JP3913804B2 - Optical fiber communication system using optical phase conjugation. - Google Patents

Description

【００１３】
だけ変化する。ここに、ｎ₂ は非線形屈折率と呼ばれる量であり、シリカファイバの場合にはその値は約３．２×１０^-20 ｍ² ／Ｗである。光パルスが非線形媒質中で光カー効果を受けると、
【００１４】
【数２】

【００１５】
だけスペクトルが拡散（チャープ）する。ここにΔｚは相互作用長である。この現象は、一般に自己位相変調（Self-phase modulation:ＳＰＭ）と称される。
このＳＰＭにより光パルスの立ち上がりにおいては低周波側にシフトし、立ち下がりにおいては高周波側にシフトする。このＳＰＭによるチャーピングのために分散の影響がより顕著になり、その結果、パルスの歪みがより著しくなる。そのため、光パルスが分散媒質中で光カー効果を受けると、正常分散媒質の場合には、パルスが分散だけの場合よりもさらに拡散するが、異常分散媒質の場合にはパルス圧縮が起きる。
【００１６】
従って、上記の波長分散の効果を考え合わせると、正常分散媒質の場合には大きなパルス拡散が発生し、異常分散媒質の場合には波長分散によるパルス拡散とＳＰＭによるパルス圧縮のうち大きいほうの効果が表れる。これら２つの効果をバランスさせたものが光ソリトンである。
【００１７】
一般に異常分散媒質においてＳＰＭによるパルス圧縮を加えたほうが高い信号ＳＮを保持できて都合がよいように考えがちであるが、最近光アンプを用いて高いレベルの光パワーで伝送できるようになったことと、分散シフトファイバの開発により比較的小さな波長分散値が実現できるようになったことにより、一概にパルス圧縮を加えた方がよいともいえなくなってきた。
【００１８】
つまり、パルス圧縮効果が大きくなりすぎて大きな波形歪みが発生するのである。特に、ＮＲＺパルスの場合には、パルスの立ち上がり、立ち下がり部分において集中的にパルス圧縮が起こるため、急激な波形変化や、極端な場合には、立ち下がり部分が立ち上がり部分を追い抜き、パルスが３つに分裂するようなことも起こる。また、長距離光増幅多中継伝送の場合には、信号光を励起光として光アンプの自然放出光との間で４光波混合が生じ、その影響が甚大になるという問題もある。
【００１９】
よって、本発明の目的は、波長分散と光カー効果の相乗効果による波形歪みを抑えた光ファイバ通信システムを提供することにある。
本発明の他の目的は、本発明システムにおいて偏波変動にかかわらず最適な受信状態を維持することにある。
【００２０】
本発明の更に他の目的は、本発明システムにおける監視制御を最適化することにある。
本発明の別の目的は、本発明システムを波長分割多重（ＷＤＭ）に適合させることにある。
【００２１】
本発明によると、信号光を伝送する第１の光ファイバと、該第１の光ファイバから供給された上記信号光を受け、該信号光に対応する位相共役光を発生する位相共役光発生器と、該位相共役光発生器から供給された上記位相共役光を受け、該位相共役光を伝送する第２の光ファイバと、上記第２の光ファイバ上に設けられた（Ｎ−１）（Ｎ≧２の自然数）個の光増幅器とを備え、上記第２の光ファイバの上記（Ｎ−１）個の上記光増幅器によりＮ個に分割された第２の区間に対応して上記第１の光ファイバが上記Ｎ個の第１の区間に分割され、上記位相共役光発生器から順に数えたときに対応する上記第２の区間及び上記第１の区間について、該第１及び第２の区間がそれぞれ同数の微小区間に分割されたときに、各分割微小区間のうち上記位相共役光発生器から順に数えたときに対応する分割微小区間の波長分散の平均値は同符号で且つ各分割微小区間の長さにほぼ反比例する値に設定されると共に、各分割微小区間における光周波数、信号光強度及び非線形屈折率の積の平均値は各分割微小区間の長さにほぼ反比例するように設定される光ファイバ通信システムが提供される。
【００２６】
本発明によると、光ファイバ通信システムを上述のように構成したので、波長分散と光カー効果の相乗効果による波形歪みを補償することができるようになるという作用が生じる。尚、高速システムに適用するために、以下の説明では光ファイバがシングルモードファイバであるとする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に沿って詳細に説明する。
図１は本発明の光ファイバ通信システムの基本構成を示す図である。送信機２は、伝送データに基づく変調を行って信号光を生成し、この信号光Ｅ_S は、プローブ光として第１の光ファイバＳＭＦ１（長さＬ₁ ，分散Ｄ₁ ，非線形屈折率ｎ₂₁）で伝送された後、全伝送路の途中にある位相共役光発生器（Phase conjugator：PC) ６に入力する。
【００２８】
位相共役光発生器６でポンプ光Ｅ₀ を用いて信号光Ｅｓは位相共役光Ｅ_C に変換され、これを第２の光ファイバＳＭＦ２（長さＬ₂ ，分散Ｄ₂ ，非線形屈折率ｎ₂₂）で受信機４まで伝送する。
【００２９】
受信機４では、位相共役光を受光器で受け、信号検出がなされる。信号検出は、例えば、位相共役光を帯域フィルタで抽出した後の光直接検波や光ヘテロダイン検波によってなされる。これにより、伝送データが再生される。
【００３０】
尚、ここで用いられる光ファイバは例えばシリカファイバであり、光通信において一般的に用いられている１．３μｍ零分散ファイバや１．５５μｍ分散シフトファイバ等がその代表例である。また、信号光は周波数の異なる複数の光源からの出力信号光の周波数多重信号光でもよい。
【００３１】
位相共役光発生器６は、２次又は３次の非線形光学媒質と、この媒質に信号光及びポンプ光を供給する手段とを有する。２次の非線形光学媒質が用いられている場合は、パラメトリック効果により、また、３次の非線形光学媒質が用いられている場合には、縮退型或いは非縮退型の四光波混合により位相共役光が発生する。
【００３２】
３次の非線形光学媒質としては例えばシリカ光ファイバを用いることができ、この場合、４光波混合におけるポンプ光の波長を上記ファイバの零分散波長にほぼ一致させておくことにより、良好な位相共役光の発生が可能になる。
【００３３】
図２は位相共役光発生器の例を示すブロック図である。この位相共役光発生器は、非線形光学媒質としての光ファイバ１２１と、ポンプ光源としてのレーザダイオード１２２と、信号光及びポンプ光を加え合わせて光ファイバ１２１に供給する光学手段としての光カプラ１２３とを備えている。
【００３４】
光ファイバ１２１は望ましくはシングルモードファイバである。この場合において、信号光の波長と励起光の波長をわずかに異ならせて非縮退型の四光波混合を生じさせるときには、光ファイバ１２１の零分散を与える波長がポンプ光の波長（レーザダイオード１２２の発振波長）に一致するようにしておく。
【００３５】
光カプラ１２３は、４つのポート１２３Ａ，１２３Ｂ，１２３Ｃ及び１２３Ｄを有している。ポート１２３Ａには図１の第１の光ファイバＳＭＦ１が接続され、ポート１２３Ｂにはレーザダイオード１２２が接続され、ポート１２３Ｃには光ファイバ１２１の第１端が接続され、ポート１２３Ｄはデッドエンドにされている。光ファイバ１２１の第２端は、図１の第２の光ファイバＳＭＦに接続される。
【００３６】
尚、本願明細書において「接続」という語は、動作的な接続を意味し、光学的に直接接続される場合を含み、更に、光フィルタや光アイソレータ等の光学要素を介して接続される場合や偏光状態を適当に調整した上で接続される場合を含む。
【００３７】
光カプラ１２３は、ポート１２３Ａ及び１２３Ｂに供給された光をポート１２３Ｃから出力するように機能し、この光カプラ１２３としては、例えば、ファイバ融着型のもの、ハーフミラー、光合波器、偏光ビームスプリッタ等が使用される。
【００３８】
この構成によると、光カプラ１２３のポート１２３Ａに供給された信号光とポート１２３Ｂに供給されたポンプ光とを加え合わせて非線形光学媒質である光ファイバ１２１に供給することができるので、四光波混合により信号光を位相共役光で変換することができる。
【００３９】
図３は位相共役光発生器の他の例を示すブロック図である。この位相共役光発生器は、図２の例と対比して、レーザダイオード１２２と光カプラ１２３のポート１２３Ｂとの間に偏光スクランブラ（偏波スクランブラ）１２４を設けている点で特徴付けられる。
【００４０】
一般に、シングルモードファイバの偏波モードには、偏波面が互いに直交する２つの偏波モードが存在し、各種の外乱の影響によりこれら２つの偏波モードが結合して、結果として、ファイバの第１端に供給される光の偏波状態はこのファイバの第２端から出力される光の偏波状態に一致しない。従って、伝送路としてシングルモードファイバが用いられている場合には、位相共役光発生器に供給される信号光の偏波状態は、環境変化等によって時間と共に変動する。
【００４１】
一方、位相共役光発生器における信号光から位相共役光への変換効率は、位相共役光発生器に供給される信号光の偏波状態とポンプ光の偏波状態との関係に依存する。
【００４２】
図３の例によると、レーザダイオード１２２からのポンプ光を偏光スクランブラ１２４を介して信号光と合流させるようにしているので、供給される信号光の偏波状態が時間と共に変動する場合であっても、各種光デバイスの安定動作を実現することができる。
【００４３】
偏光スクランブラ１２４は、１／２波長板及び１／４波長板の組み合わせやＬｉＮｂＯ₃ 位相変調器等を用いて通常通り構成され、例えば、レーザダイオード１２２から出力されるポンプ光がほぼ直線偏光である場合には、その偏波面を回転するように機能する。
【００４４】
図３に図示された例では、レーザダイオード１２２から出力されるポンプ光に対して偏光スクランブラ１２４を作用させているが、光カプラ１２３のポート１２３Ａと図１の第１の光ファイバＳＭＦ１との間あるいは送信機に偏光スクランブラを配置して信号光に対して偏光スクランブラが作用するようにしてもよい。
【００４５】
次に、本発明の原理を説明する。光ファイバ伝送における信号光Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝Ｆ（ｘ，ｙ）φ（ｚ，ｔ）ｅｘｐ〔ｉ（ωｔ−ｋｚ）〕の伝搬は、一般に以下の非線形波動方程式によって記述可能である。ここに、Ｆ（ｘ，ｙ）は横方向のモード分布、φ（ｚ，ｔ）は光の複素包絡線を表し、このφ（ｚ，ｔ）は光の周波数ωに比べて十分にゆっくり変化すると仮定する。
【００４６】
【数３】

【００４７】
ここに、Ｔ＝ｔ−β₁ ｚ（β₁ は伝搬定数）、αはファイバの損失、β₂ はファイバの波長分散を表し、
【００４８】
【数４】

【００４９】
は、ファイバ内の光カー効果の係数を表す。ここに、ｎ₂ とＡ_eff はそれぞれファイバの非線形屈折率と有効コア断面積を表す。ｃは真空中の光速である。ここでは１次分散までを考慮し、それより高次の分散は省略した。また、α，β₂ ，γはｚの関数であるとし、それぞれα（ｚ），β₂ （ｚ），γ（ｚ）と表されるものとする。さらに、位相共役光発生器の位置を原点（ｚ＝０）とする。ここで、以下の規格化関数を導入する。
【００５０】
【数５】

【００５１】
ここに、
【００５２】
【数６】

【００５３】
は、振幅を表し、α（ｚ）＞０の場合は伝送路が損失を持ち、α（ｚ）＜０の場合は利得を持つことをそれぞれ表す。Ａ（ｚ）≡Ａ（０）は損失無しの場合を表す。また、Ａ（ｚ）² ＝Ｐ（ｚ）は光パワーに相当する。（５），（６）式を（３）式に代入すると、次の発展方程式が得られる。
【００５４】
【数７】

【００５５】
ここで以下の変換を行う。
【００５６】
【数８】

【００５７】
その結果、（７）式は以下のように変換できる。
【００５８】
【数９】

【００５９】
ここで、ｓｇｎ［β₂ ］≡±１は、β₂ ＞０，即ち正常分散の場合には＋１を、β₂ ＜０，即ち異常分散の場合には−１をそれぞれとる。（９）式が成り立てばその複素共役も成り立ち、次の式が得られる。
【００６０】
【数１０】

【００６１】
複素共役光ｕ^* はｕに対する発展方程式と同じ発展方程式に従う。ただし、その際の伝搬方向は反転する。この動作はまさしく位相共役光発生器の動作である。透過型の位相共役光発生器においては上記のことはＧＶＤ（群速度分散）とＳＰＭによる位相シフトを反転させることと等価である。
【００６２】
ここで図４のシステムを考える。長距離伝送においては伝送路損失を光増幅中継して補償する。図１の光ファイバＳＭＦ１及びＳＭＦ２にそれぞれ対応する伝送路Ｉ（長さＬ₁ ）と伝送路ＩＩ（長さＬ₂ ）の間に位相共役光発生器を配置する。
【００６３】
規格化座標（ζ軸）において、位相共役光発生器は中点ζ＝０に置き、受信機はζ＝ζ₀ に置く。伝送路Ｉ内（−ζ₀ ＜ζ＜０）においては、ｕ（ζ）は発展方程式（９）に従う。位相共役光発生器によりｕ（０）は位相共役光ｕ^* （０）に変換される。ｕ^* （ζ）は伝送路ＩＩ内（０＜ζ＜ζ₀ ）を発展方程式（１０）に従って伝搬する。
【００６４】
このときζ軸上の位相共役光発生器の位置（ζ＝０）に関して対称な位置にある任意の２点−ζ，ζにおける規格化距離ｄζ内において、（９）式の右辺第一、二項の係数が等しくなるように各パラメータの値を設定すれば、−ζにおけるｕ^* はζにおけるｕの位相共役光となる。即ち、次の２式が条件となる。
【００６５】
【数１１】

【００６６】
（１１）式は伝送路Ｉ，ＩＩの分散の符号が等しい必要性を示しており、これは分散補償の条件と一致する。ファイバ内では、γ＞０，Ａ（ｚ）² ＞０であることを考慮すると、上記条件は次のようにまとめることができる。
【００６７】
【数１２】

【００６８】
伝送路Ｉ内の（−ζ）におけるＧＶＤとＳＰＭによる位相シフトは位相共役光発生器により符号が反転する。従って、この位相シフトによる波形歪みは伝送路II内の（ζ）における位相シフトによる歪みにより補償される。このように小区間毎に上記のような設定による補償を繰り返していけば、全長に渡る補償が可能となる。
【００６９】
次に、上記の補償条件をｚ座標で記述する。（１３）式より、
【００７０】
【数１３】

【００７１】
を得る。即ち、各区間内での非線形定数と光パワーの積に対する波長分散の比を等しくすることが条件となる。ここで、−ｚ₁ ，ｚ₂ は次の式を満足させる２点である。
【００７２】
【数１４】

【００７３】
（１４），（１５）式より（１６），（１７）式が得られる。
【００７４】
【数１５】

【００７５】
ｄｚ₁ ，ｄｚ₂ はそれぞれ−ｚ₁ ，ｚ₂ における小区間の長さであり、各区間長は当該区間内の分散に反比例するかあるいは非線形定数と光パワーの積に反比例する。ここで、分散β₂ と分散パラメータＤの関係、Ｄ＝−（２πｃ／λ² ）β₂ を考慮すれば、（１６），（１７）式より以下の関係が得られる。Ｄはｚの関数であり、Ｄ（ｚ）とも表される。
【００７６】
【数１６】

【００７７】
分散及び非線形効果についていずれも位相共役光発生器に関して対称な二つの位置の一方における増加分と他方の減少分とが等しいことが補償の条件であることがわかる。
【００７８】
（１８），（１９）式は、補償のための必要条件であり、対応する各小区間での総分散量と光カー効果の総量が等しくなることを示している。ここで（４）式とＩ＝Ｐ／Ａ_eff が光強度を表すことを考慮すると、伝送路Ｉと伝送路ＩＩの各小区間の分散値、非線形屈折率及び光強度の積を区間の長さに反比例するように設定し、且つその比が等しくなるように設定すれば補償可能であることを示している。
【００７９】
特にα，Ｄ及びγが一定であり且つパワーの変動が小さい場合には（１８），（１９）式を積分すれば、
【００８０】
【数１７】

【００８１】
ここで、損失を補償するための利得を与える方法について考えてみる。第１には、伝送路として分布定数的な利得媒質を用いることが挙げられる。例えば、ラマン増幅器やＥｒ³⁺イオンを希薄にドープしたドープファイバ増幅器等が考えられる。
【００８２】
本発明では、光カー効果と分散値の比を制御するようにしている。位相共役光発生器に関して等価的に対称の位置において同じ値の光カー効果と分散の比を与えることにより、完全な補償を実現することができる。
【００８３】
伝送路に沿ってこの比を大きくするためには、分散を徐々に小さくしていくか、光カー効果を徐々に大きくしていけばよい。分散の値を変化させることは、ファイバの設計により可能である。例えば、分散シフトファイバ（ＤＳＦ）の零分散波長を変化させることや、ファイバのコアとクラッドの比屈折率差やコア径を変えることにより上述の比を変化させることができる。
【００８４】
一方、光カー効果を変化させることは、非線型屈折率を変化させたり光強度を変化させることにより可能となる。即ち、損失、非線形屈折率、モードフィールト径及び分散から選択される少なくとも一つのファイバパラメータを連続的に変化させることにより、本発明に適用可能な光ファイバを製造することができる。ここでは、光強度を変化させる方法について考える。
【００８５】
例えば、損失のある伝送路に沿って光強度を大きくするためには、損失がさほど変化しない範囲で有効コア断面積Ａ_eff を次第に小さくしていけばよい。例えば、モードフィールド径（ＭＦＤ）が半分になれば光強度は約４倍になる。
【００８６】
もっと大きな損失に対しては更にＭＦＤを小さくしなければならないが、あまりＭＦＤを小さくすると損失が増えてしまい効果が出ない。現実的なＭＦＤの最小値はせいぜい２〜３μｍというところである。
【００８７】
１．３μｍ零分散ＳＭＦのＭＦＤが約１０μｍ、１．５５μｍＤＳＦのＭＦＤが約８μｍであることを考慮すると、ＭＦＤだけで対応可能な損失はＳＭＦで約７ｄＢ、ＤＳＦでは約６ｄＢということになる。
【００８８】
更に大きな損失がある場合でも、コア径を小さくすることの効果と、分散の値を小さくすることの効果を組み合わせて本発明を実施すればよい。例えば、分散の値を半分にすることができれば更に３ｄＢの損失がある場合でも（１４）式を満足する分布を実現することができる。
【００８９】
図５は本発明の第１実施形態を示す図である。ここでは、位相共役光発生器６を挟んで各伝送路の対称な位置ｚ_1j，ｚ_2j（（１５）式で定義されている）にある微小区間１ｊ（長さΔｚ_1j），２ｊ（長さΔｚ_2j）の各パラメータを、
【００９０】
【数１８】

【００９１】
となるように設定する。Ｄ_1j，ω₁ ，ｎ_{21j ,} 〈Ｉ_1j〉はそれぞれ区間１ｊにおける分散パラメータ、光周波数、非線形屈折率、平均強度であり、Ｄ_2j，ω₂ ，ｎ_{22j ,} 〈Ｉ_2j〉はそれぞれ区間２ｊにおける分散パラメータ、光周波数、非線形屈折率、平均強度である。
【００９２】
具体的な例を説明する。今、光ファイバＳＭＦ１の分散がＤ₁ ＝−３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍで一定であり、光ファイバＳＭＦ２の分散がＤ₂ ＝−０．３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍで一定であるとする。このとき、（２０）式より、Ｌ₁ ／Ｌ₂ ＝Ｄ₂ ／Ｄ₁ ＝１／１００となる。
【００９３】
従って、例えば光ファイバＳＭＦ２の全長をＬ₂ ＝５０ｋｍとすると、Ｌ₁ ＝５００ｍとなる。このことは、５００ｍのファイバにより予め波形を歪ませておくことにより、５０ｋｍの歪みのない伝送が可能になることを示している。
【００９４】
或いは、ファイバパラメータの異なる複数のファイバを、（２２），（２３）式を満足するように縦列に配置し、各ファイバをスプライスして接続してもよい。
【００９５】
図６は本発明の第２実施形態を示す図である。ここでは、光アンプを使った多中継伝送に本発明を適用した場合を示している。今、光ファイバＳＭＦ２が伝送路であるとして、その途中に（Ｎ−１）個の光アンプＡ−１，・・・，Ａ−（Ｎ−１）を間隔ｌ₂ で中継して全長Ｌ₂ ＝Ｎｌ₂ の光増幅中継伝送を行う。このとき、図６に示されるように、光ファイバＳＭＦ１についても中継数と同じようにＮ等分し、各区間の距離をｌ₁ 、全長をＬ₁ とする。
【００９６】
このとき、Ｌ₁ とＬ₂ の比（ｌ₁ とｌ₂ の比）は、各ファイバの分散の逆数に比例するから、Ｌ₁ ＝（Ｄ₂ ／Ｄ₁ ）Ｌ₂ （ｌ₁ ＝（Ｄ₂ ／Ｄ₁ ）ｌ₂ ）とする。また、光カー効果については、位相共役光発生器６に関して対応する区間内の対応する各微小区間において（２３）式が成り立つようにしておく。
【００９７】
例えば、上述の分散値の場合には、中継区間５０ｋｍの伝送において、光ファイバＳＭＦ１を５００ｍ毎に区切って上記設定を行うことになる。従って、例えば光ファイバＳＭＦ１として５００ｍ毎に４０分割した全長２０ｋｍのファイバを用いれば、位相共役光発生器６の後５０ｋｍ毎の３９中継による全長２０００ｋｍの伝送が可能となる。
【００９８】
この場合、光ファイバＳＭＦ１の長さ５００ｍの各区間に対応する光ファイバＳＭＦ２の各区間の長さが異なることは言うまでもない。対応する区間は（１５）式で定義されており、光ファイバＳＭＦ１の区間のうち大きな分散の区間は光ファイバＳＭＦ２におけるより長い区間をカバーする。
【００９９】
ここでは分割を等間隔に行っているが、対応する区間毎に（２２），（２３）式が成り立てばよいから、特に等間隔である必要はない。特に、光ファイバＳＭＦ１については損失を補償する光増幅器が設けられていないので、現実的な分散やパワーでは条件を満たすことが困難になることもある。こうした場合には、Ｌ₁ を等間隔に分割せずに、損失によって強度が小さくなるにつれＬ₁ を大きくしていくことなどにより、分散やパワーについての要求を緩和することができる。
【０１００】
また、光ファイバＳＭＦ２についても分散を一定にせず、例えば各中継区間を分割してパワーの高い部分では比較的分散を大きくし、パワーが小さい部分では比較的分散を小さくすることにより、等価的に損失の効果を小さくすることができる。こうした方法により、光ファイバＳＭＦ１における分散やパワーについての要求を緩和することが可能である。
【０１０１】
こうした方法における分割は細かければ細かいほど有効であることはいうまでもないが、実際には数分割程度でも十分有効である。必要な分割数は伝送速度と伝送距離によって決まる。
【０１０２】
又、図６の実施形態では、光ファイバＳＭＦ２を光増幅中継伝送しているが、光ファイバＳＭＦ１を光増幅中継伝送した後同様の方法により光ファイバＳＭＦ２にて補償してもよい。その例を図７に示す。
【０１０３】
図７は本発明の第３実施形態を示す図である。ここでは、位相共役光発生器６の前後で中継数を同じにしておき、位相共役光発生器６に関して対称な区間において（２２），（２３）式が成り立つように設定する。具体的には、第１の光ファイバＳＭＦ１の途中にはＮ個の光増幅器Ａ１−１，・・・，Ａ１−Ｎが設けられており、第２の光ファイバＳＭＦ２の途中には同じくＮ個の光増幅器Ａ２−１，・・・，Ａ２−Ｎが設けられている。
【０１０４】
この実施形態ではＬ₁ を長くすることができるので、これに対応してＬ₂ も長くなり、長距離伝送が可能になる。
その際、前述のように光ファイバＳＭＦ２における分散を一定にせず、例えば各中継区間を分割してパワーの高い部分では比較的分散を大きくし、パワーの小さい部分では比較的分散を小さくすることにより、等価的に損失の効果を小さくすることができる。
【０１０５】
図８は本発明の第４実施形態を示す図である。ここでは、平均強度近似を用いた伝送において、分散と光カー効果も伝送路内で一定でない場合についての応用が示されている。まず、分散パラメータの平均値について、
【０１０６】
【数１９】

【０１０７】
が成り立つようにし、更に非線型屈折率と光強度の積の平均値について、
【０１０８】
【数２０】

【０１０９】
が成り立つように設定する。これによりおおよその補償が可能となる。
補償の残留分については、図８に示されるように、光ファイバＳＭＦ２と受信機４との間に設けられた長さＬ₃ の第３の光ファイバＳＭＦ３の分散Ｄ₃ とこの中の光カー効果ｎ₂₃Ｉ₃ を適当に調節することにより、ほぼ完全な補償が可能になる。
【０１１０】
図９は本発明の第５実施形態を示す図である。この実施形態は、図８の第４実施形態を光増幅多中継伝送系に適用したものである。この場合、位相共役光発生器６の前後に複数の中継器を設け、位相共役光発生器６に関して対応する区間において（２２），（２３）式が成り立つように設定すればよいし、より大雑把には、特願平５−２２１８５６号に示されるように、全長における平均値において上式が成り立つように設定してもある程度の補償は可能である。さらに補償の程度をよくするためには、図８の第４実施形態におけるのと同様にして第３の光ファイバＳＭＦ３を用い、その分散Ｄ₃ と光カー効果ｎ₂₃Ｉ₃ を調節すればよい。
【０１１１】
ところで、実際の長距離伝送システムにおいては、周囲環境により分散値に揺らぎが生じる。特に、温度変動による分散値の変動の影響は大きく、これは特に零分散付近の小さな分散値に設定したシステムの場合に顕著である。
【０１１２】
零分散付近の分散値は、信号光の波長を変えることにより２次分散の傾斜（約０．０８ｐｓ／ｎｍ² ／ｋｍ）に従って変えることが可能である。一方、四光波混合を用いて位相共役光を発生させるシステムにおいては、位相共役光の角周波数をω_C ，ポンプ光の角周波数をω_P ，信号光の角周波数をω_S とすると、ω_C ＝２ω_P −ω_S の関係があるから、ω_S またはω_P を変えることによりω_C を変えることが可能である。
【０１１３】
このように、送信機においてω_S を調整するか、図示しない端局から送られる制御信号により位相共役光発生器６においてω_P を調整することにより、分散の変動に合わせて常時最適な伝送を行うことができる。
【０１１４】
図１０は光ファイバＳＭＦ１及びＳＭＦ２のそれぞれの零分散波長ω₁₀，ω₂₀に対する信号光、ポンプ光及び位相共役光の周波数配置を示す図である。
もしも、２つのファイバの分散曲線が環境の変化により同じ方向にシフトしたとすると（図の鎖線参照）、ω_S とω_C を同じ方向にシフトさせるのがよいが、ω_S の変化に対してω_C は反対方向にシフトするので、ω_S を変化させつつω_P をω_S と同じ方向に同じだけ変化させるのがよい。図１０のような最も単純な場合には、ω_S とω_P を同じ方向に同じ大きさ（Δω）だけシフトすればよい（ω_C ＋Δω＝２（ω_P ＋Δω）−（ω_S ＋Δω））。現実には、分散の変動は単純なものではないので、状況に合わせて適宜補正することになる。実際には、端局において受信波形をモニターする等しながらω_S とω_P の微調整を行って最適状態を得る。
【０１１５】
図１１は本発明の第６実施形態を示す図である。この実施形態は基本的には平均強度を用いたものであるが、光アンプ間のパワーの変化（低下）の影響を緩和するために、図７に示した分散の制御を行うものである。
【０１１６】
具体的には、各中継区間を数分割し、伝送方向に向かって次第に分散値を小さくしていくものである。一例を図１２に示す。
ここでは、伝送路の平均分散をＤ₁ ＝−３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ，Ｄ₂ ＝−０．３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍに設定する場合において、各中継区間を３分割し、伝送方向に向かって−０．３５，−０．３０，−０．２５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍになるように設定した例を示している。
【０１１７】
このとき、中継区間が例えば５１ｋｍであれば、１７ｋｍ毎に分割することになり、分散の傾斜は約−０．０４ｄＢ／ｋｍ程度になる。従って、例えばファイバの損失が−０．２０ｄＢ／ｋｍであれば、（２３）式で表される比の変化を約−０．１６ｄＢ／ｋｍに低下することが可能となる。
【０１１８】
これにより、より損失の小さな状態と等価な状態を実現することができる。従って、光アンプの中継区間を拡大することが可能である。また、同じ中継間隔でも、歪みの補償効果を向上させることができる。
【０１１９】
図１３は本発明の第７実施形態を示す図である。この実施形態は、本発明を光増幅多中継伝送系に適用した場合に、光ファイバＳＭＦ１内において非線形効果と分散の比が一定になるようにしたものである。
【０１２０】
即ち、光ファイバＳＭＦ１を複数の区間に分割し、各区間ｊにおける分散値Ｄ_1jΔｚ_1jの値の総和が光ファイバＳＭＦ２の総波長分散に一致するようにし、且つ、各区間ｊにおける非線形効果と分散の比（∝ｎ₂₁Ｉ_Sj／Ｄ_1j）の値を一定に設定する。一方、光ファイバＳＭＦ２では平均値近似を用いた光増幅多中継伝送を行う。光ファイバＳＭＦ１内での非線形効果の総量を光ファイバＳＭＦ２における非線形効果の平均値の総量に一致させるものである。光ファイバＳＭＦ２についても、光ファイバＳＭＦ１と同じように設定してもよい。
【０１２１】
損失によるＩ_Sjの低下を、Ｄ_1jを次第に小さくすることで補償することができるので、非線形効果と分散の比を一定にすることができる。また、区間の長さΔｚ_1jを損失に反比例する形で長くすることにより、各区間での分散値を一定にすることができる。即ち、ｎ₂₁Ｉ_SjΔｚ_1jが一定になるようにし、且つ、Ｄ_1jΔｚ_1jが一定になるようにするのである。
【０１２２】
この実施形態では、光ファイバＳＭＦ１の分割数を光ファイバＳＭＦ２における中継数と同じにしているが、このような平均値近似においては、実用上は、光ファイバＳＭＦ１の分割数を光ファイバ２の中継数よりも少なくしても効果が得られる。即ち、同数の分割におけるいくつかの分割毎の平均値で代用するものである。この際の効果は、伝送速度と伝送距離に依存する。
【０１２３】
図１４は本発明の第８実施形態を示す図である。この実施形態では、位相共役光発生器６から出力された光を光カプラ８或いはそれに代わる図示しない光スイッチにより２分岐し、一方の分岐光は光ファイバＳＭＦ２（長さＬ₂ ）により受信機４（＃１）に伝送し、他方の分岐光は光ファイバＳＭＦ３（長さＬ₃ ）により受信機４（＃２）に伝送する。
【０１２４】
光ファイバＳＭＦ２には光増幅器Ａ２−１，２，・・・，Ｎ₂ が設けられており、光ファイバＳＭＦ３には光増幅器Ａ３−１，２，・・・，Ｎ₃ が設けられている。
【０１２５】
この実施形態のように、本発明を伝送路の分岐について応用した場合にも、非線形光学媒質６からの光を分岐して各受信機４（＃１，＃２）までの距離に見合った分散と光強度により伝送可能である。
【０１２６】
図１５は本発明の第９実施形態を示す図である。この実施形態では、波長多重伝送において複数の第３のファイバを用いて追加補償を行っている。図において、１０（＃１，＃２，・・・，＃Ｎ）は光ファイバＳＭＦ２により伝送された位相共役光についてチャネル選択を行う光学フィルタを示している。各光学フィルタ１０（＃１，＃２・・・，＃Ｎ）から出力された光は、それぞれ補償用の光ファイバＳＭＦ３−１，２，・・・，Ｎを介して受信機４（＃１，＃２，・・・，＃Ｎ）に伝送される。
【０１２７】
Ｎチャンネルの波長多重信号光Ｅ_S1，Ｅ_S2，・・・，Ｅ_SN（周波数：ω_S1，ω_S2，・・・，ω_SN）を光ファイバＳＭＦ１により伝送した後、位相共役光発生器６によりＮチャンネルの波長多重位相共役光Ｅ_C1，Ｅ_C2，・・・，Ｅ_CN（周波数：ω_C1，ω_C2，・・・，ω_CN）に変換し、光ファイバＳＭＦ２により伝送後、各受信機により受信する。
【０１２８】
このとき、光ファイバＳＭＦ１、ＳＭＦ２での各チャンネルの分散は図１６のようになっている。
位相共役光発生器を用いた分散補償においては、位相共役光発生器の前後で分散の符号が同一である必要があるから、零分散に対して、図１６のような周波数配置になる。図に示された例では、正常分散から正常分散への変換になっている。この場合、光ファイバＳＭＦ１では第１チャネルに対する分散の絶対値が最小値であるのに対して、光ファイバＳＭＦ２においては第Ｎチャネルに対する分散の絶対値が最小値になっている。
【０１２９】
従って原理的には、全チャネルに対して同時に完全な分散補償を行うことは困難である。図１５の第９実施形態は、このような場合に対して、光ファイバＳＭＦ２の出力を分岐した後各チャネルについて周波数選択を行い、その後各チャネル毎の残留補償量に見合った第３のファイバＳＭＦ３−１，２，・・・，Ｎを用いて追加補償を行っているものである。
【０１３０】
図１７に示される本発明の第１０実施形態は、全チャネルを等しく理想的に補償するためのものである。ここでは、各チャネル毎に信号光を別々のファイバＳＭＦ１１，１２，・・・，１Ｎで伝送し、その際、異なる分散に見合う強度（Ｉ₁₁，Ｉ₁₂，Ｉ_1N）で伝送する。光ファイバＳＭＦ１の出力光を各チャネル毎の位相共役光発生器６（＃１），（＃２）・・・，（＃Ｎ）或いは全チャネルを一括して図示しない１つの位相共役光発生器で位相共役光に変換し、これらを共通の光ファイバＳＭＦ２で伝送して図１５の第９実施形態におけるのと同じようにして受信する。
【０１３１】
但し、複数の信号光或いは位相共役光を合波する光マルチプレクサの図示は省略されている。ここでは第３の光ファイバＳＭＦ３は不要である。尚、この際の各チャネルの分散と非線形効果の設定は、これまでに述べたいずれの方法によってもよい。
【０１３２】
ところで、位相共役光発生器は偏光依存性を持つため、信号光の偏光状態により変換効率が異なり、それによりシステム特性が不安定となる。また、位相共役光発生器や光増幅器に用いられる光部品には偏光依存性のあるものが多く、これらを多段接続したときに信号レベルが不安定となる。
【０１３３】
これを抑えるためには、偏波ダイバーシティ或いは偏波能動制御を適用するか、信号光或いはポンプ光について偏波スクランブルを行えばよい。特に、送信機において信号光の偏波スクランブルを行う方法は、構成が簡単である上、現在長距離伝送において問題となっている各種の偏波依存性の影響を除去する上からも有望である。
【０１３４】
図１８は本発明の第１１実施形態を示す図である。この光ファイバ通信システムは、図６の第２実施形態と対比して、第１の光ファイバＳＭＦ１として偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）を用いている点で特徴付けられる。
【０１３５】
送信機２は実質的に直線偏波である信号光を出力する。一般に偏波保持ファイバは少なくとも１つの主軸を有しており、この主軸に平行な偏波面を有する直線偏光を、その偏波面を維持して伝送可能である。
【０１３６】
送信機２からの信号光は、その偏波面が第１の光ファイバＳＭＦ１の主軸に平行になるように第１の光ファイバＳＭＦ１へ供給される。第１の光ファイバＳＭＦ１と位相共役光発生器６は、第１の光ファイバＳＭＦ１から出力される信号光の偏波面が位相共役光発生器６におけるポンプ光の偏波面に一致するように互いに接続される。
【０１３７】
波長分散と光カー効果の相乗効果による波形歪みを補償するための条件については、図６の第２実施形態におけるのと同じであるからその説明を省略する。
４光波混合（ＦＷＭ）や光パラメトリック増幅により生成される位相共役光の生成効率は、入力信号光及びポンプ光の偏波状態に依存する。本実施形態においては、位相共役光発生器６へ入力する信号光の偏波状態が定まっているので、位相共役光発生器６において安定且つ高効率で位相共役光を発生させることができる。
【０１３８】
望ましくは、送信機２、第１の光ファイバＳＭＦ１及び位相共役光発生器６は送信局内に配置され、第２の光ファイバＳＭＦ２は伝送路として用いられ、受信機４は受信局内に配置される。
【０１３９】
図１９は本発明の第１２実施形態を示す図である。この実施形態では、（Ｎ−１）個の光増幅器Ａ−１，・・・，Ａ−（Ｎ−１）は第１の光ファイバＳＭＦ１の途中に設けられ、位相共役光発生器６と受信機４は第２の光ファイバＳＭＦ２により接続されている。
【０１４０】
第１の光ファイバＳＭＦ１は偏波保持ファイバからなり、便宜上ここでは各ファイバ区間の主軸方向が一致しているものとする。そして、各光増幅器Ａ−１，・・・，Ａ−（Ｎ−１）の信号光出力側には、それぞれ偏光子１２−１，・・・，１２−（Ｎ−１）が設けられている。各偏光子の偏光主軸は各光増幅器から出力される信号光の偏波面にほぼ平行になるように設定される。即ち、各偏光子の偏光主軸は各ファイバ区間の主軸にほぼ平行になるように配置されている。
【０１４１】
望ましくは、送信機２は送信局内に配置され、第１の光ファイバＳＭＦ１は伝送路として用いられ、位相共役光発生器６、第２の光ファイバＳＭＦ２及び受信機４は受信局内に配置されている。
【０１４２】
偏波保持ファイバからなる第１の光ファイバＳＭＦ１を伝送路として用いる場合、その長さは通常１０ｋｍ以上になるので、第１の光ファイバＳＭＦ１の入力端に実質直線偏波である信号光を供給したとしても、第１の光ファイバＳＭＦ１の出力端においては信号光の直線偏波状態が崩れる可能性がある。そこで、この実施形態では、各光増幅器の信号光出力側において信号光の偏波状態を改善しているのである。従って、偏光子１２−１，・・・，１２−（Ｎ−１）はそれぞれ光増幅器Ａ−１，・・・，Ａ−（Ｎ−１）の信号光入力側に設けられていてもよい。また、偏光子は全ての光増幅器に付加される必要はない。
【０１４３】
この実施形態においても、図１８の第１１実施形態におけるのと同様に、偏波変動に係わらず最適な受信状態を維持することが可能になる。
図２０は位相共役光発生器の更に他の例を示す図である。この位相共役光発生器は、図２の位相共役光発生器と対比して、ポンプ光源として２つのレーザダイオード１２２Ａ及び１２２Ｂを有している点で特徴付けられる。
【０１４４】
レーザダイオード１２２Ａ及び１２２Ｂはそれぞれ実質的に直線偏波である第１及び第２のポンプ光を出力する。第１及び第２のポンプ光はこれらの偏波面が互いに直交するように偏波カプラ１２５により合成され、光カプラ１２３を介して非線形光学媒質である光ファイバ１２１へ供給される。
【０１４５】
望ましくは、第１及び第２のポンプ光は互いに異なる光周波数を有しており、これらの差は信号光の伝送速度に対応する周波数と等しいかそれよりも大きく設定される。また望ましくは、第１及び第２のポンプ光はほぼ同振幅である。
【０１４６】
この位相共役光発生器の構成によると、非線形光学媒質である光ファイバ１２１内において常に位相共役光が発生するので、信号光の偏波変動に係わらず最適な受信状態を維持することができる。
【０１４７】
図２１は本発明の第１３実施形態を示す図である。光送信機２、第１の光ファイバＳＭＦ１及び位相共役光発生器６は、送信局ＳＴに含まれる。第２の光ファイバＳＭＦ２は伝送路として用いられ、受信機４は受信局ＲＴに含まれる。
【０１４８】
受信局ＲＴは、光受信機４における伝送情報の再生の品質を示すパラメータをモニタリングするモニタ回路１４を更に含む。モニタ回路１４はモニタ信号を出力する。
【０１４９】
送信局ＳＴは制御器（フィードバック手段）１６を更に含む。制御器１６は、モニタ回路１４からのモニタ信号を受け、モニタ回路１４においてモニタリングされたパラメータが最適な値になるように光送信機２における信号光の波長若しくはパワー又は位相共役光発生器６におけるポンプ光の波長若しくはパワーをフィードバック制御する。
【０１５０】
例えば、信号光及び／又はポンプ光の波長の制御により、伝送路の分散が最適な値に維持され、信号光及び／又はポンプ光のパワーの制御により、分散と光カー効果の相乗効果による波形歪みが適切に補償される。
【０１５１】
図２２は本発明の第１４実施形態を示す図である。光送信機２は送信局ＳＴに含まれ、第１の光ファイバＳＭＦ１が伝送路として用いられる。受信局ＲＴは、位相共役光発生器６、第２の光ファイバＳＭＦ２、光受信機４及びモニタ回路１４を含む。
【０１５２】
制御器１６は、制御対象が位相共役光発生器６におけるポンプ光の波長又はパワーである場合には、受信局ＲＴに含まれ、制御対象が光送信機２における信号光の波長又はパワーである場合には、送信局ＳＴに含まれる。
【０１５３】
尚、図２１又は図２２のシステムにおいて、モニタ回路１４から制御器１６へ供給するモニタ信号の伝送は、このシステムの伝送路によることができる。例えば双方向伝送を行って、逆方向の信号光に低速の監視信号を重畳等するとよい。
【０１５４】
次に、本発明を波長分割多重（ＷＤＭ）に適合させる場合において図１６により説明した問題を解決するいくつかの実施形態を説明する。
図２３は本発明の第１５実施形態を示す図である。送信機２（＃１，＃２，・・・，＃Ｎ）は互いに異なる波長（光周波数）の信号光Ｅ_S1，Ｅ_S2，・・・，Ｅ_SNを出力する。これらの信号光の光周波数はω_S1，ω_S2, ・・・，ω_SNである。
【０１５５】
これらの信号光は複数の第１の光ファイバＳＭＦ１１，ＳＭＦ１２，・・・，ＳＭＦ１Ｎによって伝送され、スターカプラ等からなる光マルチ／デマルチプレクサ１８によって加え合わされると共に分岐される。
【０１５６】
分岐された信号光はそれぞれ位相共役光発生器６（＃１，＃２・・・，＃Ｍ）へ供給される。位相共役光発生器６（＃１，＃２・・・，＃Ｍ）は供給された複数の信号光の少なくとも１つに対応する位相共役光を発生する。発生した位相共役光はそれぞれ光フィルタ２０（＃１，＃２・・・，＃Ｍ）を透過した後複数の第２の光ファイバＳＭＦ２１，ＳＭＦ２２，・・・，ＳＭＦ２Ｍによってそれぞれ光受信機４（＃１，＃２・・・，＃Ｍ）へ伝送される。
【０１５７】
複数の第２の光ファイバによって伝送される位相共役光は、Ｅ′_C1，Ｅ′_C2，・・・，Ｅ′_CMで示されている。
第１の光ファイバＳＭＦ１ｊ（ｊ＝１，２，・・・，Ｎ）のそれぞれの長さはＬ_1j、分散はＤ_1j、非線形係数はγ_1jであり、各信号光のパワーはＰ_1jであるとする。また、第２の光ファイバＳＭＦ２ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｍ）のそれぞれの長さはＬ_2k、分散はＤ_2k、非線形係数はγ_2kであり、各位相共役光のパワーはＰ_2kであるとする。
【０１５８】
このとき、次の２つの条件が満足されるように各パラメータが設定される。
Ｄ_1jＬ_1j＝Ｄ_2kＬ_2k＝（一定）
γ_1jＰ_1j／Ｄ_1j＝γ_2kＰ_2k／Ｄ_2k＝（一定）
尚、ここでの一定という意味には、各ファイバ内の任意の区間における平均値が一定であるということが含まれる。
【０１５９】
ここで、各第２の光ファイバＳＭＦ２ｋによる波形歪みの補償は、光フィルタ２０（＃ｋ）の帯域を通過する位相共役光に対して最適化されるように設定されている。また、位相共役光発生器６（＃ｋ）と光フィルタ２０（＃ｋ）の組み合わせによって抽出されるチャネルＥ′_Ckは、信号光の任意の１チャネル又はその近傍の光フィルタの帯域に含まれる複数のチャネルの位相共役光である。
【０１６０】
各光フィルタを透過するチャネルは、位相共役光発生器におけるポンプ光の波長制御及び／又は光フィルタの透過波長の制御により任意に設定可能である。
このシステムは、例えば、第２の光ファイバが伝送路として用いられている場合には分配システムとして機能し、第２の光ファイバが受信局或いは中継器内にある場合にはチャンネル交換（クロッシング）システムとして機能する。
【０１６１】
図２４は本発明の第１６実施形態を示す図である。このシステムは、図２３の第１５実施形態と対比して、複数の光送信機２（＃１，＃２，・・・，＃Ｎ）に対して共通の第１の光ファイバＳＭＦ１が用いられている点で特徴付けられる。
【０１６２】
この変更に伴い、第１の光ファイバＳＭＦ１の入力端は光マルチプレクサ２２を介して各光送信機２（＃ｊ）に接続され、出力端は光デマルチプレクサ２４を介して各位相共役光発生器６（＃ｋ）に接続される。
【０１６３】
この共通の第１の光ファイバＳＭＦ１における分散は全チャネルに対してほぼ一定になるようにされている。例えば、第１の光ファイバＳＭＦ１としては、分散の大きな分散シフトファイバ、１．５５μｍ帯の信号光に対する１．３μｍ帯零分散ファイバ、１．３μｍ帯の信号光に対する１．５５μｍ帯零分散ファイバを用いることにより、上述の条件を満足することができる。
【０１６４】
このような共通の第１の光ファイバＳＭＦ１に対して、各第２の光ファイバＳＭＦ２ｋが本発明の条件を満足することにより、各チャネルについて最適な受信状態を得ることができる。
【０１６５】
図２５は本発明の第１７実施形態を示す図である。ここでは、第１の光ファイバとして、比較的大きな分散のＮ個の光ファイバＳＭＦ１１′，ＳＭＦ１２，・・・，ＳＭＦ１Ｎ′と比較的小さな分散の共通の光ファイバＳＭＦ１′とを組み合わせたものが用いられている。
【０１６６】
光ファイバＳＭＦ１１′，ＳＭＦ１２′，・・・，ＳＭＦ１Ｎ′と光ファイバＳＭＦ１′とは光マルチプレクサ２２によって接続されており、光ファイバＳＭＦ１′と各位相共役光発生器６（＃ｋ）とは光デマルチプレクサによって接続されている。
【０１６７】
このシステムにおいても、第１の光ファイバと第２の光ファイバについて所定の条件を満足させることによって、各チャネルについて波形歪みを良好に補償することができ、最適な受信状態を得ることができる。
【０１６８】
図２６はチャネルセレクタの一例を示す図である。ここでは、チャネルセレクタ２６は、各光送信機２（＃ｊ）に付随して設けられている。
チャネルセレクタ２６は、光送信機２（＃ｊ）からのデータに基づき制御信号を発生する。チャネルセレクタ２６からの制御信号はコントローラ２８へ供給される。
【０１６９】
コントローラ２８は、供給された制御信号に基づき、所望のチャネルの信号光を選択するために、位相共役光発生器６（＃ｋ）におけるポンプ光の波長及び光フィルタ２０（＃ｋ）の特性の少なくとも一方を制御する。
【０１７０】
図２７はチャネルセレクタの他の例を示す図である。ここではチャネルセレクタ２６は各光受信機４（＃ｋ）に付随して設けられており、チャネルセレクタ２６は光受信機４（＃ｋ）からのデータに基づき制御信号を発生する。
【０１７１】
コントローラ２８は、チャネルセレクタ２６から供給された制御信号に基づき、所望チャネルの信号光を選択するために、位相共役光発生器６（＃ｋ）におけるポンプ光の波長及び光フィルタ２０（＃ｋ）の特性の少なくとも一方を制御する。
【０１７２】
次に、本発明の有効性を確認するために実施した実証実験の結果について説明する。
図２８を参照すると、実証実験で用いられたシステムのブロック図が示されている。このシステムは実質的に図１１の第６実施形態に対応している。
【０１７３】
送信機（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）は図１１の送信機２に対応し、ファイバ補償器（Ｆｉｂｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）は図１１の第１の光ファイバＳＭＦ１に対応し、位相共役光発生器（Ｐｈａｓｅ ｃｏｎｊｕｇａｔｏｒ）は図１１の位相共役光発生器６に対応し、分散シフトファイバ（ＤＳＦ−１，２，・・・，４６）及びエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ１，２，・・・，４５）は図１１の第２の光ファイバＳＭＦ２に対応し、受信機（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）は図１１の受信機４に対応している。
【０１７４】
送信機における光源としては、３電極λ／４シフト型のＤＦＢ−ＬＤ（分布帰還型レーザダイオード）が二つ用いられた。時分割多重された２０Ｇｂ／ｓの信号光Ｅ_S （波長λ_S ＝１５５１ｎｍ）が、約４０ｐｓのパルス幅（ＦＷＨＭ）を有する１０Ｇｂ／ｓの２チャネルのＲＺ信号を時分割多重することによって生成された。
【０１７５】
１０Ｇｂ／ｓのＲＺパルスを生成するために、第１のＬｉＮｂＯ₃ 変調器（ＬＮ−１）を用いて１０−ＧＨｚの正弦波によりＥ_S を強度変調し、次いで第２のＬｉＮｂＯ₃ 変調器（ＬＮ−２）を用いて１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺデータ信号（ＰＮ：２²³−１）によって強度変調を行った。
【０１７６】
変調されたＥ_S はパワーＰ₁ で二段のＤＤ−ＤＣＦ１，２に入力され、これにより波形が予め補償された。
ここで、「ＤＤ−ＤＣＦ」は分散漸減型の分散補償ファイバ（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ｆｉｂｅｒ：ＤＤ−ＤＣＦ）を表している。
【０１７７】
ＤＤ−ＤＣＦの各々は５本のＤＣＦを互いにスプライスして構成される。ＤＤ−ＤＣＦの各々の損失は０．４６ｄＢ／ｋｍであり、ＤＣＦの各々のモードフィールド径は約４μｍに設定された。
【０１７８】
（１４）式の条件を近似的に満足するために、分散パラメータＤ₁ はＤＣＦの各々における平均光パワーの減少に従って減少すべきである。そのために、５本のＤＣＦの各々の長さ及びＤ₁ は、表に示されるように設定された。
【０１７９】
【表１】

【０１８０】
ＤＤ−ＤＣＦの各々の長さは１３．７ｋｍであり、各々の総分散は−６６２．８ｐｓ／ｎｍであった。
【０１８１】
なお、ＤＤ−ＤＣＦの各々に入力する光のパワーをＰ₁ に設定するために、二つの光増幅器がカスケード接続された。
次いで、位相共役光発生器が、２０ｋｍのＤＳＦにおける波長λ_P ＝１５５４ｎｍのポンプ光Ｅ_P を用いた非縮退型のフォワードＦＷＭによって、予め補償された（歪を与えられた）Ｅ_S をこれと同方向に伝搬する位相共役光Ｅ_C （波長λ_C ＝１５５７ｎｍ）に変換した。Ｅ_S からＥ_C への変換効率は−１２ｄＢであった。
【０１８２】
次いで、位相共役光Ｅ_C は、カスケード接続された４６本のＤＳＦ（０．２１ｄＢ／ｋｍ損失）及びこれらの間に設けられる４５個のＥＤＦＡ（各々の雑音指数は約６ｄＢ）からなる３０３６ｋｍの伝送路へ供給された。
【０１８３】
この伝送路のλ_C における平均分散はマイナス０．４４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであった。従って、二段のＤＤ−ＤＣＦにおける総分散と上記伝送路における総分散との間の差は約１０ｐｓ／ｍであった。
【０１８４】
各ＤＳＦの長さは６６ｋｍであり、各ＤＳＦへの光入力パワーＰ₂ は＋６ｄＢｍに設定された。
Ｐ₁ の最適値は上述の条件では＋１６ｄＢｍであった。ＤＤ−ＤＣＦの非線形定数γ₁ は約１８．０Ｗ^-1ｋｍ^-1であると見積もられた。
【０１８５】
誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）を抑圧するために、Ｅ_S 及びＥ_P はそれぞれ５００−ｋＨｚ及び１５０−ｋＨｚの正弦波信号により周波数変調された。受信機では、第３のＬｉＮｂＯ₃ 変調器（ＬＮ−３）及びフェイズロックループ（ＰＬＬ）を用いることによってＥ_C は時分割デマルチプレキシングされ、ビットエラーレート（ＢＥＲ）が測定された。
【０１８６】
比較のため、一つのＤＤ−ＤＣＦ及び２３本のＤＳＦを用いた１５１８ｋｍの伝送実験も行われた。
図２９に測定されたＢＥＲの特性を示す。３０３６ｋｍの伝送の後であっても、１０^-9より小さいＢＥＲで信号の検出を行うことができた。１０^-9のＢＥＲにおける４．８ｄＢのパワーペナルティは、ＥＤＦＡの雑音等の理論値からのＳ／Ｎ劣化によるものであった。この実験ではλ_C は各ＥＤＦＡにおけるゲインピークを与える波長λ_G ≒１５５８．５ｎｍから１．５ｎｍほど離調していた。もしλ_C をλ_G に一致させることができれば、より高いＳ／Ｎ特性を得ることができる。１５１８ｋｍの伝送実験では、ペナルティは約１．２ｄＢであった。
【０１８７】
図３０の（ａ）〜（ｅ）に３０３６ｋｍ伝送実験における検出された波形の変化の様子を示す。（ａ）は送信機の出力波形、（ｂ）は位相共役光発生器の出力波形、（ｃ）は１５１８ｋｍ伝送後の波形、（ｄ）は２７０６ｋｍ伝送後の波形、（ｅ）は３０３６ｋｍ伝送後の波形をそれぞれ示している。予めひずめられた波形がＥ_C の伝搬に伴って次第に改善されていることが判る。（ｅ）における波形歪みの残留は、不完全な補償条件によるものであった。即ち、この実証実験では、ＥＤＦＡの間隔（ＤＳＦの長さ；６６ｋｍ）が（γ₂ Ｐ₂ ）^-1で定義される非線形長よりも十分に短くないことにより、波形の改善が完全でなかったものである。
【０１８８】
従って、本発明では、光増幅器を複数用いる場合には、これらの間隔を非線形長よりも短く設定することが望ましい。
また、ＤＤ−ＤＣＦにおけるＤＣＦの分割数を実験における５よりも大きくすることによって、補償を更に改善することができる。
【０１８９】
図３１の（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を参照すると、図２８のシステムにおける光パワーＰ、分散β₂ 及び非線形効果γＰ／β₂ のダイヤグラムが示されている。位相共役光発生器の位置が原点Ｏである。
【０１９０】
図面の明瞭さを確保するために、距離を示す各横軸の尺度が原点の左側と右側とで異なっている点に留意されたい。
図３１の（Ｃ）から、非線形効果γＰ／β₂ が位相共役光発生器の上流側及び下流側で実質的に一定の同じ値となっており、本発明が限定的に適用されていることがわかる。
【０１９１】
図３２を参照すると、図１の基本構成に分散補償器（ＤＣ）３０が付加された構成が示されている。図示された例では、分散補償器３０は第２の光ファイバＳＭＦ２の途中に挿入されているが、この例に限定されることなく、分散補償器３０は、第１の光ファイバＳＭＦ１、位相共役光発生器６及び第２の光ファイバＳＭＦ２を含む光路上に設けられていればよい。
【０１９２】
図３３の（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、分散補償器３０を付加したことによる伝送距離の拡大を説明する。図３３の（Ａ）及び（Ｂ）の各々において、横軸は距離を表し、縦軸は分散パラメータの距離に関する積分（−∫Ｄｄｚ）を表している。
【０１９３】
本発明が限定的に適用される場合、第１の光ファイバＳＭＦ１の総分散と第２の光ファイバＳＭＦ２の総分散は、図３３の（Ａ）に示されるように実質的に等しい。
【０１９４】
分散補償器３０の分散値の符号は、第１及び第２の光ファイバの分散値の符号と逆に設定される。従って、図３２に示されるように分散補償器３０が第２の光ファイバＳＭＦ２の途中、例えば中点に設けられる場合には、図３３の（Ｂ）に示されるように、第２の光ファイバＳＭＦ２の距離Ｌ₂ はＬ₂ ′に拡大される。
【０１９５】
分散補償器３０としては、分散補償ファイバを用いることができる。第１及び第２の光ファイバＳＭＦ１及びＳＭＦ２が正常分散値を有しており、信号光の波長が１．５５μｍ帯にある場合には、分散補償器３０としては、波長１．３μｍの近傍で零分散を与える分散補償ファイバであることが望ましい。
【０１９６】
今、分散補償ファイバの単位長さ当たりの分散が−Ｄ₃ 、長さがｌ₃ であるとし、分散補償の程度を表す値ｍ＝Ｄ₃ ｌ₃ ／Ｄ₂ Ｌ₂ （０≦ｍ＜１）を導入する。この場合、第２の光ファイバＳＭＦ２の総分散はＤ₂ Ｌ₂ −Ｄ₃ ｌ₃ である。
【０１９７】
第１の光ファイバＳＭＦ１の総分散はＤ₁ Ｌ₁ であり、分散補償の条件はＤ₁ Ｌ₁ ＝Ｄ₂ Ｌ₂ ＝Ｄ₂ Ｌ₂ ′−Ｄ₃ ｌ₃ であるから、Ｌ₂ ′は次式で与えられる。
【０１９８】
Ｌ₂ ′＝Ｌ₂ （１＋ｍ）＝Ｄ₁ Ｌ₁ （１＋ｍ）／Ｄ₂
非線形効果についても同時に補償する場合には、第１の光ファイバＳＭＦ１への光入力パワーＰ₁ ′を実質的にＰ₁ （１＋ｍ）に等しくしておくとよい。
【０１９９】
分散補償器３０の分散値の最適化及び第１の光ファイバＳＭＦ１への入力光パワーの最適化は、例えば、受信機４における伝送情報の再生品質が最良になるようにして行うことができる。
【０２００】
分散補償器３０として、図示はしないが複数の分散補償器３０ｊを用いることができる。各分散補償器３０ｊは伝送路（ＳＭＦ１，２）の分散値と逆符号の分散値−Ｄ_3j（ｊは自然数）を有している。この場合、Ｌ₂ ′は次式で 与えられる。
【０２０１】
Ｌ₂ ′＝Ｌ₂ （１＋Σｍ_j ）＝Ｄ₁ Ｌ₁ （１＋Σｍ_j ）／Ｄ₂
ここで、ｍ_j ＝Ｄ_3jｌ_3j／Ｄ₂ Ｌ₂ であり、ｌ_3jは分散補償器３０ｊの各々の長さである。
【０２０２】
前述の実証実験の結果から明らかなように、第１の光ファイバＳＭＦ１においてのみ補償条件を満足していれば、第２の光ファイバＳＭＦ２の分散が一定であっても補償が可能である。この場合に第２の光ファイバＳＭＦ２における光増幅器の中継間隔を非線形長よりも短く設定しておくことによって良好な補償が可能になることは前述した通りである。
【０２０３】
図３２の構成は、この原理に基づいて分散補償器３０により補償可能な伝送距離を長くしたものである。
図３２の構成による効果は特に海底伝送のような数千キロメートルにも及ぶ長距離伝送において顕著である。その理由を説明する。
【０２０４】
位相共役光発生器を用いた補償においては、その前後のファイバ内の波形歪みを同じにする必要がある。このため、最も波形がひずんでいるのは、位相共役光発生器の直前及び直後においてである。従って、位相共役光発生器においては最もスペクトルが広がった状態になっている。
【０２０５】
一方、位相共役光発生器及び光増幅器からは雑音が付加され、この雑音によるＳ／Ｎ劣化はスペクトルが広いほど大きい。従って位相共役光発生器の直前及び直後でのスペクトル広がりが少なくなるようにシステムを設計することは、伝送距離を延ばす上で非常に有効である。
【０２０６】
この意味において、伝送路の分散値を小さくすることは有効である。例えば、図３２の構成において、送信機２、第１の光ファイバＳＭＦ１及び位相共役光発生器６が送信局に設けられ、第２の光ファイバＳＭＦ２が伝送路として使用される場合には、ｍ＝０．５としておく。つまり、分散補償器３０により伝送路分散の半分を補償するのである。これにより、同じ長さの伝送路を補償するのに要するＤＤ−ＤＣＦの分散値、或いは数を削減可能である。
【０２０７】
この場合、Ｌ₂ ′＝２×Ｌ₂ となり、分散補償器３０を用いない場合におけるものの２倍の長さの伝送路を同じ第１の光ファイバＳＭＦ１で補償することができることになる。逆言すれば、同じ長さの伝送路の補償に要する第１の光ファイバＳＭＦ１の長さが半分になるので、波形歪みを半減することができる。また、ＤＤ−ＤＣＦの数も少なくすることができる。
【０２０８】
図３４を参照すると、ファイバグレーティングＦＧを用いた分散補償器の構成が示されている。図３４の分散補償器は図３２の分散補償器３０として用いることができる。
【０２０９】
光パルスの両縁の波長がそれぞれλ₁ 及びλ₂ である光パルスが光サーキュレータＯＣを通ってファイバグレーティングＦＧへ供給される。ファイバグレーティングＦＧのグレーティングピッチは予め定められた分布を有しており、波長λ₁ の光は光サーキュレータＯＣに比較的近い位置でブラッグ反射され、波長λ₂ の光は比較的遠い位置でブラッグ反射される。これにより光パルスの圧縮が行われ、ファイバグレーティングからのブラッグ反射光を光サーキュレータＯＣを介して取り出すことによって、分散補償を行うことができる。
【０２１０】
図３２の分散補償器３０を例えば図６の第２実施形態のように第２の光ファイバＳＭＦ２の途中に光増幅器Ａ−ｊ（ｊは自然数）が設けられているシステムに適用する場合には、分散補償器３０を光増幅器Ａ−ｊの直前に配置するのが望ましい。これは、分散補償器３０が分散補償ファイバである場合に分散補償ファイバへの入力光パワーが小さいほど分散補償ファイバにおける非線形効果を小さくすることができるからである。
【０２１１】
図１５の第９実施形態に分散補償器３０を適用する場合には、分散補償器３０は、光ファイバＳＭＦ１、光ファイバＳＭＦ２又は光ファイバＳＭＦ３−１，２，・・・，Ｎの途中に設けられる。
【０２１２】
図１７の第１０実施形態に分散補償器３０を適用する場合には、分散補償器３０は、光ファイバＳＭＦ１１，１２，・・・，１Ｎ又は光ファイバＳＭＦ２の途中に設けられる。
【０２１３】
図１８の第１１実施形態又は図１９の第１２実施形態に分散補償器３０を適用する場合には、分散補償器３０は偏波保持ファイバＳＭＦ１（ＰＭＦ）又は光ファイバＳＭＦ２の途中に設けられる。
【０２１４】
図２３の第１５実施形態に分散補償器３０を適用する場合には、分散補償器３０は、光ファイバＳＭＦ１１，１２，・・・，１Ｎ又は光ファイバＳＭＦ２１，２２，・・・，２Ｎの途中に設けられる。
【０２１５】
図２４の第１６実施形態に分散補償器３０を適用する場合には、分散補償器３０は、光ファイバＳＭＦ１又は光ファイバＳＭＦ２１，２２，・・・，２Ｎの途中に設けられる。
【０２１６】
図２５の第１７実施形態に分散補償器３０を適用する場合には、分散補償器３０は、光ファイバＳＭＦ１１′，１２′，・・・，１Ｎ′又は光ファイバＳＭＦ２１，２２，・・・，２Ｍの途中に設けられる。
【０２１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、波長分散と光カー効果の相乗効果による波形歪みを補償することができる光ファイバ通信システムの提供が可能になるという効果が生じる。
【０２１８】
特に本発明の第１又は第２の側面によると、光ファイバ通信システムにおいて偏波変動に係わらず最適な受信状態を維持することが可能になるという効果が生じる。
【０２１９】
また、本発明の第３の側面によると、光ファイバ通信システムにおける監視制御を最適化することが可能になるという効果が生じる。
更に、本発明の第４の側面によると、光ファイバ通信システムを波長分割多重（ＷＤＭ）に良好に適合させることが可能になるという効果が生じる。
【０２２０】
本発明の第５の側面によると、分散補償器を用いることにより伝送距離を拡大することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示す図である。
【図２】位相共役光発生器の例を示すブロック図である。
【図３】位相共役光発生器の他の例を示すブロック図である。
【図４】本発明の原理説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図７】本発明の第３実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図８】本発明の第４実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図９】本発明の第５実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図１０】２つのファイバの零分散波長に対する各光の周波数配置を示す図である。
【図１１】本発明の第６実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図１２】平均強度の方法において分散を制御する例を示す図である。
【図１３】本発明の第７実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図１４】本発明の第８実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図１５】本発明の第９実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図１６】本発明の第９実施形態における周波数配置を示す図である。
【図１７】本発明の第１０実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図１８】本発明の第１１実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図１９】本発明の第１２実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図２０】位相共役光発生器の更に他の例を示すブロック図である。
【図２１】本発明の第１３実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図２２】本発明の第１４実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図２３】本発明の第１５実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図２４】本発明の第１６実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図２５】本発明の第１７実施形態を示す光ファイバ通信システムの構成図である。
【図２６】チャネルセレクタの例を示す図である。
【図２７】チャネルセレクタの他の例を示す図である。
【図２８】実証実験で用いたシステムのブロック図である。
【図２９】図２８のシステムにおけるＢＥＲ（ビットエラーレート）特性を示す図である。
【図３０】図２８のシステムにおける波形の変化を示す図である。
【図３１】図２８のシステムにおけるパワー等のダイヤグラムを示す図である。
【図３２】分散補償器を付加した構成を示す図である。
【図３３】図３２における伝送距離の拡大を説明するための図である。
【図３４】ファイバグレーティングを用いた分散補償器を示す図である。
【符号の説明】
２ 送信機
４ 受信機
６ 位相共役光発生器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber communication system using optical phase conjugation.
By applying non-linear optics, it is possible to achieve new functions and improve characteristics that cannot be obtained by conventional optical technology. In particular, when optical phase conjugation is used, it is possible to compensate for phase fluctuations and chromatic dispersion in the transmission path.
[0002]
[Prior art]
Conventional optical communication systems are constructed using optical components having linear optical characteristics, and are simple but have limited characteristics and functions. In the field of recent optical communication systems, a non-repeating system or an optical amplifying and repeating system extending from several hundred km to several thousand km is being realized, and its transmission speed is from several Gb / s to over 10 Gb / s. It's fast.
[0003]
In such a system, there are many problems to be solved. Among them, the influence of the chromatic dispersion of the fiber is one of the most serious and serious problems. In the above-described system, transmission characteristics deteriorate due to the influence of wavelength dispersion and the like, and as a result, the transmission speed and transmission distance are limited.
[0004]
The conventional measures against chromatic dispersion have been mainly focused on minimizing the fiber dispersion itself. As a result, fibers with zero dispersion at the transmission center wavelengths of 1.3 μm and 1.55 μm are realized.
[0005]
In addition, studies on optical modulators that are not easily affected by chromatic dispersion are in progress, and LiNbO_ThreeModulators using sapphire have been developed.
Furthermore, researches are underway to apply reverse chirping to the transmitted signal light in advance and compensate by chromatic dispersion of the transmission line, or to perform optical or electrical dispersion compensation in the receiver.
[0006]
As described above, research on chromatic dispersion is being conducted in all transmitters, transmission lines, and receivers, reflecting the seriousness of the problem.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
When the signal light is an optical pulse (including a pulse train composed of a plurality of optical pulses) whose intensity is modulated or amplitude-modulated, the pulse waveform may be distorted due to a cause other than chromatic dispersion. Examples of this are:
(1) Waveform distortion due to the synergistic effect of wavelength dispersion and optical Kerr effect,
(2) Waveform distortion due to random phase fluctuations due to accumulation of ASE (Amplified Spontaneous Emisson) noise of the optical amplifier in optical amplification multi-relay transmission,
Etc. are considered to be prominent. The present invention is to deal with the waveform distortion (1) among these.
[0008]
Consider the case where an optical pulse propagates through a dispersion medium. When an unchirped pulse passes through the dispersion medium, the normal dispersion medium (媒質²β / ∂ω²In the case of> 0), it shifts to the low frequency side at the rising edge of the pulse and shifts to the high frequency side at the falling edge.
[0009]
On the other hand, anomalous dispersion medium (∂²β / ∂ω²In the case of <0), the pulse shifts to the high frequency side at the rising edge of the pulse and shifts to the low frequency side at the falling edge. Here, β represents a propagation constant, and ω represents the angular frequency of light.
[0010]
In the normal dispersion medium, the longer the wavelength, the faster the group velocity, and in the anomalous dispersion medium, the shorter the wavelength, the faster the group velocity. Therefore, in either case, the pulse width increases.
[0011]
On the other hand, when the light intensity is high, the refractive index is increased by the optical Kerr effect
[0012]
[Expression 1]

[0013]
Only changes. Where n₂Is a quantity called nonlinear refractive index, and in the case of silica fiber, the value is about 3.2 × 10^-20m²/ W. When an optical pulse is subjected to the optical Kerr effect in a nonlinear medium,
[0014]
[Expression 2]

[0015]
Only the spectrum diffuses (chirps). Here, Δz is the interaction length. This phenomenon is generally referred to as self-phase modulation (SPM).
This SPM shifts to the low frequency side at the rise of the optical pulse, and shifts to the high frequency side at the fall. Due to this chirping by SPM, the influence of dispersion becomes more conspicuous, and as a result, pulse distortion becomes more significant. Therefore, when the optical pulse is subjected to the optical Kerr effect in the dispersion medium, the pulse is further diffused in the case of the normal dispersion medium than in the case of only the dispersion, but the pulse compression occurs in the case of the anomalous dispersion medium.
[0016]
Therefore, when considering the effect of chromatic dispersion described above, large pulse diffusion occurs in the case of a normal dispersion medium, and in the case of an anomalous dispersion medium, the larger effect of pulse diffusion by chromatic dispersion and pulse compression by SPM. Appears. Optical solitons are a balance between these two effects.
[0017]
In general, it is easy to think that it is convenient to add SPM pulse compression in an anomalous dispersion medium, so that it is convenient to hold a high signal SN, but recently it has become possible to transmit at a high level of optical power using an optical amplifier. With the development of dispersion-shifted fibers, it has become possible to achieve relatively small chromatic dispersion values, and it has become impossible to generally apply pulse compression.
[0018]
That is, the pulse compression effect becomes too great and a large waveform distortion occurs. In particular, in the case of an NRZ pulse, pulse compression occurs intensively at the rising and falling portions of the pulse. Therefore, in an extreme waveform change or in an extreme case, the falling portion overtakes the rising portion, and the pulse is 3 Some things break up. In addition, in the case of long-distance optical amplification multi-relay transmission, there is a problem that four-wave mixing occurs between signal light as excitation light and spontaneous emission light from an optical amplifier, and the influence thereof becomes significant.
[0019]
Therefore, an object of the present invention is to provide an optical fiber communication system in which waveform distortion due to a synergistic effect of chromatic dispersion and the optical Kerr effect is suppressed.
Another object of the present invention is to maintain an optimal reception state regardless of polarization fluctuations in the system of the present invention.
[0020]
Still another object of the present invention is to optimize the supervisory control in the system of the present invention.
Another object of the present invention is to adapt the inventive system to wavelength division multiplexing (WDM).
[0021]
  According to the present invention, a first optical fiber that transmits signal light, and a phase conjugate light generator that receives the signal light supplied from the first optical fiber and generates phase conjugate light corresponding to the signal light. A second optical fiber that receives the phase conjugate light supplied from the phase conjugate light generator and transmits the phase conjugate light;(N−1) (N ≧ 2 natural number) optical amplifiers provided on the second optical fiber;Equipped withThe first optical fiber is divided into the N first sections corresponding to the second section divided into N pieces by the (N-1) optical amplifiers of the second optical fiber. And the first and second intervals corresponding to the second interval and the first interval corresponding to when counted sequentially from the phase conjugate light generator.Are the same numberMinute intervalEach divided intoMinuteCorresponding when counting from the phase conjugate light generator in the section in orderDivided minuteThe average value of chromatic dispersion in the section is the same sign and each divisionMinuteIt is set to a value almost inversely proportional to the length of the section, and each divisionMinuteThe average value of the product of optical frequency, signal light intensity and nonlinear refractive index in each section is divided intoMinuteAn optical fiber communication system is provided that is set to be approximately inversely proportional to the length of the section.
[0026]
According to the present invention, since the optical fiber communication system is configured as described above, there is an effect that the waveform distortion due to the synergistic effect of the chromatic dispersion and the optical Kerr effect can be compensated. In the following description, it is assumed that the optical fiber is a single mode fiber in order to be applied to a high-speed system.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an optical fiber communication system according to the present invention. The transmitter 2 generates signal light by performing modulation based on the transmission data, and the signal light E_SIs the first optical fiber SMF1 (length L) as the probe light.₁, Variance D₁, Nonlinear refractive index n_{twenty one}) And then input to a phase conjugate light generator (PC) 6 in the middle of all transmission paths.
[0028]
Pump light E by the phase conjugate light generator 6₀Signal light Es is phase conjugate light E_CThis is converted into a second optical fiber SMF2 (length L₂, Variance D₂, Nonlinear refractive index n_{twenty two}) To the receiver 4.
[0029]
In the receiver 4, the phase conjugate light is received by the light receiver and signal detection is performed. Signal detection is performed, for example, by direct optical detection or optical heterodyne detection after phase conjugate light is extracted by a bandpass filter. Thereby, the transmission data is reproduced.
[0030]
The optical fiber used here is, for example, a silica fiber, and a typical example is a 1.3 μm zero-dispersion fiber or a 1.55 μm dispersion-shifted fiber generally used in optical communication. The signal light may be frequency multiplexed signal light of output signal light from a plurality of light sources having different frequencies.
[0031]
The phase conjugate light generator 6 includes a second-order or third-order nonlinear optical medium and means for supplying signal light and pump light to the medium. When a second-order nonlinear optical medium is used, phase conjugate light is generated by a parametric effect, and when a third-order nonlinear optical medium is used, phase conjugate light is generated by degenerate or non-degenerate four-wave mixing. appear.
[0032]
As the third-order nonlinear optical medium, for example, a silica optical fiber can be used. In this case, excellent phase conjugate light can be obtained by making the wavelength of the pump light in the four-wave mixing substantially coincide with the zero dispersion wavelength of the fiber. Can be generated.
[0033]
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a phase conjugate light generator. This phase conjugate light generator includes an optical fiber 121 as a nonlinear optical medium, a laser diode 122 as a pump light source, and an optical coupler 123 as an optical means that adds signal light and pump light to the optical fiber 121 and supplies them. It has.
[0034]
The optical fiber 121 is preferably a single mode fiber. In this case, when non-degenerate four-wave mixing is caused by slightly differentiating the wavelength of the signal light and the wavelength of the excitation light, the wavelength that gives zero dispersion of the optical fiber 121 is the wavelength of the pump light (the laser diode 122). It should be matched with the oscillation wavelength.
[0035]
The optical coupler 123 has four ports 123A, 123B, 123C, and 123D. The first optical fiber SMF1 of FIG. 1 is connected to the port 123A, the laser diode 122 is connected to the port 123B, the first end of the optical fiber 121 is connected to the port 123C, and the port 123D is set to the dead end. ing. The second end of the optical fiber 121 is connected to the second optical fiber SMF in FIG.
[0036]
In the present specification, the term “connection” means an operational connection, including a case where the optical connection is directly made, and a case where the connection is made via an optical element such as an optical filter or an optical isolator. And the case of being connected after appropriately adjusting the polarization state.
[0037]
The optical coupler 123 functions to output the light supplied to the ports 123A and 123B from the port 123C. Examples of the optical coupler 123 include a fiber fusion type, a half mirror, an optical multiplexer, and a polarization beam. A splitter or the like is used.
[0038]
According to this configuration, the signal light supplied to the port 123A of the optical coupler 123 and the pump light supplied to the port 123B can be added and supplied to the optical fiber 121, which is a nonlinear optical medium. Thus, the signal light can be converted with phase conjugate light.
[0039]
FIG. 3 is a block diagram showing another example of the phase conjugate light generator. This phase conjugate light generator is characterized in that a polarization scrambler (polarization scrambler) 124 is provided between the laser diode 122 and the port 123B of the optical coupler 123, in contrast to the example of FIG. .
[0040]
In general, there are two polarization modes whose polarization planes are orthogonal to each other in the polarization mode of a single-mode fiber, and these two polarization modes are combined by the influence of various disturbances. The polarization state of the light supplied to one end does not match the polarization state of the light output from the second end of the fiber. Therefore, when a single mode fiber is used as the transmission path, the polarization state of the signal light supplied to the phase conjugate light generator varies with time due to environmental changes or the like.
[0041]
On the other hand, the conversion efficiency from signal light to phase conjugate light in the phase conjugate light generator depends on the relationship between the polarization state of the signal light supplied to the phase conjugate light generator and the polarization state of the pump light.
[0042]
In the example of FIG. 3, since the pump light from the laser diode 122 is combined with the signal light via the polarization scrambler 124, the polarization state of the supplied signal light varies with time. However, stable operation of various optical devices can be realized.
[0043]
The polarization scrambler 124 is a combination of a half-wave plate and a quarter-wave plate or LiNbO._ThreeFor example, when the pump light output from the laser diode 122 is substantially linearly polarized, it functions to rotate its polarization plane.
[0044]
In the example shown in FIG. 3, the polarization scrambler 124 is made to act on the pump light output from the laser diode 122, but the port 123A of the optical coupler 123 and the first optical fiber SMF1 in FIG. A polarization scrambler may be arranged between or in the transmitter so that the polarization scrambler acts on the signal light.
[0045]
Next, the principle of the present invention will be described. The propagation of signal light E (x, y, z, t) = F (x, y) φ (z, t) exp [i (ωt−kz)] in optical fiber transmission is generally described by the following nonlinear wave equation. Is possible. Here, F (x, y) represents a lateral mode distribution, φ (z, t) represents a complex envelope of light, and this φ (z, t) changes sufficiently slowly compared to the frequency ω of light. Assume that.
[0046]
[Equation 3]

[0047]
Where T = t−β₁z (β₁Is the propagation constant), α is the fiber loss, β₂Represents the chromatic dispersion of the fiber,
[0048]
[Expression 4]

[0049]
Represents the coefficient of the optical Kerr effect in the fiber. Where n₂And A_effRepresents the nonlinear refractive index and effective core area of the fiber, respectively. c is the speed of light in vacuum. Here, up to the first order dispersion was considered, and higher order dispersion was omitted. Α, β₂, Γ are functions of z, and α (z), β₂It is assumed that (z) and γ (z) are expressed. Further, the position of the phase conjugate light generator is the origin (z = 0). Here, the following normalization function is introduced.
[0050]
[Equation 5]

[0051]
here,
[0052]
[Formula 6]

[0053]
Represents an amplitude. When α (z)> 0, the transmission path has a loss, and when α (z) <0, it represents a gain. A (z) ≡A (0) represents the case of no loss. A (z)²= P (z) corresponds to optical power. Substituting equations (5) and (6) into equation (3) yields the following evolution equation:
[0054]
[Expression 7]

[0055]
Here, the following conversion is performed.
[0056]
[Equation 8]

[0057]
As a result, equation (7) can be converted as follows.
[0058]
[Equation 9]

[0059]
Where sgn [β₂] ≡ ± 1 is β₂> 0, ie +1 for normal dispersion, β₂<0, i.e., -1 for anomalous dispersion. If equation (9) holds, the complex conjugate also holds, and the following equation is obtained.
[0060]
[Expression 10]

[0061]
Complex conjugate light u^*Follows the same evolution equation as that for u. However, the propagation direction at that time is reversed. This operation is exactly the operation of a phase conjugate light generator. In the transmission type phase conjugate light generator, the above is equivalent to inverting the phase shift due to GVD (group velocity dispersion) and SPM.
[0062]
Now consider the system of FIG. In long-distance transmission, the transmission line loss is compensated by optical amplification relay. Transmission paths I (length L) corresponding to the optical fibers SMF1 and SMF2 in FIG.₁) And transmission line II (length L)₂) Between the phase conjugate light generator.
[0063]
In the normalized coordinate (ζ axis), the phase conjugate light generator is placed at the midpoint ζ = 0, and the receiver is ζ = ζ.₀Put on. In transmission line I (-ζ₀For <ζ <0), u (ζ) follows the evolution equation (9). U (0) is converted into phase conjugate light u by the phase conjugate light generator.^*Converted to (0). u^*(Ζ) is in transmission line II (0 <ζ <ζ₀) According to the evolution equation (10).
[0064]
At this time, within the normalized distance dζ at any two points −ζ and ζ that are symmetrical with respect to the position (ζ = 0) of the phase conjugate light generator on the ζ axis, If the value of each parameter is set so that the coefficients of the terms are equal, u at −ζ^*Becomes the phase conjugate light of u in ζ. That is, the following two expressions are the conditions.
[0065]
## EQU11 ##

[0066]
Equation (11) shows that the dispersion signs of the transmission lines I and II need to be equal, which matches the conditions for dispersion compensation. In the fiber, γ> 0, A (z)²Considering that> 0, the above conditions can be summarized as follows.
[0067]
[Expression 12]

[0068]
The sign of the phase shift due to GVD and SPM in (−ζ) in the transmission line I is inverted by the phase conjugate light generator. Therefore, the waveform distortion due to this phase shift is compensated by the distortion due to the phase shift at (ζ) in the transmission line II. Thus, if compensation by the above settings is repeated for each small section, compensation over the entire length becomes possible.
[0069]
Next, the compensation condition is described in terms of the z coordinate. From equation (13)
[0070]
[Formula 13]

[0071]
Get. That is, the condition is that the ratio of the chromatic dispersion to the product of the nonlinear constant and the optical power in each section is equal. Where -z₁, Z₂Are two points that satisfy the following expression.
[0072]
[Expression 14]

[0073]
Equations (16) and (17) are obtained from equations (14) and (15).
[0074]
[Expression 15]

[0075]
dz₁, Dz₂Respectively -z₁, Z₂The length of each section is inversely proportional to the dispersion in the section or inversely proportional to the product of the nonlinear constant and the optical power. Where variance β₂And dispersion parameter D, D = − (2πc / λ²) Β₂Is considered, the following relationship is obtained from the equations (16) and (17). D is a function of z and is also expressed as D (z).
[0076]
[Expression 16]

[0077]
It can be seen that the condition for compensation is that the increase in one of the two positions symmetric with respect to the phase conjugate light generator and the decrease in the other are equal for both the dispersion and nonlinear effects.
[0078]
Expressions (18) and (19) are necessary conditions for compensation, and indicate that the total dispersion amount and the total amount of the optical Kerr effect in each corresponding small section are equal. Here, equation (4) and I = P / A_effIs set so that the product of the dispersion value, nonlinear refractive index and light intensity of each subsection of transmission path I and transmission path II is inversely proportional to the length of the section, and the ratio is It is shown that compensation can be made if they are set to be equal.
[0079]
In particular, when α, D, and γ are constant and the power fluctuation is small, if the equations (18) and (19) are integrated,
[0080]
[Expression 17]

[0081]
Here, consider a method of providing a gain for compensating for the loss. First, it is possible to use a distributed constant gain medium as a transmission line. For example, Raman amplifier or Er³⁺A doped fiber amplifier or the like in which ions are diluted lightly can be considered.
[0082]
In the present invention, the ratio between the optical Kerr effect and the dispersion value is controlled. By providing the same value of the optical Kerr effect and dispersion ratio at equivalently symmetrical positions with respect to the phase conjugate light generator, complete compensation can be realized.
[0083]
In order to increase this ratio along the transmission line, the dispersion should be gradually decreased or the optical Kerr effect should be gradually increased. It is possible to change the value of the dispersion by the design of the fiber. For example, the above-mentioned ratio can be changed by changing the zero dispersion wavelength of the dispersion-shifted fiber (DSF), or changing the relative refractive index difference between the core and cladding of the fiber and the core diameter.
[0084]
On the other hand, the optical Kerr effect can be changed by changing the nonlinear refractive index or changing the light intensity. That is, an optical fiber applicable to the present invention can be manufactured by continuously changing at least one fiber parameter selected from loss, nonlinear refractive index, mode field diameter, and dispersion. Here, a method for changing the light intensity is considered.
[0085]
For example, in order to increase the light intensity along a lossy transmission line, the effective core cross-sectional area A within a range where the loss does not change so much._effYou can make it gradually smaller. For example, if the mode field diameter (MFD) is halved, the light intensity is about 4 times.
[0086]
For a larger loss, the MFD must be further reduced. However, if the MFD is made too small, the loss increases and no effect is obtained. The practical minimum value of MFD is at most 2 to 3 μm.
[0087]
Considering that the MFD of the 1.3 μm zero-dispersion SMF is about 10 μm and the MFD of the 1.55 μm DSF is about 8 μm, the loss that can be handled only by the MFD is about 7 dB for the SMF and about 6 dB for the DSF.
[0088]
Even when there is a larger loss, the present invention may be implemented by combining the effect of reducing the core diameter and the effect of reducing the dispersion value. For example, if the dispersion value can be halved, a distribution satisfying the equation (14) can be realized even when there is a further loss of 3 dB.
[0089]
FIG. 5 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. Here, the symmetrical position z of each transmission line across the phase conjugate light generator 6_1j, Z_2jMinute section 1j (length Δz) in (defined by equation (15))_1j), 2j (length Δz_2j)
[0090]
[Expression 18]

[0091]
Set to be. D_1j, Ω₁, N_21j,<I_1j> Is the dispersion parameter, optical frequency, nonlinear refractive index, and average intensity in section 1j, and D_2j, Ω₂, N_22j,<I_2j> Are the dispersion parameter, optical frequency, nonlinear refractive index, and average intensity in section 2j, respectively.
[0092]
A specific example will be described. Now, the dispersion of the optical fiber SMF1 is D₁= -30 ps / nm / km constant, and dispersion of optical fiber SMF2 is D₂= It is assumed that -0.3 ps / nm / km is constant. At this time, from equation (20), L₁/ L₂= D₂/ D₁= 1/100.
[0093]
Therefore, for example, the total length of the optical fiber SMF2 is L₂= 50km, L₁= 500 m. This indicates that transmission with no distortion of 50 km becomes possible by predistorting the waveform with a 500 m fiber.
[0094]
Alternatively, a plurality of fibers having different fiber parameters may be arranged in tandem so as to satisfy the expressions (22) and (23), and each fiber may be spliced and connected.
[0095]
FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. Here, a case where the present invention is applied to multi-relay transmission using an optical amplifier is shown. Now, assuming that the optical fiber SMF2 is a transmission line, (N−1) optical amplifiers A-1,...₂L₂= Nl₂Performs optical amplification relay transmission. At this time, as shown in FIG. 6, the optical fiber SMF1 is also divided into N equal to the number of relays, and the distance of each section is set to₁, L₁And
[0096]
At this time, L₁And L₂Ratio (l₁And l₂Is proportional to the reciprocal of the dispersion of each fiber.₁= (D₂/ D₁) L₂(L₁= (D₂/ D₁) L₂). Regarding the optical Kerr effect, Equation (23) is established in each corresponding minute section in the corresponding section with respect to the phase conjugate light generator 6.
[0097]
For example, in the case of the above-described dispersion value, in the transmission in the relay section 50 km, the above setting is performed by dividing the optical fiber SMF1 every 500 m. Therefore, for example, if a fiber having a total length of 20 km divided by 40 for every 500 m is used as the optical fiber SMF1, transmission of a total length of 2000 km by 39 relays every 50 km after the phase conjugate light generator 6 becomes possible.
[0098]
In this case, it goes without saying that the length of each section of the optical fiber SMF2 corresponding to each section of the length 500 m of the optical fiber SMF1 is different. The corresponding section is defined by the equation (15), and the section of large dispersion among the sections of the optical fiber SMF1 covers a longer section of the optical fiber SMF2.
[0099]
Here, the division is performed at equal intervals. However, since the equations (22) and (23) only need to be established for each corresponding section, it is not particularly necessary to have equal intervals. In particular, since the optical fiber SMF1 is not provided with an optical amplifier that compensates for loss, it may be difficult to satisfy the conditions with realistic dispersion and power. In such cases, L₁As the strength decreases due to loss without dividing L into equal intervals.₁The demand for dispersion and power can be alleviated by increasing the value of.
[0100]
Also, the dispersion of the optical fiber SMF2 is not made constant. For example, by dividing each relay section to increase the dispersion relatively in the high power portion and relatively reduce the dispersion in the low power portion, The effect of loss can be reduced. By such a method, it is possible to ease the requirements for dispersion and power in the optical fiber SMF1.
[0101]
Needless to say, the finer the division in such a method, the more effective, but in practice, even a few divisions are sufficiently effective. The required number of divisions depends on the transmission speed and transmission distance.
[0102]
In the embodiment of FIG. 6, the optical fiber SMF2 is optically amplified and relayed, but the optical fiber SMF1 may be compensated by the optical fiber SMF2 by the same method after optically amplified and relayed. An example is shown in FIG.
[0103]
FIG. 7 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. Here, the number of relays is made the same before and after the phase conjugate light generator 6 and is set so that the expressions (22) and (23) are established in a symmetric section with respect to the phase conjugate light generator 6. Specifically, N optical amplifiers A1-1,..., A1-N are provided in the middle of the first optical fiber SMF1, and N optical amplifiers are also provided in the middle of the second optical fiber SMF2. , A2-N are provided.
[0104]
In this embodiment, L₁Can be lengthened, so L₂And longer distance transmission becomes possible.
At this time, as described above, the dispersion in the optical fiber SMF2 is not made constant. For example, each relay section is divided so that the dispersion is relatively large in the high power portion and relatively small in the low power portion. Equivalently, the loss effect can be reduced.
[0105]
FIG. 8 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention. Here, in the transmission using the average intensity approximation, an application in the case where the dispersion and the optical Kerr effect are not constant in the transmission path is shown. First, for the average value of the dispersion parameter,
[0106]
[Equation 19]

[0107]
And the average value of the product of nonlinear refractive index and light intensity,
[0108]
[Expression 20]

[0109]
Set so that. This allows approximate compensation.
As shown in FIG. 8, the length of the compensation L is provided between the optical fiber SMF 2 and the receiver 4._ThreeDispersion D of the third optical fiber SMF3_ThreeAnd the optical Kerr effect n_{twenty three}I_ThreeBy adjusting appropriately, almost complete compensation is possible.
[0110]
FIG. 9 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, the fourth embodiment of FIG. 8 is applied to an optical amplification multi-relay transmission system. In this case, a plurality of repeaters may be provided before and after the phase conjugate light generator 6 and set so that the expressions (22) and (23) are satisfied in the corresponding section with respect to the phase conjugate light generator 6. However, as shown in Japanese Patent Application No. 5-221856, a certain amount of compensation is possible even if the above equation is established for the average value over the entire length. In order to further improve the degree of compensation, the third optical fiber SMF3 is used as in the fourth embodiment of FIG._ThreeAnd light Kerr effect n_{twenty three}I_ThreeYou can adjust.
[0111]
By the way, in an actual long-distance transmission system, the dispersion value fluctuates depending on the surrounding environment. In particular, the influence of the fluctuation of the dispersion value due to the temperature fluctuation is large, and this is particularly noticeable in the case of a system set to a small dispersion value near zero dispersion.
[0112]
The dispersion value in the vicinity of zero dispersion is obtained by changing the wavelength of the signal light to change the second-order dispersion slope (approximately 0.08 ps / nm).²/ Km). On the other hand, in a system that generates phase conjugate light using four-wave mixing, the angular frequency of the phase conjugate light is_C, The angular frequency of the pump light ω_P, The angular frequency of the signal light ω_SThen ω_C= 2ω_P−ω_SΩ_SOr ω_PBy changing_CCan be changed.
[0113]
Thus, at the transmitter, ω_SIn the phase conjugate light generator 6 by a control signal sent from a terminal station (not shown)_PBy adjusting this, it is possible to always perform optimum transmission according to dispersion fluctuations.
[0114]
FIG. 10 shows the zero dispersion wavelength ω of each of the optical fibers SMF1 and SMF2._Ten, Ω₂₀It is a figure which shows the frequency arrangement | positioning of the signal beam | light with respect to, pump light, and phase conjugate light.
If the dispersion curves of the two fibers shift in the same direction due to environmental changes (see the dashed line in the figure), ω_SAnd ω_CShould be shifted in the same direction, but ω_SFor changes in_CShifts in the opposite direction, so ω_SΩ while changing_PΩ_SIt is better to change the same direction in the same direction. In the simplest case as shown in FIG._SAnd ω_PShould be shifted by the same magnitude (Δω) in the same direction (ω_C+ Δω = 2 (ω_P+ Δω) − (ω_S+ Δω)). In reality, fluctuations in dispersion are not simple, and will be corrected accordingly. Actually, monitor the received waveform at the terminal station, etc._SAnd ω_PTo obtain the optimum state.
[0115]
FIG. 11 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention. This embodiment basically uses the average intensity, but controls the dispersion shown in FIG. 7 in order to mitigate the influence of the change (decrease) in power between the optical amplifiers.
[0116]
Specifically, each relay section is divided into several parts, and the dispersion value is gradually reduced toward the transmission direction. An example is shown in FIG.
Here, the average dispersion of the transmission line is D₁= -30 ps / nm / km, D₂= −0.30 ps / nm / km When set, each relay section is divided into three so that it becomes −0.35, −0.30, −0.25 ps / nm / km in the transmission direction. An example of setting is shown.
[0117]
At this time, if the relay section is 51 km, for example, it will be divided every 17 km, and the slope of dispersion will be about -0.04 dB / km. Therefore, for example, if the loss of the fiber is -0.20 dB / km, the change in the ratio expressed by the equation (23) can be reduced to about -0.16 dB / km.
[0118]
Thereby, a state equivalent to a state with a smaller loss can be realized. Therefore, it is possible to enlarge the relay section of the optical amplifier. In addition, the distortion compensation effect can be improved even at the same relay interval.
[0119]
FIG. 13 is a diagram showing a seventh embodiment of the present invention. In this embodiment, when the present invention is applied to an optical amplification multi-relay transmission system, the ratio of the nonlinear effect to the dispersion is made constant in the optical fiber SMF1.
[0120]
That is, the optical fiber SMF1 is divided into a plurality of sections, and the dispersion value D in each section j._1jΔz_1jOf the optical fiber SMF2 and the ratio of the nonlinear effect and the dispersion in each section j (各 n_{twenty one}I_Sj/ D_1j) Is set to a constant value. On the other hand, the optical fiber SMF2 performs optical amplification multi-relay transmission using average value approximation. The total amount of nonlinear effects in the optical fiber SMF1 is made to coincide with the total amount of average values of nonlinear effects in the optical fiber SMF2. The optical fiber SMF2 may be set in the same manner as the optical fiber SMF1.
[0121]
I by loss_SjDecrease in D_1jCan be compensated by gradually reducing the ratio, so that the ratio of the nonlinear effect to the dispersion can be made constant. Also, the length of the section Δz_1jBy increasing the length in a manner inversely proportional to the loss, the dispersion value in each section can be made constant. That is, n_{twenty one}I_SjΔz_1jIs constant, and D_1jΔz_1jIs made constant.
[0122]
In this embodiment, the number of divisions of the optical fiber SMF1 is the same as the number of relays in the optical fiber SMF2. However, in such an average value approximation, in practice, the number of divisions of the optical fiber SMF1 is set to the relay of the optical fiber 2. Even if it is less than the number, the effect can be obtained. That is, an average value for several divisions in the same number of divisions is substituted. The effect at this time depends on the transmission speed and the transmission distance.
[0123]
FIG. 14 is a diagram showing an eighth embodiment of the present invention. In this embodiment, the light output from the phase conjugate light generator 6 is branched into two by an optical coupler 8 or an optical switch (not shown) instead of the optical coupler 8, and one of the branched lights is an optical fiber SMF2 (length L₂) To the receiver 4 (# 1), and the other branched light is an optical fiber SMF3 (length L_Three) To the receiver 4 (# 2).
[0124]
The optical fiber SMF2 includes optical amplifiers A2-1, 2,.₂Are provided in the optical fiber SMF3._ThreeIs provided.
[0125]
As in this embodiment, even when the present invention is applied to the branching of the transmission path, the dispersion from the light from the nonlinear optical medium 6 is matched to the distance to each receiver 4 (# 1, # 2). And can be transmitted depending on the light intensity.
[0126]
FIG. 15 is a diagram showing a ninth embodiment of the present invention. In this embodiment, additional compensation is performed using a plurality of third fibers in wavelength multiplexing transmission. In the figure, 10 (# 1, # 2,..., #N) denotes an optical filter that performs channel selection for phase conjugate light transmitted by the optical fiber SMF2. The light output from each optical filter 10 (# 1, # 2..., #N) is received by a receiver 4 (# 1) via optical fibers SMF3-1,. , # 2,..., #N).
[0127]
N-channel wavelength multiplexed signal light E_S1, E_S2, ..., E_SN(Frequency: ω_S1, Ω_S2, ..., ω_SN) Is transmitted by the optical fiber SMF1, and then the N-channel wavelength-multiplexed phase conjugate light E by the phase conjugate light generator 6._C1, E_C2, ..., E_CN(Frequency: ω_C1, Ω_C2, ..., ω_CN), Transmitted by the optical fiber SMF2, and received by each receiver.
[0128]
At this time, the dispersion of each channel in the optical fibers SMF1 and SMF2 is as shown in FIG.
In dispersion compensation using a phase conjugate light generator, since the signs of dispersion need to be the same before and after the phase conjugate light generator, the frequency arrangement is as shown in FIG. 16 for zero dispersion. In the example shown in the figure, conversion is from normal distribution to normal distribution. In this case, the absolute value of dispersion for the first channel is the minimum value in the optical fiber SMF1, whereas the absolute value of dispersion for the Nth channel is the minimum value in the optical fiber SMF2.
[0129]
Therefore, in principle, it is difficult to perform complete dispersion compensation for all channels simultaneously. In the ninth embodiment of FIG. 15, in such a case, the output of the optical fiber SMF2 is branched and then the frequency is selected for each channel, and then the third fiber SMF3 that matches the residual compensation amount for each channel. −1, 2,..., N are used for additional compensation.
[0130]
The tenth embodiment of the present invention shown in FIG. 17 is for ideally compensating all channels equally. Here, the signal light is transmitted for each channel through separate fibers SMF11, 12,..., 1N, and the intensity (I₁₁, I₁₂, I_1N). The phase conjugate light generators 6 (# 1), (# 2),..., (#N) for the output light of the optical fiber SMF1 for each channel or one phase conjugate light generator (not shown) for all channels at once. Are converted into phase conjugate light, transmitted through a common optical fiber SMF2, and received in the same manner as in the ninth embodiment of FIG.
[0131]
However, an optical multiplexer that multiplexes a plurality of signal lights or phase conjugate lights is not shown. Here, the third optical fiber SMF3 is unnecessary. In this case, the dispersion of each channel and the setting of the nonlinear effect may be performed by any of the methods described so far.
[0132]
By the way, since the phase conjugate light generator has polarization dependence, the conversion efficiency varies depending on the polarization state of the signal light, and the system characteristics become unstable. In addition, many optical components used in phase conjugate light generators and optical amplifiers have polarization dependence, and the signal level becomes unstable when they are connected in multiple stages.
[0133]
In order to suppress this, polarization diversity or polarization active control may be applied, or polarization scrambling may be performed on signal light or pump light. In particular, the method of performing polarization scrambling of signal light at the transmitter is simple in configuration and is promising from the viewpoint of eliminating the influence of various polarization dependencies that are currently problematic in long-distance transmission. .
[0134]
FIG. 18 is a diagram showing an eleventh embodiment of the present invention. This optical fiber communication system is characterized in that a polarization maintaining fiber (PMF) is used as the first optical fiber SMF1 as compared with the second embodiment of FIG.
[0135]
The transmitter 2 outputs signal light that is substantially linearly polarized. Generally, a polarization maintaining fiber has at least one principal axis, and linearly polarized light having a polarization plane parallel to the principal axis can be transmitted while maintaining the polarization plane.
[0136]
The signal light from the transmitter 2 is supplied to the first optical fiber SMF1 so that its plane of polarization is parallel to the main axis of the first optical fiber SMF1. The first optical fiber SMF1 and the phase conjugate light generator 6 are connected to each other so that the polarization plane of the signal light output from the first optical fiber SMF1 matches the polarization plane of the pump light in the phase conjugate light generator 6. Is done.
[0137]
The conditions for compensating the waveform distortion due to the synergistic effect of chromatic dispersion and the optical Kerr effect are the same as those in the second embodiment of FIG.
The generation efficiency of phase conjugate light generated by four-wave mixing (FWM) or optical parametric amplification depends on the polarization states of the input signal light and the pump light. In the present embodiment, since the polarization state of the signal light input to the phase conjugate light generator 6 is fixed, the phase conjugate light generator 6 can generate phase conjugate light stably and with high efficiency.
[0138]
Desirably, the transmitter 2, the first optical fiber SMF1, and the phase conjugate light generator 6 are arranged in the transmitting station, the second optical fiber SMF2 is used as a transmission line, and the receiver 4 is arranged in the receiving station. .
[0139]
FIG. 19 shows the twelfth embodiment of the present invention. In this embodiment, (N-1) optical amplifiers A-1,..., A- (N-1) are provided in the middle of the first optical fiber SMF1, and receive the phase conjugate light generator 6 and the receiver. The machine 4 is connected by a second optical fiber SMF2.
[0140]
The first optical fiber SMF1 is composed of a polarization maintaining fiber, and it is assumed here that the principal axis directions of the respective fiber sections coincide with each other for convenience. Polarizers 12-1,..., 12- (N-1) are respectively provided on the signal light output sides of the optical amplifiers A-1, ..., A- (N-1). Yes. The polarization main axis of each polarizer is set to be substantially parallel to the plane of polarization of the signal light output from each optical amplifier. In other words, the polarization main axis of each polarizer is arranged so as to be substantially parallel to the main axis of each fiber section.
[0141]
Desirably, the transmitter 2 is disposed in the transmitting station, the first optical fiber SMF1 is used as a transmission path, and the phase conjugate light generator 6, the second optical fiber SMF2, and the receiver 4 are disposed in the receiving station. Yes.
[0142]
When the first optical fiber SMF1 made of a polarization-maintaining fiber is used as a transmission line, the length is normally 10 km or more, so that signal light that is substantially linearly polarized is supplied to the input end of the first optical fiber SMF1. Even so, the linear polarization state of the signal light may be lost at the output end of the first optical fiber SMF1. Therefore, in this embodiment, the polarization state of the signal light is improved on the signal light output side of each optical amplifier. Therefore, the polarizers 12-1,..., 12- (N-1) may be provided on the signal light input side of the optical amplifiers A-1,. . Also, the polarizer need not be added to every optical amplifier.
[0143]
Also in this embodiment, as in the eleventh embodiment of FIG. 18, it is possible to maintain an optimal reception state regardless of polarization fluctuations.
FIG. 20 is a diagram showing still another example of the phase conjugate light generator. This phase conjugate light generator is characterized in that it has two laser diodes 122A and 122B as pump light sources, in contrast to the phase conjugate light generator of FIG.
[0144]
The laser diodes 122A and 122B respectively output first and second pump lights that are substantially linearly polarized waves. The first and second pump lights are combined by the polarization coupler 125 so that their polarization planes are orthogonal to each other, and are supplied to the optical fiber 121 that is a nonlinear optical medium via the optical coupler 123.
[0145]
Desirably, the first and second pump lights have different optical frequencies, and the difference between them is set equal to or greater than the frequency corresponding to the transmission speed of the signal light. Desirably, the first and second pump lights have substantially the same amplitude.
[0146]
According to the configuration of the phase conjugate light generator, phase conjugate light is always generated in the optical fiber 121 that is a nonlinear optical medium, so that an optimal reception state can be maintained regardless of the polarization fluctuation of the signal light.
[0147]
FIG. 21 is a diagram showing a thirteenth embodiment of the present invention. The optical transmitter 2, the first optical fiber SMF1, and the phase conjugate light generator 6 are included in the transmission station ST. The second optical fiber SMF2 is used as a transmission line, and the receiver 4 is included in the receiving station RT.
[0148]
The receiving station RT further includes a monitor circuit 14 that monitors a parameter indicating the quality of reproduction of transmission information in the optical receiver 4. The monitor circuit 14 outputs a monitor signal.
[0149]
The transmitting station ST further includes a controller (feedback means) 16. The controller 16 receives the monitor signal from the monitor circuit 14, and the wavelength or power of the signal light in the optical transmitter 2 or the phase conjugate light generator 6 so that the parameter monitored in the monitor circuit 14 becomes an optimum value. Feedback control of the wavelength or power of the pump light is performed.
[0150]
For example, by controlling the wavelength of the signal light and / or pump light, the dispersion of the transmission line is maintained at an optimum value, and by controlling the power of the signal light and / or pump light, a waveform resulting from the synergistic effect of the dispersion and the optical Kerr effect Distortion is compensated appropriately.
[0151]
FIG. 22 is a diagram showing a fourteenth embodiment of the present invention. The optical transmitter 2 is included in the transmission station ST, and the first optical fiber SMF1 is used as a transmission path. The receiving station RT includes a phase conjugate light generator 6, a second optical fiber SMF 2, an optical receiver 4 and a monitor circuit 14.
[0152]
When the control target is the wavelength or power of the pump light in the phase conjugate light generator 6, the controller 16 is included in the receiving station RT, and the control target is the wavelength or power of the signal light in the optical transmitter 2. In this case, it is included in the transmitting station ST.
[0153]
In the system of FIG. 21 or FIG. 22, the monitor signal supplied from the monitor circuit 14 to the controller 16 can be transmitted through the transmission path of this system. For example, bidirectional transmission may be performed, and a low-speed monitoring signal may be superimposed on signal light in the reverse direction.
[0154]
Next, several embodiments for solving the problem described with reference to FIG. 16 when the present invention is adapted to wavelength division multiplexing (WDM) will be described.
FIG. 23 is a diagram showing a fifteenth embodiment of the present invention. The transmitters 2 (# 1, # 2,..., #N) transmit signal lights E having different wavelengths (optical frequencies)._S1, E_S2, ..., E_SNIs output. The optical frequency of these signal lights is ω_S1, Ω_S2,..., ω_SNIt is.
[0155]
These signal lights are transmitted through a plurality of first optical fibers SMF11, SMF12,..., SMF1N, and are added and branched by an optical multi / demultiplexer 18 comprising a star coupler or the like.
[0156]
The branched signal lights are respectively supplied to phase conjugate light generators 6 (# 1, # 2,..., #M). The phase conjugate light generator 6 (# 1, # 2,..., #M) generates phase conjugate light corresponding to at least one of the plurality of supplied signal lights. The generated phase conjugate light is transmitted through the optical filter 20 (# 1, # 2,..., #M) and then transmitted through the plurality of second optical fibers SMF21, SMF22,. # 1, # 2..., #M).
[0157]
The phase conjugate light transmitted by the plurality of second optical fibers is E ′._C1, E '_C2, ..., E '_cmIt is shown in
The length of each of the first optical fibers SMF1j (j = 1, 2,..., N) is L_1j, Variance is D_1j, The nonlinear coefficient is γ_1jAnd the power of each signal light is P_1jSuppose that Each length of the second optical fiber SMF2k (k = 1, 2,..., M) is L_2k, Variance is D_2k, The nonlinear coefficient is γ_2kAnd the power of each phase conjugate light is P_2kSuppose that
[0158]
At this time, each parameter is set so that the following two conditions are satisfied.
D_1jL_1j= D_2kL_2k= (Constant)
γ_1jP_1j/ D_1j= Γ_2kP_2k/ D_2k= (Constant)
Here, the meaning of “constant” includes that the average value in an arbitrary section in each fiber is constant.
[0159]
Here, compensation of waveform distortion by each second optical fiber SMF2k is set to be optimized for phase conjugate light passing through the band of the optical filter 20 (#k). The channel E ′ extracted by the combination of the phase conjugate light generator 6 (#k) and the optical filter 20 (#k)._CkIs phase conjugate light of a plurality of channels included in an arbitrary one channel of signal light or an optical filter band in the vicinity thereof.
[0160]
The channel that transmits each optical filter can be arbitrarily set by controlling the wavelength of pump light and / or controlling the transmission wavelength of the optical filter in the phase conjugate light generator.
For example, this system functions as a distribution system when the second optical fiber is used as a transmission line, and when the second optical fiber is in a receiving station or a repeater, channel switching (crossing) is performed. Functions as a system.
[0161]
FIG. 24 is a diagram showing a sixteenth embodiment of the present invention. This system uses a common first optical fiber SMF1 for a plurality of optical transmitters 2 (# 1, # 2,..., #N) as compared with the fifteenth embodiment of FIG. It is characterized in that
[0162]
With this change, the input end of the first optical fiber SMF1 is connected to each optical transmitter 2 (#j) via the optical multiplexer 22, and the output end is connected to each phase conjugate light generator via the optical demultiplexer 24. 6 (#k).
[0163]
The dispersion in the common first optical fiber SMF1 is made substantially constant for all channels. For example, as the first optical fiber SMF1, a dispersion-shifted fiber having a large dispersion, a 1.3 μm band zero dispersion fiber for 1.55 μm band signal light, and a 1.55 μm band zero dispersion fiber for 1.3 μm band signal light are used. By using it, the above-mentioned conditions can be satisfied.
[0164]
With respect to such a common first optical fiber SMF1, each second optical fiber SMF2k satisfies the conditions of the present invention, so that an optimum reception state can be obtained for each channel.
[0165]
FIG. 25 is a diagram showing a seventeenth embodiment of the present invention. Here, a combination of N optical fibers SMF11 ′, SMF12,..., SMF1N ′ having relatively large dispersion and a common optical fiber SMF1 ′ having relatively small dispersion is used as the first optical fiber. It has been.
[0166]
The optical fibers SMF11 ′, SMF12 ′,..., SMF1N ′ and the optical fiber SMF1 ′ are connected by an optical multiplexer 22, and the optical fiber SMF1 ′ and each phase conjugate light generator 6 (#k) They are connected by a multiplexer.
[0167]
Also in this system, by satisfying predetermined conditions for the first optical fiber and the second optical fiber, the waveform distortion can be satisfactorily compensated for each channel, and an optimum reception state can be obtained.
[0168]
FIG. 26 is a diagram illustrating an example of a channel selector. Here, the channel selector 26 is provided in association with each optical transmitter 2 (#j).
The channel selector 26 generates a control signal based on the data from the optical transmitter 2 (#j). A control signal from the channel selector 26 is supplied to the controller 28.
[0169]
The controller 28 selects the signal light of a desired channel based on the supplied control signal, and determines the wavelength of the pump light in the phase conjugate light generator 6 (#k) and the characteristics of the optical filter 20 (#k). Control at least one.
[0170]
FIG. 27 is a diagram showing another example of the channel selector. Here, the channel selector 26 is provided in association with each optical receiver 4 (#k), and the channel selector 26 generates a control signal based on the data from the optical receiver 4 (#k).
[0171]
The controller 28 selects the signal light of the desired channel based on the control signal supplied from the channel selector 26, the wavelength of the pump light in the phase conjugate light generator 6 (#k), and the optical filter 20 (#k). Control at least one of the characteristics of
[0172]
Next, the results of a demonstration experiment conducted to confirm the effectiveness of the present invention will be described.
Referring to FIG. 28, a block diagram of the system used in the demonstration experiment is shown. This system substantially corresponds to the sixth embodiment of FIG.
[0173]
The transmitter corresponds to the transmitter 2 of FIG. 11, the fiber compensator corresponds to the first optical fiber SMF1 of FIG. 11, and the phase conjugate light generator (Phase controller) of FIG. Corresponding to the phase conjugate light generator 6, the dispersion shifted fiber (DSF-1, 2,..., 46) and the erbium doped fiber amplifier (EDFA 1, 2,..., 45) are the second light in FIG. Corresponding to the fiber SMF2, the receiver (Receiver) corresponds to the receiver 4 of FIG.
[0174]
Two 3-electrode λ / 4 shift type DFB-LDs (distributed feedback laser diodes) were used as light sources in the transmitter. Time-division multiplexed 20 Gb / s signal light E_S(Wavelength λ_S= 1551 nm) was generated by time division multiplexing a 10 Gb / s 2-channel RZ signal with a pulse width (FWHM) of about 40 ps.
[0175]
To generate a 10 Gb / s RZ pulse, the first LiNbO_ThreeE with a 10-GHz sine wave using a modulator (LN-1)_SIntensity modulated and then a second LiNbO_Three10 Gb / s NRZ data signal (PN: 2) using a modulator (LN-2)^{twenty three}The intensity was modulated according to -1).
[0176]
Modulated E_SIs power P₁Are input to the two-stage DD-DCFs 1 and 2 so that the waveforms are compensated in advance.
Here, “DD-DCF” represents a dispersion-decreasing dispersion-compensating fiber (DD-DCF).
[0177]
Each DD-DCF is configured by splicing five DCFs to each other. Each loss of DD-DCF was 0.46 dB / km, and the mode field diameter of each DCF was set to about 4 μm.
[0178]
In order to approximately satisfy the condition of the equation (14), the dispersion parameter D₁Should decrease with decreasing average optical power in each of the DCFs. Therefore, the length of each of the five DCFs and D₁Were set as shown in the table.
[0179]
[Table 1]

[0180]
The length of each DD-DCF was 13.7 km and the total dispersion of each was −662.8 ps / nm.
[0181]
Note that the power of light input to each DD-DCF is P₁Two optical amplifiers were cascaded to set
The phase conjugate light generator is then sent to a wavelength λ in a 20 km DSF._P= 1554nm pump light E_PPre-compensated (distorted) E by non-degenerate forward FWM using_SPhase conjugate light E propagating in the same direction as_C(Wavelength λ_C= 1557 nm). E_STo E_CThe conversion efficiency to was -12 dB.
[0182]
Next, the phase conjugate light E_CWas supplied to a 3036 km transmission line consisting of 46 cascaded DSFs (0.21 dB / km loss) and 45 EDFAs (each noise figure is about 6 dB) provided between them.
[0183]
Λ of this transmission line_CThe average dispersion at was 0.44 ps / nm / km. Therefore, the difference between the total dispersion in the two-stage DD-DCF and the total dispersion in the transmission line was about 10 ps / m.
[0184]
The length of each DSF is 66 km, and the optical input power P to each DSF₂Was set to +6 dBm.
P₁The optimum value was +16 dBm under the above conditions. Nonlinear constant γ of DD-DCF₁Is about 18.0W^-1km^-1It was estimated that
[0185]
To suppress stimulated Brillouin scattering (SBS), E_SAnd E_PWere frequency modulated by sinusoidal signals of 500-kHz and 150-kHz, respectively. At the receiver, the third LiNbO_ThreeBy using a modulator (LN-3) and a phase-locked loop (PLL)_CWas time-division demultiplexed and the bit error rate (BER) was measured.
[0186]
For comparison, a 1518 km transmission experiment using one DD-DCF and 23 DSFs was also performed.
FIG. 29 shows the measured BER characteristics. Even after 3036 km transmission,^-9The signal could be detected with a smaller BER. 10^-9The power penalty of 4.8 dB at BER was due to S / N degradation from theoretical values such as EDFA noise. In this experiment, λ_CIs the wavelength λ giving the gain peak in each EDFA_G≈1558.5 nm to 1.5 nm detuned. If λ_CΛ_GHigher S / N characteristics can be obtained. In the 1518 km transmission experiment, the penalty was about 1.2 dB.
[0187]
FIGS. 30A to 30E show changes in the detected waveform in the 3036 km transmission experiment. (A) is the output waveform of the transmitter, (b) is the output waveform of the phase conjugate light generator, (c) is the waveform after 1518 km transmission, (d) is the waveform after 2706 km transmission, and (e) is after 3036 km transmission. The waveforms are shown respectively. Pre-distorted waveform is E_CIt turns out that it is improving gradually with propagation of this. The residual waveform distortion in (e) was due to incomplete compensation conditions. That is, in this demonstration experiment, the EDFA interval (DSF length; 66 km) is (γ₂P₂)^-1The waveform is not completely improved because it is not sufficiently shorter than the nonlinear length defined in (1).
[0188]
Therefore, in the present invention, when a plurality of optical amplifiers are used, it is desirable to set these intervals shorter than the nonlinear length.
Further, the compensation can be further improved by making the number of divisions of the DCF in the DD-DCF larger than 5 in the experiment.
[0189]
Referring to (A), (B) and (C) of FIG. 31, the optical power P and dispersion β in the system of FIG.₂And nonlinear effect γP / β₂The diagram of is shown. The position of the phase conjugate light generator is the origin O.
[0190]
In order to ensure the clarity of the drawing, it should be noted that the scale of each horizontal axis indicating the distance is different between the left side and the right side of the origin.
From (C) of FIG. 31, the nonlinear effect γP / β₂Is substantially the same value on the upstream side and downstream side of the phase conjugate light generator, and it can be seen that the present invention is applied in a limited manner.
[0191]
Referring to FIG. 32, there is shown a configuration in which a dispersion compensator (DC) 30 is added to the basic configuration of FIG. In the illustrated example, the dispersion compensator 30 is inserted in the middle of the second optical fiber SMF2. However, the dispersion compensator 30 is not limited to this example, and the dispersion compensator 30 includes the first optical fiber SMF1 and the phase conjugate. It is only necessary to be provided on the optical path including the light generator 6 and the second optical fiber SMF2.
[0192]
With reference to (A) and (B) of FIG. 33, the expansion of the transmission distance by adding the dispersion compensator 30 will be described. In each of FIGS. 33A and 33B, the horizontal axis represents the distance, and the vertical axis represents the integral (−∫Ddz) regarding the distance of the dispersion parameter.
[0193]
When the present invention is applied in a limited manner, the total dispersion of the first optical fiber SMF1 and the total dispersion of the second optical fiber SMF2 are substantially equal as shown in FIG.
[0194]
The sign of the dispersion value of the dispersion compensator 30 is set opposite to the sign of the dispersion value of the first and second optical fibers. Accordingly, when the dispersion compensator 30 is provided in the middle of the second optical fiber SMF2, for example, at the midpoint as shown in FIG. 32, the second optical fiber is shown in FIG. SMF2 distance L₂Is L₂Expanded to '.
[0195]
As the dispersion compensator 30, a dispersion compensating fiber can be used. When the first and second optical fibers SMF1 and SMF2 have normal dispersion values and the wavelength of the signal light is in the 1.55 μm band, the dispersion compensator 30 has a wavelength in the vicinity of 1.3 μm. A dispersion compensating fiber that provides zero dispersion is desirable.
[0196]
Now, the dispersion per unit length of the dispersion compensating fiber is -D_Three, The length is l_ThreeAnd a value m = D representing the degree of dispersion compensation_Threel_Three/ D₂L₂(0 ≦ m <1) is introduced. In this case, the total dispersion of the second optical fiber SMF2 is D₂L₂-D_Threel_ThreeIt is.
[0197]
The total dispersion of the first optical fiber SMF1 is D₁L₁The dispersion compensation condition is D₁L₁= D₂L₂= D₂L₂'-D_Threel_ThreeTherefore, L₂′ Is given by the following equation.
[0198]
L₂'= L₂(1 + m) = D₁L₁(1 + m) / D₂
When the nonlinear effect is also compensated at the same time, the optical input power P to the first optical fiber SMF1₁'Is substantially P₁It is good to make it equal to (1 + m).
[0199]
The optimization of the dispersion value of the dispersion compensator 30 and the optimization of the input optical power to the first optical fiber SMF1 can be performed, for example, so that the reproduction quality of transmission information in the receiver 4 is the best.
[0200]
As the dispersion compensator 30, although not shown, a plurality of dispersion compensators 30j can be used. Each dispersion compensator 30j has a dispersion value -D opposite to the dispersion value of the transmission line (SMF1, 2)._3j(J is a natural number). In this case, L₂′ Is given by the following equation.
[0201]
L₂'= L₂(1 + Σm_j) = D₁L₁(1 + Σm_j) / D₂
Where m_j= D_3jl_3j/ D₂L₂And l_3jIs the length of each dispersion compensator 30j.
[0202]
As is clear from the results of the above-described demonstration experiment, if the compensation condition is satisfied only in the first optical fiber SMF1, compensation can be made even if the dispersion of the second optical fiber SMF2 is constant. In this case, as described above, it is possible to satisfactorily compensate by setting the relay interval of the optical amplifier in the second optical fiber SMF2 to be shorter than the nonlinear length.
[0203]
The configuration of FIG. 32 is obtained by extending the transmission distance that can be compensated by the dispersion compensator 30 based on this principle.
The effect of the configuration shown in FIG. 32 is particularly remarkable in long-distance transmission over several thousand kilometers such as undersea transmission. The reason will be explained.
[0204]
In the compensation using the phase conjugate light generator, it is necessary to make the waveform distortion in the fibers before and after that the same. For this reason, the waveform is most distorted immediately before and after the phase conjugate light generator. Accordingly, the spectrum is most widened in the phase conjugate light generator.
[0205]
On the other hand, noise is added from the phase conjugate light generator and the optical amplifier, and the S / N degradation due to this noise is larger as the spectrum is wider. Therefore, designing the system so that the spectrum spread immediately before and after the phase conjugate light generator is reduced is very effective in extending the transmission distance.
[0206]
In this sense, it is effective to reduce the dispersion value of the transmission line. For example, in the configuration of FIG. 32, when the transmitter 2, the first optical fiber SMF1, and the phase conjugate light generator 6 are provided in the transmission station, and the second optical fiber SMF2 is used as a transmission line, m = 0.5. That is, half of the transmission line dispersion is compensated by the dispersion compensator 30. As a result, it is possible to reduce the dispersion value or number of DD-DCFs required to compensate for transmission lines having the same length.
[0207]
In this case, L₂′ = 2 × L₂Thus, a transmission line twice as long as that when the dispersion compensator 30 is not used can be compensated by the same first optical fiber SMF1. In other words, since the length of the first optical fiber SMF1 required for compensation of the transmission line having the same length is halved, the waveform distortion can be halved. In addition, the number of DD-DCFs can be reduced.
[0208]
FIG. 34 shows the configuration of a dispersion compensator using a fiber grating FG. The dispersion compensator of FIG. 34 can be used as the dispersion compensator 30 of FIG.
[0209]
The wavelength of both edges of the light pulse is λ₁And λ₂Is supplied to the fiber grating FG through the optical circulator OC. The grating pitch of the fiber grating FG has a predetermined distribution, and the wavelength λ₁Light is Bragg-reflected at a position relatively close to the optical circulator OC and has a wavelength λ.₂Light is Bragg reflected at a relatively far position. Thereby, the optical pulse is compressed, and dispersion compensation can be performed by taking out the Bragg reflected light from the fiber grating through the optical circulator OC.
[0210]
For example, when the dispersion compensator 30 of FIG. 32 is applied to a system in which an optical amplifier Aj (j is a natural number) is provided in the middle of the second optical fiber SMF2 as in the second embodiment of FIG. The dispersion compensator 30 is preferably disposed immediately before the optical amplifier A-j. This is because when the dispersion compensator 30 is a dispersion compensating fiber, the nonlinear effect in the dispersion compensating fiber can be reduced as the input optical power to the dispersion compensating fiber is reduced.
[0211]
When the dispersion compensator 30 is applied to the ninth embodiment of FIG. 15, the dispersion compensator 30 is provided in the middle of the optical fiber SMF1, the optical fiber SMF2, or the optical fibers SMF3-1, 2,. It is done.
[0212]
When the dispersion compensator 30 is applied to the tenth embodiment of FIG. 17, the dispersion compensator 30 is provided in the middle of the optical fibers SMF11, 12,..., 1N or the optical fiber SMF2.
[0213]
When the dispersion compensator 30 is applied to the eleventh embodiment of FIG. 18 or the twelfth embodiment of FIG. 19, the dispersion compensator 30 is provided in the middle of the polarization maintaining fiber SMF1 (PMF) or the optical fiber SMF2.
[0214]
When the dispersion compensator 30 is applied to the fifteenth embodiment of FIG. 23, the dispersion compensator 30 is in the middle of the optical fibers SMF11, 12,..., 1N or the optical fibers SMF21, 22,. Is provided.
[0215]
When the dispersion compensator 30 is applied to the sixteenth embodiment of FIG. 24, the dispersion compensator 30 is provided in the middle of the optical fiber SMF1, or the optical fibers SMF21, 22,.
[0216]
When the dispersion compensator 30 is applied to the seventeenth embodiment shown in FIG. 25, the dispersion compensator 30 includes optical fibers SMF11 ′, 12 ′,..., 1N ′ or optical fibers SMF21, 22,. It is provided in the middle of 2M.
[0217]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical fiber communication system capable of compensating for waveform distortion due to a synergistic effect of chromatic dispersion and the optical Kerr effect.
[0218]
In particular, according to the first or second aspect of the present invention, there is an effect that it becomes possible to maintain an optimal reception state regardless of polarization fluctuations in an optical fiber communication system.
[0219]
In addition, according to the third aspect of the present invention, there is an effect that it is possible to optimize the monitoring control in the optical fiber communication system.
Furthermore, according to the fourth aspect of the present invention, there is an effect that the optical fiber communication system can be well adapted to wavelength division multiplexing (WDM).
[0220]
According to the fifth aspect of the present invention, the transmission distance can be increased by using the dispersion compensator.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a phase conjugate light generator.
FIG. 3 is a block diagram showing another example of a phase conjugate light generator.
FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of an optical fiber communication system showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of an optical fiber communication system showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram of an optical fiber communication system showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of an optical fiber communication system showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of an optical fiber communication system showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a frequency arrangement of each light with respect to zero dispersion wavelength of two fibers.
FIG. 11 is a configuration diagram of an optical fiber communication system showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of controlling dispersion in an average intensity method.
FIG. 13 is a configuration diagram of an optical fiber communication system showing a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a configuration diagram of an optical fiber communication system according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a configuration diagram of an optical fiber communication system according to a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a frequency arrangement in a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a configuration diagram of an optical fiber communication system showing a tenth embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a configuration diagram of an optical fiber communication system showing an eleventh embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a configuration diagram of an optical fiber communication system showing a twelfth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a block diagram showing still another example of a phase conjugate light generator.
FIG. 21 is a configuration diagram of an optical fiber communication system showing a thirteenth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a configuration diagram of an optical fiber communication system showing a fourteenth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a block diagram of an optical fiber communication system showing a fifteenth embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a block diagram of an optical fiber communication system showing a sixteenth embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a configuration diagram of an optical fiber communication system showing a seventeenth embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a diagram illustrating an example of a channel selector.
FIG. 27 is a diagram illustrating another example of the channel selector.
FIG. 28 is a block diagram of the system used in the demonstration experiment.
FIG. 29 is a diagram showing BER (bit error rate) characteristics in the system of FIG. 28;
FIG. 30 is a diagram showing changes in waveforms in the system of FIG. 28;
31 is a diagram showing a diagram of power and the like in the system of FIG. 28. FIG.
FIG. 32 is a diagram showing a configuration with a dispersion compensator added.
33 is a diagram for explaining an increase in transmission distance in FIG. 32; FIG.
FIG. 34 is a diagram showing a dispersion compensator using a fiber grating.
[Explanation of symbols]
2 transmitter
4 receivers
6 Phase conjugate light generator

Claims (6)

A first optical fiber for transmitting signal light;
A phase conjugate light generator that receives the signal light supplied from the first optical fiber and generates phase conjugate light corresponding to the signal light;
A second optical fiber that receives the phase conjugate light supplied from the phase conjugate light generator and transmits the phase conjugate light;
(N-1) (N ≧ 2 natural number) optical amplifiers provided on the second optical fiber ,
The first optical fiber is divided into the N first sections corresponding to the second section divided into N pieces by the (N-1) optical amplifiers of the second optical fiber. When the first interval and the second interval corresponding to the second interval and the first interval corresponding to counting from the phase conjugate light generator are sequentially divided into the same number of minute intervals , It is set to be substantially inversely proportional to the value to the length of and the divided small sections at the same reference numerals average value of chromatic dispersion of the corresponding divided small sections when counted in order from the phase conjugate light generator among the divided small sections together, an optical fiber communication system that is set so that the average value of the product of the optical frequency, the signal light intensity and the nonlinear refractive index is approximately inversely proportional to the length of each divided small sections in each of the divided small sections. The lengths of the N second sections of the second optical fiber are the same, the lengths of the N first sections of the first optical fiber are the same, and the first light The fiber length of the fiber is an average value of a dispersion parameter of the second optical fiber and a ratio of a product of the fiber lengths of the second optical fiber and an average value of the dispersion parameter of the first optical fiber. An optical fiber communication system as described. At least one of the N second sections of the second optical fiber has a smaller dispersion at a portion where the power of the passing optical signal is smaller than a portion where the power of the passing optical signal is larger Item 5. An optical fiber communication system according to Item 1. 2. The length of a section in which the power of a passing optical signal is small in the N first sections of the first optical fiber is longer than a section in which the power of a passing optical signal is large. Optical fiber communication system . Monitoring means for monitoring the quality of the optical signal output from the second optical fiber; and control means for controlling the wavelength or power of the pump light in the phase conjugate light generator based on the quality monitored by the monitoring means; The optical fiber communication system according to claim 1, further comprising: The sum of all the product values of the dispersion value in each of the N first sections of the first optical fiber and the length of the first section is the total chromatic dispersion of the second optical fiber. 2. The optical fiber communication system according to claim 1, wherein the values of the non-linear effect and the dispersion ratio in each of the N first sections of the first optical fiber are constant .

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