JPH02264227A - 波長多重光ソリトン伝送方式および伝送装置 - 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］ 本発明は小型にして高い利得を有する波長多重ソリトン
伝送方式および装置に関し、特にエルビウム（Ｅｒ）フ
ァイバ光増幅器を用いた波長多重ソリトン伝送方式およ
びそのための装置に関するものである。

［従来の技術］ 光ソリトン伝送方式の伝送容量を増大する方法として、
■ビットレートを増加させる方法、■波長多重伝送を行
う方法がある。■の方法は、光ソリトンのパルス幅を狭
くしてパルス列の繰返し周期を短くする方法である。と
ころが、光フアイバ内でソワトンが伝搬するために必要
なパルス強度が、パルス幅の２乗に反比例するため、パ
ルス幅を１／ｌＯにした光ソリトンを伝送するためには
１００倍の強度をもつパルス列を送らなければならない
。例えば、波長１．５５μｍ、パルス幅１ｐｓの光パル
スが群速度分散−５ｐｓ／ｋｍ／＋ｍｍ、実効断面積４
Ｘ１ｇ−１１ｍ２の光フアイバ中を伝搬し光ソリトンと
なるためには、６．１Ｗのビークパワーが必要である。

この値は通常の半導体レーザでは仮にこの程度の高速変
調が可能であったとしても実現が非常に困難な値である
。ピークパワー数Ｗのパルスはカラーセンターレーザな
どにより実現できるが、構成および取扱いが複雑で小型
化が非常に困難なため、実際のソリトン光通信システム
の実現には不適当であった。

■の方法は一波長当りの情報伝送速度はそのままで、波
長多重化により情報伝送容量の拡大を図る方法である。

第４図は、従来の波長多重ソリトン伝送方式を説明する
ブロック図である。２１〜２７はそれぞれ波長１５３０
，１５３５，１５４０，１５４５，１５５０．１５５５
および１５６０μｍの光ソリトン発生用パルス光源、３
１〜３７はそれぞれの波長に対蔗する光通信用光変調器
、４１〜４７はそれぞれの波長の信号光を合波するため
の光結合器、１２は光ソリトン伝送用単一モード光ファ
イバ、５１〜５７は各々の信号光の波長のみを透過する
フィルタ、６１〜６７は光検出器である。各波長の光ソ
リトンパルスは、パルス光源２１〜２７からの光を光変
調器３１〜３７て変調し、合波器４１〜４７で合波し、
ソリトン伝送用光ファイバ】２に結合する。この際、ソ
リトン伝送用光フアイバ１２中で各波長のパルスの強度
が光ソリトンを発生するのに必要な強度になるように、
光パルス光源２１〜２７の出力を調節する必要がある。

光ソリトン伝送用光ファイバ１２の出力は波長選択フィ
ルタ５１〜５７で各波長成分に分離され、光検出器６１
〜６７で検出される。光ソリトン伝送用光ファイバエ２
の光損失のため、光ソリトンの波形がくずれる前に中継
器を挿入する必要がある。従来のような電気−光、光−
電気変換を含む中継器の構成では、中継器ごとに、各波
長毎の光源、変調器、光検出器。

波形整形用電気回路が必要であり、また各波成分を合成
２分離するために合分波器も必要となり、中継器の複雑
化を招くという欠点がある。従って、光増幅のみで波形
整形および中継が可能であるという光ソリトンの特徴が
生かされていなかった。

長距離にわたり光ソリトンを伝送するために、誘導ラマ
ン散乱を用いた光増幅方法がヘル研究所の長谷用により
提案されている（八、ｔｌａｓｅｇａｗａ八ｐｐ１．Ｏ
ｐｊへ、２３巻、３３０２ページ（１９８４））。これ
は第５図に示すように光ソリトン伝送用ファイバ１２中
で減衰した波長１．５５μｍ帯のソリトンパルスと、波
長１．４６μｍ帯の励起光源１４から出力される励起光
とを合波器１３で合波し、ラマン増幅用光フアイバ１５
内で誘導ラマン散乱効果によりソリトンパルスを増幅し
、光ソリトンの波形整形をすることによって長距離の光
ソリトン伝送を可能とする方法である。誘導ラマン散乱
を用いたソリトン増幅には、１０〜３０ｋｍの増幅用光
ファイバ１５が必要であり、さらに５ｄＢ程度の利得を
得るためには増幅用光ファイバ１５としてスポットサイ
ズの小さい、低損失ファイバを用いる必要があり、２０
０ｍＷ　以上の大励起人力が必要である。この励起人力
パワーを半導体レーザを用いた光源で実現することは困
難である。また、誘導ラマン散乱の利得帯域幅は、１．
４６μｍ励起の場合１．５５μｍを中心とした２０ｎｍ
程度の帯域であるため、第４図で示したような５ｎｍ間
隔の波長多重の場合には、４波長重が限界であり、波長
多重光ソリトン伝送のメリットを充分に生かすことは困
難であった。

［発明が解決しようとする課題］ このように従来の技術は、装置の構成および取扱いが複
雑で、小型化が困難であった。さらに波長多重化に際し
て、大きな励起入力を必要とするばかりでなく、多重度
が低いという欠点があった。

本発明の目的は光ソリトンの伝送方式において、従来高
い励起入力が必要とされていた誘導ラマン散乱によるソ
リトン増幅に比較して低い励起入力で波長多重された光
ソリトンパルス信号を同時に増幅し、波長多重された複
数ソリトンを安定に再生中継する光ソリトン伝送方式お
よびそのための装置を実現することにある。

［課題を解決するための手段コ 本発明方式は、エルビウムをドープした単一モード光フ
ァイバを波長１．４〜１．５μｍのレーザ光で励振し、
エルビウムドープ単一モード光ファイバに人力されたそ
れぞれ１．５３〜１．６０μｍの波長を有し、かつ互い
に波長の異なる複数の信号光を同時に増幅し、波長多重
光ソリトン列として伝送用°単一モード光ファイバに入
力して伝送用単一モード光ファイバ内を伝播せしめ、か
つ再生中継を行うことを特徴とする。

ここで、発振波長がそれぞれ１．５３〜１．６０μｍの
範囲内にあり、かつ互いに異なる複数のＤＦＢ半導体レ
ーザの出力光を高速変調またはモード同期して、トラン
スフオームリミットな波長多重光パルスを信号光として
エルビウムドープ単一モード光ファイバー入力して光ソ
リトンのパワーレベルまで増幅しＳ再生中継する方式で
あってもよい。

本発明装置は、エルビウムをドープした単一モード光フ
ァイバと、エルビウムドープ光ファイバを励振するため
の１．４〜１．５μｍの波長の光を出力する励起光源と
、それぞれ１．５３〜１．６０μｍの波長を有し、かつ
互いに波長の異なる複数の信号光をエルビウムドープ単
一モード光ファイバに人力する手段とを具えたことを特
徴とする。

［作　用］ 本発明においては波長１．４０〜１．５０μｍの半導体
レーザ光によりＥｒファイバ増幅器を励振し、波長１．
５３０〜１．５６０μｍの複数波長の光ソリトンを同時
に増幅再生し、波長多重光ソリトン伝送を実現する。従
来の誘導ラマン散乱による増幅方法は光フアイバ中の非
線形光学効果を用いているが、本発明は光ファイバのコ
ア部にＥｒをドープし、波長１．５３〜１．５６μｍの
帯域幅内で光ソリトンを増幅できるレーザ媒質をあらか
じめ形成しておく点が木質的に異なる。誘導ラマン散乱
を用いたソリトン増幅にはファイバ長が１０〜３０ｋｍ
程度必要であるが、Ｅｒファイバ光増幅器の場合には数
ｍの、長さで１０ｄＢ以上の利得が得られる点も大きな
差である。

また、誘導ラマン散乱による増幅の場合には増幅度を５
ｄＢ程度得ようとすると、光損失の小さい細径スポット
サイズのファイバを用いる必要があり、加えて２００ｍ
Ｗ’以上の大励起入力が必要となる。しかしＥ「ファイ
バ増幅器を用いるとＩＱＧｍＷ以下の低い励起人力で１
ＯｄＢ程度の高い利得が得られる。

誘導ラマン散乱では、波長１．４６μ■帯励起の場合１
．５５μｍを中心に２０ｎｍ程度の帯域であるが、本発
明ではＥｒファイバ増幅器を用いているので帯域が４０
ｎｍと広いため、波長多重光ソリトン通信が可能となる
。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

実７ｉ１（辻工 第１図は本発明の第１の実施例を説明する図である。第
１図において、１０はＥｒ光フアイバ増幅器励起用光源
、２１，２２，２３，２４，２５．２６および２７はそ
れぞれ波長１．５３０，１．５３５，１．５４Ｑ、１．
５４５．１．５５０．１．５５５および１．５６０μｍ
と各５ｎｍずつ中心波長をずらして光ソリトン用光パル
スを発生させる光源であり、３１，３２，３３，３４，
３５．３６および３７はそれぞれの波長に対応する光通
信用光変調器である。４１，４２゜４３．４４，４５．
４６および４７は各信号光を合波するための光結合器で
あり、１１はコアにＥｒをドープした光ソリトン増幅用
Ｅｒファイバ、１２は光ソリトン伝送用単一モードファ
イバ、１３は波長多重化した信号光とＥｒ光増幅器用励
起光を合波するための合波器、５１．５２，５３，５４
，５５．５６および５７は各々の信号波長のソリトンの
みを通過するフィルタ、６１，６２゜６３．６４，６５
．６６および６７はそれぞれ光検出器である。

本実施例の波長多重ソリトン伝送システムを動作するに
は、まずＥｒファイバ励起光源である波長１．４μｍ帯
ＩｎＧａＡｓＰ半導体レーザ１０をＯＮ状態にする。次
に、光ソリトンパルス発生用光源２１〜２７のそれぞれ
の波長に対して、光通信用光変調器３１〜３７で光ソリ
トンパルスの変調を行い、さらにこの７波の信号光を光
結合器３１〜３７を用いて合波し、波長多重伝送ソリト
ン信号をつくる。波長多重光ソリトン信号と、Ｅ「ファ
イバ励起光源１０の出力を光結合器１３を通してＥｒ光
フアイバ増幅器１１へ入力する。Ｅ「光フアイバ増幅器
は１００ｍＷ以下の励起光人力に対して１．５３〜１．
５６μｍの波長範囲で１ＯｄＢ程度の利得が容易に得ら
れるため、これを用いて変調された各波長の信号光パル
スが光ソリトン伝送用単一モードファイバ１２内を光ソ
リトンとして伝播する振幅になるよう増幅する。光ソリ
トン伝送用ファイバ１２を伝播した波長多重化ソリトン
を、受光部において、各々の信号光波長のみを通過する
フィルタ５１〜５７を用いて各波長成分に分離し、光検
出器６１〜６７を用いて電気信号に変換する。

Ｎｄ、Ｐｒなどを添加した各種の光ファイバが知られて
いる。その中で、石英系光ファイバにおいて最も他損失
の１．５３０〜１．６０μｍ帯の光を増幅するには、Ｅ
ｒドープ光ファイバが最も適している。ざらにＥｒを励
起させるには、波長１．４０〜１．５０μｍの光が最も
適している。上述したＩｎＧａＡｓＰの組成を変えるこ
とによって、この波長範囲の任意の波長の光を出力する
半導体レーザを得ることかできる。

上述したように、光ソリトンを波長多重化して伝送する
ことができると、伝送可能な情報量を飛躍的に増やすこ
とができる。−例として、パルス幅１ｐｓの５ｅｃｈ２
形ソリトンパルスを用いた通信を考える。このソリトン
パルスはその波形を保ったまま光ファイバを伝播する。

光ソリトンパルス間の相互作用を避けるためパルスの繰
返しを１０ｐｓに設定すると、−波長当り１００Ｇｂ／
ｓの伝送容量をもつ。一方、パルス幅１ｐｓのトランス
フオームリミットなパルスは波長１．５５μｍで２．５
ｎｍの波長半値幅を持つため、波長多重伝送の際の波長
間隔は５ｎｍ以上取る必要がある。ここでトランスフオ
ームリミットなパルスとは、光パルスに構造やチャーブ
がなく、パルス幅Δｔと周波数幅Δυの関係が正確なフ
ーリエ変換の関係で結ばれていることを言う。例えば、
５ｅｃｈ２型のパルスの場合ΔνΔｔ　＝　０．３２．
ガウス型のパルスの場合、ΔＶΔｔ＝０．４４となる。

本実施例で述べた７波長多重の場合、１本の光ファイバ
て７００Ｇｂ／ｓの伝送容量が得られる。従来用いられ
ていた銹導ラマン散乱を用いた光増幅では増幅器の波長
帯域幅か２０ｎｍ程度であるため同時に増幅可能な波長
の数は３〜４波程度となる。本発明によれは複数の波長
の励起光源を用いることなく、広帯域なソリトンの増幅
が可能となった。Ｅｒ添加光ファイバを例えば３０ｋｍ
毎に設置することによって、波長多重光ソリトンを長距
離にわたって伝送することかできる。

実施例２ 第２図は本発明の第２の実施例を説明するブロック図で
ある。第１の実施例と同じものは同一の参照番号を付し
て示した。７１，７２，７３，７４，７５．７６および
７７は各波長の信号光パルスとＥｒドープ光フアイバ増
幅器用励起光を合波するための光フアイバカップラ、８
１，８２，８３，８４，８５．８６および８７はそれぞ
れ波長１．５３０，１．５３５，１．５４０，１．５４
５，１．５５０，１．５５５および１．５６０　μｍ　
Ｌｆ）ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａ
ｃｋ）半導体レーザである。

これを動作するには、ＤＦＢレーザ８１〜８７を連続波
発振動作させ、この出力を光変調器３１〜３７で高速変
調する。光変調器としては例えばＬｉＮｂＯ３を用いた
マツハ・ツエンダ型導波路型変調器を用いる。これらの
変調信号および励起光を光フアイバカップラ７１〜７７
で合波し、Ｅｒ光フアイバ増幅器１１に結合し、信号光
パルスを光ソリトンの領域となる振幅まで増幅する。

合波器として光フアイバカップラを使うことにより、各
光フアイバカップラを構成する光ファイバの先端を融着
接続することによって波長多重を実現できる。これによ
り、半透過鏡とダイクロイックミラーを用いる場合に比
べ、レンズなどの結合用光部品の挿入損失を大幅に減ら
すことができる。その結果、Ｅ「光フアイバ増幅器１１
の増幅度をあまり高くする必要がなく、比較的低励起入
力で光ソリトン゛を単一モード光ファイバ１２中を伝播
させることができる。また、ＤＦＢレーザと外部変調器
を組合わせることにより、トランスフオームリミットな
パルスを得ることができるため、パルスを長距卯１伝播
させた時の波形劣下を抑えることか可能となる。従って
、光ソリトン伝送用光ファイバ１２の損失を補償するよ
うにＥｒ光フアイバ増幅器を用いることにより、長距離
にわたり波長多重光ソリトンの伝送が可能である。

実施例３ 第３図は本発明の第３の実施例を説明するブロック図で
ある。第１の実施例と同じものには同一の参照番号で示
した。９１〜９７はモード同期［ＩＦＢレーザであり、
発振波長はそれぞれ１．５３０，１．５３５゜１．５４
０，１．５４５，１．５５０，１．５５５および１．５
６０　ｉｔｍである。ＤＦＢレーザのモード同期は、例
えばレーザに外部共振器を取り付け、共振器内に置いた
光変調器を用いることにより実現できる。モード同期Ｄ
ＦＢレーザ９１〜９７からは、パルスの繰返し同期が共
振器長で決まるトランスフオームリミットなパルス列が
発生する。このパルス列を光変調器３１〜３７で変調し
、信号パルス列を作る。これらの変調信号光およびＥｒ
ファイバ励起用レーザ光を光フアイバカップラ８１〜８
７で合波し、Ｅｒ光フアイバ１１に結合し、信号光パル
スを光ソリトンの領域となる１辰幅まで増幅する。

モード同期を用いることによりトランスフオームリミッ
トなパルス列が容易に発生できるため、Ｅｒ光フアイバ
増幅器１１を１８例えば３０ｋｍ毎に設置し、光ソリト
ン伝送用光ファイバ１２の光損失を補償することにより
波長多重ソリトンを１１０００ｋ以上の長距離にわたり
伝送することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は波長１．４〜１．５μｍ
に発振波長を有する半導体レーザで励振を行うＥｒ光フ
アイバ増幅器を伝送路中に挿入することにより、波長多
重化したソリトンパルス列を一括して増幅し、長距離に
わたって伝送することができるという利点がある。また
、末完ファイバ増幅器は、比較的小出力の半導体レーザ
を励起に用い、増幅用光フアイバ内に反転分布をつくり
増幅を行うという原理にもとづき、さらに１．５３〜１
．５６μｍの波長範囲で利得をもつため、高利得で小型
、かつ広波長域の増幅器を実現できるという利点を有す
る。本発明により、数百Ｇｂ／ｓ以上の超高速光通信が
実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の伝送方式および装置の第１の実施例を
説明するブロック図、 第２図は本発明の第２の実施例を説明するブロック図、 第３図は本発明の第３の実施例を説明するブロック図、 第４図は従来の光ソリトン伝送方式を説明するブロック
図、 第５図は誘導ラマン散乱を用いた光増幅の方法を説明す
るブロック図である。 １０・・・Ｅｒ光フアイバ増幅器励起用光源、１１・・
・光ソリトン増幅用Ｅｒドープ光ファイバ、１２・・・
光ソリトン伝送用単一モード光ファイバ、１３・・・合
波器、 １４・・・ラマン増幅用励起光源、 １５・・・ラマン増幅用光ファイバ、 ２１〜２７・・・光ソリトン用パルス光源、３１〜３７
・・・光通信用光変調器、 ４１〜４７・・・光結合器、 ５１〜５７・・・波長分離用フィルタ、６１〜６７・・
・光検出器、 ７１〜７７・・・光フアイバカップラ、８１〜８７・・
・ＤＦＢ半導体レーザ、９１〜９７・・・モード同期Ｄ
ＦＢ　レーザ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）エルビウムをドープした単一モード光ファイバを波
   長１．４〜１．５μｍのレーザ光で励振し、該エルビウ
   ムドープ単一モード光ファイバに入力されたそれぞれ１
   ．５３〜１．６０μｍの波長を有し、かつ互いに波長の
   異なる複数の信号光を同時に増幅し、波長多重光ソリト
   ン列として伝送用単一モード光ファイバに入力して該伝
   送用単一モード光ファイバ内を伝播せしめ、かつ再生中
   継を行うことを特徴とする波長多重光ソリトン伝送方式
   。 ２）発振波長がそれぞれ１．５３〜１．６０μｍの範囲
   内にあり、かつ互いに異なる複数のＤＦＢ半導体レーザ
   の出力光を高速変調またはモード同期して、トランスフ
   ォームリミットな波長多重光パルスを前記信号光として
   前記エルビウムドープ単一モード光ファイバに入力して
   光ソリトンのパワーレベルまで増幅し、再生中継するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の波長多重光ソリトン伝
   送方式。 ３）エルビウムをドープした単一モード光ファイバと、 該エルビウムドープ光ファイバを励振するための１．４
   〜１．５μｍの波長の光を出力する励起光源と、 それぞれ１．５３〜１．６０μｍの波長を有し、かつ互
   いに波長の異なる複数の信号光を前記エルビウムドープ
   単一モード光ファイバに入力する手段とを具えたことを
   特徴とする波長多重光ソリトン伝送装置。