光傳輸方法和光傳輸裝置的製作方法

2024-01-26 13:25:15

專利名稱：光傳輸方法和光傳輸裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及光傳輸方法和光傳輸裝置，特別地，涉及通過對在有著任意的色散和偏振模色散、定時抖動的光纖中傳輸的信號波形失真進行傅立葉變換，進行同時且完全補償的新型光傳輸方法和光傳輸裝置。
背景技術：
眾所周知，光纖中的波長色散和偏振色散等線性效應會產生脈衝擴大和波動並帶來中心時間位置的偏移等時間波形的失真。特別是在1通道附近的40Gbit/s以上的超高速時分復用傳輸中，三次以上的高次色散和偏振模色散產生的波形失真會造成較大影響。
以往，為了補償這種光纖傳輸線路的線性失真效應，相繼提出了源自色散補償光纖和光柵的二次色散補償、源自反色散斜度光纖(スロ一プフアイバ)的二次、三次色散的同時補償、利用相位共軛元件的色散補償等方案，實現了等價的色散平坦光纖傳輸線路。
現有技術中，作為三次和四次色散的補償技術，迄今為止有來自Pelusi等人報告的通過傳輸前通過有著適當的二次色散量的光纖向信號施加線性啁啾後，通過施加對應於傳輸光纖的三次或四次色散的大小的正弦或餘弦相位調製，對各次的色散分別進行補償的技術(參照非專利文獻1和2)。進一步，作為現有技術，有通過適當選擇餘弦相位調製的振幅和定時，可以同時補償傳輸線路的三次、四次色散的報告，由此成功地做到了1.28Tbit/s-70km光分時傳送(參照非專利文獻3和4)。此外，現有技術中還提出了為了補償源自偏振模色散的群延遲而進行光傅立葉變換的方案(非專利文獻5)。
非專利文獻1
M.D.Pelusi，Y.Matsui和A，Suzuki，″Phase modulation ofstretched optical pulses for suppression of third-order dispersion effectsin fiber transmission，″(用於抑制光纖傳輸中的三次色散效應的延展光學脈衝的相位調製)Eletron.Lett.Vol.34，第1675-1677頁(1998年)非專利文獻2M.D.Pelusi，Y.Matsui，和A，Suzuki，″Fourth-order dispersionsuppression of ultrashort optical pulses by second-order dispersion andcosine phase modulation，″(通過二次色散和餘弦相位調製的超短光學脈衝的四次色散抑制) Opt.Lett.Vo1.25，第296-298頁(2000年)非專利文獻3T.Yamamoto和M.Nakazawa，″Third-and fourth-order activedispersion compensation with a phase modulator in a terabit-per-secondoptical time-division multiplexed transmission，″(在每秒兆兆位的光時分復用傳輸中利用相位調製器進行的三次和四次有源色散補償)Opt.Lett.Vo1.26，第647-649頁(2001年)非專利文獻4M.Nakazawa，T.Yamamoto和K.R.Tamura，″1.28Tbit/s-70kmOTDM transmission using third-and fouth-order simultaneousdispersion compensation with a phase modulator，″(使用通過相位調製器的三次和四次同時色散補償的1.28Tbit/s-70km OTDM傳輸)ECOC 2000，PD.2.6非專利文獻5M.Romagnoli，P.Franco，R.Corsini，A.Schffini和M.Midrio，″Time-domain Fourier optics for polarization-mode dispersioncompensation，″(用於偏振模色散補償的時域傅立葉光學器件)Opt.Lett.Vol.24，第1197-1199頁(1999年)發明內容然而，通過光纖進行的色散補償雖然簡便，但由於包含了達到三次色散的波長色散的統一補償需要匹配二次色散和三次色散的比率，因此通常被認為是很難的技術。此外，使用相位共軛時，還存在只有偶數次的色散可以補償的重大課題。並且使用相位調製的傳輸前色散補償方式在調整相位調製時需要事先正確地了解傳輸線路全體的色散值。
並且，這些方式中的色散補償量是固定的，因此不能根據色散值在時間上的變動動態地改變色散補償量。所以，自始就需要適應均衡的技術。並且通過這些方式都不能進行偏振模色散的補償。
所以本發明鑑於上述要點，為了一舉解決這些難題，本發明的目的是，使用即使在時間軸上產生完全線性失真，也可完全保存波譜形狀的特性來補償波形失真，以代替以往的意圖在時間軸上完全補償波形失真的技術。也就是說，本發明通過傅立葉變換，將傳輸後的光信號的波譜形狀變為在時間軸上的1比特來再現完全沒有或幾乎沒有線性失真的原來的信號波形，以實質性地實現無色散的光纖傳輸。
根據本發明的解決手段，提供了一種光傳輸方法以及具有傅立葉變換裝置和受光器的光傳輸裝置，其中，在發送端對光脈衝進行數字調製、在光纖傳輸線路中傳播、用受光器使其變換為電信號的光傳輸方法中，通過在受光器前面設置的光傅立葉變換裝置，通過將經過光纖傳輸線路傳輸的光脈衝的時間波形變換為其頻譜形狀，光脈衝利用該頻譜形狀被保存的性質去除在光纖中受到的所有線性時間失真，通過轉換被變換後的頻譜的頻率和時間，來補償光纖傳輸線路的光脈衝的時間波形失真。
(發明效果)因為通過利用本發明可以同時且完全地、或者幾乎完全地補償以往補償困難的任意色散和偏振模色散造成的時間波形線性失真，所以可以實現擴大光纖通信的通信容量和延長傳輸距離。
此外，通過利用本發明，可以實現不需要光纖色散和偏振模色散的精密補償的經濟實用的光纖通信。


圖1表示的是本發明的傅立葉光傳輸系統的實施形態的圖。
圖2是關於光脈衝的時間波形的說明圖。
圖3是關於光脈衝的頻譜形狀的說明圖。
圖4是光傅立葉變換裝置3的結構圖。
圖5表示的是光脈衝的波形失真及其補償效果的圖。
圖6表示的是光脈衝的波形失真和與其補償相關的數值計算結果的另一例的圖。
具體實施例方式
以下通過附圖詳細說明本發明的實施形態。
1.系統的結構、動作圖1是表示本發明的傅立葉光傳輸系統的一個實施形態的圖。該傅立葉光傳輸系統具備光脈衝發送器1、光纖傳輸線路2、光傅立葉變換裝置3和受光器4。作為光接收器的光傳輸裝置具備光傅立葉變換裝置3和受光器4。
光脈衝發送器1通過將從光源產生的光脈衝以電信號進行數字調製，把載有作為通信對象信息的電信號變換為光信號，將載有該信息的光脈衝串射向光纖傳輸線路2之中。這裡，信號脈衝的脈寬及其譜寬之積最好能滿足傅立葉極限條件(設譜寬為Δν、時間脈寬為Δτ，比如在高斯型脈衝條件下ΔνΔτ0.441、sech型脈衝條件下ΔνΔτ0.315)。如此，具有對時間波形來說譜寬一切得當的光脈衝被稱為傅立葉極限(フ一リエ限界)脈衝(以後稱為變換極限型脈衝)，利用該光脈衝即可以實現最佳性能的、理想的傅立葉光傳輸。
光纖傳輸線路2是具有任意色散和偏振模色散的、由各種光纖構成的傳輸線路。這些色散量可以伴隨有時間上的變化。
光傅立葉變換裝置3射入通過光纖傳輸線路2而被傳輸的光脈衝，向頻率數軸上的波譜進行時間軸上的脈衝信號序列的傅立葉變換。此外，在高速時分復用信號的情況下，光傅立葉變換裝置3多重分離為低速信號後可以實施傅立葉變換。
受光器4接收通過光傅立葉變換裝置3而在光纖傳輸線路2上對色散和偏振模色散進行補償後的光脈衝，將其轉變為電信號。受光器4比如可以採用，PIN和APD等的適宜的光檢測器。
其次，對該傅立葉光傳輸系統的動作概要進行說明。通過光纖傳輸線路2傳輸的光信號通常被輸入光時分復用的信號。對於本實施形態的動作，將關注於向光傅立葉變換裝置3輸入構成時分復用信號的光脈衝串、構成光脈衝串的各脈衝並進行說明。
圖2為有關光脈衝時間波形的說明圖。圖2(a)～(b)分別表示的是圖1中的光纖傳輸線路A～C各部分的光脈衝時間波形的概略圖。
此外，圖3為有關光脈衝頻譜形狀的說明圖。圖3(a)～(c)分別表示的是圖(1)中的光纖傳輸線路的A～C各部分的光脈衝頻譜概略圖。
首先，通過光脈衝發送器1將電信號轉換為光脈衝，將該光脈衝射入光纖傳輸線路2，在光纖傳輸線路2中傳輸。在此時向光纖傳輸線路2入射時，為了使光脈衝的時間波形uin(t) (圖2(a))為傅立葉極限脈衝(變換極限脈衝)，最好在光脈衝發送器1上事先對頻譜Uin(ω)進行修正(圖3(a))。
在光纖傳輸線路2中傳輸的光脈衝通常會受到光纖傳輸線路2具有的色散和偏振模色散造成的複雜線性失真。這種失真在通常的光通信中決定傳輸性能。然而在本實施形態中，主要的特徵之一是，為了不使光纖傳輸線路2具有的色散和偏振模色散在向光纖傳輸線路2入射時的波譜包絡線形狀產生任何變形，可以在頻率數軸上再現完全的原波形。光纖中的色散效果變換為波譜的各頻率成分的相移，但通過光檢測器只是檢測出包絡線，所以該相移沒有任何問題。也就是說，要點是設在光纖傳輸線路2上接受了線性失真的時間信號為u(t)(圖2(b))，則通過光傅立葉變換裝置的其頻譜u(ω)(圖3(b))在時間軸上被再生。
換言之，被傳輸的光脈衝的時間波形經過光傅立葉變換裝置3，通過變換時間和頻率、將該光脈衝的頻譜在時間軸上再生，可以在輸出端上完全再現(圖2(c))圖1中A的向光纖傳輸線路2發送的入射光脈衝頻譜(圖3(a))。通過了光傅立葉變換裝置3的光脈衝在受光器4的作用下再次被轉換為電信號，作為信號被取出。我們將這種光傳輸方式命名為「傅立葉光傳輸」。
圖4是光傅立葉變換裝置3的結構圖。光傅立葉變換裝置3具有光耦合器5、時鐘信號提取電路6、移相器7、電子放大器8、延遲光纖9、相位調製器10、二次色散元件11。
作為相位調製器10，例如，最好使用利用LiNbO3等的電光效應的相位調製器。或者相位調製器10也可使用EA(Electro-Absorption電吸收)和SOA(Semiconductor Optical Amplifier半導體光放大器)等的相位調製效應。雖然通常對偏振波有依賴性的相位調製器10較多，但採用無偏振波形的光器件或者基於偏振分集(偏波ダイバ一シテイ一)的方法謀求無偏振波為優選。相位調製器10的驅動頻率為該脈衝傳輸的傳輸速度。
相位調製器10為了在光纖傳輸線路2的傳輸後的脈衝上同步地施加相位調製，通過光耦合器5將部分光傳輸信號分開，將其中一方導向延遲光纖9，將另一方導向時鐘信號提取電路6。時鐘信號提取電路6提取傳輸信號中含有的時鐘信號(正弦波信號)，用獲得的時鐘頻率通過移相器7和電子放大器8驅動相位調製器10。移相器7和延遲光纖9在此時起到使相位調製與光脈衝最佳同步地被施加的作用。如果由於溫度等原因調製的定時產生偏差時，移相器7可以自動調節相移量、使用施加最佳調製的技術。電子放大器8根據移相器7的輸出而輸出用於驅動相位調製器10的驅動信號。
此外，作為二次色散元件11，例如可以使用具有在1.3μm的波長頻帶附近存在零色散區域的群速度色散特性的單模光纖或衍射光柵對、光纖布拉格光柵、VIPA型可變色散補償器、陣列波導衍射光柵、以及衍射光柵和空間調製器的組合等。
光傅立葉變換裝置單體如同非專利文獻5中記載的關於光傅立葉變換的Romagnoli等人的論文那樣，原本為補償源自偏振模色散的群時延而被提出的。但在Romagnoli等人論文等以往技術中，只是將光傅立葉變換裝置僅僅用在補償偏振模色散上。所以，如同本實施形態的光傅立葉變換裝置3那樣，作為新的一般概念，通過變換時間和頻率傳輸無失真的想法在以往技術中並未實現。本發明特別是提出了通過將時間軸上的失真在波譜上變換，而去除了所有線性失真的傅立葉光傳輸這種新原理和技術。
2.有關波形失真補償的細節下面詳細說明利用本傅立葉光傳輸方式，具有任意色散和偏振模色散的光纖傳輸線路的線性效應所產生的光脈衝波形失真在本實施形態的結構中是如何被補償的。
光纖中的脈衝傳輸與其載波頻率相比，脈衝的包絡線緩慢變化時，以近似包絡線的形式被記述。在這裡設該脈衝的緩慢變化電場包絡線增幅定為u(z，t)、介質中的傳遞常數為β(ω)、載波的頻率為ω0。在這裡，t為時間、z為光纖長度方向的位置(坐標)、ω為頻率。這時光纖中傳輸的電場e(z，t)為e(z，t)＝u(z，t)exp[i(β(ω)z-ω0t)](1)這裡，給出=0+1(-0)+22!(-0)2+33!(-0)3+...]]>=0+n=1nn!(-0)n...(2)]]>其中，0=(0),1=|0,2=22|0,3=33|0,...,n=nn|0]]>在光纖這樣的色散性介質中，光電場e(z，t)滿足麥克斯韋方程式2ez2-202-2et2=0...(3),]]>所以光電場e(z，t)的頻譜E(z，ω)滿足下面的方程式(頻譜是單波譜的情況下)。
2Ez2+2E=0...(4)]]>在這裡E(z，ω)由E(z,)=-e(z,t)exp(it)dt...(5)]]>給出。
在公式(4)中，與載波頻率相比，脈衝的波譜擴大並不大，因此ω2與ω02近似。
此時包絡線u(z，t)相關的方程式很重要，考慮u(z，t)的傅立葉變換U(z，ω-ω0)。就是說，E(z，ω)可以根據式(1)和(5)改寫成E(z，ω)＝U(z，ω-ω0)exp(iβ(ω0)z) (6)其中U(z，ω-ω0)由U(z,-0)=-u(z,t)exp[i(-0)t)dt...(7)]]>給出。
將式(6)代入式(4)，由於U(z，ω-ω0)與z相關地緩慢的變化，所以可以忽略對於z的兩次微分，若使用β2-β022β0(β-β0)，作為U(z，ω-ω0)可滿足的傳輸方程式，可以得出下面的公式Uz=i[-0]U...(8)]]>在此如果考慮時間區域的基本方程式，則通過公式(2)可用下式來表示iUz+n=1nn!(-0)nU=0...(9)]]>
進一步通過對公式(9)進行反傅立葉變換，作為u(z，t)滿足的線性波動方程式，最終得到iUn+n=1innn!nutn=0...(10)]]>其中，在這裡為u(z,t)=12-U(z,-0)exp[-i(-0)t]d(-0)...(11)]]>(在後面再次將ω-ω0定義為ω)。也就是傳輸線路的線性效應所得到的脈衝的時間波形失真可以用公式(10)完全表現出來。
另一方面，希望對通常在所有線性效應下，光信號在頻率區域只是受到相位變化，波譜形狀被完全保存下來(參照下面的式(12))予以關注。在此，設由光脈衝發送器1向光纖傳輸線路2中射入的長度z＝ξ的光脈衝時間信號波形為Uin(t)(＝u(0，t))，其頻譜為Uin(ω)(＝U(0，ω)，在光纖傳輸線路2中受到線性失真的時間信號波形為u(t)(＝u(z，t))、其頻譜為U(ω)＝U(z，ω)。將公式(8)進行積分，傳輸長度ξ的光纖後的波譜可以由U(ξ，ω)＝Uin(ω)exp[iβ(ω)ξ](12)給出。也就是，可以看出，除了相位變化exp[iβ(ω)ξ]之外，波譜形狀完全被保存下來。
那麼，在此由長度為ξ的光纖傳輸線路2的接收端B上的時間波形u(ξ，t)，利用光傅立葉變換裝置3得出頻譜(ξ，ω)的方法在下面描述。但下面將u(ξ，t)設為u(t)、將U(ξ，ω)設為U(ω)。
首先，傳輸後的脈衝信號u(t)受到在相位調製器10的作用下的拋物線型相位調製exp(iKt2/2)之後的時間信號，其相位變化量乘以u(t)，由
u′(t)＝u(t)exp(iKt2/2) (13)給出。相位調製器10的輸入輸出波形中，輸入為u(t)、輸出為式(13)的u』(t)。相位調製器10的處理相當於在式(13)的右邊在輸入波形u(t)上乘以相位exp(iKt2/2)的部分。事先施加於相位調製器10的參數為啁啾率K。它可以通過相位調製器的施加電壓的大小來控制。此外，關於相位調製的定時和驅動頻率，利用時鐘信號提取電路6和移相器7、光時延光纖9，由傳輸信號提取、調整這些信息。
在此將v(t)設為通過二次色散元件11而在色散k″L中傳輸後的信號，v(t)作為u』(t)進一步以D＝k」L表示的傳輸二次色散(元件)後的時間波形，表示如下。
v(t)=12-[-U(t)exp[iKt2/2]exp(it)dt]exp(iD2/2)exp(-it)d]]>=12u(t)exp[iD2/2+i(t-t)+iKt2/2]dtd...(14)]]>也就是說，二次色散元件11的輸入輸出波形中，輸入為式(13)的u』(t)、輸出為式(14)的v(t)，v(t)可以通過將u』(t)進行傅立葉變換後在頻率數軸上乘以二次色散函數exp(iKω2/2)後，進一步對其整體進行反變換後得出。在此，二次色散函數可以根據式(12)中使β(ω)為β(ω)＝Dω2/2得出。
其次，在此選擇該相位調製器的相位調製參數K，以滿足K＝1/D。進一步若導入變數T＝t』-t，則式(14)即變形為下面的公式。
v(t)=12-u(t+T)exp[i(t+T)2/2D]dT-exp[iD2/2+iT]d]]>v(t)=12-u(t+T)exp[i(t+T)/2D]dT-exp[iD(+T/D)2/2-iT2/2D]d]]>=12-u(t+T)exp[i(t2+2Tt)/2D]2/iDdT]]>=12iDexp(it2/2D)-u(t+T)exp(iTt/D)dT]]>=12iDexp(-iKt2/2)U(t/D)...(15)]]>
也就是說，從式(15)的結果可以看出，光傅立葉變換裝置3的輸出時間波形v(t)(圖2(c))實際上與光傅立葉變換裝置3的輸入波形的波譜U(ω)是成比例的。這時有ω＝t/D (16)換言之，光傅立葉變換裝置3的輸出時間波形v(t)，對應於時間軸為t/D＝ω變換比例時的、光傅立葉變換裝置3的輸入波形的波譜形狀U(ω)。
另一方面，如式(12)所示的，線性傳輸由於保存了波譜這樣的性質，所以在接收端B上的波譜U(ω)的包絡線形狀(圖3(b))等於在發送端A上的信號的波譜U(0，ω)(＝Uin(ω))的包絡線形狀(圖3(a))。也就是說，通過式(12)和式(15)，v(t)最終使用向光纖傳輸線路2發送的輸入信號波譜Uin如式(17)所示地表示出來。
v(t)=12iDUin(t/D)exp(-iKt2/2+i(t/D))...(17)]]>也就是說，利用v(t)可以將輸入波譜Uin(ω)的形狀在輸出上再現。通過相位調製器10和二次色散元件11的組合可以生成光脈衝的傅立葉變換像本身是已知的，但本發明的要點是使用用於光傅立葉變換的裝置可以實現波形無失真傳輸的特點。
那麼，在此可以看出如果信號波形是變換極限的話，可以直接從頻譜求出時間波形。作為例子，考慮向光纖傳輸線路2發送的輸入信號的時間波形是高斯型uin(t)＝Aexp(-t2/2T02)的變換極限的波形的情況。高斯型脈衝變為sech型，是通過傅立葉變換波形的函數形不變的脈衝。也就是說，其波譜為Uin=-uin(t)exp(it)dt]]>=2T02Aexp(-T022/2)]]>(18)這時根據式(17)的結果，以t/D替換ω，光傅立葉變換裝置3的輸出波形可以由下式給出。
v(t)=T02/iDAexp(-T02t2/2D2)exp(-iKt2/2+i(t/D))...(19)]]>在此若選擇二次色散的絕對值|D|＝T02，則變為v(t)=1/isgn(k)Aexp(-t2/2T02)exp(-iKt2/2+i(t/T02))...(20)]]>具備受光器4的通常的光檢測器中可以檢測出光電場的強度I(t)＝|v(t)|2，所以通過式(20)可以以下面公式的形式直接再現發送端A的時間波形uin(t)＝Aexp(-t2/2T02)(圖2(a))。
|v(t)|2＝A2exp(-t2/T02)象這樣，波形為高斯型的情況下，若選擇|D|＝T02，則在式(17)中波譜Uin(t/D)原樣對應于波形uin(t)，所以其結果是，要點是可以在輸出C的時間軸上直接、忠實且完全再現受到光纖傳輸線路的線性效應之前的時間波形。
通常，波形不是高斯型的情況下，在受光器4的輸出可以如下式得出其光電場的強度I(t)＝|v(t)|2。
|v(t)|2=12DUin(t/D)|2]]>如果在這種方式下的傳輸失真是線性的話，重要的是得到與其具體的種類和大小完全無關的補償。所以，不依賴於色散值的大小和動態的時間變動、以及進一步的色散的次數為其最大的特徵之一。此外，如同孤子(ソリトン)那樣的非線性脈衝在傳輸中，波譜的形狀在傳遞中如能被維持，也可以完全同樣適用。也就是說，由於孤子在時間寬度Δτ和波譜寬度Δν之間具有變換極限的關係，因此可以利用本實施方式。關於色散管理孤子，通過在啁啾為零的最短脈衝的位置上也插入適當的光纖，強迫啁啾為零，也可以利用本方式。
3.波形失真補償的例子圖5表示的是光脈衝的波形失真及其補償效果的圖。此圖顯示的是為了確認本實施形態的傅立葉光傳輸方式下的色散補償的效果，利用非專利文獻4的實驗參數進行數值計算的結果。此圖中的圓圈、虛線、實線分別顯示了圖1中A、B、C各點(也就是光纖傳輸線路2傳輸前、傳輸後、光傅立葉變換裝置3的輸出)的光信號的時間波形。
在這裡作為一個例子，假定圖1中A的時間波形為半高全寬380fs的高斯型。此外，假定構成光纖傳輸線路的長度ξ＝69.4km的光纖的累積色散分別為β2ξ＝-0.0037ps2、β3ξ＝-0.0038ps3、β4ξ＝0.0058ps4。此時T0＝228fs。該傳輸線路的色散補償所需的光傅立葉變換裝置的色散量和相位調製參數的計算結果為|D|(＝1/|K|)＝T02＝0.052ps2。作為光傅立葉變換裝置的二次色散元件，使用1.3μm零色散單模光纖(k」＝-20ps2/km)的話，必要的長度為L＝2.6m。通過一臺相位調製器和短光纖即可方便地再生波形也是該實施方式的特徵之一。此外，這時的相位調製器的啁啾率為K＝1/D＝-19.2ps-2。
在這個傳輸線路中由於β4值較大，所以四次色散佔優勢，光傅立葉變換裝置的色散補償前，通過四次色散，脈衝以時間軸為對稱擴大，波形有很大的失真。但可以看出在本實施方式下通過進行傅立葉變換，向傳輸線路發送的輸入時間波形被忠實地再現出來。
圖6為表示了關於光脈衝的波形失真及其補償的數值計算結果的另外一例的圖。此圖表示的是為了確認本實施形態的效果而進行的數值計算結果的另外一例。此圖同樣用圓圈、虛線、實線分別顯示了圖1中A、B、C各點光信號的時間波形。這裡，假定圖1中A的時間波形為半高全寬380fs的高斯型，構成傳輸線路的長度為69.4km的光纖的累積色散分別為β2ξ＝-0.0037ps2、β3ξ＝0.1ps3、β4ξ＝-0.0058ps4。也就是說，對於圖5的色散特性，在這個傳輸線路中四次色散的符號被反轉，三次色散大幅度增加。因此三次色散的影響顯著地出現，脈衝在由於光傅立葉變換裝置的色散補償前，在時間軸上明顯呈非對稱失真狀態。但可以看出在本方式下，通過利用光傅立葉變換裝置進行色散補償，向光纖傳輸線路傳送的輸入時間波形可以正確復原。
產業上的利用可能性正如以上詳細說明的那樣，根據本發明，使用以相位調製器和二次色散元件構成的光傅立葉變換裝置，把在光纖傳輸線路中受到線性失真的光脈衝串的時間波形變換為作為其不變量的頻譜，在傳輸線路輸入中可以再現信號的波譜，並直接提取信息。所以通過利用本發明的傅立葉光傳輸方式，可以不依靠光纖傳輸線路的傳輸特性而正確地傳送信息。
此外，根據本發明，由於具有任意的色散和偏振模色散的光纖傳輸線路的線性效應而產生的光脈衝的時間波形的波形失真可以同時且完全地被補償，光纖通信的通信容量的擴大和傳送距離的延長成為可能。此外，由於完全不需要任何光纖傳輸線路的色散和偏振模色散的精密控制，所以可以實現經濟實用的光纖通信。
權利要求
1.一種光傳輸方法，在發送端對光脈衝進行數字調製，在光纖傳輸線路中傳輸，在受光器中將其變換為電信號，其特徵在於，通過在受光器前設置的光傅立葉變換裝置，使經過光纖傳輸線路傳輸後的光脈衝的時間波形變換為其頻譜的形狀，由此利用該頻譜形狀被保存的性質去除光脈衝在光纖中受到的所有線性時間失真，在接收端再現原來的信號波形。
2.如權利要求1所述的光傳輸方法，其特徵在於，作為被傳輸的光脈衝，通過使用脈衝的半高全寬和頻譜寬度的積滿足傅立葉極限條件的脈衝或變換極限脈衝，其時間波形的傅立葉變換完全或實質性地與該脈衝的波譜形狀對應。
3.如權利要求1所述的光傳輸方法，其特徵在於，作為被傳輸的光脈衝，使用時間波形和波譜波形相同或大致相同的光脈衝。
4.如權利要求1所述的光傳輸方法，其特徵在於，使用光孤子作為光脈衝。
5.如權利要求1所述的光傳輸方法，其特徵在於，完全補償造成光纖中的脈衝失真的任意色散、偏振模色散，實現無失真傳輸。
6.如權利要求1所述的光傳輸方法，其特徵在於，即使任意色散、偏振模色散隨時間有變動，也總是實現無失真光傳輸。
7.一種光傳輸裝置，用於在發送端對光脈衝進行數字調製、在光纖傳輸線路中傳輸、在受光器中將其變換為電信號的光傳輸，該光傳輸裝置包括受光器；和在上述受光器前設置的光傅立葉變換裝置；其特徵在於，通過上述光傅立葉變換裝置，通過將經過光纖傳輸線路傳輸後的光脈衝的時間波形變換為其頻譜的形狀，利用該頻譜形狀被保存的性質去除光脈衝在光纖中受到的所有線性時間失真，在接收端再現原來的信號波形。
8.如權利要求7所述的光傳輸裝置，其特徵在於，上述光傅立葉變換裝置包括相位調製器，其對於光纖傳輸線路傳輸後的光脈衝串，將驅動頻率設定為該脈衝傳輸的傳輸速度，並與光脈衝串同步地對各個光脈衝施加相位調製的相位調製器，和色散元件，其用於對從上述相位調製器輸出的光脈衝，施加群速度色散。
9.如權利要求7所述的光傳輸裝置，其中上述光傅立葉變換裝置包括相位調製器和色散元件，其特徵在於，上述相位調製器的相位調製的啁啾率K和色散元件的群速度色散D滿足K＝1/D的關係。
10.如權利要求7所述的光傳輸裝置，上述光傅立葉變換裝置具備相位調製器，其特徵在於上述相位調製器具有利用LiNbO3等的電光效應的元件、利用EA(電吸收)或者SOA(半導體光放大器)等的相位調製效應的元件中的任意一個。
11.如權利要求7所述的光傳輸裝置，其中上述光傅立葉變換裝置具備色散元件，其特徵在於上述色散元件採用具有群速度色散特性的單模光纖等光纖、衍射光柵對、光纖布拉格光柵、VIPA型可變色散補償器、陣列波導衍射光柵、以及衍射光柵和空間調製器的組合等。
12.如權利要求7所述的光傳輸裝置，其特徵在於，上述光傅立葉變換裝置還包括將輸入的光脈衝串的一部分進行分支的光耦合器；射入通過上述光耦合器被分支的光脈衝串的一方，用於延遲光脈衝串的光延遲元件；射入通過上述光耦合器分支的光脈衝串的另一方，提取包含在光脈衝串中的時鐘信號的時鐘信號提取電路；用於對獲得的時鐘信號的移相量進行調整並輸出的移相器；輸入來自上述延遲元件的光脈衝串，通過來自上述移相器的輸出而被驅動並對光脈衝串進行相位調製的相位調製器；輸入來自上述相位調製器的光脈衝串，對光脈衝施加二次色散並向上述受光器輸出的色散元件。
全文摘要
本發明利用即使在時間軸上發生完全線性失真，波譜形狀也可被完全保存的性質來補償波形失真。從光脈衝發送器(1)通過光纖傳輸線路(2)而被傳輸的光脈衝被發送。光傅立葉變換裝置(3)通過入射光脈衝、將時間軸上的光脈衝向頻率軸上進行光傅立葉變換、變換頻率和時間，在時間軸上再現光脈衝的頻譜，由此補償光纖傳輸線路(2)上的線性效應產生的波形失真。受光器(4)接收來自光傅立葉變換裝置(3)的光脈衝，通過將其變換為電信號獲得光纖傳輸線路(2)的傳輸前的脈衝波形。
文檔編號H04B10/02GK1736048SQ20048000197
公開日2006年2月15日 申請日期2004年1月23日 優先權日2003年1月31日
發明者廣岡俊彥, 中沢正隆 申請人:獨立行政法人科學技術振興機構