)で示したように、線形伝送がスペクトルを保存するという性質から、 受信端 Βでのスペクトル U ( ω )の包絡線形状（図 3 (b) )は、送信端 Aでの信号のス ベクトル U(0,

（0 ))の包絡線形状（図3(₃))に等しぃ。すなゎち式（12) 及び（15)より、 v(t)は最終的には光ファイバ伝送路 2への入力信号スペクトル U_inを 用いて式（17)のように表される。 v(t) = (t I D) exp (- iKt²/2 + (ί I Ζ))ξ) (17)

すなわち、 v(t)により、入力スペクトル U_in(w)の形状を出力に再生できることになる _c 位相変調器 10と二次分散要素 11の組み合わせで光パルスのフーリエ変換像が生 成できるということ自体は既に知られているが、本発明では光フーリエ変換のための 装置を用いて波形無歪み伝送を実現すること力《できるという点がポイントである。 さて、ここで、信号波形がトランスフォームリミットであれば周波数スペクトル力、ら時 間波形を直ちに求めることができることがわかる。例として、光ファイバ伝送路 2への 入力信号の時間波形がガウス型 u_in(t)=Aexp (— t²Z2T₀ ²)の卜ランスフォームリミ ッ卜な波形である場合を考える。ガウス型パルスは sech型とならんで、フーリエ変換 によって波形の関数形が変わらないパルスである。すなわちそのスペクトルは

(18) である。このとき光フーリエ変換装置 3の出力波形は、式（17)の結果から、 ωを tZ Dで置き換えて、次式で与えられる。

"(り = li A expト T₀ ²t²/2D² )exp (- iKt²/2 + /β(, / Ό)ξ) (19) ここで、二次分散の絶対値 I D I = Τ。²に選ぶと ζ' (り

T₀ ² )exp (- iKi²/l + β(/ /Γ₀ ² )ξ) (20) となる。受光器 4が備える通常の光検出器では光電界の強度 I(t)= I v(t) I ²を検 出するので、式（20)の v(t)から次式のように、送信端 Aでの時間波形 u_in(t)=Aex p(—t² 2T₀ ²) (図 2(a))を直接再現することが可能となる。

(/)| =^²exp(-r²/r₀ ²) このように、波形がガウス型の場合、 I D I =T₀ ²と選ぶと、式（17)においてスぺク トル U_in (tZD)がそのまま時間波形 u_in (t)に対応することから、結局、光ファイバ伝 送路の線形効果を受ける前の時間波形を出力 Cにおいて時間軸上に直接忠実に又 は完全に再現することができる点がポイントである。

一般に、波形がガウス型でない場合は、受光器 4の出力でその光電界の強度 I (t) 二 I v(t) I ²が次式のように得られる。

I" (り I² " I²

この方式では伝送歪みが線形であれば、その具体的な種類や大きさとは一切関 係なく補償されることが重要である。そのため、分散値の大きさやダイナミックな時間 変動、さらには分散の次数に依存しないということが最大の特徴のひとつである。ま たソリトンのような非線形パルス伝送においてもスペクトル形状が伝搬において維持 されるのであれば、全く同様に適用できる。すなわちソリトンも時間幅厶てとスぺクト ル幅△ 2/との間にはトランスフォームリミットな関係があるので、本方式が利用でき る。分散マネージ（DM )ソリトンに関しても、チヤ一プがゼロになる最短パルスの位置 もし ま適当なファイバを挿入し強制的にチヤープをゼロにすることにより、本方式が 利用できる。

3.波形歪み補償の例

図 5は、光パルスの波形歪みとその補償の効果を示す図である。この図は、本実 施の形態のフーリエ光伝送方式における分散補償の効果を確認するために、非特 許文献 4の実験パラメータを用いて数値計算を行なった結果を示すものである。この 図では、丸、破線、実線が、それぞれ図 1中 A、 B、 Cの各点（すなわち光ファイバ伝 送路 2伝送前、伝送後、光フーリエ変換装置 3の出力）における光信号の時間波形 を示している。

ここでは、一例として、図 1中 Aにおける時間波形は半値全幅 380fsのガウス型と 仮定した。また、光ファイバ伝送路を構成する長さ = 69. 4kmのファイバの累積 分散はそれぞれ ₂ =_0. 0037ps²、 S₃ =ー0. 0038ps³、 β ₄4 =0. 00 58ps⁴と仮定した。このとき T₀ = 228fsである。この伝送路の分散補償に必要な光 フーリエ変換装置の分散量ならびに位相変調パラメータは、 I D I (=1 I K I ) =T₀ ² = 0. 052_Ps²と算出される。光フーリエ変換装置の二次分散要素として 1. 3 m零分散単一モードファイバ（k" = -20ps²Zkm)を用いることにすると、必要な 長さは L=2. 6mである。一台の位相変調器と短いファイバにより簡単に波形再生 ができることも本方式の特徴のひとつである。またこのとき位相変調器のチヤ一プ率 は K=1ZD=— 19. 2ps_²である。

この伝送路においては) S₄の値が大きいことから四次分散が支配的であり、光フー リエ変換装置による分散補償前には四次分散によりパルスが時間軸に対称に広が リ波形が大きく歪んでいる。しかし本方式によるフーリエ変換を行なうことによって、 伝送路への入力時間波形が忠実に再現されていることがわかる。

図 6は、光パルスの波形歪みとその補償に関する数値計算結果の他の一例を示 す図である。この図は本実施の形態の効果を確認するために行なった数値計算結 果の他の一例を示すものである。この図も同様に、丸、波線、実線が、それぞれ図 1 中 A、 B、 Cの各点における光信号の時間波形を示している。ここでは図 1中 Aにおけ る時間波形は半値全幅 380fsのガウス型とし、伝送路を構成する長さ 69· 4kmの ファイバの累積分散はそれぞれ) S₂ =— 0. 0037ps²、 ^ 3^ =0. 1ps³、 'β₄ξ = -0. 0058ps⁴と仮定した。すなわち、図 5の分散特性に対して、この伝送路では 四次分散の符号を反転させ、三次分散を大幅に増やした。このため三次分散の影 響が顕著に現れ、光フーリエ変換装置による分散補償前にはパルスが時間軸に非 対称に歪んでいる様子がよくわかる。しかし本方式による光フーリエ変換装置を用い た分散補償を行なうことによって、光ファイバ伝送路への入力時間波形が正確に復 元できることがわかる。 産業上の利用可能性 以上詳細に説明したように、本発明によれば、位相変調器と二次分散要素を用い て構成された光フーリエ変換装置を用いて、光ファイバ伝送路において線形歪みを 受けた光パルス列の時間波形をその不変量である周波数スペクトルに変換し、伝送 路入力における信号のスペクトルを再現し情報を直接取り出すことができる。したが つて、本発明のフーリエ光伝送方式を用いることで、光ファイバ伝送路の伝搬特性に 依存せず情報を正確に伝送させることが可能となる。

また、本発明によれば、任意の分散ならびに偏波モード分散を有する光ファイバ伝 送路の線形効果による光パルスの時間波形の波形歪みを同時にかつ完全に補償 することができ、光ファイバ通信の通信容量の拡大ならびに伝送距離の延長が可能 となる。また、光ファイバ伝送路の分散や偏波モード分散の精密な制御を一切必要 としないので、実用的'経済的な光ファイバ通信を実現することが可能となる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 送信端において光パルスをデジタル変調し、光ファイバ伝送路中を伝搬させ、 それを受光器で電気信号に変換する光伝送方法において、

受光器の前に設置された光フーリエ変換装置によって、光ファイバ伝送路を経 て伝送された光パルスの時間波形をその周波数スペクトルの形状に変換すること により、光パルスが光ファイバにおいて受けるあらゆる線形時間歪みを該周波数 スペクトルの形状が保存されることを利用して除去し、受光端でもとの信号波形を 再現する光伝送方法。

2. 請求項 1に記載の光伝送方法において、伝送される光パルスとして、パルスの 半値全幅と周波数スペクトル幅の積がフーリエ限界条件を満たすパルス又はトラ ンスフォームリミットなパルスを用いることにより、その時間波形のフーリエ変換が 該パルスのスペクトル形状に完全に又は実質的に対応することを特徴とする光伝 送方法。

3. 請求項 1に記載の光伝送方法において、伝送される光パルスとして、時間波形 とスペクトル波形が等しい又は略等しい光パルスを用いることを特徴とする光伝 送方法。

4. 請求項 1に記載の光伝送方法において、光パルスとして光ソリトンを用いること を特徴とする光伝送方法。

5. 請求項 1に記載の光伝送方法において、光ファイバにおけるパルス歪みの原因 となる任意の分散、偏波モード分散を完全に補償し、無歪み伝送を実現すること を特徴とする光伝送方法。

6. 請求項 1に記載の光伝送方法において、任意の分散、偏波モード分散が時間 的に変動しても常に無歪みの光伝送が実現することを特徴とする光伝送方法。

7. 送信端において光パルスをデジタル変調し、光ファイバ伝送路中を伝搬きせ、 それを受光器で電気信号に変換する光伝送に用いられる光伝送装置において、 受光器と、

前記受光器の前に設置された光フーリエ変換装置と '

を備え、

前記光フーリエ変換装置によって、光ファイバ伝送路を経て伝送された光パル スの時間波形をその周波数スペクトルの形状に変換することにより、光パルスが 光ファイバにおいて受けるあらゆる線形時間歪みを該周波数スペクトルの形状が 保存されることを利用して除去し、受光端でもとの信号波形を再現する光伝送装

8. 請求項 7に記載の光伝送装置において、

前記光フーリエ変換装置は、

光ファイバ伝送路の伝送後の光パルス列に対して、駆動周波数が該パルス伝 送の伝送速度に設定され、光パルス列に同期して各光パルスに位相変調を印加 するための位相変調器と、

前記位相変調器から出力された光パルスに対して、群速度分散を与えるため の分散要素と

を備えた光伝送装置。

9. 請求項 7に記載の光伝送装置において、前記光フーリエ変換装置は、位相変 調器と分散要素とを備え、 前記位相変調器の位相変調のチヤープ率 Kと分散要素の群速度分散 Dとが K = 1 ZDの関係を満たすことを特徴とするフーリエ光伝送装置。 0. 請求項 7に記載の光伝送装置において、前記光フーリエ変換装置は、位相変 調器を備え、

前記位相変調器は、 Li N b 0₃などの電気光学効果を用いた素子.、 EA (Eiectro-Absorption) XliSOA (Semiconductor Optical Amplifier)なとにおけ る位相変調効果を用いた素子のいずれかを有することを特徴とする光伝送装

1 . 請求項 7に記載の光伝送装置において、前記光フーリエ変換装置は、分散要 素を備え、

前記分散要素は、群速度分散特性を有する単一モード光ファイバ等の光ファ ィバ、回折格子対、ファイバブラッググレーティング、 VIPA型可変分散補償器、 アレイ導波路回折格子、および回折格子と空間変調器の組み合わせなどを用 し、ることを特徴とする光伝送装置。 2. 請求項 7に記載の光伝送装置において、

前記光フーリエ変換装置は、

入力された光パルス列の一部を分岐する光カツブラと、

前記光カップラにより分岐された光パルス列の一方を入射し、光パルス列を 遅延するための光遅延素子と、

前記光カップラにより分岐された光パルス列の他方を入射し、光パルス列に 含まれるクロック信号を抽出するクロック信号抽出回路と、

得られたクロック信号の位相シフト量を調整して出力するための位相シフタと、 前記遅延素子からの光パルス列を入力し、前記位相シフタからの出力により 駆動されて光パルス列を位相変調する位相変調器と、

前記位相変調器からの光パルス列を入力し、光パルスに二次分散を与えて 前記受光器に出力する分散要素と、

をさらに備えた光伝送装置。