JPH0774875B2 - 光ソリトン発生方法および光中継増幅方法 - Google Patents
光ソリトン発生方法および光中継増幅方法Info
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- JPH0774875B2 JPH0774875B2 JP63194539A JP19453988A JPH0774875B2 JP H0774875 B2 JPH0774875 B2 JP H0774875B2 JP 63194539 A JP63194539 A JP 63194539A JP 19453988 A JP19453988 A JP 19453988A JP H0774875 B2 JPH0774875 B2 JP H0774875B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光ファイバ中の自己位相変調効果と負の群速
度分散とが釣り合うことによって光ソリトンを発生させ
るにあたって、誘導４光子混合効果によりストークス光
パルス強度を光ソリトンの発生に充分なエネルギーにま
で増幅し、ソリトンを発生させる方法に関するものであ
る。
度分散とが釣り合うことによって光ソリトンを発生させ
るにあたって、誘導４光子混合効果によりストークス光
パルス強度を光ソリトンの発生に充分なエネルギーにま
で増幅し、ソリトンを発生させる方法に関するものであ
る。
［従来の技術］ 光ソリトンは自己位相変調効果と負の群速度分散とを釣
り合わせることにより発生させることができ、安定で細
いパルスを実現するために超高速な光通信にとって大変
有効である。光ソリトンを発生させる方法は大別して以
下の３つに分けられる。
り合わせることにより発生させることができ、安定で細
いパルスを実現するために超高速な光通信にとって大変
有効である。光ソリトンを発生させる方法は大別して以
下の３つに分けられる。
第１の方法は負の群速度分散の波長の高出力光パルスを
光ファイバ中に入射させて、光ソリトンを作り出す方法
である。その方法を第７図に示す。ここで、高出力光源
１からの光パルスを結合用レンズ２を介して、光ソリト
ン発生用光ファイバ３に導く。光ファイバ３は通常の単
一モード光ファイバであり、ここで、光パルスの波長
は、この光ファイバ３において負の群速度分散を与える
波長に定めておく。光ファイバ３からのソリトン化した
出力は光パルス測定器４により測定する。
光ファイバ中に入射させて、光ソリトンを作り出す方法
である。その方法を第７図に示す。ここで、高出力光源
１からの光パルスを結合用レンズ２を介して、光ソリト
ン発生用光ファイバ３に導く。光ファイバ３は通常の単
一モード光ファイバであり、ここで、光パルスの波長
は、この光ファイバ３において負の群速度分散を与える
波長に定めておく。光ファイバ３からのソリトン化した
出力は光パルス測定器４により測定する。
第２の方法はソリトンレーザーによる方法であり、Moll
enauerとStolenが提案した方式（L.F.Mollenauer and
R.H.Stolen“The Soliton Laser"Opt.Lett.vol.9,13（1
984））と、本願発明者らが提案したラマンソリトンレ
ーザー方式（H.A.Haus and M.Nakazawa“Theory of the
Fiber Raman Soliton Laser"J.Opt.Soc.Amer.B4,652
（1987））とがある。MollenauerとStolenの方法を第８
図に示し、ラマンソリトンレーザーによる方法を第９図
に示す。
enauerとStolenが提案した方式（L.F.Mollenauer and
R.H.Stolen“The Soliton Laser"Opt.Lett.vol.9,13（1
984））と、本願発明者らが提案したラマンソリトンレ
ーザー方式（H.A.Haus and M.Nakazawa“Theory of the
Fiber Raman Soliton Laser"J.Opt.Soc.Amer.B4,652
（1987））とがある。MollenauerとStolenの方法を第８
図に示し、ラマンソリトンレーザーによる方法を第９図
に示す。
第８図において、MollenauerとStolenの方法では、カラ
ーセンターレーザー結晶７をモード同期YAGレーザー５
で励起し、レーザーミラー６と６′で構成されるレーザ
ー内に光パルスを発生させる。このレーザー内に半透過
鏡８を配置して光パルスの一部を光ファイバ３に導く。
それによって、光ファイバ３により光ソリトンの効果を
作り出して、定常的に共振器内で狭い安定なパルスを作
り出す。
ーセンターレーザー結晶７をモード同期YAGレーザー５
で励起し、レーザーミラー６と６′で構成されるレーザ
ー内に光パルスを発生させる。このレーザー内に半透過
鏡８を配置して光パルスの一部を光ファイバ３に導く。
それによって、光ファイバ３により光ソリトンの効果を
作り出して、定常的に共振器内で狭い安定なパルスを作
り出す。
第３図のラマンソリトンレーザーにおいて、９は光ファ
イバ３に誘導ラマン散乱を発生させるための光源であ
る。レーザーミラー６と６′で構成された共振器内での
誘導ラマン散乱によって生じたストークス光パルスの往
復伝搬時間を光源９の繰り返し周期の整数倍に設定して
おけば、ストークス光が有効に同期増幅され、最終的に
はソリトンになる。なお、ストークスパルスが光ファイ
バ３において負の群速度分散をもつように励起光の波長
を設定する必要がある。
イバ３に誘導ラマン散乱を発生させるための光源であ
る。レーザーミラー６と６′で構成された共振器内での
誘導ラマン散乱によって生じたストークス光パルスの往
復伝搬時間を光源９の繰り返し周期の整数倍に設定して
おけば、ストークス光が有効に同期増幅され、最終的に
はソリトンになる。なお、ストークスパルスが光ファイ
バ３において負の群速度分散をもつように励起光の波長
を設定する必要がある。
第３の方法はSingle-passすなわち共振器を構成しない
光ファイバにおいて非線形効果である誘導ラマン散乱を
用いる方法であり、第10図にその構成例を示す。この場
合は第７図の例に似ているが、光ソリトンを直接発生さ
せるのではなく、まず誘導ラマン散乱を発生させ、その
ストークス光をソリトン化させる方法である。そのため
に、フィルタ10により励起光をカットし、ストークスソ
リトンのみを透過させて光検出器４により検出する。第
９図に示した方法とは、ラマン散乱を用いるということ
では同じであるが、第10図の場合には共振器を構成しな
い。
光ファイバにおいて非線形効果である誘導ラマン散乱を
用いる方法であり、第10図にその構成例を示す。この場
合は第７図の例に似ているが、光ソリトンを直接発生さ
せるのではなく、まず誘導ラマン散乱を発生させ、その
ストークス光をソリトン化させる方法である。そのため
に、フィルタ10により励起光をカットし、ストークスソ
リトンのみを透過させて光検出器４により検出する。第
９図に示した方法とは、ラマン散乱を用いるということ
では同じであるが、第10図の場合には共振器を構成しな
い。
［発明が解決しようとする課題］ 従来、非線形光学効果のうち、誘導ラマン散乱を用いて
光ソリトンを発生させる方法は存在したが、誘導４光子
混合効果を用いて光ソリトンを発生させる方法はなかっ
た。
光ソリトンを発生させる方法は存在したが、誘導４光子
混合効果を用いて光ソリトンを発生させる方法はなかっ
た。
以下に誘導４光子混合効果（Stimulated Four Photon M
ixing以下SFPMと略す）について説明する。Ｑスイッチ
モードロックされた高強度パルスにより単一モードファ
イバを励起した際、材料分散ΔKmと導波路分散ΔKwとの
和が零となる波長に、ストークス光，反ストークス光が
シフトしてSFPMが発生する。しかし、SFPMは誘導ラマン
散乱に比べて10倍以上の高強度パルスを用いるため、他
の非線形効果までもが誘起され、したがって、制御性が
極端に悪く、ソリトンの発生は難しかった。
ixing以下SFPMと略す）について説明する。Ｑスイッチ
モードロックされた高強度パルスにより単一モードファ
イバを励起した際、材料分散ΔKmと導波路分散ΔKwとの
和が零となる波長に、ストークス光，反ストークス光が
シフトしてSFPMが発生する。しかし、SFPMは誘導ラマン
散乱に比べて10倍以上の高強度パルスを用いるため、他
の非線形効果までもが誘起され、したがって、制御性が
極端に悪く、ソリトンの発生は難しかった。
そこで、本発明の目的は、従来は光ソリトンの発生が難
しいとされていた誘導４光子混合（Stimulated Four Ph
oton Mixing:SFPM）という非線形光学効果を利用し、励
起波長を光ファイバの零分散波長の近傍に設定すること
により低い励起入力により光ソリトンを効率よく発生さ
せる方法を提供することにある。
しいとされていた誘導４光子混合（Stimulated Four Ph
oton Mixing:SFPM）という非線形光学効果を利用し、励
起波長を光ファイバの零分散波長の近傍に設定すること
により低い励起入力により光ソリトンを効率よく発生さ
せる方法を提供することにある。
［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明は、励起光パ
ルスを光ファイバに入射させ、励起光パルスとストーク
ス光パルスと反ストークス光パルスから成る光ファイバ
中の誘導４光子混合の過程において、励起光パルスを光
ファイバの零分散波長もしくはその近傍に設定すること
により、ストークス光パルスを負の群速度分散域に誘起
させ、および反ストークス光パルスを正の群速度分散域
に誘起させ、かつその際に、励起光とストークス光パル
スと反ストークス光パルスとの間の群遅延を小さくする
ことにより相互作用長を増加させて、ストークス光パル
スのエネルギーを増加させることによって、自己位相変
調効果と負の群速度分散とを釣り合わせてストークス光
パルスを光ソリトン化させることを特徴とする。
ルスを光ファイバに入射させ、励起光パルスとストーク
ス光パルスと反ストークス光パルスから成る光ファイバ
中の誘導４光子混合の過程において、励起光パルスを光
ファイバの零分散波長もしくはその近傍に設定すること
により、ストークス光パルスを負の群速度分散域に誘起
させ、および反ストークス光パルスを正の群速度分散域
に誘起させ、かつその際に、励起光とストークス光パル
スと反ストークス光パルスとの間の群遅延を小さくする
ことにより相互作用長を増加させて、ストークス光パル
スのエネルギーを増加させることによって、自己位相変
調効果と負の群速度分散とを釣り合わせてストークス光
パルスを光ソリトン化させることを特徴とする。
本発明の他の形態では、請求項１に記載の方法におい
て、励起光パルスの光強度を可変することにより、発生
する光ソリトンの波長を可変とすることを特徴とする。
て、励起光パルスの光強度を可変することにより、発生
する光ソリトンの波長を可変とすることを特徴とする。
本発明のさらに他の形態では、請求項１または２のいず
れかに記載の方法を用いて順次の光ファイバ伝送路の各
間において光中継増幅を行なうにあたり、順次の光ファ
イバ伝送路のうちのあるひとつの光ファイバ伝送路を請
求項１記載の光ファイバとして用い、光ファイバに励起
光パルスおよび信号光を同期して入射させ、得られる光
ソリトンを、第２の信号光として、次の光ファイバ伝送
路を構成し、請求項１記載の光ファイバとして用いられ
る第２の光ファイバに入射させると共に光ファイバに対
応する励起光パルスをも光ファイバに入射させて、その
光ファイバから得られる光ソリトンをさらに次の光ファ
イバ伝送路に信号光パルスとして入射させることにより
全光形ソリトン伝送を行うことを特徴とする。
れかに記載の方法を用いて順次の光ファイバ伝送路の各
間において光中継増幅を行なうにあたり、順次の光ファ
イバ伝送路のうちのあるひとつの光ファイバ伝送路を請
求項１記載の光ファイバとして用い、光ファイバに励起
光パルスおよび信号光を同期して入射させ、得られる光
ソリトンを、第２の信号光として、次の光ファイバ伝送
路を構成し、請求項１記載の光ファイバとして用いられ
る第２の光ファイバに入射させると共に光ファイバに対
応する励起光パルスをも光ファイバに入射させて、その
光ファイバから得られる光ソリトンをさらに次の光ファ
イバ伝送路に信号光パルスとして入射させることにより
全光形ソリトン伝送を行うことを特徴とする。
［作用］ 本発明では、光ファイバ中の誘導４光子混合のパルス動
作において、励起光波長を光ファイバの零分散波長もし
くはその近傍に設定し、長波長側に発生し負の群速度分
散をもつストークス光をソリトンにする。
作において、励起光波長を光ファイバの零分散波長もし
くはその近傍に設定し、長波長側に発生し負の群速度分
散をもつストークス光をソリトンにする。
本発明では、励起光の波長を光ファイバの零分散波長も
しくはその近傍に設定することにより、ストークス光、
反ストークス光および励起光との間の群遅延時間差を小
さくせしめ、この結果、相互作用長を長くとり、効率よ
くSFPMを発生させる。光源としては、従来、誘導ラマン
散乱を発生させるのに用いられてきた素性のよいモード
ロックパルスを用いる。その場合には、相互作用長が長
くとれるため、Ｑスイッチをかけない低出力のモードロ
ックパルスでもSFPMを発生できる利点がある。
しくはその近傍に設定することにより、ストークス光、
反ストークス光および励起光との間の群遅延時間差を小
さくせしめ、この結果、相互作用長を長くとり、効率よ
くSFPMを発生させる。光源としては、従来、誘導ラマン
散乱を発生させるのに用いられてきた素性のよいモード
ロックパルスを用いる。その場合には、相互作用長が長
くとれるため、Ｑスイッチをかけない低出力のモードロ
ックパルスでもSFPMを発生できる利点がある。
また、発生するソリトンの波長は、従来、ラマンソリト
ンレーザー以外では可変させることはできなかったが、
本発明においては、入射光強度を変えることにより光カ
ー効果によって生ずる非線形位相変化を介してソリトン
の発生波長を可変させることができる。
ンレーザー以外では可変させることはできなかったが、
本発明においては、入射光強度を変えることにより光カ
ー効果によって生ずる非線形位相変化を介してソリトン
の発生波長を可変させることができる。
［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の第１の実施例の構成を示す図である。
本実施例は、構成の上では、第10図示の誘導ラマン散乱
による従来のソリトン発生法と似ているが、SFPMを用い
る点で原理的に全く異なる。第１図において、９は励起
光パルスを発生する光源、11は光アイソレータであり、
光源９からの励起光パルスを光アイソレータ11を通し
て、結合用レンズ２により光ファイバ12に導く。ここ
で、光ファイバ12はその零分散波長が光源９の波長可変
範囲内に入っている光ファイバである。この光ファイバ
12からの出力光を結合用レンズ２′を介して光フィルタ
10より取り出す。この光フィルタ10はSFPMの反ストーク
ス光と励起光をカットし、ストークス光ソリトンのみを
通過させる光フィルタである。
本実施例は、構成の上では、第10図示の誘導ラマン散乱
による従来のソリトン発生法と似ているが、SFPMを用い
る点で原理的に全く異なる。第１図において、９は励起
光パルスを発生する光源、11は光アイソレータであり、
光源９からの励起光パルスを光アイソレータ11を通し
て、結合用レンズ２により光ファイバ12に導く。ここ
で、光ファイバ12はその零分散波長が光源９の波長可変
範囲内に入っている光ファイバである。この光ファイバ
12からの出力光を結合用レンズ２′を介して光フィルタ
10より取り出す。この光フィルタ10はSFPMの反ストーク
ス光と励起光をカットし、ストークス光ソリトンのみを
通過させる光フィルタである。
これを動作させるには、光源９の波長を光ファイバ12の
零分散波長もしくはその近傍に設定して光ファイバ12を
励振する。このようにすると、励起光パルスとストーク
ス光パルスおよび反ストークス光パルスとの間の群速度
の差が小さいため、長い距離にわたって相互作用が起こ
り、ストークス光パルスが大幅に増幅されて光ソリトン
になっていく。
零分散波長もしくはその近傍に設定して光ファイバ12を
励振する。このようにすると、励起光パルスとストーク
ス光パルスおよび反ストークス光パルスとの間の群速度
の差が小さいため、長い距離にわたって相互作用が起こ
り、ストークス光パルスが大幅に増幅されて光ソリトン
になっていく。
第２図（ａ）〜（ｃ）に３種類の波長の励起光に対する
群遅延の関係を示す。第２図（ａ）は上記の条件を満た
すものであり、第２図（ｂ）および第２図（ｃ）では光
ソリトンの発生が難しい。ここで、Vpは励起光の群速
度、Vsはストークス光の群速度、Vasは反ストークス光
の群速度である。
群遅延の関係を示す。第２図（ａ）は上記の条件を満た
すものであり、第２図（ｂ）および第２図（ｃ）では光
ソリトンの発生が難しい。ここで、Vpは励起光の群速
度、Vsはストークス光の群速度、Vasは反ストークス光
の群速度である。
SFPMは、材料分散，構造分散および非線形屈折率の位相
変化量を、それぞれ、ΔKm，ΔKwおよびΔKSPMとする
と、それらの総和、すなわち全体の位相変化量が零（運
動量が保存される）の条件のもとで発生する。すなわ
ち、 ΔKm＋ΔKw＋ΔKSPM＝０ （１） ただしΔKm＝naωa/c＋nsωs/c−２npωp/c （２） ΔKw＝Δｎ（baωa/c＋bsωs/c−２bpωp/c） （３） である。
変化量を、それぞれ、ΔKm，ΔKwおよびΔKSPMとする
と、それらの総和、すなわち全体の位相変化量が零（運
動量が保存される）の条件のもとで発生する。すなわ
ち、 ΔKm＋ΔKw＋ΔKSPM＝０ （１） ただしΔKm＝naωa/c＋nsωs/c−２npωp/c （２） ΔKw＝Δｎ（baωa/c＋bsωs/c−２bpωp/c） （３） である。
ここで、na :反ストークス光の波長における光 ファイバでの屈折率 ns :ストークス光の波長における光 ファイバでの屈折率 np :励起光の波長における光ファイバ での屈折率 n2 :光ファイバでの非線形屈折率 Δn :光ファイバにおけるコアークラッドの 屈折率差 ωa :反ストークス光の周波数 ωs :ストークス光の周波数 ωp :励起光の周波数 c :光速 ba :反ストークス光の周波数ωaに おける規格化伝搬定数 bs :ストークス光の周波数ωsに おける規格化伝搬定数 bp :励起光の周波数ωpに おける規格化伝搬定数 である。
これらの条件を用いてストークスシフト量Ωを横軸にと
り、縦軸に各々の位相変化量をとったものを第３図に示
す。これは、零分散波長1.525μｍの単一モード光ファ
イバを用い、励起光波長を零分散波長に等しく設定した
場合の結果である。図中、−・−はΔKw、…はΔKm、−
はΔKw＋ΔKm、……は−ΔKSPMである。ただし、励起光
の光強度Ip＝5W,パルス幅13ps,有効断面積５×10-7cm2,
n2＝3.2×10-16cm2/wの場合についてΔKSPMを求めた。
従って、位相整合が成立するΔKm＋ΔKw＋ΔKSPM＝０の
条件は●で与えられることになる。それゆえ、励起光に
対して約130cm-1だけ周波数シフトした光ソリトンが発
生できることになる。
り、縦軸に各々の位相変化量をとったものを第３図に示
す。これは、零分散波長1.525μｍの単一モード光ファ
イバを用い、励起光波長を零分散波長に等しく設定した
場合の結果である。図中、−・−はΔKw、…はΔKm、−
はΔKw＋ΔKm、……は−ΔKSPMである。ただし、励起光
の光強度Ip＝5W,パルス幅13ps,有効断面積５×10-7cm2,
n2＝3.2×10-16cm2/wの場合についてΔKSPMを求めた。
従って、位相整合が成立するΔKm＋ΔKw＋ΔKSPM＝０の
条件は●で与えられることになる。それゆえ、励起光に
対して約130cm-1だけ周波数シフトした光ソリトンが発
生できることになる。
SFPMの利得は位相不整合量をγ（＝ΔKm＋ΔKw＋Δ
KSPM）、光強度をIp、３次の非線形性をx(3)（Ω）とお
くと ｇ＝［α2x(3)（Ω）2Ip2−（γ／2)2］1/2 （５） と表わされる。ただし、αは光ファイバの構造で決まる
比例定数である。（５）式から明らかなように、γ＝０
（すなわちΔKm＋ΔKw＋ΔKSPM＝０）のとき完全に位相
整合がとれて ｇ＝αx(3)（Ω）Ip （６） となる。従って、光源９の励起光強度を増すと、SFPMの
利得が増え、高効率なソリトン増幅が可能となる。光フ
ァイバ12としては、通常の1.3μm,1.5μｍ帯零分散ファ
イバを用いることができる。あるいはまた、それらの偏
波保持ファイバを用いてもよい。
KSPM）、光強度をIp、３次の非線形性をx(3)（Ω）とお
くと ｇ＝［α2x(3)（Ω）2Ip2−（γ／2)2］1/2 （５） と表わされる。ただし、αは光ファイバの構造で決まる
比例定数である。（５）式から明らかなように、γ＝０
（すなわちΔKm＋ΔKw＋ΔKSPM＝０）のとき完全に位相
整合がとれて ｇ＝αx(3)（Ω）Ip （６） となる。従って、光源９の励起光強度を増すと、SFPMの
利得が増え、高効率なソリトン増幅が可能となる。光フ
ァイバ12としては、通常の1.3μm,1.5μｍ帯零分散ファ
イバを用いることができる。あるいはまた、それらの偏
波保持ファイバを用いてもよい。
また、本発明方法では、式（４）に見られるように、Δ
KSPMが励起光の光強度Ipによって変化するので、Ipを変
化させると、ΔKm＋ΔKw＋ΔKSPM＝０となるストークス
シフト量が異なる。このため、励起入力光の強度を変化
させることによって、波長可変なソリトンパルスを発生
させることができる。
KSPMが励起光の光強度Ipによって変化するので、Ipを変
化させると、ΔKm＋ΔKw＋ΔKSPM＝０となるストークス
シフト量が異なる。このため、励起入力光の強度を変化
させることによって、波長可変なソリトンパルスを発生
させることができる。
実際に、光源９としてカラーセンターレーザーを用い、
光ファイバ12として波長1.525μｍに零分散をもつ長さ2
50mのファイバを使用した場合のソリトンの発生結果を
第４図（ａ）および（ｂ）に示す。
光ファイバ12として波長1.525μｍに零分散をもつ長さ2
50mのファイバを使用した場合のソリトンの発生結果を
第４図（ａ）および（ｂ）に示す。
第４図（ａ）は自己相関計によって測定されたソリトン
波形であり、その半値全幅ΔτFWHMは210fs（0.21ps）
である。
波形であり、その半値全幅ΔτFWHMは210fs（0.21ps）
である。
一方、分光計によるそのスペクトルの測定結果を第４図
（ｂ）に示す。ここで、破線部分は光フィルタ10でカッ
トしている部分であり、実線部分がストークスソリトン
のスペクトルである。この実線部分はきれいなスペクト
ルをしており、その半値全幅ΔνFWHMは13.8nmである。
両者の積Δτ・ΔνはΔνΔτ＝0.35となり、Hyperbol
ic-secantパルスを仮定した場合のTransform Limitedパ
ルスになっていることがわかる。このようにSFPMにより
光ソリトンが形成できることが実証できる。
（ｂ）に示す。ここで、破線部分は光フィルタ10でカッ
トしている部分であり、実線部分がストークスソリトン
のスペクトルである。この実線部分はきれいなスペクト
ルをしており、その半値全幅ΔνFWHMは13.8nmである。
両者の積Δτ・ΔνはΔνΔτ＝0.35となり、Hyperbol
ic-secantパルスを仮定した場合のTransform Limitedパ
ルスになっていることがわかる。このようにSFPMにより
光ソリトンが形成できることが実証できる。
本発明の第２の実施例を第５図に示す。以上に述べた本
発明実施例の方法では、ストークス光の立ち上がりにあ
たっては、Spontaneous Emissionの雑音を用いていたわ
けであるが、第５図の場合はストークス光に相当する信
号光パルスIsを信号光発生器13によりあらかじめ準備し
ておく。すなわち、励起用光源９からの励起光パルスIp
と信号光用光源13の信号光Isとを光結合器14により合波
してその出力光Ip＋IsをSFPMを発生させる光ファイバ12
に導く。微弱な信号光IsはSFPMによりパルス増幅され、
最終的にソリトンになる。この場合、有効な相互作用を
行うために、光源９と13との間の同期を同期装置15によ
ってとり、励起パルスが光ファイバ12中を伝搬すると
き、信号光がそれに重なるように設定することが重要で
ある。
発明実施例の方法では、ストークス光の立ち上がりにあ
たっては、Spontaneous Emissionの雑音を用いていたわ
けであるが、第５図の場合はストークス光に相当する信
号光パルスIsを信号光発生器13によりあらかじめ準備し
ておく。すなわち、励起用光源９からの励起光パルスIp
と信号光用光源13の信号光Isとを光結合器14により合波
してその出力光Ip＋IsをSFPMを発生させる光ファイバ12
に導く。微弱な信号光IsはSFPMによりパルス増幅され、
最終的にソリトンになる。この場合、有効な相互作用を
行うために、光源９と13との間の同期を同期装置15によ
ってとり、励起パルスが光ファイバ12中を伝搬すると
き、信号光がそれに重なるように設定することが重要で
ある。
第６図は、本発明の第２の実施例を光中継増幅に応用し
た実施例を示す。
た実施例を示す。
第６図において、順次の光ファイバ伝送路を、第５図の
光ファイバ12に対応して、符号12-1,12-2,…,12-nで示
し、第５図に示す部分９および14のそれぞれを、各伝送
路に対応して符号9-1,9-2,…および14-1,14-2,…で示
す。
光ファイバ12に対応して、符号12-1,12-2,…,12-nで示
し、第５図に示す部分９および14のそれぞれを、各伝送
路に対応して符号9-1,9-2,…および14-1,14-2,…で示
す。
すなわち、順次の光ファイバ伝送路に12-1,12-2,…,12-
nの各間において光中継増幅を行なうにあたって、励起
用光源9-1からの励起光パルスIpと信号用光源13からの
信号光Isとに基づいて光ファイバ伝送路12-1より光ソリ
トンを発生させる。その光ファイバ伝送路12-1からの光
ソリトンを第２の信号光として次の光ファイバ伝送路12
-2に入射させると共に、この光ファイバ伝送路12-2に割
当てて設けた励起用光源9-2からの励起光パルスをもこ
の光ファイバ伝送路12-2に入射させる。それにより、こ
の光ファイバ伝送路12-2には第２の信号光および第２の
信号光と同期のとれた励起光パルスが入射し、それに応
じて光ソリトンが発生する。この光ソリトン、すなわち
第３の信号光および第３の励起用光源9-3からの励起光
パルスをさらに次の光ファイバ伝送路12-3に入射させる
というようにして、順次に光中継増幅を行なう。
nの各間において光中継増幅を行なうにあたって、励起
用光源9-1からの励起光パルスIpと信号用光源13からの
信号光Isとに基づいて光ファイバ伝送路12-1より光ソリ
トンを発生させる。その光ファイバ伝送路12-1からの光
ソリトンを第２の信号光として次の光ファイバ伝送路12
-2に入射させると共に、この光ファイバ伝送路12-2に割
当てて設けた励起用光源9-2からの励起光パルスをもこ
の光ファイバ伝送路12-2に入射させる。それにより、こ
の光ファイバ伝送路12-2には第２の信号光および第２の
信号光と同期のとれた励起光パルスが入射し、それに応
じて光ソリトンが発生する。この光ソリトン、すなわち
第３の信号光および第３の励起用光源9-3からの励起光
パルスをさらに次の光ファイバ伝送路12-3に入射させる
というようにして、順次に光中継増幅を行なう。
なお、第６図の例では第２段以降における各励起光パル
スを各信号光に同期させるにあたって、光結合器14-1,1
4-2,…に入力する励起光パルスの入力形態を第５図の場
合と異ならせて両光入力の同期をとっているが、このよ
うにする代わりに、同期装置15からの同期信号を各励起
用光源9-1,9-2,…に供給して、互いに同期をとるように
してもよい。
スを各信号光に同期させるにあたって、光結合器14-1,1
4-2,…に入力する励起光パルスの入力形態を第５図の場
合と異ならせて両光入力の同期をとっているが、このよ
うにする代わりに、同期装置15からの同期信号を各励起
用光源9-1,9-2,…に供給して、互いに同期をとるように
してもよい。
この方法によれば、光ファイバ中での損失に打ち勝つ利
得を発生し、長距離にわたって全光形ソリトン伝送を行
うことが可能となる。
得を発生し、長距離にわたって全光形ソリトン伝送を行
うことが可能となる。
さらにまた、この方法において、各中継器における励起
用光源9-1,9-2,…の各励起光強度を異なって設定するこ
とにより、異なった波長において光増幅が可能であるた
め多波長のソリトン増幅を行なうことが可能となる。
用光源9-1,9-2,…の各励起光強度を異なって設定するこ
とにより、異なった波長において光増幅が可能であるた
め多波長のソリトン増幅を行なうことが可能となる。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、従来、制御性の
悪かった光ファイバ中のSFPMについて、光ファイバを、
その分散が零となる波長あるいはその近傍の波長をも
ち、かつでモード同期光パルス列により励振することに
より、ストークス光，反ストークス光，励起光の間の群
遅延時間差を小さくし、その結果、相互作用長を長くと
り、効率よくSFPMを発生させて、光ソリトンを発生させ
る。
悪かった光ファイバ中のSFPMについて、光ファイバを、
その分散が零となる波長あるいはその近傍の波長をも
ち、かつでモード同期光パルス列により励振することに
より、ストークス光，反ストークス光，励起光の間の群
遅延時間差を小さくし、その結果、相互作用長を長くと
り、効率よくSFPMを発生させて、光ソリトンを発生させ
る。
これにより将来の光通信の主流となる大容量の超高速光
通信用の光源を提供するとともに、誘導４光子混合を用
いた光ソリトンの増幅作用を用いて光中継器を構成する
ことができるので、信号伝送距離を飛躍的に拡大するこ
ともできる。
通信用の光源を提供するとともに、誘導４光子混合を用
いた光ソリトンの増幅作用を用いて光中継器を構成する
ことができるので、信号伝送距離を飛躍的に拡大するこ
ともできる。
さらにまた、本発明では、励起光強度を変化させること
によって、ストークスソリトンの波長を可変させること
ができる利点がある。従来の方法では、入射励起光の波
長を変化させなければソリトンの波長は変化できなかっ
たが、本発明では励起光強度を変化させることのみでソ
リトン波長を可変させることができ。したがって、本発
明によれば、この波長可変性を用いることによって、単
に励起光強度を変えるのみで多波長のソリトン増幅が可
能となる利点もある。
によって、ストークスソリトンの波長を可変させること
ができる利点がある。従来の方法では、入射励起光の波
長を変化させなければソリトンの波長は変化できなかっ
たが、本発明では励起光強度を変化させることのみでソ
リトン波長を可変させることができ。したがって、本発
明によれば、この波長可変性を用いることによって、単
に励起光強度を変えるのみで多波長のソリトン増幅が可
能となる利点もある。
第１図は本発明の一実施例を示す構成図、 第２図は本発明の動作波長の最適条件の説明図、 第３図は本発明の動作原理の説明図であって、ストーク
ス光の波長シフト量が決定される様子を示す説明図、 第４図（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施例におい
て測定された、それぞれ、ソリトン波形およびそのスペ
クトルを示す波形図およびスペクトル図、 第５図は本発明の第２の実施例を示す構成図、 第６図は本発明の第３の実施例を示す構成図、 第７図は最も簡便な従来のソリトン発生法を示す構成
図、 第８図および第９図の従来の光ソリトンレーザーの２例
を示す構成図、 第10図は非線形光学効果である誘導ラマン散乱による従
来の光ソリトン発生法を示す構成図である。 １……高出力光源、２……結合用レンズ、３……単一モ
ード光ファイバ、４……光パルス検出器、５……モード
同期YAGレーザー、6,6′……レーザーミラー、７……カ
ラーセンターレーザー媒質、８……半透過鏡、9,9-1,9-
2,… ……モード同期光パルス光源、10……光フィル
タ、11……光アイソレータ、12,12-1,12-2,…12-n……
分散シフト形単一モードファイバもしくはその偏波保持
ファイバ、13……信号光発生用光源、14,14-1,14-2,…
……光結合器、15……励起光信号光同期装置。
ス光の波長シフト量が決定される様子を示す説明図、 第４図（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施例におい
て測定された、それぞれ、ソリトン波形およびそのスペ
クトルを示す波形図およびスペクトル図、 第５図は本発明の第２の実施例を示す構成図、 第６図は本発明の第３の実施例を示す構成図、 第７図は最も簡便な従来のソリトン発生法を示す構成
図、 第８図および第９図の従来の光ソリトンレーザーの２例
を示す構成図、 第10図は非線形光学効果である誘導ラマン散乱による従
来の光ソリトン発生法を示す構成図である。 １……高出力光源、２……結合用レンズ、３……単一モ
ード光ファイバ、４……光パルス検出器、５……モード
同期YAGレーザー、6,6′……レーザーミラー、７……カ
ラーセンターレーザー媒質、８……半透過鏡、9,9-1,9-
2,… ……モード同期光パルス光源、10……光フィル
タ、11……光アイソレータ、12,12-1,12-2,…12-n……
分散シフト形単一モードファイバもしくはその偏波保持
ファイバ、13……信号光発生用光源、14,14-1,14-2,…
……光結合器、15……励起光信号光同期装置。
Claims (3)
- 【請求項１】励起光パルスを光ファイバに入射させ、前
記励起光パルスとストークス光パルスと反ストークス光
パルスから成る前記光ファイバ中の誘導４光子混合の過
程において、前記励起光パルスを前記光ファイバの零分
散波長もしくはその近傍に設定することにより、前記ス
トークス光パルスを負の群速度分散域に誘起させ、およ
び前記反ストークス光パルスを正の群速度分散域に誘起
させ、かつその際に、前記励起光と前記ストークス光パ
ルスと前記反ストークス光パルスとの間の群遅延を小さ
くすることにより相互作用長を増加させて、前記ストー
クス光パルスのエネルギーを増加させることによって、
自己位相変調効果と負の群速度分散とを釣り合わせて前
記ストークス光パルスを光ソリトン化させることを特徴
とする光ソリトン発生方法。 - 【請求項２】請求項１に記載の方法において、前記励起
光パルスの光強度を可変することにより、発生する光ソ
リトンの波長を可変とすることを特徴とする光ソリトン
発生方法。 - 【請求項３】請求項１または２のいずれかに記載の方法
を用いて順次の光ファイバの伝送路の各間において光中
継増幅を行なうにあたり、前記順次の光ファイバ伝送路
のうちのあるひとつの光ファイバ伝送路を請求項１記載
の前記光ファイバとして用い、当該光ファイバに前記励
起光パルスおよび信号光を同期して入射させ、該信号光
を前記誘導４光子混合により光増幅して得られる光ソリ
トンを、第２の信号光として、次の光ファイバ伝送路を
構成し、請求項１記載の前記光ファイバとして用いられ
る第２の光ファイバに入射させると共に当該光ファイバ
に対応する励起光パルスをも当該光ファイバに入射させ
て、その光ファイバから得られる光ソリトンをさらに次
の光ファイバ伝送路に前記信号光パルスとして入射させ
ることにより全光形ソリトン伝送を行うことを特徴とす
る光中継増幅方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63194539A JPH0774875B2 (ja) | 1988-08-05 | 1988-08-05 | 光ソリトン発生方法および光中継増幅方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63194539A JPH0774875B2 (ja) | 1988-08-05 | 1988-08-05 | 光ソリトン発生方法および光中継増幅方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0244319A JPH0244319A (ja) | 1990-02-14 |
| JPH0774875B2 true JPH0774875B2 (ja) | 1995-08-09 |
Family
ID=16326216
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63194539A Expired - Fee Related JPH0774875B2 (ja) | 1988-08-05 | 1988-08-05 | 光ソリトン発生方法および光中継増幅方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0774875B2 (ja) |
-
1988
- 1988-08-05 JP JP63194539A patent/JPH0774875B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0244319A (ja) | 1990-02-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |