(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パルスをファイバー伝送した時の４次分散を補償する光ファイバーの分散補償方法において、
光パルスを時間軸上で拡張してパルス幅が拡張されると同時にスペクトル成分が分散された拡張光パルスを生成し、
拡張光パルスに光パルス波形の中心が原点となる余弦関数の位相変調を加え、
位相変調を加えられた拡張光パルスを時間軸上で圧縮し、
ファイバー伝送路全体で余弦関数の位相変調が持つ２次分散を相殺することを特徴とする光ファイバー分散補償方法。
【請求項２】
前記位相変調において、余弦関数がファイバー伝送路の４次分散を補償するように与えられることを特徴とする請求項１の光ファイバー分散補償方法。
【請求項３】
前記ファイバー伝送路が、任意の大きさと符号の２次分散、３次分散、４次分散を持ち任意の長さを有する任意の数のファイバーセグメントから成ることを特徴とする請求項１の光ファイバー分散補償方法。
【請求項４】
前記ファイバー伝送路が、任意の大きさと符号の２次分散、３次分散、４次分散を持ち任意の長さを有する任意の数のファイバーセグメントから成り、かつ前記ファイバー伝送路全体での３次分散がゼロであることを特徴とする請求項１の光ファイバー分散補償方法。
【請求項５】
前記ファイバー伝送路が、任意の大きさと符号の２次分散、３次分散、４次分散を持ち任意の長さを有する任意の数のファイバーセグメントから成り、かつ前記ファイバー伝送路全体での２次分散と４次分散が逆符号であることを特徴とする請求項１の光ファイバー分散補償方法。
【請求項６】
前記余弦関数の位相変調が、余弦電気信号により駆動された光位相変調器により行われることを特徴とする請求項１の光ファイバー分散補償方法。
【請求項７】
前記ファイバー伝送路が、２次分散が互いに逆符号の第１のファイバー伝送路と第２のファイバー伝送路とから成り、第１のファイバー伝送路と第２のファイバー伝送路の間で光パルスに余弦関数の位相変調を加えることを特徴とする請求項１の光ファイバー分散補償方法。
【請求項８】
前記光パルスを時間軸上で拡張した時に、各スペクトル成分が時間軸上で直線的に分散されていることを特徴とする請求項１の光ファイバー分散補償方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光パルスをファイバー伝送した時に波形歪みをもたらす４次分散を補償するための分散補償方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光パルスをファイバー伝送すると、ファイバーのもつ分散により波形が歪む。この分散は光波の伝搬定数を光周波数に関してテイラー展開することにより得られ、１次分散、２次分散、３次分散および４次分散から成る。
【０００３】
１次分散は光パルスの時間遅延を決める値であり、波形に歪みを与えることはない。
【０００４】
２次分散は群速度分散ともいわれ伝送中の光パルスの広がりを決める値である。従って、２次分散は光パルスの波形の歪みをもたらす。この２次分散を補償するために、光通信波長の１．５５ミクロン帯で分散がゼロになる分散シフトファイバーが開発され実用に供されている。
【０００５】
しかし、伝送速度が上がりパルス幅が短くなると光パルスのスペクトル幅が拡がるために２次分散の波長依存性による３次分散が効いてくる。２次分散と３次分散を同時にゼロにするファイバーは無いため、例えば１９９８年に刊行されたエレクトロン・レター（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．  Ｌｅｔｔ．）、第３４巻、第９０７−９０８頁に示されているように、３種類の異なるファイバーを組み合わせる方法が用いられている。
【０００６】
即ち、標準ファイバーに、標準ファイバーと逆符号の２次分散と３次分散を持つ分散補償ファイバーと３次分散を微調整するための分散シフトファイバーを組み合わせる方法である。この方法を用いて伝送速度１００Ｇｂ／ｓ程度のファイバー伝送実験が行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、伝送速度が１００Ｇｂ／ｓを超えるファイバー伝送においては、２次分散と３次分散が補償されても、３次分散の波長依存性による４次分散の効果が効き、それにより波形が歪む。標準ファイバー、分散補償ファイバー、分散シフトファイバーいずれのファイバーにおいても４次分散の値は同符号であるため、ファイバーの組合せで４次分散をゼロにすることはできない。そのために、ファイバーの組合せに代わる新規な４次分散の補償方法が望まれていた。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、光パルスをファイバー伝送した時に波形歪みをもたらす４次分散を補償することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では、光パルスをファイバー伝送した時の４次分散を補償する光ファイバーの分散補償方法において、光パルスを時間軸上で拡張してパルス幅が拡張されると同時にスペクトル成分が分散された拡張光パルスを生成し、拡張光パルスに光パルス波形の中心が原点となる余弦関数の位相変調を加え、位相変調を加えられた拡張光パルスを時間軸上で圧縮し、ファイバー伝送路全体で余弦関数の位相変調が持つ２次分散を相殺するようにする。
【００１０】
前記位相変調においては、余弦関数がファイバー伝送路の４次分散を補償するように与えられる。
【００１１】
また、前記ファイバー伝送路が、任意の大きさと符号の２次分散、３次分散、４次分散を持ち任意の長さを有する任意の数のファイバーセグメントから成る。
【００１２】
また、前記ファイバー伝送路が、任意の大きさと符号の２次分散、３次分散、４次分散を持ち任意の長さを有する任意の数のファイバーセグメントから成り、かつファイバー伝送路全体での３次分散がゼロであるようにする。
【００１３】
また、前記ファイバー伝送路が、任意の大きさと符号の２次分散、３次分散、４次分散を持ち任意の長さを有する任意の数のファイバーセグメントから成り、かつファイバー伝送路全体での２次分散と４次分散が逆符号になるようにする。
【００１４】
ここで、前記余弦関数の位相変調は、余弦電気信号により駆動された光位相変調器により行われるのが好ましい。
【００１５】
そして、前記ファイバー伝送路が、２次分散が互いに逆符号の第１のファイバー伝送路と第２のファイバー伝送路とから成り、第１のファイバー伝送路と第２のファイバー伝送路の間で光パルスに余弦関数の位相変調を加えるようにする。
【００１６】
さらに、前記光パルスを時間軸上で拡張した時に、各スペクトル成分が時間軸上で直線的に分散されている。
【００１７】
【作用】
本発明は、４次分散を補償するために、光パルスを時間軸上で拡張すると同時に光パルスのスペクトル成分を時間軸上で分散させ、この拡張された光パルスに、光パルス波形の中心が原点となる余弦関数の位相変調を加え、さらにファイバー伝送路全体で余弦関数の位相変調がもつ２次分散を相殺するという構想に立脚する。
【００１８】
より具体的には、光パルスを時間軸上で拡張してパルス幅が拡張されると同時にスペクトル成分が分散された拡張光パルスを生成し、この拡張光パルスに光パルス波形の中心が原点となる余弦関数の位相変調を加えることにより補償すべき４次分散と逆符号の４次分散を与え、この位相変調を加えられた拡張光パルスを時間軸上で圧縮し、さらにファイバー伝送路全体で余弦関数の位相変調がもつ２次分散を相殺することにより、４次分散を補償することができる。
【００１９】
位相変調に用いられる前記余弦関数の振幅・周波数は、補償すべき光伝送路の４次分散、伝送する光パルスのスペクトル幅、拡張光パルスのパルス幅等に応じて適宜選択することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の４次分散の補償方法を適用した光パルス伝送装置を概略的に示す。
【００２２】
本発明に係わる光パルス伝送装置は、光パルスを発生するための、例えばモード同期半導体レーザのような光パルス源１、光パルス源１からの光パルスを伝送するための伝送ファイバー２及び４、伝送ファイバー２及び４の間に挿入される光位相変調器３を含む。
【００２３】
本発明に係わる光パルス伝送装置は、光パルスの波長、波形、パルス幅に関して限定されることはなく、所望の波長のパルス波形・幅をもつ光パルスの伝送に用いることができるが、以下では、光パルス源１から１．５５μｍの波長の光が、トランスフォームリミットのすなわちチャープがゼロの光パルスをファイバー伝送する例に沿って説明する。
【００２４】
伝送路は、図示の例では、伝送ファイバー２及び伝送ファイバー４から成る。各伝送ファイバー２及び４はそれぞれ固有のファイバー長、２次分散係数、４次分散係数を有する。３次分散は、例えば、異なる種類のファイバーの組合せにより補償されゼロであるとする。
【００２５】
伝送ファイバー２は、２次分散係数−β２とファイバー長Ｌの積で表される光パルス拡張のための２次分散−β２Ｌを光パルスに与える。これにより光パルスは時間軸上で拡張され、パルス幅が拡がると同時に各スペクトル成分が時間軸上で分散される。
【００２６】
伝送ファイバー２及び４による４次分散を補償するために光位相変調器３が挿入されている。光位相変調器３は入力する拡張光パルスに光パルス波形の中心が原点となる余弦関数の位相変調を加える。
【００２７】
拡張光パルスは伝送ファイバー２と逆符号の光パルス圧縮のための２次分散β２Ｌをもつ伝送ファイバー４により圧縮される。伝送ファイバー４の２次分散−β２ｒＬは光位相変調器３自体が持つ２次分散を相殺するためのものである。
【００２８】
本発明によれば、４次分散を補償するための最適な位相変調の余弦関数と、光位相変調器３自体が持つ２次分散を相殺するためにファイバー４で与える２次分散は次のようにして得られる。
【００２９】
即ち、伝送ファイバー２および４から成る光伝送路を伝送後の２次分散及び４次分散による位相シフトφは、光パルスの中心周波数ｆ０に関して展開し、数式１のように表される。
【００３０】
【数１】
0003542935.tif 000002
ここで、β４は４次分散係数である。また、伝送ファイバー２により時間軸上で拡張された拡張光パルスの光周波数の時間変化は数式２のように表される。
【００３１】
【数２】
0003542935.tif 000003
ここでＦＢＷおよびＴＳはそれぞれ入力光パルスの周波数帯域幅とパルス幅である。数式２のように時間軸上で各スペクトル成分が直線的に分散された拡張光パルスに対し余弦関数の位相変調を加えることによって４次分散を補償することができる。
【００３２】
光位相変調器で加える位相変調の余弦関数は（ｃｏｓ（ｘ）＝１−ｘ２／２＋ｘ４／２４・・・）のように多項式展開できる。この式からわかるように光位相変調器の２次分散と４次分散は逆符号である。従って伝送ファイバー４で与える２次分散は４次分散の逆符号である必要がある。
【００３３】
数式２を数式１に代入することにより位相シフトφの時間関数が得られ、これより位相変調の余弦関数の振幅φｐが計算される。位相変調の余弦関数の繰返し周波数Ｒ（Ｈｚ）は数式３で表される。
【００３４】
【数３】
0003542935.tif 000004
また、この時光位相変調器の２次分散を相殺するために伝送ファイバー４で加える２次分散は数式４で与えられる。
【００３５】
【数４】
0003542935.tif 000005
さらに、より効果的に４次分散を補償するために、数式５で表されるように繰返し周波数Ｒに補正係数０．９４を掛けることが必要である。
【００３６】
【数５】
0003542935.tif 000006
以下、具体的な計算例を示す。
【００３７】
図２はパルス幅２５０ｆｓｅｃの繰返し５ＧＨｚの光パルスを４次分散１．１×１０−３ｐｓ４／ｋｍをもつ全長５０ｋｍのファイバー伝送路を伝送した場合について数式１〜５を用いて計算した結果である。
【００３８】
振幅φｐを３．５πとすると光位相変調器のもつ２次分散量は０．８９８ｐｓ２となるが、これは長さ４４ｍの標準ファイバーの２次分散量に等しい。従って、標準ファイバ−の長さを調整することにより光位相変調器のもつ２次分散を相殺することは容易に可能である。
【００３９】
図ではファイバー伝送路がもつ４次分散、ファイバー伝送路で相殺する２次分散、位相変調器により印加された余弦関数の位相シフト量を示している。
【００４０】
また、数式３から計算される４次分散の補償に必要な拡張光パルスのパルス幅は７５．２ｐｓｅｃであるが、一方、図２からわかるように本発明による分散補償方法では２２０ｐｓｅｃにわたり４次分散をゼロにすることができる。従って、入力した光パルスの広いスペクトル幅全域において４次分散の補償が可能である。
【００４１】
本発明を用いれば２５０ｆｓｅｃの光パルスを５０ｋｍファイバー伝送した時に生じる波形歪みを低減することができる。
【００４２】
図３はその計算結果である。図中の破線は、４次分散の補償を行なわないと、２次分散、３次分散がゼロであってもパルス幅が７３６ｆｓｅｃまで拡がってしまうことを示している。
【００４３】
一方、光位相変調器３を用いて光パルスに位相シフト量φ＝３．５πを加えることにより、図３の実線に示されたように４次分散が補償され、５０ｋｍファイバー伝送後のパルス幅は３４２．３ｆｓｅｃまで改善される。
【００４４】
５０ｋｍ伝送後のパルス幅が伝送前の２５０ｆｓｅｃまで戻らず、若干拡がってしまうのは、補償できる光パルスのスペクトル帯域が制限されているためで、これは光位相変調器３で与える位相シフト量φを大きくすることにより改善できる。
【００４５】
尚、本実施例において使用して各パラメータの値はそれに限定されるものではなく、入力パルス幅、拡張パルス幅、繰返し周波数、ファイバー長に対応して適宜選択することができる。
【００４６】
また、２次分散、３次分散、４次分散を制御するためにいかなるファイバの組合せを用いてもよい。さらに、２次分散、３次分散を制御するための他のいかなる分散補償方法と組み合わせてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、光パルスを時間軸上で拡張すると同時に光パルスのスペクトル成分を時間軸上で分散させ、この拡張された光パルスに、光パルス波形の中心が原点となる余弦関数の位相変調を加え、さらにファイバー伝送路全体で余弦関数の位相変調がもつ２次分散を相殺することにより、４次分散を補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の４次分散の補償方法を適用した光パルス伝送装置の概略図である。
【図２】パルス幅２５０ｆｓｅｃの繰返し５ＧＨｚの光パルスを４次分散（１．１×１０−３ｐｓ４／ｋｍ）を持つ全長５０ｋｍのファイバー伝送路を伝送した場合について、数式１〜５を用いて計算した結果である。
【図３】２５０ｆｓ光パルスの光ファイバー５０ｋｍ伝送後の波形である。
【符号の説明】
１  光パルス源
２  伝送ファイバーＬ
３  光位相変調器
４  伝送ファイバーＬ
【図１】
0003542935.tif 000007
【図２】
0003542935.tif 000008
【図３】
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