JP4027858B2 - Dispersion compensation method and apparatus for ultrashort optical pulse signal - Google Patents
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Description
本発明は、光信号の伝送系において、光ファイバー伝送路で発生する分散を補償する方法及びその装置に係り、特に、分散した光パルスを、光パルスに含まれる各波長の時間的変化を表す2次元スペクトログラムに光のみを用いて展開し、2次元分散補償デバイスにて直接分散補償し、再び超短光パルスに変換し伝送する技術において、分散量が未知の超短光パルスに対しても、全受動的かつ瞬時に分散補償を行うことができる技術に関するものである。 The present invention relates to a method and apparatus for compensating for dispersion generated in an optical fiber transmission line in an optical signal transmission system, and more particularly, to represent a temporal change of each wavelength included in an optical pulse. In a technology that uses only light in a two-dimensional spectrogram, directly compensates for dispersion with a two-dimensional dispersion compensation device, converts it to an ultrashort optical pulse again, and transmits it to an ultrashort optical pulse with unknown dispersion, The present invention relates to a technique that can perform dispersion compensation instantaneously and completely passively.
近年の光ファイバーを用いた情報通信網の発展により、我々の生活において大容量・高速通信が身近なものになってきた。最近では、この大容量・高速通信を利用して、映画のリアルタイム配信も可能になってきた。しかし、ストレスを感じないほど高速なインターネット通信や、映画の配信をはじめとして遠隔教育や遠隔医療といった分野までを含むマルチメディア通信を可能にするためには、さらなる通信容量の増大が必要になる。例えば、2010年頃には、家庭で150Mbps、オフィスで10Gbps、また幹線系ではTbpsからPbpsレベルの超高速バックボーンネットワークが必要になると予想されている。 With the recent development of information communication networks using optical fibers, high-capacity and high-speed communication has become familiar in our lives. Recently, real-time distribution of movies has become possible using this high-capacity, high-speed communication. However, in order to enable high-speed Internet communication that does not feel stress, and multimedia communication including fields such as distance distribution and telemedicine from movie distribution, further increase in communication capacity is required. For example, around 2010, it is expected that an ultrahigh-speed backbone network of 150 Mbps at home, 10 Gbps at the office, and Tbps to Pbps levels in the trunk line system will be required.
通信容量の増大のためには、信号密度の向上と変調速度の向上が必要になる。そこで、信号密度の向上のために、光時分割多重方法(OTDM)や波長分割多重方式(WDM)などの研究が盛んに行われている。また、変調速度向上のために、光−光スイッチを用いた研究が行われている。しかし、これらの技術を単に進歩させるのみで通信容量を増大させるためには、膨大な装置とコストが必要になり、また精密に制御することが非常に困難になる。 In order to increase the communication capacity, it is necessary to improve the signal density and the modulation speed. Therefore, in order to improve the signal density, researches such as optical time division multiplexing (OTDM) and wavelength division multiplexing (WDM) have been actively conducted. In addition, research using an optical-optical switch has been conducted to improve the modulation speed. However, in order to increase the communication capacity simply by advancing these technologies, enormous devices and costs are required, and precise control becomes very difficult.
そこで、通信容量増大のためのブレークスルーとして、OTDMとWDMの性質を併せ持つ超短光パルスを光源とした技術が、下記非特許文献1にて公開されている。超短光パルスは、帯域の広い波長成分の重畳により形成されるため膨大な波長資源を有し、またその時間幅が非常に短いため高密度な時間信号を形成することが可能となる。
Therefore, as a breakthrough for increasing communication capacity, a technique using an ultrashort optical pulse having both OTDM and WDM properties as a light source is disclosed in Non-Patent
しかし、超短光パルスは、帯域の広い波長成分から形成されるため、光ファイバー等の伝送路を伝播することにより「分散」と呼ばれる新たな問題が発生する。これは、光ファイバー中では波長により伝播する速度が異なるため、ある距離を伝播した場合は、波長毎に到着時間が異なってしまうという現象を指す。つまり、分散していない超短光パルスの場合、含まれる波長成分が全て中心となる基準時間で揃っているが、分散した超短光パルスの場合、各波長が基準時間からずれ、ある波長成分は基準時間よりも前に、ある波長成分は基準時間よりも後ろに存在するという状態になる。 However, since an ultrashort optical pulse is formed from a wavelength component having a wide band, a new problem called “dispersion” occurs when propagating through a transmission line such as an optical fiber. This indicates a phenomenon in which the speed of propagation varies depending on the wavelength in the optical fiber, and therefore, when traveling a certain distance, the arrival time differs for each wavelength. In other words, in the case of an ultra-short optical pulse that is not dispersed, all the wavelength components included are aligned at the central reference time, but in the case of an ultra-short optical pulse that is dispersed, each wavelength shifts from the reference time, and a certain wavelength component Is in a state where a certain wavelength component exists after the reference time before the reference time.
これにより、超短光パルスの信号波形が崩れてしまい、長距離伝送が困難になる。また、この分散の影響は、超短光パルスを用いた場合だけでなく、波長多重した信号においても問題となる。この場合、各波長信号間で時間的なずれが生じ、タイミング誤差の原因となる。 As a result, the signal waveform of the ultrashort light pulse is destroyed, and long-distance transmission becomes difficult. Moreover, the influence of this dispersion becomes a problem not only in the case of using an ultrashort optical pulse but also in a wavelength-multiplexed signal. In this case, a time shift occurs between the respective wavelength signals, which causes a timing error.
そこで、超短光パルスの信号波形や波長多重信号の時間ずれを元に戻すために、「分散補償」システムが用いられてきた。その分散補償システムでは、各波長成分の時間的なずれを補正し、超短光パルスのパルス波形を元に戻すための操作が行われる。 Therefore, a “dispersion compensation” system has been used to restore the time lag of the signal waveform of the ultrashort optical pulse and the wavelength multiplexed signal. In the dispersion compensation system, an operation for correcting a time shift of each wavelength component and restoring the pulse waveform of the ultrashort optical pulse is performed.
一般的な分散補償システムでは、回折格子対やプリズム対などの分散素子を用いる。そして、光パルスを波長毎に分解し、波長毎に必要な時間補償を行い、再び光パルス信号に戻すことにより分散補償を行う。 In a general dispersion compensation system, a dispersion element such as a diffraction grating pair or a prism pair is used. Then, the optical pulse is decomposed for each wavelength, necessary time compensation is performed for each wavelength, and dispersion compensation is performed by returning to the optical pulse signal again.
これら従来のシステムにおいては、光パルスが経由した経路が既知であり、その分散量が事前に分かっている場合の光パルス信号や、分散補償量を高速に変化させる必要がない場合に対し分散補償を行うことが可能である。 In these conventional systems, the path through which the optical pulse passes is known, and the dispersion compensation is used when the dispersion amount is known in advance or when there is no need to change the dispersion compensation amount at high speed. Can be done.
なお、超短光パルス信号の変換や信号処理に関する先行技術として以下のよう特許文献1〜4が開示されている。また、光ファイバを通るときに生じる光の色分散を補償する装置として、特許文献5が開示されている。
しかし、上記した従来の技術では、光パルスが経由した経路が未知で、分散量が未知の光パルス信号に対しては、まず、その分散量を測定する必要があり、また光パルス信号の記録や機械的な操作を用いていたため瞬時の分散補償を行うことが不可能であった。 However, in the conventional technique described above, for an optical pulse signal whose path through which an optical pulse passes is unknown and the amount of dispersion is unknown, it is necessary to measure the amount of dispersion first, and to record the optical pulse signal. It was impossible to perform instantaneous dispersion compensation because of mechanical and mechanical operations.
本発明は、上記状況に鑑み、分散量が未知の光パルス信号に対して、機械的・能動的な操作を用いない、処理を全受動化したリアルタイム分散補償を行う方法とその装置を提供することを目的とする。 In view of the above situation, the present invention provides a method and apparatus for performing real-time dispersion compensation in which processing is completely passive without using mechanical and active operations for an optical pulse signal whose amount of dispersion is unknown. For the purpose.
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕超短光パルス信号を、この超短光パルス信号に含まれる各波長の時間的変化を表す2次元空間光スペクトログラムに光のみを用いて展開し、この2次元空間光スペクトログラムを2次元変調デバイスにて直接変調し、再び光パルス信号に変換する超短光パルス信号の分散補償方法であって、信号光と空間的に分離したトリガーパルスを第1のシリンドリカルレンズにより、光−光スイッチとして動作する非線形光学結晶に入射させ、前記信号光をX軸方向に空間分離して切り出し、この切り出された信号光を第2のシリンドリカルレンズによりコリメートした後、分散素子を用いて、Y軸方向に波長毎に分解し、分散した光パルス信号を、能動光学デバイスを用いず、全受動的に、かつ瞬時に補償することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] An ultrashort optical pulse signal is developed using only light in a two-dimensional spatial light spectrogram representing temporal changes of each wavelength included in the ultrashort optical pulse signal, and the two-dimensional spatial optical spectrogram is two-dimensionally displayed. A dispersion compensation method for an ultrashort optical pulse signal that is directly modulated by a modulation device and converted again to an optical pulse signal, wherein a trigger pulse spatially separated from the signal light is converted into an optical-optical switch by a first cylindrical lens. Is incident on a nonlinear optical crystal, and the signal light is spatially separated and cut out in the X-axis direction. The cut-out signal light is collimated by a second cylindrical lens, and then dispersed in a Y-axis direction. The optical pulse signal decomposed and dispersed for each wavelength is compensated completely and instantaneously without using an active optical device.
〔2〕上記〔1〕記載の超短光パルス信号の分散補償方法において、前記超短光パルス信号が分散量が未知の超短光パルス信号であることを特徴とする。 [2] The dispersion compensation method for an ultrashort optical pulse signal according to [1], wherein the ultrashort optical pulse signal is an ultrashort optical pulse signal whose amount of dispersion is unknown.
〔3〕上記〔1〕記載の超短光パルス信号の分散補償方法において、前記超短光パルス信号が波長が多重化した超短光パルス信号であることを特徴とする。 [3] The dispersion compensation method for an ultrashort optical pulse signal according to [1], wherein the ultrashort optical pulse signal is an ultrashort optical pulse signal having a multiplexed wavelength.
〔4〕上記〔1〕記載の超短光パルス信号の分散補償方法において、分散した超短光パルス信号内の任意の時間遅延をもつ波長成分を、決められた空間位置に自動的に展開することを特徴とする。 [4] In the dispersion compensation method for an ultrashort optical pulse signal described in [1] above, a wavelength component having an arbitrary time delay in the dispersed ultrashort optical pulse signal is automatically developed at a predetermined spatial position. It is characterized by that.
〔5〕上記〔1〕記載の超短光パルス信号の分散補償方法において、前記トリガーパルスが離散化したトリプルパルスであることを特徴とする。 [5] The dispersion compensation method for ultrashort optical pulse signals according to [1] above, wherein the trigger pulse is a discrete triple pulse.
〔6〕上記〔1〕記載の超短光パルス信号の分散補償方法において、前記トリガーパルスが連続したパルス列であることを特徴とする。 [6] The dispersion compensation method for ultrashort optical pulse signals according to [1] above, wherein the trigger pulse is a continuous pulse train.
〔7〕超短光パルス信号の分散補償方法において、上記〔4〕にて展開した空間分布を受動光学素子により分散補償可能にすることを特徴とする。 [ 7 ] In the dispersion compensation method for ultrashort optical pulse signals, the spatial distribution developed in the above [4] can be compensated for dispersion by a passive optical element.
〔8〕上記〔7〕記載の超短光パルス信号の分散補償方法において、前記受動光学素子として回折型シリンドリカルレンズ対を用いることを特徴とする。 [ 8 ] The dispersion compensation method for ultrashort optical pulse signals according to [ 7 ] above, wherein a diffractive cylindrical lens pair is used as the passive optical element .
〔9〕上記〔8〕記載の超短光パルス信号の分散補償方法において、前記回折型シリンドリカルレンズ対を、電気的、磁気的、機械的に移動させることにより、分散補償量を可変とすることを特徴とする。 [ 9 ] In the dispersion compensation method for ultrashort optical pulse signals according to [ 8 ] above, the amount of dispersion compensation can be made variable by moving the diffractive cylindrical lens pair electrically, magnetically, and mechanically. It is characterized by.
〔10〕超短光パルス信号を、この超短光パルス信号に含まれる各波長の時間的変化を表す2次元空間スペクトログラムに光のみを用いて展開し、該2次元空間スペクトログラムを2次元変調デバイスにて直接変調し、再び超短光パルス信号に変換する超短光パルス信号の分散補償装置であって、信号光と空間的に分離したトリガーパルスを第1のシリンドリカルレンズにより、光−光スイッチとして動作する非線形光学結晶に入射させる手段と、この入射させた信号光とトリガーパルスを前記信号光をX軸方向に空間分離して切り出し、この切り出された信号光を第2のシリンドリカルレンズによりコリメートした後、分散素子を用いて、Y軸方向に波長毎に分解する手段と、分散した超短光パルス信号を、能動光学デバイスを用いずに、全受動的に補償する手段を具備することを特徴とする。 [ 10 ] An ultrashort optical pulse signal is expanded using only light in a two-dimensional space spectrogram representing temporal changes in each wavelength included in the ultrashort optical pulse signal, and the two-dimensional spatial spectrogram is converted into a two-dimensional modulation device. Is a dispersion compensation device for an ultrashort optical pulse signal that is directly modulated by the optical signal and converted again into an ultrashort optical pulse signal, wherein a trigger pulse spatially separated from the signal light is converted into an optical-optical switch by a first cylindrical lens. Means for making it incident on a non-linear optical crystal that operates as follows, the incident signal light and the trigger pulse are extracted by spatially separating the signal light in the X-axis direction, and the extracted signal light is collimated by a second cylindrical lens After that, the means for resolving each wavelength in the Y-axis direction using a dispersive element and the dispersed ultrashort optical pulse signal without using an active optical device Characterized in that it comprises means for full passively compensated.
〔11〕上記〔10〕記載の超短光パルス信号の分散補償装置において、分散量が未知の超短光パルス信号を、能動光学デバイスを用いずに瞬時に補償する手段を具備することを特徴とする。 [ 11 ] The dispersion compensator for an ultrashort optical pulse signal according to [ 10 ], further comprising means for instantaneously compensating an ultrashort optical pulse signal with an unknown dispersion amount without using an active optical device. And
〔12〕上記〔10〕記載の超短光パルス信号の分散補償装置において、波長多重化した超短光パルス信号の分散を全受動的に補償する手段を具備することを特徴とする。 [ 12 ] The dispersion compensator for an ultrashort optical pulse signal according to [ 10 ], further comprising means for passively compensating for dispersion of the wavelength-multiplexed ultrashort optical pulse signal.
〔13〕上記〔10〕記載の超短光パルス信号の分散補償装置において、分散した超短光パルス信号内の任意の時間遅延を持つ波長成分を、決められた空間位置に自動的に展開する手段を具備することを特徴とする。 [ 13 ] In the dispersion compensator for ultrashort optical pulse signals described in [ 10 ] above, the wavelength component having an arbitrary time delay in the dispersed ultrashort optical pulse signal is automatically developed at a predetermined spatial position. Means are provided.
本発明は、分散した光パルス信号の、機械的・能動的な操作を一切用いない、処理を全受動化したリアルタイム分散補償が可能となる。 The present invention makes it possible to perform real-time dispersion compensation in which the processing is completely passive without using any mechanical or active operation of the dispersed optical pulse signal.
特に、超短光パルスによる高速・大容量伝送に有効である。 In particular, it is effective for high-speed and large-capacity transmission using ultrashort light pulses.
光パルス信号を、該光パルス信号に含まれる各波長の時間的変化を表す2次元空間光スペクトログラムに光のみを用いて展開し、この2次元空間光スペクトログラムを2次元変調デバイスにて直接変調し、再び光パルス信号に変換する超短光パルス信号の分散補償にあたって、分散した光パルス信号を、能動光学デバイスを用いずに、受動光学素子のみで、全受動的に、かつ瞬時に補償する。 An optical pulse signal is developed using only light in a two-dimensional spatial light spectrogram representing temporal changes of each wavelength included in the optical pulse signal, and the two-dimensional spatial light spectrogram is directly modulated by a two-dimensional modulation device. In dispersion compensation of an ultrashort optical pulse signal that is converted back to an optical pulse signal, the dispersed optical pulse signal is compensated for all passively and instantaneously using only passive optical elements without using an active optical device.
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明では、分散量が未知の光パルスの分散補償を行うために、まず光パルスの時間信号成分を空間信号成分として展開する。つまり、空間面上の1つの軸に沿って光パルス信号の時間波形が展開される。そして展開した空間信号を、空間面上のもう一つの軸に沿って含まれる波長成分毎に分解する。つまり、展開した2次元空間分布上のある一点は、光パルス信号内のある時間におけるある波長成分に対応することになる。この展開した2次元空間分布が光スペクトログラムと呼ばれる。この時、前記した空間面上の1つの軸に沿って時間波形が展開されるが、その空間分布はまたその方向に沿った時間ずれ量に相当する分だけ実際に基準時間となる基準面に対し時間がずれた分布となる。基準時間からずれた光パルス内の各波長成分は、時間ずれ量に相当する空間位置に自動的にマッピングされていくため、その位置に時間補償を行う素子を配置することにより時間補償を行うことが可能となる。よって機械的・能動的な操作を一切用いない、処理を全受動化したリアルタイム分散補償を行うことが可能となる。 In the present invention, in order to perform dispersion compensation for an optical pulse whose amount of dispersion is unknown, first, the time signal component of the optical pulse is developed as a spatial signal component. That is, the time waveform of the optical pulse signal is developed along one axis on the space plane. The developed spatial signal is decomposed for each wavelength component included along another axis on the spatial plane. That is, a certain point on the developed two-dimensional spatial distribution corresponds to a certain wavelength component at a certain time in the optical pulse signal. This developed two-dimensional spatial distribution is called an optical spectrogram. At this time, the time waveform is developed along one axis on the above-described space plane, but the spatial distribution is also on the reference plane that actually becomes the reference time by the amount corresponding to the amount of time deviation along the direction. On the other hand, the distribution is shifted in time. Since each wavelength component in the optical pulse shifted from the reference time is automatically mapped to a spatial position corresponding to the amount of time shift, time compensation is performed by arranging an element for time compensation at that position. Is possible. Therefore, it becomes possible to perform real-time dispersion compensation without using any mechanical / active operation and making the processing completely passive.
以下、詳細に説明する。 Details will be described below.
本発明にかかる分散補償システムは、以下に示すように、大きく3つのサブシステムから構成される。 The dispersion compensation system according to the present invention is mainly composed of three subsystems as described below.
図1は本発明にかかる超短光パルス信号の分散補償の概要を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of dispersion compensation of an ultrashort optical pulse signal according to the present invention.
第1のサブシステム101では、超短光パルス信号102,102′を2次元空間光スペクトログラム112に展開する。ここで、104は超短光パルス信号102が伝搬される光ファイバー伝送路、105は光学システムである。
In the first sub-system 101, the ultrashort light pulse signals 102 and 102 'are expanded into a two-dimensional spatial
ここでは、伝送信号である超短光パルス信号102を時間−波長の2次元空間光スペクトログラム112に展開する。つまり、時間をX軸、波長をY軸とする平面に展開する。X軸の中心よりずれた分が時間ずれ量となり、その時間ずれ量に相当する空間位置に自動的にマッピングされる。
Here, an ultrashort
第2のサブシステム111では、波長成分毎に必要となる時間補償を空間的に行う。 The second subsystem 111 spatially performs time compensation required for each wavelength component.
すなわち、(a)時間をX軸、波長をY軸とする平面に展開した2次元光スペクトログラム112を、(b)時間補償を行う受動光学素子(ここでは、後述する位相補償板を示しているが、後述する回折型シリンドリカルレンズ対であってもよい)113を配置することにより、(c)時間補償を行った分布スペクトログラム114を生成させる。
That is, (a) a two-dimensional
第3のサブシステム121では、時間補償した分布スペクトログラム114を再び超短光パルス信号123に変換する。ここで、124は光学システム、125は超短光パルス信号123,123′が伝搬される光ファイバー伝送路である。
In the third subsystem 121, the time-compensated
以下、3つのサブシステムにおける実施の形態、および分散補償の方法について詳細に説明する。
〔第1のサブシステム〕
第1のサブシステム101では、超短光パルス信号102に含まれる各波長成分の時間波形を水平方向(X軸方向)に沿った空間分布として展開し、そして含まれる波長成分毎に鉛直方向(Y軸方向)に並べることにより超短光パルス信号102の光スペクトログラム112を得る。
Hereinafter, embodiments of the three subsystems and a dispersion compensation method will be described in detail.
[First subsystem]
In the first subsystem 101, the time waveform of each wavelength component included in the ultrashort
図2はその概念図である。中心となる基準時間は用いるトリガー信号により決定され、超短光パルス信号102内の基準となる時間内(t=0)の波長成分が、2次元空間分布面における(x=0)の位置のY軸上に展開され、他の成分では例えば(t=−τ1 )の波長成分が(x=−x1 )の位置に、(t=τ1 )の波長成分が(x=x1 )の位置のY軸方向に沿って展開される。また、この展開した2次元空間分布の(x=−x1 )上の位置に存在する分布は、X軸・Y軸が含まれる面を基準として、z1 =−τ1 ×cに相当する分だけ遅延しており、逆に(x=x1 )上の位置に存在する分布は、z1 =τ1 ×cに相当する分だけ進んだ時空間プロファイルを持つ分布として展開される。
FIG. 2 is a conceptual diagram thereof. The central reference time is determined by the trigger signal used, and the wavelength component within the reference time (t = 0) in the ultrashort
図3はこの信号変換を実現する光学システムの模式図である。 FIG. 3 is a schematic diagram of an optical system for realizing this signal conversion.
ここでは説明を簡単にするため、分散した超短光パルス信号102のうち、任意の3つの時間で切り出したトリプルパルスを信号として用いる。そのそれぞれのパルスをSP1、SP2、SP3とする。これに対し、トリガーとなるパルスとしてもトリプルパルスを用意し、そのそれぞれのトリガーパルスをTP1、TP2、TP3とする。この時、TP1、TP2、TP3はSP1、SP2、SP3とそれぞれ時間的に同期しているとし、またTP1、TP2、TP3は空間的に分離されている。そして、第1のシリンドリカルレンズ11により、SP1、SP2、SP3およびTP1、TP2、TP3は共にX軸方向に集束され、集束光として非線形光学結晶12に入射する。非線形光学結晶12は、2つの超短光パルスが同時に結晶に入射した時のみ物理的特性が変化する材料であり、また光の速度で応答可能であるため、超高速光−光スイッチとして動作する。
Here, in order to simplify the explanation, triple pulses cut out at arbitrary three times out of the dispersed ultrashort optical pulse signals 102 are used as signals. The respective pulses are designated as SP1, SP2, and SP3. On the other hand, triple pulses are also prepared as trigger pulses, and the respective trigger pulses are designated as TP1, TP2, and TP3. At this time, TP1, TP2, and TP3 are temporally synchronized with SP1, SP2, and SP3, respectively, and TP1, TP2, and TP3 are spatially separated. Then, the SP1, SP2, SP3 and TP1, TP2, TP3 are all focused in the X-axis direction by the first cylindrical lens 11, and enter the nonlinear
よって、非線形光学結晶12内において、トリガーパルスTP1、TP2、TP3に同期した超短光パルス信号成分のみが非線形光学結晶12から切り出される。
Therefore, in the nonlinear
本発明においては、TP1によりSP1が、TP2によりSP2が、またTP3によりSP3が切り出される。この時、TP1、TP2、TP3は空間的に分離されているため、切り出されたSP1、SP2、SP3もまた空間的に分離されて非線形光学結晶12から出射する。その後第2のシリンドリカルレンズ13にてコリメートすることにより、超短光パルスの時系列な信号成分がX軸方向に沿った空間分布に置き換えられて展開される。また、切り出された各信号成分は、TP1、TP2、TP3のそれぞれでの相対的な時間差を保持しているため、X軸方向に沿って展開された空間分布はまた実際にそれぞれの時間に対応する時間差を保持した時空間プロファイルとなる。その後、分散素子14を用いてY軸方向に沿って波長毎に分解し、第3のシリンドリカルレンズ15にて再びコリメートすることにより、超短光パルスに含まれる各波長成分の時間波形は水平方向(X軸方向)に沿った空間分布として、そして含まれる波長成分毎に鉛直方向(Y軸方向)に並べることにより超短光パルス信号の光スペクトログラムを得ることが可能となる。
In the present invention, SP1 is extracted by TP1, SP2 is extracted by TP2, and SP3 is extracted by TP3. At this time, since TP1, TP2, and TP3 are spatially separated, the cut SP1, SP2, and SP3 are also spatially separated and emitted from the nonlinear
今、TP1とSP1、TP2とSP2、またTP3とSP3が時間的に同期していると仮定したが、未知の超短光パルス信号に対しても、TP1、TP2、TP3それぞれに同期する信号成分が空間的に分離されて切り出される。 Now, it is assumed that TP1 and SP1, TP2 and SP2, and TP3 and SP3 are temporally synchronized. However, signal components that are synchronized with TP1, TP2, and TP3, respectively, for an unknown ultrashort optical pulse signal. Are cut out spatially separated.
また、説明においてトリガーパルスは、図4(a)に示すような、離散化したトリプルパルスであるとしたが、図4(b)に示すような連続したパルス列を用いることにより、全ての時間成分を空間分布に変換することが可能となる。 In the description, the trigger pulse is a discrete triple pulse as shown in FIG. 4A. However, by using a continuous pulse train as shown in FIG. Can be converted into a spatial distribution.
また、図2に示すように、超短光パルス信号102内の任意の波長成分は、その波長成分がもつ時間遅延に相当する位置に自動的にマッピングされるため、任意の分散した超短光パルス信号102を2次元空間分布に自動的に変換することが可能となる。
〔第2のサブシステム〕
第2のサブシステム111では、展開した光スペクトログラム112に対し時間補償を行うことにより、超短光パルスの分散補償を行う。
Further, as shown in FIG. 2, any wavelength component in the ultrashort
[Second subsystem]
The second subsystem 111 performs dispersion compensation for the ultrashort optical pulse by performing time compensation on the developed
第1のサブシステム101において、トリガーパルスの時間遅延量、および空間分散量はあらかじめ設定可能であるため、展開した空間分布上のある任意の点に存在する波長成分とその時間差は既知のものとなる。例えば、図2を例に取れば、(x=x1 )の位置に展開された分布は、超短光パルス信号内において(t=τ1 )の時間遅延を持つ時間信号成分であり、実際にz1 =τ1 ×cに相当する分だけ進んだ分布である。すなわち、(x=x1 )の位置に展開される信号は、一意的に同じ時間差を持っていることになる。よって、その位置にその時間差(z1 =τ1 ×c)を補償する素子を置くことにより、時間補償を行うことが可能となる。 In the first subsystem 101, since the time delay amount and the spatial dispersion amount of the trigger pulse can be set in advance, the wavelength component existing at an arbitrary point on the developed spatial distribution and its time difference are known. Become. For example, taking FIG. 2 as an example, the distribution developed at the position (x = x 1 ) is a time signal component having a time delay of (t = τ 1 ) in the ultrashort optical pulse signal. Is a distribution advanced by an amount corresponding to z 1 = τ 1 × c. That is, the signals developed at the position (x = x 1 ) have the same time difference uniquely. Therefore, it is possible to perform time compensation by placing an element that compensates for the time difference (z 1 = τ 1 × c) at that position.
時間差を補償する方法として大きく分けて2つの方法が挙げられる。
(時間補償方法I)
超短光パルス信号の時間波形を空間分布に展開する際、図4(a)に示すように、離散的に展開した場合は、その時間差を補償する受動光学素子(位相補償手段)としての位相補償板25を置くだけで能動光学デバイスを用いることなく補償可能となる。なお、21は超高速ゲート、22は第1のレンズ、23は第2のレンズである。
(時間補償方法II)
また、図4(b)に示すように、連続的に展開した場合は、受動光学素子(位相補償手段)としての回折型シリンドリカルレンズ対30を利用する。
There are two main methods for compensating for the time difference.
(Time compensation method I)
When the time waveform of the ultrashort optical pulse signal is developed into a spatial distribution, as shown in FIG. 4A, when it is developed discretely, the phase as a passive optical element (phase compensation means) that compensates for the time difference. Compensation can be achieved only by placing the
(Time compensation method II)
Further, as shown in FIG. 4B, when continuously deployed, a diffractive
図5は図4(b)に示す分散補償の様子を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the state of dispersion compensation shown in FIG.
超短光パルスはそのパルス幅が非常に短いため、空間的にAに示すようなシート状であると考えることができる。この超短光パルスが回折型シリンドリカルレンズ31に入射する。このレンズ31上の各点〔P1 (1),P1 (2),P1 (3)…P1 (n)〕に入射した光はレンズ31により偏向されB点に向けて集光される。その後B点から再び発散し、回折型シリンドリカルレンズ31と対称に配置した回折型シリンドリカルレンズ32にて回折型シリンドリカルレンズ31への入射光と平行になるように偏向される。この時、レンズ31上の各点〔P1 (1),P1 (2),P1 (3)…P1 (n)〕からB点を通り、レンズ32上の各点〔P2 (1),P2 (2),P2 (3)…P2 (n)〕までにおいて距離差が生じる。超短光パルスはシート状であるため、この距離差により超短光パルスの波面に傾きが生じる。この傾きを利用し、時間補償を行う。連続的に展開した分布は波面が傾いているため、回折型シリンドリカルレンズ対31,32を利用することにより、その波面の傾きを補償することが可能となる。これにより時間補償を行うことが可能となる。
Since the ultrashort light pulse has a very short pulse width, it can be considered to be a sheet shape spatially indicated by A. This ultrashort light pulse enters the diffractive
また、上記した受動光学素子(ここでは、回折型シリンドリカルレンズ31,32)を、電気的、磁気的、機械的に移動させることにより、分散補償量を可変にすることができる。
〔第3のサブシステム〕
第3のサブシステム121では、分散補償した分布を再び伝送可能な超短光パルス信号に変換する。
Also, the dispersion compensation amount can be made variable by moving the above-described passive optical elements (here, the diffractive
[Third subsystem]
The third subsystem 121 converts the dispersion compensated distribution into an ultrashort optical pulse signal that can be transmitted again.
超短光パルスへの再変換は、第2のサブシステム111で時間補償した分布を光学システム124で集光して光ファイバー125へ入射させるのみで実行可能である。
The re-conversion to the ultrashort light pulse can be performed only by collecting the time-compensated distribution by the second subsystem 111 and making it incident on the
上記したように、本発明によれば、分散量が未知の超短光パルス信号の分散補償を行うため3ステップを以下のように施す。 As described above, according to the present invention, three steps are performed as follows in order to perform dispersion compensation for an ultrashort optical pulse signal whose amount of dispersion is unknown.
第1ステップは、伝送信号である超短光パルス信号を時間−波長の2次元空間光スペクトログラムに展開する。つまり、時間をX軸、波長をY軸とする平面に展開する。X軸の中心よりずれた分が時間ずれ量となり、時間ずれ量に相当する空間位置に自動的にマッピングされる。 In the first step, an ultrashort optical pulse signal as a transmission signal is developed into a time-wavelength two-dimensional spatial light spectrogram. That is, it develops on a plane having time as the X axis and wavelength as the Y axis. The amount of deviation from the center of the X axis is the amount of time deviation, and is automatically mapped to a spatial position corresponding to the amount of time deviation.
第2ステップは、展開された光スペクトログラムに対して時間補償を行う受動光学素子を配置する。位置ずれ基準点(一番遅れている信号)に対して厚みの大きい受動光学素子(例えばガラス)を通過させることで時間補償する。 In the second step, a passive optical element that performs time compensation on the developed optical spectrogram is arranged. Time compensation is performed by passing a thick passive optical element (for example, glass) with respect to the misalignment reference point (the signal that is delayed most).
第2ステップの基準時間からの時間ずれ量の補償は、回折型シリンドリカルレンズや位相板で実現される。 Compensation of the time shift amount from the reference time in the second step is realized by a diffractive cylindrical lens or a phase plate.
第3ステップは、時間補償された光分布を光信号に変換する。 The third step converts the time-compensated light distribution into an optical signal.
これにより、機械的・能動的な操作を一切用いない、処理を全受動化したリアルタイム分散補償が可能となる。特に、超短光パルスによる高速・大容量伝送に有効である。 As a result, real-time dispersion compensation that does not use any mechanical or active operation and makes the processing completely passive is possible. In particular, it is effective for high-speed and large-capacity transmission using ultrashort light pulses.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said Example, A various deformation | transformation is possible based on the meaning of this invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
本発明にかかる超短光パルス信号の分散補償により、超短光パルスの光ネットワークシステムへの導入が容易になり、光ネットワークシステムの通信容量を格段に増大させることが可能になる。これにより、生活を取り巻くネットワーク環境がよりブロードバンド化され、現在の技術では困難であるテレビ電話などのマルチメディア通信を実現できるようになる。 The dispersion compensation of the ultrashort optical pulse signal according to the present invention facilitates the introduction of the ultrashort optical pulse into the optical network system, and can greatly increase the communication capacity of the optical network system. As a result, the network environment surrounding daily life becomes more broadband, and multimedia communication such as videophones, which is difficult with current technology, can be realized.
11 第1のシリンドリカルレンズ
12 非線形光学結晶
13 第2のシリンドリカルレンズ
14 分散素子
15 第3のシリンドリカルレンズ
21 超高速ゲート
22 第1のレンズ
23 第2のレンズ
25 位相補償板
30 回折型シリンドリカルレンズ対
31,32 回折型シリンドリカルレンズ
101 第1のサブシステム
102,102′ 超短光パルス信号
104,125 光ファイバー伝送路
105,124 光学システム
111 第2のサブシステム
112 展開した2次元空間光スペクトログラム
113 受動光学素子
114 時間補償を行った分布スペクトログラム
121 第3のサブシステム
123,123′ 変換された超短光パルス信号
1 1
13 Second
15 Third
23
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