(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソリトン又はソリトン類似の光パルスの通信システム用の分散管理システムであって、
正常な分散をもつ複数のファイバ区分および正常な分散と反対の符号をもつ異常な分散の複数のファイバ区分が交互に連結され、
分散補償長が分散管理システムの全長と比較して短く、分散補償長が２つの連続するファイバ区分の結合された長さに相当し、
分散管理システム全長に渡る経路平均分散が異常であり、
正常および異常分散の複数のファイバ区分の中の１つが離散的な分散補償器手段を含んでいる分散管理システム。
【請求項２】
ファイバ区分の全てが、実質的に等しい分散の大きさをもつ、請求項１記載の分散管理システム。
【請求項３】
ソリトン又はソリトン類似の光パルスの伝送用光通信システムであって、
連続して接続された複数の光ファイバ区分を含み、該光ファイバ区分は交互に反対符号の分散を持ち、該光通信システムの全長に渡る経路平均分散は異常であり、２つの連続した光ファイバ区分の結合された長さは該光通信システムの全長に比較して短く、かつ該光パルスが光ファイバ区分内の少なくとも１点において実質的にガウス形状である伝送用光通信システム。
【請求項４】
該光ファイバ区分の分散が光通信システムの全長に渡る該経路平均分散とは実質的に異なる、請求項３記載の光パルスの伝送用光通信システム。
【請求項５】
該光ファイバ区分がそれぞれ実質的に等しい長さを有する、請求項３記載の光パルスの伝送用光通信システム。
【請求項６】
該光ファイバ区分がそれぞれ実質的に等しい大きさの分散を有する、請求項３記載の光パルスの伝送用光通信システム。
【請求項７】
該伝送用光通信システムが少なくとも１つの離散的な分散補償器を含む、請求項３記載の光パルスの伝送用光通信システム。
【請求項８】
光パルスの中からの少なくとも１つのパルスがガウス形状である光パルスの時間・帯域幅積より大きい時間・帯域幅積を持つ、請求項１記載の分散管理システム。
【発明の詳細な説明】
この発明は光通信、とくにソリトンもしくはソリトン類似のパルスにより情報が伝送される光通信システムに関する。
実験室で得られた結果として最近報告されているのは、分散がファイバに沿って均一異常ではないシステムでのソリトンの伝送があり、反対（正常）符号の分散をもつファイバによる周期的補償に代っている。このやり方では、伝送が循還ループ内の９０００ｋｍおよび直線での８１００ｋｍにわたって２０Ｇｂ／ｓでの実験が行なわれている。こういった数値は、スライドするフィルタや同期変調器といったソリトン制御技術を用いずに以前に行なわれたものを実質的に上まわるものである。ソリトンシステム内で分散管理を採用することから得られることになる著しい利点があることははっきりしているが、今日までこの改良の背後にある機構についての概念的説明はほとんどされていない。
分散を正しく選ぶことは増幅された長距離（ロングホール）光通信システムの設計にあたっては重要な問題である。ソリトンのフォーマット形成されたデータの場合には、タイミングジッタ問題を最小にしたいという願望（低分散を意味している）と、検出を成功させるためにビット当りの適当なエネルギーを維持するという必要性との間の妥協により要件が示される。均一ファイバ内でソリトンを形成するために必要とされるエネルギーは分散に比例するので、後者の拘束条件は許される分散に対して低い方の制限を設ける。分散管理はＮＲＺ（ノン・リターン・トウ・ゼロ）フォーマットのデータの範疇（コンテクスト）での技術であり、ここでは反対符号の分散をもつファイバが一緒に結びつけられている。これが大きな局部的な分散を与えられた点のいずれでも生じさせ、しかもそれでいて小さな経路平均分散を生じさせている。我々は、ソリトンもしくはソリトン類似の伝送用の適当な分散管理機構を採用することにより、等しい経路平均分散をもつ等価な均一ファイバと比較してソリトンのエネルギーを実質的に増大させることが可能であることを発見した。
この発明によると、ソリトンもしくはソリトン類似の伝送用の分散管理システムが提供されており、そこでは分散補償位相の継続時間がシステムの他部における伝搬間隔と比較して短かくなるようにしている。
このシステムは１つのファイバの分散マップがその相補的ファイバのものよりも実質的に零に近いような構成を除外するのが好ましい。
この発明は以下にあげる添付の図面を参照してとくに記述して行く。
図１は、分散補償マップである。
図２は、分散管理されたシステム内の各ユニットセルの始まりにおけるパルスプロフィルを示す。分散マップは分散が−３ｐｓ2／ｋｍと＋２．８ｐｓ2／ｋｍとである交番する１００ｋｍファイバで構成されている。
図３は、分散補償サイクルの１周期についての展開を示す。
図４は、分散管理されたシステムにおいて２０ｐｓＦＷＨＭソリトンを発射するのに必要とされるエネルギーを示す。このシステムは経路平均分散が−０．１ｐｓ2／ｋｍであるように選んだ交番する１００ｋｍ長ファイバを備えている。
図５は、この発明の１つの特徴による分散管理システムの概要図である。
我々の仕事は、図１に示した分散のマップを用いる非線形シュレジンガ方程式（ＮＬＳ）の数値積分を基礎としている。典型的なシステムは図５に示してあり、送信機Ｔと受信機Ｒとが長さＬのファイバで線状に結ばれている。このファイバは要素ｌに分割されており、要素ｌは通常の分散をもつファイバＮと異常分散をもつファイバＡとの別々な部分で成る。特殊な実施態様では、これらは等しい長さのものであり、ユニットセルはファイバの１つの中点で始まりかつ終るものと定義されている。提示した特殊な実施態様では各ファイバは１００ｋｍの長さであり、経路平均分散は−０．１ｐｓ2／ｋｍである。非線形係数は２．６５ｒａｄ／Ｗ／ｋｍにとられている。問題を簡単にするために損失と局次の分散とは全体を通して無視することとした。
我々が確認したことは、この分散マップに対して準安定なソリトンもしくは単独な波動解が存在することである。図２と３は観測した性状を示しており、条件は、分散値が−３．０ｐｓ2／ｋｍと＋２．８ｐｓ2／ｋｍとの間で交番し、かつ２０ｐｓＦＷＨＭガウスパルスでそのピークパワーが６５０μＷのものをファイバ内に発射している場合である。図２は各ユニットセルの始まりにおける強度プロフィルを示す。これらの点におけるパルスプロフィルは分散マップの継続するサイクルにわたって不変に保たれている。図３には１つのユニットセル内の展開が示されており、分散の符号が切り換るにつれてパルスは交番に圧縮され、また分散されている。パワースペクトラムはユニットセル内部では本質的に不変に留まっている。
３つの拘束条件が存在し、周期的な分散マップに対する安定な解を得るためにはこれらが満足されなければならない。第１に、経路平均分散が異常であるべきことで、これはカー（Ｋｅｒｒ）効果で導入されるスペクトルの広がりが補償できるようにするためである。第２に、分散補償サイクルの周期がシステムの非線形長に比して短いことである。１０００ｋｍファイバに対しては、分散補償長は１００ｋｍもしくはそれより小さいのが好ましい。最後に、ファイバの１つが他よりも零分散に近くなるような分散マップは回避しなければならないことであり、そうでないとエネルギーが急速にパルスから出て分散波内に結合してしまうからである。
ソリトン通信についての分散管理機構によりもたらされる利点は、等しい経路平均分散をもつ等価均一システムにおけるよりも多いエネルギーが安定なパルスを発射するために必要とされる事実に由来する。これが図４に示されていて、ここでは安定の解のもつパルスエネルギーを２つの個別ファイバの分散値間の差の関数として示してある。２つのファイバ間に大きな差があることは安定なパルスを形成するために必要とされるエネルギーの増をもたらす。我々はユニットセルの周期を（分散値が所与値をもつ対について）長くすることは必要なエネルギーを増すことも発見している。この増大されるエネルギー要件の背後にある機構は図３でユニットセル内部の強度プロフィルから理解することができる。分散性の広がりと圧縮のサイクルが原因で、パルスのピークパワーは初期の発射パワーよりも一般に小さい。したがって、自己位相変調（ＳＰＭ）のレートは等価の均一ファイバに比較すると減っており、したがってもっと多くのエネルギーが経路平均分散と平衡をとるために必要とされる。周波数領域では、このプロセスは４波混合の効率の低下として解釈され、ＳＰＭはこの特殊の場合となっている。
別なとても新しいこれらの単独波動の特徴は、そのパルス形状が正規の光ファイバソリトンがもつ双曲線セカントではないことである。我々が示した例示パルスプロフィルは正確にガウス形の性状をもっているが、これは特定の分散マップについての特殊な場合にすぎない。分散変動が増して行くと、均一ファイバ双曲線セカントソリトン（時間と帯域幅の積が０．３２）からガウス形状（０．４４）への遷移があり、そこでパルス形状はもっと大きな時間・帯域幅積をもつものとなる。興味のある関連事項がモードロックしたファイバレーザの“ストレッチトパルス（引延したパルス）”設計についてこの点で行なえるようにできる。これには２つの反対符号の分散をもつ空洞が関係することになり、またガウス形状のパルスが作られる。
ソリトンもしくはソリトン類似の伝送を零経路平均分散をもつ構成を採用する分散補償されたファイバでする場合には、ひずんでいないパルス伝搬がこの状態で得られており、その原因は循還ループ内に光フィルタが存在することとされている。安定なパルスがそのときにはフィルタ作用に対して平衡しているＳＰＭから生じていて、経路平均分散に対するＳＰＭからではない。
分散管理の技術はソリトン通信システムの実現に重大なインパクトをもたらす潜在的可能性を備えている。主たる性能上の利点をもたらし、しかも受動部品だけを必要とするというきわだった利点を備えている。好ましい実施例では、２つの異なるファイバの等しい長さのものを使用したけれども、代りの実施態様として大きな分散性材料から組立てられたデスクリート（離散的）な分散補償器を用いてもよい。分散管理の採用はソリトンとＮＲＺフォーマットとの伝送で使用される技術間の収束を表わしている。
【図１】
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【図４】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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