JP3028906B2 - ソリトン光通信システム及びその光送信装置と光受信装置 - Google Patents

ソリトン光通信システム及びその光送信装置と光受信装置

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JP3028906B2
JP3028906B2 JP6023554A JP2355494A JP3028906B2 JP 3028906 B2 JP3028906 B2 JP 3028906B2 JP 6023554 A JP6023554 A JP 6023554A JP 2355494 A JP2355494 A JP 2355494A JP 3028906 B2 JP3028906 B2 JP 3028906B2
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    • H—ELECTRICITY
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを用いた伝
送システム、特にダークソリトンパルスと光増幅器を使
用した長距離・大容量光通信システム及びこのシステム
に用いる光送信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信技術は、光増幅技術の進
展にささえられ超長距離化が進んでおり、再生中継器を
使用せずに太平洋横断も可能となってきた。しかしなが
ら、従来の伝送方式では、伝送速度が高くなると光ファ
イバの波長分散特性や非線形光学効果に基づく伝送特性
の劣化の影響がおおきくなり、高速・大容量化には限界
があった。この波長分散特性や非線形光学効果による高
速化の限界を打破する方式として、光ソリトン通信方式
が近年脚光を浴びている。光ソリトン通信方式は、従来
の伝送方式の特性劣化要因である光ファイバの波長分散
特性や非線形光学効果を積極的に利用するものであり、
ファイバの波長分散によるパルス広がりと非線形光学効
果に基づくパルス圧縮をバランスさせ光短パルスを形を
変えずに伝送する方式である。光ファイバの損失を補償
する光増幅器を中継器として使用した場合には、中継間
隔の平均パワーや光ファイバの平均分散をソリトン条件
に設定することにより、理想的ソリトンパルスと同様の
波形変化がほとんどないソリトン通信が可能となる。
【０００３】２０Ｇｂ／ｓ程度の高速の光ソリトン通信
では、光増幅器の雑音は、受信端での光パルスのタイミ
ングジッタに影響を及ぼし伝送特性を劣化させる。すな
わち、雑音が重畳した光ソリトンパルスでは光強度がラ
ンダムに揺らぎ理想的光ソリトンパルスの形から僅かに
ずれるため、非線形光学効果によるキャリア周波数のシ
フト量に揺らぎが生じる。これが各中継器毎に繰り返さ
れるため、有限な分散値を持つ光ファイバを伝搬するう
ちに光パルスの到着時間がランダムに揺らぎタイミング
ジッタが引き起こされる。この現象は、ゴードンハウス
効果と呼ばれ、光ソリトン通信の主たる伝送特性の制限
要因となっている。更に、情報を持った複数の光ソリト
ンパルスを伝送する場合、隣り合うソリトンパルス同士
の間隔が狭いとソリトンパルス同士が干渉し、引き寄せ
られたり、反発し合ったりする現象が観測される。これ
も、受信端でのタイミングジッタとなるため通信への応
用上は好ましくなく、ソリトンパルスの干渉を抑制する
ためには、隣接したソリトンパルス同士の間隔はある程
度広くとる必要がある。上述したタイミングジッタを克
服すべく、人為的にタイミングジッタを抑制するソリト
ン制御技術の研究が活発に進められており、ソリトンパ
ルス伝送実験はここ数年間で急速に進展した。一つは、
ランダム周波数シフトを光フィルタを用いて周波数領域
で制御するものであり、もう一方はタイミングジッタそ
のものを時間領域で直接制御する方法である。しかしな
がら、従来技術では、中継器内部で、超狭帯域の光バン
ドパスフィルタを使用したり光変調器を用いた複雑な処
理を伴う必要があり、システムの長期的な信頼性などの
実用的観点からは望ましくない。光増幅器を用いる長距
離伝送システムの大容量化を計るためには、従来技術の
ように伝送路中に特別な仕掛けを設けずに、光増幅器を
含む伝送路はできる限り簡単化しておき、かつ、ソリト
ンパルスが高密度に配列されて高密度化した光信号を伝
送することが重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これまで、光ソリトン
通信は、光ファイバの異常分散領域の波長帯で、短光パ
ルスを伝送する、いわゆるブライトソリトンが用いられ
ている。一方、光パルスのオン・オフを反転した信号、
即ち、一定強度の光の一部が鋭く窪んだ光信号（ダーク
パルス）を、光ファイバの正常分散領域で伝送した場合
に、信号強度及びダークパルスのパルス幅（窪みの幅）
が一定の関係を満足すると、ブライトソリトンと同様に
波形（窪みの形状）の劣化がない伝送が可能なことが理
論的に知られており（A. Hasegawa and F. Tappert, Ap
pl. Phys. Lett., Vol.23, pp.171-172, 1973)、ダーク
ソリトン伝送と呼ばれている。但し、ダークパルスの中
央部では、光位相シフトを設ける必要がある。図１２
（ａ），（ｂ），（ｃ）にブライトソリトンとダークソ
リトンパルスの波形の典型的な例を示す（J.R Taylor e
d, Optical Solitons-Theory and Experiment, chap.1
0, Cambridge Univerithy Press, 1992）。図１２
（ａ）はブライトソリトンの例であり光位相は一定であ
る。一方、ダークソリトンでは、光強度が、図１２
（ｂ），（ｃ）に示すように、ブライトソリトンの光強
度のオンオフを反転した形状となるのに加えて、光の位
相がシフトするのが特長である。図１２（ｂ）は、窪み
部分の光がゼロの場合（ブラックソリトン）であり、こ
の場合、光の位相は、窪みの中央値の前後でπシフトし
ている。図１２（ｃ）は、ＣＷレーザ光の強度の１／２
までダークパルスが窪んだ場合（グレイソリトン）であ
り、光の位相シフト量は、π／２である。図中に示すよ
うにＡ，Ｂはそれぞれ、窪み部の深さ、及びバックグラ
ンド光の相対レベルを表すパラメータであり、Ａ＝Ｂ＝
１は、ブラックソリトンに対応し、バックグランド光の
レベルが上がるに従い、Ｂはゼロに近づく。ダークソリ
トンの位相シフト量は、このパラメータＢを用いて、数
１で与えられる。
【数１】２ sin-1｜Ｂ｜
【０００５】ダークソリトンでは、ブライトソリトンと
比較して、ゴードンハウスジッタが約７０％程度に抑え
られること、ソリトン相互干渉が少ないことなどの特長
がある（Y. S. Kivshar, IEEE J. Quantum Electronic
s, Vol.29, pp.250-264, 1993) 。しかしながら、ディ
ジタル情報が付加されたブライトソリトン発生装置を有
する送信装置、及び受信装置が存在していなかったた
め、ダークソリトンの光通信への応用は試みられていな
かった。
【０００６】本発明は、通常の光ソリトン（ブライトソ
リトン）の光強度のオンオフを反転し、かつ光位相シフ
トを伴うダークソリトンを発生する光送信装置とダーク
ソリトン用の光受信装置を実現し、ダークソリトンの相
互干渉を抑制し、またタイミングジッタを抑制しつつソ
リトンパルスの配列密度を上げることができる、ダーク
ソリトン超高速・大容量光伝送システムを提供すること
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明による光通信シス
テムは、ディジタル情報をもつダークソリトンパルス光
信号を送信する光送信装置と、そのダークソリトンパル
ス光信号をリターンツウゼロパルスに変換して受信する
光受信装置と、該送信装置と該受信装置とを結ぶ伝送用
光ファイバと、該伝送用光ファイバ上に該光ファイバの
損失を補償する複数台の光増幅中継器とを具備し、該伝
送用光ファイバが、該送信光信号の波長において、該伝
送用光ファイバの全長の波長分散値の平均値が負の値と
なる正常分散値をとり、該伝送用光ファイバの波長分散
値の平均値及び該光増幅中継器の光出力強度が、該送信
光信号に加えられる非線形光学効果と波長分散効果と均
衡するように構成されている。本発明に用いる光送信装
置は、リターンツウゼロ光パルスにディジタル情報を加
えた光信号を生成する手段と、一定出力光を発生する手
段と、２系統の光入力信号の論理的エクスクルシブオア
を出力する光ゲートと、光位相変調器を具備し、リター
ンツウゼロディジタル光信号と該一定振幅の光を該エク
スクルシブオア光ゲートに入射し、一定振幅の光を該リ
ターンツウゼロディジタル光信号のオンオフを反転した
光信号に変換し、該反転光信号を、伝送速度で駆動され
た位相変調器で変調することにより、該反転信号の光強
度が最小となる時間の前後で光の位相にダークソリトン
条件となるπ以下の位相差を与えた反転光信号を生成す
ることをように構成されている。また、第一の光受信装
置は、一定出力光を発生する手段と、２系統の光入力信
号の論理的エクスクルシブオアを出力する光ゲートとを
具備し、該オンオフ反転光信号と一定振幅の光をエクス
クルシブオア光ゲートに入射し、該一定振幅の光をリタ
ーンツウゼロディジタル光信号に変換した後、直接また
は光デマルチプレクサにより多重前伝送速度に分周した
のち受信するように構成されている。さらに、第二の光
受信装置は、該伝送用光ファイバを伝送された光信号を
分岐し、一方の光信号を電気信号に変換した後、伝送速
度のクロック周波数成分又は多重前のクロック周波数成
分を抽出し増幅した後、該伝送された光信号の他方を該
クロック周波数信号または多重前伝送速度のクロック周
波数で変調された光変調器を通過させ、該伝送光信号の
オン・オフを反転させたリターンツウゼロ光信号に変換
した後１つ又は複数の光受信器で受信するように構成さ
れている。
【０００８】
【作用】上述したように光増幅器を用いた光ソリトン通
信システムの伝送特性の制限要因はゴードンハウス効果
によるタイミングジッタと隣接ソリトンの相互干渉に基
づくタイミングジッタである。これに鑑み、本発明は、
第１に、光送信端局において、ブライトンソリトン光信
号のオン・オフを反転し、かつ、該反転信号の光強度が
最小となる時間の前後で光の位相にダークソリトン条件
となるπ以下の位相差を与えた反転光信号を生成するこ
とにより、高密度化したダークソリトン光信号生成し、
第２にダークソリトンを伝送信号として使用することに
より、隣接ソリトンパルスの相互干渉とゴードンハウス
効果に基づくタイミングジッタを抑制し、第３に、光受
信端局において、ダークソリトンを通常のブライトソリ
トンに変換し、高密度化した信号を時間軸上でさらに分
周したのち受信するようにしたときには、タイミングジ
ッタが符号誤り率特性に与える影響を抑制する作用効果
を有している。これによって高密度のソリトンパルスの
伝送ができる長距離・大容量光ダークソリトン通信シス
テムを提供している。
【０００９】
【実施例】図１に本発明による光送信装置の実施例を示
す。１は時分割多重ブライトソリトン光信号発生装置、
２はＣＷ（continuous wave ）レーザ、３はエクスクル
シブオア光ゲート、４は光位相変調器である。時分割多
重ブライトソリトン光信号発生装置１は、ソリトンパル
ス光源１０１、光増幅器１０２、パルス列を４分岐する
ための光カプラー１０３、光遅延回路１０４，１０５，
１０６，１０７、光強度変調器１０８，１０９，１１
０，１１１、光カップラ１１２、雑音を除去するための
光バンドパスフィルタを含む光増幅器１１３で構成され
る。ソリトンパルス光源１０１は、波長１５６１ｎｍ、
５Ｇｂ／ｓ繰り返しで、パルス幅１０ｐｓのソリトンパ
ルス列を生成する。該ソリトンパルス列を、光増幅器１
０２で増幅後、光カプラー１０３で４分岐し、それぞれ
パルス列が相対的に０ｐｓ，２５ｐｓ，５０ｐｓ，７５
ｐｓずれるように光遅延回路１０４，１０５，１０６，
１０７の遅延時間を設定し、各パルス列を光強度変調器
１０８，１０９，１１０，１１１でディジタル変調を加
える。各４系統の偏波状態は同一になるように光強度変
調器１０８，１０９，１１０，１１１の前にそれぞれ配
置されている偏波コントローラ１２８ａ，１２８ｂ，１
２８ｃ，１２８ｄで設定されている。４系統の光信号を
光カップラ１１２で合成し、４多重されたブライトソリ
トン光信号を生成する。更に、光増幅器１１３で信号光
を増幅する。
【００１０】時分割多重されたブライトソリトン光信号
をエクスクルシブオア光ゲート３のポートＰ1 へ入射
し、ポートＰ2 へ波長１５５８ｎｍのＣＷレーザ２の出
力光を入射すると、ＣＷレーザ光は、両者の論理的エク
スクルシブオア出力、即ちブライトソリトン光信号のオ
ンオフを反転した光信号に変換されポートＰ3 から出力
される。エクスクルシブオア光ゲートを非線形光ループ
ミラー（サニャック干渉計）で構成した例を図２に示
す。該エクスクルシブオア光ゲートは光増幅器１１４、
偏波コントローラ１１５，１１９、光カップラ１１７，
１２０，１２１、光アイソレータ１１６，１２２，１２
４、光バンドパスフィルタ１２３及び非線形光ファイバ
１１８で構成される。光カップラ１２０の分岐比は１：
１である。ポートＰ1 から２０Ｇｂ／ｓの時分割多重ブ
ライトソリトン光信号を入射し、光増幅器１１４で平均
パワーを１３ｄＢｍ程度まで増幅した後、偏波コントロ
ーラ１１５、光アイソレータ１１６、光カップラ１１７
を介して非線形光ファイバ１１８へ入射する。光ファイ
バ１１８は、波長１５５８ｎｍ近傍で波長分散がほぼゼ
ロとなる分散シフトシングルモード光ファイバであり、
長さは約１０ｋｍである。一方ＣＷレーザ光は、ポート
Ｐ2 より入射し、光アイソレータ１２２、光カップラ１
２１、光カップラ１２０をへて、光ファイバ１１８へ入
射する。偏波コントローラ１１９で光カップラ１２１の
２つの出力光の偏光状態を同一に保持すると、ポートＰ
1 から光入力がない場合には、光ファイバの時計回りの
信号と反時計回りの光信号はポートＰ2 の方向へ戻り、
光カップラ１２１、光バンドパスフィルタ１２３、光ア
イソレータ１２４をへてポートＰ3aから出力される。ポ
ートＰ1 からブライトソリトン光信号が前記ＣＷレーザ
光と同一偏光状態で入射すると、光ファイバのカー効果
により光強度の大きさに応じて屈折率変化が生じるた
め、相互位相変調により、反時計回りのＣＷレーザ光に
のみブライトソリトン光信号の強度に応じた位相変調が
付加される。ブライトソリトン光信号のピークパワーで
相互位相変調による位相変化がπとなるように設定する
と、ブライトソリトン光信号のピークパワーに相当する
時間では、ポートＰ2 より入射したＣＷレーザ光はすべ
てポートＰ3bへ出力され、ポートＰ3aへの出力は、ブラ
イトソリトン光信号の強度を反転したＣＷレーザ光の一
部が窪んだ光信号（ダークパルス）が出力される。即
ち、ポートＰ3aからの光信号は、ブライトソリトン光信
号とＣＷレーザ光の論理的エクスクルシブオアをとった
出力となり、ポートＰ3bへの光出力は、両者の論理的ア
ンドを取ったものとなる。ダークパルス光信号を２０Ｇ
ｂ／ｓで変調される光位相変調器４で変調しダークパル
ス光信号の窪みの中央で位相をπシフトさせることによ
り、ダークソリトン伝送用の送信光信号が得られる。
【００１１】図６に、ダークソリトン生成の様子を示
す。図６（ａ）は時分割多重ブライトソリトン光信号発
生装置１からの光出力、（ｂ）はエクスクルシブオア光
ゲート３へ入射するＣＷレーザ光、（ｃ）はエクスクル
シブオア光ゲート３のポートＰ3 からの光信号、（ｄ）
は光位相変調器４を通過後のダークソリトン光信号であ
る。また、ダークソリトンの中央での光強度は必ずしも
ゼロである必要はないため、光増幅器１１４の出力をわ
ずかに下げて、ゼロに到達しない光信号を発生させても
よい。この場合には光位相変調器４による位相シフト量
はπ以下に設定すれば良い。また、上記非線形光ループ
ミラー（図２）中の偏波コントローラ１１９を制御し、
３ｄＢカップラ１２０の２つの出力の偏光状態を互いに
直交させることにより、エクスクルシブオア光ゲート３
のポートＰ3a及びポートＰ3bへの出力をともに前記の場
合とは反転させることができるため、ポートＰ3bから、
ブライトソリトン光信号の強度を反転させたダークソリ
トン光信号を取り出すこともできる。本実施例では、エ
クスクルシブオア光ゲート３として、非線形光ループミ
ラー（サニャック干渉計）中の光ファイバには分散シフ
ト光ファイバを用いたが、同一長の２本の偏波面保存フ
ァイバを主軸を直交させて接続した光ファイバを用い
て、ブライトソリトン光信号を該偏波面保存ファイバの
主軸に対して４５度となるように入射することにより、
ＣＷレーザ光の偏光状態に依存せずに、同様のブライト
ソリトンの強度を反転させた光信号を取り出すことがで
きる。
【００１２】エクスクルシブオア光ゲート３としては、
半導体光増幅器の利得飽和時に一方の波長の光入射強度
に応じて、他方の波長の利得が変調される相互利得飽和
現象を利用することにより、図３に示すように、光カッ
プラ１１７ａを介して半導体光増幅器１２９にＣＷレー
ザ光とブライトソリトン光信号（ポンプ光として働く）
を入射して、ＣＷレーザ光波長成分のみを光バンドパス
フィルタ１２３ａで通過させることにより、上記と同様
なダーク光信号を生成することもできる。
【００１３】更に、図４に示すように、同一長の非線形
光ファイバ１３０，１３１でマッハゼンダ干渉計を構成
し、偏波コントローラ１１９ａを介してＣＷレーザ光を
入力し、ブライトソリトン光信号（ポンプ光として働
く）を光増幅器１１４ａと偏波コントローラ１１５ａと
光カップラ１１７ｂを介して入射すれば、上記と同様な
ダーク光信号を生成することもできる。
【００１４】光ファイバでは光カー効果によりポンプ光
の強度に応じて、信号光の偏波面が回転するため、これ
を利用すると、エクスクルシブオア光ゲートとして、図
５に示す光カーシャッタも利用することができる。光増
幅器１１４ｂ，偏波コントローラ１１５ｂ及び光カップ
ラ１１７ｃを介して加えられるポンプ光となるブライト
ソリトン光信号の偏波面を同一長の２本の偏波面保存フ
ァイバ１２５，１２６を主軸を直交させて接続した光フ
ァイバの主軸に一致させておき、ＣＷレーザ光を偏波コ
ントローラ１１９ｂを介して主軸から４５度の角度で入
射すると、ＣＷレーザ光の偏波面がブライトソリトン光
信号の強度に応じて回転するため、光ファイバ出射端で
光バンドパスフィルタ１２３ｃで変調を受けたＣＷレー
ザ光のみを取り出し、通過偏光面を入力ＣＷレーザ光の
偏光面に一致させた偏光子１２７に入力することによ
り、出力として、ブライトソリトン光信号のオンオフを
反転したダーク光信号が得られる。本実施例によれば、
光多重化されたブライトソリトン光信号をダークソリト
ン光信号に変換して伝送した後、受信側で多重化以前の
光信号に分離して受信することができる。この場合に、
光パルスの配列密度を低減した状態で処理し得るため、
伝送された光信号に含まれるタイミングジッタが符号誤
り率に与える影響を容易に抑制することができるという
効果がある。
【００１５】図７に本発明を実施する場合の光受信装置
の具体例を示す。本受信装置は、エクスクルシブオア光
ゲート２００、ＣＷレーザ２０１、光カップラ２０２、
受光素子２０３、狭帯域バンドパスフィルタ２０４、分
周器２０５、光デマルチプレクサ２０６、光レシーバ２
０７，２０８，２０９，２１０で構成される。エクスク
ルシブオア光ゲート２００に、時分割４多重された２０
Ｇｂ／ｓのダークソリトン光信号とＣＷレーザ２０１の
出力を入射し、ＣＷレーザ光をダークソリトン光信号の
オンオフを反転した時分割多重ブライトソリトン光信号
に変換する。時分割多重光信号は、光カップラ２０２に
より２分岐する。分岐光信号の一部を受光素子２０３で
電気信号に変換し、狭帯域フィルタ２０４により、２０
Ｇｂ／ｓのクロック周波数成分を抽出し、分周器２０５
により、５Ｇｂ／ｓの多重前のクロック周波数に変換す
る。分岐信号光の他方と５Ｇｂ／ｓのクロック信号を光
デマルチプレクサに入射し、４系統の５Ｇｂ／ｓブライ
トソリトン光信号に分離し、それぞれを光レシーバ２０
７，２０８，２０９，２１０に入射し、データの再生を
行なう。光デマルチプレクサ２０６は、４台の電気吸収
型光変調器を用いて多重前の光信号に同期した２５ｐｓ
幅の光ゲートを形成することによって実現できる。ま
た、図２に示す非線形光ループミラーの光アンド動作を
利用して光デマルチプレクシングを行なってもよい。
【００１６】図８に本発明を実施する場合の光受信装置
の他の具体例を示す。図７に示した実施例２は、ダーク
ソリトンをブライトソリトンに変換した後、光デマルチ
プレクサ２０６により分離を行なうのに対して、本実施
例では、ダークソリトン光信号のブライトソリトン光信
号への変換と光デマルチプレクシングを同時に行なうも
のである。時分割多重ダークソリトン光信号は、光増幅
器１０２ａをへて光カップラ２０２により２分岐する。
分岐光信号の一部を受光素子２０３で電気信号に変換
し、狭帯域フィルタ２０４により、２０Ｇｂ／ｓのクロ
ック周波数成分を抽出し、分周器２０５により、５Ｇｂ
／ｓの多重前のクロック周波数に変換し、狭帯域増幅器
２１１により増幅する。分岐信号光の他方は４分岐後４
台の電気吸収型光変調器２１６，２１７，２１８，２１
９に入射する。各光変調器は、マイクロ波遅延回路２１
２，２１３，２１４，２１５でそれぞれ多重前の光信号
に同期するように遅延時間を調整されている前記５Ｇｂ
／ｓのクロック周波数をもつ正弦波状の電圧で駆動され
ており、周期１００ｐｓでブライトソリトン光信号のパ
ルス幅と同程度の幅の光ゲートを形成している。多重光
信号は光変調器を通過することにより、ダークパルスが
ない一定強度の光のところでは光ゲート波形がそのまま
出力されるためブライトパルスが形成され、ダークパル
スがあるところでは、ゲート波形がダークパルスのオン
オフを反転した形状であれば、出力はゼロとなる。ま
た、他の３系統の光信号列は光変調器がオフ状態である
ため、信号は出力されない。したがって、各光変調器の
出力は、多重ダークパルスのオンオフを反転し、かつ多
重前のブライトソリトンパルス信号として分離されたも
のとなる。４系統の５Ｇｂ／ｓブライトソリトン光信号
は光増幅器２２０，２２１，２２２，２２３で増幅し、
それぞれ光レシーバ２０７，２０８，２０９，２１０に
入射し、データの再生を行なう。
【００１７】図９に本発明を実施する場合の光受信装置
のさらに他の具体例を示す。実施例３との違いは、過飽
和吸収素子２２４，２２５，２２６，２２７が光変調器
２１６，２１７，２１８，２１９の後に接続されている
点にある。実施例３では、ダークパルスがあるところで
は、ゲート波形をダークパルスのオンオフを反転した形
状に設定して出力をゼロとしているが、ダークパルスに
タイミングジッタがある場合やゲート波形がダークパル
ス波形の形状からずれた場合には、残留誤差成分が出力
される。本実施例では、光強度に応じて吸収係数が変化
する（光強度がおおきくなると吸収係数が減少する）過
飽和吸収素子２２４，２２５，２２６，２２７によりこ
の残留誤差成分を除去し、タイミングジッタによる誤差
を除去するとともに光信号の消光比を向上させることが
できる。
【００１８】図１０にダークソリトン光受信装置（実施
例４）の動作説明図を示す。図１０（ａ）は時分割多重
ダークソリトン光信号、（ｂ）は分周同期クロックで変
調された電気吸収型光変調器が形成する光ゲート波形、
（ｃ）は光ゲート出力波形、（ｄ）は過飽和吸収素子通
過後のブライトソリトン光信号である。
【００１９】図１１に本発明による光通信システムの実
施例を示す。５はｎ多重ダークソリトン光送信装置、６
はｎ多重ダークソリトン光受信装置、７は光ファイバと
光ファイバの損失を補償する光増幅器で構成される光伝
送路である。本実施例では、多重前の伝送速度は５Ｇｂ
／ｓ、多重度はｎ＝４としている。４多重ダークソリト
ン光送信装置５は、４多重ダークソリトン光受信装置６
は既に記載した本発明による光送信装置（実施例１）及
び光受信装置（実施例４）で実現する。光伝送路７中の
伝送用光ファイバ８の全長は約９０００ｋｍ、平均波長
分散は、正常分散値で−０．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍに設
定してある。約３０ｋｍ毎に光ファイバの損失を補償す
るためのエルビウムドープファイバを用いた光増幅中継
器９が３００台設置されている。送信ダークパルスのパ
ルス幅は１０ｐｓとし、各スパンの区間平均光パワーが
ソリトン条件を満足させるため、各光増幅中継器の平均
光出力パワーを３ｄＢｍに設定してある。９０００ｋｍ
伝送後のダークソリトンのタイミングジッタの平均値は
４．８ｐｓとなり、そのままではエラーフリー受信する
ことができない。しかし、本実施例では、タイミングジ
ッタの影響をほとんど受けない受信装置を使用している
ため誤り率１０-9以下で受信が達成できる。
【００２０】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
ダークソリトン光送受信装置とそれを用いたタイミング
ジッタ制限がほとんどない光通信システムを実現するこ
とができる。また、光ファイバと光増幅器を組み合わせ
た単純な構成の光伝送路を使用することができるため、
信頼性がある超高速・長距離光通信が可能となり、本方
式は、実用的なソリトン伝送システムの実現のため著し
い効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１によるダークソリトン光送信
装置を説明する図である。
【図２】本発明に用いる非線形光ループミラー（サニャ
ック干渉計）を用いたエクスクルシブオア光ゲートを示
す図である。
【図３】本発明に用いる半導体光増幅器を用いたエクス
クルシブオア光ゲートを示す図である。
【図４】本発明に用いる非線形マッハゼンダー干渉計用
いたエクスクルシブオア光ゲートを示す図である。
【図５】本発明に用いる光カーシャッタを用いたエクス
クルシブオア光ゲートを示す図である。
【図６】ダークソリトン送信光パルス信号生成の説明図
である。
【図７】本発明に用いる実施例２によるダークソリトン
光受信装置１を説明する図である。
【図８】本発明に用いるダークソリトン光受信装置２を
説明する図である。
【図９】本発明に用いるダークソリトン光受信装置３を
説明する図である。
【図１０】本発明に用いるダークソリトン光受信装置３
の動作を説明する図である。
【図１１】本発明による光通信システムを説明する図で
ある。
【図１２】従来のブライトソリトンとダークソリトンパ
ルスの波形の典型的な例を示す波形図である。
【符号の説明】
１ 時分割多重ブライトソリトン光信号発生装置 ２，２０１ ＣＷレーザ ３，２００ エクスクルシブオア光ゲート ４ 光位相変調器 ５ ｎ多重ダークソリトン光送信装置 ６ ｎ多重ダークソリトン光受信装置 ７ 光伝送路 ８ 伝送用光ファイバ ９ 光増幅中継器 １０１ ソリトンパルス光源 １０２，１０２ａ，１１３，１１４，１１４ａ，１１４
ｂ，２２０，２２１，２２２，２２３ 光増幅器 １０３，１１２，１１７，１１７ａ，１１７ｂ，１２
０，１２１，２０２ 光カップラ １０４，１０５，１０６，１０７ 光遅延線 １０８，１０９，１１０，１１１ 光強度変調器 １１５，１１５ａ，１１５ｂ，１１９，１１９ａ，１１
９ｂ 偏波コントローラ １１６，１２２，１２４ 光アイソレータ １１８，１３０，１３１ 非線形光ファイバ １２３，１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ 光バンドパス
フィルタ １２５，１２６ 偏波面保存非線形光ファイバ １２７ 偏光子 １２８ 偏波コントローラ １２９ 半導体光増幅器 ２０３ 受光素子 ２０４ 狭帯域フィルタ ２０５ 分周器 ２０６ 光デマルチプレクサ ２０７，２０８，２０９，２１０ 光レシーバ ２１１ 狭帯域増幅器 ２１２，２１３，２１４，２１５ マイクロ波遅延回路 ２１６，２１７，２１８，２１９ 電気吸収型光変調器 ２２４，２２５，２２６，２２７ 過飽和吸収素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/26 10/28 (72)発明者 山本 周 東京都新宿区西新宿二丁目３番２号 国 際電信電話株式会社内 (72)発明者 秋葉 重幸 東京都新宿区西新宿二丁目３番２号 国 際電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−113736（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−185430（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−90146（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−96718（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−241220（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−17633（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−284117（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−116151（ＪＰ，Ｕ) 電子通信学会 編、「新版レーザ入 門」、初版、社団法人電子通信学会、昭 和54年３月25日、ｐ．87−88 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28 H04J 14/00 - 14/08

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光信号を送信する光送信装置と、該光信
    号を受信する光受信装置と、該送信装置と該受信装置と
    を結ぶ伝送用光ファイバと、該伝送用光ファイバ上に該
    光ファイバの損失を補償する複数台の光増幅中継器とを
    有する光通信システムにおいて、 該光送信装置が、リターンツウゼロ光パルスにディジタ
    ル情報を加えた光信号のオン・オフを反転した光信号を
    生成し、該光信号の光強度が最小となる時間の前後で該
    光信号の位相にダークソリトン条件となるπ以下の位相
    差を与えた送信光信号を生成するように構成され、 該伝送用光ファイバが、該送信光信号の波長において、
    該伝送用光ファイバの全長の波長分散値の平均値が負の
    値となる正常分散値をとり、該伝送用光ファイバの波長
    分散値の平均値及び該光増幅中継器の光出力強度が該送
    信光信号に加えられる非線形光学効果と波長分散効果と
    が補償されるよう設定されており、 該光受信装置が、該伝送用光ファイバを伝送された光信
    号のオンオフを反転して受信する光受信器で構成されて
    いることを特徴とする光通信システム。
  2. 【請求項２】 光信号を送信する光送信装置と、該光信
    号を受信する光受信装置と、該送信装置と該受信装置と
    を結ぶ伝送用光ファイバと、該伝送用光ファイバ上に該
    光ファイバの損失を補償する複数台の光増幅中継器とを
    有する光通信システムにおいて、 該光送信装置が、リターンツウゼロ光パルスにディジタ
    ル情報を加えた複数の光信号を光マルチプレクサにより
    時分割ｎ多重化（ｎ≧１）した光信号のオン・オフを反
    転した光信号を生成し、該光信号の光強度が最小となる
    時間の前後で光の位相にダークソリトン条件となるπ以
    下の位相差を与えた送信光信号を生成するよう構成さ
    れ、 該伝送用光ファイバが、該送信光信号の波長において、
    該伝送用光ファイバの全長の波長分散値の平均値が負の
    値となる正常分散値をとり、該伝送用光ファイバの波長
    分散値の平均値及び該光増幅中継器の光出力強度が、該
    送信光信号に加えられる非線形光学効果と波長分散効果
    とが補償されるように設定されており、 該光受信装置が、該伝送用光ファイバを伝送された光信
    号のオンオフを反転し、多重前のそれぞれの光信号に分
    周する分周手段と、分周されたｎ系列のリターンツウゼ
    ロ光信号を受信するｎ台の光受信器とで構成されている
    ことを特徴とする光通信システム。
  3. 【請求項３】 リターンツウゼロ光パルスにディジタル
    情報を加えた光信号を出力する光信号手段と、 一定振幅の光を出力する一定振幅光発生手段と、 該光信号手段と該一定振幅光発生手段の出力を受けて、
    該一定振幅の光を該光信号のオンオフを反転した反転光
    信号に変換する、２系統の光入力の論理的エクスクルシ
    ブオアの出力機能を有する光ゲート手段と、 該光ゲート手段の出力を受けて、該反転光信号の光強度
    が最小となる時間の前後で該反転光信号の光の位相にダ
    ークソリトン条件となるπ以下の位相差を与える位相変
    調手段とを備えたことを特徴とする光送信装置。
  4. 【請求項４】 前記光信号手段において、前記リターン
    ツウゼロ光パルスにディジタル情報を加えた光信号が、
    複数の光信号を光時分割多重化することにより構成され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲項第３項記載の
    光送信装置。
  5. 【請求項５】 前記光ゲート手段が、非線形光ファイバ
    ループミラーであることを特徴とする特許請求の範囲項
    第３項又は第４項記載の光送信装置。
  6. 【請求項６】 前記光ゲート手段が、非線形光ファイバ
    カーシャッタであることを特徴とする特許請求の範囲項
    第３項又は第４項記載の光送信装置。
  7. 【請求項７】 前記光ゲート手段が、非線形光マッハゼ
    ンダー干渉計であることを特徴とする特許請求の範囲項
    第３項又は第４項記載の光送信装置。
  8. 【請求項８】 前記光ゲート手段が、半導体光増幅器で
    あることを特徴とする特許請求の範囲項第３項又は第４
    項記載の光送信装置。
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