JPH06326387A - 光ソリトン発生装置 - Google Patents
光ソリトン発生装置Info
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- JPH06326387A JPH06326387A JP6089012A JP8901294A JPH06326387A JP H06326387 A JPH06326387 A JP H06326387A JP 6089012 A JP6089012 A JP 6089012A JP 8901294 A JP8901294 A JP 8901294A JP H06326387 A JPH06326387 A JP H06326387A
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
- H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
- H04B10/25077—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion using soliton propagation
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/26—Pulse shaping; Apparatus or methods therefor
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本件発明は、光パルス発生装置、より詳細に
は、情報を帯びる光パルス列のソリトン伝播モードと共
に使用されるべき光パルス発生装置を提供することを目
的とする。 【構成】本件発明の光パルス発生装置は、持続光波ソー
スの光周波数出力を振幅及び位相変調する変調器を持つ
ソリトンパルス列を生成する。この変調器は第1及び第
2のCW電圧源からの第1及び第2の調波的に関連した
持続正弦波によって駆動され、この発生装置は発生装置
の出力の所にソリトンパルス列を生成するためのパルス
圧縮手段を含む。
は、情報を帯びる光パルス列のソリトン伝播モードと共
に使用されるべき光パルス発生装置を提供することを目
的とする。 【構成】本件発明の光パルス発生装置は、持続光波ソー
スの光周波数出力を振幅及び位相変調する変調器を持つ
ソリトンパルス列を生成する。この変調器は第1及び第
2のCW電圧源からの第1及び第2の調波的に関連した
持続正弦波によって駆動され、この発生装置は発生装置
の出力の所にソリトンパルス列を生成するためのパルス
圧縮手段を含む。
Description
【0001】
【発明の分野】本発明は光パルス発生装置、より詳細に
は、情報を帯びる光パルス列のソリトン伝播モードと共
に使用されるべき光パルス発生装置に関する。
は、情報を帯びる光パルス列のソリトン伝播モードと共
に使用されるべき光パルス発生装置に関する。
【0002】
【発明の背景】非常に長距離、例えば、大洋横断距離を
通じての光パルスの伝播においては、この伝送と関連す
る多数のパラメータがそれを通じて光パルスが伝送され
る光ファイバケーブルの能力、従って、伝送される情報
の量を制限する。これらパラメータの中の最も明らかな
ものはファイバ損失であるが、これはそれを通じてパス
するパルスを劣化及び減少させる。一般的に、この損失
は周期的なパルスの再生及び増幅によって補償される。
こうして、極端に長いケーブル伝送システムにおいて
は、ある間隔ごとに置かれた再生器がパルスを周期的に
生存状態に回復するために使用される。より最近には、
伝送光ファイバ内に組み込まれたエルビウムドープファ
イバ増幅(erbium doped fiber amplification)を使用
することによって、非常に長距離、例えば、大洋横断距
離を通じて信号の再生を必要とすることなくマルチギガ
ビット/秒の信号パルスを伝送することが可能になって
いる。こうして、ケーブル或はファイバ損失は、パルス
信号の伝送における制限要因から実質的に排除され、フ
ァイバ分散、ファイバ非線型性及び増幅器ノイズのパラ
メータのみが制限要因として残される。Korotky (コロ
トキ)の合衆国特許第5,157,744号において説
明されているように、光ファイバは厳密には線型性では
なく、それらの伝送特性内に少しの非線型性を持ち、こ
れが前述のパルス劣化要因から効果的に免れる光ファイ
バ内のパルス伝送モードを可能にする。後により詳細に
説明されるように、“ソリトン伝送(soliton propagat
ion )”として知られるこのモードは、パルスが要求さ
れるパワーレベル及び従って伝播速度並びに時間領域及
び周波数領域の両方においてある与えられたパワーレベ
ルにおいて分散を補償するため及びパルス間の干渉及び
漏話を低減するために最適であるパルス形状を持つとい
う前提の下で上に述べた要因を効果的に相殺させる。ソ
リトン伝送に対して要求されるパワーを保持するエルビ
ウムドープ増幅と結合することによって、長距離を通じ
て前述の要因並びに漏話の結果としてのパルス劣化及び
損失を最小限にて押えて伝送を行なうことが可能にな
る。ソリトン伝播においては、異なる波長チャネル間の
相互作用が非常に小さく、従って、ファイバ能力をさら
に増加させるためにソリトン伝播の追加の重要な長所、
つまり、波長分割多重(wavelength division multiple
xing、WDM)を使用することができる。
通じての光パルスの伝播においては、この伝送と関連す
る多数のパラメータがそれを通じて光パルスが伝送され
る光ファイバケーブルの能力、従って、伝送される情報
の量を制限する。これらパラメータの中の最も明らかな
ものはファイバ損失であるが、これはそれを通じてパス
するパルスを劣化及び減少させる。一般的に、この損失
は周期的なパルスの再生及び増幅によって補償される。
こうして、極端に長いケーブル伝送システムにおいて
は、ある間隔ごとに置かれた再生器がパルスを周期的に
生存状態に回復するために使用される。より最近には、
伝送光ファイバ内に組み込まれたエルビウムドープファ
イバ増幅(erbium doped fiber amplification)を使用
することによって、非常に長距離、例えば、大洋横断距
離を通じて信号の再生を必要とすることなくマルチギガ
ビット/秒の信号パルスを伝送することが可能になって
いる。こうして、ケーブル或はファイバ損失は、パルス
信号の伝送における制限要因から実質的に排除され、フ
ァイバ分散、ファイバ非線型性及び増幅器ノイズのパラ
メータのみが制限要因として残される。Korotky (コロ
トキ)の合衆国特許第5,157,744号において説
明されているように、光ファイバは厳密には線型性では
なく、それらの伝送特性内に少しの非線型性を持ち、こ
れが前述のパルス劣化要因から効果的に免れる光ファイ
バ内のパルス伝送モードを可能にする。後により詳細に
説明されるように、“ソリトン伝送(soliton propagat
ion )”として知られるこのモードは、パルスが要求さ
れるパワーレベル及び従って伝播速度並びに時間領域及
び周波数領域の両方においてある与えられたパワーレベ
ルにおいて分散を補償するため及びパルス間の干渉及び
漏話を低減するために最適であるパルス形状を持つとい
う前提の下で上に述べた要因を効果的に相殺させる。ソ
リトン伝送に対して要求されるパワーを保持するエルビ
ウムドープ増幅と結合することによって、長距離を通じ
て前述の要因並びに漏話の結果としてのパルス劣化及び
損失を最小限にて押えて伝送を行なうことが可能にな
る。ソリトン伝播においては、異なる波長チャネル間の
相互作用が非常に小さく、従って、ファイバ能力をさら
に増加させるためにソリトン伝播の追加の重要な長所、
つまり、波長分割多重(wavelength division multiple
xing、WDM)を使用することができる。
【0003】ソリトン伝送において使用するパルスを発
生するための従来の技術による構成は、殆どの場合、あ
る形式のモード固定レーザから成る。このようなパルス
発生装置はレーザ空胴のラウンドトリップの時間に結び
付けられたビット速度を持つパルスを生成する。ある与
えられた周波数に対して空洞共振器のサイズを非常に精
密にすることが要求されること、及び反復速度及びパル
ス幅の同調能力(tunability)が簡単に実現できないこ
となどが理解できる。このため、このようなモード固定
レーザパルス発生装置は、それ自体が伝送システムにお
ける制限要因となる。
生するための従来の技術による構成は、殆どの場合、あ
る形式のモード固定レーザから成る。このようなパルス
発生装置はレーザ空胴のラウンドトリップの時間に結び
付けられたビット速度を持つパルスを生成する。ある与
えられた周波数に対して空洞共振器のサイズを非常に精
密にすることが要求されること、及び反復速度及びパル
ス幅の同調能力(tunability)が簡単に実現できないこ
となどが理解できる。このため、このようなモード固定
レーザパルス発生装置は、それ自体が伝送システムにお
ける制限要因となる。
【0004】ここに説明される従来の技術によるパルス
発生装置は持続波(CW)非変調出力を持つ半導体注入
レーザを含む。この出力は次にあるスイッチング特性を
持つ光変調器に供給されるが、この変調器にパルス波形
変調電圧(pulse waveform modulating voltage )が加
えられる。このシステムに対しては一般的にはマッハツ
ェンダ干渉計(Mach-Zehnder interferometric)タイプ
の変調器が好ましいとされる。但し、高反復速度の電気
パルス波形は発生及び伝播することが困難であるという
問題を持つ。
発生装置は持続波(CW)非変調出力を持つ半導体注入
レーザを含む。この出力は次にあるスイッチング特性を
持つ光変調器に供給されるが、この変調器にパルス波形
変調電圧(pulse waveform modulating voltage )が加
えられる。このシステムに対しては一般的にはマッハツ
ェンダ干渉計(Mach-Zehnder interferometric)タイプ
の変調器が好ましいとされる。但し、高反復速度の電気
パルス波形は発生及び伝播することが困難であるという
問題を持つ。
【0005】本件発明は、従って、改良されたソリトン
パルス発生装置内での複雑な波形の使用を低減或は排除
することに関する。
パルス発生装置内での複雑な波形の使用を低減或は排除
することに関する。
【0006】
【本件発明の概要】本発明は、広いレンジの周波数を通
じて制御可能なパルス出力を持つソリトンモード伝送の
ために適当なパルスを生成するためのパルス発生装置に
関する。一つの好ましい実施例においては、このパルス
発生装置はCWレーザを含み、この出力はCW正弦ソー
ス(sinusoidal source )によって駆動される振幅変調
器に加えられる。この変調器は後により詳細に説明され
るようにcos2の伝達関数(transfer function )を持
ち、この出力は、3(即ちT/τ=3)のパルス周期T
=1/f対半最大におけるパルス全幅(FWHM)の比、及
び約100%の変調深さ(modulation depth)を持つ変
換制限リターン・ツウ・ゼロ(RZ)パルス列(transf
orm-limited return-to-zero pulse train)である。こ
こで、fはパルス反復周波数である。振幅変調器の出力
は位相変調器に加えられるが、この位相変調器も入力パ
ルスを周波数チャープ(chirp )し、パルス列の光スペ
クトル幅を広げるためにCW正弦電圧のソースから駆動
される。
じて制御可能なパルス出力を持つソリトンモード伝送の
ために適当なパルスを生成するためのパルス発生装置に
関する。一つの好ましい実施例においては、このパルス
発生装置はCWレーザを含み、この出力はCW正弦ソー
ス(sinusoidal source )によって駆動される振幅変調
器に加えられる。この変調器は後により詳細に説明され
るようにcos2の伝達関数(transfer function )を持
ち、この出力は、3(即ちT/τ=3)のパルス周期T
=1/f対半最大におけるパルス全幅(FWHM)の比、及
び約100%の変調深さ(modulation depth)を持つ変
換制限リターン・ツウ・ゼロ(RZ)パルス列(transf
orm-limited return-to-zero pulse train)である。こ
こで、fはパルス反復周波数である。振幅変調器の出力
は位相変調器に加えられるが、この位相変調器も入力パ
ルスを周波数チャープ(chirp )し、パルス列の光スペ
クトル幅を広げるためにCW正弦電圧のソースから駆動
される。
【0007】位相変調器の出力には動作波長において群
速度分散特性を持つ圧縮ファイバが接続されるが、これ
は、位相変調器ととにも後に詳細に説明されるようにパ
ルスを狭い幅に圧縮する。この圧縮の結果として、T/
τは5よりも大きくなる(T/τ>5)。こうして、本
発明のパルス発生装置の出力は、時間領域及び周波数領
域の両方において形状において二乗された双曲線セカン
ト(squared hyperbolic secant 、sech2 )に接近する
或はこれに等しいソリトン伝送に対して理想的な形状で
ある波形を持つパルス列である。
速度分散特性を持つ圧縮ファイバが接続されるが、これ
は、位相変調器ととにも後に詳細に説明されるようにパ
ルスを狭い幅に圧縮する。この圧縮の結果として、T/
τは5よりも大きくなる(T/τ>5)。こうして、本
発明のパルス発生装置の出力は、時間領域及び周波数領
域の両方において形状において二乗された双曲線セカン
ト(squared hyperbolic secant 、sech2 )に接近する
或はこれに等しいソリトン伝送に対して理想的な形状で
ある波形を持つパルス列である。
【0008】本件発明の多数の特徴及び長所が付属の図
面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによって
容易に理解できるものである。
面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことによって
容易に理解できるものである。
【0009】
【詳細な記述】ソリトン伝送は、光ファイバ屈折率の非
線型性がファイバの分散広がり特性(dispersive broad
ening characteristics )がきっちりと相殺されるよう
な形状(時間及び周波数においてsech2 の強度エンベロ
ップ)及びピークパワーのパルスを要求する。この条件
が得られると、ソリトンパルスは、時間或は周波数領域
のいずれにおいても分散に誘発される歪を伴うことなし
に非常に長距離を伝わることができる。
線型性がファイバの分散広がり特性(dispersive broad
ening characteristics )がきっちりと相殺されるよう
な形状(時間及び周波数においてsech2 の強度エンベロ
ップ)及びピークパワーのパルスを要求する。この条件
が得られると、ソリトンパルスは、時間或は周波数領域
のいずれにおいても分散に誘発される歪を伴うことなし
に非常に長距離を伝わることができる。
【0010】光ファイバを通じて伝播する変換制限(tr
ansform-limited )光パルスは、ファイバの線型屈折率
n0 の周波数依存性に起因する群速度分散の結果として
パルスの広がりを起こす。これに加えて、ファイバ屈折
率の非線型成分n2 が存在し、このために、全体として
の屈折率nは以下によって与えられる。
ansform-limited )光パルスは、ファイバの線型屈折率
n0 の周波数依存性に起因する群速度分散の結果として
パルスの広がりを起こす。これに加えて、ファイバ屈折
率の非線型成分n2 が存在し、このために、全体として
の屈折率nは以下によって与えられる。
【0011】
【数1】 ここで、Iは光の強度である。有効モードフィールドエ
リア(effective mode field area )Aeff を持つ単一
モード光ファイバ内のソリトンパルスのピークパワーP
1 は以下によって与えられる。
リア(effective mode field area )Aeff を持つ単一
モード光ファイバ内のソリトンパルスのピークパワーP
1 は以下によって与えられる。
【0012】
【数2】 ここで
【0013】
【数3】 ここで、Z0 はソリトン周期、Dは分散係数、τはパス
ル幅、λは光の波長、そしてcは光の速度である。式
(2)及び(3)より、n2 とDは互いに相殺しあい、
これによって事実上歪を持たないソリトンパルスを保証
する効果を持つことがわかる。ソリトンに関しての詳細
な説明は、A.Hasegawa(ハセガワ)及びF.Tappert (タ
パート)によって応用物理レター(Applied Phip. Let
t. )、Vol.23、No.3(1973)、ページ
142−144に掲載の論文『分散性誘電ファイバ内で
の固定非線型パルスの伝送(Transmission of Stationa
ry Nonlinear Pulses in Dispersive Dielectric Fiber
s 』において与えられている。
ル幅、λは光の波長、そしてcは光の速度である。式
(2)及び(3)より、n2 とDは互いに相殺しあい、
これによって事実上歪を持たないソリトンパルスを保証
する効果を持つことがわかる。ソリトンに関しての詳細
な説明は、A.Hasegawa(ハセガワ)及びF.Tappert (タ
パート)によって応用物理レター(Applied Phip. Let
t. )、Vol.23、No.3(1973)、ページ
142−144に掲載の論文『分散性誘電ファイバ内で
の固定非線型パルスの伝送(Transmission of Stationa
ry Nonlinear Pulses in Dispersive Dielectric Fiber
s 』において与えられている。
【0014】光ファイバ伝送路に沿って光形式にて情報
を伝送するために使用された場合、ソリトンは、時間領
域内において特別の波形を持ち、周波数領域内において
特定の光周波数内容を持ち、チャープ(chirp )は持た
ず、またその光伝送路の分散特性にマッチする強度を持
つ光パルス信号である。
を伝送するために使用された場合、ソリトンは、時間領
域内において特別の波形を持ち、周波数領域内において
特定の光周波数内容を持ち、チャープ(chirp )は持た
ず、またその光伝送路の分散特性にマッチする強度を持
つ光パルス信号である。
【0015】図1には本発明のソリトン発生装置10の
ブロック図が示される。発生装置10は無変調の光信号
の持続波(CW)レーザ源11を含む。レーザ11は、
例えば、出力波長λ=1.55μmを持つInGaAs
P分布帰還タイプのレーザである。レーザ11の出力は
光学的に点線にて示される変調器15に接続されるが、
これは振幅変調器12及び位相変調器18を含む。変調
器12は、電気屈折率変調器(electrorefractive modu
lator )、電気吸収率変調器(electroabsorption modu
lator )、導波路干渉計(waveguide interferometer)
或は方向性結合器、或はマッハツェンダタイプ(Mach-Z
ehnder type )の干渉計変調器等のような複数の形式の
一つとされるが、これらの全てが当分野において周知で
ある。Y−ブランチマッハツェンダタイプの干渉計が優
れた結果を与えることが発見された。変調器12には変
調器12から出力光信号を生成するために電気接続16
を通じてソース14から周波数f/2のCW正弦電圧が
加えられる。この出力信号は、
ブロック図が示される。発生装置10は無変調の光信号
の持続波(CW)レーザ源11を含む。レーザ11は、
例えば、出力波長λ=1.55μmを持つInGaAs
P分布帰還タイプのレーザである。レーザ11の出力は
光学的に点線にて示される変調器15に接続されるが、
これは振幅変調器12及び位相変調器18を含む。変調
器12は、電気屈折率変調器(electrorefractive modu
lator )、電気吸収率変調器(electroabsorption modu
lator )、導波路干渉計(waveguide interferometer)
或は方向性結合器、或はマッハツェンダタイプ(Mach-Z
ehnder type )の干渉計変調器等のような複数の形式の
一つとされるが、これらの全てが当分野において周知で
ある。Y−ブランチマッハツェンダタイプの干渉計が優
れた結果を与えることが発見された。変調器12には変
調器12から出力光信号を生成するために電気接続16
を通じてソース14から周波数f/2のCW正弦電圧が
加えられる。この出力信号は、
【0016】
【数4】 のパルス周期T対パスル幅(FWHM)τ比、及び事実上1
00%の変調深さ(modulation depth)を持つ変換制限
リターンツウゼロ(return to zero、RZ)パルス列で
ある。
00%の変調深さ(modulation depth)を持つ変換制限
リターンツウゼロ(return to zero、RZ)パルス列で
ある。
【0017】実施においては、振幅変調器12は、ゼロ
の回りに対称的であるcos2伝送特性を持ち、このため変
調器12からの出力信号は、
の回りに対称的であるcos2伝送特性を持ち、このため変
調器12からの出力信号は、
【0018】
【数5】 によって与えられる。ここで、Vs はスイッチング電圧
である。こうして、マッハツェンダ変調器をゼロにバイ
アスすると、信号が負のスイッチング電圧と正のスイッ
チング電圧との間で正弦的に変調され、こうして周波数
f/2のRF電圧の1サイクルにおいて二つのパルスが
生成され、このためにパルス反復周波数はfとなる。
である。こうして、マッハツェンダ変調器をゼロにバイ
アスすると、信号が負のスイッチング電圧と正のスイッ
チング電圧との間で正弦的に変調され、こうして周波数
f/2のRF電圧の1サイクルにおいて二つのパルスが
生成され、このためにパルス反復周波数はfとなる。
【0019】変調器12の出力は光コネクタ手段17を
介して位相変調器18の入力に接続される。位相変調器
18も、例えば、補償電気屈折率(electrorefractive
)或は電気吸収率(electroabsorption )位相変調器
或は波長ガイド位相変調器(wave guide phase modulat
or)等のような様々な形式の任意の一つを取ることがで
き、これらの全てが周知である。本発明の現実施例にお
いては、Y−ブランチマッハツェンダ干渉計位相変調器
が使用され、良好な結果が得られている。ソース14の
電圧出力に位相固定された周波数fのCW正弦波変調電
圧がソース19から電気接続21を通じて位相変調器1
8に加えられる。変調器18は振幅変調器12からの各
パルスの光周波数をチャープし、このパルス列のスペク
トル幅を広げる。f及びf/2が変調器周波数として指
定されたが、より広いケースは、単に、それらが変調器
18に加えられるより高い周波数と調波的に関連するこ
とのみを要求する。
介して位相変調器18の入力に接続される。位相変調器
18も、例えば、補償電気屈折率(electrorefractive
)或は電気吸収率(electroabsorption )位相変調器
或は波長ガイド位相変調器(wave guide phase modulat
or)等のような様々な形式の任意の一つを取ることがで
き、これらの全てが周知である。本発明の現実施例にお
いては、Y−ブランチマッハツェンダ干渉計位相変調器
が使用され、良好な結果が得られている。ソース14の
電圧出力に位相固定された周波数fのCW正弦波変調電
圧がソース19から電気接続21を通じて位相変調器1
8に加えられる。変調器18は振幅変調器12からの各
パルスの光周波数をチャープし、このパルス列のスペク
トル幅を広げる。f及びf/2が変調器周波数として指
定されたが、より広いケースは、単に、それらが変調器
18に加えられるより高い周波数と調波的に関連するこ
とのみを要求する。
【0020】チャーピングを達成するために位相変調器
をパルス列、或は周期放物線形電圧波形によってドライ
ブすることが知られている。図1の発生装置において
は、振幅変調器の正弦駆動電圧と位相が正しく関連付け
られた正弦電圧が所望の周波数チャーピングを生成する
ことが発見された。
をパルス列、或は周期放物線形電圧波形によってドライ
ブすることが知られている。図1の発生装置において
は、振幅変調器の正弦駆動電圧と位相が正しく関連付け
られた正弦電圧が所望の周波数チャーピングを生成する
ことが発見された。
【0021】振幅変調器12の出力は位相変調器18の
入力に直列に接続されているように示されるが、これら
を逆転して、変調器18の出力を変調器12の入力に接
続することもできる。変調器12及び18の両方を単一
の変調器構造の一部分とすることもできるが、この場合
は、振幅及び位相変調が同時に起こり、しかも、独立的
に制御可能である。
入力に直列に接続されているように示されるが、これら
を逆転して、変調器18の出力を変調器12の入力に接
続することもできる。変調器12及び18の両方を単一
の変調器構造の一部分とすることもできるが、この場合
は、振幅及び位相変調が同時に起こり、しかも、独立的
に制御可能である。
【0022】位相変調器18の出力は光ファイバ或は導
波路22によってパルス圧縮手段23に接続される。圧
縮手段23は、例えば、分散性光ファイバ、ペアの相互
接続された光グレーティング、或はチャープトグレーテ
ィング(chirped grating )等のような群速度分散特性
を持つ光学材料のような複数の周知の形式の任意の一つ
を取る。図1の実施例においては、動作周波数において
約18ps/km−nnの群速度分散Dを持つ光ファイ
バが使用される。この振幅変調器の電圧と位相変調器の
電圧の相対位相は位相変調器18によって生成された周
波数チャープのために圧縮手段23の光分散特性がこれ
らパルスを圧縮するように選択される。この圧縮は、チ
ャーピングがそのパルス内で光周波数を瞬間的に変化さ
せ、光スペクトルを広げ、このためそのパルスの後端
(trailing edge )が先端に追い付く傾向を持ち、こう
してパルスを圧縮することから可能になる。結果とし
て、パルス発生装置10からのパルス出力はT/τ>3
の比を持つ。この比の値は、5或はそれより良好であ
る。
波路22によってパルス圧縮手段23に接続される。圧
縮手段23は、例えば、分散性光ファイバ、ペアの相互
接続された光グレーティング、或はチャープトグレーテ
ィング(chirped grating )等のような群速度分散特性
を持つ光学材料のような複数の周知の形式の任意の一つ
を取る。図1の実施例においては、動作周波数において
約18ps/km−nnの群速度分散Dを持つ光ファイ
バが使用される。この振幅変調器の電圧と位相変調器の
電圧の相対位相は位相変調器18によって生成された周
波数チャープのために圧縮手段23の光分散特性がこれ
らパルスを圧縮するように選択される。この圧縮は、チ
ャーピングがそのパルス内で光周波数を瞬間的に変化さ
せ、光スペクトルを広げ、このためそのパルスの後端
(trailing edge )が先端に追い付く傾向を持ち、こう
してパルスを圧縮することから可能になる。結果とし
て、パルス発生装置10からのパルス出力はT/τ>3
の比を持つ。この比の値は、5或はそれより良好であ
る。
【0023】図1には、パルス圧縮手段23が変調器1
2及び18の両方の後方に来るように示される。手段2
3は、特に位相変調器18が振幅変調器12の前に置か
れる場合は、これら2つの変調器12と18の間に挿入
することもできる。
2及び18の両方の後方に来るように示される。手段2
3は、特に位相変調器18が振幅変調器12の前に置か
れる場合は、これら2つの変調器12と18の間に挿入
することもできる。
【0024】パルス圧縮手段23の出力は、パルス列を
符号化する信号のための適当な符号器24及び/或は適
当な増幅器に加えられる。符号器24もまた光損失を補
償するための手段としてレーザ11と変調器との間、変
調器12と18の間、或は変調器15と圧縮手段23と
の間に接続することもできる。
符号化する信号のための適当な符号器24及び/或は適
当な増幅器に加えられる。符号器24もまた光損失を補
償するための手段としてレーザ11と変調器との間、変
調器12と18の間、或は変調器15と圧縮手段23と
の間に接続することもできる。
【0025】図2は0.75πラジアンのピークツウピ
ーク正弦位相変調器(PMp-p )に対する図1の位相発
生装置の時間及び周波数領域の両方における予想される
パルス波形を示す。周波数領域における点線はsech2 曲
線の形状を示す。これらパルスの周波数スペクトルは点
線の形状に従うことがわかる。時間領域におけるこれら
パルスは殆ど完全にsech2 曲線と一致し、従って、これ
は実線によって隠される。
ーク正弦位相変調器(PMp-p )に対する図1の位相発
生装置の時間及び周波数領域の両方における予想される
パルス波形を示す。周波数領域における点線はsech2 曲
線の形状を示す。これらパルスの周波数スペクトルは点
線の形状に従うことがわかる。時間領域におけるこれら
パルスは殆ど完全にsech2 曲線と一致し、従って、これ
は実線によって隠される。
【0026】図3のA、B、及びCは異なる値のPM
p-p に対する15GHzパルス反復速度の実際の実験結
果を示す。図3AからPMp-p の値がゼロの場合は、時
間領域におけるパルスは広い過ぎ、つまり、FWHMは約2
0psに等しく、ピーク振幅が低過ぎることがわかる。
一方、図3Bは、MPp-p が0.75πに等しい場合
は、時間領域及び周波数領域の両方におけるパルスが図
2に示される予想される結果とかなり一致し、FWHMが1
4psに等しいことを示す。PMp-p が1.0πの場合
は、図3Cに示されるように、FWHMは約10psとな
る。こうして、図3B及び3Cに示される結果は、ソリ
トン制約を満たすようなパルスである。
p-p に対する15GHzパルス反復速度の実際の実験結
果を示す。図3AからPMp-p の値がゼロの場合は、時
間領域におけるパルスは広い過ぎ、つまり、FWHMは約2
0psに等しく、ピーク振幅が低過ぎることがわかる。
一方、図3Bは、MPp-p が0.75πに等しい場合
は、時間領域及び周波数領域の両方におけるパルスが図
2に示される予想される結果とかなり一致し、FWHMが1
4psに等しいことを示す。PMp-p が1.0πの場合
は、図3Cに示されるように、FWHMは約10psとな
る。こうして、図3B及び3Cに示される結果は、ソリ
トン制約を満たすようなパルスである。
【0027】図1に示されるように、パルス発生装置1
0の様々な要素は離散した個別の実体である。現在の技
術水準においては、二つ或はそれ以上の離散機能を単一
のデバイスに結合することが可能である。図4には両方
の変調が同時に起こる結合された振幅及び位相変調器と
して機能するこのようなデバイス26が示される。デバ
イス26は、それぞれ進行波電極31及び32に沿って
パスする二つのYブランチ28及び29に分岐する入力
光導波路27を持つY−ブランチマッハツェンダ変調器
の形式に構成される。電極31は図示されないソース1
4及び19に接続されたRF入力電極33、及びRF出
力電極34を持つ。同様にして、電極32は、これも図
示されないRFソース14及び19に接続されたRF入
力電極36、及びRF出力電極37を示す。ソース19
からの電圧は同位相で入力電極33及び36に加えら
れ、一方、ソース14からの電圧は入力電極36に加え
られるが、この電圧は電極33に加えられた電圧と較べ
て遅延し、これに対して180 位相がずれる。電極3
1及び32によって定義される進行波領域を超えた所
で、光波ガイドアーム28及び29は単一の出力導波路
38に再結合する。図4の構造においては、同一平面導
波路の形式を持つ電極31及び32は、互いに完全に独
立し、示されるように、個別にアドレスすることが可能
である。
0の様々な要素は離散した個別の実体である。現在の技
術水準においては、二つ或はそれ以上の離散機能を単一
のデバイスに結合することが可能である。図4には両方
の変調が同時に起こる結合された振幅及び位相変調器と
して機能するこのようなデバイス26が示される。デバ
イス26は、それぞれ進行波電極31及び32に沿って
パスする二つのYブランチ28及び29に分岐する入力
光導波路27を持つY−ブランチマッハツェンダ変調器
の形式に構成される。電極31は図示されないソース1
4及び19に接続されたRF入力電極33、及びRF出
力電極34を持つ。同様にして、電極32は、これも図
示されないRFソース14及び19に接続されたRF入
力電極36、及びRF出力電極37を示す。ソース19
からの電圧は同位相で入力電極33及び36に加えら
れ、一方、ソース14からの電圧は入力電極36に加え
られるが、この電圧は電極33に加えられた電圧と較べ
て遅延し、これに対して180 位相がずれる。電極3
1及び32によって定義される進行波領域を超えた所
で、光波ガイドアーム28及び29は単一の出力導波路
38に再結合する。図4の構造においては、同一平面導
波路の形式を持つ電極31及び32は、互いに完全に独
立し、示されるように、個別にアドレスすることが可能
である。
【0028】位相変調器(PM)対振幅変調器(AM)
の比をαと指定すると、
の比をαと指定すると、
【0029】
【数6】 と表わすことができる。ここで
【0030】
【数7】 ここで、ΔβA はアーム28内での伝播定数の変化であ
り、ΔβB はアーム29内での伝播定数の変化である。
こうして、αの値が出力38において好ましい光信号形
状が生成されるようにチューニングされ、圧縮ファイバ
23へと入力される。
り、ΔβB はアーム29内での伝播定数の変化である。
こうして、αの値が出力38において好ましい光信号形
状が生成されるようにチューニングされ、圧縮ファイバ
23へと入力される。
【0031】デバイス26は、例えば、チタンを拡散さ
れたニオブ酸リチウム(LiNbO3)及びこの上の二酸化ケ
イ素(SiO2 )バッファ層41を含む。バッファ層4
1上に電極が金メッキされる。デバイス26のより完全
な説明については、Korotky(コロトキ)らによってTec
hnical Digest of the Topical Meeting on Integrated
Photonic Research (集積光研究における問題点に関
する会合の技術ダイジェスト)、Montery 、Calif.、ペ
ーパTVG2、アメリカ光学会、1991年、ページ5
3−54に掲載の論文『調節可能なチャープパラメータ
を持つ高速低パワー光変調器(High Speed, Low Power
Optical Modulator With Adjustable Chirp Parameter
)』を参照すること。後に参照のKorotky (コロト
キ)の合衆国特許第5,157,744号もまたこのよ
うな変調器の説明を含む。当分野の現在の技術水準にお
いては、事実上図1の全回路を単一の基板上に集積する
ことが可能である。
れたニオブ酸リチウム(LiNbO3)及びこの上の二酸化ケ
イ素(SiO2 )バッファ層41を含む。バッファ層4
1上に電極が金メッキされる。デバイス26のより完全
な説明については、Korotky(コロトキ)らによってTec
hnical Digest of the Topical Meeting on Integrated
Photonic Research (集積光研究における問題点に関
する会合の技術ダイジェスト)、Montery 、Calif.、ペ
ーパTVG2、アメリカ光学会、1991年、ページ5
3−54に掲載の論文『調節可能なチャープパラメータ
を持つ高速低パワー光変調器(High Speed, Low Power
Optical Modulator With Adjustable Chirp Parameter
)』を参照すること。後に参照のKorotky (コロト
キ)の合衆国特許第5,157,744号もまたこのよ
うな変調器の説明を含む。当分野の現在の技術水準にお
いては、事実上図1の全回路を単一の基板上に集積する
ことが可能である。
【0032】解説のための実施例内に開示される本発明
はチューニング可能であり、パルスの形成のために複雑
な電圧形状(voltage shape )の使用を必要としないソ
リトンパルス生成器であり、これは、要求されるソリト
ンパルス列を生成するために単純な正弦波に依存する。
はチューニング可能であり、パルスの形成のために複雑
な電圧形状(voltage shape )の使用を必要としないソ
リトンパルス生成器であり、これは、要求されるソリト
ンパルス列を生成するために単純な正弦波に依存する。
【0033】本件発明の実施例の上の説明は本発明の原
理、特徴及び長所を解説することを目的とするものであ
る。当業者においては、本発明の精神及び範囲から逸脱
することなく他の多数の構成を実現できるものである。
理、特徴及び長所を解説することを目的とするものであ
る。当業者においては、本発明の精神及び範囲から逸脱
することなく他の多数の構成を実現できるものである。
【図1】本件発明原理及び特徴を具現するソリトンパル
ス発生装置の略図である。
ス発生装置の略図である。
【図2】図1の回路の予想される時間及び周波数領域の
波形出力の図である。
波形出力の図である。
【図3】Aは、図1の回路の実際の時間及び周波数領域
の波形出力である。Bは、図1の回路の実際の時間及び
周波数領域の波形出力である。Cは、図1の回路の実際
の時間及び周波数領域の波形出力である。
の波形出力である。Bは、図1の回路の実際の時間及び
周波数領域の波形出力である。Cは、図1の回路の実際
の時間及び周波数領域の波形出力である。
【図4】図1の回路内で使用されるための結合された振
幅/位相変調器の一つの実施例の図である。
幅/位相変調器の一つの実施例の図である。
10 ソリトン発生装置 14 RFソース 15 変調器 19 RFソース 26 振幅/位相変調器(デバイス)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スチーヴン ケネス コロトキー アメリカ合衆国 08753 ニュージャーシ ィ,トムズ,リヴァー,シェイラ ドライ ヴ 1036 (72)発明者 ジョン ジェー.ヴェセルカ アメリカ合衆国 07728 ニュージャーシ ィ,フリーホールド,ストークス ストリ ート 55
Claims (18)
- 【請求項1】 ソリトンパルス列を発生する装置であっ
て、この装置が、 持続波光信号のソース、 光信号を受信するための入力を持つ光パルス出力を生成
するために使用される光信号を振幅変調及び位相変調す
るための手段からなる変調器手段、 第1の持続波正弦変調電圧を該変調器手段に加えるため
の第1の電圧源、 該第1の正弦変調電圧に調波的に関連し、これに位相固
定された第2の持続波正弦変調電圧を該変調器に加える
ための第2の電圧源、及び位相変調された光信号を受信
するための入力及び出力を持つ出力の所にパルス列を生
成するための光パルス圧縮手段を含むことを特徴とする
装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の装置において、該変調
器手段が互いに光学的に直列に接続された入力及び出力
を持つ光信号位相変調器及び入力及び出力を持つ光信号
振幅変調器を含むことを特徴とする装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載の装置において、該振幅
変調器の該出力が該位相変調器の入力に光学的に接続さ
れることを特徴とする装置。 - 【請求項4】 請求項2に記載の装置において、該位相
変調器の出力が該振幅変調器の入力に接続されることを
特徴とする装置。 - 【請求項5】 請求項2に記載の装置において、該位相
変調器が干渉計タイプの変調器であることを特徴とする
装置。 - 【請求項6】 請求項5に記載の装置において、該干渉
計タイプの変調器がY−ブランチマッハツェンダタイプ
の変調器であることを特徴とする装置。 - 【請求項7】 請求項2に記載の装置において、該位相
変調器が干渉計タイプの変調器であることを特徴とする
装置。 - 【請求項8】 請求項7に記載の装置において、該干渉
計タイプの変調器がY−ブランチマッハツェンダタイプ
の変調器であることを特徴とする装置。 - 【請求項9】 請求項1に記載の装置において、該変調
器手段がY−ブランチ干渉計タイプの変調器を含み、該
第1及び第2の電圧源が該Yの一つのアームに電気的に
接続され、該第1及び第2の電圧源が該Yの他方のブラ
ンチに電気的に接続されることを特徴とする装置。 - 【請求項10】 請求項1に記載の装置において、該光
パルス圧縮手段が群速度分散特性を持つ光材料から構成
されることを特徴とする装置。 - 【請求項11】 請求項10に記載の装置において、該
光材料が分散性光ファイバであることを特徴とする装
置。 - 【請求項12】 一つの出力を持つパルス発生装置であ
って、この発生装置が、 持続波光信号のソース、 該ソースの出力に接続された一つの入力及び一つの出力
を持つ第1の変調器、 該第1の変調器手段に電気的に接続された周波数fの持
続波正弦変調電圧の第1のソース、 一つの入力及び一つの出力を持つcosine2 伝送関数を持
つ第2の変調器、及び該第2の変調器手段に電気的に接
続された周波数f/2の持続波正弦変調電圧の第2のソ
ースを持ち、 該第1及び第2のソースからの変調電圧が互いに位相固
定され、 この発生装置がさらに一つの入力及び一つの出力を持つ
パルス圧縮手段を持ち、圧縮手段の入力が該第1及び第
2の変調器手段の該出力の少なくとも一つに接続され、
該パルス発生装置の該出力の所に3以上(T/τ>3)
の半最大値におけるパルス周期T対パルス全幅τ比を持
つパルス列を生成することを特徴とするパルス発生装
置。 - 【請求項13】 請求項12に記載の装置において、該
第1及び第2の変調器手段が互いに光学的に直列に接続
されることを特徴とするパルス発生装置。 - 【請求項14】 請求項12に記載の装置において、該
第1の変調器の出力が該第2の変調器の入力に光学的に
接続されることを特徴とするパルス発生装置。 - 【請求項15】 請求項12に記載の装置において、該
第2の変調器の出力が該第1の変調器の入力に光学的に
接続されることを特徴とするパルス発生装置。 - 【請求項16】 請求項12に記載の装置において、該
第1の変調器がY−アームマッハツェンダタイプの干渉
計変調器から成ることを特徴とするパルス発生装置。 - 【請求項17】 請求項12に記載の装置において、該
第2の変調器がY−アームマッハツェンダタイプの干渉
計変調器から成ることを特徴とするパルス発生装置。 - 【請求項18】 請求項12に記載の装置において、該
第1の変調器及び第2の変調器が単一体構造に組み込ま
れることを特徴とするパルス発生装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US056033 | 1993-04-30 | ||
US08/056,033 US5477375A (en) | 1993-04-30 | 1993-04-30 | Optical soliton generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06326387A true JPH06326387A (ja) | 1994-11-25 |
Family
ID=22001722
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6089012A Pending JPH06326387A (ja) | 1993-04-30 | 1994-04-27 | 光ソリトン発生装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5477375A (ja) |
EP (1) | EP0622916B1 (ja) |
JP (1) | JPH06326387A (ja) |
CA (1) | CA2108097C (ja) |
DE (1) | DE69428298T2 (ja) |
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