多機能なコヒーレントナイキストパルスの提案とそれを用いた超高速・高効率光伝送技術

多功能相干奈奎斯特脉冲及其超高速高效光传输技术的提出

• 批准号: 26000009
• 负责人: 中沢 正隆
• 金额: $ 363.25万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014 至 2018
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-26000009/
• 关键词: 高速光伝送; ナイキストパルス; デジタルコヒーレント; 周波数利用効率; 光時分割多重; パルス整形; 超短光パルス; QAM; ディジタルコヒーレント

本年度はナイキストパルス伝送の高速・大容量化ならびに周波数利用効率(SE : Spectral Efficiency)向上への最終的な取り組みとして、(a)ノンコヒーレントナイキストパルスを用いた単一チャネル10Tbit/s伝送の実現、(b)波長多重ナイキストパルス伝送、ならびに(c)コヒーレントナイキストパルス伝送の単一チャネル15Tbit/sへの高速化・高SE化、の3つに取り組んだ。(a)に関しては、2.56Tsymbol/sのシンボルレートで単一チャネル10.2Tbit/sの超高速伝送を2.5～3.7bit/s/HzのSEで実現した。10Tbit/sへの高速化にあたり、ノンコヒーレントナイキストパルスの340fsへの超短パルス化、4次分散まで考慮した高次分散補償、ならびに非線形ファイバループミラー(NOLM : Nonlinear Optical Loop Mirror)を用いたゲート幅230fsの超高速光多重分離を実現した。これらの技術を結集し、単一チャネル10.2Tbit/s信号の225km伝送(SE : 3.7bit/s/Hz)および300km伝送(SE : 2.5bit/s/Hz)を達成した。次に(b)に関しては、ナイキストパルスの波長分割多重(WDM : Wavelength Division Multiplexing)への応用を目指して、1チャネルあたり1.28Tbit/sの超高速WDM伝送システムを構築した。この際、光通信用波長帯(Cバンド)で18Tbit/sのWDM信号を僅か14チャネルで生成することにより、1.28Tbits×14波WDM伝送を3.7bit/s/HzのSEで実現した。(c)に関しては、最終目標であるコヒーレントナイキストパルスを用いた単一チャネル15.4Tbit/s、SE=8.3bit/s/Hzの超高速・高効率伝送に世界で初めて成功した。具体的には、コヒーレントパルスのシンボルレートを1.28Tsymbol/sまで高速化し、64QAM(Quadrature Amplitude Modulation)方式により単一チャネルで10Tbit/sを凌駕する究極的なコヒーレント超高速伝送を実現している。その際、ホモダイン検波回路における自己ビート成分の低減、および多重分離に関与しないトリビュータリを抑制するための光ゲート回路の導入により、ナイキストパルスの高OSNR化を図っている。これらの要素技術により、単一チャンネル15.4Tbit/s-150km超高速コヒーレントナイキストパルス伝送を8.3bit/s/Hzという極めて高いSEで達成した。以上により、ナイキストパルスが高速性と高SE化の両面で極めて優れた伝送性能を有する究極的な光パルスであることを実証することに成功した。

今年，作为提高奈奎斯特脉冲传输速度和容量以及提高频谱效率（SE：Spectral Efficiency）的最后努力，我们将（a）使用非相干奈奎斯特脉冲实现单通道10Tbit/s传输；重点关注三件事：(b) 波长复用奈奎斯特脉冲传输，以及 (c) 将相干奈奎斯特脉冲传输的速度和 SE 提高到 15 Tbit/s 的单通道。对于(a)，我们实现了单通道10.2 Tbit/s的超高速传输，符号率为2.56 Tsymbol/s，SE为2.5至3.7 bit/s/Hz。为了将速度提高到10Tbit/s，我们将非相干奈奎斯特脉冲超短至340fs，通过考虑高达4阶色散来补偿高阶色散，并采用了使用非线性光环路的门我们实现了宽度为 230 fs 的超高速光学解复用。通过结合这些技术，我们实现了单通道10.2Tbit/s信号的225公里传输（SE：3.7bit/s/Hz）和300公里传输（SE：2.5bit/s/Hz）。关于(b)，我们构建了每通道容量为1.28 Tbit/s的超高速WDM传输系统，旨在将奈奎斯特脉冲应用于波分复用(WDM)。此时，通过仅使用14个通道在光通信波长带（C波段）产生18Tbit/s WDM信号，我们实现了SE为3.7bit/s/Hz的1.28Tbits x 14波WDM传输。关于（c），我们在世界上首次成功使用相干奈奎斯特脉冲实现超高速、高效单通道15.4Tbit/s、SE=8.3bit/s/Hz传输，这是我们的终极目标目标。具体来说，相干脉冲符号率提升至1.28Tsymbol/s，64QAM（正交幅度调制）方式实现了单通道超过10Tbit/s的终极相干超高速传输。此时，我们的目标是通过减少零差检测电路中的自拍分量并引入光闸电路来抑制不参与解复用的支路来提高奈奎斯特脉冲的OSNR。利用这些基础技术，我们实现了单通道15.4Tbit/s-150km超高速相干奈奎斯特脉冲传输，SE高达8.3bit/s/Hz。通过以上内容，我们成功地证明了奈奎斯特脉冲是终极光脉冲，在高速和高SE方面都具有极其优异的传输性能。

项目成果

Mode locking theory of the Nyquist laser

奈奎斯特激光器的锁模理论

• DOI: 10.1364/oe.24.004981
• 发表时间: 2016
• 期刊: Optics Express
• 影响因子: 3.8
• 作者: Takeru Matsuda;Fumitaka Homae;Hama Watanabe;Gentaro Taga;and Fumiyasu Komaki;M. Nakazawa and T. Hirooka
• 通讯作者: M. Nakazawa and T. Hirooka

東北大学電気通信研究所中沢研究室ホームページ

东北大学电信研究所中泽实验室主页

Single-Channel 7.68 Tbit/s, 64 QAM Coherent Nyquist Pulse Transmission over 150 km with a Spectral Efficiency of 9.7 bit/s/Hz

• DOI: 10.1364/oe.26.017418
• 发表时间: 2018-06
• 期刊: 2018 23rd Opto-Electronics and Communications Conference (OECC)
• 作者: K. Kimura;J. Nitta;Masato Yoshida;K. Kasai;T. Hirooka;M. Nakazawa

Ultrafast Spectrally-Efficient TDM Multiplexing/Demultiplexing Schemes Using Orthogonality in Coherent Optical Nyquist Pulses

利用相干光奈奎斯特脉冲中的正交性的超快频谱效率 TDM 复用/解复用方案

• 发表时间: 2015
• 作者: M. Nakazawa

PMD issues in Nyquist transmission

奈奎斯特传输中的 PMD 问题

• 发表时间: 2017
• 作者: Miyazaki;K.;and K. Bowman;T. Hirooka
• 通讯作者: T. Hirooka