JPS6376532A - 光ソリトン時分割多重伝送方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、数ピコ秒のパルス幅をもつ光ソリトンを用い
て高速度光パルス伝送を行う光ソリ］−ン時分割多重伝
送方式に関するものである。

［従来の技術］ 光フアイバ中を光パルスか伝搬すると、−１’ＩＱには
パルス幅が広がり、ある距ｒｉｌ１以上伝ＩＩすると、
隣接する２つのパルスか重なってくるようになり、個々
の光パルスを識別てぎなくなる。また、伝搬距離を一定
にして、光パルスのくり返し速度を早くしていっても、
ある速度以上になると、受光された光パルスも個々には
識別できなくなる。

単一モートファイバ中を伝搬する光のパルス広がりは光
ファイバの材料分散と構造分散によってひき起こされる
。ここで、材料分散はガラスの屈折率が光の波長によっ
て異なることに起因し、構造分散は伝搬モードの群速度
か光の波長によって異なることに起因している。これら
２つを合せて色分散と呼んでいる。もし単一波長で発振
するような理想的な光源が存在すれば、上述のようなパ
ルス広がりは生じないことになるが、信号を伝送する場
合には、この光源からの光を何らかの形で変調すること
になるから、その結果側帯波が現われ、パルス広がりが
生じることになる。

ところで、光パルス広がりが原理的に存在しない光パル
スの存在が理論的にも実験的にも確認されており、光ソ
リトンと呼ばれている。この原理は、光か伝搬する媒体
の光学的な非線形効果によって生じる自己位相変調によ
るパルス圧縮と、前記色分散によるパルス広がりとがち
ょうどつり合う条件で光を伝搬させることにより、広が
りのない光パルスが伝搬可能になるというものである。

自己位相変調効果はガラスの屈折率が伝搬する光の強度
によって変化する光力−効果に基づいている。すなわち
、光パルスが伝搬するとぎ、屈折率が時間的に変化し、
その結果、光強度の時間微分値に比例した光周波数の変
化が現われる。したかって、この変化の形態は、光パル
スの立ち上がりの強度変化の急な部分では光の波長が元
の波長より長くなるような変化であり、またパルスの立
ち下がりの強度変化が急な部分では元の波長より短くな
るような変化である。

一方、光源の波長が異常分散領域、すなわち、波長が長
い程伝搬速度が遅くなるような波長域にあるとすると、
前述の強度変化の急な２つの部分は伝搬と共に相互に接
近してゆく。すなわち、パルス圧縮の効果をひき起こす
。

パルス波形がセカンドハイパブリック形（ｓｅｃｈ）の
とき、自己位相変調で生しる光波長の変化にともなうパ
ルス圧縮の効果と、本来の光ファイバのもつ分散による
パルス広がりとがつり合い、パルス波形が伝搬によって
変化しないことが知られており、これを光ソリトンと呼
んでいる。

通常の単一モード光ファイバを用いた場合、伝搬可能な
光ソリトンのパルス幅は１０ｐｓ以下であるので、この
光ソリトンでディジタル信号を伝送すれば、高速度な信
号伝送が可能である。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、隣接する光ソリトンが等しい振幅を有している
場合には、たとえば光ソリトンの間隔が光ソリトンのパ
ルス幅の１０倍以上ないと光ソリトン間の相互作用によ
って光ソリトンが数Ｋｍ伝搬するうちに合体してしまう
欠点があった。

そこで、本発明の目的は、隣接する光ソリトンの合体を
防止して、光ソリトンを用いてディジタル信号を高速度
に伝送する光ソリトン時分割多重伝送方式を提供するこ
とにある。

［問題点を解決するための手段コ このような目的を達成するために、本発明は、光ソリト
ンを周期的に発生する複数個の光ソリトン励振器を有し
、複数個の光ソリトン励振器を、伝送すべぎ信号によっ
て制御し、その伝送すべき信号によりディジタル変調さ
れた光ソリトンを光ソリトン線路の一端から入射せしめ
、光ソリトン線路を伝搬した光ソリトンを当該光ソリト
ン線路の他端から取り出して受光する光ソリトン伝送方
式において、複数の光ソリトン励振器からは光ソリトン
を時分割の形態で時間順次に発生させ、こよら時間順次
の複数の光ソリトンを光合波装置により合波し、その合
波された光ソリトンが光ソリトン線路を伝搬するとぎに
、その光ソリトン線路入射端における時間的に隣接する
光ソリトンの振幅比が１．２以上であることを特徴とす
る。

［作用］ 本発明では、光ソリトンを発生する複数個の光ソリトン
励振器から出射した光ソリトンが合波されて一木の光フ
アイバ中に順次入射して化１般し、かつ隣接する光ソリ
トンの振幅の比が１，２以上となるようにしているため
、各々の光ソリトン励振器は一定の振幅の光ソリトンを
励起しているが、光フアイバ中では光ソリトンの相互作
用が十分小さく、高密度な光ソリトンを伝送できる。

［実施例コ 以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図であって、へヒ
・−Ａｎはｎ個のディジタル信号入力端子、Ｂ１・・・
Ｂｎはｎ個のディジタル信号出力端子、Ｌｌ・・・Ｌｎ
は光ソリトン励振器、Ｍは入力端子Ａ、・・・Ａｎから
のｎ個のパラレルなディジタル信号を時間軸上で時間順
次の信号となるよう入力端子Ａ２・・・Ａｎからの人カ
バルスに遅延を与え、そのパルスを励振器Ｌ１・・・Ｌ
ｎの駆動タイミング信号として順次にこれら励振器り、
・・・Ｌｎに送出する送信信号分配器である。

ＡＴＴ　ｌ・・・ＡＴＴｎは、それぞれ、光ソリトン励
振器Ｌ１・・・ｌ、ｎからの光ソリトンの振幅を調節す
るための光減衰器、Ｃは光減衰器ＡＴＴ、・・・ＡＴＴ
ｎを経て取り出したｎ個の光ソリトンを一木の光ファイ
バＦに入射するための合波装置であり、％Ｍ＋・・・Ｍ
ｎはその合波装置Ｃを構成するハーフミラ−である。合
波装置Ｃは光フアイバ形の光カプラーを用いて構成する
こともできる。

Ｆは光ソリトン励振器Ｌビ・・Ｌｎから発せられる光ソ
リトンの波長において異常分散を示す光ファイバであり
、合波装置Ｃによって合波された光ソリトンが順次にこ
の光ファイバＦに入射して伝搬する。

Ｒは光ファイバＦからの伝搬光を検出する光検出器、Ｄ
は光検出器Ｒから取り出された電気パルス信号を順次出
力端子Ｂ１・・・Ｂｎに切り換えて送出する受信信号分
配器である。

第２図（Ａ）は電気パルス列を示しており、ここで、横
軸は時間を、ＰＩＪは入力端子Ａ１に供給される電気パ
ルスのｊ番目のパルス波形を意味する。

第２図（八）の例では、ｊ−３まで図示しであるが、実
際には所要のパルス数たけ存在する。第２図（Ａ）の例
では、八、端子には１，０．０の信号が、Ａ２端子には
１，１．０の信号が、八、端子には１，１．１の信号が
、鹸端子には０，１．０の信号か加わることになる。

このような電気信号は送信信号分配器Ｍにより、第２図
（Ｂ）　に示すパルスＳｌｊに変換される。すなわち、
パルスＳｌｊはパルス５ｌ−１ｊより一定時間でだけ遅
れて立ち上がるようにシフトされる。ディジタル信号入
力端子△１・・−Ａｎに加わる電気信号のタイムスロッ
ト幅をＴとしたとき、τ≦−でなければならない。また
、パルスＳＩＪは必ずしもパルス幅の狭いパルスである
必要はなく、立ち上がり時刻がシフトしていることが重
要である。

このようなシフトを与えることは、ディジタル信号処理
技術によって容易に行うことができる。

パルスＳＩＪをトリガーパルスとして光ソリトン励振器
し１から発せられた光ソリトンはハーフミラ−Ｍｌによ
って合波されて一木の光ファイバＦに入射する。このよ
うに、光ファイバＦには、入力端子へビ・−Ａｎに入射
した電気パルスが光ソリトンの形で時分割多重化されて
伝搬する。光ソリトン励振器Ｌ１・・・Ｌｎは高出力の
光源と光ファイバとの組み合せて構成可能である。

ここで、光ソリトンのパルス幅はでより十分小さくなけ
ればならない。光ファイバＦを伝搬する光ソリトンの振
幅は、隣接する光ソリトンの振幅の比が１．２以上とな
るよう光減衰器ＡＴＴ、・・・ＡＴＴｎを調節して定め
゛る。最も簡単には、奇数番目の光ソリトン励振器り、
、　Ｌ３．・・・から発せられる光ソリトンの振幅と偶
数番目の光ソリトン励振器Ｌ２．Ｌ４゜・・・から発せ
られる光ソリトンの振幅との比を１．２以上とすること
によって、この条件を満足することができる。

光ソリトンの振幅比が１．２以上であればよい理由を以
下に述べる。

光ソリトンを記述する方程式は であり、最も簡単な解は１つのピークをもつセカンドハ
イパブリック関数で与えられることか知られている。こ
こでＵ、ξ、ではそれぞれ無次元化した光パルスの包絡
線関数３位置５時間を示す。

光ソリトンを記述する方程式は非線形方程式であるので
、多数のパルス列を意味するような解を解析的に得るこ
とは困難であるが、２つのピークをもつ解は、 で与えられることが知られている（文献　Ｐ、Ｌ。

Ｃｈｕ　ａｎｄ　Ｃ，Ｐｅｓｅｍ’、　”Ｍｕｔｕａｌ
　１ｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎｓｏｌｉｔ
ｏｎｓ　ｏｆ　ｕｎｅｑｕａｌ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅｓ
　ｉｎ　ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｒｅ　”　、Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　２１ｓｔ　Ｎｏｖｅ
ｍｂｅｒ１９８５、　Ｖｏｌ、２１．Ｎｏ、２４　Ｐ、
１１３３）。

η１．η２．γ。はξ＝０における初期条件で決まる定
数であり、η１．η２は２つのソリトンの強度に対応す
る。上述のｑ（τ、ξ）の分母には距趙の変数ξがコサ
インの関数として含まれているため、ｑは直に対して周
期的な変動をすることがわかる。

光パルスの間隔の変化の様子を第３図に示す。

第３図の横軸は時間軸、縦軸はパルスの高さ、奥行きは
伝搬距離を示しており、ここで、２つの光パルスの間隔
幅か伝搬距離に対して周期的に変化することがわかる。

第３図において、Ｔｏはパルスの高さが高い方の光パル
スのパルス幅を示している。このパルス幅はパルスの最
大振幅の半分の振幅以上の振幅を有する時間の幅（全値
半幅）を意味する。

第４図は一木の光ファイバを伝搬する光ソリトンと隣接
する光ソリトンとの初期位置における２つのピークの時
間差の最小値とξ＝０における２つのピークの時間差と
の関係を、前述のｑ（τ。

ξ）の関数形を数値計算して得た結果である。たたし、
η、＃１．η２岬ｋ（振幅比）とし、横軸はξ＝０にお
ける光パルスのピークの間隔をＴ。

て正規化した値を示しており、縦軸は２つの光パルスが
伝搬する間に示す最小のピークの間隔をＴｏで正規化し
た値を示している。

ここで、曲線（１）はに＝１．１’、曲線（２）はに＝
１２、曲線（３）はに＝１．３について示している。

振幅比ｋか大きくなればパルス間隔はξ＝０のパルス間
隔よりあまり変化しないことがわかる。

ξ−０のパルス間隔を４とすると、最小のパルス間隔は
に＝１．１では３．８以下であるが、ｋ　−１，２では
３．９以上であり、したがって、ｋ≧１．２とすること
によりほぼ一定のパルス間隔と見なせるパルス伝送が可
能なことになる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は複数個の光ソリトン励振
器から発せられる光ソリトンを順次−木の光フアイバ中
を伝送するようにし、隣接する光ソリトンの振幅の比が
１．２以上としているため、各々の光ソリトン励振器は
一定の振幅の光ソリトンを励起しているが、光フアイバ
中では光ソリトンの相互作用が十分小さく、高密度な光
ソリトンを伝送できる利点かある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は送信
信号分配器の動作を説明する図、 第３図は光パルスが光ファイバを伝搬する間に接近した
り離れたりする様子を示す図、第４図は一木の光ファイ
バを伝搬する光ソリトンとＶａ接する光ソリトンとの初
期位置におけるピーク間の時間差と、光ソリトンが伝搬
する間に最も接近した場合の時間差との関係を示す特性
図である。 Ａ１・・・Ａｎ・・・ディジタル信号入力端子、Ｂ１・
・・Ｂｎ・・・ディジタル信号出力端子、Ｌｌ・・・Ｌ
ｎ・・・光ソリトン励振器、ＡＴＴ、・・・ＡＴＴｎ・
・・光減衰器、Ｃ・・・光ソリトンを一木の光ファイバ
に入射するための合波装苦、 Ｍｌ・・・Ｍｎ・・・ハーフミラ−１ Ｆ・・・光ファイバ、 Ｍ・・・Ａ２・・・Ａｎの人力パルスに遅延を与え、時
間軸上でシリーズな信号とする送信信 号分配器、 Ｒ・・・光検出器、 Ｄ・・・受信信号配分器、 ＰＩＪ・・・入力端子前からの人力ディジタル信号、 Ｓｉｊ・・・光ソリトン励振器し１に送出する電気信号
、 τ・・・５１−１　ｊとＳＩＪの立ち上がりの時間差。 先ハ゛ルノ、の風０存ちの疫、ノＱ５）イ）辺第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光ソリトンを周期的に発生する複数個の光ソリトン励振
   器を有し、該複数個の光ソリトン励振器を、伝送すべき
   信号によって制御し、その伝送すべき信号によりディジ
   タル変調された光ソリトンを光ソリトン線路の一端から
   入射せしめ、該光ソリトン線路を伝搬した光ソリトンを
   当該光ソリトン線路の他端から取り出して受光する光ソ
   リトン伝送方式において、前記複数の光ソリトン励振器
   からは光ソリトンを時分割の形態で時間順次に発生させ
   、これら時間順次の複数の光ソリトンを光合波装置によ
   り合波し、その合波された光ソリトンが前記光ソリトン
   線路を伝搬するときに、その光ソリトン線路入射端にお
   ける時間的に隣接する光ソリトンの振幅比が１．２以上
   であることを特徴とする光ソリトン時分割多重伝送方式
   。