JPH0774875B2 - Optical soliton generation method and optical repeater amplification method - Google Patents
Optical soliton generation method and optical repeater amplification methodInfo
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- JPH0774875B2 JPH0774875B2 JP63194539A JP19453988A JPH0774875B2 JP H0774875 B2 JPH0774875 B2 JP H0774875B2 JP 63194539 A JP63194539 A JP 63194539A JP 19453988 A JP19453988 A JP 19453988A JP H0774875 B2 JPH0774875 B2 JP H0774875B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光ファイバ中の自己位相変調効果と負の群速
度分散とが釣り合うことによって光ソリトンを発生させ
るにあたって、誘導4光子混合効果によりストークス光
パルス強度を光ソリトンの発生に充分なエネルギーにま
で増幅し、ソリトンを発生させる方法に関するものであ
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial application] The present invention uses an induced four-photon mixing effect in generating an optical soliton by balancing the self-phase modulation effect in an optical fiber and the negative group velocity dispersion. The present invention relates to a method for amplifying the Stokes light pulse intensity to energy sufficient for generating an optical soliton to generate a soliton.
[従来の技術] 光ソリトンは自己位相変調効果と負の群速度分散とを釣
り合わせることにより発生させることができ、安定で細
いパルスを実現するために超高速な光通信にとって大変
有効である。光ソリトンを発生させる方法は大別して以
下の3つに分けられる。[Prior Art] Optical solitons can be generated by balancing the self-phase modulation effect and the negative group velocity dispersion, and are very effective for ultrahigh-speed optical communication in order to realize stable and thin pulses. The methods for generating optical solitons are roughly classified into the following three.
第1の方法は負の群速度分散の波長の高出力光パルスを
光ファイバ中に入射させて、光ソリトンを作り出す方法
である。その方法を第7図に示す。ここで、高出力光源
1からの光パルスを結合用レンズ2を介して、光ソリト
ン発生用光ファイバ3に導く。光ファイバ3は通常の単
一モード光ファイバであり、ここで、光パルスの波長
は、この光ファイバ3において負の群速度分散を与える
波長に定めておく。光ファイバ3からのソリトン化した
出力は光パルス測定器4により測定する。The first method is a method in which a high power optical pulse having a wavelength of negative group velocity dispersion is made incident on an optical fiber to produce an optical soliton. The method is shown in FIG. Here, the light pulse from the high-power light source 1 is guided to the optical fiber 3 for generating an optical soliton via the coupling lens 2. The optical fiber 3 is an ordinary single-mode optical fiber, and the wavelength of the optical pulse is set to a wavelength that gives negative group velocity dispersion in this optical fiber 3. The solitonized output from the optical fiber 3 is measured by the optical pulse measuring device 4.
第2の方法はソリトンレーザーによる方法であり、Moll
enauerとStolenが提案した方式(L.F.Mollenauer and
R.H.Stolen“The Soliton Laser"Opt.Lett.vol.9,13(1
984))と、本願発明者らが提案したラマンソリトンレ
ーザー方式(H.A.Haus and M.Nakazawa“Theory of the
Fiber Raman Soliton Laser"J.Opt.Soc.Amer.B4,652
(1987))とがある。MollenauerとStolenの方法を第8
図に示し、ラマンソリトンレーザーによる方法を第9図
に示す。The second method is the soliton laser method,
The method proposed by enauer and Stolen (LFMollenauer and Stolen
RHStolen “The Soliton Laser” Opt.Lett.vol.9,13 (1
984)) and the Raman soliton laser method (HAHaus and M. Nakazawa “Theory of the
Fiber Raman Soliton Laser "J.Opt.Soc.Amer.B4,652
(1987)). Eighth method of Mollenauer and Stolen
As shown in the figure, the method using the Raman soliton laser is shown in FIG.
第8図において、MollenauerとStolenの方法では、カラ
ーセンターレーザー結晶7をモード同期YAGレーザー5
で励起し、レーザーミラー6と6′で構成されるレーザ
ー内に光パルスを発生させる。このレーザー内に半透過
鏡8を配置して光パルスの一部を光ファイバ3に導く。
それによって、光ファイバ3により光ソリトンの効果を
作り出して、定常的に共振器内で狭い安定なパルスを作
り出す。In FIG. 8, in the method of Mollenauer and Stolen, a color center laser crystal 7 is used as a mode-locked YAG laser 5.
To generate a light pulse in the laser constituted by the laser mirrors 6 and 6 '. A semi-transmissive mirror 8 is arranged in this laser to guide a part of the light pulse to the optical fiber 3.
As a result, the optical soliton effect is produced by the optical fiber 3, and a narrow and stable pulse is constantly produced in the resonator.
第3図のラマンソリトンレーザーにおいて、9は光ファ
イバ3に誘導ラマン散乱を発生させるための光源であ
る。レーザーミラー6と6′で構成された共振器内での
誘導ラマン散乱によって生じたストークス光パルスの往
復伝搬時間を光源9の繰り返し周期の整数倍に設定して
おけば、ストークス光が有効に同期増幅され、最終的に
はソリトンになる。なお、ストークスパルスが光ファイ
バ3において負の群速度分散をもつように励起光の波長
を設定する必要がある。In the Raman soliton laser of FIG. 3, reference numeral 9 is a light source for generating stimulated Raman scattering in the optical fiber 3. If the round-trip propagation time of the Stokes light pulse generated by stimulated Raman scattering in the resonator constituted by the laser mirrors 6 and 6'is set to an integral multiple of the repetition period of the light source 9, the Stokes light is effectively synchronized. It is amplified and eventually becomes solitons. The wavelength of the pumping light needs to be set so that the Stokes pulse has a negative group velocity dispersion in the optical fiber 3.
第3の方法はSingle-passすなわち共振器を構成しない
光ファイバにおいて非線形効果である誘導ラマン散乱を
用いる方法であり、第10図にその構成例を示す。この場
合は第7図の例に似ているが、光ソリトンを直接発生さ
せるのではなく、まず誘導ラマン散乱を発生させ、その
ストークス光をソリトン化させる方法である。そのため
に、フィルタ10により励起光をカットし、ストークスソ
リトンのみを透過させて光検出器4により検出する。第
9図に示した方法とは、ラマン散乱を用いるということ
では同じであるが、第10図の場合には共振器を構成しな
い。The third method is a method that uses stimulated Raman scattering, which is a non-linear effect in an optical fiber that does not form a single-pass resonator, and its configuration example is shown in FIG. This case is similar to the example of FIG. 7, but it is a method in which stimulated Raman scattering is first generated and the Stokes light is converted into solitons, instead of directly generating optical solitons. Therefore, the excitation light is cut by the filter 10, only the Stokes soliton is transmitted, and the photodetector 4 detects it. It is the same as the method shown in FIG. 9 in that Raman scattering is used, but in the case of FIG. 10, the resonator is not constructed.
[発明が解決しようとする課題] 従来、非線形光学効果のうち、誘導ラマン散乱を用いて
光ソリトンを発生させる方法は存在したが、誘導4光子
混合効果を用いて光ソリトンを発生させる方法はなかっ
た。[Problems to be Solved by the Invention] Conventionally, among nonlinear optical effects, there has been a method of generating optical solitons by using stimulated Raman scattering, but there is no method of generating optical solitons by using the stimulated four-photon mixing effect. It was
以下に誘導4光子混合効果(Stimulated Four Photon M
ixing以下SFPMと略す)について説明する。Qスイッチ
モードロックされた高強度パルスにより単一モードファ
イバを励起した際、材料分散ΔKmと導波路分散ΔKwとの
和が零となる波長に、ストークス光,反ストークス光が
シフトしてSFPMが発生する。しかし、SFPMは誘導ラマン
散乱に比べて10倍以上の高強度パルスを用いるため、他
の非線形効果までもが誘起され、したがって、制御性が
極端に悪く、ソリトンの発生は難しかった。The following is the stimulated four-photon mixing effect (Stimulated Four Photon M
ixing (hereinafter abbreviated to SFPM)). When a single-mode fiber is excited by a Q-switched mode-locked high-intensity pulse, Stokes light and anti-Stokes light are shifted to a wavelength where the sum of material dispersion ΔK m and waveguide dispersion ΔK w becomes zero Occurs. However, since SFPM uses high-intensity pulse which is more than 10 times higher than stimulated Raman scattering, other nonlinear effects are induced, and therefore the controllability is extremely poor and the generation of solitons is difficult.
そこで、本発明の目的は、従来は光ソリトンの発生が難
しいとされていた誘導4光子混合(Stimulated Four Ph
oton Mixing:SFPM)という非線形光学効果を利用し、励
起波長を光ファイバの零分散波長の近傍に設定すること
により低い励起入力により光ソリトンを効率よく発生さ
せる方法を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide stimulated four-photon mixing (Stimulated Four Ph
The objective is to provide a method for efficiently generating optical solitons with a low pumping input by setting the pumping wavelength near the zero-dispersion wavelength of the optical fiber by utilizing a nonlinear optical effect called oton mixing (SFPM).
[課題を解決するための手段] このような目的を達成するために、本発明は、励起光パ
ルスを光ファイバに入射させ、励起光パルスとストーク
ス光パルスと反ストークス光パルスから成る光ファイバ
中の誘導4光子混合の過程において、励起光パルスを光
ファイバの零分散波長もしくはその近傍に設定すること
により、ストークス光パルスを負の群速度分散域に誘起
させ、および反ストークス光パルスを正の群速度分散域
に誘起させ、かつその際に、励起光とストークス光パル
スと反ストークス光パルスとの間の群遅延を小さくする
ことにより相互作用長を増加させて、ストークス光パル
スのエネルギーを増加させることによって、自己位相変
調効果と負の群速度分散とを釣り合わせてストークス光
パルスを光ソリトン化させることを特徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to achieve such an object, the present invention provides an optical fiber including an excitation light pulse, a Stokes light pulse, and an anti-Stokes light pulse, which is made to enter an optical fiber. In the process of stimulated four-photon mixing, the Stokes light pulse is induced in the negative group velocity dispersion region and the anti-Stokes light pulse is made positive by setting the excitation light pulse at or near the zero dispersion wavelength of the optical fiber. Induction in the group velocity dispersion region, and at that time, the interaction delay is increased by reducing the group delay between the pump light, the Stokes light pulse, and the anti-Stokes light pulse, and the energy of the Stokes light pulse is increased. By so doing, the self-phase modulation effect and the negative group velocity dispersion are balanced to make the Stokes light pulse an optical soliton. To do.
本発明の他の形態では、請求項1に記載の方法におい
て、励起光パルスの光強度を可変することにより、発生
する光ソリトンの波長を可変とすることを特徴とする。In another aspect of the present invention, the method according to claim 1 is characterized in that the wavelength of the generated optical soliton is made variable by changing the light intensity of the pumping light pulse.
本発明のさらに他の形態では、請求項1または2のいず
れかに記載の方法を用いて順次の光ファイバ伝送路の各
間において光中継増幅を行なうにあたり、順次の光ファ
イバ伝送路のうちのあるひとつの光ファイバ伝送路を請
求項1記載の光ファイバとして用い、光ファイバに励起
光パルスおよび信号光を同期して入射させ、得られる光
ソリトンを、第2の信号光として、次の光ファイバ伝送
路を構成し、請求項1記載の光ファイバとして用いられ
る第2の光ファイバに入射させると共に光ファイバに対
応する励起光パルスをも光ファイバに入射させて、その
光ファイバから得られる光ソリトンをさらに次の光ファ
イバ伝送路に信号光パルスとして入射させることにより
全光形ソリトン伝送を行うことを特徴とする。In still another aspect of the present invention, in performing optical repeater amplification between each of the sequential optical fiber transmission lines by using the method according to claim 1 or 2, one of the sequential optical fiber transmission lines is used. A certain one optical fiber transmission line is used as the optical fiber according to claim 1, and an optical soliton obtained by causing a pumping light pulse and a signal light to enter the optical fiber in synchronism with each other is used as a second signal light. A light obtained from an optical fiber that constitutes a fiber transmission line and is made incident on the second optical fiber used as the optical fiber according to claim 1 and also an excitation light pulse corresponding to the optical fiber is made incident on the optical fiber. All-optical soliton transmission is performed by further injecting a soliton into the next optical fiber transmission line as a signal light pulse.
[作用] 本発明では、光ファイバ中の誘導4光子混合のパルス動
作において、励起光波長を光ファイバの零分散波長もし
くはその近傍に設定し、長波長側に発生し負の群速度分
散をもつストークス光をソリトンにする。[Operation] In the present invention, in the pulsed operation of induced four-photon mixing in the optical fiber, the pumping light wavelength is set to the zero dispersion wavelength of the optical fiber or in the vicinity thereof, and the negative group velocity dispersion occurs on the long wavelength side. Stokes Make light solitons.
本発明では、励起光の波長を光ファイバの零分散波長も
しくはその近傍に設定することにより、ストークス光、
反ストークス光および励起光との間の群遅延時間差を小
さくせしめ、この結果、相互作用長を長くとり、効率よ
くSFPMを発生させる。光源としては、従来、誘導ラマン
散乱を発生させるのに用いられてきた素性のよいモード
ロックパルスを用いる。その場合には、相互作用長が長
くとれるため、Qスイッチをかけない低出力のモードロ
ックパルスでもSFPMを発生できる利点がある。In the present invention, by setting the wavelength of the pumping light to the zero dispersion wavelength of the optical fiber or in the vicinity thereof, Stokes light,
The group delay time difference between the anti-Stokes light and the pump light is made small, and as a result, the interaction length is made long and the SFPM is efficiently generated. As the light source, a mode-locked pulse having a good characteristic, which has been conventionally used to generate stimulated Raman scattering, is used. In that case, since the interaction length can be long, there is an advantage that the SFPM can be generated even with a low output mode-locked pulse without Q switching.
また、発生するソリトンの波長は、従来、ラマンソリト
ンレーザー以外では可変させることはできなかったが、
本発明においては、入射光強度を変えることにより光カ
ー効果によって生ずる非線形位相変化を介してソリトン
の発生波長を可変させることができる。In addition, the wavelength of the soliton generated could not be tuned by a laser other than Raman soliton laser.
In the present invention, the wavelength of soliton generation can be changed by changing the incident light intensity through the nonlinear phase change caused by the optical Kerr effect.
[実施例] 以下に図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。Embodiments Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第1図は本発明の第1の実施例の構成を示す図である。
本実施例は、構成の上では、第10図示の誘導ラマン散乱
による従来のソリトン発生法と似ているが、SFPMを用い
る点で原理的に全く異なる。第1図において、9は励起
光パルスを発生する光源、11は光アイソレータであり、
光源9からの励起光パルスを光アイソレータ11を通し
て、結合用レンズ2により光ファイバ12に導く。ここ
で、光ファイバ12はその零分散波長が光源9の波長可変
範囲内に入っている光ファイバである。この光ファイバ
12からの出力光を結合用レンズ2′を介して光フィルタ
10より取り出す。この光フィルタ10はSFPMの反ストーク
ス光と励起光をカットし、ストークス光ソリトンのみを
通過させる光フィルタである。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the first embodiment of the present invention.
This embodiment is similar in configuration to the conventional soliton generation method by stimulated Raman scattering shown in FIG. 10, but is completely different in principle in that SFPM is used. In FIG. 1, 9 is a light source for generating a pumping light pulse, 11 is an optical isolator,
The excitation light pulse from the light source 9 is guided to the optical fiber 12 by the coupling lens 2 through the optical isolator 11. Here, the optical fiber 12 is an optical fiber whose zero dispersion wavelength is within the variable wavelength range of the light source 9. This optical fiber
Optical filter for output light from 12 through coupling lens 2 '
Take out from 10. The optical filter 10 is an optical filter that cuts anti-Stokes light and excitation light of SFPM and allows only Stokes optical solitons to pass through.
これを動作させるには、光源9の波長を光ファイバ12の
零分散波長もしくはその近傍に設定して光ファイバ12を
励振する。このようにすると、励起光パルスとストーク
ス光パルスおよび反ストークス光パルスとの間の群速度
の差が小さいため、長い距離にわたって相互作用が起こ
り、ストークス光パルスが大幅に増幅されて光ソリトン
になっていく。To operate this, the wavelength of the light source 9 is set at or near the zero dispersion wavelength of the optical fiber 12 and the optical fiber 12 is excited. In this way, the group velocity difference between the pump light pulse and the Stokes light pulse and the anti-Stokes light pulse is small, so that the interaction occurs over a long distance, and the Stokes light pulse is greatly amplified into an optical soliton. To go.
第2図(a)〜(c)に3種類の波長の励起光に対する
群遅延の関係を示す。第2図(a)は上記の条件を満た
すものであり、第2図(b)および第2図(c)では光
ソリトンの発生が難しい。ここで、Vpは励起光の群速
度、Vsはストークス光の群速度、Vasは反ストークス光
の群速度である。FIGS. 2A to 2C show the relationship of the group delay with respect to the pumping light having the three kinds of wavelengths. FIG. 2 (a) satisfies the above conditions, and it is difficult to generate optical solitons in FIGS. 2 (b) and 2 (c). Here, V p is the group velocity of the excitation light, V s is the group velocity of the Stokes light, and V as is the group velocity of the anti-Stokes light.
SFPMは、材料分散,構造分散および非線形屈折率の位相
変化量を、それぞれ、ΔKm,ΔKwおよびΔKSPMとする
と、それらの総和、すなわち全体の位相変化量が零(運
動量が保存される)の条件のもとで発生する。すなわ
ち、 ΔKm+ΔKw+ΔKSPM=0 (1) ただしΔKm=naωa/c+nsωs/c−2npωp/c (2) ΔKw=Δn(baωa/c+bsωs/c−2bpωp/c) (3) である。In the SFPM, assuming that the amount of phase change of material dispersion, structural dispersion and nonlinear refractive index is ΔK m , ΔK w and ΔK SPM , respectively, the sum of them, that is, the total amount of phase change is zero (momentum is preserved). Occurs under the conditions of. That is, ΔK m + ΔK w + ΔK SPM = 0 (1) where ΔK m = n a ω a / c + n s ω s / c-2n p ω p / c (2) ΔK w = Δn (b a ω a / c + b s ω s / c-2b p ω p / c) (3) Is.
ここで、na :反ストークス光の波長における光 ファイバでの屈折率 ns :ストークス光の波長における光 ファイバでの屈折率 np :励起光の波長における光ファイバ での屈折率 n2 :光ファイバでの非線形屈折率 Δn :光ファイバにおけるコアークラッドの 屈折率差 ωa :反ストークス光の周波数 ωs :ストークス光の周波数 ωp :励起光の周波数 c :光速 ba :反ストークス光の周波数ωaに おける規格化伝搬定数 bs :ストークス光の周波数ωsに おける規格化伝搬定数 bp :励起光の周波数ωpに おける規格化伝搬定数 である。Where n a is the refractive index of the optical fiber at the wavelength of the anti-Stokes light n s is the refractive index of the optical fiber at the wavelength of the Stokes light n p is the refractive index of the optical fiber at the wavelength of the pumping light n 2 is the light Nonlinear refractive index in fiber Δn: Refractive index difference between core and clad in optical fiber ω a : Frequency of anti-Stokes light ω s : Frequency of Stokes light ω p : Frequency of pumping light c: Speed of light b a : Frequency of anti-Stokes light Normalized propagation constant at ω a b s : Normalized propagation constant at frequency ω s of Stokes light b p : Normalized propagation constant at frequency ω p of pump light.
これらの条件を用いてストークスシフト量Ωを横軸にと
り、縦軸に各々の位相変化量をとったものを第3図に示
す。これは、零分散波長1.525μmの単一モード光ファ
イバを用い、励起光波長を零分散波長に等しく設定した
場合の結果である。図中、−・−はΔKw、…はΔKm、−
はΔKw+ΔKm、……は−ΔKSPMである。ただし、励起光
の光強度Ip=5W,パルス幅13ps,有効断面積5×10-7cm2,
n2=3.2×10-16cm2/wの場合についてΔKSPMを求めた。
従って、位相整合が成立するΔKm+ΔKw+ΔKSPM=0の
条件は●で与えられることになる。それゆえ、励起光に
対して約130cm-1だけ周波数シフトした光ソリトンが発
生できることになる。FIG. 3 shows the Stokes shift amount Ω on the horizontal axis and the phase change amount on the vertical axis under these conditions. This is a result when a pumping light wavelength is set equal to the zero dispersion wavelength using a single mode optical fiber having a zero dispersion wavelength of 1.525 μm. In the figure, − ・ − is ΔK w , ... is ΔK m , −
Is ΔK w + ΔK m , and is −ΔK SPM . However, the excitation light intensity Ip = 5 W, pulse width 13 ps, effective area 5 × 10 -7 cm 2 ,
ΔK SPM was calculated for the case of n 2 = 3.2 × 10 −16 cm 2 / w.
Therefore, the condition of ΔK m + ΔK w + ΔK SPM = 0 at which phase matching is established is given by ●. Therefore, an optical soliton whose frequency is shifted by about 130 cm −1 with respect to the excitation light can be generated.
SFPMの利得は位相不整合量をγ(=ΔKm+ΔKw+Δ
KSPM)、光強度をIp、3次の非線形性をx(3)(Ω)とお
くと g=[α2x(3)(Ω)2Ip2−(γ/2)2]1/2 (5) と表わされる。ただし、αは光ファイバの構造で決まる
比例定数である。(5)式から明らかなように、γ=0
(すなわちΔKm+ΔKw+ΔKSPM=0)のとき完全に位相
整合がとれて g=αx(3)(Ω)Ip (6) となる。従って、光源9の励起光強度を増すと、SFPMの
利得が増え、高効率なソリトン増幅が可能となる。光フ
ァイバ12としては、通常の1.3μm,1.5μm帯零分散ファ
イバを用いることができる。あるいはまた、それらの偏
波保持ファイバを用いてもよい。As for the gain of SFPM, the amount of phase mismatch is γ (= ΔK m + ΔK w + Δ
K SPM ), the light intensity is Ip, and the third-order nonlinearity is x (3) (Ω) g = [α 2 x (3) (Ω) 2 Ip 2 − (γ / 2) 2 ] 1 / It is expressed as 2 (5). However, α is a proportional constant determined by the structure of the optical fiber. As is clear from the equation (5), γ = 0
When (ie, ΔK m + ΔK w + ΔK SPM = 0), the phase is perfectly matched and g = α x (3) (Ω) Ip (6). Therefore, when the pumping light intensity of the light source 9 is increased, the gain of SFPM is increased, and highly efficient soliton amplification is possible. As the optical fiber 12, a normal 1.3 μm or 1.5 μm band zero dispersion fiber can be used. Alternatively, those polarization maintaining fibers may be used.
また、本発明方法では、式(4)に見られるように、Δ
KSPMが励起光の光強度Ipによって変化するので、Ipを変
化させると、ΔKm+ΔKw+ΔKSPM=0となるストークス
シフト量が異なる。このため、励起入力光の強度を変化
させることによって、波長可変なソリトンパルスを発生
させることができる。Further, in the method of the present invention, as shown in equation (4), Δ
Since K SPM changes according to the light intensity Ip of the excitation light, when Ip is changed, the Stokes shift amount at which ΔK m + ΔK w + ΔK SPM = 0 becomes different. Therefore, a wavelength-variable soliton pulse can be generated by changing the intensity of the pumping input light.
実際に、光源9としてカラーセンターレーザーを用い、
光ファイバ12として波長1.525μmに零分散をもつ長さ2
50mのファイバを使用した場合のソリトンの発生結果を
第4図(a)および(b)に示す。Actually, using a color center laser as the light source 9,
Length 2 with zero dispersion at wavelength 1.525 μm as optical fiber 12
The results of soliton generation when a fiber of 50 m is used are shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
第4図(a)は自己相関計によって測定されたソリトン
波形であり、その半値全幅ΔτFWHMは210fs(0.21ps)
である。Fig. 4 (a) shows the soliton waveform measured by an autocorrelator, and its full width at half maximum Δτ FWHM is 210fs (0.21ps).
Is.
一方、分光計によるそのスペクトルの測定結果を第4図
(b)に示す。ここで、破線部分は光フィルタ10でカッ
トしている部分であり、実線部分がストークスソリトン
のスペクトルである。この実線部分はきれいなスペクト
ルをしており、その半値全幅ΔνFWHMは13.8nmである。
両者の積Δτ・ΔνはΔνΔτ=0.35となり、Hyperbol
ic-secantパルスを仮定した場合のTransform Limitedパ
ルスになっていることがわかる。このようにSFPMにより
光ソリトンが形成できることが実証できる。On the other hand, the measurement result of the spectrum by the spectrometer is shown in FIG. Here, the broken line portion is the portion cut by the optical filter 10, and the solid line portion is the Stokes soliton spectrum. This solid line portion has a clean spectrum, and its full width at half maximum Δν FWHM is 13.8 nm.
The product of both, Δτ and Δν, is ΔνΔτ = 0.35, which means that Hyperbol
It can be seen that it is a Transform Limited pulse assuming an ic-secant pulse. In this way, it can be demonstrated that optical solitons can be formed by SFPM.
本発明の第2の実施例を第5図に示す。以上に述べた本
発明実施例の方法では、ストークス光の立ち上がりにあ
たっては、Spontaneous Emissionの雑音を用いていたわ
けであるが、第5図の場合はストークス光に相当する信
号光パルスIsを信号光発生器13によりあらかじめ準備し
ておく。すなわち、励起用光源9からの励起光パルスIp
と信号光用光源13の信号光Isとを光結合器14により合波
してその出力光Ip+IsをSFPMを発生させる光ファイバ12
に導く。微弱な信号光IsはSFPMによりパルス増幅され、
最終的にソリトンになる。この場合、有効な相互作用を
行うために、光源9と13との間の同期を同期装置15によ
ってとり、励起パルスが光ファイバ12中を伝搬すると
き、信号光がそれに重なるように設定することが重要で
ある。A second embodiment of the present invention is shown in FIG. In the method of the embodiment of the present invention described above, the noise of Spontaneous Emission was used for the rise of the Stokes light. In the case of FIG. 5, the signal light pulse Is corresponding to the Stokes light is generated. Prepare in advance with the vessel 13. That is, the excitation light pulse Ip from the excitation light source 9
An optical fiber 12 which combines the signal light Is of the signal light source 13 and the signal light Is of the signal light source 13 by the optical coupler 14 to generate the output light Ip + Is of SFPM.
Lead to. The weak signal light Is is pulse-amplified by SFPM,
Eventually it becomes a soliton. In this case, in order to have an effective interaction, the light sources 9 and 13 are synchronized by the synchronizer 15, and when the excitation pulse propagates through the optical fiber 12, the signal light is set to overlap with it. is important.
第6図は、本発明の第2の実施例を光中継増幅に応用し
た実施例を示す。FIG. 6 shows an embodiment in which the second embodiment of the present invention is applied to optical repeater amplification.
第6図において、順次の光ファイバ伝送路を、第5図の
光ファイバ12に対応して、符号12-1,12-2,…,12-nで示
し、第5図に示す部分9および14のそれぞれを、各伝送
路に対応して符号9-1,9-2,…および14-1,14-2,…で示
す。In FIG. 6, sequential optical fiber transmission lines are indicated by reference numerals 12-1, 12-2, ..., 12-n corresponding to the optical fiber 12 in FIG. Each of 14 is shown by reference numerals 9-1, 9-2, ... And 14-1, 14-2, ... Corresponding to each transmission path.
すなわち、順次の光ファイバ伝送路に12-1,12-2,…,12-
nの各間において光中継増幅を行なうにあたって、励起
用光源9-1からの励起光パルスIpと信号用光源13からの
信号光Isとに基づいて光ファイバ伝送路12-1より光ソリ
トンを発生させる。その光ファイバ伝送路12-1からの光
ソリトンを第2の信号光として次の光ファイバ伝送路12
-2に入射させると共に、この光ファイバ伝送路12-2に割
当てて設けた励起用光源9-2からの励起光パルスをもこ
の光ファイバ伝送路12-2に入射させる。それにより、こ
の光ファイバ伝送路12-2には第2の信号光および第2の
信号光と同期のとれた励起光パルスが入射し、それに応
じて光ソリトンが発生する。この光ソリトン、すなわち
第3の信号光および第3の励起用光源9-3からの励起光
パルスをさらに次の光ファイバ伝送路12-3に入射させる
というようにして、順次に光中継増幅を行なう。That is, 12-1, 12-2, ..., 12-
In performing optical repeater amplification between n intervals, an optical soliton is generated from the optical fiber transmission line 12-1 based on the pump light pulse Ip from the pump light source 9-1 and the signal light Is from the signal light source 13. Let The optical soliton from the optical fiber transmission line 12-1 is used as the second signal light for the next optical fiber transmission line 12-1.
-2, and the pumping light pulse from the pumping light source 9-2 assigned to this optical fiber transmission line 12-2 is also made to enter this optical fiber transmission line 12-2. As a result, the second signal light and the pumping light pulse synchronized with the second signal light are incident on the optical fiber transmission line 12-2, and optical solitons are generated accordingly. This optical soliton, that is, the third signal light and the pumping light pulse from the third pumping light source 9-3 is further incident on the next optical fiber transmission line 12-3, and optical repeater amplification is sequentially performed. To do.
なお、第6図の例では第2段以降における各励起光パル
スを各信号光に同期させるにあたって、光結合器14-1,1
4-2,…に入力する励起光パルスの入力形態を第5図の場
合と異ならせて両光入力の同期をとっているが、このよ
うにする代わりに、同期装置15からの同期信号を各励起
用光源9-1,9-2,…に供給して、互いに同期をとるように
してもよい。In the example of FIG. 6, in synchronizing each pumping light pulse in the second and subsequent stages with each signal light, the optical couplers 14-1, 1
The input form of the pumping light pulse input to 4-2, ... is different from that in the case of FIG. 5 to synchronize both optical inputs. Instead of doing this, the synchronizing signal from the synchronizer 15 is used. The light sources for excitation 9-1, 9-2, ... May be supplied to be synchronized with each other.
この方法によれば、光ファイバ中での損失に打ち勝つ利
得を発生し、長距離にわたって全光形ソリトン伝送を行
うことが可能となる。According to this method, a gain that overcomes the loss in the optical fiber is generated, and all-optical soliton transmission can be performed over a long distance.
さらにまた、この方法において、各中継器における励起
用光源9-1,9-2,…の各励起光強度を異なって設定するこ
とにより、異なった波長において光増幅が可能であるた
め多波長のソリトン増幅を行なうことが可能となる。Furthermore, in this method, by setting different pumping light intensities of the pumping light sources 9-1, 9-2, ... In each repeater, optical amplification at different wavelengths is possible, so It becomes possible to perform soliton amplification.
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、従来、制御性の
悪かった光ファイバ中のSFPMについて、光ファイバを、
その分散が零となる波長あるいはその近傍の波長をも
ち、かつでモード同期光パルス列により励振することに
より、ストークス光,反ストークス光,励起光の間の群
遅延時間差を小さくし、その結果、相互作用長を長くと
り、効率よくSFPMを発生させて、光ソリトンを発生させ
る。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the SFPM in the optical fiber which has conventionally been poor in controllability
The dispersion has a wavelength at or near zero and is excited by a mode-locked optical pulse train to reduce the group delay time difference between Stokes light, anti-Stokes light, and pump light, and as a result, It takes a long action length to efficiently generate SFPM and generate optical solitons.
これにより将来の光通信の主流となる大容量の超高速光
通信用の光源を提供するとともに、誘導4光子混合を用
いた光ソリトンの増幅作用を用いて光中継器を構成する
ことができるので、信号伝送距離を飛躍的に拡大するこ
ともできる。As a result, it is possible to provide a large-capacity light source for ultra-high-speed optical communication, which will be the mainstream of future optical communication, and to configure an optical repeater by using the amplification effect of an optical soliton using stimulated four-photon mixing. The signal transmission distance can be dramatically increased.
さらにまた、本発明では、励起光強度を変化させること
によって、ストークスソリトンの波長を可変させること
ができる利点がある。従来の方法では、入射励起光の波
長を変化させなければソリトンの波長は変化できなかっ
たが、本発明では励起光強度を変化させることのみでソ
リトン波長を可変させることができ。したがって、本発
明によれば、この波長可変性を用いることによって、単
に励起光強度を変えるのみで多波長のソリトン増幅が可
能となる利点もある。Furthermore, the present invention has an advantage that the wavelength of the Stokes soliton can be varied by changing the intensity of the excitation light. In the conventional method, the wavelength of the soliton cannot be changed without changing the wavelength of the incident excitation light, but in the present invention, the soliton wavelength can be changed only by changing the intensity of the excitation light. Therefore, according to the present invention, by using this wavelength tunability, there is also an advantage that solitonic amplification of multiple wavelengths can be performed by simply changing the pumping light intensity.
第1図は本発明の一実施例を示す構成図、 第2図は本発明の動作波長の最適条件の説明図、 第3図は本発明の動作原理の説明図であって、ストーク
ス光の波長シフト量が決定される様子を示す説明図、 第4図(a)および(b)は、本発明の一実施例におい
て測定された、それぞれ、ソリトン波形およびそのスペ
クトルを示す波形図およびスペクトル図、 第5図は本発明の第2の実施例を示す構成図、 第6図は本発明の第3の実施例を示す構成図、 第7図は最も簡便な従来のソリトン発生法を示す構成
図、 第8図および第9図の従来の光ソリトンレーザーの2例
を示す構成図、 第10図は非線形光学効果である誘導ラマン散乱による従
来の光ソリトン発生法を示す構成図である。 1……高出力光源、2……結合用レンズ、3……単一モ
ード光ファイバ、4……光パルス検出器、5……モード
同期YAGレーザー、6,6′……レーザーミラー、7……カ
ラーセンターレーザー媒質、8……半透過鏡、9,9-1,9-
2,… ……モード同期光パルス光源、10……光フィル
タ、11……光アイソレータ、12,12-1,12-2,…12-n……
分散シフト形単一モードファイバもしくはその偏波保持
ファイバ、13……信号光発生用光源、14,14-1,14-2,…
……光結合器、15……励起光信号光同期装置。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of the optimum conditions of the operating wavelength of the present invention, and FIG. 3 is an explanatory diagram of the operating principle of the present invention. FIGS. 4 (a) and 4 (b) are explanatory diagrams showing how the wavelength shift amount is determined, and FIG. 4 (a) and FIG. 4 (b) are respectively a waveform diagram and a spectrum diagram showing a soliton waveform and its spectrum, respectively, measured in one embodiment of the present invention. FIG. 5 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention, FIG. 6 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a configuration showing a simplest conventional soliton generation method. FIGS. 8 and 9 are configuration diagrams showing two examples of conventional optical soliton lasers, and FIG. 10 is a configuration diagram showing a conventional optical soliton generation method by stimulated Raman scattering which is a nonlinear optical effect. 1 ... High-power light source, 2 ... Coupling lens, 3 ... Single-mode optical fiber, 4 ... Optical pulse detector, 5 ... Mode-locking YAG laser, 6,6 '... Laser mirror, 7 ... … Color center laser medium, 8 …… Semi-transparent mirror, 9,9-1,9-
2, ……… Mode-locked pulse light source, 10 …… Optical filter, 11 …… Optical isolator, 12, 12-1, 12-2,… 12-n ……
Dispersion-shifted single-mode fiber or its polarization-maintaining fiber, 13 ... Signal light source, 14, 14-1, 14-2, ...
…… Optical coupler, 15 …… Pump optical signal optical synchronizer.
Claims (3)
記励起光パルスとストークス光パルスと反ストークス光
パルスから成る前記光ファイバ中の誘導4光子混合の過
程において、前記励起光パルスを前記光ファイバの零分
散波長もしくはその近傍に設定することにより、前記ス
トークス光パルスを負の群速度分散域に誘起させ、およ
び前記反ストークス光パルスを正の群速度分散域に誘起
させ、かつその際に、前記励起光と前記ストークス光パ
ルスと前記反ストークス光パルスとの間の群遅延を小さ
くすることにより相互作用長を増加させて、前記ストー
クス光パルスのエネルギーを増加させることによって、
自己位相変調効果と負の群速度分散とを釣り合わせて前
記ストークス光パルスを光ソリトン化させることを特徴
とする光ソリトン発生方法。1. A pumping light pulse is incident on an optical fiber, and in the process of stimulated four-photon mixing in the optical fiber consisting of the pumping light pulse, the Stokes light pulse, and the anti-Stokes light pulse, the pumping light pulse is supplied to the optical fiber. By setting the zero dispersion wavelength of the fiber or in the vicinity thereof, the Stokes light pulse is induced in the negative group velocity dispersion region, and the anti-Stokes light pulse is induced in the positive group velocity dispersion region, and at that time, By increasing the interaction length by reducing the group delay between the pump light, the Stokes light pulse and the anti-Stokes light pulse, and increasing the energy of the Stokes light pulse,
An optical soliton generating method, wherein the Stokes light pulse is converted into an optical soliton by balancing the self-phase modulation effect and the negative group velocity dispersion.
光パルスの光強度を可変することにより、発生する光ソ
リトンの波長を可変とすることを特徴とする光ソリトン
発生方法。2. The optical soliton generating method according to claim 1, wherein the wavelength of the optical soliton generated is variable by varying the light intensity of the excitation light pulse.
を用いて順次の光ファイバの伝送路の各間において光中
継増幅を行なうにあたり、前記順次の光ファイバ伝送路
のうちのあるひとつの光ファイバ伝送路を請求項1記載
の前記光ファイバとして用い、当該光ファイバに前記励
起光パルスおよび信号光を同期して入射させ、該信号光
を前記誘導4光子混合により光増幅して得られる光ソリ
トンを、第2の信号光として、次の光ファイバ伝送路を
構成し、請求項1記載の前記光ファイバとして用いられ
る第2の光ファイバに入射させると共に当該光ファイバ
に対応する励起光パルスをも当該光ファイバに入射させ
て、その光ファイバから得られる光ソリトンをさらに次
の光ファイバ伝送路に前記信号光パルスとして入射させ
ることにより全光形ソリトン伝送を行うことを特徴とす
る光中継増幅方法。3. When performing optical repeater amplification between successive optical fiber transmission lines using the method according to claim 1 or 2, one of the sequential optical fiber transmission lines is provided. 2. The optical fiber transmission line according to claim 1 is used as the optical fiber according to claim 1, the excitation light pulse and the signal light are synchronously incident on the optical fiber, and the signal light is optically amplified by the induced four-photon mixing. The optical soliton to be used as the second signal light constitutes the next optical fiber transmission line, and is made incident on the second optical fiber used as the optical fiber according to claim 1 and the excitation light corresponding to the optical fiber. A pulse is also incident on the optical fiber, and an optical soliton obtained from the optical fiber is further incident on the next optical fiber transmission line as the signal light pulse to generate all-optical light. Optical repeater amplifier wherein the performing soliton transmission.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP63194539A JPH0774875B2 (en) | 1988-08-05 | 1988-08-05 | Optical soliton generation method and optical repeater amplification method |
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