(57)【要約】【課題】光ファイバー中の光伝送特性を通常の電気回路シミュレータを用いて計算またはシミュレーションが可能な光伝送シミュレーション方法を提供する。【解決手段】第１、第２の端子１，２間の第１の主信号線、第３、第４の端子３，４間の第２の主信号線上にそれぞれ接続され、第３、第１の端子３，１それぞれの電流値に応じた電圧を出力する第１、第２の電圧源５，６と、第２および第４の端子２，４と接地との間にそれぞれ並列に接続された、第１および第２の電気容量７，８、第１および第２の電気抵抗９，１０、第２、第４の端子２，４それぞれの電圧値に応じた電流を出力する第１および第２の電流源１１，１２とを有する電気回路を単位として、第１、第２の主信号線を直列接続して多段に縦続接続し、第１、第２の主信号線上の初期ノード電圧値を光ファイバーへの光信号電場の複素振幅の実部、虚部の値としてそれぞれ与え、時間に関する過渡解析を行う。【選択図】図１
2010157952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバー中の光信号の伝送特性を電気回路シミュレータを用いてシミュレーションする光伝送シミュレーション方法であって、
第１の端子と第２の端子との間の第１の主信号線上に接続され、第３の端子に流れる電流の値に応じてあらかじめ定めた所定の電圧を出力する第１の電圧源と、
前記第３の端子と第４の端子との間の第２の主信号線上に接続され、前記第１の端子に流れる電流の値に応じてあらかじめ定めた所定の電圧を出力する第２の電圧源と、
前記第２の端子と接地との間に接続され、あらかじめ定めた所定の容量値を有する第１の電気容量と、
前記第４の端子と接地との間に接続され、あらかじめ定めた所定の容量値を有する第２の電気容量と、
前記第２の端子と接地との間に接続され、あらかじめ定めた所定の抵抗値を有する第１の電気抵抗と、
前記第４の端子と接地との間に接続され、あらかじめ定めた所定の抵抗値を有する第２の電気抵抗と、
前記第２の端子と接地との間に接続され、前記第２および第４の端子それぞれの電圧の値に応じてあらかじめ定めた所定の電流を出力する第１の電流源と、
前記第４の端子と接地との間に接続され、前記第２および第４の端子それぞれの電圧の値に応じてあらかじめ定めた所定の電流を出力する第２の電流源と、
を有する電気回路を、
コンピュータに実装された電気回路シミュレータ上で構成する第１の工程と、
前記電気回路を、単位として、前記電気回路シミュレータ上で、複数の前記電気回路の前記第１の主信号線および前記第２の主信号線がそれぞれ直列に接続されるように、複数の前記電気回路を多段に縦続接続させる第２の工程と、
直列に接続された前記第１の主信号線上および第２の主信号線上の初期ノード電圧値を、前記光ファイバーに入力される光信号電場の複素振幅の実部および虚部の値としてそれぞれ与える第３の工程と、
与えられた前記初期ノード電圧値に基づき、前記電気回路シミュレータ上で時間に関する過渡解析を行う第４の工程と、
を有することを特徴とする光伝送シミュレーション方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光伝送シミュレーション方法において、
前記第１の電圧源が、前記第１の主信号線上に出力端が接続され、前記第２の主信号線上に入力端が接続される第１の電流制御電圧源からなり、
前記第２の電圧源が、前記第２の主信号線上に出力端が接続され、前記第１の主信号線上に入力端が接続される第２の電流制御電圧源からなり、
前記第１の電流源が、前記第２の端子と接地との間に出力端が接続される２入力１出力の第１の電圧制御電流源と前記第４の端子に入力端が接続された２入力１出力の第１の電圧制御電圧源と前記第２の端子に入力端が接続された２入力１出力の第２の電圧制御電圧源とを組み合わせた回路からなり、
前記第２の電流源が、前記第４の端子と接地との間に出力端が接続される２入力１出力の第２の電圧制御電流源と前記第１の電圧制御電圧源と前記第２の電圧制御電圧源とを組み合わせた回路からなる
ことを特徴とする光伝送シミュレーション方法。
【請求項３】
請求項２に記載の光伝送シミュレーション方法において、
前記第１の電圧制御電圧源は、２つの入力端の双方に接続された前記第４の端子の電圧の値の二乗の値に応じてあらかじめ定めた所定の出力電圧を出力端から出力する電圧源であり、
前記第２の電圧制御電圧源は、２つの入力端の双方に接続された前記第２の端子の電圧の値の二乗の値に応じてあらかじめ定めた所定の出力電圧を出力端から出力する電圧源であり、
前記第１の電圧制御電流源は、２つの入力端にそれぞれ接続された、前記第１の電圧制御電圧源の出力電圧と前記第２の電圧制御電圧源の出力電圧とを加算する回路の出力端と、前記第４の端子との双方の電圧の値の積に応じてあらかじめ定めた所定の出力電流を出力端から出力する電流源であり、
前記第２の電圧制御電流源は、２つの入力端にそれぞれ接続された、前記第１の電圧制御電圧源の出力電圧と前記第２の電圧制御電圧源の出力電圧とを加算する回路の出力端と、前記第２の端子との双方の電圧の値の積に応じてあらかじめ定めた所定の出力電流を出力端から出力する電流源である
ことを特徴とする光伝送シミュレーション方法。
【請求項４】
光通信用のＩＣの設計、解析を行う際に使用される電気回路シミュレータであって、さらに、光ファイバー中の光信号の伝送特性を計算またはシミュレーションする光伝送特性シミュレーション手段を備え、該光伝送特性シミュレーション手段を、請求項１ないし３のいずれかに記載の光伝送シミュレーション方法を用いて構成していることを特徴とする電気回路シミュレータ。
【請求項５】
第１の端子と第２の端子との間の第１の主信号線上に接続され、第３の端子に流れる電流の値に応じてあらかじめ定めた所定の電圧を出力する第１の電圧源と、
前記第３の端子と第４の端子との間の第２の主信号線上に接続され、前記第１の端子に流れる電流の値に応じてあらかじめ定めた所定の電圧を出力する第２の電圧源と、
前記第２の端子と接地との間に接続され、あらかじめ定めた所定の容量値を有する第１の電気容量と、
前記第４の端子と接地との間に接続され、あらかじめ定めた所定の容量値を有する第２の電気容量と、
前記第２の端子と接地との間に接続され、あらかじめ定めた所定の抵抗値を有する第１の電気抵抗と、
前記第４の端子と接地との間に接続され、あらかじめ定めた所定の抵抗値を有する第２の電気抵抗と、
前記第２の端子と接地との間に接続され、前記第２および第４の端子それぞれの電圧の値に応じてあらかじめ定めた所定の電流を出力する第１の電流源と、
前記第４の端子と接地との間に接続され、前記第２および第４の端子それぞれの電圧の値に応じてあらかじめ定めた所定の電流を出力する第２の電流源と、
を有することを特徴とする電気回路。
【請求項６】
請求項５に記載の電気回路において、
前記第１の電圧源が、前記第１の主信号線上に出力端が接続され、前記第２の主信号線上に入力端が接続される第１の電流制御電圧源からなり、
前記第２の電圧源が、前記第２の主信号線上に出力端が接続され、前記第１の主信号線上に入力端が接続される第２の電流制御電圧源からなり、
前記第１の電流源が、前記第２の端子と接地との間に出力端が接続される２入力１出力の第１の電圧制御電流源と前記第４の端子に入力端が接続された２入力１出力の第１の電圧制御電圧源と前記第２の端子に入力端が接続された２入力１出力の第２の電圧制御電圧源とを組み合わせた回路からなり、
前記第２の電流源が、前記第４の端子と接地との間に出力端が接続される２入力１出力の第２の電圧制御電流源と前記第１の電圧制御電圧源と前記第２の電圧制御電圧源とを組み合わせた回路からなる
ことを特徴とする電気回路。
【請求項７】
請求項６に記載の電気回路において、
前記第１の電圧制御電圧源は、２つの入力端の双方に接続された前記第４の端子の電圧の値の二乗の値に応じてあらかじめ定めた所定の出力電圧を出力端から出力する電圧源であり、
前記第２の電圧制御電圧源は、２つの入力端の双方に接続された前記第２の端子の電圧の値の二乗の値に応じてあらかじめ定めた所定の出力電圧を出力端から出力する電圧源であり、
前記第１の電圧制御電流源は、２つの入力端にそれぞれ接続された、前記第１の電圧制御電圧源の出力電圧と前記第２の電圧制御電圧源の出力電圧とを加算する回路の出力端と、前記第４の端子との双方の電圧の値の積に応じてあらかじめ定めた所定の出力電流を出力端から出力する電流源であり、
前記第２の電圧制御電流源は、２つの入力端にそれぞれ接続された、前記第１の電圧制御電圧源の出力電圧と前記第２の電圧制御電圧源の出力電圧とを加算する回路の出力端と、前記第２の端子との双方の電圧の値の積に応じてあらかじめ定めた所定の出力電流を出力端から出力する電流源である
ことを特徴とする電気回路。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれかに記載の電気回路を、単位として、複数の前記電気回路の前記第１の主信号線および前記第２の主信号線がそれぞれ直列に接続されるように、多段に縦続接続してなることを特徴とする電気回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送シミュレーション方法、電気回路シミュレータおよび電気回路に関し、特に、光ファイバー内の光の伝送をコンピュータ上に実装された電気回路シミュレータを用いてシミュレーションする光伝送シミュレーション方法、電気回路シミュレータおよび該光伝送シミュレーション方法の各構成要素を回路として具現化した電気回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバー内の光信号の伝送特性を計算あるいはシミュレーションする場合、例えば、非特許文献１のG．P．Agrawalによる“Nonlinear  Fiber  Optics（第３版）”に記載されたＳＳＦ法（Split-Step  Fourier  Method：スプリット・ステップ・フーリエ法）やＦＤＴＤ法（Finite-Difference  Time-Domain  Algorithm：有限差分時間領域法）に基づく計算プログラムを作成して数値計算を行うか、あるいは、市販の光伝送シミュレータを用いてシミュレーションを行うことが必要であった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】G．P．Agrawal：“Nonlinear  Fiber  Optics（第３版）”；Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，２００１年。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述のように、従来においては、光ファイバー中の光の伝送特性を計算したりあるいはシミュレーションしたりするためには、特別なプログラムを作成するか、または、光伝送特性評価用の高価な専用シミュレータを用意しなければならない。
【０００５】
一方、例えば、光ファイバー通信用の集積回路（ＩＣ：Integrated  Circuit）の設計者は、当然のことながら、ＩＣの設計に当たり、電気回路シミュレータを用いて設計を行っている。つまり、光ファイバー通信用ＩＣを設計する場合、光の伝送特性（分散特性等）を考慮した上で回路設計を行う必要があるが、ＩＣの設計および解析においては、電気回路シミュレータを用い、一方、光の伝送特性を把握するためには、当該電気回路シミュレータとは異なる計算プログラムかあるいは光伝送シミュレータのいずれかを使用しなければならず、設計作業が、煩雑かつ非効率的とならざるを得ない状況にある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、光ファイバー中の光伝送特性を通常の電気回路シミュレータを用いて計算するかあるいはシミュレーションすることができる光伝送シミュレーション方法、電気回路シミュレータおよび該光伝送シミュレーション方法の各構成要素を回路として具現化した電気回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前述の課題を解決するために、以下のごとき各技術手段から構成されている。
【０００８】
第１の技術手段は、光ファイバー中の光信号の伝送特性を電気回路シミュレータを用いてシミュレーションする光伝送シミュレーション方法であって、第１の端子と第２の端子との間の第１の主信号線上に接続され、第３の端子に流れる電流の値に応じてあらかじめ定めた所定の電圧を出力する第１の電圧源と、前記第３の端子と第４の端子との間の第２の主信号線上に接続され、前記第１の端子に流れる電流の値に応じてあらかじめ定めた所定の電圧を出力する第２の電圧源と、前記第２の端子と接地との間に接続され、あらかじめ定めた所定の容量値を有する第１の電気容量と、前記第４の端子と接地との間に接続され、あらかじめ定めた所定の容量値を有する第２の電気容量と、前記第２の端子と接地との間に接続され、あらかじめ定めた所定の抵抗値を有する第１の電気抵抗と、前記第４の端子と接地との間に接続され、あらかじめ定めた所定の抵抗値を有する第２の電気抵抗と、前記第２の端子と接地との間に接続され、前記第２および第４の端子それぞれの電圧の値に応じてあらかじめ定めた所定の電流を出力する第１の電流源と、前記第４の端子と接地との間に接続され、前記第２および第４の端子それぞれの電圧の値に応じてあらかじめ定めた所定の電流を出力する第２の電流源と、
を有する電気回路を、コンピュータに実装された電気回路シミュレータ上で構成する第１の工程と、前記電気回路を、単位として、前記電気回路シミュレータ上で、複数の前記電気回路の前記第１の主信号線および前記第２の主信号線がそれぞれ直列に接続されるように、複数の前記電気回路を多段に縦続接続させる第２の工程と、直列に接続された前記第１の主信号線上および第２の主信号線上の初期ノード電圧値を、前記光ファイバーに入力される光信号電場の複素振幅の実部および虚部の値としてそれぞれ与える第３の工程と、与えられた前記初期ノード電圧値に基づき、前記電気回路シミュレータ上で時間に関する過渡解析を行う第４の工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
第２の技術手段は、前記第１の技術手段に記載の光伝送シミュレーション方法において、前記第１の電圧源が、前記第１の主信号線上に出力端が接続され、前記第２の主信号線上に入力端が接続される第１の電流制御電圧源からなり、前記第２の電圧源が、前記第２の主信号線上に出力端が接続され、前記第１の主信号線上に入力端が接続される第２の電流制御電圧源からなり、前記第１の電流源が、前記第２の端子と接地との間に出力端が接続される２入力１出力の第１の電圧制御電流源と前記第４の端子に入力端が接続された２入力１出力の第１の電圧制御電圧源と前記第２の端子に入力端が接続された２入力１出力の第２の電圧制御電圧源とを組み合わせた回路からなり、前記第２の電流源が、前記第４の端子と接地との間に出力端が接続される２入力１出力の第２の電圧制御電流源と前記第１の電圧制御電圧源と前記第２の電圧制御電圧源とを組み合わせた回路からなることを特徴とする。
【００１０】
第３の技術手段は、前記第２の技術手段に記載の光伝送シミュレーション方法において、前記第１の電圧制御電圧源は、２つの入力端の双方に接続された前記第４の端子の電圧の値の二乗の値に応じてあらかじめ定めた所定の出力電圧を出力端から出力する電圧源であり、前記第２の電圧制御電圧源は、２つの入力端の双方に接続された前記第２の端子の電圧の値の二乗の値に応じてあらかじめ定めた所定の出力電圧を出力端から出力する電圧源であり、前記第１の電圧制御電流源は、２つの入力端にそれぞれ接続された、前記第１の電圧制御電圧源の出力電圧と前記第２の電圧制御電圧源の出力電圧とを加算する回路の出力端と、前記第４の端子との双方の電圧の値の積に応じてあらかじめ定めた所定の出力電流を出力端から出力する電流源であり、前記第２の電圧制御電流源は、２つの入力端にそれぞれ接続された、前記第１の電圧制御電圧源の出力電圧と前記第２の電圧制御電圧源の出力電圧とを加算する回路の出力端と、前記第２の端子との双方の電圧の値の積に応じてあらかじめ定めた所定の出力電流を出力端から出力する電流源であることを特徴とする。
【００１１】
第４の技術手段は、光通信用のＩＣの設計、解析を行う際に使用される電気回路シミュレータであって、さらに、光ファイバー中の光信号の伝送特性を計算またはシミュレーションする光伝送特性シミュレーション手段を備え、該光伝送特性シミュレーション手段を、前記第１ないし第３の技術手段のいずれかに記載の光伝送シミュレーション方法を用いて構成していることを特徴とする。
【００１２】
第５の技術手段は、第１の端子と第２の端子との間の第１の主信号線上に接続され、第３の端子に流れる電流の値に応じてあらかじめ定めた所定の電圧を出力する第１の電圧源と、前記第３の端子と第４の端子との間の第２の主信号線上に接続され、前記第１の端子に流れる電流の値に応じてあらかじめ定めた所定の電圧を出力する第２の電圧源と、前記第２の端子と接地との間に接続され、あらかじめ定めた所定の容量値を有する第１の電気容量と、前記第４の端子と接地との間に接続され、あらかじめ定めた所定の容量値を有する第２の電気容量と、前記第２の端子と接地との間に接続され、あらかじめ定めた所定の抵抗値を有する第１の電気抵抗と、前記第４の端子と接地との間に接続され、あらかじめ定めた所定の抵抗値を有する第２の電気抵抗と、前記第２の端子と接地との間に接続され、前記第２および第４の端子それぞれの電圧の値に応じてあらかじめ定めた所定の電流を出力する第１の電流源と、前記第４の端子と接地との間に接続され、前記第２および第４の端子それぞれの電圧の値に応じてあらかじめ定めた所定の電流を出力する第２の電流源と、を有する電気回路であることを特徴とする。
【００１３】
第６の技術手段は、前記第５の技術手段に記載の電気回路において、前記第１の電圧源が、前記第１の主信号線上に出力端が接続され、前記第２の主信号線上に入力端が接続される第１の電流制御電圧源からなり、前記第２の電圧源が、前記第２の主信号線上に出力端が接続され、前記第１の主信号線上に入力端が接続される第２の電流制御電圧源からなり、前記第１の電流源が、前記第２の端子と接地との間に出力端が接続される２入力１出力の第１の電圧制御電流源と前記第４の端子に入力端が接続された２入力１出力の第１の電圧制御電圧源と前記第２の端子に入力端が接続された２入力１出力の第２の電圧制御電圧源とを組み合わせた回路からなり、前記第２の電流源が、前記第４の端子と接地との間に出力端が接続される２入力１出力の第２の電圧制御電流源と前記第１の電圧制御電圧源と前記第２の電圧制御電圧源とを組み合わせた回路からなることを特徴とする。
【００１４】
第７の技術手段は、前記第６の技術手段に記載の電気回路において、前記第１の電圧制御電圧源は、２つの入力端の双方に接続された前記第４の端子の電圧の値の二乗の値に応じてあらかじめ定めた所定の出力電圧を出力端から出力する電圧源であり、前記第２の電圧制御電圧源は、２つの入力端の双方に接続された前記第２の端子の電圧の値の二乗の値に応じてあらかじめ定めた所定の出力電圧を出力端から出力する電圧源であり、前記第１の電圧制御電流源は、２つの入力端にそれぞれ接続された、前記第１の電圧制御電圧源の出力電圧と前記第２の電圧制御電圧源の出力電圧とを加算する回路の出力端と、前記第４の端子との双方の電圧の値の積に応じてあらかじめ定めた所定の出力電流を出力端から出力する電流源であり、前記第２の電圧制御電流源は、２つの入力端にそれぞれ接続された、前記第１の電圧制御電圧源の出力電圧と前記第２の電圧制御電圧源の出力電圧とを加算する回路の出力端と、前記第２の端子との双方の電圧の値の積に応じてあらかじめ定めた所定の出力電流を出力端から出力する電流源であることを特徴とする。
【００１５】
第８の技術手段は、前記第５ないし第７の技術手段のいずれかに記載の電気回路を、単位として、複数の前記電気回路の前記第１の主信号線および前記第２の主信号線がそれぞれ直列に接続されるように、多段に縦続接続してなる電気回路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光伝送シミュレーション方法、電気回路シミュレータおよび該光伝送シミュレーション方法の各構成要素を回路として具現化した電気回路によれば、シングルモード光ファイバー中の光信号に伴う複素電場の挙動を記述するための（広義の）非線形シュレディンガー方程式を、電気回路シミュレータ上の等価回路として記述し、該等価回路が有する２本の主信号線上のノード電圧値をそれぞれ複素電場の実部および虚部に直接対応させるように構成されているので、以下のごとき効果を奏することができる。
【００１７】
本発明の光伝送シミュレーション方法、電気回路シミュレータおよび該光伝送シミュレーション方法の各構成要素を回路として具現化した電気回路は、光ファイバー中の光信号の伝送特性を、電気回路上の電圧信号として直接計算することができるかあるいはシミュレーションすることができるので、光ファイバー通信用ＩＣの設計者にとり、ＩＣの特性および光ファイバーの光伝送特性について、単一の電気回路シミュレータ上で、一元的に解析することができ、光通信システムの設計効率の向上を図ることができる。
【００１８】
さらに、光ファイバー中の光信号の伝送特性を計算したりあるいはシミュレーションしたりするための特別な計算プログラムや高価な専用シミュレータを用意する必要がないので、設計作業の煩雑化を防止し、簡素化が図れるのみならず、設計コストの低減を図ることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る光伝送シミュレーション方法に用いる電気回路の基本構成の一例を示す構成図である。
【図２】図１に示した基本構成の電気回路のより具体的な回路構成の一例を示す回路図である。
【図３】本発明に係る光伝送シミュレーション方法に用いる電気回路の具体的ブロック構成を示すブロック図である。
【図４】光ファイバー中の非線形効果が無い場合の、本発明に係る光伝送シミュレーション方法によって得られた光伝送特性に関するシミュレーション結果を示す説明図である。
【図５】光ファイバー中の非線形効果が有る場合の、本発明に係る光伝送シミュレーション方法によって得られた光伝送特性に関するシミュレーション結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明に係る光伝送シミュレーション方法、電気回路シミュレータ、電気回路シミュレータおよび該光伝送シミュレーション方法の各構成要素を回路として具現化した電気回路の最良の実施形態について、その一例を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明においては、本発明による光伝送シミュレーション方法について主として説明する。しかし、本発明は、光通信用のＩＣの設計、解析を行う際に使用される電気回路シミュレータに、さらに、光ファイバー中の光信号の伝送特性を計算またはシミュレーションする光伝送特性シミュレーション手段を備え、該光伝送特性シミュレーション手段を、以下に詳細に説明する光伝送シミュレーション方法を用いて構成するようにしても良いし、あるいは、かかる光伝送シミュレーション方法の各構成要素を回路として具現化することによりハードウェアロジックとして実施される電気回路として構成しても良いことは言うまでもない。
【００２１】
（本発明の特徴）
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴についてその概要をまず説明する。本発明は、ＩＣの設計および解析用のシミュレーションを行う電気回路シミュレータを用いて、光ファイバー中の光信号の伝送特性をシミュレーションすることを可能としている点に特徴を有している。
【００２２】
つまり、電気回路シミュレータとして、シングルモード光ファイバー中の光信号に伴う複素電場の挙動を記述するための（広義の）非線形シュレディンガー方程式を電気回路シミュレータ上の等価回路によって表現し、複素電場の実部および虚部を、該等価回路内の２本の主信号線上のノード電圧値に直接対応させることにより、光信号の伝送特性を電気回路上の電圧・電流信号の挙動として計算するかあるいはシミュレーションする構成とすることを特徴としている。
【００２３】
（本発明の実施形態）
以下、本発明に係る光伝送シミュレーション方法の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明するが、まず、本発明の基本となる電気回路の構成を導出する考え方について説明する。
【００２４】
前記非特許文献１によれば、シングルモードの光ファイバー中の光伝送を記述する基本方程式は、広義の非線形シュレディンガー方程式として、次の式（１）として表現することができる。
【００２５】
【数１】
2010157952.tif 000003
式（１）において、Ａ(ｚ、Ｔ)は光信号電場の複素振幅であり、αは光ファイバーの吸収係数であり、β２は分散係数、γは非線形係数である。また、ｉは虚数単位であり、ｚおよびＴは、それぞれ、空間変数（伝送距離）および時間変数である。
【００２６】
ここで、ｚ→τ、Ｔ→ｘと置き換えて、改めてτを“時間変数”、ｘを“空間変数”と看做すことにすると、式（１）は、次の式（２）のように表現することができる。
【００２７】
【数２】
2010157952.tif 000004
式（２）において、特に、α＝０の場合は、非線形ポテンシャルが存在する場合の通常の（狭義の）シュレディンガー方程式となる。
【００２８】
ここで、変数Ｖｒ、Ｖｉ、Ｉｒ、Ｉｉを、次の式（３）のように定義すると、式（２）より、次の式（４）、式（５）の関係が成立する。
【００２９】
【数３】
2010157952.tif 000005
【００３０】
【数４】
2010157952.tif 000006
【００３１】
【数５】
2010157952.tif 000007
ここで、変数（Ｖｒ，Ｉｒ）、変数（Ｖｉ，Ｉｉ）を、それぞれ、第１および第２の電気信号線上の（電圧、電流）と看做せば、式（４）、式（５）は、通常の伝送線路（分布定数線路）に関するいわゆる電信方程式と形式上同一となる。
【００３２】
したがって、式（４）、式（５）が表す電気回路を表現すると、図１のような回路構成とすることができる。つまり、図１は、本発明に係る光伝送シミュレーション方法に用いる電気回路の基本構成の一例を示す構成図である。
【００３３】
図１において、第１の端子１と第２の端子２とを結ぶ信号線が第１の主信号線であり、第３の端子３と第４の端子４とを結ぶ信号線が第２の主信号線である。
【００３４】
また、第１の端子１と第２の端子２とを結ぶ第１の主信号線上に接続された符号５は、第３の端子３に流れる電流の値に応じてあらかじめ定めた所定の電圧を出力する第１の電圧源であり、第３の端子３と第４の端子４とを結ぶ第２の主信号線上に接続された符号６は、第１の端子１に流れる電流の値に応じてあらかじめ定めた所定の電圧を出力する第２の電圧源である。
【００３５】
また、第２の端子２と接地との間に接続された符号７は、あらかじめ定めた所定の容量値を有する第１の電気容量であり、第４の端子４と接地との間に接続された符号８は、あらかじめ定めた所定の容量値を有する第２の電気容量である。
【００３６】
また、第２の端子２と接地との間に接続された符号９は、あらかじめ定めた所定の抵抗値を有する第１の電気抵抗であり、第４の端子４と接地との間に接続された符号１０は、あらかじめ定めた所定の抵抗値を有する第２の電気抵抗である。
【００３７】
また、第２の端子２と接地との間に接続された符号１１は、第２の端子２の電圧および第４の端子４の電圧の値に応じてあらかじめ定めた所定の電流を出力する第１の電流源であり、第４の端子４と接地との間に接続された符号１２は、第２の端子２の電圧および第４の端子４の電圧の値に応じてあらかじめ定めた所定の電流を出力する第２の電流源である。
【００３８】
図１に示す電気回路の構成は、微小区間ｄｘにおける式（２）の構造を、式（４）、式（５）の形式に変換することによって、等価的に電気回路として表現したものである。図１に示す微小区間ｄｘにおける電気回路を、単位として、該電気回路を複数個用い、各電気回路の第１および第２の主信号線がそれぞれ直列になるように、複数段縦続接続し、かつ、直列に接続された第１の主信号線上の各ノードの初期電圧値として、光ファイバーに入力される光信号の複素振幅の実部の値を与え、また、直列に接続された第２の主信号線上の各ノードの初期電圧値として、光ファイバーに入力される光信号の複素振幅の虚部の値を与える。
【００３９】
さらに、これら各ノードの初期電圧値に基づき、電気回路シミュレータ上で時間に関する過渡解析を実行することにより、光ファイバーに入力された光信号の波形が伝送距離に応じてどのように変化して行くかをシミュレーションすることができる。
【００４０】
つまり、図１に示すような電気回路をコンピュータに実装された電気回路シミュレータ上で構成する第１の工程と、該電気回路を単位として、当該電気回路シミュレータ上で、複数の該電気回路の第１の主信号線および第２の主信号線がそれぞれ直列に接続されるように、複数の該電気回路を縦続接続させる第２の工程とを有し、さらに、直列に接続された第１の主信号線上および第２の主信号線上の初期ノード電圧値を、光ファイバーに入力される光信号電場の複素振幅の実部および虚部の値としてそれぞれ与える第３の工程と、与えられた前記初期ノード電圧値に基づき、当該電気回路シミュレータ上で時間に関する過渡解析を行う第４の工程とを有することにより、当該電気回路シミュレータを用いて光伝送の伝送特性をシミュレーションすることができる。
【００４１】
なお、ここで注意すべき点は、前述したように、変数ｘは、図１の電気回路を導出する過程では空間変数と看做しているが、実際には時間変数であり、また、変数τは、図１の電気回路を導出する過程では時間変数と看做しているが、実際には空間変数である。よって、前述した、電気回路シミュレータ上での時間に関する過渡解析は、実際には、光ファイバー内での光信号の伝送距離の伸長に対応することになる。
【００４２】
図１に示した電気回路は、本発明に係る光伝送シミュレーション方法の中核となる回路構成についての最上位概念に当たるものであり、以下では、より具体的な回路構成例についてさらに説明することにする。
【００４３】
(具体的な電気回路の実施例)
図２は、図１に示した基本構成の電気回路のより具体的な回路構成の一例を示す回路図であり、図１の電気回路を通常の電気回路シミュレータ上で実装可能とするものの一例を示している。
【００４４】
図２に示す電気回路１４において、図１と同じ機能を有する構成要素については、図１と同一の符号を付して表している。図２中、ＣＣＶＳ、ＶＣＣＳ、ＶＣＶＳは、それぞれ、電流制御電圧源（Current-Controlled  Voltage  Source）、電圧制御電流源（Voltage-Controlled  Current  Source）、電圧制御電圧源（Voltage-Controlled  Voltage  Source）を表し、それぞれの利得は図２中に記載した通りである。なお、これらＣＣＶＳ、ＶＣＣＳ、ＶＣＶＳの利得の値は、正であっても負であっても差し支えない。
【００４５】
図２中、第１の主信号線上に出力端が接続され、第２の主信号線上に入力端が接続される第１の電流制御電圧源５１は、図１の第１の電圧源５に対応するものであり、第２の主信号線上に出力端が接続され、第１の主信号線上に入力端が接続される第２の電流制御電圧源６１は、図１の第２の電圧源６に対応するものである。また、第２の端子２と接地との間に出力端が接続される２入力１出力の第１の電圧制御電流源１１１は、第４の端子４に入力端が接続された２入力１出力の第１の電圧制御電圧源２０と第２の端子２に入力端が接続された２入力１出力の第２の電圧制御電圧源２１と組み合わせて、図１の第１の電流源１１と同等の機能を実現し、第４の端子４と接地との間に出力端が接続される２入力１出力の第２の電圧制御電流源１２１は、第４の端子４に入力端が接続された２入力１出力の第１の電圧制御電圧源２０と第２の端子２に入力端が接続された２入力１出力の第２の電圧制御電圧源２１と組み合わせて、図１の第２の電流源１２と同等の機能を果たす。
【００４６】
つまり、第１、第２の電圧制御電流源１１１、１２１および第１、第２の電圧制御電圧源２０、２１は、それぞれ、２入力１出力の（すなわち、２つの入力電圧信号の積の値に応じて１つの電流信号または電圧信号を出力する）コンポーネントとなっているが、これらは、通常の電気回路シミュレータにおいて利用可能なコンポーネントである。
【００４７】
ここで、第１の電圧制御電流源１１１は、２つの入力端にそれぞれ接続された、第１の電圧制御電圧源２０の出力電圧と第２の電圧制御電圧源２１の出力電圧とを加算する回路の出力端と、第４の端子４との双方の電圧の値の積に応じてあらかじめ定めた所定の出力電流を出力端から出力する電流源であり、第２の電圧制御電流源１２１は、２つの入力端にそれぞれ接続された、第１の電圧制御電圧源２０の出力電圧と第２の電圧制御電圧源２１の出力電圧とを加算する回路の出力端と、第２の端子２との双方の電圧の値の積に応じてあらかじめ定めた所定の出力電流を出力端から出力する電流源である。
【００４８】
一方、第１の電圧制御電圧源２０は、２つの入力端の双方に接続された第４の端子４の電圧の値の二乗の値に応じてあらかじめ定めた所定の出力電圧を出力端から出力する電圧源であり、第２の電圧制御電圧源２１は、２つの入力端の双方に接続された第２の端子２の電圧の値の二乗の値に応じてあらかじめ定めた所定の出力電圧を出力端から出力する電圧源である。
【００４９】
また、第１の電圧制御電圧源２０の出力電圧と第２の電圧制御電圧源２１の出力電圧とを加算するための回路を構成するコンポーネントである図２の電気抵抗１３は、その抵抗値が零でなければ、どのような抵抗値を持つものであっても良い。
【００５０】
なお、図２に示す電気回路１４の回路構成は、図１の電気回路をより具体化した例の一つに過ぎず、他の回路構成も可能である。例えば、図２の電気回路１４において、電圧制御電圧源２０、２１の利得が“１”、電圧制御電流源１１１、１２１の利得が“γｄｘ”となっているが、電圧制御電圧源２０、２１の利得を“γｄｘ”、電圧制御電流源１１１、１２１の利得を“１”としても良く、図１の電気回路をより具体化する回路構成は、図２の構成以外にも様々なものが考えられる。
【００５１】
以下、図２に示す電気回路を用いて、光ファイバー中の光伝送が実際に計算可能であることを回路シミュレーション結果に基づいて説明する。
【００５２】
図３は、本発明に係る光伝送シミュレーション方法に用いる電気回路の具体的ブロック構成を示すブロック図であり、図２に示す電気回路１４を単位回路として、該単位回路すなわち図２の電気回路１４を１万個縦続接続させた場合を例示しており、該単位回路すなわち図２の電気回路１４のパラメータであるｄｘは、０．１［ｐｓｅｃ］に設定している。したがって、図３に示す電気回路が表す時間領域としては、０．１［ｐｓｅｃ］×１０，０００＝１［ｎｓｅｃ］となる。
【００５３】
まず、簡単な回路シミュレーション例として、非線形係数γが零の場合の光パルスの伝送を対象にして、初期入力信号として図４の実線に示すようなガウス型の入力波形を有する光パルスが光ファイバーに入力された場合を考える。図４は、光ファイバー中の非線形効果が無い場合すなわち非線形係数γが零の場合の、本発明に係る光伝送シミュレーション方法によって得られた光伝送特性に関するシミュレーション結果を示す説明図である。
【００５４】
図４において、実線は、光ファイバーへの入力光パルスの初期入力波形（ガウス型パルス波形）を示し、破線および点線は、後述するように、いずれも、光ファイバー内を１０ｋｍ伝送後の光パルスの波形を変化の様子を示しており、破線が光ファイバーの吸収係数αが零で吸収がない場合を、また、点線が光ファイバーの吸収係数αが零ではなく吸収がある場合を示している。
【００５５】
ここで、図４の実線で示すガウス型初期入力波形は、次の式（６）によって表現することができる。
【００５６】
【数６】
2010157952.tif 000008
初期入力光信号電場の複素振幅としては、その虚部は零であるので、図３のように縦続接続させた各単位回路すなわち各電気回路１４における第２の主信号線上の各ノードの初期電圧値（Ｖｉ）はすべて零とし、一方、第１の主信号線上の各ノードの初期電圧値（Ｖｒ）を、式（６）にしたがって、分布させ、電気回路シミュレータ上で時間に関する過渡解析を行う。
【００５７】
なお、前述したように、電気回路シミュレータ上での時間に関する過渡解祈は、実際には、光ファイバー内での光信号の伝送距離の伸長に対応し、図３の場合のシミュレーション例においては、過渡解析における１［ｓｅｃ］を伝送距離１［ｋｍ］に対応させている。また、光ファイバーの分散係数β２を−２３［ｐｓｅｃ２／ｋｍ］としている。
【００５８】
図４に示す破線および点線は、前述したように、吸収係数αを、それぞれ、α＝０［１／ｋｍ］（吸収無し）、α＝｛ｌｎ（１０）／１０｝×αｄＢ＝０．２３×０．２［１／ｋｍ］（吸収あり）として、１０ｋｍ伝送させた後の光信号のパルス波形｜Ａ｜２を示したものであり、｜Ａ｜２は、図３に示す電気回路上のノード電圧値を用いて（Ｖｒ２＋Ｖｉ２）として算出している。
【００５９】
図４の破線および点線からも明らかなように、非線形係数γが零の場合は、入力された光パルス（ガウス型パルス波形）が光ファイバーの分散の影響により広がっている様子が判る。また、光ファイバーの吸収係数が零の場合（図４の破線）と有限の値（αｄＢ＝０．２［ｄＢ／ｋｍ］）を有する場合（図４の点線）とを比較すると、振幅に２ｄＢの差があり、電気回路シミュレータ上において、吸収係数αの影響が正しく計算されていることが判る。
【００６０】
なお、図３に示す電気回路の長さは、前述したように、１［ｎｓｅｃ］に設定している場合を示したが、その値は、時間に関する過渡解析すなわち光信号の伝送距離の伸長に応じて、パルス信号の端が、図３の当該電気回路の終端に到達しない長さであれば、如何なる値であっても良く、その場合は、図３の電気回路の終端は、同図に示したように、直接接地させる必要はなく、電気回路シミュレータが動作する条件となっていれば、どのような終端条件であっても良い。
【００６１】
次の回路シミュレーション例として、非線形係数γが有限の値を有する場合の光パルスの伝送を対象にして、初期入力信号として図５の実線に示すようなガウス型の入力波形を有する光パルスが光ファイバーに入力された場合を考える。ここで、図５は、光ファイバー中の非線形効果γが有る場合の、本発明に係る光伝送シミュレーション方法によって得られた光伝送特性に関するシミュレーション結果を示す説明図である。
【００６２】
図５において、実線は、光ファイバーへの入力光パルスの初期入力波形（ガウス型パルス波形）を示し、破線および点線は、後述するように、いずれも、光ファイバー内を５ｋｍ伝送後の光パルスの波形を変化の様子を示しており、破線が光ファイバー中の非線形係数γが有限の値で非線形効果がある場合を、また、点線が光ファイバー中の非線形効果が無い場合すなわち非線形係数γが零の場合を示している。
【００６３】
つまり、図５は、図４の場合と同様、過渡解析における１［ｓｅｃ］は伝送距離１［ｋｍ］に対応させ、また、光ファイバーの分散係数β２を−２３［ｐｓｅｃ２／ｋｍ］、吸収係数αｄＢを０．２［ｄＢ／ｋｍ］とし、図４の場合と同じガウス型光パルス（ただし、入力パワーＰｉｎが５００［ｍＷ］）が入力されたときの５ｋｍ伝送後の回路シミュレーション結果を、非線形係数γが有限の値（γ＝２［１／ｋｍ／Ｗ］）を有する場合（図５の破線）と、非線形係数γが零の場合（図５の点線）とについて示している。
【００６４】
図５の破線および点線からも明らかなように、点線で示す非線形係数γが零の場合と比較すると、破線で示す非線形係数γが有限の値を有する場合つまり非線形効果が存在する場合には、非線形効果が分散の効果に勝って、パルス圧縮が起きており、電気回路シミュレータ上で、非線形効果の影響が正しく計算されていることが判る。
【００６５】
図４および５に示した回路シミュレーション結果は、入力される光信号が単一パルス波形の場合について示したものであるが、図３に示す電気回路の長さを必要十分に長くとれば、単一パルスのみならず、例えば、擬似ランダムビット列信号に対するシミュレーションについても、本発明に係る前述のような光伝送シミュレーション方法を用いて実行可能であることは言うまでもない。
【００６６】
以上、実施例として詳細に説明したように、本発明による光伝送シミュレーション方法によれば、シングルモード光ファイバー中の光信号に伴う複素電場の挙動を記述するための（広義の）非線形シュレディンガー方程式を、電気回路シミュレータ上の等価回路（電気回路）として記述し、該等価回路（電気回路）が有する２本の主信号線上のノード電圧値として、それぞれ、光ファイバー中の光信号電場についての複素振幅の実部および虚部を直接扱うように構成しているため、光ファイバー中の光伝送特性を、通常の電気回路シミュレータ上で、等価回路（電気回路）上の電圧・電流信号として直接計算したりあるいはシミュレーションしたりすることが可能となる。
【００６７】
したがって、光ファイバー通信用ＩＣの設計者は、光伝送特性を把握するために特別なプログラムを作成したり、あるいは、光伝送専用のシミュレータを別途用いたりすることもなく、ＩＣの特性および光ファイバーの光伝送特性を、単一の電気回路シミュレータ上で、一元的に、解析・計算することができ、光通信システムの設計効率を向上させることができる。
【００６８】
さらに、光ファイバー中の光の伝送特性を計算したりあるいはシミュレーションしたりするための特別な計算プログラムや高価な専用シミュレータを用意する必要がないので、設計作業の煩雑化を防止し、簡素化が図れるのみならず、設計コストの低減を図ることも可能となる。
【符号の説明】
【００６９】
１…第１の端子、２…第２の端子、３…第３の端子、４…第４の端子、５…第１の電圧源、６…第２の電圧源、７…第１の電気容量、８…第２の電気容量、９…第１の電気抵抗、１０…第２の電気抵抗、１１…第１の電流源、１２…第２の電流源、１３…電気抵抗、１４…電気回路、２０…第１の電圧制御電圧源、２１…第２の電圧制御電圧源、５１…第１の電流制御電圧源、６１…第２の電流制御電圧源、１１１…第１の電圧制御電流源、１２１…第２の電圧制御電流源、ＣＣＶＳ…電流制御電圧源、ＶＣＣＳ…電圧制御電流源、ＶＣＶＳ…電圧制御電圧源。
【図１】
2010157952.tif 000009
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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