CN1576956A - 产生相位共轭光和波长转换的方法和器件及其应用系统 - Google Patents

Abstract

产生共轭光和波长转换的方法和器件，及有该器件的系统。本发明的基本结构中，信号光首先被一偏振分离器分成第一和第二偏振分量。然后第一和第二偏振分量被单个DFB(分布反馈)激光二极管或两个DFB激光二极管变成第一和第二相位共轭光。当采用单个DFB激光二极管时，第一和第二相位共轭光由上述偏振光束分离器合并。当采用两个DFB激光二极管时，第一和第二共轭光由另一偏振光束分离器合并。

Description

产生相位共轭光和波长转换的 方法和器件及其应用系统

本申请是申请日为1996年4月11日的题为“产生相位共轭光和波长转换的方法和器件及其应用系统”的发明专利申请97110356.9的分案申请。

技术领域

本发明涉及产生相位共轭光和波长转换的方法和器件，及使用该器件的系统。

背景技术

由于低损耗硅光纤的发展，已实际应用了用光纤作传输线的一些光纤通信系统。光纤本身为高带宽。然而，实际上系统设计限制了光纤的传输容量。最重要的限制是光纤色散引起的波形畸变。另外，如光纤的衰减率为0.2dB/km。然而，采用光放大器，典型地为掺铒光纤放大器(EDFA)，可以补偿光损耗。

通常简称色散的光谱色散是光纤中光信号的群速与光信号的波长(频率)有关。如标准单模光纤，在波长短于1.3μm时，长波长的光信号比短波长的光信号传得更快，通常称正常色散。在波长长于1.3μm时，短波长的光信号比长波长的光信号传得更快，称反常色散。

近几年，由于EDFA使光信号功率增加，非线性越来越重要。限制传输容量的主要非线性是光克尔效应。光克尔效应是光纤折射率随光强变化。折射率改变调制了光纤中传播的光信号的相位，并产生频率啁啾，改变信号的频谱。这现象为自相位调制(SPM)。SPM展宽频谱，并由于色散而进一步引起波形畸变。

因此，随传输距离的增加，色散和克尔效应引起光信号的波形畸变，所以，为用光纤作干线传输，须控制、补偿或抑制色散和非线性。

现有控制色散和非线性的方法是，为主信号采用含电子电路的再生中继器。如在一传输线上采用多个再生中继器，每个再生中继器在光信号波形过度畸变之前按序执行光-电转换，再生和电-光转换。然而，该方法需昂贵的复杂的再生中继器，且再生中继器中的电子电路限制了主信号的比特率。

光孤子可以补偿色散和非线性。产生一有与给定反常色散相应的幅度、脉宽和峰值功率，以平衡由光克尔效应引起的SPM及反常色散共同造成的脉冲压缩，和色散引起的脉冲展宽。所以，光孤子无畸变传播。

另外一种补偿色散和非线性的方法是光相位共轭。如Yariv etal.(A.Yariv，D.Fekete，and D.M.pepper，(“用非线性光相位共轭补偿信道色散”)“compensation for channel dispersion bynonlinear optical phase conjugation”Opt.Lett，Vol.4，pp.52-54，1979)。建议的补偿传输线色散的方法。在传输线中点，光信号被转换成相位共轭光，传输线前半部分中色散引起的波形畸变由在传输线的后半部分中色散引起的畸变补偿。

尤其在这样情形下：如两点的电场的相位变化由同一因素引起和在两点间的传播时间内该因素引起的环境变化小时，可在两点中间放一相位共轭器(相位共轭光发生器)来补偿相位变化。(S.Watanabe，“Compensation of phase fluctuation in atransmission line by optical conjugation”Opt.Lett.，Vol.17，pp.1355-1357，1992)。因此，可引入相位共轭器补偿SPM引起的波形畸变。然而，在光功率分布关于相位共轭器不对称时，非线性补偿不完全。

本发明者提供了一方法克服使用相位共轭器时由于光功率分布不对称引起的补偿不完全。(S.Watanabe，and M.Shirasaki，“Exact compensation for both Chromatic dispersion and Kerreffect in a transmission fiber using optical phase conjugation”J.Lightwave Technol.，Vol.14，pp.243-248，1996)。相位共轭器放于传输线某点邻近，传输线的此点前面部分和后面部分的总色散或总的非线性效应相等，并在前面和后面部分的每一小区间中设置了许多参数。

关于相位共轭器和它在光纤通信中的应用，本发明者已完成了申请(Japanese patent Application Nos.6-509844，7-44574，and 7-304229，and Japanese Patent laid-open Nos.7-98464 and 7-301830)。

〔1〕A.MECOZZI ET AL.IEEE JOURNAL OF QUANTUMELECTRONICS，VOL.31，NO.4，APRIL.1995，pp.689-699中描述了用行波半导体激光放大器产生相位共轭波的方法。如该文的图6所示，泵浦(激励)光和探测光(也叫信号光)由定向耦合器耦合。耦合的泵浦光和探测光通过透镜和光环行器输入到行波半导体激光放大器，由此从行波半导体激光放大器中产生相位共轭波。色心激光器(CCL)的输出光经光环行器(OI)，Babinet-Soleil补偿器和一透镜进入定向耦合器，从而得到泵浦光。外腔激光二极管(ECLD)的输出光经光环行器，一λ/2波片，和-λ/4波片进入定向耦合器，从而得到探测光。

〔2〕PATRICK P.IANNONE ET.AL，IEEE JOURNAL ofQUANTUN ELECTRONICS，VOL.31.No.7，JULY 1995.pp.1285-1291中描述了用半导体激光器而不是半导体激光放大器产生相位共轭波的方法。除了使用半导体激光器外，该方法采用了基本上与上述文献〔1〕中机制相同的器件。半导体激光器以与从外注入的泵浦光波长相同的波长振荡。

上述两方法有一共同点：泵浦光和探测光从半导体激光放大器或半导体激光器的一端输入，而从另一端输出泵浦光，探测光和相位共轭波。

相比，〔3〕S.MURATA ET AL.，APPL.PHYS.LETT.58(14)，8APRIL 1991，pp.1458-1460中描述了从与泵浦光共振的半导体激光器的第一端输入探测光，又从同一第一端输出相位共轭波的方法。

上述文献〔1〕和〔2〕中的方法，须用3个光学器件，即产生探测光的光源，产生泵浦光的光源，和产生相位共轭波的半导体激光放大器或半导体激光器。因此，耦合3个光学器件的光学系统是复杂的。特别是需一高效耦合泵浦光和探测光的光耦合器。

另外，上述文献〔3〕中的方法，需在半导体激光器的非输出端形成一高反膜以输出相位共轭波。因此，半导体激光器中存在(Fabry-Perot)法布里-玻罗模。所以，如文献〔3〕所述，相位共轭波的波长限于与Fabry-Perot模共振的波长。

最近下述论文中报告了在激光DFB-LD中用非简并四波混频(FWM)产生相位共轭波的方法。

H.Kuwatsuka，H.shoji，M.Matsuda，and H.Ishikawa，“THZfrequency conversion using nondegenerate four-wave mixingprocess in a lasing long-cavity λ/4-shifted laser”ELECTRONICS LETTERS，Vol.31，No.24，pp.2108-2110，1995。

现在简述此方法。有高注入载流子的半导体高增益介质有3阶非线性灵敏度，因此此介质是理想的四波混频材料。半导体激光器产生激光时，激光器中有高强度振荡光。因此，输入到激光器的外部光在激光器中引起四波混频，由此产生相位共轭光。该过程理论上已明确。但是，当外部光输入到处于激光态的激光器时，将使振荡光的波长变为与外部光的波长相同，或振荡不稳定。另外，虽然产生了相位共轭光，但仅允许产生波长与构成半导体激光器的腔谐振的相位共轭光。所以，不能自由转换波长。

如上面论文所述，四分之一波长相移DFB半导体激光器含两衍射光栅，用于仅反射有想要振荡波长的光。两衍射光栅是使相位移动四分之一波长。利用这两衍射光栅，振荡光被牢牢限制在半导体激光器中。通过在半导体激光器的相对面上形成抗反射膜，非谐振波长的光在激光器内没有内反射。所以，有可能通过选择振荡光作为泵浦光而产生与进入到半导休激光器的外部光相应的相位共轭光。这样，可不使用外部泵浦光而得到高效，高速和宽带转换。

虽然相位共轭光发生器的转换效率决定于探测光和泵浦光偏振平面的一致性，但一般光纤传输线没有保偏能力。因此，为构造一使用光共轭的光系统，须实现一有高效，高速和宽带转换的相位共轭光发生器，且与偏振无关。

发明内容

由此本发明的一目标是提供相位共轭光产生的方法和一高转换效率的器件。

本发明的另一目标是提供转换效率不依赖于偏振态的相位共轭光产生方法和器件。

本发明的另一目标是提供采用一有高转换效率或转换效率不依赖于偏振态的相位共轭光发生器件的光通信系统。

本发明的另一目的是提供一全新结构的光网络系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种产生相位共轭光的方法，包括步骤：

(a)把信号光束分成有第一偏振面的第一偏振分量和有垂直于所述第一偏振面的第二偏振面的第二偏振分量；

(b)把所述第一和第二偏振分量送至分布反馈(DFB)激光二极管以产生分别与所述第一和第二偏振分量相应的第一和第二相位共轭光束；和

(c)合并所述第一和第二相位共轭光束。

根据本发明的第二方面，提供了一种产生相位共轭光束的器件，含：

把信号光分成有第一偏振面的第一偏振分量和有与所述第一偏振面垂直的第二偏振面的第二偏振分量的装置；和

一分布反馈(DFB)激光二极管，向其提供所述第一和第二偏振分量以产生分别与所述第一和第二偏振分量相应的第一和第二相位共轭光。

根据本发明的第三方面，提供了一种系统，包括：

传输信号光束的第一光纤；

把所述信号光束变成相位共轭光束的相位共轭光发生器；

传输所述相位共轭光束的第二光纤；

所述相位共轭光发生器含：

把所述信号光束分成有第一偏振面的第一偏振分量和有与所述第一偏振面垂直的第二偏振面的第二偏振分量的装置；和

被提供以所述第一和第二偏振分量的一分布反馈(DFB)激光二极管，以产生分别与所述第一和第二偏振分量相应的第一和第二相位共轭光。

根据本发明的第四方面，提供了一种产生相位共轭光的方法，包含下列步骤：

(a)注入电流至一分布反馈(DFB)激光二极管以使所述DFB激光二极管产生泵浦光；

(b)把一信号光束送至所述DFB激光二极管以通过基于所述信号光束和所述DFB激光二极管中所述泵浦光的四波混频产生一相位共轭光；和

(c)把所述信号光束、所述泵浦光和所述相位共轭光束送至一非线性光介质以通过所述非线性光介质中的四波混频而增强相位共轭光束的功率。

根据本发明的第五方面，提供了一种产生相位共轭光的器件，含：

被提供以信号光束的一分布反馈(DFB)激光二极管；

注入电流至所述DFB激光二极管以使所述DFB产生泵浦光的装置；和

与所述DFB激光二极管光连接的一非线性光介质；

其中通过基于所述信号光束和所述DFB激光二极管中所述泵浦光的四波混频产生一相位共轭光束，并通过所述非线性光介质中的四波混频增强所述相位共轭光束的功率。

根据本发明的第六方面，提供了一种系统，包括：

传输信号光束的第一光纤；

把所述信号光束变成一相位共轭光束的相位共轭光发生器；和

传输所述相位共轭光束的第二光纤；

所述相位共轭光发生器含：

被提供以所述信号光束的分布反馈(DFB)激光二极管；

注入电流到所述DFB激光二极管以使所述DFB激光二极管产生泵浦光的装置；和

与所述DFB激光二极管光连接的非线性光介质；

其中通过基于所述信号光束和所述DFB激光二极管中所述泵浦光的四波混频产生相位共轭光束，并通过所述非线性光介质中的四波混频增强所述相位共轭光束的功率。

根据本发明的第七方面，提供了一种产生相位共轭光的方法，含下列步骤：

(a)把由有第一偏振面的第一偏振分量和有与所述第一偏振面垂直的第二偏振面的第二偏振分量组成的信号光束送至产生偏振面与第一偏振面相应的泵浦光的第一DFB激光二极管，以通过基于所述第一偏振分量和所述第一DFB激光二极管中所述第一泵浦光的四波混频产生偏振面与所述第一偏振面相应的第一相位共轭光束；和

(b)把从所述第一DFB激光二极管输出的所述第一相位共轭光束和通过所述第一DFB激光二极管的第二偏振分量送至产生偏振面与所述第二偏振面相应的第二泵浦光的第二DFB激光二极管，以通过基于所述第二偏振分量和所述第二DFB激光二极管中所述第二泵浦光的四波混频产生偏振面与所述第二偏振面相应的一第二相位共轭光束。

根据本发明的第八方面，提供了一种产生相位共轭光的器件，含：

产生有第一偏振面的第一泵浦光的第一DFB激光二极管；和

与所述第一DFB激光二极管级联的第二DFB激光二极管，用于产生有与所述第一偏振面垂直的第二偏振面的第二泵浦光；

其中当由偏振面分别与所述第一和第二偏振面相应的第一和第二偏振分量组成的信号光束被送至所述第一DFB激光二极管时，在所述第一DFB激光二极管中通过基于所述第一偏振分量和所述第一泵浦光的四波混频产生偏振面与所述第一偏振面相应的第一相位共轭光束，所述第二偏振分量通过所述第一DFB激光二极管，而在所述第二DFB激光二极管中通过基于所述第二偏振分量和所述第二泵浦光的四波混频产生偏振面与所述第二偏振面相应的第二相位共轭光束，所述第一相位共轭光束通过所述第二DFB激光二极管。

根据本发明的第九方面，提供了一种系统，包括：

传输信号光束的第一光纤；

把所述信号光束变成一相位共轭光束的相位共轭光发生器；和

传输所述相位共轭光束的第二光纤；

所述相位共轭光发生器含：

产生有第一偏振面的第一泵浦光的第一DFB激光二极管；和

与所述第一DFB激光二极管级联的第二DFB激光二极管，它产生有与所述第一偏振面垂直的第二偏振面的第二泵浦光；

其中所述信号光束由偏振面分别与所述第一和第二偏振面相应的第一和第二偏振分量组成，当所述信号被送至所述第一DFB激光二极管时，通过基于所述第一偏振分量和所述第一泵浦光的四波混频在所述第一DFB激光二极管中产生偏振面与所述第一偏振面相应的第一相位共轭光束，所述第二偏振分量通过所述第一DFB激光二极管，而通过基于所述第二偏振分量和所述第二泵浦光的四波混频在所述第二DFB激光二极管中产生偏振面与所述第二偏振面相应的第二相位共轭光束，所述第一相位共轭光束通过所述第二DFB激光二极管。

根据本发明的第十方面，提供了一种产生相位共轭光的方法，它包含的步骤为：

(a)注入一电流到分布反馈(DFB)激光二极管中，使所述DFB激光二极管产生泵浦光；

(b)提供一信号光束给所述DFB激光二极管，通过在所述DFB激光二极管内所述信号光束和所述泵浦光的四波混频作用产生一相位共轭光束；以及

(c)将所述DFB激光二极管中输入的所述信号光束、所述相位共轭光束和所述泵浦光提供给一光学带阻滤波器，此滤波器有一包含所述泵浦光波长的阻带。

根据本发明的第十一方面，提供了一种产生相位共轭光的器件，它包括：

一个接收信号光束的分布反馈(DFB)激光二极管；

注入一电流到所述DFB激光二极管的装置，使所述DFB激光二极管产生泵浦光，所述DFB激光二极管通过所述信号光束和所述泵浦光的四波混频作用将所述信号光束转换成一相位共轭光束，以及

一个接收所述DFB激光二极管输出的所述信号光束、所述相位共轭光束和所述泵浦光的光学带阻滤波器，所述光学带阻滤波器的阻带包含所述泵浦光的波长。

根据本发明的第十二方面，提供了一种系统，包括：

用于传送信号光束的第一光纤；

将所述信号光束转换成相位共轭光束的相位共轭光发生器；以及

用于传送所述相位共轭光束的第二光纤；

所述相位共轭光发生器包括：

接收所述信号光束的分布反馈(DFB)激光二极管；

注入一电流到所述DFB激光二极管的装置，使所述DFB激光二极管产生泵浦光，所述DFB激光二极管通过所述信号光束和所述泵浦光的四波混频作用将所述信号光束转换成所述相位共轭光束；以及

接收所述DFB激光二极管输出的所述信号光束、所述相位共轭光束和所述泵浦光束的光学带阻滤波器，所述光学带阻滤波器的阻带包含所述泵浦光的波长。

根据本发明的第十三方面，提供了一种产生相位共轭光的方法，它包含的步骤为：

(a)提供一信号光束给一光学带阻滤波器，此滤波器有一包含预定波长的阻带；以及

(b)把所述光学带阻滤波器输出的所述信号光束提供给一相位共轭器，通过四波混频作用产生一相位共轭光束，所述相位共轭光束的波长基本上等于所述预定的波长。

根据本发明的第十四方面，提供了一种产生相位共轭光的器件，它包括：

接收信号光束的光学带阻滤波器，此滤波器的阻带包含一预定的波长；以及

接收所述光学带阻滤波器输出所述信号光束的相位共轭器，它通过四波混频作用产生一相位共轭光束，所述相位共轭光束的波长基本上等于所述预定的波长。

根据本发明的第十五方面，提供了一种系统，包括：

用于传送信号光束的第一光纤；

接收所述信号光束的光学带阻滤波器，此滤波器的阻带包含预定的波长；

接收所述光学带阻滤波器输出所述信号光束的相位共轭器，它通过四波混频作用产生一相位共轭光束，所述相位共轭光束的波长基本上等于所述预定的波长；以及

用以传送所述相位共轭光束的第二光纤。

根据本发明的第十六方面，提供了一种产生相位共轭光的方法，它包含的步骤为：

(a)提供一信号光束给第一非线性光学介质；

(b)利用一泵浦光在所述第一非线性光学介质内由四波混频作用产生一相位共轭光束；以及

(c)将所述第一非线性光学介质输出的所述信号光束、所述相位共轭光束和所述泵浦光提供给第二非线性光学介质。

根据本发明的第十七方面，提供了一种产生相位共轭光的器件，它包括：

接收信号光束的第一非线性光学介质，它利用一泵浦光的四波混频作用产生一相位共轭光束；以及

与所述第一非线性光学介质级联的第二非线性光学介质，它接收所述第一非线性光学介质输出的所述信号光束、所述相位共轭光束和所述泵浦光。

根据本发明的第十八方面，提供了一种系统，包括：

传送信号光束的第一光纤；

接收所述信号光束的第一非线性光学介质，它利用一泵浦光通过四波混频作用产生一相位共轭光束；

与第一非线性光学介质级联的第二非线性光学介质，它接收所述第一非线性光学介质输出的所述信号光束、所述相位共轭光束和所述泵浦光；以及

传送从所述第二非线性光学介质输出的所述相位共轭光束的第二光纤。

根据本发明的第十九方面，提供了一种产生相位共轭光的方法，它包括的步骤为：

(a)提供一信号光束给半导体非线性光学介质；

(b)利用一泵浦光在所述半导体非线性光学介质内由四波混频作用产生一相位共轭光束；以及

(c)将所述信号光束的波长设定为大于所述泵浦光的波长。

根据本发明的第二十方面，提供了一种产生相位共轭光的器件，它包括：

接收信号光束的半导体非线性光学介质；以及

泵浦所述半导体非线性光学介质的装置，使所述半导体非线性光学介质利用泵浦光通过四波混频作用产生一相位共轭光束，所述信号光束的波长大于所述泵浦光的波长。

根据本发明的第二十一方面，提供了一种系统，包括：

传送信号光束的第一光纤；

接收所述信号光束的半导体非线性光学介质；

泵浦所述半导体非线性光学介质的装置，使所述半导体非线性光学介质利用一泵浦光通过四波混频作用产生一相位共轭光束，所述信号光束的波长大于所述泵浦光的波长；以及

传送所述相位共轭光束的第二光纤。

根据本发明的第二十二方面，提供了一种系统，包括多个光学上连在一起的单元，并在所述多个单元间的连接点处有至少一个光信号分插器件；

所述多个单元中每一个含：

传输信号光的第一光纤；

把所述信号光变成相位共轭光的装置；和

传输所述相位共轭光的第二光纤；

其中所述第一光纤中的色散和光克尔效应由所述第二光纤中的色散和光克尔效应补偿。

附图说明

参照说明本发明优选实施方式的附图，从下面的描述和所附权利要求书中，本发明的上述和其它目的，特征和优点会更明显，也能更好地理解发明本身。

图1是根据本发明的第一方法的说明图；

图2是用于本发明的相位共轭光发生器的说明图；

图3是图2所示DFB激光二极管的一部分剖析和透视图；

图4是图3中沿线IV-IV的横截面；

图5是图2所示DFB激光二极管输出光的频谱图；

图6就泵浦光和信号光的失调频率说明转换效率的变化；

图7A和7B分别说明发射脉冲和在使用相位共轭光发生器(PC)时经101-km SMF(单模光纤)传播后脉冲的形状；

图7C是PC时经101-km SMF传播后脉冲波形；

图8是根据图1的相位共轭光发生器的第一优选实施方式说明图；

图9是根据图1的相位共轭光发生器的第二优选实施方式的说明图；

图10是根据图1的相位共轭光发生器的第三优选实施方式的说明图；

图11是说明如何组织证实图10所示优选实施方式的实验；

图12是图11所示实验得到的数据；

图13是根据图1的相位共轭光发生器的第四优选实施方式的说明图；

图13A是图13所示相位共轭光发生器的一个修改；

图14A和14B图示了根据本发明的第二方法；

图15是根据图14A和14B的相位共轭光发生器的第一优选实施方式的说明图；

图16是根据图14A和14B的相位共轭光发生器的第二优选实施方式的说明图；

图17是说明本发明的应用的一光通信系统的框图；

图18是本发明对波分复用传输系统的第一应用；

图19解释了本发明用于波分复用传输系统时的频率位置；

图20是本发明对波分复用传输系统的第二应用；

图21是本发明对波分复用传输系统的第三应用；

图22是本发明对波分复用传输系统的第四应用；

图23是本发明对波分复用传输系统的第五应用；

图24是本发明对波分复用传输系统的第六应用；

图25是本发明对双向传输系统的应用；

图26解释了根据本发明的光网络的基本原理；

图27解释了图26中的补偿原则；

图28是采用相位共轭光发生器(PCS)的环网的系统结构图；

图29是图28中节点1的结构图；

图30是图28中PCS(相位共轭光发生器)的结构图；

图31是从图28所示环网扩展而出的WDM网(光波分复用网)；和

图32是图31中相位共轭光发生器(PC)121的结构图。

具体实施方式

现在参照附图详细描述本发明一些优选实施方式。

现考虑光脉冲在色散介质中传输的情形。当非啁啾脉冲通过正常色散介质(²β/ω²＞0)，脉冲前沿的频率向低频移动，脉冲后沿的频率向高频移动。当非啁啾脉冲通过反常色散介质(²β/ω²＜0)，脉冲前沿的频率向高频移动，脉冲后沿的频率向低频移动。上面描述中，β是传播常数，ω是光角频率。正常色散介质中，波长越长，群速度越高，而在反常色散介质中，波长越短，群速度越高。因此，两种情形脉冲都展宽。

光强较大时，光克尔效应改变折射率，由下述公式表示。

Δn(t)＝n₂|E(t)|²

其中n₂是非线性折射率。通常的硅光纤的该数值是3.2×10^{- 20}m²/w。当光脉冲在非线性介质中受光克尔效应作用，频谱由下述式子展宽(变周期)。

Δω(t)＝-ΔΦ(t)/t

       ＝-(2πn₂/λ)(|E(t)|²/t)ΔZ

式中ΔZ是作用长度。

这效应通常称自相位调制(SPM)。由于SPM，光脉冲前沿的频率向低频移动，光脉冲后沿的频率向高频移动。通过SPM的啁啾，色散效应更显著。因此，当光脉冲在色散介质中受光克尔效应作用时，脉冲比正常色散介质中的色散，展得更宽，在反常色散介质中，产生脉冲压缩。所以，另外考虑色散效应时，正常色散介质中脉冲展宽大，而反常色散介质中，由于色散的脉冲展宽更大，由于SPM的脉冲压缩更大。光孤子系统中利用了这两个效应的平衡作用。

一般，认为通过加入反常色散介质中SPM引起的脉冲压缩可得到高信噪比(S/N)是很方便的。然而通常不认为加入脉冲压缩更好，因为通过采用光放大器得到高光传输功率是可能的，并且由于色散位移光纤的发展也能得到相对较小的色散值。即，脉冲压缩效应过度而引起大的波形畸变。特别在非归零脉冲时，在脉冲的前沿和后沿脉冲压缩强烈，从而产生快速波形变化。在极端情况下，后沿先于前沿而把脉冲分为三部分。此外，在干线光放大，多链接传输中，有信号光作为泵浦光和光放大器中的自发辐射间的四波混频，引起显著的S/N衰减(调制不稳定)。

由上述色散和非线性引起的光脉冲畸变可通过采用相位共轭光得到补偿。例如，由第一光纤传输线传输的信号光，被共轴光发生器变为相位共轭光，相位共轭光由第二光纤传输线传输。通过适当设置第一和第二光纤中色散和外线性的参数，可以在第二光纤的输出端得到基本无畸变的光脉冲。然而，在相位共轭光发生器中信号光变成相位共轭光的效率一般决定于信号光的偏振态。所以，希望得到转换效率与偏振无关的相位共轭光发生器。

在构造转换效率与偏振无关的相位共轭光发生器中，可采用偏振异性法或偏振有源控制法。也可采用由保偏光纤(PMF)构成的光纤传输线，消除转换效率的偏振相关性。本发明中，采用偏振分离法消除转换效率的偏振相关性。

图1是根据本发明的第一方法。在偏振分离的处理中，信号光E_S被分为两偏振分量E_S1和E_S2。偏振分量E_S1和E_S2的偏振面相互垂直，在下一步的转换过程中，偏振分量E_S1和E_S2分别被变成相位共轭光E_C1和E_C2。相位共轭光E_C1和E_C2的偏振面分别与E_S1和E_S2的偏振面一致。在下面的偏振合并中，相位共轭光E_C1和E_C2被合并成相位共轭光E_C。

根据本发明，在转换中使用1或2个分布反馈(DFB)激光二极管。

当转换使用一个DFB激光二极管时，偏振分量E_S1和E_S2分别被送到DFB激光二极管的第一端和第二端，相位共轭光E_C1和E_C2分别从第二端和第一端输出。此时，偏振分离和偏振合并可共用一个偏振光分离器。这儿所用的术语“端”是DFB激光二极管有源层的端面。

当转换使用两个DFB激光二极管时，两个DFB激光二极管中一个用于把偏振分量E_S1变成相位共轭光E_C1，另一个用于把偏振分量E_S2变成相位共轭光E_C2。此时，偏振分离和偏振合并可使用不同的偏振光分离器。

优先地，电流被注入到DFB激光二极管以使DFB激光二极管产生波长不同于信号光E_S的泵浦光，由此通过DFB激光二极管中的四波混频产生相位共轭光E_C1和E_C2。

图2是采用本发明所用的非简并四波混频的相位共轭光发生器。光纤2通过透镜3与DFB激光二极管1的第一端光连接，光滤波器10通过透镜6和光纤4与DFB激光二极管1的第二端光连接。驱动电路7给DFB激光二极管1提供驱动电流。

如，DFB激光二极管1有如图3和4所示结构。参考图3，在n-InP衬底11的上表面形成一n-InGaAsP导波层12，在导波层12和衬底11的连接面形成沿光行进方向厚度周期性变化的衍射光栅13。也如图4所示，在大致中间区13c，衍射光栅13有一相移结构以使周期移动λ/4(λ：波导结构中光的波长)。在导波层12上形成一非掺杂多量子阱(MQW)有源层14，且在有源层14上依次形成p-InGaAsP缓冲层15和p-InP层16。MQW有源层14结构为：交替沉叠五层厚度7nm的In_x’Ga_1-x’As(x’＝0.532)阱层和五层厚度10nm的Ga_xIn_1-xAs_yP_1-y(x＝0.283，y＝0.611)势垒层。从p-InP层16到n-InP衬底11上部分的部分被投影掩膜以形成设计的沿光行进方向延伸面条形。此外，在n-InP衬底11上条形投影的对面依次形成p-InP层17和n-InP层18。此外，在p-InP层16和n-InP层18上形成p-InGaAsP层19。在n-InP衬底11的下表面形成n-边电极20，在P-InGaAsP层19上形成三个分开的p-边电极21a，21b，21c。透射至少相位共轭光的抗反膜22镀在DFB激光二极管1的对立面(第一和第一端)。如DFB激光二极管1的腔长设为900μm；如中心p-边电极21b的长度设为约580μm；如相对p-边电极21a和21c的长度均设为约为160μm。

下面描述该相位共轭光发生器的工作。首先，驱动电流从DFB激光二极管p-边电极21a，21b和21c经MQW有源层14被送至n-边电极20，由此在MQW有源层14中产生波长为1549nm，功率为40mw的连续振荡光。此时，如提供给电极21a，21b和21c400mA的电流。由于激光是单模和增益带宽窄，DFB激光二极管1中振荡光有窄的稳定的频谱。然后，DFB激光二极管1中的振荡光用作四波混频的泵浦光。

参考图2，当探测光(信号光)经光纤2和透镜3被送至DFB激光二极管1的第一端，有些谱峰的光经透镜6和光纤4从第二端被输出。光谱分析仪检测输出光以得到图5所示结果。

如图5示，不仅在泵浦光波长1549nm和探测光波长1569nm处，而且在1529nm处也出现谱峰。1529nm处谱峰相应于相位共轭光。设ω_S，ω_P和ω _C分别代表探测光，泵浦光和相位共轭光的角频率，下述方程成立。

ω_C＝2ω_P-ω_S

这样，可以理解通过四波混频产生相位共轭光允许光频转换，即从探测光(信号光)到相位共轭光的波长转换。当探测光被主信号调制时，在波长转换时在相位共轭光中仍保存该调制。由此，这种波长转换功能在以后描述的网络构造有十分有用。

如上所述，在DFB激光二极管1中产生泵浦光，由此无需耦合探测光和泵浦光以简化相位共轭光发生器的结构。所以，可减小采用相位共轭光发生器的光通信器件的尺寸。

另外，由于在DFB激光二极管1中产生泵浦光，无需考虑经过输入泵浦光的光纤时泵浦光强度的衰减，由于强耦浦光可增加探测光到相位共轭光的转换效率。所得相位共轭光强度正比于泵浦光强度的平方。

当DFB激光二极管1的单模振荡时，如通过改变提供给有源层14的电流分布的方法，可自由改变波长。将更详细地描述该方法。

已知给三个p-边电极21a，21b和21c提供不同幅度的电流，可移动DFB激光二极管1的振荡单模(Y.KOTAKI etal.，OFC’90，THURSDAY MORNING，159)。例如，当注入到DFB激光二极管1两相对p-边电极21a和21c的电流恒定，而注入到中间p-边电极21b的电流增加时，振荡波长向长波长方向移动。由驱动电路7调整供到p-边电极21a，21b和21c的电流。所以，使用有多p-边电极21a，21b和21c及在图4所示对立面镀有抗反膜22的DFB激光二极管1，可自由改变泵浦光波长，由此可自由改变相位共轭光的波长。所以采用上述相位共轭光发生器，可实现波分复用光通信中每一信道上光信号的波长转换。

虽然DFB激光二极管1由上面的InP/InGaAsP层结构构成，也可采用InP/InAlGaAs层结构或其它结构。另外，还可使用任何与GaAs衬底匹配的材料。

DFB激光二极管1中产生的相位共轭光与探测光和泵浦光一起被输出。若仅抽取相位共轭光时，在DFB激光二极管1的输出端外放一光滤波器10。图2中，光滤波器10可在DFB激光二极管1和透镜6之间或透镜6和光纤4之间。

现在描述使用上述DFB激光二极管的相位共轭光产生的实验。通过使用对立面镀抗反膜(AR)的λ/4相移DFB激光二极管(腔长：900μm)，并把单模光纤(SMF)耦合至激光二极管的对立面，以准备一模块，可执行波长转换实验。该模块振荡基本输出为40mw(泵浦光波长λ_P＝1550nm)，波长为λ_S的信号光从前端输入。然后，观察从后输出的光谱。

图6是泵浦光和信号光失调频率对转换效率的影响。若Δf＝125GHZ(波长差：1.0nm)，得到-8.7dB的转换效率，即使Δf＝2.5THZ(波长差：20nm)，得到-23dB转换效率。这样，在到THz的范围内仍有高转换效率，例如可用于波分复用光信号的波长转换。另外，由于抗反膜，几乎无法布里-玻罗引起的频带限制。

下面，试验短脉冲传输的色散补偿实验，以证明被转换光是相位共轭光。由两级LiNbO₃调制器产生的约23PS宽的RZ信号脉冲(λ_S＝1552nm)由长50km的第一单模光纤(SMF)(色散：+18.1ps/nm/km)传播。然后，光脉冲被DFB激光二极管变成波长为1548nm的光，被转换光由长51km的第二SMF(色散：+17.8ps/nm/km)传播。

图7A和7B分别是发射脉冲和经101km传播后脉冲形状。可看出，与发射光对照，被转换光的脉冲波形被再生了(图7B)，即被转换光与信号光的相位共轭得到满足。相比，图7c是无相位共轭光发生器时经101km传输后脉冲波形。可看出，由于色散和光克尔效应，脉冲畸变显著。

上述实验结果表明利用DFB激光二极管的相位共轭光发生器可补偿50Gb/s或相近的高速光信号(脉冲)的波形畸变。

图8是根据图1的相位共轭光发生器的第一优选实施方式。第一偏振光分离器(PBS)32把信号光E_S分成第一偏振分量E_S1和第二偏振分量E_S2。第一偏振分量E_S1被送至受驱动产生第一泵浦光E_P1第一DFB激光二极管1(#1)，并从DFB激光二极管(#1)输出相位共轭光E_C1。偏振分量E_S1，泵浦光E_P1和相位共轭光E_C1的偏振面一致。第二DFB激光二极管1(#2)用于第二偏振分量E_S2。DFB激光二极管1(#2)受驱动以产生泵浦光E_P2。图8中，未画出DFB激光二极管1(#1和#2)的驱动电路和其余部分(下面也如此)，泵浦光E_P1和E_P2的偏振面平行。

偏振分量E_S1和E_S2的偏振面相垂直。由此用一半波片(λ/2)34使第二偏振分量E_S2和第二泵浦光E_P2的偏振面一致，然后把偏振分量E_S2送至第二DFB激光二极管1(#2)。半波片34连于偏振光分离器32和DFB激光二极管1(#2)之间。由DFB激光二极管1(#2)输出第二相位共轭光E_C2。第二偏振光分离器38用于合并第一和第二相位共轭光E_C1和E_C2以得到相位共轭光E_C。偏振光分离器38与偏振光分离器32相应。由此，由半波片36把DFB激光二极管1(#1)的第一相位共轭光E_C1的偏振面旋转90°，然后光E_C1被送至偏振光分离器38。

通过使DFB激光二极管1(#1和#2)的特征相等，并使从偏振光分离器32到偏振光分离器38的分别含DFB激光二极管1(#1和#2)的光程相等，可完全消除信号光E_S到相位共轭光E_C的转换效率的偏振相关性。然而，本发明不限于此结构。

DFB激光二极管1(#1和#2)的相等特征由驱动条件给出，例如泵浦光E_P1和E_P2的功率和波长大致相等。为此，需适当设置图4中有源层14中λ/4相移的位置，或调节供至有源层14的电流分布。

若λ/4相移放在有源层14大致中点处，且给出如上对称结构，通过使驱动电流E_C(注入到电极21b的电流)和驱动电流I_S(注入到电极21a和21c的电流)相等，可使此处所述的双向相位共轭光发生器的转换效率一致。也可调整驱动电流I_C和I_S以补偿光路损耗的不平衡。

通过调节DFB激光二极管1(#1和#2)的温度可调节泵浦光E_P1和E_P2的功率和波长。

在该实施方式中，当用半波片34和36旋转偏振面90°时，也可用其它结构旋转偏振面90°。如用保偏光纤(PMF)代替半波片34，并扭转PMF使PMF一端的主轴相对于另一端的主轴旋转了90°。替代的，半波片34可用在PMF连接点处主轴相互正交的两串联PMF代替。前一方式更可取，因使用一个PMF时有较小的偏振色散。用PMF使偏振面旋转的方法能用于本发明所有优选实施方式。

图8中优选第一实施方式有一信号光E_S输入部分和一相位共轭光E_C输出部分的对称结构。因此，当把这种相位共轭光发生器用于下面描述的双向光通信系统中，可在上行与下行信道中产生相位共轭光，转换效率与偏振无关。

图9是根据图1的相位共轭光发生器的第二优选实施方式。该优选实施方式的特征在于使用了形成于波导衬底40上的偏振光分离器32’和38’而不是图8中偏振光分离器32和38。如由LiNbO₃衬底上形成的波导结构构成偏振光分离器32’和38’。此时，半波片34和36的基本功能可由LiNbO₃光波导和SiO₂膜或类似的联合来实现。如DFB激光二极管1(#1和#2)可容于波导结构40上形成的凹槽内。此时利用半波片34和36可使DFB激光二极管1(#1和#2)的有源层平行，由此完成制造。

由于DFB激光二极管和上述一样的双向性或对称性，可用单个DFB激光二极管完成偏振多样性。现在更详细地描述。

图10是根据图1的相位共轭光发生器的第三优选实施方式。该优选实施方式由含有端1A和1B的单个DFB激光二极管1和用于偏振分离与偏振合并的单个偏振光分离器42的光学环构成。偏振光分离器42有4个42A，42B，42C和42D。口42A和42C，口42B和42D在TE偏振面内耦合，口42A和42B，口42C和42D在TM偏振面内耦合。口42C与DFB激光二极管1的端1A光学连接，口42B通过半波片44与DFB激光二极管1的端1B光学连接。口42D镀一层光学抗反膜。

这儿所用的“TE偏振面”和“TM偏振面”是为方便地表示相互垂直的两偏振态。图10中，TE偏振面平行于DFB激光二极管1的有源层和板平面，TM偏振面垂直于板平面。

光环行器46把所得相位共轭光E_C与信号光E_S隔开。光环行器46有三个口46A，46B，46C。光环行器46的功能为从口46B输出从口46A进入的光，从口46C输出从口46B进入的光。口46A连到提供信号光E_S的输入口48；口46B连至偏振光分离器42的口42A；口46C连至相位共轭光E_C的输出口50。

经口48，46A和46B送至口42A的信号光E_S被偏振光分离器42分成TE偏振的第一偏振分量E_S1和TM偏振的第二偏振分量E_S2。第一偏振分量E_S1由口42C被送至DFB激光二极管1的端1A，第二偏振分量E_S2由口42B经半波片被送至DFB激光二极管1的端1B。当第二偏振分量E_S2经过半波片44时，TM偏振面变成TE偏振面。所以，送至DFB激光二极管1的第一和第二偏振分量E_S1和E_S2均为TE偏振。

DFB激光二极管1中产生的泵浦光主要有TE偏振面。该泵浦光含由端1A到端1B的第一泵浦光分量E_P1和由端1B到端1A的第二泵浦光分量E_P2。

通过基于送至端IA的第一偏振分量E_S1和第一泵浦光分量E_P1的四波混频，在DFB激光二极管1中产生TE偏振的第一相位共轭光分量E_C1。相位共轭光分量E_C1由端1B经半波片44被送至偏振光分离器42的口42B。所以，相位共轭光E_C1在口42B为TM偏振。通过基于送至端1B的第二偏振分量E_S2和第二泵浦光分量E_P2的四波混频，在DFB激光二极管1中产生第二相位共轭光E_C2。共夯光E_C2由端IA被送至偏振光分离器42的口42C并保持TE偏振。被送至偏振光分离器42的相位共轭光E_C1和E_C2被合并成相位共轭光E_C，并依次顺序经口42A，46B和46C并从口50输出。

该优选实施方式中，使用了有上述特征的单一DFB激光二极管1，因此很容易使偏振分量E_S1和E_S2的转换效率一致。例如，通过设置上述DFB激光二极管1的工作条件，可容易地使转换效率一致。氢，能得到强度与信号光E_S偏振态无关的相位共轭光E_C。

另外，该优选实施方式中光环路中顺时针光程与反时针光程相等。所以，可以基本同时合并相位共轭光E_C1和E_C2，由此确保相位共轭光发生器的精确操作。

偏振光分离器42有多种形式，如用介电多层膜的偏振分离膜，如方解石晶体或类似的体型和光纤型。

可在输出口50连一光滤波器，以仅抽取相位共轭光E_C。

该优选实施方式中的光环路可由透镜系统的空间耦合或采用光纤或光波导耦合而成。特别是使用光纤时，需采用保偏光纤(PMF)或附加的偏振控制以保持偏振态。若使用PMF，如上一样可省略半波片。

图11是图10中优选实施方式的证实实验的构成。可旋转的偏振器52用于提供线偏振的信号光E_S到光环行器46，并把E_S的偏振面在0°到180°内旋转。偏振光分离器42和DFB激光二极管1的端1A用保偏光纤54(PMF)连接，偏振光分离器42和DFB激光二极管1的端1B用PMF56连接。

PMF54的两端的主轴方向一致以使TE偏振的第一偏振分量E_S1不改变偏振态被送至激光二极管1端1A相反，PMF56的两端的主轴相互垂直以使不使用44而达到半波片44的功能。所以，从偏振光分离器42输出的TM偏振的第二偏振分量E_S2以TE偏振的分量E_S2从端1B进入DFB激光二极管1。

参考图12，有图11所得实验数据。图12中，垂直轴表示转换效率η_C(dB)，水平轴表示偏振角θ(deg)。转换效率η_C为η_C＝Pc/Ps式中Ps是进入光环行器46的信号光E_S的功率，Pc是从光环行器46输出的相位共轭光E_C的功率。偏振角θ定义为线偏振的信号光E_S的偏振面与TE偏振面的夹角。以前技术中，信号光仅以单一方向进入DFB激光二极管，如参考数据58所示转换效率η_C随偏振角θ变化而改变很大(正比于Cos²θ)，θ＝90°时无转换效率η。相比，根据图10的第三优选实施方式，偏振角θ引起的转换效率η_C的变化低于0.4dB。这样，证实了在系统设计中可得到足够的特性。

图13是根据图1的相位共轭光发生器的第四优选实施方式。在图10中的第三优选实施方式中，一信道的信号光E_S被变成一信道的相位共轭光E_C，而该优选实施方式中，两信道的信号光E_S10和E_S20被变成两信道的相位共轭光E_C10和E_C20。当图10中第三优选实施方式的功能含于第四优选实施方式中时，图10中光符号E_S，E_S1，E_S2，E_C1，E_C2和E_C在图13中分别变成E_S10，E_S11，E_S12，E_C11，E_C12和E_C10。

偏振光分离器42的口42D不镀抗反膜，而是连至光旋转器62。光旋转器62有口62A，62B和62C。光旋转器62从口62B输出进入口62A的光，从口62C输出进入口62B的光。口62A连至第二信道信号光E_S2的输入口64；口62B连至偏振光分离器42的口42D；口62C连至第二信道相位共轭光E_C20的输出口66。

与第一信道中信号光E_S10变成相位共轭光E_C10的转换一致，很容易理解第二信道中信号光E_S20到相位共轭光E_C20的转换，因此此处省略该描述。在该优选实施方式中，DFB激光二极管1也产生TM偏振的泵浦光。

在一般DFB激光二极管中，可能不能同时高效率产生TE偏振和TM偏振的泵浦光。此时，可使用两级联的DFB激光二极管。现在详述它。

参考图13A，这是图13中的相位共轭光发生器的修改。在偏振光分离器42和DFB激光二极管1之间有附加的DFB激光二极管1’，两DFB激光二极管1和1’级联。DFB激光二极管1主要产生TE偏振的泵浦光，DFB激光二极管1’主要产生TM偏振的泵浦光。根据该优选实施方式，DFB激光二极管1主要把信号光E_S10变成相位共轭光E_C10，DFB激光二极管1’主要把信号E_S20变成E_C20。与前一优选实施方式一致，可很容易理解DFB激光二极管1和1’中相位共轭光的产生和波长转换的原理，因此此处省略相关描述。

图13A结构中，DFB激光二极管1和1’含于由偏振光分离器42和半波片44组成的光环路中。然而，仅DFB激光二极管1和1’可被从光环路中抽出来构造相位共轭光发生器。即DFB激光二极管1产生TE偏振的泵浦光，DFB激光二极管1’产生TM偏振的泵浦光。所以，把信号光送至级联的DFB激光二极管1和1’中任一个，可从另一个输出被转换的相位共轭光。此时，转换效率与输入信号光的偏振无关。另外，级联的DFB激光二极管1和1’有双向性，因此把相位共轭光发生器用于双向传输系统时，可消除双向信道中任一个的转换效率偏振相关性。

图14A和14B图示了根据本发明的第二方法。通过利用三阶非线性光介质(χ⁽³⁾)68如图14A所示光纤或半导体光放大器的非简并四波混频产生相位共轭光时，角频率为ω_S的信号光和角频率为ω_P(ω_P≠ω_S)的泵浦光通过光耦合器70沿同一光路进入非线性介质68。使用光耦合器70的原因是把来自不同光源的信号光和泵浦光经相同光路输入非线性介质68，并使信号光与泵浦光相互作用。基于非线性光介质68中信号光和泵浦光的四波混频，产生角频率为2ω_P-ω_S的相位共轭光产并与信号光和泵浦光一起从非线性光介质68中输出。

此处所用术语“非简并”指泵浦光的波长(频率)和信号光的波长(频率)不同。由于信号光波长，泵浦光波长，相位共轭光波长满足上述关系，在产生相位共轭光的同时也完成了波长转换。因此，除了本发明题目和发明领域外，“相位共轭光的产生”在本说明中应被理解为含相位共轭光转换和从探测光(信号光)到相位共轭光的波长转换的概念。

当DFB激光二极管1用作图14B中非线性光介质，通过注入电流到DFB激光二极管中在DFB激光二极管中产生泵浦光。因此，仅把外部信号光送入DFB激光二极管1中就可产生相位共轭光，并从DFB激光二极管1输出信号光，泵浦光和相位共轭光。前面已描述了DFB激光二极管1作为非线性光介质的效果。

注意这里DFB激光二极管1无法布里-玻罗模，由此不仅能注入外部信号光，也能抽取信号光，泵浦光和相位共轭光。即通过光级联DFB激光二极管1和非线性光介质68可增加相位共轭光功率。

根据本发明的第二方法，首先注入电流到DFB激光二极管1以使DFB激光二极管1产生泵浦光。然后把信号光送至DFB激光二极管1，以通过基于信号光和DFB激光二极管1中的泵浦光的四波混频在DFB激光二极管1中产生泵浦光。从DFB激光二极管1中输出的信号光，泵浦光和相位共轭光都被送至非线性光介质68，以通过非线性光介质68中的四波混频增加相位共轭光的功率。

在实施根据本发明的第二方法时，信号光，泵浦光和相位共轭光沿同一光路从DFB激光二极管1中被输出，以无需图14A中光耦合器70，并把这些光送至非线性光介质68。因此，很容易在DFB激光二极管1和非线性光介质68中保持高功率泵浦光，由此增加信号光到相位共轭光的转换效率。

根据本发明的第二方法可与根据本发明的第一方法合并。如构造图11的验证实验时，保偏光纤(PMFS)54和56分别连至DFB激光二极管的两端1A和1B。一般，光纤有和三阶非线性光介质一样的性质。由此，通过在图11的光纤54和56中产生三阶非线性效应，相位共轭光E_C1和E_C2分别在光纤54和56中被放大。结果，增加了由偏振合并而得的相位共轭光E_C的功率。这将会更详细地描述。

可通过增加非线性折射率n₂或减少模场直径(MFD)增强三阶非线性效应(特别，值γ)。通过在包层中加入(掺杂)氟或类似的和在芯区加入(掺杂)高浓度GeO₂，可增加非线性折射率n₂。用这种方法，非线性折射率n₂可达到5×10^-20m²/w或更多。另一方面，通过设计芯区与包层区特殊的折射率差或芯区形状(如DCF)，可减少MFD。如用单模光纤时，单模光纤的MFD可比作传输线的单模光纤的MFD小。用这些技术，γ可超过15W^-1km^-1(普通DSF，γ≈2.6W^-1km^-1)。另外，γ值大的光纤可用作零色散光纤。

在如上特殊设计的光纤(特殊光纤)中，为产生同普通DSF一样的三阶非线性效应，该光纤长约2.6/15(≈1/5.8)就足够，因为转换效率正比于γPL的平方。如需长约20km的普通DSF产生三阶非线性效应，长约3到4km的特殊光纤就能得到相似的效果。实际上，由于光纤长度减少，损耗也减少，因此可进一步减小特殊光纤的长度。另外，特殊光纤中，增加了零色散波长的控制精度，故可实现极宽带转换。此外，光纤长几km(如6km)时，确保了保偏性。因此，本发明利用这种特殊光纤，对得到高转换效率和偏振无关转换效率特别有用。

为使本发明中DFB激光二极管两方向的转换效率相等，DFB激光二极管和与DFB激光二极管一块用作三阶非线性光介质的每一光纤的转换效率应相等，或DFB激光二极管和每一光纤中转换的总量应相等。

如上述，通过合并根据本发明的第一和第二方法，产生相位共轭光的转换效率可以是偏振无关和高的。

图15是根据图14A和14B的相位共轭光产生目的第一优选实施方式。该优选实施方式中，半导体光放大器70(SOA)用作非线性光介质68。驱动DFB激光二极管1以产生泵浦光E_P，信号光E_S被送至DFB激光二极管1、通过基于信号光E_S和DFB激光二极管1中泵浦光E_P的四波混频，产生相位共轭光E_C。从DFB激光二极管1中输出信号光E_S，泵浦光E_P和相位共轭光E_C，然后被送至SOA70。SOA70中，通过四波混频增加相位共轭光E_C的功率，然后从SOA70输出增强的相位共轭光E_C。

参考图16，图是根据图14A和14B的相位共轭光发生器的第二优选实施方式。该优选实施方式中，光纤72用作非线性光介质68。光纤72优选为单模光纤，并能有效地使光纤72的零色散波长大致等于泵浦光波长，以增加转换效率。如泵浦光波长位于1.5μm带内时，可用色散位移光纤(DSF)作光纤使光纤72的零色散波长与泵浦光波长一致。

当送至光纤72的信号光E_S，泵浦光E_P，或相位共轭光E_C的功率超过了光纤72中受激布里渊散射(SBS)的阈值时，转换效率降低并使得到的相位共轭光功率减少。通过对泵浦光E_P或信号光E_S进行频率调制或相位调制，可抑制SBS效应。为此，该优选实施方式中，调制电路74连至DFB激光二极管1。几百KHz的调制速率或更少就足够，若信号光的信号率为Gb/s量级或更高，调制不降低传输质量。例如，调制电路74在供至图4中电极21a，21b和21c中任一个的电流中叠加一相应于调制率的低频信号。由于图4中DFB激光二极管1中频率调制效率高，很易抑制SBS效应(S.Ogita，Y.Kotani，M.Matsuda，Y.Kuuahara，H.Onaka，H.Miyata，and H.Ishikawa，“FM response of narrow-linewidth，multielectrode λ/4 shift DFB laser”，IEEE Photon.Technol.Lett.，Vol.2，pp.165-166，1990)。

现在描述本发明在光通信系统中的各种应用。

图17是利用传输光纤中色散和非线性光克尔效应补偿波形畸变的应用系统。而该应用系统已在上述应用中由本发明者揭示(Japanese Patent Application NOS.6-509844，7-44574，and 7-304229，and Japanese Patent Laid-open NOS.7-98464 and 7-301830)，下面描述该系统。

从发射器(TX)输出的信号光E_S由第一光纤F1(长L₁，色散D₁，和非线性系数γ₁)传输，然后被送入相位共轭光发生器(PC)。在PC中信号光E_S被变成相位共轭光E_C，然后相位共轭光E_C由第二光纤F₂(长度L₂，色散D₂，和非线性系数γ₂)传输至接收器(RX)。接收器中，由光电探测器接收共夯光E_C以检测信号。传输信号的调制方法，可采用多种包括光幅度(强度)调制，频率调制和相位调制。在用带通滤波器抽取相位共轭光后，可用光直接检测或光外差检测作为检测方法。这儿的光纤多种情形下是单模硅光纤(SMF)，典型硅光纤的例子为光通信中通常采用的1.3-μm零色散光纤和1.55-μm色散位移光纤(DSF)。此外，信号光也可是有不同波长的波分复用光信号。

为补偿图17系统中光纤的色散和自相位调制引起的波形畸变，PC两对立端相应部分的色散和非线性效应的幅度应相等。此处两相应部分指从PC算起的色散或光克尔效应的累加值相等。即，若传输线分成许多区间，必须使关于PC对称的两区间的色散和非线性效应的幅度相等。这也表明区间中色散值相等且区间中下面的方程成立。

D₁/γ₁P₁＝D₂/γ₂P₂            (1a)

式中P₁和P₂为区间中光功率，γ_j为光纤中光克尔效应的非线性系数。

γ_j＝ωn_2j/cA_effj          (2a)

式中ω指光角频率，c为真空中光速，n_2j和Aeffj分别为光纤Fj(j＝1，2)的非线性折射率和等效芯区面积。

为补偿沿传输线的损耗引起的非线性效应的减少，可减少色散或增加光克尔效应。通过设计光纤可改变色散值，这是有希望的方法。例如，目前广泛采用该方法，如改变色散位移光纤的零色散波长，改变光纤中芯区和包层间折射率的特定差，或改变光纤芯区直径。另一方面，通过改变非线性折射率或光强度而改变光克尔效应。通过从色散递减DCF(DD-DCF)和正常色散DSF的传输线构造一系统，可得到高速干线传输，DD-DCF的结构为色散补偿光纤中色散值沿纵向方向以正比于光克尔效应的变化减小。

使用光放大器的干线传输中，使用正常色散光纤能有效抑制光放大器中噪声光引起的非线性畸变(调制不稳定性)。由此，上述结构是有希望的。

不象上述精确补偿方法的另一方法，下面将解释的使用平均功率的近似法在光克尔效应改变不大时正确(如，光放大器的中继间距远短于非线性长度时)。

D₁’L₁＝D₂’L₂           (3a)

γ₁P₁’L₁＝γ₂P₂’L₂    (4a)

式中P₁’和P₂’分别为光纤Fj(j＝1，2)中平均功率，D₁’和D₂’分别为光纤Fj中平均色散。

此外，虽然不满足波形补偿的理想条件方程(1a)，但可使用在传输线中合适放置不同符号色散的补偿方法。该方法在如海底传输的干线传输时特别有效。下面解释其原因。用PC补偿时，须使PC两端的光纤中波形畸变相等。正好在PC前和PC后波形畸变最大。因此，PC处光脉冲频谱展宽最大。此时，从PC和传输线中光放大器加入噪声。频谱越宽，由于噪声的S/N降低更大。因此，为延伸传输距离，设计系统使PC两端频谱展宽减小是有效的。该观点中，通过传输线的色散补偿减少传输线的总色散是有效的。

图18是本发明在波分复用(WDM)传输系统中的第一应用。N信道的波分复用信号光E_S1(频率：ω_S1到ω_SN)由光纤F₁传输，然后被PC转换成N信道的波分复用相位共轭光E_C1到E_CN(频率：ω_C1到ω_CN)，接着由光纤F₂传输并被接收。

用PC补偿色散时，PC两端的色散符号须相同。由此，图19所示频率位置为零色散。光纤F1和F2的零色散波长分别ω₁₀和ω₂₀。图19是正常色散到正常色散的转换。此时，普通传输线中出现二阶色散(色散斜率)，以使光纤F1中第1信道(ch.1)的绝对色散值最小，而光纤F2中第N信道(ch.N)的绝对色散值最小。因此，可同时为所有信道进行完全色散补偿。

为理想地同等地补偿所有信道的色散，结构改为图20所示。图20是本发明在WDM系统中的第二应用。N信道信号光E_S1到E_SN以与不同色散相应的不同功率(Pn到P_1N)由不同光纤F₁₁到F_1N传输。从光纤F₁₁到F_1N的输出光收集起来由一个PC或由PC-1到PC-M(M是整数，满足1＜M≤N)分开转换成相位共轭光E_C1到E_CN。然后，相位共轭光E_C1到E_CN由同一光纤F₂传输并被接收。此时，由上述方法补偿每一信道的色散和非线性效应。

图21是本发明在WDM系统中的第三应用。发射器TX-1到TX-N输出不同波长(光频ω_S1到ω_SN)的信号光E_S1到E_SN。这些信号光由多个第一光纤F₁₁到F_1N单独传输，然后由如星形耦合器的复用/解复用器合并和分离。分离的信号光被送至相位共轭光发生器PC-1到PC-M。相位共轭光发生器PC-1到PC-M中每一个产生与至少一被提供的信号光相应的相位共轭光。产生的相位共轭光通过光滤波器OF1到OFM，然后由多个第二光纤F21到F2M分别传至光接收器RX-1到RX-M。第二光纤传输的相位共轭光示为E’_C1和E’_CN。

第一光纤F1j(j＝1到N)长L1j，色散为D1j，非线性系数为γ_1j。此外，信号光功率为P_1j。另一方面，第二光纤F2k(K＝1到M)长L_2K，色散为D_2K，非线性系数为γ_2K。此外，相位共轭光功率为P_2K。每一参数被设为满足下面两条件。

D_1jL_1j＝D_2KL_2K＝(常数)

γ_1jP_1j/D_1j＝γ_2KP_2K/D_2K＝(常数)

上面条件中，“常数”指每一光纤中任一区间的平均值为常数。

每一第二光纤F2k的波形畸变补偿被优化为相位共轭光通过相应光滤波器OFk的带宽。此外，通过把相位共轭光发生器PC-k和光滤波器OFk合并而抽取的相位共轭光E’_ck与任一信道信号光或该信道的含于光滤波器带内的多个邻近信道相应。如发射终端有发射器TX-1到TX-N和光纤F11到F1N时，光纤F1j中色散或非线性效应相等。此时，控制光纤F2k的相位共轭光产生器PC-k和光滤波器OFk的合并以使接收器RX-Kk能选择所需信道。通过控制每一相位共轭光发生器中泵浦光的波长和/或控制每一光滤波器的中心通过波长来完成此控制。为此，优选使用可调光滤波器。

当第二光纤用作传输线时，该系统的功能是一分布系统。接收端或中继器中有第二光纤时，该系统的功能是一信道交换(交叉连接)系统。

图22是本发明在WDM系统中第四应用。与图21相比，该系统特征在于多个光发射器TX-1到TX-N共用第一光纤F1。此修改中，第一光纤F1的输入端通过光复用器与每个光发射器T-j相连，第一光纤F1的输出端经解复用器与每个相位共轭光发生器连接。公用第一光纤F1中色散对所有信道大致恒定。如通过采用上述DD-DCF，大色散的色散位移光纤，为波长为1.55μm的信号光用1.3-μm零色散光纤，或为波长为1.3μm的信号光用1.55-μm零色散光纤，第一光纤F1能满足以上条件。每个第二光纤F2k满足与公用第一光纤F1相连的上述条件，由此在每个信道得到最佳接收条件。

图23是本发明在WDM系统中的第五应用。该系统中，把每个有相对大的色散的N个光纤F11’到F1N’和一色散相对较小的公用光纤F1’合并起来得到第一光纤。光纤F11’到F1N’和光纤F1’由光复用器连接，光纤F1’和每个相位共轭光发生器PC-K由-光解复用器连接。

该系统中，第一和第二光纤也满足给定条件，由此在每一信道能进行好的波形畸变补偿，这样得到最佳接收条件。

图24是集成了这些功能的波分复用传输系统。多个波分复用信号由第一光纤传输，然后被分开。接着，分开的信号被变成对所有信道有最佳波长的相位共轭光，然后被抽取。接着被抽取的相位共轭光被合并，并由第二光纤传于接收器。根据该结构，即使传输线出现了二阶色散时，也能在所有信道完全补偿波形畸变。

图25是本发明在双向光传输系统中的应用。从第一终端的TX-1出来的波长为λ_S1的信号光E_S1由光纤F1传输，然后通过利用方向与信号光E_S1相同的泵浦光E_P1在作为PC的DFB-LD中被转换为波长为λ_C1的相位共轭光E_C1。接着，相位共轭光E_C1由光纤F2传输并被第二终端中RX-1接收。另一方面，从第二终端的TX-2出来的波长为λ_S2的信号光E_S2由光纤F2传输，然后通过利用方向与信号光E_S2相同的泵浦光E_P2在DFB-LD中被转换成波长为λ_C2的相位共轭光E_C2。接着，相位共轭光E_C2由光纤F1传输并被第一终端的RX-2接收。光纤F1和F2传输的信号光的波长优先选择为在每一传输线所用带通滤波器的通带内。即，λ_S1和λ_C2位于同一通带，λ_C1和λ_S2位于同一通带。此时，每个信号可以是波分复用信号光。

现在描述本发明在采用相位共轭光发生器的光网络中的应用。

图26解释了光网络的原理。光发送器(OS)202输出信号光。第一光纤204有分别与信号光的输入端和输出端相应的第一端204A和第二端204B。第一相位共轭光发生器(第一PC)206与第二端204B相连。第一相位共轭光发生器206把第一光纤204提供的信号光变成第一相位共轭光并输出第一相位共轭光。第二光纤208有分别与第一相位共轭光的输入端和输出端相应的第三端208A和第四端208B。第二相位共轭光发生器(第二PC)210与第四端208B相连。第二相位共轭光发生器210把第二光纤208提供的第一相位共轭光变成第二相位共轭光并输出第二相位共轭光。第三光纤212有分别与第二相位共轭光的输入端和输出端相应的第五端212A和第六端212B。一光接收器(OR)214用于接收第三光纤212传输的第二相位共轭光。

系统中点216位于第二光纤208中。后面将定义系统中点216。第二光纤208由第三端208A与系统中点216间的第一部分281和系统中点216与第四端208B间的第二部分组成。

本发明中，以下述方式设置光纤204，208和212中的每一参数。

首先，第一光纤204被表观上分成N(N是大于1的整数)区间204(#1到#N)，第二光纤208的第一部分281也被表观上分成N区间281(#1到#N)。在从第一相位共轭光发生器206处计数的第一光纤204和第一部分281的两相应区间中，两区间之一中的平均色散值和区间长度的乘积大致等于另一区间中的平均色散值和区间长度的乘积。即，让D_1i和L_1i分别代表从第一相位共轭光发生器206计数的第一光纤204中第i个(1≤i≤N)区间204(#i)中的色散平均值(或色散参数)和区间长度，让D_2i和L_2i分别代表从第一相位共轭光发生器206计数的第二光纤208中第一部分281的第i个区间281(#i)中的色散平均值(或色散参数)和区间长度，则满足下面的关系。

D_1iL_1i＝D_2iL_2i            (1)

此外，让P_1i和γ_1i分别指区间204(#i)中光功率平均值和非线性系数的平均值，让P_2i和γ_2i分别代表区间281(#i)中光功率平均值和非线性系数的平均值，则满足下面的关系。

P_1iγ_1iL_1i＝P_2iγ_2iL_2i    (2)

另一方面，第二光纤208的第二部分282表观上被分成M(M是大于1的整数)区间282(#1到#M)，第三光纤212表观上也被分为M个区间212(#1到#M)。让D_3j和L_3j分别代表从第二相位共轭光发生器210计数的第二光纤208的第二部分282的第j(1≤j≤M)个区间282(#j)中的色散平均值和区间长度，让D_4j和L_4j分别代表从第二相位共轭光发生器210计数的第三光纤212的第j个区间212(#j)中的色散平均值和区间长度，则满足下面的关系。

D_3jL_3j＝D_4jL_4j            (3)

此外，让P_3j和γ_3j分别代表区间282(#j)中的光功率的平均值和非线性系数的平均值，P_4j和γ_4j分别代表区间212(#j)中的光功率的平均值和非线性系数的平均值，则满足下面的关系。

P_3jγ_3jL_3j＝P_4jγ_4jL_4j    (4)

图26所示系统中，在第一相位共轭光发生器206的正前面和紧后面波形畸变一度增加。然而，利用方程(1)和(2)的条件，色散和非线性在系统中点216得到补偿，并恢复初始波形。被恢复的波形在第二相位共轭光发生器210的正前面和紧后面又产生畸变。然而，利用方程(3)和(4)的条件，在光接收器214中色散和非线性得到补偿以恢复原波形。

图26的结构对参数，如铺于海底或类似的第二光纤208的长度的设置误差容限大。即，即使在系统中点216处没有完全恢复原始波形，可在第二部分282，第二相位共轭光发生器210和第三光纤212中再生不完全性，由此在光接收器214中完全恢复原始波形。

参考图27，图为色散和非线性的补偿原理。该补偿原理也用于图17和其它处。图27中，将描述从光发送器202到系统中点216的光路的补偿原理。在参考图27描述之前，将描述关于相位共轭波的一普通术语。

光纤传输中信号光E(x，y，z，t)＝F(x，y)Φ(z，t)exp〔i(ωt-kz)〕的传播一般由下面的非线性波动方程描述。上面表达式中，F(x，y)代表横向模式分布，Φ(z，t)代表光的复包络。并假定Φ(z，t)变化比光频低得多。

$i\frac{\∂\mathrm{\φ}}{\∂z}-(1/2){\mathrm{\β}}_2\frac{{\∂}^2\mathrm{\φ}}{{\∂T}^2}+\mathrm{\γ}{\left|\mathrm{\Φ}\right|}^2\mathrm{\Φ}=-(i/2)\mathrm{\α\Φ}---\left(5\right)$

式中T＝t-β₁Z(β₁是传播常数)，γ是光纤损耗，β₂是光纤色散。。

γ＝ωn₂/cA_eff           (6)

代表三阶非线性系数(光克尔效应的系数)。方程(6)中，n₂和Aeff分别代表光纤的非线性折射率和等效芯区面积。C是真空中光速。该讨论中，考虑一阶或更低阶色散，并忽略高阶色散。此外，假定α，β和γ是Z的函数，即分别表示为α(z)，β(z)和γ(z)。另外定义相位共轭光发生器的位置为原点(z＝0)。

现在引入下面归一化函数。

φ(z，T)＝A(z)u(z，T)                     (7)

式中A(z)≡A(0)exp[-(1/2)∫₀ ^zα(z)dz]      (8)代表幅度，它指出在α(z)＞0时传输线有损耗，而在α(z)＜0时传输线有增益。A(z)≡A(0)指无损耗。另外，A(z)²＝P(z)相应于光功率。通过把方程(7)和(8)插入方程(5)中，给出下面的演化方程。

$i\frac{\∂u}{\∂z}=(1/2){\mathrm{\β}}_2\left(z\right)\frac{{\∂}^2\mathrm{\φ}}{{\∂T}^2}-\mathrm{\γ}\left(z\right)A{\left(z\right)}^2{\left|u\right|}^{2}u---\left(9\right)$

进行下述转换。

ζ＝∫^z ₀|β₂(z)|dz       (10)

结果，方程(9)变为如下：

$i\frac{\∂u}{\∂\mathrm{\ζ}}=\frac{\mathrm{sgn}\left[{\mathrm{\β}}_2\right]}{2}\frac{{\∂}^{2}u}{{\∂T}^2}-\frac{\mathrm{\γ}\left(\mathrm{\ζ}\right)A{\left(\mathrm{\ζ}\right)}^2}{\left|{\mathrm{\β}}_2\left(\mathrm{\ξ}\right)\right|}{\left|u\right|}^{2}u---\left(11\right)$

式中sgn[β₂]≡±1在β₂＞0时，即正常色散，为+1，而在β₂＜0时，即反常色散，取-1。若方程(11)成立，则其复共轭也成立并给出如下方程。

$-i\frac{{\∂u}^{*}}{\∂\mathrm{\ζ}}=\frac{\mathrm{sgn}\left[{\mathrm{\β}}_2\right]}{2}\frac{{\∂}^2{u}^{*}}{{\∂T}^2}-\frac{\mathrm{\γ}\left(\mathrm{\ζ}\right)A{\left(\mathrm{\ζ}\right)}^2}{\left|{\mathrm{\β}}_2\left(\mathrm{\ζ}\right)\right|}{\left|u^{*}\right|}^2{u}^{*}---\left(12\right)$

复相位共轭光u^*服从与u一样的演化方程。然而，传播方向反转。该操作恰为相位共轭器的操作。特别是在传输型相位共轭器中，上面的描述等效于由于色散和SPM反转了相移。

图27中，第一光纤204的长度标为L₁，第二光纤208的第一部分281的长度标为L₂。相位共轭光发生器206处于z坐标和ζ坐标的原点z＝0(ζ＝0)。系统中点216的z坐标和ζ坐标分别示为L₂和ζ₀。第一光纤204中，信号光u(E_s)按演化方程(11)传播。信号光u被相位共轭光发生器206变成相位共轭光u^*(E_c)。在第二光纤208的第一部分281中，相位共轭光u^*按演化方程(12)传播。

在ζ轴上关于相位共轭光发生器206的位置(ζ＝0)对称的两任意点-ζ和ζ间归一距离dζ中，设置每一参数使方程(11)右端第一和第二项的系数相等，由此使ζ处u^*为-ζ处u的相位共轭波。即下面两个方程的条件。

sgn[β₂(-ζ)]＝sgn[β₂(ζ)]            (13)

$\frac{\mathrm{\γ}(-\mathrm{\ζ})A{(-\mathrm{\ζ})}^2}{\left|{\mathrm{\β}}_2(-\mathrm{\ζ})\right|}=\frac{\mathrm{\γ}\left(\mathrm{\ζ}\right)A{\left(\mathrm{\ζ}\right)}^2}{\left|{\mathrm{\β}}_2\left(\mathrm{\ζ}\right)\right|}---\left(14\right)$

方程(13)表明第一光纤204和第一部分281的色散符号须相等。考虑光纤中γ(＞0)和A(z)²＞0，上述条件总结为：

$\frac{\mathrm{\γ}(-\mathrm{\ζ})A{(-\mathrm{\ζ})}^2}{{\mathrm{\β}}_2(-\mathrm{\ζ})}=\frac{\mathrm{\γ}\left(\mathrm{\ζ}\right)A{\left(\mathrm{\ζ}\right)}^2}{{\mathrm{\β}}_2\left(\mathrm{\ζ}\right)}---\left(15\right)$

第一光纤204(-ζ)处由色散和SPM引起的相移的符号被相位共轭光发生器206反转。因此，该相移产生的波形畸变由第一部分281(ζ)处的相移引起的畸变补偿。通过在每一区间重复上面设置的补偿，能在整个长度内进行补偿。

现在用z坐标描述上述补偿条件。从方程(15)中，可给出下列方程。

$\frac{\mathrm{\γ}\left({-z}_1\right)A{\left({-z}_1\right)}^2}{{\mathrm{\β}}_2\left({-z}_1\right)}=\frac{\mathrm{\γ}\left(z_2\right)A{\left(z_2\right)}^2}{{\mathrm{\β}}_2\left(z_2\right)}---\left(16\right)$

即条件是使每一区间的色散与非线性系数和光功率乘积之间的比相等。方程(16)中，-z₁和z₂是满足下述方程的两点。

∫₀ ^-z1|β₂(z)|dz＝-∫₀ ^z2|β₂(z)|dz           (17)

从方程(16)和(17)可得到如下方程(18)和(19)。

β₂(-z₁)dz₁＝β₂(z₂)dz₂                      (18)

γ(-z₁)A(-z₁)²dz₁＝γ(z₂)A(z₂)²dz₂           (19)

式中dz₁和dz₂分别为-z₁和z₂处小区间的长度。每一小区间长度反比于区间中色散或非线性系数与光功率的乘积。考虑色散β₂和色散参数D的关系，即D＝-(2πc/λ²)β₂，从方程(18)和(19)能得到下述关系。D为z的函数，并被表示为D(z)。

D(-z₁)dz₁＝D(z₂)dz₂                      (20)

γ(-z₁)P(-z₁)dz₁＝γ(z₂)P(z₂)dz₂         (21)

可以理解条件是使关于相位共轭光发生器206对称的两点中一个处的色散和非线性的每一增量与另一点处的减量相等。方程(20)和(21)是补偿的必要条件，并表明两相应区间的总色散量相等和两相应区间的总光克尔效应量相等。即证实了条件方程(1)到(4)的有效性。

特别是当α，D和γ恒定，且功率变化小时，通过积分方程(20)和(21)可得到下述方程。

D₁L₁＝D₂L₂                 (22)

γ₁P₁L₁＝γ₂P₂L₂           (23)

式中P₁和P₂分别为第一光纤204和第一部分281中的平均功率；D₁和γ₁分别为第一光纤204中的平均色散参数和平均非线性系数；D₂和γ₂分别为第一部分281中的平均色散参数和平均非线性系数。方程(22)和(23)与平均近似法的色散补偿和SPM补偿条件一致。

特别地，仅满足方程(22)的条件就能实施本发明。即根据本发明，提供一光纤通信系统，含有分别与信号光的输入端和输出端相应的第一和第二端的第一光纤，含一相位共轭光发生器，与第二端相连，把信号光变成相位共轭光并输出相位共轭光，有分别与相位共轭光的输入和输出端相应的第三和第四端的第二光纤，其中第一光纤的平均色散和长度的乘积大致等于第二光纤的平均色散和长度的乘积。

优选地，为满足方程(23)的条件，第一光纤中平均光功率，平均非线性系数和第一光纤的长度的乘积大致等于第二光纤的平均功率，平均非线性系数和第二光纤长度的乘积。

当含第一和第二光纤的光路中有多个光放大器时，把多个放大器中两邻近的间距定为短于光路(光纤)的非线性长度是可取。

图27说明了系统中点216上行边的补偿原理。系统中点216下行边的补偿原理相似，因此此处省略其描述。

在参考图27的描述中，归一化坐标定义为如方程(10)所示的从相位F相位共轭光发生器206算起的色散累积值。结果，所需条件是，在第一光纤204和第一部分281中从相位共轭光发生器206算起的累积色散值相等的两点中一点处的色散与光功率和非线性系数的乘积的比例大致等于另一点处色散与光功率和非线性系数的乘积的比例。

图27中，归一化坐标可定义为从相位共轭光发生器206算起的非线性效应累积值(即光功率和非线性系数乘积的累积值)。此时，所需条件是在第一光纤204和第一部分281中从相位共轭光发生器206算起的非线性效应累加值相等的两点中一点处的色散与光功率和非线性系数的乘积的比例大致等于另一点处色散与光功率和非线性系数乘积的比例。

如上述，通过使第一和第二光纤中的总色散量相等和使第一和第二光纤中总光克尔效应量相等，相位共轭光发生器完成补偿以使输入第一光纤的光脉冲波形与从第二光纤输出的光脉冲波形有大致相同的形状。即在光脉冲发送(第一光纤的输入端)和光脉冲接收侧(第二光纤的输出端)能得到形状大致相同的光脉冲。所以，通过在每一输入和输出端提供一光ADM(插入抽取复用器)，能在每一ADM中接收到状态大致与发送光脉冲一样的光脉冲。故每一ADM中无需再生接收光脉冲(波形整形和定时再生)。现在描述采用该原理的所谓光网络。

图28是采用相位共轭光发生器的一环光网络。图28中，节点1，2和3是光ADM，它们被连至一外光纤环(单模光纤传输线)和一内光纤环(单模光纤传输线)。在节点1，2和3之间外光纤环和内光纤环上有多个相位共轭光发生器(PC12，PC21，PC23，PC32，PC13和PC31)。每一PC或节点处于这样的位置以使输入光纤环和输出光纤环中的总色散大致相等，且输入和输出光纤环中光克尔效应总量相等。

节点1通过波长为λ₁₂的光给节点2发送信号，节点2通过波长为λ₂₁的光给节点1发送信号。节点1给外光纤环101发送波长为λ₁₂的光。PC12产生与从光纤环101接收的波长为λ₁₂的光相应的波长为λ′₁₂的相位共轭光。上述DFB-LD优选用作PC12。PC12把波长为λ′₁₂的相位共轭光输入到光纤环102，并把它发送到节点2。节点2从光纤环102接收波长为λ′₁₂的相位共轭光，并把它当作来自节点1的信号处理。PC12处于这样的位置，以使光纤环101中的总色散大致等于光纤环102中的总色散，且光纤环101中光克尔效应的总量大致等于光纤环102中光克尔效应的总量。故波形与在节点1被插入到外光纤环中的波长为λ₁₂的光信号一样的波长为λ′₁₂的相位共轭光在节点2可被从外光纤环中抽取。结果，在节点2无需执行复杂的接收光信号的波形整形和定时再生。

在从节点2给节点1发送信号时，使用内光纤环。即当用波长为λ₂₁的光从节点2给节点1发送信号时，波长为λ₂₁的光被发送到光纤环103。PC21产生与从光纤环103接收的波长为λ₂₁的光相应的波长为λ′₂₁的相位共轭光，并把波长为λ′₂₁的相位共轭光发送到光纤环104。

节点1从光纤环104接收波长为λ′₂₁的相位共轭光，并把它作为节点2的发射信号。PC21位于这样的位置，以使光纤环103和光纤环104中的总色散大致相等，且光纤环103和光纤环104中的光克尔效应总量大致相等。故波形与在节点2被加到内光纤环的波长为λ₂₁的光信号一样的波长为λ′₂₁的相位共轭光在节点1可被从内光纤环抽取。结果，在节点1中也无需执行复杂的接收光信号的波形整形和定时再生。

节点1到节点3的通信通过在内光纤环106中采用波长为λ₁₃的光波进行，而节点3到节点1的通信通过在外光纤环105中采用波长为λ₃₁的光进行。PC13产生与波长为λ₁₃的光相应的波长为λ′₁₃的相位共轭光，并把波长为λ′₁₃的相位共轭光输入到光纤环108中。节点3接收波长为λ′₁₃的相位共轭光并把它作为来自节点1的光信号。节点3到节点1的通信在外光纤环107中进行。PC31产生与波长为λ₃₁的光相应的波长为λ′₃₁的相位共轭光，并把波长为λ′₃₁的相位共轭光输入到光纤环105中。节点1接收波长为λ′₃₁的相位共轭光并把它作为来自节点3的光信号。

相似地，节点2到节点3的通信通过在外光纤环112中采用波长为λ₂₃的光进行，节点3到节点2的通信通过在内光纤环109中采用波长为λ₃₂的光进行。PC23产生与波长为λ₂₃的光相应的波长为λ′₂₃的相位共轭光，并把波长为λ′₂₃的相位共轭光输入到光纤环110中。节点3接收波长为λ′₂₃的相位共轭光，并把它作为来自节点2的光信号。另外，PC32产生与波长为λ₃₂的光相应的波长为λ′₃₂的相位共轭光，并把波长为λ′₃₂的相位共轭光输入到光纤环111中。节点2接收波长为λ′₃₂的相位共轭光，并把它作为来自节点3的光信号。

在图28所示环光网中，即使光纤环中断也能继续通信。即当光纤环101断时，通过采用一含内光纤环106，108，109和111的旁道电路，仍能继续节点1到节点2的通信。

此处所用“光纤环断了”含由于物理损坏引起不传输的情形，也含超过光纤环传输容量引起传输困难的情形。

当光纤环101断时，节点1发送波长为λ₁₂的光到光纤环106。在PC13的位置有PC12′以使PC12′产生与波长为λ₁₂的光相应的波长为λ″₁₂的相位共轭光，并把波长为λ″₁₂的相位共轭光发送至光纤环108。节点3传递波长为λ″₁₂的相位共轭光并把它发送至光纤环109。在PC32的位置提供PC12″以使PC12″产生与收自光纤环109的波长为λ″₁₂的光相应的波长为λ′₁₂的相位共轭光并把波长为λ′₁₂的相位共轭光发送至光纤环111。节眯2从光纤环111接收波长为λ′₁₂的相位共轭光，并把它作为来自节点1的光信号。

此时，产生相位共轭光的两步由放于PC13位置的PC12′和放于PC32位置的PC12″执行，以执行两步波长转换。故合适选择PC12′和PC12″中所用泵浦光的波长，使要接收的来自节点1的光的波长λ₁₂和要发至节点2的光的波长λ′₁₂分别等于进入PC12的光的波长λ₁₂和来自PC12的相位共轭光的波长λ′₁₂是可取的。通过如此设置，在有故障时，节点1可使用同一光源，而节点2可使用同一接收系统。

故仅需为节点1准备同一光源，并根据故障情形通过一光开关选择光源连至光纤环101或连至光纤环106。此时，仅需把光纤环102和光纤环111连至同一接收系统，就可在节点2中接收来自节点1的波长为λ′₁₂的光。反过来，波长为λ₁₂的光总是被从节点1发送至光纤环101和光纤环106，而节点2选择从光纤环102或从光纤环111接收波长为λ′₁₂的光。

PC12′和PC12″能分别被放于与PC13和PC32相同的位置的原因是，PC13放于此位置能使光纤环106和光纤环108中的总色散大致相等，并使光纤环106和光纤环108中光克尔效应总量大致相等，相似地，PC32放于此位置能使光纤环109和光纤环111中总色散大致相等，且使光纤环109和光纤环111中光克尔效应总量大致相等。

作为从节点2到节点1的旁路电路，含光纤环112，110，107和105的路径被采用。作为从节点2到节点3的旁道电路，采用含光纤环103，104，106和108的路径。作为从节点3到节点2的旁路电路，采用含光纤环107，105，101和102的路径。每一道道电路的工作类似于从节点1到节点2的旁路电路。

当采用了如上述网络中内光纤网和外光纤网的不同光路时，可通过采用一共同光路和如波长λ₁₂和λ₂₁一样的不同波长的光进行双向光通信。此时，PC12和PC21可放于同一位置，因为外光纤环和内光纤环物理上一，致，自然内光纤环和外光纤环中的总色散和光克尔效应总量分别大致相等。

图29是节点1的详细结构。图29中，DMUX是把输入光分成波长不同的光的光波长分离器件。另外，MUX是把不同波长的光复用并把所得光耦合至一光纤的光波分复用器件。节点2和3的结构也相似。在用单一光纤环进行双向光传输时，光纤环101可连至DMUX，光纤环105可连至MUX。

图30是一含相位共轭光发生器PC12和PC21的相位共轭器的详细结构。如上述优先选择DFB-LD作为PC12，PC13′和PC32′。使用DFB-LD可使每一相位共轭光发生器的尺寸大大减小并得到简化。故在光波分复用通信中，可为每一波长提供相位共轭光发生器以允许图30所示的单独波长转换。故无需执行扩展相位共轭光发生器所需频带的控制。图30中，提供了仅通过相位共轭光波长的光带通滤波器以仅把相位共轭光输入到光纤环(即去掉探测光和泵浦光)。

图31是图28所示光网络的另一结构。图31中，符号O指类似于图28所示的结点，每一节点能加入/抽取一特定波长。图31中的网络与图28中的网络的不同点是每一相位共轭光发生器PC有一光分支/开关功能。

现在参考图32描述图31所示PC121的详细结构。现在考虑PC121在节点11侧接收来自子网1的光信号，在节点12侧往子网发送光信号。节点11侧的子网1连至一把输入光波长分成λ₁₁到λ_1j的光波长解复用器DMUX。当采用波长λ₁₁到λ_1j的光作为与子网1的光通信时，分别与波长为λ₁₁到λ_1j的光的相应的相位共轭光由PCs产生，并且使相位共轭光被光滤波器抽取出来。然后，被抽取的相位共轭光被输入到一复用相位共轭光的光波长复用器MUX，被复用的相位共轭光然后被输入到子网1的节点12。当采用波长λ_1m到λ_1j的光作为到主网的通信时，分别与波长为λ_1m到λ_1j的光相应的相位共轭光由Pcs产生，光滤波器仅抽取相位共轭光。其后，被抽取的相位共轭光被输入到-复用相位共轭光的光波长复用器MUX，被复用的共轭当然后被送入至主网的光纤130。此时，节点11和PC121之间的光纤131中的总色散和光克尔效应总量分别大致等于PC121和节点12间的光纤132中的这些值，光纤130的总色散和光克尔效应总量分别大致等于PC121和节点10间的光纤130中的这些值。

在节点10，如可通过用日本专利号No.6-66982描述的光矩阵开关开关光路。使用光矩阵开关能使光信号被送至PC124，PC125和PC126中每一个。

在图28到32所示的优选实施方式中，可采用不用DFB激光二极管的相位共轭光发生器。这种相位共轭光发生器含提供有信号光的非线性光介质(如光纤或半导体光放大器)，输出泵浦光的泵浦光源，和把泵浦光送至非线性光介质的光耦合器。在非线性光介质中，例如通过基于信号光和泵浦光的四波混频产生相位共轭光，并从非线性光介质输出产生的相位共轭光。

图33A，33B和33C表示图4中所示改型DFB激光二极管的断面图。图33A表示有第一端面(切割面)和第二端面(切割面)的DFB激光二极管，第一端面倾斜于与膜层12，14和15之间结面垂直的面，第二端面基本上垂直于结面。信号光束提供给第一端面，而第二端面输出信号光束，泵浦光和相位共轭光束。根据图33A中的结构，从DFB激光二极管第一端面反射的光变成漏模，因而被阻止导入导向层12。于是，能够稳定地产生相位共轭光。所以，图33A中所示结构适合于单向型相位共轭光发生器，诸如图2，8，9，15和16中所示。

图33B和33C分别表示适合于图10。11。13和13A中所示双向型相位共轭光发生器的DFB激光二极管。图33B和33C中所示的每个DFB激光二极管都有第一和第二端面(切割面)，该两个面部倾斜于与结面垂直的面。图33B中第一端面与第二端面是互相平行的，而图33C中第一端面与第二端面则不是。根据图33B或33C中所示的结构，从第一端面和第二端面中每一个面反射的光在DFB激光二极管中变成漏模，因而被阻止导入导向层12。于是，能够在两个方向上稳定地产生相位共轭光束。

可以将抗反膜或镀层(参照图4中所示参考数字22)制成在图33A，33B或33C所示DFB激光二极管的第一和第二端面，为的是进一步抑制反射光。通过对这种抗反膜或镀层的最佳设计，可以获得的反射率小于0.1％。

图34表示图10中所示相位共轭光发生器的第一种改型的框图。此处有一附加的光学带阻滤波器202。滤波器202光路上连接到光学环行器46的端口46C与输出端口50之间，消除了DFB激光二极管1中产生的泵浦光分量E_p1和E_p2。

图35表示图34中光学带阻滤波器202透光系数的波长特性。滤波器202有一包含泵浦光分量E_p1和E_p2的波长λ_p的狭窄阻带。即，波长λ_p附近区域的透光系数基本上为0％，而其他区域的透光系数基本上为100％。图35中所示的这一波长特性是利用光纤光栅作为光学带阻滤波器202而得到的。

在光学介质(例如，玻璃)的折射率受光照而永久地改变的情况中，一般就说此光学介质是光敏的。利用这个性质，光纤光栅可以在光纤的芯中制成。这种光纤光栅有一特性，它可以在共振波长附近的窄带内产生布拉格光反射，此共振波长由光栅常数和光纤模的有效折射率所决定。这种光纤光栅可以这样制作，例如，利用相位掩模，将具有248nm或193nm振荡波长的准分子激光器激光射到一光纤上(V.O.Hill，B.Malo，F.Bilodeau.D.C.Johnson and J.Albert，“和用紫外光通过相位掩模曝光在单模光敏光纤中制成布拉格光栅”，Applied Physics Letters，第62卷No.10，1035-1037页，1993年3月8日)。所以，通过优化光纤光栅的共振波长，可以获得一个包含波长λ_p狭窄阻带的光学带阻滤波器。

特别是在图34中所示光学带阻滤波器202阻带的中心波长基本上等于波长λ_p的情况中，DFB激光二极管1中产生的泵浦光分量E_p1和E_p2被滤波器202有效地消除了。所以，泵浦光分量E_p1和E_p2不从输出端口50中输出。因此，可以减少泵浦光对接收台或对光学传输线下游一侧的光学放大器的影响。

图36表示图10中相位共轭光发生器的第二种改型的框图。此处用光学带阻滤波器202(#1和#2)替代图34中所示滤波器202。滤波器202(#1)光路上连接到半波片44与DFB激光二极管1端口1B之间，而滤波器202(#2)光路上连接到DFB激光二极管1端口1A与偏振光分离器42的端口42C之间。滤波器202(#1和#2)中每一个有类似于图34中所示滤波器202的波长特性，即图35中所示的波长特性。按照图36中所示的实例，DFB激光二极管1中产生的泵浦光分量E_p1和E_p2分别地被滤波器202(#1和#2)消除了，因而被阻止从输出端口50输出。

因此，根据本发明的一个方面，提出了一个产生相位共轭光的方法，它包含的步骤为：

(a)将一电流注入到分布反馈(DFB)激光二极管中，使DFB激光二极管产生泵浦光；

(b)基于DFB激光二极管中信号光束和泵浦光的四波混频作用，给DFB激光二极管提供一信号光束以产生一相位共轭光束；以及

(c)将DFB激光二极管中输出的信号光束，相位共轭光束和泵浦光提供给一包含泵浦光波长阻带的光学带阻滤波器。

按照本发明的另一方面，提出一个产生相位共轭光的器件，它包括：一个接收信号光束的分布反馈(DFB)激光二极管；注入电流到DFB激光二极管的装置，使DFB激光二极管产生泵浦光，基于信号光束和泵浦光的四波混频作用，DFB激光二极管将信号光束转换成相位共轭光束，以及一个接收从DFB激光二极管中输出的信号光束，相位共轭光束和泵浦光的光学带阻滤波器，光学带阻滤波器的阻带包含泵浦光的波长。

在相位共轭光发生器含有DFB激光二极管的情况中，利用这种光学带阻滤波器所得到的益处是很显著的，因为在DFB激光二极管中产生的泵浦光容易有相对高的功率。

图37表示图10中所示相位共轭光发生器的第三种改型的框图。此处有一个附加光学带阻滤波器，它在光路上连接到输入端口48与光学环行器46的端口46A之间。滤波器204可以是一光纤光栅。滤波器204有一包含预定波长的狭窄阻带。预定波长设定在基本上等于相位共轭光束E_c1和E_c2的波长λ_c，该相位共轭光束是在DFB激光二极管中由四波混频作用产生的。

图38A表示图37中所示光学带阻滤波器204透光系数的波长特性。波长λ_c附近区域内的透光系数基本上为0％，而其他区域内的透光系数基本上为100％。

图38B表示透过图37中所示光学带阻滤波器204的光功率(强度)谱。提供给输入端口48的输入光束有一ASE(放大的自发发射)噪声和一叠加在ASE噪声上波长为λ_s的信号分量(E_s)。使入射光束通过光学带阻滤波器204，波长λ_s附近的一部分ASE噪声被消除了。

图38C表示从图37中所示光学相位共轭器中输出的光功率(强度)谱。由于DFB激光二极管1中信号光束E_s(偏振分量E_s1和E_s2)和泵浦光E_p(泵浦光分量E_p1和E_p2)的四波混频作用，产生了波长为λ_c的相位共轭光束E_c(E_c1和E_c2)。因为波长λ_c附近的ASE噪声在前面就消除了，所得到的相位共轭光束有高的信噪比(SNR)。

因此，按照本发明的一个方面，提出了一个产生相位共轭光的方法，它包含的步骤为：

(a)将一信号光束提供给一包含预定波长阻带的光学带阻滤波器；以及

(b)将光学带阻滤波器中输出的信号光束提供给相位共轭器，由于四波混频作用产生一相位共轭光，此相位共轭光的波长基本上等于预定波长。

按照本发明的另一方面，提出一个产生相位共轭光的器件，它包括：一个接收信号光束的光学带阻滤波器，它的阻带包含预定的波长；以及一个接收从光学带阻滤波器输出的信号光束的相位共轭器，它通过四波混频作用产生一相位共轭光束，相位共轭光的波长基本上等于预定的波长。

图39表示图15中所示相位共轭光发生器一种改型的框图。这里有一光学放大器206，它在光路上连接到DFB激光二极管1与非线性光学介质68之间。激励DFB激光二极管1以产生泵浦光Ep，信号光束E_s提供给DFB激光二极管1。通过DFB激光二极管1中信号光束E_s和泵浦光E_p的四波混频作用，产生了相位共轭光束E_c。从DFB激光二极管1中输出的信号光束E′_s，泵浦光E′_p和相位共轭光E_c在光学放大器中被放大，然后提供给非线性光学介质68。在介质68中，相位共轭光束E_c的功率由于四波混频作用而增强，此增强的相位共轭光束E_c然后从介质68中输出。尤其在此实例中，由于泵浦光E_p在提供给介质68之前被光学放大器206放大，介质68中的非线性效应就提高了，所以可有效地增加所得相位共轭光束E_c的功率。

在放大波段为1.5μm的情况中，最好使用掺铒的光纤放大器(EDFA)作为光学放大器206。非线性光学介质68可以是一半导体光学放大器(SOA)或者是一光纤，例如色散移位光纤(DSF)。在作为介质68的光纤零色散波长基本上等于泵浦光束E_p波长的情况中，可以容易地获得相位匹配条件，因而增加了所得相位共轭光束E_c的功率。

图40表示按照本发明一个偏振无关的生器的框图。此相位共轭光发生器有级联的DFB激光二极管1和1′，这两个激光二极管可以从图13A中的光学环路中提取出来。激励DFB激光二极管1以产生一TE偏振面的泵浦光E_p，而激励DFB激光二极管1′以产生一TM偏振面的泵浦光E′_p。提供给DFB激光二极管1的信号光束E_s是由第一信号分量和第二信号分量组成，它们的偏振面分别对应于TE和TM的偏振面。通过DFB激光二极管1中第一信号分量和泵浦光E′_p的四波混频过程，第一信号分量转换成第一相位共轭光分量，而第二信号分量穿过DFB激光二极管1。然后，通过DFB激光二极管1′中第二信号分量和泵浦光E′_p的四波混频过程，第二信号分量转换成第二相位共轭光分量，而在DFB激光二极管1中产生的第一相位共轭光分量穿过DFB激光二极管1′。第一第二相位共轭光分量作为一个合成的相位共轭光束E_c从DFB激光二极管1′中输出。根据此实例，由于第一信号分量和第二信号分量二者被转换成相位共轭光束，所以就减少了转换效率的偏振依赖性。

图41表示图40中所示相位共轭光发生器的一种改型框图。在DFB激光二极管1和1′中每一个对于TE偏振模和TM偏振模有不同透光系数的情况中，可能使减少偏振依赖性的能力下降。为了应付这种可能性，在DFB激光二极管1与1′之间放入一偏振相关元件208。元件208对于TE和TM偏振模有不同的损耗或增益，设定或调整这个元件208，使得该相位共轭光发生器的偏振依赖性变成最小。例如，可以用一光学放大器或一偏振片作为元件208。

一相位共轭光发生器包括如图16中所示DFB激光二极管1和光纤72作为级联的第一和第二非线性光学介质，当相位共轭转换是在这种相位共轭发生器中进行时，转换效率和可转换频段是由第一和第二非线性光学介质中非线性效应之和所决定。此处，可转换频段的定义是，在相位共轭光达到某个功率值的条件下，泵浦光与信号光之间最大的失谐波长或频率。一般，作为第二非线性光学介质的光纤比作为第一非线性光学介质的DFB激光二极管或半导体光学放大器有较宽的可转换频段，因为光纤中的光程长度至少为几百米，而DFB激光二极管芯片或半导体光学放大器芯片的光程长度通常小于1毫米。因此，DFB激光二极管或半导体光学放大器用作第一非线性光学介质和光纤用作第二非线性光学介质的组合提供了一个有高转换效率和宽可转换频段的相位共轭光发生器。然而，一般用途的的色散移位光纤(DSF)的非线性系数γ约为2.6W^-1km^-1，为了获得足够大的转换效率，所需光纤长度为10km或更长。所以，要求提供有相对大的非线性系数γ的DSF以缩短光纤的长度。若用作第二非线性光学介质的DSF长度缩短了，则很容易使泵浦光波长基本上等于DSF的零色散波长，从而展宽了可转换频段。

非线性系数γ表示成：

γ＝ωn₂/c A_eff

其中ω是光学频率，n₂和A_eff分别是光纤的非线性折射率和有效纤芯截面积，而c是光速。所以，为了获得大的非线性系数γ，增大非线性折射率n₂或减小相应于有效纤芯截面积的DSF模场直径(MFD)是有效的。非线性折射率n₂的增大可以在纤芯中掺入氟或者类似物和/或在纤芯中掺入高浓度GeO₂而达到。在纤芯中掺入25-30mol％GeO₂的情况，得到非线性折射率n₂的值为5×10^-20m²/W或更大。MFD的减小可以通过设计折射率对比度Δ或纤芯的形状而实现。这样一种DSF的设计类似于DCF(色散补馈光纤)情况。例如，若在纤芯中掺入25-30mol％GeO₂和设定折射率对比度Δ为2.5-3.0％，得到MFD的值约为4μm。用这种技术，得到非线性系数γ的值超过15W^-1km^-1。

另一个重点是，有这样大的非线性系数γ值的DSF应该有一包含在泵浦频段内的零色散波长。可以如下设定光纤参数(例如折射率对比度Δ和MFD)以达到零色散波长和泵浦频段的一致性。一般在普通光纤中，在MFD恒定条件下，折射率对比度Δ的增大使正常色散区域内的色散值变大。另一方面，增大纤芯直径使色散值变小，而减小纤芯直径使色散值变大。所以，在设定MFD到可应用于泵浦频段的某一个值后，可以调整纤芯直径，使零色散波长等于泵浦光的某一预定波长。

为了使得到的转换效率近似于普通光纤中的转换效率，有这样大的非线性系数γ值的DSF长度与普通DSF长度相比约为2.6/15(≈1/5.7)便足够了，因为转换效率是正比于γPL的，其中P表示光功率，L表示DSF的长度。如上所述，为了获得充分大的转换效率，普通DSF所需长度约为10km时，获得同样转换效率而有这样大的非线性系数γ值的DSF长度为1-2km。而且，光纤长度的减小使损耗下降，所以光纤长度可以进一步减小。因此，在这种缩短长度的DSF中，提高了零色散波长的控制精度(即，泵浦光波长容易地控制到基本上与零色散波长相等)，因而提供了宽的可转换频段。另外，几公里长的光纤，偏振保持能力也有保证。因而，把这种DSF应用于本发明对于获得高转换效率和宽可转换频段是有用的。

利用非线性效应，可转换频段的扩展如下所述。现在假定有一根具有大的非线性效应的光纤(包括泵浦光功率P₀为充分大的情况)。在四波混频中相位失配量ΔK表示如下：

ΔK＝β₂Ω²+2γP₀

其中β₂为在泵浦光波长处的色散值，Ω是失谐频率，它的定义为Ω＝|ω_p-ω_c|＝|ω_s-ω_p|。在普通光纤中，相位匹配(ΔK＝0)的条件是色散值β₂变成零，因为2γP₀值足够的小。相反，在具有大非线性效应的光纤中，因为2γ₀P不是可忽略的，相位匹配的条件改变了。由于2γP₀值总是正的，色散值β₂为负时(即反常色散)，才达到相位匹配条件。在此情况中，给出相位匹配最佳条件的失谐频率Ω₁表示如下：

Ω₁＝(2γP₀/|β₂|)^1/2

于是，根据γ和P₀值调整泵浦光，可转换频段可以展宽到近似等于失谐频率Ω₁的值。

因此，按照本发明的一个方面，提出了一个产生相位共轭光的方法，它包含的步骤为：

(a)将一信号光束提供给第一非线性光学介质；

(b)利用一泵浦光，基于四波混频作用在第一非线性光学介质中产生一相位共轭光；以及

(c)将第一非线性光学介质中输出的信号光束，相位共轭光束和泵浦光提供给第二非线性光学介质。

按照本发明的另一个方面，提出了一个产生相位共轭光的器件，它包括：一个第一非线性光学介质，它接收一信号光束，并利用一泵浦光在四波混频作用下产生一相位共轭光束；以及一个第二非线性光学介质，它与第一非线性光学介质级联，并接收第一非线性光学介质输出的信号光束，相位共轭光束和泵浦光。

图42和43表示每个都具有高转换效率和宽可转换频段的相位共轭光发生器框图。每一个相位共轭光发生器都有第一非线性光学介质68(#1)和第二非线性光学介质68(#2)的组合。图42表示第一非线性光学介质68(#1)包含半导体光学放大器(SOA)70的情况，而图43表示第一非线性光学介质68(#1)包含DFB激光二极管1的情况。两种情况都表示第二非线性光学介质68(#2)包含DSF72。

在图42所示的实例中，提供的信号光束和从泵浦光源210输出的泵浦光在输入到SOA70中之前被光学耦合器209混合。由于信号光束和泵浦光在SOA70中的四波混频作用，产生了相位共轭光束。然后，从SOA70中输出的信号光束，泵浦光和相位共轭光束提供给DSF72。在DSF72中，相位共轭光束的功率被四波混频作用而增强，然后此增强的相位共轭光束从DSF72中输出。在这个利用级联SOA70和DSF72的过程中，提高了转换效率。

为了展宽可转换频段和进一步提高转换效率，放置了一个包括光学带通滤波器216，光电探测器218和控制单元220的反馈回路。泵浦光光源210由一驱动电路212驱动，该驱动电路按照提供的控制信号调整泵浦光的波长。从DSF72输出的光被光学耦合器214分成两个光束，然后其中一个光束提供给光学带通滤波器216。滤波器216有一包含相位共轭光束波长λc的窄通带。通过滤波器216传送的光束分量被光电探测器218转换成一个电信号，它的电平(例如电压电平)相应于被检测的光功率。控制单元220接收从光电探测器218输出的信号，然后产生上述控制信号，使光电探测器218检测的功率电平变得更高。由于这种反馈控制，将供给SOA70和DSF72的泵浦光波长控制到等于更合适的值(例如，DSF72的零色散波长)，为的是展宽可转换频段和提高转换效率，因为当泵浦光的波长等于预定波长时，相位共轭光的功率变为最大。在激光二极管用作泵浦光光源210的情况中，泵浦光的波长可以随注入电流的变化和/或激光二极管温度的变化而改变。

在图43所示的实例中，从控制单元220输出的控制信号提供给DFB激光二极管1的驱动电路7。驱动电路7按照控制信号(参照图2至图5及其描述)调整DFB激光二极管1中产生的泵浦光波长。所以，泵浦光的波长被控制到等于一个更合适的值(例如DSF72的零色散波长)，为的是展宽可转换的频段和提高转换效率。DFB激光二极管1的温度可以在反馈控制回路中受到控制。

在图42和43所示的实例中，第一与第二非线性光学介质68(#1与#2)之间可以有一光学放大器(未表示出)，使供给介质68(#2)的泵浦光功率变得足够大。

顺便提一下，在诸如DFB激光二极管和半导体光学放大器等半导体非线性光学介质内的非简并四波混频过程中，与信号光束波长小于泵浦光波长(λ_s＜λ_p)的情况比较，信号光束波长大于泵浦光波长(λ_p＜λ_s)时，转换效率变得更高。这被认为是由于下面的理由。在利用这种半导体非线性光学介质的转换过程中，四波混频作用的产生是基于如下三阶非线性效应的总效应：

(1)载流子密度中的调制效应(频带窄于0.1nm)，

(2)载流子的热效应(频带近似为10nm)；以及

(3)谱的烧孔效应(频带宽于50nm)。所以，在λ_p＜λ_s情况中，通过四波混频过程所得到光的相位关系是互相影响的，而在λ_s＜λ_p情况中，相位关系消失了。所以，通过把信号光束波长设定成大于泵浦光波长，就可以提高转换效率。

因此，按照本发明的一个方面，提出了产生相位共轭光的方法，它包含的步骤为：

(a)将一信号光束提供给半导体非线性光学介质；

(b)利用一泵浦光，由四波混频作用在半导体非线性光学介质中产生一相位共轭光；以及

(c)设定信号光束的波长大于泵浦光的波长。

按照本发明的另一方面，提出了一个产生相位共轭光的器件，它包括：一个接收信号光束的半导体非线性介质；以及泵浦半导体非线性光学介质的装置，利用一泵浦光，基于四波混频作用使半导体非线性光介质中产生一相位共轭光束，信号光束的波长大于泵浦光的波长。

最后，应当注意到，在本说明书所描述并在图11和12所示的实验的附如细节可以在“电子学通讯”中找到，Electronics Letters第33卷No.4，316-317页，1997年2月。

根据本发明，由于光纤中的色散和光克尔效应引起的波形畸变可被理想地补偿以允许光信号的高速，大容量，干线光纤传输。

此外，根据本发明，能提供一种转换效率与偏振态无关的产生相位共轭光的方法和器件。

另外，根据本发明，能提供一种有高转换效率的产生相位共轭光的方法和器件。

另外，根据本发明，本相位共轭光发生器能被有效地用于光网络。

该说明书中，词一元件与另一元件连接含元件直接连接的情形，也含这种情形：元件以这样一种程度相联系使能在元件间互相转移电信号或光信号。

本发明不限于上述优选实施方式的细节。所附权利要求书定义了发明范围，所有与权利要求书的范围相等的改变和修改也由本发明包括。

Claims (16)

1.产生相位共轭光的方法，包含下列步骤：

(a)注入电流至一分布反馈(DFB)激光二极管以使所述DFB激光二极管产生泵浦光；

(b)把一信号光束送至所述DFB激光二极管以通过基于所述信号光束和所述DFB激光二极管中所述泵浦光的四波混频产生一相位共轭光；和

(c)把所述信号光束、所述泵浦光和所述相位共轭光束送至一非线性光介质以通过所述非线性光介质中的四波混频而增强相位共轭光束的功率。

2.产生相位共轭光的器件，含：

被提供以信号光束的一分布反馈(DFB)激光二极管；

注入电流至所述DFB激光二极管以使所述DFB产生泵浦光的装置；和

与所述DFB激光二极管光连接的一非线性光介质；

其中通过基于所述信号光束和所述DFB激光二极管中所述泵浦光的四波混频产生一相位共轭光束，并通过所述非线性光介质中的四波混频增强所述相位共轭光束的功率。

3.一种系统，包括：

传输信号光束的第一光纤；

把所述信号光束变成一相位共轭光束的相位共轭光发生器；和

传输所述相位共轭光束的第二光纤；

所述相位共轭光发生器含：

被提供以所述信号光束的分布反馈(DFB)激光二极管；

注入电流到所述DFB激光二极管以使所述DFB激光二极管产生泵浦光的装置；和

与所述DFB激光二极管光连接的非线性光介质；

其中通过基于所述信号光束和所述DFB激光二极管中所述泵浦光的四波混频产生相位共轭光束，并通过所述非线性光介质中的四波混频增强所述相位共轭光束的功率。

4.一种产生相位共轭光的方法，它包含的步骤为：

(a)注入一电流到分布反馈(DFB)激光二极管中，使所述DFB激光二极管产生泵浦光；

(b)提供一信号光束给所述DFB激光二极管，通过在所述DFB激光二极管内所述信号光束和所述泵浦光的四波混频作用产生一相位共轭光束；以及

(c)将所述DFB激光二极管中输入的所述信号光束、所述相位共轭光束和所述泵浦光提供给一光学带阻滤波器，此滤波器有一包含所述泵浦光波长的阻带。

5.一个产生相位共轭光的器件，它包括：

一个接收信号光束的分布反馈(DFB)激光二极管；

注入一电流到所述DFB激光二极管的装置，使所述DFB激光二极管产生泵浦光，所述DFB激光二极管通过所述信号光束和所述泵浦光的四波混频作用将所述信号光束转换成一相位共轭光束，以及

一个接收所述DFB激光二极管输出的所述信号光束、所述相位共轭光束和所述泵浦光的光学带阻滤波器，所述光学带阻滤波器的阻带包含所述泵浦光的波长。

6.一种系统，包括：

用于传送信号光束的第一光纤；

将所述信号光束转换成相位共轭光束的相位共轭光发生器；以及

用于传送所述相位共轭光束的第二光纤；

所述相位共轭光发生器包括：

接收所述信号光束的分布反馈(DFB)激光二极管；

注入一电流到所述DFB激光二极管的装置，使所述DFB激光二极管产生泵浦光，所述DFB激光二极管通过所述信号光束和所述泵浦光的四波混频作用将所述信号光束转换成所述相位共轭光束；以及

接收所述DFB激光二极管输出的所述信号光束、所述相位共轭光束和所述泵浦光束的光学带阻滤波器，所述光学带阻滤波器的阻带包含所述泵浦光的波长。

7.一种产生相位共轭光的方法，它包含的步骤为：

(a)提供一信号光束给一光学带阻滤波器，此滤波器有一包含预定波长的阻带；以及

(b)把所述光学带阻滤波器输出的所述信号光束提供给一相位共轭器，通过四波混频作用产生一相位共轭光束，所述相位共轭光束的波长基本上等于所述预定的波长。

8.一种产生相位共轭光的器件，它包括：

接收信号光束的光学带阻滤波器，此滤波器的阻带包含一预定的波长；以及

接收所述光学带阻滤波器输出所述信号光束的相位共轭器，它通过四波混频作用产生一相位共轭光束，所述相位共轭光束的波长基本上等于所述预定的波长。

9.一种系统，包括：

用于传送信号光束的第一光纤；

接收所述信号光束的光学带阻滤波器，此滤波器的阻带包含预定的波长；

接收所述光学带阻滤波器输出所述信号光束的相位共轭器，它通过四波混频作用产生一相位共轭光束，所述相位共轭光束的波长基本上等于所述预定的波长；以及

用以传送所述相位共轭光束的第二光纤。

10.一种产生相位共轭光的方法，它包含的步骤为：

(a)提供一信号光束给第一非线性光学介质；

(b)利用一泵浦光在所述第一非线性光学介质内由四波混频作用产生一相位共轭光束；以及

(c)将所述第一非线性光学介质输出的所述信号光束、所述相位共轭光束和所述泵浦光提供给第二非线性光学介质。

11.一种产生相位共轭光的器件，它包括：

接收信号光束的第一非线性光学介质，它利用一泵浦光的四波混频作用产生一相位共轭光束；以及

与所述第一非线性光学介质级联的第二非线性光学介质，它接收所述第一非线性光学介质输出的所述信号光束、所述相位共轭光束和所述泵浦光。

12.一种系统，包括：

传送信号光束的第一光纤；

接收所述信号光束的第一非线性光学介质，它利用一泵浦光通过四波混频作用产生一相位共轭光束；

与第一非线性光学介质级联的第二非线性光学介质，它接收所述第一非线性光学介质输出的所述信号光束、所述相位共轭光束和所述泵浦光；以及

传送从所述第二非线性光学介质输出的所述相位共轭光束的第二光纤。

13.一种产生相位共轭光的方法，它包括的步骤为：

(a)提供一信号光束给半导体非线性光学介质；

(b)利用一泵浦光在所述半导体非线性光学介质内由四波混频作用产生一相位共轭光束；以及

(c)将所述信号光束的波长设定为大于所述泵浦光的波长。

14.一种产生相位共轭光的器件，它包括：

接收信号光束的半导体非线性光学介质；以及

泵浦所述半导体非线性光学介质的装置，使所述半导体非线性光学介质利用泵浦光通过四波混频作用产生一相位共轭光束，所述信号光束的波长大于所述泵浦光的波长。

15.一种系统，包括：

传送信号光束的第一光纤；

接收所述信号光束的半导体非线性光学介质；

泵浦所述半导体非线性光学介质的装置，使所述半导体非线性光学介质利用一泵浦光通过四波混频作用产生一相位共轭光束，所述信号光束的波长大于所述泵浦光的波长；以及

传送所述相位共轭光束的第二光纤。

16.一种系统，包括多个光学上连在一起的单元，并在所述多个单元间的连接点处有至少一个光信号分插器件；

所述多个单元中每一个含：

传输信号光的第一光纤；

把所述信号光变成相位共轭光的装置；和

传输所述相位共轭光的第二光纤；

其中所述第一光纤中的色散和光克尔效应由所述第二光纤中的色散和光克尔效应补偿。

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