JP4011150B2 - Method and apparatus for generation and wavelength conversion of phase conjugate light, system having the apparatus, and method for manufacturing the apparatus - Google Patents

Description

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。
【００９３】
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更に拡散するが、異常分散媒質の場合にはパルス圧縮が起きる。
【００９４】
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方の効果が表れる。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。
【００９５】
一般に異常分散媒質においてＳＰＭのよるパルス圧縮を加えた方が高い信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）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言えなくなってきた。
【００９６】
つまり、パルス圧縮効果が大きくなり過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四光波混合が生じ、Ｓ／Ｎが著しく低下するという問題もある（変調不安定性；modulation instability）。
【００９７】
上述したような波長分散及び非線形性に起因する光パルスの歪みは、位相共役光学の適用によって補償することができる。例えば、第１の光ファイバ伝送路によって伝送された信号光ビームが位相共役光発生器によって位相共役光ビームに変換され、位相共役光ビームは第２の光ファイバ伝送路によって伝送される。第１及び第２の光ファイバにおける波長分散及び非線形性に関連するパラメータを適切に設定しておくことによって、第２の光ファイバの出力端で実質的に歪みのない光パルスを得ることができる。
【００９８】
しかし、位相共役光発生器における信号光ビームから位相共役光ビームへの変換効率は信号光ビームの偏波状態に依存するのが一般的であるから、変換効率に偏波依存性のない位相共役光発生器が求められているのである。
【００９９】
変換効率に偏波依存性のない位相共役光発生器を構成するには、偏波スクランブル法、偏波ダイバーシティ法又は偏波能動制御法を適用することができる。更には、偏波保持ファイバ（Polarization Maintaining Fiber：ＰＭＦ）からなる光ファイバ伝送路を用いることによっても、位相共役光発生器における変換効率の偏波依存性を排除することができる。本発明では、変換効率の偏波依存性を排除するために、偏波ダイバシティ法が採用される。
【０１００】
図１は本発明による第１の方法を示す図である。先ず、偏波分離のプロセスにおいては、信号光ビームＥ_S が２つの偏波成分Ｅ_S1及びＥ_S2に分離される。偏波成分Ｅ_S1及びＥ_S2は互いに直交する偏波面を有している。
【０１０１】
次いで、変換のプロセスにおいては、偏波成分Ｅ_S1及びＥ_S2がそれぞれ対応する位相共役光ビームＥ_C1及びＥ_C2に変換される。位相共役光ビームＥ_C1及びＥ_C2の偏波面はそれぞれ偏波成分Ｅ_S1及びＥ_S2の偏波面に一致している。
【０１０２】
そして、偏波合成のプロセスにおいて、位相共役光ビームＥ_C1及びＥ_C2が偏波合成されて、位相共役光ビームＥ_C が得られる。
本発明によると、変換のプロセスにおいては、１つ又は２つの分布帰還（ＤＦＢ）レーザダイオードが用いられる。
【０１０３】
変換のプロセスにおいて１つのＤＦＢレーザダイオードが用いられる場合には、そのＤＦＢレーザダイオードの第１励振端及び第２励振端にそれぞれ偏波成分Ｅ_S1及びＥ_S2が供給され、第２励振端及び第１励振端からそれぞれ位相共役光ビームＥ_C1及びＥ_C2が出力される。この場合、偏波分離及び偏波合成のプロセスは共通の偏波ビームスプリッタにより行なうことができる。ここで、「励振端」という語は、ＤＦＢレーザダイオードの活性層の端面という意味で使用されている。
【０１０４】
変換のプロセスにおいて２つのＤＦＢレーザダイオードが用いられる場合には、これらのＤＦＢレーザダイオードは、それぞれ、偏波成分Ｅ_S1から位相共役光ビームＥ_C1への変換と偏波成分Ｅ_S2から位相共役光ビームＥ_C2への変換とに供される。この場合、偏波分離及び偏波合成のプロセスはそれぞれ別の偏波ビームスプリッタにより行なうことができる。
【０１０５】
望ましくは、ＤＦＢレーザダイオードが信号光ビームＥ_S の波長と異なる波長を有するポンプ光を発生するようにＤＦＢレーザダイオードには電流が注入され、それによりＤＦＢレーザダイオード内における四光波混合によって位相共役光ビームＥ_C1及びＥ_C2が発生する。
【０１０６】
図１の方法によると、偏波成分Ｅ_S1及びＥ_S2の双方に基づいて位相共役光ビームＥ_c が得られているので、変換効率が信号光ビームＥ_s の偏波状態に依存しにくくなる。即ち、偏波依存性が小さくなる乃至はなくなる。
【０１０７】
図２は、本発明に適用可能な非縮退四光波混合(nondegenerate four-wave mixing)による位相共役光発生器を示す図である。分布帰還( ＤＦＢ（distributed feedback))レーザダイオード１の第１の励振端には、レンズ３を介して光ファイバ２が光学的に接続されており、第２の励振端にはレンズ６及び光ファイバ４を介して光フィルタ１０が光学的に接続されている。ＤＦＢレーザダイオード１には駆動回路７から駆動電流が供給される。
【０１０８】
ＤＦＢレーザダイオード１は例えば図３及び図４に示されるような構造を有している。図３において、ｎ−ＩｎＰ基板１１の上面にはｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイド層１２が形成され、それらの接合面には、膜厚が光進行方向に周期的に変化する波形の回折格子１３が形成されている。回折格子１３は、図４によく示されるように、その実質的な中央部１３ｃで周期をλ／４（λ：導波構造内の光の波長）だけずらした位相シフト構造を有している。
【０１０９】
ガイド層１２の上にはアンドープト多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１４が形成され、更に活性層１４の上にはｐ−ＩｎＧａＡｓＰバッファ層１５及びｐ−ＩｎＰ層１６がこの順に形成されている。
【０１１０】
ＭＱＷ活性層１４は、膜厚７ｎｍのＩｎ_x'Ｇａ_1-x'Ａｓ（ｘ’＝０．５３２）井戸層と膜厚１０ｎｍのＧａ_x Ｉｎ_1-x Ａｓ_y Ｐ_1-y （ｘ＝０．２８３，ｙ＝０．６１１）障壁層とが交互に５層ずつ積層されて構成されている。
【０１１１】
ｐ−ＩｎＰ層１６からｎ−ＩｎＰ基板１１の上部までは凸状にパターニングされ、その平面形状は光進行方向に伸びたストライプ形状になっている。また、ｎ−ＩｎＰ基板１１のうちストライプ形状の凸部の両側にはｐ−ＩｎＰ層１７及びｎ−ＩｎＰ層１８がこの順に形成され、また、最上のｐ−ＩｎＰ層１６及びｎ−ＩｎＰ層１８の上にはｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層１９が形成されている。
【０１１２】
ｎ−ＩｎＰ基板１１の下面にはｎ側電極２０が形成され、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ層１９の上には３つに分割されたｐ側電極２１ａ，２１ｂ及び２１ｃが形成されている。
【０１１３】
ＤＦＢレーザダイオード１の両端面（第１及び第２の励振端）には、少なくとも位相共役光を透過させるための無反射膜２２がコーティングされている。
ＤＦＢレーザダイオード１の共振器長は例えば９００μｍ、中央のｐ側電極２１ｂの長さは例えば約５８０μｍ、両端寄りのｐ側電極２１ａ及び２１ｃの長さはそれぞれ例えば約１６０μｍとなっている。
【０１１４】
この位相共役光発生器の動作について説明する。先ず、ＤＦＢレーザダイオード１のｐ側電極２１ａ，２１ｂ及び２１ｃからＭＱＷ活性層１４を通してｎ側電極２０に駆動電流を流すことにより、ＭＱＷ活性層１４において波長１５４９ｎｍの光を出力４０ｍＷで連続発振させる。この場合、電極２１ａ，２１ｂ及び２１ｃには例えば４００ｍＡの電流を流す。
【０１１５】
ＤＦＢレーザダイオード１において発振する光は、レーザモードが単一でありしかも利得帯域幅が狭いことに起因して、狭く且つ安定したスペクトルを有している。そこで、ＤＦＢレーザダイオード１により発振される光を四光波混合のためのポンプ光として使用する。
【０１１６】
図２において、光ファイバ２及びレンズ３を介してＤＦＢレーザダイオード１の第１の励振端にプローブ光を供給すると、第２の励振端からは幾つかのスペクトルピークを有する光がレンズ６及び光ファイバ４を介して出力される。その出力光のスペクトルを図示しない光スペクトルアナライザによって調べたところ、図５に示されるような結果が得られた。
【０１１７】
図５においては、ポンプ光の波長１５４９ｎｍとプローブ光の波長１５６９ｎｍにスペクトルピークが存在するだけでなく、波長１５２９ｎｍにもスペクトルのピークが存在しており、このスペクトルのピークは位相共役光に対応している。尚、プローブ光の角周波数をω_s 、ポンプ光の角周波数をω_P 、位相共役光の角周波数をω_C とすると、次式が成り立つ。
【０１１８】
ω_C ＝２ω_P −ω_S
このように、非縮退四光波混合によって位相共役光を発生させることによって、プローブ光（信号光）から位相共役光への光周波数変換、即ち波長変換が可能になることがわかる。この波長変換のプロセスにおいては、プローブ光が主信号により変調されている場合には、その変調は位相共役光においても保存されるので、この種の波長変換機能は後述するようなネットワークを構築する上で極めて有用である。
【０１１９】
以上のように、ポンプ光をＤＦＢレーザダイオード１の内部で発生させると、プローブ光とポンプ光を結合するための機構が不要となり、位相共役光発生器の構造が簡素化する。従って、その発生器が組み込まれる光通信装置の小型化が可能になる。
【０１２０】
また、ＤＦＢレーザダイオード１内でポンプ光を発生しているので、外部からポンプ光を入れようとするときの光ファイバを通すことによるポンプ光の強度の減衰を考慮する必要はなく、強いポンプ光によってプローブ光から位相共役光への変換効率を高めることができる。尚、得られる位相共役光の強度はポンプ光の強度の２乗に比例する。
【０１２１】
さらに、ＤＦＢレーザダイオード１の発振モードは単一であるが、波長は自由に変えることができる。波長を変える方法としては、活性層１４に供給される電流分布を変化させる方法がある。これを具体的に説明する。
【０１２２】
３つのｐ側電極２１ａ，２１ｂ及び２１ｃに流す電流の大きさを相違させると、ＤＦＢレーザダイオード１の単一の発振モードがシフトすることが知られている (Y.KOTAKI et al., OFC'90, THURSDAY MORNING, 159) 。
【０１２３】
例えば、ＤＦＢレーザダイオード１の両端寄りのｐ側電極２１ａ及び２１ｃに注入する電流を一定に保持するとともに、中央のｐ側電極２１ｂに注入する電流を増やしてやると、発振波長が長波長側にシフトする。尚、ｐ側電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃの各々に流す電流の調整は、駆動回路７によって行なう。
【０１２４】
従って、図４に示されるような複数のｐ側電極２１ａ，２１ｂ及び２１ｃを有し且つ両端面に無反射膜２２が形成されたＤＦＢレーザダイオード１を使用すると、ポンプ光の波長を自由に変えることができるので、それに伴って位相共役光の波長も自由に変えることができる。これにより、上述の位相共役光発生器を使用することによって、波長分割多重光通信において各チャネルの光信号の波長変換を行なうことができる。
【０１２５】
上述の例では、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰの層構造によりＤＦＢレーザダイオード１を構成しているが、ＩｎＰ／ＩｎＡｌＧａＡｓの層構造その他を採用したものであってもよい。また、ＧａＡｓ基板に整合する材料系でもよい。
【０１２６】
ＤＦＢレーザダイオード１で発生した位相共役光は、プローブ光及びポンプ光と共に出力されるので、位相共役光だけを取り出したい場合には、ＤＦＢレーザダイオード１の出力端の外方に光フィルタ１０を配置すればよい。光フィルタ１０は、図２において、ＤＦＢレーザダイオード１とレンズ６との間或いはレンズ６と光ファイバ４との間に設けられていてもよい。
【０１２７】
次に、上述したＤＦＢレーザダイオードを用いた位相共役光発生の実験について述べる。両端面にＡＲコート（無反射コート）したλ／４位相シフトＤＦＢレーザダイオード（共振器長９００μｍ）を用い、その前後にシングルモードファイバ（ＳＭＦ）を結合してなるモジュールによる波長変換実験を行なった。このモジュールを素子出力４０ｍＷで発振させ（ポンプ光の波長λ_p ＝１５５０ｎｍ）、前方端面から波長λ_S の信号光を入力し、後方端面から出力される光のスペクトルを観測した。
【０１２８】
図６に、ポンプ光及び信号光間の離調周波数Δｆに対する変換効率の変化の様子を示す。Δｆ＝１２５ＧＨｚ（波長差１．０ｎｍ）の場合で−８．７ｄＢ、Δｆ＝２．５ＴＨｚ（同２０ｎｍ）の場合でも−２３ｄＢの変換効率を得た。ＴＨｚ領域まで高い効率の変換が可能であり、波長分割多重信号光等の波長変換への適用が期待できる。また、ＡＲコートにより、ファブリペローモードによる帯域制限は殆ど観測されなかった。
【０１２９】
次に、上記変換光が位相共役光であることを確認するために、短パルス伝送における分散補償実験を試みた。２段のＬｉＮｂＯ₃ 変調器を用いて生成した幅約２３ｐｓのＲＺ信号パルス（λ_S ＝１５５２ｎｍ）を長さ５０ｋｍの第１のＳＭＦ（分散：＋１８．１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）で伝送したのち、ＤＦＢレーザダイオードによりλ_C ＝１５４８ｎｍの光に波長変換し、この変換光を長さ５１ｋｍの第２のＳＭＦ（＋１７．８ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）で伝送した。
【０１３０】
図７の（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ送信及び１０１ｋｍ伝送後のパルス形状を示す。送信された信号光に対して変換光のパルス形状が再現されており（図７の（ｂ））、変換光が信号光に対して位相共役関係を満足していることがわかる。比較のため、位相共役光発生器を用いずに１０１ｋｍ伝送した場合のパルス形状を図７の（ｃ）に示す。波長分散及び光カー効果によるパルス形状の歪みが著しい。
【０１３１】
以上の実験結果より、ＤＦＢレーザダイオードを用いた位相共役光発生器によって、５０Ｇｂ／ｓ相当の高速光信号（パルス）の波形歪みを補償することができることがわかる。
【０１３２】
上述したように、ポンプ光をＤＦＢレーザダイオード内で発生させると、プローブ光とポンプ光とを結合するための機構が不要となり、位相共役光発生器の構造が簡素化する。従って、位相共役光発生器が組み込まれる光通信装置の小型化が可能になる。
【０１３３】
図８は図１に従う位相共役光発生器の第１実施形態を示す図である。信号光ビームＥ_S を第１の偏波成分Ｅ_S1及び第２の偏波成分Ｅ_S2に偏波分離するために、第１の偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３２が用いられている。第１の偏波成分Ｅ_S1は、ポンプ光Ｅ_P1を発生するように駆動されている第１のＤＦＢレーザダイオード１（＃１）に供給され、第１の位相共役光ビームＥ_C1がＤＦＢレーザダイオード（＃１）から出力される。偏波成分Ｅ_S1、ポンプ光Ｅ_P1及び位相共役光ビームＥ_C1の偏波面は一致している。
【０１３４】
第２の偏波成分Ｅ_S2のために第２のＤＦＢレーザダイオード１（＃２）が用いられる。ＤＦＢレーザダイオード１（＃２）は第２のポンプ光Ｅ_P2を発生するように駆動されている。ここでは、ＤＦＢレーザダイオード１（＃１及び＃２）の各々の駆動回路その他の図示は省略されており（以下同様）、ポンプ光Ｅ_P1及びＥ_P2の偏波面は平行であるとする。
【０１３５】
偏波成分Ｅ_S1及びＥ_S2の偏波面は互いに直交しているので、第２の偏波成分Ｅ_S2の偏波面が第２のポンプ光Ｅ_P2の偏波面に一致して偏波成分Ｅ_S2が第２のＤＦＢレーザダイオード１（＃２）に供給されるようにするために、１／２波長板（λ／２）３４が用いられている。
【０１３６】
１／２波長板３４は偏波ビームスプリッタ３２とＤＦＢレーザダイオード１（＃２）との間に動作的に接続されている。
本出願において、ある要素と他の要素とが動作的に接続されるというのは、これらの要素が直接接続される場合を含み、更に、これらの要素の間で電気信号又は光信号の受渡しができる程度の関連性をもってこれらの要素が設けられている場合を含む。
【０１３７】
ＤＦＢレーザダイオード１（＃２）からは第２の位相共役光ビームＥ_C2が出力される。第１及び第２の位相共役光ビームＥ_C1及びＥ_C2を偏波合成して１つの位相共役光ビームＥ_C を得るために、第２の偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３８が用いられている。ここでは、偏波ビームスプリッタ３８は偏波ビームスプリッタ３２に対応して設けられているので、ＤＦＢレーザダイオード１（＃１）からの第１の位相共役光ビームＥ_C1は１／２波長板３６によって偏波面を９０°回転された後偏波ビームスプリッタ３８に供給される。
【０１３８】
信号光ビームＥ_S から位相共役光ビームＥ_C への変換効率の偏波依存性を完全に排除するためには、ＤＦＢレーザダイオード１（＃１及び＃２）として特性の等しいものを用いると共に、偏波ビームスプリッタ３２から偏波ビームスプリッタ３８に至るまでのＤＦＢレーザダイオード１（＃１及び＃２）をそれぞれ含む光路の長さを等しくすればよいが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１３９】
ＤＦＢレーザダイオード１（＃１及び＃２）の特性の同一性は、例えば、ポンプ光Ｅ_P1及びＥ_P2のパワー及び波長が実質的に等しくなるような駆動条件によって与えられる。そのためには、例えば、図４に示される活性層１４におけるλ／４位相シフトの位置が適切に設定され、或いは、活性層１４に供給される電流の分布が調整される。
【０１４０】
前述のようにλ／４位相シフトの位置が活性層１４の実質的な中点にあり、且つ、対称な構造が得られている場合には、駆動電流Ｉ_C （電極２１ｂに注入される電流）を駆動電流Ｉ_S （電極２１ａ及び２１ｃに注入される電流）に等しく設定することによって、後述するような双方向の位相共役光発生における変換効率を均等にすることができる。
【０１４１】
尚、ＤＦＢレーザダイオード１（＃１及び＃２）の温度の調整によってポンプ光Ｅ_P1及びＥ_P2のパワー又は波長が調整されてもよい。
この実施形態では、偏波面を９０°回転させるために、１／２波長板３４及び３６が用いられているが、他の構造によって偏波面を９０°回転させるようにしてもよい。
【０１４２】
例えば、１／２波長板３４に代えて１本の偏波面保存ファイバ（ＰＭＦ）を用い、その一端の主軸が他端の主軸に対して９０°回転するようにそのＰＭＦをひねればよい。或いは、１／２波長板３４に代えて直列に接続された２本のＰＭＦを用い、これらの接続点においてそれぞれの主軸が直交するようにこれらを接続してもよい。
【０１４３】
尚、ＰＭＦを用いる場合における偏波分散を少なくするためには、前者の接続形態の方が望ましい。このＰＭＦを用いた偏波面の回転方法は本発明のすべての実施形態に適用可能である。
【０１４４】
尚、図８の第１実施形態は、信号光ビームＥ_S の入力ポートと位相共役光ビームＥ_C の出力ポートとについて対称な構成を有しているので、後述するような双方向光通信システムにこの位相共役光発生器を適用した場合に、上りチャネル及び下りチャネルの双方に対して位相共役光ビームを発生することができ、しかも変換効率が偏波状態に依存しない。
【０１４５】
図９は図１に従う位相共役光発生器の第２実施形態を示す図である。この実施形態は、図８の偏波ビームスプリッタ３２及び３８に代えて、導波路基板４０上に形成された偏波ビームスプリッタ３２′及び３８′が用いられている点で特徴付けられる。
【０１４６】
偏波ビームスプリッタ３２′及び３８′は、例えば、ＬｉＮｂＯ₃ 基板上に形成された導波構造によって提供される。この場合、１／２波長板３４及び３６の機能をなす素子は、ＬｉＮｂＯ₃ 光導波路とＳｉＯ₂ 膜等の組み合わせにより実現可能である。
【０１４７】
ＤＦＢレーザダイオード１（＃１及び＃２）は例えば導波路基板４０上に形成された溝内に収容されている。この場合、１／２波長板３４及び３６の使用によってＤＦＢレーザダイオード１（＃１及び＃２）の活性層を互いに平行に設定することができるので、製造が容易である。
【０１４８】
ところで、ＤＦＢレーザダイオードの前述したような対称性或いは双方向性によって、１台のＤＦＢレーザダイオードを用いて偏波ダイバーシティを実施することができる。具体的には次の通りである。
【０１４９】
図１０は図１に従う位相共役光発生器の第３実施形態を示す図である。ここでは、励振端１Ａ及び１Ｂを有する１台のＤＦＢレーザダイオード１と偏波分離及び偏波合成のための１台の偏波ビームスプリッタ４２とを含む光ループが構成されている。
【０１５０】
偏波ビームスプリッタ４２は４つのポート４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ及び４２Ｄを有している。ポート４２Ａ及び４２Ｃ間並びにポート４２Ｂ及び４２Ｄ間はＴＥ偏波面により結合されており、ポート４２Ａ及び４２Ｂ間並びにポート４２Ｃ及び４２Ｄ間はＴＭ偏波面により結合されている。
【０１５１】
ここで、「ＴＥ偏波面」及び「ＴＭ偏波面」という表現は、相対的に直交する２つの偏波状態を表現するために便宜的に用いたものである。図では、ＴＥ偏波面はＤＦＢレーザダイオード１の活性層及び紙面に平行であり、ＴＭ偏波面は紙面に垂直である。
【０１５２】
ポート４２ＣはＤＦＢレーザダイオード１の励振端１Ａに光学的に接続され、ポート４２Ｂは１／２波長板４４を介してＤＦＢレーザダイオード１の励振端１Ｂに光学的に接続されている。また、ポート４２Ｄは光学的に無反射終端されている。
【０１５３】
得られた位相共役光ビームＥ_C を信号光ビームＥ_S から分離（ドロッピング）するために、光サーキュレータ４６が用いられる。光サーキュレータ４６は３つのポート４６Ａ，４６Ｂ及び４６Ｃを有している。光サーキュレータ４６は、ポート４６Ａから入力した光をポート４６Ｂから出力し、ポート４６Ｂから入力した光をポート４６Ｃから出力するように機能する。
【０１５４】
ポート４６Ａは信号光ビームＥ_S が供給される入力ポート４８に接続されており、ポート４６Ｂは偏波ビームスプリッタ４２のポート４２Ａに接続されており、ポート４６Ｃは位相共役光ビームＥ_C の出力ポート５０に接続されている。
【０１５５】
ポート４８，４６Ａ及び４６Ｂを通ってポート４２Ａに供給された信号光ビームＥ_S は、偏波ビームスプリッタ４２によってＴＥ偏波面を有する第１の偏波成分Ｅ_S1とＴＭ偏波面を有する第２の偏波成分Ｅ_S2とに偏波分離される。
【０１５６】
第１の偏波成分Ｅ_S1はポート４２ＣからＤＦＢレーザダイオード１の励振端１Ａに供給され、第２の偏波成分Ｅ_S2はポート４２Ｂから１／２波長板４４を介してＤＦＢレーザダイオード１の励振端１Ｂに供給される。
【０１５７】
第２の偏波成分Ｅ_S2が１／２波長板４４を通過することによって、その偏波面はＴＭ偏波面からＴＥ偏波面に変換される。従って、ＤＦＢレーザダイオード１に供給される第１及び第２の偏波成分Ｅ_S1及びＥ_S2は共にＴＥ偏波面を有していることとなる。
【０１５８】
ＤＦＢレーザダイオード１において発生するポンプ光は主としてＴＥ偏波面を有しており、このポンプ光は、励振端１Ａから励振端１Ｂに向かう方向の第１のポンプ光成分Ｅ_P1と励振端１Ｂから励振端１Ａに向かう方向の第２のポンプ光成分Ｅ_P2とからなる。
【０１５９】
励振端１Ａに供給された第１の偏波成分Ｅ_S1と第１のポンプ光成分Ｅ_P1とに基づく四光波混合によってＤＦＢレーザダイオード１内においてはＴＥ偏波面を有する第１の位相共役光ビームＥ_C1が発生し、位相共役光ビームＥ_C1は励振端１Ｂから１／２波長板４４を通って偏波ビームスプリッタ４２のポート４２Ｂに供給される。従って、位相共役光ビームＥ_C1はポート４２ＢにおいてＴＭ偏波面を有することとなる。
【０１６０】
ＤＦＢレーザダイオード１の励振端１Ｂに供給された第２の偏波成分Ｅ_S2と第２のポンプ光成分Ｅ_P2とに基づく四光波混合によって、ＤＦＢレーザダイオード１内においては第２の位相共役光ビームＥ_C2が発生し、この位相共役光ビームＥ_C2はＴＥ偏波面を有したまま励振端１Ａから偏波ビームスプリッタ４２のポート４２Ｃに供給される。
【０１６１】
偏波ビームスプリッタ４２に供給された位相共役光ビームＥ_C1及びＥ_C2は偏波合成されて位相共役光ビームＥ_C となり、この位相共役光ビームＥ_C はポート４２Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ及び５０をこの順に通って出力される。
【０１６２】
この実施形態では、前述した特徴を有する１台のＤＦＢレーザダイオード１が用いられているので、偏波成分Ｅ_S1及びＥ_S2に対する変換効率を一致させるのが容易である。変換効率の一致は、例えば、前述したようなＤＦＢレーザダイオード１の動作条件の設定により容易に行うことができ、これにより、信号光ビームＥ_S の偏波状態に係わらず一定強度の位相共役光ビームＥ_C を得ることができる。
【０１６３】
また、この実施形態では、光ループにおける時計周りの光路長と反時計周りの光路長が同じであるので、位相共役光ビームＥ_C1及びＥ_C2の偏波合成をタイミングのあった状態で行うことができる。これにより、位相共役光発生器の正確な動作が確保される。
【０１６４】
偏波ビームスプリッタ４２としては、誘電体多層膜等の偏波分離膜を用いたもの、方解石等の結晶を用いたバルクタイプのもの、ファイバ型のものその他を用いることができる。
【０１６５】
位相共役光ビームＥ_C だけを抽出するために、出力ポート５０に光フィルタを接続してもよい。
この実施形態における光ループは、レンズ系を用いた空間結合又は光ファイバ若しくは光導波路による結合によって提供することができる。特に光ファイバを用いる場合には、偏波状態を保持するために、偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）の使用或いは偏波制御器の付加的な使用が採用される。ＰＭＦを用いる場合には、前述したように１／２波長板を省略することができるので便利である。
【０１６６】
図１１は図１０の実施形態の実証実験のための配置を示す図である。直線偏波として与えられる信号光ビームＥ_S が光サーキュレータ４６に供給され、その偏波面を０°〜１８０°の間の範囲で回転させるために、回転可能なポラライザ５２が用いられた。偏波ビームスプリッタ４２とＤＦＢレーザダイオード１の励振端１Ａは偏波面保存ファイバ（ＰＭＦ）５４により接続され、偏波ビームスプリッタ４２とＤＦＢレーザダイオード１の励振端１ＢはＰＭＦ５６によって接続された。
【０１６７】
ＴＥ偏波面を有する第１の偏波成分Ｅ_S1がそのままの偏波状態でＤＦＢレーザダイオード１の励振端１Ａに供給されるようにするために、ＰＭＦ５４の両端における主軸の方向は一致している。これに対し、ＰＭＦ５６においては、１／２波長板４４を用いずにその機能を達成するために、ＰＭＦ５６の両端における主軸は互いに直交している。これにより、偏波ビームスプリッタ４２から出力されたＴＭ偏波面を有する第２偏波成分Ｅ_S2は、ＴＥ偏波面を有する状態で励振端１ＢからＤＦＢレーザダイオード１に入力される。
【０１６８】
図１２を参照すると、図１１の実験で得られたデータが示されている。図１２において、縦軸は変換効率η_C （ｄＢ）を表し、横軸は偏波角θ（ｄｅｇ）を表している。変換効率η_C は、信号光ビームＥ_S のパワーをＰ_S ，位相共役光ビームＥ_C のパワーをＰ_C とするときに、η_C ＝Ｐ_C ／Ｐ_S で与えられる。また、偏波角θは、直線偏波として入力された信号光ビームＥ_S の偏波面とＴＥ偏波面とがなす角によって定義される。
【０１６９】
１つのＤＦＢレーザダイオードに信号光を一方向のみで入射する従来技術による場合、符号５８で示されるように、変換効率η_C が偏波角θに従って大きく変動し（ｃｏｓ² θに比例）、θ＝９０°では全く変換されなかった。これに対して、図１０の第３実施形態によると、変換効率η_C について、偏波角θの変化に対して０．４ｄＢよりも小さい変動に抑えられており、システム設計上十分な特性が得られていることが確認された。
【０１７０】
尚、図１１及び図１２の実験に関する付加的な詳細は、Electronics Letters, Vol.33, No.4, pp.316-317, 1997 に記載されている。
図１３は図１に従う位相共役光発生器の第４実施形態を示す図である。図１０の第３実施形態では、１チャネルの信号光ビームＥ_S に対して１チャネルの位相共役光ビームＥ_C を発生させているのに対して、この実施形態では、２チャネルの信号光ビームＥ_S10 及びＥ_S20 に対して２チャネルの位相共役光ビームＥ_C10 及びＥ_C20 を発生させている。
【０１７１】
図１０の第３実施形態の機能はこの実施形態に含まれているが、図１０のビームＥ_S ，Ｅ_S1，Ｅ_S2，Ｅ_C1，Ｅ_C2及びＥ_C の標記は、それぞれ、Ｅ_S10 ，Ｅ_S11 ，Ｅ_S12 ，Ｅ_C11 ，Ｅ_C12 及びＥ_C10 に変更されている。
【０１７２】
偏波ビームスプリッタ４２のポート４２Ｄは無反射終端されずに光サーキュレータ６２に接続されている。光サーキュレータ６２はポート６２Ａ，６２Ｂ及び６２Ｃを有している。
【０１７３】
光サーキュレータ６２はポート６２Ａから入力した光をポート６２Ｂから出力し、ポート６２Ｂから入力した光をポート６２Ｃから出力する。ポート６２Ａは第２チャネルの信号光ビームＥ_S20 の入力ポート６４に接続されており、ポート６２Ｂは偏波ビームスプリッタ４２のポート４２Ｄに接続されており、ポート６２Ｃは第２チャネルの位相共役光ビームＥ_C20 の出力ポート６６に接続されている。
【０１７４】
尚、第２チャネルにおける信号光ビームＥ_S20 から位相共役光ビームＥ_C20 への変換については、第１チャネルにおける信号光ビームＥ_S10 から位相共役光ビームＥ_C10 への変換に準じて容易に理解することができるので、その説明を省略する。ここでは、ＤＦＢレーザダイオード１はＴＭ偏波面を有するポンプ光をも発生しているものとする。
【０１７５】
一般的なＤＦＢレーザダイオードにおいては、ＴＥ偏波面を有するポンプ光とＴＭ偏波面を有するポンプ光との双方について必ずしも高い発生効率が得られないかもしれない。このような場合には、２つのＤＦＢレーザダイオードをカスケード接続して使用するとよい。具体的には次の通りである。
【０１７６】
図３３を参照すると、図１３の位相共役光発生器の変形例が示されている。ここでは、ＤＦＢレーザダイオード１と偏波ビームスプリッタ４２との間にもう１つのＤＦＢレーザダイオード１′が設けられており、ＤＦＢレーザダイオード１及び１′はカスケード接続されている。ＤＦＢレーザダイオード１は主としてＴＥ偏波面を有するポンプ光を発生し、ＤＦＢレーザダイオード１′は主としてＴＭ偏波面を有するポンプ光を発生する。
【０１７７】
この実施形態によると、信号光ビームＥ_S10 から位相共役光ビームＥ_C10 への変換には主としてＤＦＢレーザダイオード１が寄与し、信号光ビームＥ_S20 から位相共役光ビームＥ_C20 への変換には主としてＤＦＢレーザダイオード１′が寄与する。
【０１７８】
尚、ＤＦＢレーザダイオード１及び１′内における位相共役光の発生及び波長変換の原理についてはこれまでの実施形態に準じて容易に理解することができるのでその説明については省略する。
【０１７９】
図３３の構成においては、偏波ビームスプリッタ４２及び１／２波長板４４を含む光ループの中にＤＦＢレーザダイオード１及び１′が含まれているが、カスケード接続されたＤＦＢレーザダイオード１及び１′だけを取り出して位相共役光発生器を構成することもできる。即ち、この場合、ＤＦＢレーザダイオード１はＴＥ偏波面を有するポンプ光を発生し、ＤＦＢレーザダイオード１′はＴＭ偏波面を有するポンプ光を発生しているので、このようなカスケード接続されたＤＦＢレーザダイオード１及び１′のいずれか一方に信号光ビームを供給することによって、他方からは変換された位相共役光ビームが出力され、その場合における変換効率は入力信号光ビームの偏波状態には依存しない。また、カスケード接続されたＤＦＢレーザダイオード１及び１′は双方向性を有しているので、その位相共役光発生器を双方向伝送システムに適用した場合に双方向チャネルの双方について変換効率の偏波依存性を排除することができる。
【０１８０】
図１４の（ａ）及び（ｂ）は本発明による第２の方法を説明するための図である。図１４の（ａ）に示されるように、光ファイバ及び半導体光増幅器等のような三次の非線形光学媒質（χ⁽³⁾ ）６８を用いて非縮退四光波混合により位相共役光を発生させる場合、角周波数ω_S の信号光と角周波数ω_P （ω_P ≠ω_S ）のポンプ光とが光カプラ７０を介して同一光路で非線形光学媒質６８に入力される。光カプラ７０を用いているのは、信号光及びポンプ光が異なる光源から出力されている場合にこれを同一光路で非線形光学媒質６８に供給しこれらの相互作用を可能にするためである。
【０１８１】
非線形光学媒質６８内における信号光及びポンプ光の四光波混合に基づき、角周波数２ω_P −ω_S の位相共役光が発生し、この位相共役光は信号光及びポンプ光と共に非線形光学媒質６８から出力される。
【０１８２】
尚、「非縮退」というのは、信号光の波長（角周波数）とポンプ光の波長（角周波数）とが異なるという意味で用いられている。信号光の波長、ポンプ光の波長及び位相共役光の波長は前述した関係を満たすので、位相共役光の発生と同時に波長変換が行われることになる。従って、この出願においては、発明の名称及び発明の属する技術分野を除き、「位相共役光の発生」というときには、プローブ光（信号光）から位相共役光への位相共役変換及び波長変換の意味を含む概念として理解されたい。
【０１８３】
図１４の（ｂ）に示されるように、ＤＦＢレーザダイオード１を非線形光学媒質として用いる場合、ＤＦＢレーザダイオード１への電流の注入によってＤＦＢレーザダイオード１内においてポンプ光が発生する。従って、ＤＦＢレーザダイオード１に外部から信号光だけを供給することによって位相共役光が発生し、信号光、ポンプ光及び位相共役光がＤＦＢレーザダイオード１から出力される。このようなＤＦＢレーザダイオード１の非線形光学媒質としての使用による効果は前述した通りである。
【０１８４】
ここで注目すべきは、ＤＦＢレーザダイオード１はファブリペロモードを有していないので、外部からの信号光の入力が可能であるだけでなく、信号光、ポンプ光及び位相共役光の取り出しが可能である点である。即ち、ＤＦＢレーザダイオード１及び非線形光学媒質６８を光学的にカスケード接続することによって、位相共役光のパワーを高めることができるのである。
【０１８５】
本発明による第２の方法においては、まず、ＤＦＢレーザダイオード１がポンプ光を発生するようにＤＦＢレーザダイオード１に電流が注入される。
次いで、ＤＦＢレーザダイオード１に信号光が供給され、ＤＦＢレーザダイオード１内における信号光及びポンプを基づく四光波混合によって位相共役光が発生させられる。
【０１８６】
そして、ＤＦＢレーザダイオード１から出力された信号光、ポンプ光及び位相共役光が非線形光学媒質６８に供給され、非線形光学媒質６８内における四光波混合によって、位相共役光のパワーが高められる。
【０１８７】
本発明による第２の方法を実施する場合には、ＤＦＢレーザダイオード１から信号光、ポンプ光及び位相共役光が同一光路で出力されるので、これらを非線形光学媒質に供給する際に、図１４の（ａ）に示されるような光カプラ７０が不要である。その結果、ＤＦＢレーザダイオード１及び非線形光学媒質６８内において高いパワーのポンプ光を維持することが容易になり、信号光から位相共役光への変換効率を高くすることができる。
【０１８８】
本発明による第２の方法は本発明による第１の方法と組み合わせて実施することもできる。例えば、図１１に示される実証実験のための配置においては、ＤＦＢレーザダイオード１の２つの励振端１Ａ及び１Ｂにそれぞれ偏波面保存ファイバ（ＰＭＦ）５４及び５６が接続されている。
【０１８９】
一般に、光ファイバは３次非線形光学媒質としての性質を備えているから、図１１のファイバ５４及び５６内で３次非線形効果を生じさせることができれば、ファイバ５４及び５６内においてそれぞれ位相共役光ビームＥ_C2及びＥ_C1が増幅され、その結果、偏波合成により得られる位相共役光ビームＥ_C のパワーを高めることができる。具体的には次の通りである。
【０１９０】
３次非線形効果（具体的にはγの値）を高めるためには、非線形屈折率ｎ₂ を大きくするかモードフィード径（ＭＦＤ）を小さくすればよい。非線形屈折率ｎ₂ を大きくする方法としては、クラッドにフッ素等を添加しコアにＧｅＯ₂ を高濃度に添加する方法がある。このような方法により、非線形屈折率ｎ₂ の値として５×１０^-20 ｍ² ／Ｗ以上の大きな値が得られている。
【０１９１】
一方、ＭＦＤを小さくすることは、コアとクラッド間の非屈折率差やコアの形状の設計により可能である（ＤＣＦと同様）。
これらの手法により、γ値として１５Ｗ^-1ｋｍ^-1を越える大きな値が得られている（通常のＤＳＦではγ≒２．６Ｗ^-1ｋｍ^-1）。また、このような大きなγ値のファイバを零分散ファイバとすることも可能である。
【０１９２】
変換効率はγＰＬの二乗に比例するから、上述のように特別に設計されたファイバ（特別なファイバ）においては、通常のＤＳＦと同様の３次非線形効果を生じさせるためには、その長さは２．６／１５（≒１／５．８）程度でよいことになる。例えば通常のＤＳＦを用いて３次非線形効果を生じさせるのに約２０ｋｍ程度の長さが必要であるとすれば、特別なファイバでは３〜４ｋｍ程度の長さで同様の効果が得られることになる。実際には、短くなる分損失が小さくなるので、更に特別なファイバの長さを短くすることができる。また、このような特別なファイバにおいては、零分散波長の制御の精度が向上するため、極めて広い変換帯域の実現が期待される。更に、数ｋｍ（例えば６ｋｍ）のファイバ長であれば、偏波面保存（偏波保持）能力が確保されているので、このような特別なファイバの本発明への適用は高い変換効率及び偏波依存性のない変換効率を得る上で極めて有用である。
【０１９３】
尚、本発明においてＤＦＢレーザダイオード内における２方向の変換における変換効率を等しくするためには、ＤＦＢレーザダイオード及びそれに付随して設けられる３次非線形光学媒質としての光ファイバの各々における変換効率を等しくしてもよいし、ＤＦＢレーザダイオードと各ファイバによる変換の総量が等しくなるようにしてもよい。
【０１９４】
以上のように、本発明による第１及び第２の方法を組み合わせることによって、変換効率の偏波依存性がなく且つ変換効率の高い位相共役光の発生が可能になる。
【０１９５】
図１５は図１４の（ａ）及び（ｂ）に従う位相共役光発生器の第１実施形態を示す図である。ここでは、非線形光学媒質６８として半導体光増幅器（ＳＯＡ）７０が用いられている。
【０１９６】
ＤＦＢレーザダイオード１はポンプ光Ｅ_P を発生するように駆動されており、信号光Ｅ_S がＤＦＢレーザダイオード１に供給される。ＤＦＢレーザダイオード１内における信号光Ｅ_S 及びポンプ光Ｅ_P に基づく四光波混合によって位相共役光Ｅ_C が発生する。
【０１９７】
ＤＦＢレーザダイオード１からは信号光Ｅ_S 、ポンプ光Ｅ_P 及び位相共役光Ｅ_C が出力され、これらはＳＯＡ７０に供給される。ＳＯＡ７０内において四光波混合によって位相共役光Ｅ_C のパワーが高められ、その位相共役光Ｅ_C はＳＯＡ７０から出力される。
【０１９８】
図１６を参照すると、図１４の（ａ）及び（ｂ）に従う位相共役光発生器の第２実施形態が示されている。ここでは、非線形光学媒質６８として光ファイバ７２が用いられている。光ファイバ７２としては単一モードファイバが望ましく、変換効率を高めるためには、光ファイバ７２の零分散波長をポンプ光の波長に実質的に一致させておくのが有効である。例えば、ポンプ光の波長が１．５μｍ帯にある場合には、分散シフトファイバ（ＤＳＦ）を光ファイバ７２として用いることによって、光ファイバ７２の零分散波長とポンプ光の波長とを一致させることができる。
【０１９９】
光ファイバ７２に供給される信号光Ｅ_S 、ポンプ光Ｅ_P 或いは位相共役光Ｅ_C のパワーが光ファイバ７２の誘導ブリユアン散乱（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：ＳＢＳ）のしきい値を越えると、変換効率が低下し、得られる位相共役光のパワーが減少する。
【０２００】
ＳＢＳの影響を抑圧するためには、ポンプ光Ｅ_P 或いは信号光Ｅ_S について周波数変調又は位相変調を行えばよい。そのために、この実施形態では、ＤＦＢレーザダイオード１に変調回路７４が接続されている。変調速度は数百ＫＨｚ以下で十分であり、信号光における信号速度がＧｂ／ｓ以上である場合には、その変調による伝送品質の劣化は問題にはならない。
【０２０１】
変調回路７４は、例えば、図４に示される電極２１ａ，２１ｂ及び２１ｃのいずれかに供給される電流に変調速度に対応する低周波信号を重畳する。図４のＤＦＢレーザダイオード１は高い周波数変調効率を有しているので、容易にＳＢＳによる影響を抑圧することができる（S. Ogita, Y. Kotaki, M. Matsuda, Y. Kuwahara, 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.）。
【０２０２】
以下に本発明の光通信システムへの応用例を示す。
図１７に示される応用例は、伝送光ファイバの波長分散と非線形光カー効果による波形歪みの補償を可能にしたシステムである。この応用については、前述した本発明者による出願（特願平６−５０９８４４号、特願平７−４４５７４号、特願平７−３０４２２９号、特開平７−９８４６４号及び特開平７−３０１８３０号）に開示された通りであるが、以下に説明する。
【０２０３】
送信機（ＴＸ）からの出力信号光Ｅ_S を第１の光ファイバＦ１（長さＬ₁ 、分散Ｄ₁ 、非線形係数γ₁ ）で光伝送した後、位相共役光発生器（ＰＣ）に入力する。ＰＣで位相共役光Ｅ_C に変換し、第２の光ファイバＦ２（長さＬ₂ 、分散Ｄ₂ 、非線形係数γ₂ ）で受信機（ＲＸ）まで光伝送する。受信機では、この位相共役信号光を受光器で受けて信号検出する。尚、送信信号の変調方式には光振幅（強度）、周波数、位相等あらゆる方式が適用可能であり、信号検出には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等が考えられる。
【０２０４】
また、ここで用いる光ファイバは多くの場合単一モードの石英ファイバ（ＳＭＦ）であり、光通信において一般的に用いられている１．３μｍ零分散光ファイバや１．５５μｍ分散シフトファイバ（ＤＳＦ）等がその代表例である。さらに、信号光は波長の異なる複数の光源からなる波長多重信号でもよい。
【０２０５】
光ファイバ内の波長分散と自己位相変調（Self Phase Modulation)による波形歪を図１７に示したシステムで補償するためには、ＰＣを挟んで対応する部分の分散と非線形効果の大きさを同じにすればよい。ここで、対応する部分とは、ＰＣから測った分散又は光カー効果の累積値が等しくなる２つの部分をいう。つまり、伝送路を分割したときに、ＰＣに近い側から順にＰＣに関して上記の意味で対象な位置にある各分割区間において分散と非線形効果の大きさを同じにすればよい。このことはまた、各分割区間内の分散値を同じにするとともに、各区間内で、
Ｄ₁ ／γ₁ Ｐ₁ ＝Ｄ₂ ／γ₂ Ｐ₂ … （１ａ）
が成り立つようにすればよいことを示している。ここにＰ₁ ，Ｐ₂ は各部分における光パワーであり、
γ_j ＝ωｎ_2j／ｃＡ_effj … （２ａ）
は光ファイバ内の光カー効果の非線形係数を表す。ここに、ωは光角周波数、ｃは真空中の光速を表し、ｎ_2jとＡ_effjは光ファイバｊ（ｊ＝１，２）の非線形屈折率と有効コア断面積をそれぞれ表す。
【０２０６】
伝送路に沿って非線形効果の損失による減少を補償するためには、分散を小さくしていくか光カー効果を大きくすればよい。分散の値を変化させることは、光ファイバの設計により可能であり有望である。例えば、分散シフトファイバ(Dispersion Shifted Fiber)の零分散波長を変化させることや、光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現在盛んに行われている。一方、光カー効果を変化させることは、非線形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。
【０２０７】
分散補償ファイバ(Dispersion Compensation Fiber) の分散値を、長手方向に光カー効果の変化に比例するように逓減する構造の分散逓減ＤＣＦ（ＤＤ−ＤＣＦ）と正常分散のＤＳＦによる伝送路によりシステムを構成することにより、高速・長距離伝送が可能となる。
【０２０８】
光アンプを用いた長距離伝送においては、正常分散ファイバを用いるのが光アンプの雑音光による非線形歪（変調不安定性；modulation instability）を低減する上でよいことがわかっており、この構成は有望である。
【０２０９】
上記の厳密な補償法の他に、光カー効果の変化がさほど大きくない場合（光アンプの中継間隔が非線形長に比べて十分短い場合など）には、以下のような平均パワーによる近似が成り立つ。
【０２１０】

ここに、Ｐ₁ ′，Ｐ₂ ′は、それぞれ光ファイバＦｊ（ｊ＝１，２）内の平均パワーであり、また、Ｄ₁ ′，Ｄ₂ ′はそれぞれ光ファイバＦｊの平均分散である。
【０２１１】
さらに、理想的な波形補償条件式（１ａ）は満たさないが、伝送路に逆符号の分散を配置することによる分散補償器を適宜配置することも可能である。
この方法は、特に海底伝送のような長距離伝送において有効である。その理由は以下の通りである。
【０２１２】
即ち、ＰＣを用いた補償においては、その前後の光ファイバ内の波形歪を同じにする必要がある。このため、最も波形が歪んでいるのは、ＰＣの前後においてである。従って、ＰＣの位置においては、最も光パルスのスペクトルの拡がった状態になっている。一方、ＰＣ及び伝送路の光アンプからは雑音が付加されるが、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、ＰＣの前後でのスペクトル拡がりが少ない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。
【０２１３】
この意味において、伝送路途中の分散補償により伝送路の総分散値を小さくすることは有効である。
次に、本発明を波長多重（ＷＤＭ）伝送システムに適用した例を図１８に示す。
【０２１４】
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Ｆ１により伝送した後、ＰＣ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Ｆ２により伝送した後受信する。
【０２１５】
ＰＣによる分散補償においては、ＰＣ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１９のような配置になる。光ファイバＦ１及びＦ２の零分散波長はそれぞれω₁₀，ω₂₀である。図の場合は、正常分散から正常分散への変換になっている。この場合、通常の伝送路には２次分散（分散傾斜）が存在するために、光ファイバＦ１では第１チャネル（ｃｈ．１）に対する分散の絶対値が最小であるのに対して、光ファイバＦ２においては第Ｎチャネル（ｃｈ．Ｎ）に対する分散の絶対値が最小になっている。従って、全チャネルに対して同時に完全な分散補償をすることは不可能である。
【０２１６】
全チャネルを等しく理想的に補償するためには図２０に示したように、各チャネル毎に信号光を別々の光ファイバＦ１１、光ファイバＦ１２、…、光ファイバＦ１Ｎで伝送し、その際、異なる分散に見合うパワー（Ｐ_11, Ｐ_12, …，Ｐ_1N）で伝達する。光ファイバの出力光を１つのＰＣによる全チャネルの一括変換、または、各チャネル毎のＰＣ−１，ＰＣ−２，…，ＰＣ−Ｎで位相共役光に変換し、これらを共通の光ファイバＦ２で伝送して受信する。この際の各チャネルの分散と非線形効果は上記で述べた方法で補償する。
【０２１７】
図２１は本発明の第３の応用例を示す図である。送信機ＴＸ−１，…，ＴＸ−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。これらの信号光の角周波数はω_S1，ω_S2，…，ω_SNである。
【０２１８】
これらの信号光は複数の第１の光ファイバＦ１１，…，Ｆ１Ｎによって伝送され、スターカプラ等からなる光マルチ／デマルチプレクサによって加え合わされると共に分岐される。
【０２１９】
分岐された信号光はそれぞれ位相共役光発生器ＰＣ−１，…，ＰＣ−Ｍへ供給される。位相共役光発生器ＰＣ−１，…，ＰＣ−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ＯＦ１，…，ＯＦＭ，を透過した後複数の第２の光ファイバＦ２１，…，Ｆ２Ｍによってそれぞれ光受信機ＲＸ−１，…，ＲＸ−Ｍへ伝送される。
【０２２０】
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′_CN）で示されている。
第１の光ファイバＦ１ｊ（ｊ＝１，…，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Ｆ２ｋ（ｋ＝１，…，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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
ここで、各第２の光ファイバＦ２ｋによる波形歪みの補償は、光フィルタＯＦｋ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、位相共役発生器ＰＣ−ｋと光フィルタＯＦｋ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。
【０２２３】
例えば、送信機ＴＸ−１，…，ＴＸ−Ｎ及びファイバＦ１１，…，Ｆ１Ｎが送信端局内に設けられている場合、各ファイバＦ１ｊにおける分散又は非線形効果を等しく設定しておく。この場合、各受信機ＲＸ−ｋが所望のチャネルを選択することができるように、当該ファイバＦ２ｋに対して当該位相共役光発生器ＰＣ−ｋ及び当該光フィルタＯＦｋの機能の組み合わせが制御される。このような制御は、例えば各位相共役光発生器におけるポンプ光の波長制御及び／又は各光フィルタの通過中心波長の制御によってなされる。そのためには、チューナブル光フィルタの適用が望ましい。
【０２２４】
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（クロスコネクト）システムとして機能する。
【０２２５】
図２２は本発明の第４の応用例を示す図である。このシステムは、図２１と対比して、複数の光送信機ＴＸ−１，…，ＴＸ−Ｎに対して共通の第１の光ファイバＦ１が用いられている点で特徴づけられる。
【０２２６】
この変更に伴い、第１の光ファイバＦ１の入力端は光マルチプレクサを介して各光送信機ＴＸ−ｊに接続され、出力端は光デマルチプレクサを介して各位相共役光発生器ＰＣ−ｋに接続される。
【０２２７】
この共通の第１の光ファイバＦ１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Ｆ１としては、前述のＤＤ−ＤＣＦ、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。
【０２２８】
このような共通の第１の光ファイバＦ１に対して、各第２の光ファイバＦ２ｋ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。
【０２２９】
図２３は本発明の第５の応用例を示す図である。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Ｆ１１′，…，Ｆ１Ｎ′と比較的小さな分散の共通の光ファイバＦ１′とを組み合わせたものが用いられている。
【０２３０】
光ファイバＦ１１′，…，Ｆ１Ｎ′と光ファイバＦ１′とは光マルチプレクサによって接続されており、光ファイバＦ１′と各位相共役光発生器ＰＣ−ｋとは光デマルチプレクサによって接続されている。
【０２３１】
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。
【０２３２】
これらの機能を総合した波長多重伝送システムの構成例を図２４に示す。
波長多重信号を第１の光ファイバを伝送後、分岐し、各チャネル毎に最適な波長の位相共役光に変換、抽出する。これら波長多重位相共役信号光を合成して第２の光ファイバで受信機まで伝送する。この構成をとれば、伝送路に２次分散がある場合でも全てのチャネルの波形歪みを完全に補償可能である。
【０２３３】
本発明の双方向光伝送システムへの応用例を図２５に示す。
第１の端局内のＴＸ−１からの波長λ_S1の信号光Ｅ_S1を光ファイバＦ１を伝送後、ＤＦＢ−ＬＤ内において同じ方向の発振光（ポンプ光）Ｅ_P1を用いて波長λ_C1の位相共役光Ｅ_C1に変換し、光ファイバにＦ２により伝送した後、第２の端局内のＲＸ−１で受信する。一方、第２の端局内のＴＸ−２からの波長λ_S2の信号光Ｅ_S2を光ファイバＦ２により伝送後、ＤＦＢ−ＬＤ内において同じ方向の発振光（ポンプ光）Ｅ_P2を用いて波長λ_C2の位相共役光Ｅ_C2に変換し、光ファイバＦ１により伝送後第１の端局内のＲＸ−２で受信する。
【０２３４】
このとき、光ファイバＦ１及び光ファイバＦ２により伝送する信号光の波長は、各伝送路に用いる帯域フィルタの透過帯域内にあることが望ましい。即ち、λ_S1とλ_C2、及びλ_C1とλ_S2が同じ透過帯域にあるように設定することになる。勿論、このときの各信号光は波長多重信号光であってもよい。
【０２３５】
次に、位相共役光発生器を用いた光波ネットワークの実現例について説明する。図２６は光波ネットワークの原理を説明するための図である。
光送信機（ＯＳ）２０２は信号ビームを出力する。
【０２３６】
第１の光ファイバ２０４は、信号ビームの入力端及び出力端にそれぞれ相当する第１端２０４Ａ及び第２端２０４Ｂを有している。第２端２０４Ｂには第１の位相共役光発生器（１ｓｔ ＰＣ）２０６が動作的に接続されている。
【０２３７】
第１の位相共役光発生器２０６は、第１の光ファイバ２０４から供給された信号ビームを第１の位相共役ビームに変換して出力する。
第２の光ファイバ２０８は、第１の位相共役ビームの入力端及び出力端にそれぞれ相当する第３端２０８Ａ及び第４端２０８Ｂを有している。第４端２０８Ｂには第２の位相共役光発生器（２ｎｄ ＰＣ）２１０が動作的に接続される。
【０２３８】
第２の位相共役光発生器２１０は、第２の光ファイバ２０８から供給された第１の位相共役ビームを第２の位相共役ビームに変換して出力する。
第３の光ファイバ２１２は、第２の位相共役ビームの入力端及び出力端にそれぞれ相当する第５端２１２Ａ及び第６端２１２Ｂを有している。
【０２３９】
第３の光ファイバ２１２によって伝送された第２の位相共役ビームを受けるために、光受信機（ＯＲ）２１４が設けられている。
第２の光ファイバ２０８の途中にはシステム中間点２１６が設定される。システム中間点２１６は後程定義される。
【０２４０】
第２の光ファイバ２０８は、第３端２０８Ａ及びシステム中間点２１６の間の第１の部分２８１と、システム中間点２１６及び第４端２０８Ｂの間の第２の部分２８２とからなる。
【０２４１】
本発明では、光ファイバ２０４，２０８及び２１２における各パラメータが次のようにして設定される。
先ず、第１の光ファイバ２０４がＮ個（Ｎは１より大きい整数）の区間２０４（＃１，…，＃Ｎ）に仮想的に分割され、第２の光ファイバ２０８の第１の部分２８１も同じ数の区間２８１（＃１，…，＃Ｎ）に仮想的に分割される。このとき、第１の位相共役光発生器２０６から数えて対応する２つの区間の波長分散の平均値及び区間長の積が実質的に一致するようにされる。即ち、第１の光ファイバ２０４において第１の位相共役光発生器２０６から数えてｉ（１≦ｉ≦Ｎ）番目の区間２０４（＃ｉ）の波長分散（または分散パラメータ）の平均値及び区間長をそれぞれＤ_1i及びＬ_1iとし、第２の光ファイバ２０８の第１の部分２８１において第１の位相共役光発生器２０６から数えてｉ番目の区間２８１（＃ｉ）の波長分散（または分散パラメータ）の平均値及び区間長をそれぞれＤ_2i及びＬ_2iとするときに、
Ｄ_1iＬ_1i＝Ｄ_2iＬ_2i …（１）
が満足される。
【０２４２】
更に、区間２０４（＃ｉ）における光パワーの平均値及び非線形係数の平均値をそれぞれＰ_1i及びγ_1iとし、区間２８１（＃ｉ）における光パワーの平均値及び非線形係数の平均値をそれぞれＰ_2i及びγ_2iとするときに、
Ｐ_1iγ_1iＬ_1i＝Ｐ_2iγ_2iＬ_2i …（２）
が満足される。
【０２４３】
一方、第２の光ファイバ２０８の第２の部分２８２がＭ個（Ｍは１より大きい整数）の区間２８２（＃１，…，＃Ｍ）に仮想的に分割され、第３の光ファイバ２１２も同じ数の区間２１２（＃１，…，＃Ｍ）に仮想的に分割される。
【０２４４】
このとき、第２の光ファイバ２０８の第２の部分２８２において第２の位相共役光発生器２１０から数えてｊ（１≦ｊ≦Ｍ）番目の区間２８２（＃ｊ）の波長分散の平均値及び区間長をそれぞれＤ_3j及びＬ_3jとし、第３の光ファイバ２１２において第２の位相共役光発生器２１０から数えてｊ番目の区間２１２（＃ｊ）の波長分散の平均値及び区間長をそれぞれＤ_4j及びＬ_4jとするときに、
Ｄ_3jＬ_3j＝Ｄ_4jＬ_4j … （３）
が満足される。更に、区間２８２（＃ｊ）における光パワーの平均値及び非線形係数の平均値をそれぞれＰ_3j及びγ_3jとし、区間２１２（＃ｊ）における光パワーの平均値及び非線形係数の平均値をそれぞれＰ_4j及びγ_4jとするときに、
Ｐ_3jγ_3jＬ_3j＝Ｐ_4jγ_4jＬ_4j … （４）
が満足される。
【０２４５】
図２６においては、第１の位相共役発生器２０６の前後で波形歪みは一旦大きくなるが、（１）式及び（２）式の条件により、システム中間点２１６において波長分散及び非線形性が補償され、波形は一旦元の状態に戻る。この回復した波形は再び第２の位相共役発生器２１０の前後で歪むが、（３）式及び（４）式の条件により、光受信機２１４においては、波長分散及び非線形性が補償された結果、波形は再び元に戻る。
【０２４６】
また、図２６の構成は、海底等に敷設される可能性のある第２の光ファイバ２０８についての長さ等のパラメータの設定誤差に対して寛容である。即ち、システム中間点２１６において例え波形が完全に元の状態に戻らないとしても、この不完全性を第２の部分２８２、第２の位相共役光発生器２１０及び第３の光ファイバ２１２で再現することによって、光受信機２１４において波形を完全に元に戻すことができるのである。
【０２４７】
図２７を参照すると、波長分散及び非線形性の補償の原理が示されている。この補償原理は図１７その他においても同じである。ここでは、光送信機２０２からシステム中間点２１６に至るまでの補償の原理が説明される。先ず、図２７の説明に先立ち、位相共役波の一般的事項について説明する。
【０２４８】
光ファイバ伝送における光信号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）は光の複素包路線を表し、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。
【０２４９】
【数１】

【０２５０】
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、
【０２５１】
【数２】

【０２５２】
は、３次の非線形係数（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，β，γはｚの関数であるとし、それぞれα（ｚ），β（ｚ），γ（ｚ）と表されるものとする。更に、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。
【０２５３】
【数３】

【０２５４】
ここに、
【０２５５】
【数４】

【０２５６】
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。（７），（８）式を（５）式に代入すると、次の発展方程式が得られる。
【０２５７】
【数５】

【０２５８】
ここで以下の変換を行う。
【０２５９】
【数６】

【０２６０】
その結果、（９）式は以下のように変換できる。
【０２６１】
【数７】

【０２６２】
ここで、ｓｇｎ［β₂ ］≡±１は、β₂ ＞０，即ち正常分散の場合には＋１を、β₂ ＜０，即ち以上分散の場合には−１をそれぞれとる。（１１）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。
【０２６３】
【数８】

【０２６４】
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。但し、その際の伝搬方向は反転する。この動作は正しく位相共役器の動作である。特に透過型の位相共役器においては上記のことは波長分散とＳＰＭとによる位相シフトを反転させることと等価である。
【０２６５】
ここで、図２７においては、第１の光ファイバ２０４の長さはＬ₁ であり、第２の光ファイバ２０８の第１の部分２８１の長さはＬ₂ であるとする。また、位相共役光発生器２０６はｚ軸座標及びζ座標の原点ｚ＝０（ζ＝０）に配置される。システム中間点２１６のｚ座標及びζ座標はそれぞれＬ₂ 及びζ₀ である。
【０２６６】
第１の光ファイバ２０４においては、信号ビームｕ（Ｅｓ）は発展方程式（１１）に従って伝搬する。位相共役光発生器２０６により信号ビームｕは位相共役ビームｕ^* （Ｅｃ）に変換される。位相共役ビームｕ^* は第２の光ファイバ２０８の第１の部分２８１において発展方程式（１２）式に従って伝搬する。
【０２６７】
このときζ軸上の位相共役光発生器２０６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、（１１）式の右辺第１、２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の位相共役波となる。即ち、次の２式が条件となる。
【０２６８】
【数９】

【０２６９】
（１３）式は第１の光ファイバ２０４及び第１の部分２８１の分散の符号が等しい必要性を示している。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。
【０２７０】
【数１０】

【０２７１】
第１の光ファイバ２０４内の（−ζ）における波長分散とＳＰＭとによる位相シフトは位相共役光発生器２０６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第１の部分２８１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。
【０２７２】
次に、上記の補償条件をｚ座標で記述する。（１５）式より、
【０２７３】
【数１１】

【０２７４】
を得る。即ち、各区間内での非線形係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。
【０２７５】
【数１２】

【０２７６】
（１６），（１７）式より（１８），（１９）式が得られる。
【０２７７】
【数１３】

【０２７８】
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或いは非線形係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、（１８），（１９）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。
【０２７９】
【数１４】

【０２８０】
分散及び非線形性についていずれも位相共役光発生器２０６に関して対称な２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。
【０２８１】
（２０），（２１）式は、補償のための必要条件であり、対応する２つの区間で総分散量と光カー効果の総量とが等しくなることを示している。即ち、（１）式乃至（４）式の条件の有効性が確認された。
【０２８２】
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（２０），（２１）式を積分すれば、
Ｄ₁ Ｌ₁ ＝Ｄ₂ Ｌ₂ … （２２）
γ₁ Ｐ₁ Ｌ₁ ＝γ₂ Ｐ₂ Ｌ₂ … （２３）
を得る。ここで、Ｐ₁ ，Ｐ₂ はそれぞれ第１の光ファイバ２０４及び第１の部分２８１における平均パワーである。また、Ｄ₁ ，γ₁ はそれぞれ第１の光ファイバ２０４の分散パラメータの平均値及び非線形係数の平均値、Ｄ₂ ，γ₂ はそれぞれ第１の部分２８１の分散パラメータの平均値及び非線形係数の平均値である。（２２），（２３）式は分散補償及び平均値近似によるＳＰＭの補償法における条件と一致する。
【０２８３】
実用的には、（２２）式の条件を満足するだけでも本発明を実施することができる。即ち、本発明によると、信号ビームの入力端及び出力端にそれぞれ相当する第１端及び第２端を有する第１の光ファイバと、上記第２端に動作的に接続され上記信号ビームを位相共役ビームに変換して出力する位相共役光発生器と、上記位相共役ビームの入力端及び出力端にそれぞれ相当する第３端及び第４端を有する第２の光ファイバとを備え、上記第１の光ファイバの波長分散の平均値及び長さの積は上記第２の光ファイバの波長分散の平均値及び長さの積に実質的に一致する光ファイバ通信システムが提供される。
【０２８４】
望ましくは、（２３）式の条件を満足するために、上記第１の光ファイバにおける光パワーの平均値及び非線形係数の平均値並びに上記第１の光ファイバの長さの積は上記第２の光ファイバにおける光パワーの平均値及び非線形係数の平均値並びに上記第２の光ファイバの長さの積に実質的に一致する。
【０２８５】
第１及び第２の光ファイバを含む光路上に複数の光増幅器が設けられている場合には、これらのうちの隣り合う２つの光増幅器の間隔を光路（光ファイバ）の非線形長よりも短く設定するのが望ましい。
【０２８６】
図２７においては、システム中間点２１６の上流側における補償の原理が示されている。システム中間点２１６の下流側における補償の原理はこれと同じようにして理解することができるのでその説明を省略する。
【０２８７】
図２７による説明においては、（１０）式に示されるように、位相共役光発生器２０６からの波長分散の累積値によって規格化座標が定義されている。その結果、要求される条件は、（１５）式により示されているように、位相共役光発生器２０６からの波長分散の累積値が等しい第１の光ファイバ２０４及び第１の部分２８１上の２点の各々における光パワー及び非線形係数の積と波長分散との比が実質的に一致することである。
【０２８８】
図２７においては、位相共役光発生器２０６からの非線形効果の累積値（即ち光パワー及び非線形係数の積の累積値）によって規格化座標が定義されてもよい。この場合には、位相共役光発生器２０６からの当該累積値が等しい第１の光ファイバ２０４及び第１の部分２８１上の２点の各々における光パワー及び非線形係数の積と波長分散との比が実質的に一致することが条件となる。
【０２８９】
以上の説明の通り、位相共役光発生器に接続される第１の光ファイバと第２の光ファイバとの間で、光ファイバの総分散量と光カー（Ｋｅｒｒ）効果との総量とが等しくなるように設定することにより、第１の光ファイバに入力される光パルス波形と第２の光ファイバから出力される光パルス波形とがほぼ同一の形状を有するように位相共役光発生器により補償されることがわかる。即ち、光パルスの送信側（第１の光ファイバの入力端）と光パルスの受信側（第２の光ファイバの出力端）において、ほぼ同一形状の光パルス波形が得られることとなり、これらの入力端、出力端に光ＡＤＭ（Add Drop Multiplexer：光信号挿入分岐装置）を設けることにより、光ＡＤＭでは、受信光パルスが送信光パルスとほぼ同一の状態で受信することが可能となる。そのため、各ＡＤＭにおいて、受信光パルスのＳＮＲを劣化させることなく、受信光パルスの再生（波形整形・タイミング再生）処理を不要にすることが可能となり、柔軟性に富んだシステムの構築が可能になる。この原理を応用した所謂光波ネットワークについて以下に説明する。
【０２９０】
図２８は、位相共役光発生器を用いたリング型光波ネットワークを示す図である。図において、各ノード（Ｎｏｄｅ）１，２，３はそれぞれ光ＡＤＭであり、外側光ファイバリング（単一モード光ファイバ伝送路）と内側光ファイバリング（同じく、単一モード光ファイバ伝送路）とに接続されている。
【０２９１】
各ノード１，２，３間の外側光ファイバリングと内側光ファイバリングの途中には、位相共役光発生器（ＰＣ１２，ＰＣ２１，ＰＣ２３，ＰＣ３２，ＰＣ１３，ＰＣ３１）が設けられている。各ＰＣ又は各ノードは、それぞれ、入力側光ファイバリングと出力側光ファイバリングの総分散量と光カー効果との総量とが等しくなる位置に設けられている。
【０２９２】
ノード１はノード２へ信号を波長λ１２の光波を用いて送信し、ノード２はノード１へ信号を波長λ２１の光波を用いて送信する場合について説明する。ノード１は、λ１２の光波を外側光ファイバリング１０１に送信する。
【０２９３】
ＰＣ１２は、光ファイバリング１０１から受信したλ１２の光波の位相共役光λ′１２を発生する。ＰＣ１２としては、前述のＤＦＢ−ＬＤを用いるのが好適である。
【０２９４】
ＰＣ１２は、λ１２の位相共役光λ′１２を光ファイバリング１０２に入力し、ノード２へ送信する。
ノード２では、光ファイバリング１０２より、λ′１２の光波を受信し、これをノード１からの光信号として扱う。
【０２９５】
ＰＣ１２を、光ファイバリング１０１と光ファイバリング１０２との総分散量と光カー効果の総量とが等しくなる位置に設けることにより、ノード１で外側光ファイバリングに挿入される光信号λ１２とほぼ同一波形の位相共役光λ′１２をノード２において外側光ファイバリングから分岐することができる。従って、ノード２では、受信光信号の複雑な波形整形・タイミング再生を行う必要はなくなる。
【０２９６】
ノード２からノード１へ信号を送信する場合は、内側光ファイバリングを用いる。即ち、ノード２からノード１への信号を波長λ２１の光波を用いて送信する場合、λ２１の光波を光ファイバリング１０３に送信する。
【０２９７】
ＰＣ２１では、光ファイバリング１０３から受信した光波λ２１の位相共役光λ′２１を発生し、光ファイバリング１０４に送信する。
ノード１では、光ファイバリング１０４より、光波λ′２１を受信し、この光波λ２１′をノード２からの送信信号として受信する。
【０２９８】
ＰＣ２１を、光ファイバリング１０３と光ファイバリング１０４との総分散量と光カー効果の総量とが等しくなる位置に設けることにより、ノード２で内側光ファイバリングに挿入される光信号λ２１とほぼ同一波形の位相共役光λ′２１をノード１において内側光ファイバリングから分岐することができる。
【０２９９】
従って、ノード１においても、受信光信号の複雑な波形整形・タイミング再生を行う必要はなくなる。
ノード１からノード３への通信は、内側光ファイバリング１０６を経由して波長λ１３を用いて行い、ノード３からノード１への通信は外側光ファイバリング１０５を経由して波長λ３１の光波を用いて行う。
【０３００】
ＰＣ１３は、λ１３の位相共役光λ′１３を発生して、光ファイバリング１０８に入力し、ノード３は、λ′１３の光波をノード１からの光信号として受信する。
【０３０１】
また、ノード３からノード１への通信は、外側光ファイバリング１０７を経由して行う。ＰＣ３１は、λ３１の位相共役光λ′３１を発生し、光ファイバリング１０５に入力する。ノード１は、λ′３１の光波をノード３からの光信号として受信する。
【０３０２】
同様に、ノード２からノード３への通信は、外側光ファイバリング１１２を経由して波長λ２３を用いて行い、ノード３からノード２への通信は内側光ファイバリング１０９を経由して波長λ３２の光波を用いて行う。
【０３０３】
ＰＣ２３は、λ２３の位相共役光λ′２３を発生して、光ファイバリング１１０に入力し、ノード３は、λ′２３の光波をノード２からの光信号として受信する。
【０３０４】
また、ＰＣ３２は、λ３２の位相共役光λ′３２を発生し、光ファイバリング１１１に入力する。ノード２は、λ′３２の光波をノード３からの光信号として受信する。
【０３０５】
図２８に示すリング型光波ネットワークでは、光ファイバリングが断となった際にも、通信を継続可能である。即ち、光ファイバリング１０１が断となった場合、ノード１からノード２への通信は、内側光ファイバリング１０６，１０８，１０９，１１１からなる迂回路を用いて継続することが可能である。
【０３０６】
ここで、「光ファイバリングが断になる」というのは、光ファイバリングが物理的に損傷を受けて伝送不能になった場合を含み、更に、光ファイバリングが伝送容量のオーバーフローをきたして伝送困難になった場合を含む。
【０３０７】
この場合、ノード１は、波長λ１２の光波を光ファイバリング１０６に送信する。ＰＣ１３の位置には、ＰＣ１２′を設けておき、このＰＣ１２′により、λ１２の光波からλ″１２の位相共役光を発生し、光ファイバリング１０８に送信する。
【０３０８】
ノード３は、λ″１２の光波を通過させ、光ファイバリング１０９に送信する。ＰＣ３２の位置には、ＰＣ１２″を設けておき、光ファイバリング１１１から受信したλ″１２の光波から、λ′１２の位相共役光を発生し、光ファイバリング１１１に送信する。
【０３０９】
ノード２では、光ファイバリング１１１から受信したλ′１２の光波をノード１からの光信号として受信する。
上記の場合、ＰＣ１３の位置に設けたＰＣ１２′と、ＰＣ３２の位置に設けたＰＣ１２″により、２段階の位相共役光発生が行われるため、２段階の波長変換が行われることになる。
【０３１０】
従って、ＰＣ１２′とＰＣ１２″で用いるポンプ光波長を適宜選択して、ノード１から受信する光波λ１２と、ノード２へ送信する光波λ′１２とが、ＰＣ１２における入力光波λ１２と位相共役光λ′１２の波長と等しくなるようにすることが好ましい。
【０３１１】
このように設定することにより、ノード１では、障害時にも同一の光源を用いることができ、また、ノード２でも同一の光受信系を用いることができる。
従って、ノード１においては、ノード１への光源を１つだけ用意しておき、光スイッチにより、光ファイバリング１０１と接続するか、光ファイバリング１０６と接続するかを障害状況に応じて選択するだけでよい。
【０３１２】
この場合、ノード２では、光ファイバリング１０２及び光ファイバリング１１１をそれぞれ同一の受信系に接続しておくだけで、ノード１からの光波λ′１２を受信することが可能である。また、逆に、ノード１においては、常に光ファイバリング１０１及び光ファイバリング１０６に光波λ１２を送信し、ノード２において、障害状況に応じて、光ファイバリング１０２から光波λ′１２を受信するか、光ファイバリング１１１から光波λ′１２を受信するかを選択すればよい。
【０３１３】
以上において、ＰＣ１２′及びＰＣ１２″をＰＣ１３及びＰＣ３２と同一位置に設けることができるのは、ＰＣ１３が光ファイバリング１０６と光ファイバリング１０９の総分散量と光カー効果の総量とが等しくなる位置に設けられており、更に、ＰＣ３２が光ファイバリング１０９と光ファイバリング１１１の総分散量と光カー効果の総量とが等しくなる位置に設けられているからである。
【０３１４】
尚、ノード２からノード１への迂回路としては、光ファイバリング１１２，１１０，１０７，１０５の経路を用いることができ、ノード２からノード３への迂回路としては、光ファイバリング１０３，１０４，１０６，１０８の経路を用いることができ、更にノード３からノード２への迂回路としては、光ファイバリング１０７，１０５，１０１，１０２の経路を用いることができる。動作等は、上記のようにノード１からノード２への通信の迂回路の場合と同様である。
【０３１５】
尚、以上の例では、内側光ファイバリングと外側光ファイバリングとして別の光路を用いる場合を説明したが、光波λ１２とλ２１との波長として別の波長を用いることにより、同一の光路を用いて双方向光通信を行うこともできる。この場合は、外側光ファイバリングと内側光ファイバリングとが物理的に同一であるので、当然、それぞれの総分散量と光カー効果との総量とが等しくなるので、ＰＣ１２，ＰＣ２１をそれぞれ同じ位置に設けることができる。
【０３１６】
図２９には、ノード１の具体的構成を示す。図において、ＤＭＵＸは、光波長分離装置であり、光学的に異なる波長の光波に分離するものである。また、ＭＵＸは、光波長多重化装置であり、光学的に異なる波長の光を多重化して、１本の光ファイバに結合するためのものである。ノード２，３も同様に構成することができる。また、１本の光ファイバリングにて双方向光伝送を行う場合には、図の点線で示すように、光ファイバリング１０１をＤＭＵＸに接続し、光ファイバリング１０５をＭＵＸに接続すればよい。
【０３１７】
図３０は、位相共役光発生器ＰＣ１２，ＰＣ２１の具体的構成を示すものである。ＰＣ１２，ＰＣ１３′，ＰＣ３２′としては、前述したようにＤＦＢ−ＬＤを用いることが好適である。
【０３１８】
ＤＦＢ−ＬＤを用いることにより、位相共役光発生器を大幅に小型化・簡素化できるため、光波長多重通信において、図３０のように、各波長毎に位相共役光発生装置を設け、個別に波長変換を行うことができる。
【０３１９】
従って、位相共役光発生器の所要帯域を拡大するための制御の必要がなくなる。尚、図３０においては、位相共役光のみを光ファイバリングに入力するため（プローブ光、ポンプ光を除去するため）位相共役光の波長のみを透過する帯域通過光フィルタを設けている。
【０３２０】
図３１は、図２８の光波ネットワークの更に別の構成例を示すものである。図中、○は、図２８と同様のノードを示し特定の波長の光波の挿入・分岐機能を持つものである。この場合、図２８と異なるのは、位相共役光発生器ＰＣに、光分岐・切替機能を持たせている点である。ＰＣ１２１の具体的構成について、図３２を参照して説明する。
【０３２１】
いま、ＰＣ１２１は、ノード（Ｎｏｄｅ）１１側のサブ・ネットワーク（Ｓｕｂ−Ｎｅｔｗｏｒｋ）１から光信号を受信し、ノード１２側のサブ・ネットワークへ光信号を送信する場合を考える。ノード１１側のサブ・ネットワーク１は、光波長分離装置ＤＭＵＸに接続され、各波長毎に光波λ１１〜λ１ｊに分離される。λ１１〜λ１ｉの光波をサブ・ネットワーク１の光通信用として用いる場合、それぞれの光波λ１１〜λ１ｉの位相共役光を発生し、光フィルタにより、この位相共役光のみを抽出して、これらを光波長多重化装置ＭＵＸに入力して多重化し、サブ・ネットワーク１のノード１２側へ入力する。また、光波λ１ｍ〜λ１ｊをメイン・ネットワーク（Ｍａｉｎ−Ｎｅｔｗｏｒｋ）との通信用として用いる場合は、それぞれの光波λ１ｍ〜λ１ｊの位相共役光を発生し、光フィルタにより、この位相共役光のみを抽出して、これらを光波長多重化装置ＭＵＸに入力して、多重化し、メイン・ネットワークの光ファイバ１３０に入力する。この場合、ノード１１とＰＣ１２１との間の光ファイバ１３１とＰＣ１２１とノード１２との間の光ファイバ１３２との間で、総分散量及び光カー効果の総量とを等しく設定し、更に、ノード１１とＰＣ１２１との間の光ファイバ１３１とＰＣ１２１とノード１０との間の光ファイバ１３０との間で総分散量及び光カー効果の総量とを等しく設定する。
【０３２２】
尚、ノード１０においては、例えば、特公平６−６６９８２号に記載された光マトリクススイッチを用いて、光波の経路を切り替えることができる。この光マチリクススイッチを用いることにより、ＰＣ１２４，ＰＣ１２５，ＰＣ１２６のいずれへも光波信号を送信することができる。
【０３２３】
尚、図２８乃至図３２の実施形態においては、ＤＦＢレーザダイオードを用いていない位相共役光発生器も採用可能である。この種の位相共役光発生器は、例えば、信号光ビームが供給される非線形光学媒質（例えば光ファイバ又は半導体光増幅器）と、ポンプ光を出力するポンプ光源と、ポンプ光を非線形光学媒質に供給するための光カプラとを備えている。非線形光学媒質内において信号光ビーム及びポンプ光に基づく四光波混合によって位相共役光ビームが発生し、位相共役光ビームは非線形光学媒質から出力される。
【０３２４】
図３４の（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は図４のＤＦＢレーザダイオードの変形例を示す断面図である。図３４の（Ａ）は、各層１２，１４及び１５間の接合面に垂直な平面に対して傾斜した第１の端面（劈開面）と接合面に対して実質的に垂直な第２の端面（劈開面）とを有するＤＦＢレーザダイオードを示している。第１の端面には信号光ビームが供給され、第２の端面は信号光ビーム、ポンプ光及び位相共役光ビームを出力する。図３４の（Ａ）に示される構成においては、第１の端面からＤＦＢレーザダイオード内部に向けて反射する光は漏洩モードになるので、この反射光が導波路層１２内に導き入れられることが防止される。その結果、位相共役光ビームを安定に発生させることができる。従って、図３４の（Ａ）に示される構成は、図２，８，９，１５及び１６に示されるような一方向型の位相共役光発生器に適している。
【０３２５】
図３４の（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ図１０，１１，１３及び３３に示されるような双方向型の位相共役光発生器に適したＤＦＢレーザダイオードを示している。図３４の（Ｂ）及び（Ｃ）に示されるＤＦＢレーザダイオードの各々は、接合面に垂直な平面に対して傾斜した第１及び第２の端面（劈開面）を有している。図３４の（Ｂ）の第１及び第２の端面は互いにほぼ平行であり、図３４の（Ｃ）の第１及び第２の端面は互いに平行ではない。図３４の（Ｂ）又は（Ｃ）に示される構成によると、第１及び第２の端面の各々で反射した光が漏洩モードになるので、反射光が導波路層１２内に導き入れられることが防止される。その結果、ＤＦＢレーザダイオード内において互いに逆方向に伝搬する位相共役光ビームを安定に発生させることができる。
【０３２６】
反射光の影響を更に抑圧するために、図３４に示される変形例においては、第１及び第２の端面の何れか一方又は両方に反射防止膜（図４において符号２２で示されるものを参照）が設けられていてもよい。反射防止膜の適切な設計によって、０．１％よりも小さい反射率を得ることができる。
【０３２７】
図３５は図１０に示される位相共役光発生器の第１の変形例を示す図である。ここでは光帯域阻止フィルタ２０２が付加的に設けられている。フィルタ２０２は光サーキュレータ４６のポート４６Ｃと出力ポート５０との間に光学的に接続されており、フィルタ２０２はＤＦＢレーザダイオード１において発生したポンプ光成分Ｅ_P1及びＥ_P2を除去する。
【０３２８】
図３６は図３５に示される光帯域阻止フィルタ２０２の透過率の波長特性を示している。フィルタ２０２はポンプ光成分Ｅ_P1及びＥ_P2の波長λ_P を含む狭い阻止帯域を有している。即ち、波長λ_P の近傍の領域における透過率は実質的に０％であり、それ以外の領域における透過率は実質的に１００％である。図３６に示されるような波長特性は例えば光帯域阻止フィルタ２０２としてファイバグレーティングを用いることにより得ることができる。
【０３２９】
光学媒質（例えばガラス）の屈折率が光照射によって恒久的に変化する場合、その媒質は感光性であるといわれる。この性質を用いることにより、光ファイバのコアにファイバグレーティングを作製することができる。このようなファイバグレーティングの特徴は、グレーティングピッチ及びファイバモードの有効屈折率によって決定される共振波長近傍の狭い帯域で光をブラッグ反射させることである。ファイバグレーティングは、例えば、フェイズマスクを用いて波長２４８ｎｍ又は１９３ｎｍで発振するエキシマレーザを照射することによって作製することができる（K. O. Hill, B. Malo, F. Bilodeau, D. C. Johnson, and J. Albert, “Bragg gratings fabricated in monomode photosensitive optical fiber by UV exposure through a phase mask”, Applied Physics Letters, Vol.62, No.10, pp.1035-1037, March 8, 1993 ）。従って、ファイバグレーティングの共振波長を最適化することによって、波長λ_P を含む、光帯域阻止フィルタの狭い素子帯域を得ることができる。
【０３３０】
特に図３５に示される光帯域阻止フィルタ２０２の阻止帯域が波長λ_P に実質的に等しい中心波長を有する場合には、ＤＦＢレーザダイオード１内において発生したポンプ光成分Ｅ_P1及びＥ_P2はフィルタ２０２により効果的に除去される。従って、ポンプ光成分Ｅ_P1及びＥ_P2は出力ポート５０から出力されない。このように、受信局或いは光伝送路の下流側に配置される光デバイスに対するポンプ光の影響が低減され、位相共役光ビームの処理（抽出、増幅等）が容易になる。
【０３３１】
図３７は図１０に示される位相共役光発生器の第２の変形例を示す図である。図３５のフィルタ２０２に代えて２つの光帯域阻止フィルタ２０２（＃１及び＃２）が設けられている。フィルタ２０２（＃１）は１／２波長板４４とＤＦＢレーザダイオード１の励振端１Ｂとの間に光学的に接続されており、フィルタ２０２（＃２）はＤＦＢレーザダイオード１の励振端１Ａと偏波ビームスプリッタ４２のポート４２Ｃとの間に光学的に接続されている。フィルタ２０２（＃１及び＃２）の各々は、図３５に示されるフィルタ２０２と同等の波長特性、即ち図３６に示されるような波長特性を有している。従って、図３７に示される実施形態によると、ＤＦＢレーザダイオード１内において発生したポンプ光成分Ｅ_P1及びＥ_P2はそれぞれフィルタ２０２（＃１及び＃２）により除去され、ポート５０から出力することはない。
【０３３２】
位相共役光発生器がＤＦＢレーザダイオードを含む場合、上述のような光帯域阻止フィルタを使用することの効果は絶大である。何故ならば、ＤＦＢレーザダイオードにおいて発生して出力されるポンプ光は、位相共役光を発生させるために非線形光学媒質に外部から導入したポンプ光の残留成分のパワーに比べて大きなパワーを有しているので、そのようなハイパワーなポンプ光の影響がその位相共役光発生器の下流側において生じ易いからである。
【０３３３】
図３８は図１０の位相共役光発生器の第３の変形例を示す図である。ここでは、入力ポート４８と光サーキュレータ４６のポート４６Ａとの間に光学的に接続される光帯域阻止フィルタ２０４が付加的に設けられている。フィルタ２０４は例えばファイバグレーティングからなる。フィルタ２０４は予め定められた波長を含む狭い阻止帯域を有している。上記予め定められた波長は、ＤＦＢレーザダイオード１内において四光波混合により発生する位相共役光ビームＥ_C1及びＥ_C2の波長λ_c に実質的に一致するように設定される。
【０３３４】
図３９の（Ａ）は図３８に示される光帯域阻止フィルタ２０４の透過率の波長特性を示している。波長λ_c の近傍の領域における透過率は実質的に０％であり、他の領域における透過率は実質的に１００％である。
【０３３５】
図３９の（Ｂ）は図３８に示される光帯域阻止フィルタ２０４を透過した光のパワースペクトルを示している。入力ポート４８に供給された入力光ビームは、ＡＳＥ（自然放出光）雑音と、波長λ_s にてＡＳＥ雑音に重畳された信号成分（Ｅ_s ）とを有している。入力光ビームが光帯域阻止フィルタ２０４を通過することによって、ＡＳＥ雑音の一部分が波長λ_c の近傍において除去される。
【０３３６】
図３９の（Ｃ）は図３８に示される位相共役光発生器から出力される光のパワースペクトルを示している。ＤＦＢレーザダイオード１内における信号光ビームＥ_s （偏波成分Ｅ_s1及びＥ_s2）及びポンプ光Ｅ_p （ポンプ光成分Ｅ_p1及びＥ_p2）に基づく四光波混合の結果、位相共役光ビームＥ_c （Ｅ_c1及びＥ_c2）が波長λ_c において発生する。ＡＳＥ雑音は波長λ_c の近傍において予め除去されているので、得られた位相共役光ビームは良好な信号対雑音比（ＳＮＲ）を提供する。
【０３３７】
図４０は図１５に示される位相共役光発生器の変形例を示す図である。ＤＦＢレーザダイオード１と非線形光学媒質６８との間に光学的に接続された光増幅器２０６が付加的に設けられている。ＤＦＢレーザダイオード１はポンプ光Ｅ_p を発生するように駆動されており、信号光ビームＥ_s はＤＦＢレーザダイオード１に供給される。ＤＦＢレーザダイオード１内における信号光ビームＥ_s 及びポンプ光Ｅ_p に基づく四光波混合によって位相共役光ビームＥ_c が発生する。ＤＦＢレーザダイオード１から出力された信号光ビームＥ_s 、ポンプ光Ｅ_p 及び位相共役光ビームＥ_c は光増幅器２０６において増幅され、次いで非線形光学媒質６８に供給される。非線形光学媒質６８内においては、位相共役光ビームＥ_c が四光波混合によって強められ、非線形光学媒質６８から出力される。特にこの実施形態では、ポンプ光Ｅ_p が非線形光学媒質６８に供給される前に光増幅器２０６により増幅されているので、非線形光学媒質６８内における非線形効果が高められ、得られる位相共役光ビームＥ_c のパワーが効果的に増大される。
【０３３８】
波長１．５μｍ帯における増幅の場合、光増幅器２０６としてはエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）が適している。非線形光学媒質６８は、例えば、半導体光増幅器（ＳＯＡ）或いは分散シフトファイバ（ＤＳＦ）等の光ファイバである。光ファイバが非線形光学媒質６８として用いられており、その零分散波長がポンプ光Ｅ_p の波長に実質的に一致している場合、位相整合条件を容易に満足することができるので、得られる位相共役光ビームＥ_c のパワーを高めることができる。
【０３３９】
図４１は本発明による偏波無依存位相共役光発生器の実施形態を示す図である。この位相共役光発生器は、例えば図３３の光ループから取り出したようなカスケード接続されたＤＦＢレーザダイオード１及び１′を有している。ＤＦＢレーザダイオード１はＴＥ偏波面を有するポンプ光Ｅ_p を発生するように駆動され、ＤＦＢレーザダイオード１′はＴＭ偏波面を有するポンプ光Ｅ_p ′を発生するように駆動されている。ＤＦＢレーザダイオード１に供給される信号光ビームＥ_s はそれぞれＴＥ及びＴＭ偏波面に対応する偏波面を有する第１及び第２の信号成分からなる。第１の信号成分は、ＤＦＢレーザダイオード１内において第１の信号成分及びポンプ光Ｅ_p に基づく四光波混合プロセスを通して第１の位相共役光成分に変換され、第２の信号成分はＤＦＢレーザダイオード１を透過する。第２の信号成分は、次いで、ＤＦＢレーザダイオード１′内における第２の信号成分及びポンプ光Ｅ_p ′に基づく四光波混合プロセスを通して第２の位相共役光成分に変換され、ＤＦＢレーザダイオード１内において発生した第１の位相共役光成分はＤＦＢレーザダイオード１′を透過する。第１及び第２の位相共役光成分はＤＦＢレーザダイオード１′から位相共役光ビームＥ_c として出力される。この実施形態によると、第１及び第２の信号成分の両方が位相共役光ビームに変換されるので、変換効率の偏波依存性が小さくなる。
【０３４０】
図４２は図４１に示される位相共役光発生器の変形例を示す図である。ＤＦＢレーザダイオード１及び１′の各々がＴＥ及びＴＭ偏波モードに対して異なる透過率を有している場合、偏波依存性の減少の程度が悪くなる可能性がある。この可能性に対処するために、ここでは、ＤＦＢレーザダイオード１及び１′の間に偏波依存エレメント２０８が設けられている。エレメント２０８はＴＥ及びＴＭ偏波モードに対して異なる損失又は利得を有しており、エレメント２０８は、この位相共役光発生器における変換効率の偏波依存性が最小になるように設定又は調節されている。エレメント２０８としては、例えば光増幅器又は偏光子を用いることができる。
【０３４１】
ところで、位相共役変換がカスケード接続された第１及び第２の非線形光学媒質（例えば図１６に示されるＤＦＢレーザダイオード１及び光ファイバ７２）を含む位相共役光発生器において行なわれる場合、変換効率及び変換帯域は第１及び第２の非線形光学媒質における非線形効果の和によって決定される。ここで、変換帯域は、あるパワーの位相共役光ビームが得られる条件下におけるポンプ光及び信号光の最大の離調波長（離調周波数）で定義される。一般に、第２の非線形光学媒質としての光ファイバは第１の非線形光学媒質としてのＤＦＢレーザダイオード又は半導体光増幅器よりも広い変換帯域を有している。従って第１の非線形光学媒質としてのＤＦＢレーザダイオード又は半導体光増幅器と第２の非線形光学媒質としての光ファイバとの組み合わせは、高い変換効率及び広い変換帯域を有する位相共役光発生器を提供する。
【０３４２】
一般の目的で使用される分散シフトファイバ（ＤＳＦ）は、その非線形係数γとして約２．６Ｗ^-1ｋｍ^-1程度の値しか有しておらず、従って、十分な変換効率を得るためにはファイバ長を１０ｋｍ以上にすることが要求される。従って、ファイバ長を短くするのに十分大きな非線形係数γを有するＤＳＦの提供が要望されているのである。もし、第２の非線形光学媒質として使用されるＤＳＦの長さを短くすることができるとすれば、その零分散波長の管理が容易になり、従ってポンプ光の波長をＤＳＦの零分散波長に実質的に一致させるのが容易になり、その結果広い変換帯域を得ることができる。
【０３４３】
非線形係数γは、
γ＝ωｎ₂ ／ｃＡ_eff
で与えられる。ここで、ωは光周波数、ｎ₂ 及びＡ_eff はそれぞれ光ファイバの非線形屈折率及び有効コア断面積、ｃは光速である。従って、大きな非線形係数γを得るためには、非線形屈折率ｎ₂ を大きくし或いは有効コア断面積Ａ_eff に対応するＤＳＦのモードフィールド径（ＭＦＤ）を小さくすることが有効である。非線形屈折率ｎ₂ を大きくすることは、例えば、クラッドにフッ素等をドープし或いはコアに高濃度のＧｅＯ₂ をドープすることにより可能である。コアにＧｅＯ₂ を２５乃至３０ｍｏｌ％ドープすることによって、非線形屈折率ｎ₂ として５×１０^-20 ｍ² ／Ｗ以上の大きな値が得られている。ＭＦＤを小さくすることは、比屈折率差Δ又はコアの形状の設計により可能である。このようなＤＳＦの設計はＤＣＦ（分散補償ファイバ）の場合と同様である。例えば、コアにＧｅＯ₂ を２５乃至３０ｍｏｌ％でドープし、且つ、比屈折率差Δを２．５乃至３．０％に設定することによって、４μｍよりも小さなＭＦＤの値が得られている。これらの総合効果として、１５Ｗ^-1ｋｍ^-1以上の大きな非線形係数γの値が得られている。
【０３４４】
他の重要な点として、このような大きな値の非線形係数γを提供するＤＳＦがポンプ帯域に含まれる零分散波長を有すべきことが挙げられる。零分散波長とポンプ帯域とのこのような一致性は、ファイバパラメータ（例えば比屈折率差Δ及びＭＦＤ）を次のようにして設定することにより可能である。通常の光ファイバにおいては、ＭＦＤを一定にした条件で比屈折率差Δを大きくすると分散値は正常分散領域で大きくなる。位相共役光発生器による前置補償或いは後置補償に用いられる前述のようなＤＤ−ＤＣＦはこのような原理により実現するものである。一方、コア径を大きくすると分散は減少し、逆にコア径を小さくすると分散は大きくなる。従って、ＭＦＤをポンプ帯域に適合するある値に設定した後に、零分散波長がポンプ光の予め定められた値に一致するようにコア径を調節すればよいのである。
【０３４５】
変換効率はγＰＬ（Ｐは光パワー、ＬはＤＳＦの長さ）の二乗に比例するから、大きな非線形係数γを有するＤＳＦは、通常のＤＳＦに比べて２．６／１５≒１／５．７程度の長さで同じ変換効率を達成可能である。前述のように十分大きな変換効率を得るためには通常のＤＳＦにあっては１０ｋｍ程度の長さが必要であるのに対して、このような大きな非線形係数γを有する光ファイバにあっては、１乃至２ｋｍ程度の長さで同様の変換効率を得ることができる。実際には、ファイバ長を短くすることができる分損失が小さくなるので、同じ変換効率を得るために更にファイバ長を短くすることができる。このような短い長さのＤＳＦにおいては、零分散波長の制御性がよくなり、従ってポンプ光の波長を零分散波長に実質的に一致するように容易に制御することができ、広い変換帯域を提供することができる。更に、数ｋｍのファイバ長であれば偏波面保存能力が確保されているので、このようなＤＳＦの本発明への適用は、高い変換効率及び広い変換帯域を達成し偏波依存性を排除する上で極めて有効である。
【０３４６】
位相共役光を発生するための非線形光学媒質として光ファイバを有している装置においては、変換帯域は光ファイバの分散により制限される。従って、光ファイバの長手方向の分散が完全に制御され、例えば全長（非線形長）に渡り唯一の零分散波長しかない場合には、ポンプ光の波長を零分散波長に合わせることにより、事実上無限大の（分散傾斜が直線状である範囲内で制限のない）変換帯域が得られる。実際には、光ファイバの製造技術上零分散波長が光ファイバの長手方向にばらつくため、位相整合条件が理想状態からずれ、これにより変換帯域が制限される。
【０３４７】
しかし、このような場合であっても、光ファイバを切断して複数の小区間に分割し、零分散波長の似ている区間同士をスプライス等により繋ぎ合わせてゆくことにより（当初のファイバ端から数えた順番とは違う順番で）、全長における平均分散は同じであるにもかかわらず、広い変換帯域を有する位相共役光発生装置を提供するのに適した光ファイバを得ることができる。
【０３４８】
或いはまた、十分広い変換帯域を得るのに必要な程度に高精度な分散制御が可能な長さ（例えば数百メートル以下）のファイバを予め多数用意しておき、所要の零分散波長のものを組み合わせて所要の変換効率を得るのに必要な長さのファイバを得、これを用いて位相共役光発生装置を製造することによって、広い変換帯域を得ることができる。
【０３４９】
尚、このようにして変換帯域を拡大する場合には、ポンプ光のパワーが高いファイバのポンプ光入力端の近くに零分散波長の小さい部分或いは零分散波長のバラツキの少ない部分を集めることが有効である。また、必要に応じて順次分割数を増やしたり、ポンプ光入力端から離れた位置で比較的分散値の大きなところでは、分散値の正負を交互に配置する等により適当に組み合わせることによって更に変換帯域を拡大することができる。
【０３５０】
このように、本発明のある側面によると、位相共役光を発生するための非線形光学媒質として光ファイバを有する装置を製造するための方法であって、（ａ）光ファイバを切断して複数の区間に分割するステップと、（ｂ）非縮退四光波混合による変換帯域が拡大されるように上記複数の区間を並べ替えて繋ぎ合わせるステップとを含む方法が提供される。
【０３５１】
望ましくは、上記複数の区間の各々の分散値（例えばポンプ光に対する分散値）が測定され、光ファイバにポンプ光を入力するときの入力端に近い側に比較的分散値の小さい区間が配置されるように上記複数の区間が並び替えられる。これにより、ポンプ光のパワーが高い部分で効果的に位相整合条件を得ることができるので、変換帯域が効果的に拡大される。
【０３５２】
望ましくは、上記複数の区間の少なくとも一部は分散値の正負が交互になるように繋ぎ合わされる。これにより、光ファイバの各部分の平均分散を小さく抑えることができるので、変換帯域の効果的な拡大が可能になる。
【０３５３】
本発明の他の側面によると、位相共役光を発生するための非線形光学媒質として光ファイバを有する装置を製造するための方法であって、（ａ）光ファイバを切断して複数の区間に分割するステップと、（ｂ）上記複数の区間の各々の分散値（例えばポンプ光に対する分散値）を測定するステップと、（ｃ）非縮退四光波混合による所要の変換帯域を得るのに十分小さい分散値を有する区間だけを選んで繋ぎ合わせるステップとを含む方法が提供される。
【０３５４】
次に、非線形効果を用いた変換帯域の拡大方法について説明する。非線形効果が大きな光ファイバ（ポンプ光のパワーＰ₀ が大きい場合を含む）を想定し、信号光とポンプ光の周波数差をΩ（≡｜ω_p −ω_c ｜＝｜ω_s −ω_p ｜）とすると、四光波混合における位相不整合量Δｋは次式で与えられる。
【０３５５】
Δｋ＝β₂ Ω² ＋２γＰ₀
ここで、β₂ はポンプ光の波長における分散値である。通常のファイバにおいては、２γＰ₀ が十分に小さいので、位相整合（Δｋ＝０）のための条件はβ₂ ＝０で与えられる。これに対して、非線形効果の大きなファイバの場合には、２γＰ₀ の値を無視することができないので、位相整合のための条件が変わってくる。２γＰ₀ は常に正の値であるから、β₂ がある負の値になることが位相整合の条件となる。即ち、ポンプ光の波長を異常分散領域に配置すればよい。このとき、最も位相整合のとれる離調周波数Ω₁ は次式で与えられる。
【０３５６】
Ω₁ ＝（２γＰ₀ ／｜β₂ ｜）^1/2
従って、γ及びＰ₀ に対してポンプ光を適宜調整することにより、変換帯域をΩ₁ 付近まで広げることが可能となる。
【０３５７】
図４３及び４４は高い変換効率及び広い変換帯域を有する位相共役光発生器を示す図である。これらの位相共役光発生器の各々は、カスケード接続された第１の非線形光学媒質６８（＃１）と第２の非線形光学媒質６８（＃２）との組み合わせを有している。図４３は第１の非線形光学媒質６８（＃１）が半導体光増幅器（ＳＯＡ）７０を含む場合を示しており、図４４は第１の非線形光学媒質６８（＃１）がＤＦＢレーザダイオード１を含む場合を示している。図４３及び４４の双方共に、第２の非線形光学媒質６８（＃２）はＤＳＦ７２を含む。
【０３５８】
図４３の実施形態においては、供給された信号光ビームとポンプ光源２１０から出力されたポンプ光とが光カプラ２０９により加え合わされてＳＯＡ７０に入力される。ＳＯＡ７０内における信号光ビーム及びポンプ光に基づく四光波混合によって、位相共役光ビームが発生する。ＳＯＡ７０から出力された信号光ビーム、ポンプ光及び位相共役光ビームは次いでＤＳＦ７２に供給される。ＤＳＦ７２においては、四光波混合によって位相共役光ビームのパワーが高められ、その位相共役光ビームは次いでＤＳＦ７２から出力される。このようなＳＯＡ７０及びＤＳＦ７２の組み合わせを用いたプロセスにおいては、変換効率が高められる。
【０３５９】
変換帯域を広くし且つ変換効率を更に高めるために、ここでは光帯域通過フィルタ２１６、フォトディテクタ２１８及び制御ユニット２２０を含むフィードバックループが設けられている。ポンプ光源２１０は駆動回路２１２によって駆動されている。駆動回路２１２は、供給された制御信号に従ってポンプ光の波長を調節する。ＤＳＦ７２から出力された光は光カプラ２１４によって２つのビームに分けられ、これらのビームのうちの一方は光帯域通過フィルタ２１６に供給される。フィルタ２１６は位相共役光ビームの波長λ_c を含む狭い通過帯域を有している。フィルタ２１６を通過したビーム成分は、フォトディテクタ２１８によって光パワーに対応するレベル（例えば電圧レベル）を有する電気信号に変換される。制御ユニット２２０は、フォトディテクタ２１８から出力された信号を受け、フォトディテクタ２１８による検出光パワーがより高くなるように前述の制御信号を発生する。このようなフィードバック制御の結果として、ＳＯＡ７０及びＤＳＦ７２に供給されるポンプ光の波長は望ましい値（例えばＤＳＦ７２の零分散波長）に等しくなるように制御される。それによって、広い変換帯域及び高い変換効率が得られる。何故ならば、得られる位相共役光ビームのパワーが最大になるときにポンプ光の波長が最適値に等しいからである。ポンプ光源２１０としてレーザダイオードが用いられている場合には、ポンプ光の波長はレーザダイオードの注入電流或いは温度により変化させることができる。
【０３６０】
図４４に示される実施形態においては、制御ユニット２２０から出力される制御信号はＤＦＢレーザダイオード１の駆動回路７に供給される。駆動回路７は、供給された制御信号に基づいて、ＤＦＢレーザダイオード１内において発生するポンプ光の波長を制御する（図２乃至図５の説明を参照）。その結果、ポンプ光の波長は望ましい値（例えばＤＳＦ７２の零分散波長）に一致するように制御され、それにより広い変換帯域及び高い変換効率が得られる。ここではＤＦＢレーザダイオード１の駆動電流が制御されているが、ＤＦＢレーザダイオードの温度が制御されてもよい。
【０３６１】
図示はしないが、第１の非線形光学媒質６８（＃１）と第２の非線形光学媒質（＃２）との間に光増幅器を設けておき、第２の非線形光学媒質６８（＃２）に供給されるポンプ光のパワーが高くなるようにしてもよい。これにより変換効率が更に高まる。
【０３６２】
ところで、ＤＦＢレーザダイオード及び半導体光増幅器等の半導体非線形光学媒質における非縮退四光波混合プロセスにおいては、信号光ビームの波長がポンプ光の波長よりも長い場合（λ_p ＜λ_s ）の変換効率の方が、信号光の波長がポンプ光の波長よりも短い場合（λ_s ＜λ_p ）の変換効率よりも高い。これは次のような理由によるものと考えられている。半導体非線形光学媒質を用いた変換プロセスにおいては、次に示すような三次の非線形効果の総合効果に基づいて四光波混合が発生する。
【０３６３】
（１）キャリア密度の変調効果（帯域０．１ｎｍ以下）
（２）キャリアヒーティング効果（約１０ｎｍの帯域）
（３）スペクトルホールバーニング効果（帯域５０ｎｍ以上）
結果として、四光波混合プロセスを通して発生した光の位相関係は、λ_p ＜λ_s の場合には相乗されるのに対して、λ_s ＜λ_p の場合には互いにキャンセルアウトされるのである。従って、半導体非線形光学媒質を用いて位相共役光ビームを発生させる場合には、信号光ビームの波長をポンプ光の波長よりも長く設定しておくことによって、変換効率を高くすることができる。
【０３６４】
このような半導体非線形光学媒質における波長関係の制限は、半導体非線形光学媒質に波長関係の制限がない外部非線形光学媒質をカスケード接続することにより回避することができる。即ち、前述したような、第１の非線形光学媒質としてのＤＦＢレーザダイオード或いは半導体光増幅器と第２の非線形光学媒質としての光ファイバとの組み合わせは、上述のような波長関係の制限を回避して変換帯域を拡大する上で有効である。
【０３６５】
尚、半導体光増幅器と光ファイバとをカスケード接続する場合には、これらの順序は限定されない。
また、異なる変換帯域を提供する第１及び第２の光ファイバをカスケード接続して位相共役光発生装置を提供する場合においても、狭い方の変換帯域に起因する帯域制限を排除することができるので、このような非線形光学媒質の組み合わせも変換帯域を拡大する上で有効である。
【０３６６】
【発明の効果】
本発明により、光ファイバ内の波長分散と光カー効果による波形歪みを理想的に補償することが可能になり、光速・大容量の光信号の長距離光ファイバ伝送が可能になる。
【０３６７】
また、以上説明した本発明による構成又は手順によると次のような効果がある。
（１）信号光ビームから位相共役光ビームへの変換効率を高くすることができる方法及び装置の提供が可能になる。
【０３６８】
（２）信号光ビームから位相共役光ビームへの変換における変換帯域を広くすることができる方法及び装置並びに該装置の製造方法を提供することができる。
（３）信号光ビームから位相共役光ビームへの変換効率が信号光ビームの偏波状態に依存しにくい方法及び装置を提供することができる。
【０３６９】
（４）信号対雑音比が良好な位相共役光ビームを得ることができる方法及び装置の提供が可能になる。
（５）（１）〜（４）の装置を有する、或いは、（１）〜（４）の方法が適用される、光通信に適したシステムの提供が可能になる。
【０３７０】
（６）柔軟性に富んだ光ネットワークシステムを提供するのに適した、位相共役光発生器を有する新規なシステムの提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の方法を示す図である。
【図２】本発明に適用可能な位相共役光発生器を示す図である。
【図３】図２のＤＦＢレーザダイオードの一部破断斜視図である。
【図４】図３におけるＩ−Ｉ線断面図である。
【図５】図２のＤＦＢレーザダイオードから出力される光のスペクトルの一例を示す図である。
【図６】変換効率の信号光周波数依存性を示すグラフである。
【図７】実験結果を示し、（ａ）は送信パルス波形、（ｂ）は位相共役光発生器（ＰＣ）を用いた場合における１０１ｋｍのＳＭＦ（単一モード光ファイバ）伝送後のパルス波形、（ｃ）はＰＣを用いない場合における１０１ｋｍのＳＭＦ伝送後のパルス波形である。
【図８】図１に従う位相共役光発生器の第１実施形態を示す図である。
【図９】図１に従う位相共役光発生器の第２実施形態を示す図である。
【図１０】図１に従う位相共役光発生器の第３実施形態を示す図である。
【図１１】図１０の実施形態の実証実験のための配置を示す図である。
【図１２】図１１の実験で得られたデータを示すグラフである。
【図１３】図１に従う位相共役光発生器の第４実施形態を示す図である。
【図１４】本発明による第２の方法を説明するための図である。
【図１５】図１４に従う位相共役光発生器の第１実施形態を示す図である。
【図１６】図１４に従う位相共役光発生器の第２実施形態を示す図である。
【図１７】本発明の応用例を示す光通信システムのブロック図である。
【図１８】本発明の波長多重伝送システムへの第１の応用例を示す図である。
【図１９】本発明を波長多重伝送システムに適用する際の周波数配置を説明するための図である。
【図２０】本発明の波長多重伝送システムへの第２の応用例を示す図である。
【図２１】本発明の波長多重伝送システムへの第３の応用例を示す図である。
【図２２】本発明の波長多重伝送システムへの第４の応用例を示す図である。
【図２３】本発明の波長多重伝送システムへの第５の応用例を示す図である。
【図２４】本発明の波長多重伝送システムへの第６の応用例を示す図である。
【図２５】本発明の双方向伝送システムへの応用例を示す図である。
【図２６】光波ネットワークの基本原理を説明する図である。
【図２７】図２６における補償原理の説明図である。
【図２８】位相共役光発生器（ＰＣ）を用いたリングネットワークのシステム構成例を示す図である。
【図２９】図２８におけるノード（Ｎｏｄｅ）１の構成図である。
【図３０】図２８におけるＰＣ（位相共役光発生器）の構成図である。
【図３１】図２８のリングネットワークを更に発展させたＷＤＭネットワーク（光波長多重ネットワーク）の一例を示す図である。
【図３２】図３１における位相共役光発生器（ＰＣ）１２１の構成例を示す図である。
【図３３】図１３の位相共役光発生器の変形例を示す図である。
【図３４】図４のＤＦＢレーザダイオードの変形例を示す図である。
【図３５】図１０の位相共役光発生器の第１の変形例を示す図である。
【図３６】図３５の光帯域阻止フィルタの透過率の波長特性を示す図である。
【図３７】図１０の位相共役光発生器の第２の変形例を示す図である。
【図３８】図１０の位相共役光発生器の第３の変形例を示す図である。
【図３９】図３８における光帯域阻止フィルタの作用を説明するための図である。
【図４０】図１５の位相共役光発生器の変形例を示す図である。
【図４１】本発明による偏波無依存位相共役光発生器の実施形態を示す図である。
【図４２】図４１の位相共役光発生器の変形例を示す図である。
【図４３】高い変換効率及び広い変換帯域を有する位相共役光発生器の実施形態を示す図である。
【図４４】高い変換効率及び広い変換帯域を有する位相共役光発生器の他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１ ＤＦＢレーザダイオード
３２，３８，４２ 偏波ビームスプリッタ
３４，３６，４４ １／２波長板
４６ 光サーキュレータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus for generation and wavelength conversion of phase conjugate light, and a system having the apparatus.
[0002]
[Prior art]
Due to the development of low-loss silica optical fibers, many optical fiber communication systems using optical fibers as transmission lines have been put into practical use. The optical fiber itself has a very wide bandwidth. However, the transmission capacity by optical fiber is practically limited by the system design. The most important limitation is due to waveform distortion due to chromatic dispersion occurring in the optical fiber. Optical fibers also attenuate optical signals, for example at a rate of about 0.2 dB / km, but the loss due to this attenuation has been compensated by the adoption of optical amplifiers such as erbium doped fiber amplifiers (EDFAs).
[0003]
Chromatic dispersion, often referred to simply as dispersion, is a phenomenon in which the group velocity of an optical signal in an optical fiber changes as a function of the wavelength (frequency) of the optical signal. For example, in a standard single mode fiber, for wavelengths shorter than 1.3 μm, an optical signal with a longer wavelength propagates faster than an optical signal with a shorter wavelength, and the resulting dispersion is Usually called normal dispersion. For wavelengths longer than 1.3 μm, an optical signal having a shorter wavelength propagates faster than an optical signal having a longer wavelength, and the resulting dispersion is referred to as anomalous dispersion.
[0004]
In recent years, non-linearity has attracted attention due to the increase in optical signal power due to the adoption of EDFA. The most important nonlinearity of an optical fiber that limits the transmission capacity is the optical Kerr effect. The optical Kerr effect is a phenomenon in which the refractive index of an optical fiber changes with the intensity of an optical signal. The change in refractive index modulates the phase of the optical signal propagating through the optical fiber, resulting in frequency chirping that alters the signal spectrum. This phenomenon is known as self-phase modulation (SPM). The spectrum is expanded by SPM, and waveform distortion due to wavelength dispersion is further increased.
[0005]
As described above, the chromatic dispersion and the Kerr effect give waveform distortion to the optical signal as the transmission distance increases. Therefore, in order to enable long-distance transmission over an optical fiber, chromatic dispersion and nonlinearity need to be controlled, compensated or suppressed.
[0006]
As a technique for controlling chromatic dispersion and nonlinearity, a technique using a regenerative repeater including an electronic circuit for a main signal is known. For example, a plurality of regenerative repeaters are arranged in the middle of the transmission line. In each regenerative repeater, optical / electrical conversion, regeneration processing, and electrical / optical conversion are performed in this order before the waveform distortion of the optical signal becomes excessive. Is called. However, this method has a problem that an expensive and complicated regenerative repeater is required and the electronic circuit of the regenerative repeater limits the bit rate of the main signal.
[0007]
Optical solitons are known as a technique for compensating for chromatic dispersion and nonlinearity. An optical signal pulse having an amplitude, a pulse width and a peak power accurately defined for a given value of anomalous dispersion is generated, whereby pulse compression by SPM and anomalous dispersion due to the optical Kerr effect, and by dispersion The pulse spread balances and the optical soliton propagates while maintaining its waveform.
[0008]
Another technique for compensating for chromatic dispersion and nonlinearity is the application of optical phase conjugation. For example, a method for compensating for chromatic dispersion in a transmission line has been proposed by Yariv et al. (A. Yariv, D. Fekete, and DM Pepper, “Compensation for channel dispersion by nonlinear optical phase conjugation” Opt. Lett., Vol. 4, pp. 52-54, 1979). The optical signal is converted into phase conjugate light at the intermediate point of the transmission line, and the waveform distortion caused by the chromatic dispersion received in the first half of the transmission line is compensated by the distortion caused by the chromatic dispersion in the second half of the transmission line.
[0009]
In particular, if the factors of the phase change of the electric field at the two points are the same, and the environmental change that causes the factors is gentle within the light propagation time between the two points, the phase conjugate is intermediate between the two points. Phase change is compensated by arranging a phase conjugate light generator (S. Watanabe, “Compensation of phase fluctuation in a transmission line by optical conjugation” Opt. Lett., Vol. 17, pp. 1355 -1357, 1992). Therefore, the waveform distortion caused by the SPM is also compensated by adopting the phase conjugator. However, if the optical power distribution is asymmetric before and after the phase conjugator, the nonlinearity compensation is incomplete.
[0010]
The inventor previously proposed a technique for overcoming incomplete compensation due to optical power asymmetry when using a phase conjugator (S. Watanabe and M. Shirasaki, “Exact compensation for both chromatic dispersion”). and Kerr effect in a transmission fiber using optical phase conjugation ”J. Lightwave Technol., vol. 14, pp. 243-248, 1996). The phase conjugator is disposed in the vicinity of the point where the dispersion value before and after that in the transmission line or the total amount of the nonlinear effect becomes equal, and various parameters before and after that are set for each minute section.
[0011]
Regarding the application of the phase conjugator and its optical fiber communication, for example, applications by the present inventors (Japanese Patent Application No. 6-509844, Japanese Patent Application No. 7-44574, Japanese Patent Application No. 7-304229, Japanese Patent Application Laid-Open No. No. 98464 and JP-A-7-301830).
[0012]
The method of generating a phase conjugate wave using a traveling wave semiconductor laser amplifier is described in [1] A. MECOZZI ET AL., IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL.31, NO.4, APRIL 1995, PP.689-699. Are listed. In this method, as shown in FIG. 6 of that document, pump (excitation) light and probe light (also referred to as signal light) are combined by a directional coupler, and the combined pump light and probe light are combined into a lens. And is input to the traveling-wave semiconductor laser amplifier via the optical isolation, whereby the phase conjugate wave is extracted from the traveling-wave semiconductor laser amplifier. The pump light is given by inputting the light output from the color center laser (CCL) to the directional coupler through an optical isolator (OI), a BABINET-SOLIL compensator and a lens. The probe light is given by inputting light output from an external cavity semiconductor laser (ECLD) to the directional coupler through optical isolation, a λ / 2 plate and a λ / 4 plate.
[0013]
A method of generating a phase conjugate wave using a semiconductor laser instead of a semiconductor laser amplifier is described in [2] PATRICK P. IANNONE ET AL., IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL.31, NO.7, JULY 1995, PP. 1285-1291. In this method, an apparatus having almost the same mechanism as that in the document [1] is used except that a semiconductor laser is used. The semiconductor laser oscillates light having the same wavelength as that of pump light injected from the outside.
[0014]
These two examples are common in that pump light and probe light are put into one end of a semiconductor laser amplifier or semiconductor laser and pump light, probe light and phase conjugate wave are taken out from the other end.
[0015]
On the other hand, the method of putting probe light into the inside from the first end face of the semiconductor laser that oscillates pump light and outputting the phase conjugate wave from the same first end face is [3] S. MURATA EL AL. , APPL. PHYS. LETT. 58 (14), 8 APRIL 1991, PP.1458-1460.
[0016]
In the methods described in the documents [1] and [2] described above, there are three light sources such as a light source that generates probe light, a light source that generates pump light, and a semiconductor laser amplifier or semiconductor laser that generates a phase conjugate wave. Since devices are required, the optical system for combining them becomes complicated. In particular, an optical coupler for efficiently coupling probe light and pump light is required.
[0017]
Further, in the method described in the document [3], since it is necessary to form a reflective film having a high reflectance on the non-output end face of the semiconductor laser that outputs a phase conjugate wave, the semiconductor laser has a Fabry-Perot mode. Exists. Therefore, the wavelength of the phase conjugate wave is limited to a wavelength resonating with the Fabry-Perot mode as described in the document [3].
[0018]
Recently, a method of generating phase conjugate light by non-degenerate four-wave mixing (FWM) in an oscillation state DFB-LD has been reported in the following paper.
H. Kuwatsuka, H. Shoji, M. Matsuda and H. Ishikawa, “THz frequency conversion using nondegenerate four-wave mixing prosess in a lasing long-cavity λ / 4- shifted laser”, ELECTRONICS LETTERS, Vol.31, No. 24, pp.2108-2110, 1995.
A method for generating phase conjugate light by this method will be briefly described. A semiconductor high gain medium in which carriers are highly injected has a large third-order nonlinear sensitivity, and is therefore one of the optimum materials for performing four-wave mixing. In a state where a semiconductor laser is oscillating, there is high-intensity oscillation light inside it, so it is theoretically that four-wave mixing occurs when light is input from the outside, and phase conjugate light is generated. As is known, in practice, when light is incident on an oscillating laser from the outside, there is a problem that the oscillation light is drawn into the wavelength of the light or the oscillation light becomes unstable. Even when phase conjugate light is generated, phase conjugate light can be generated only with light having a wavelength resonating with the resonator constituting the semiconductor laser, and the wavelength cannot be freely converted.
[0019]
In the above paper, two diffraction gratings that reflect only light having a wavelength to be oscillated are formed in the quarter wavelength phase-shifted DFB semiconductor laser so as to be phase-shifted by a quarter wavelength. Oscillation light is strongly confined inside the semiconductor laser by these two diffraction gratings, and light having a wavelength different from that of the oscillation light passes without being reflected inside the laser by coating both end faces of the semiconductor laser with non-reflection. . For this reason, it becomes possible to generate phase conjugate light of light that is input to the semiconductor laser from the outside by using oscillation light as pump light, and high-efficiency, high-speed, wideband conversion without using external pump light Is possible.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, although the conversion efficiency in the phase conjugate light generator depends on the coincidence of the polarization planes of the probe light and the pump light, a general optical fiber transmission line has the ability to preserve the polarization plane. Absent. Therefore, in order to construct an optical system using optical phase conjugation, it is necessary to realize a phase conjugate light generator that has high efficiency, high speed, wide bandwidth, and no polarization dependency.
[0021]
Therefore, the object of the present invention is as follows.
(1) To provide a method and apparatus capable of increasing the conversion efficiency from a signal light beam to a phase conjugate light beam.
[0022]
(2) To provide a method and apparatus in which the conversion efficiency from a signal light beam to a phase conjugate light beam does not greatly depend on the polarization state of the signal light beam.
(3) To provide a method, an apparatus, and a method for manufacturing the apparatus for widening a conversion band in conversion from a signal light beam to a phase conjugate light beam.
[0023]
(4) To provide a method and apparatus for obtaining a phase conjugate light beam having an excellent signal-to-noise ratio.
(5) To provide a system suitable for optical communication, which includes the devices of (1) to (4) or to which the methods of (1) to (4) are applied.
[0024]
(6) To provide a system having a novel configuration suitable for constructing a flexible optical network system.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
  According to one aspect of the present invention,The first and second wavelengths are obtained by four-wave mixing of light having a first wavelength oscillated by a distributed feedback (DFB) laser diode as pump light and a first signal light beam having a second wavelength different from the first wavelength. In the apparatus for generating a first phase conjugate light beam wavelength-converted as a different third wavelength, the second wavelength modulated by an arbitrary modulation scheme among modulation schemes including modulation schemes such as intensity, frequency, and phase To separate the first signal light beam into a first polarization component having a first polarization plane and a second polarization component having a second polarization plane perpendicular to the first polarization plane. And supplying the first and second polarization components to pump light having the first wavelength oscillated by the distributed feedback (DFB) laser diode, respectively. And the above modulation is preserved. The means for generating the first phase conjugate light beam in the first direction which is the third wavelength and the second direction different from the first direction, respectively, and for separating the polarization are first to fourth ports. The first signal light beam is supplied to the first port, and the first and third ports and the second and fourth ports are connected to each other. The first and second ports and the third and fourth ports are coupled by the second polarization plane, and the first and second polarization components are respectively coupled to the first and second ports. 3 and the second port, the DFB laser diode has first and second excitation ends for receiving the first and second polarization components, respectively, and has a third polarization plane. In the first direction and the second direction. One-phase conjugate light beams are output from the second and first excitation ends, respectively, and supplied to the second and third ports, respectively, and the first and second polarization planes become the third polarization planes. A first optical circulator having fifth to seventh ports, and eighth to tenth ports, further comprising means for rotating one of the first and second polarization planes by 90 ° so as to coincide with each other; And any one of the fifth to seventh ports is connected to the first port of the polarization beam splitter, and any one of the eighth to tenth ports is provided. One of which is connected to the fourth port of the polarization beam splitter, and the first signal light beam of the second wavelength passes through two of the fifth to seventh ports of the first optical circulator. The polarization beam sp The first phase conjugate light beam generated by being input to the first port of the scatterer is output from the first port of the polarization beam splitter, and the fifth to seventh of the first optical circulator. The first phase conjugate light beam is output from a port other than the two ports, and the second signal light beam having a fourth wavelength different from the first to third wavelengths is output from the eighth to the eighth optical circulators. The second signal light beam having the fourth wavelength is input to the fourth port of the polarization beam splitter through two of the tenth ports, and the fifth wavelength is different from the first to fourth wavelengths. A two-phase conjugate light beam is generated in the same manner as the first phase conjugate light beam and is output from the fourth port of the polarization beam splitter, and the eighth to tenth of the second optical circulators. Is output from a port other than portA device is provided.
[0027]
(2) The method of (1), wherein the step (b) applies a current to the DFB laser diode so that the DFB laser diode generates pump light having a wavelength different from the wavelength of the signal light beam. Injecting, whereby the first and second phase conjugate light beams are generated by four-wave mixing based on the pump light in the DFB laser diode.
[0028]
(3) In the method of (1), the DFB laser diode includes first and second DFB laser diodes that receive the first and second polarization components, respectively, and the steps (a) and ( c) A method performed by the first and second polarization beam splitters, respectively.
[0029]
(4) In the method of (1), the DFB laser diode has first and second excitation ends that receive the first and second polarization components, respectively. The two phase conjugate light beams are respectively output from the second and first excitation ends, and the steps (a) and (c) are performed by a common polarization beam splitter.
[0031]
(6) The apparatus according to (5), wherein the polarization separating means outputs a first port that receives the signal light beam, and second and second outputs that output the first and second polarization components, respectively. A first polarization beam splitter having three ports, the DFB laser diode comprising first and second DFB laser diodes operatively connected to the second and third ports, respectively. First and second phase conjugate light beams are output from the first and second DFB laser diodes, respectively, and a second polarization beam splitter for combining the first and second phase conjugate light beams with polarization is provided. A device further provided.
[0032]
(7) The apparatus according to (6), wherein the first DFB laser diode generates first pump light having a third polarization plane, and the first phase conjugate light beam is the first phase conjugate light beam. It is generated by four-wave mixing based on the first polarization component and the first pump light in the DFB laser diode, and the second DFB laser diode generates a second pump light having a fourth polarization plane. The second phase conjugate light beam is generated by four-wave mixing based on the second polarization component and the second pump light in the second DFB laser diode, and the first polarization plane and An apparatus further comprising means for rotating the polarization plane by 90 ° so that the third polarization plane coincides and the second polarization plane coincides with the fourth polarization plane.
[0033]
(8) The apparatus according to (7), wherein the rotating means is a first ½ wavelength operatively connected between the first polarization beam splitter and the second DFB laser diode. An apparatus comprising: a plate; and a second half-wave plate operatively connected between the first DFB laser diode and the second polarization beam splitter.
[0034]
(9) The apparatus according to (7), wherein the rotating means includes a polarization-maintaining fiber.
(10) The apparatus according to (6), wherein the first and second polarization beam splitters are formed on a common waveguide substrate.
[0035]
(11) In the apparatus of (5), the means for separating the polarization includes a polarization beam splitter having first to fourth ports, and the signal light beam is received in the first port. And the first and third ports and the second and fourth ports are coupled by the first polarization plane, and the first and second ports and the third and fourth ports are coupled to each other. The ports are coupled by the second polarization plane, the first and second polarization components are output from the third and second ports, respectively, and the DFB laser diode includes the first and second ports. Pump light having first and second excitation ends that respectively receive polarization components and having a third polarization plane is generated, and the first and second phase conjugate light beams are the second and first respectively. Output from the excitation end of the second and third respectively. An apparatus further provided with means for rotating one of the first and second polarization planes by 90 ° so that the first and second polarization planes coincide with the third polarization plane. .
[0036]
(12) The apparatus according to (11), wherein the rotating means includes a half-wave plate.
(13) The apparatus according to (11), wherein the rotating means includes a polarization-maintaining fiber.
[0037]
(14) The apparatus according to (11), further including an optical circulator having fifth to seventh ports, wherein any one of the fifth to seventh ports is a first of the polarization beam splitter. And the fourth port of the polarization beam splitter is a non-reflective terminated device.
[0038]
(15) The apparatus according to (11), further comprising a first optical circulator having fifth to seventh ports and a second optical circulator having eighth to tenth ports. Any one of the fifth to seventh ports is connected to the first port of the polarization beam splitter, and any one of the eighth to tenth ports is the fourth port of the polarization beam splitter. Device connected to.
[0039]
(16) The apparatus according to (15), further including a second DFB laser diode cascade-connected to the DFB laser diode, wherein the second DFB laser diode is perpendicular to the third polarization plane. A device for generating second pump light having a wavefront.
[0040]
(17) The apparatus according to (5), further comprising means for injecting current into the DFB laser diode so that the DFB laser diode generates pump light, and based on the pump light in the DFB laser diode An apparatus for generating the first and second phase conjugate light beams by four-wave mixing.
[0041]
(18) The apparatus according to (17), wherein the DFB laser diode includes a diffraction grating having a phase shift structure of a quarter wavelength at a substantial center portion thereof, an electrode for injecting the current, And the electrode includes a plurality of portions divided in the direction of the diffraction grating.
[0074]
According to another aspect of the present invention, an apparatus or system having the following features (1 ′) to (24 ′) is provided.
(1 ′) The signal light is separated into two polarization components orthogonal to each other, and the first signal light component is first phase conjugate by four-wave mixing in the first third-order nonlinear medium using the first excitation light. After the light is converted to light, the polarization direction is rotated by 90 °, the second signal light component is rotated by 90 °, and the second excitation light having the same wavelength as that of the first excitation light is used for the second signal light component. Is converted into the second phase conjugate light with substantially the same generation efficiency as the first phase conjugate light by the four-wave mixing in the third-order nonlinear medium, and the two phase conjugate lights are phase-synthesized in synchronism with each other. vessel.
[0075]
(2 ′) In the above (1 ′), DFB-LD or ¼ wavelength (λ / 4) phase shift-DFB-LD is used as a third-order nonlinear medium, and this DFB-LD is used as excitation light for generating four-wave mixing. Alternatively, ¼ wavelength (λ / 4) phase shift-DFB-LD oscillation light is used.
[0076]
(3 ′) In the above (2 ′), the signal light is passed through the optical circulator and then separated by the polarization separator, and the first component parallel to the active layer surface of the DFB-LD of these two orthogonal polarization components. Is converted into the first phase conjugate light by four-wave mixing using the oscillation light emitted from the second end face as excitation light, while being perpendicular to the active layer face of the DFB-LD. After the polarization direction of the second polarization component is rotated by 90 °, the second polarization component is incident on the second end face of the DFB-LD, and the second phase conjugate by four-wave mixing using the oscillation light emitted from the first end face as excitation light. The first phase conjugate light is converted into light, and the polarization direction is rotated by 90 ° and then incident on the port from which the second signal light component of the polarization separator is emitted. The first signal light component of the separator is incident on the exit port, and these two After the polarization of the phase conjugate light component, it is input to the port where the signal light is emitted from the optical circulator.
[0077]
(4 ′) In the above (1 ′) to (3 ′), each optical device is coupled using a polarization maintaining fiber, and the 90 ° rotation of the polarization plane makes the two polarization main axes of the polarization maintaining fiber orthogonal to each other. To achieve this.
[0078]
(5 ′) In the above (2 ′), polarization separation and polarization synthesis are performed using LiNbO._ThreeThis is performed using branching synthesis using a waveguide.
(6 ′) Signal light is input to the first end face of the DFB-LD, and phase conjugate light is generated by four-wave mixing using the oscillation light output from the second end face of the DFB-LD as excitation light, These signal light, oscillation light, and phase conjugate light output from the second end face are input to a third-order nonlinear optical medium disposed outside the DFB-LD, and four-wave mixing using the oscillation light as excitation light therein. Is generated.
[0079]
(7 ′) In (6 ′) above, a semiconductor optical amplifier is used as the third-order nonlinear optical medium.
(8 ′) In the above (6 ′), an optical fiber is used as the third-order nonlinear optical medium.
[0080]
(9 ′) In the above (8 ′), the wavelength of the pumping light is substantially matched with the zero dispersion wavelength of the optical fiber.
(10 ') In the above (8'), stimulated Brillouin scattering (SBS) in the optical fiber is suppressed by applying frequency or phase modulation to the excitation light.
(11 ′) 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, and divides the first and second optical fibers into the same number. In addition, the average value of the chromatic dispersion of the corresponding sections when counted in order from the phase conjugate light generator in each divided section is set to a value that is substantially inversely proportional to the same sign and the length of each divided section. (1 ′) to (10) as phase conjugate light generators in the optical fiber communication system in which the average value of the product of the optical frequency, optical power, and third-order nonlinear coefficient is set to be approximately inversely proportional to the length of each divided section. ') Using the configuration.
[0081]
(12 ′) 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, and the total dispersion values of the first and second optical fibers are substantially equal. In the optical fiber communication system set as described above, the configuration described in (1 ′) to (10 ′) is used as the phase conjugate light generator.
[0082]
(13 ′) In the above (12 ′), the product of the nonlinear coefficient, the average optical power, and the optical fiber length in the first and second optical fibers is set to be substantially equal.
[0083]
(14 ') In the above (11'), dispersion compensation that gives a dispersion having a value opposite to that of the dispersion of the optical fiber in the middle, before or after either or both of the first and second optical fibers. Insert one or more containers.
[0084]
(15 ′) In the above (11 ′) to (14 ′), the first or second optical fiber compensates for the loss by the repeater optical amplifier.
(16 ′) In the above (11 ′) to (15 ′), the first and second terminal stations are arranged on the upstream side of the first optical fiber and the downstream side of the second optical fiber, respectively. The terminal station has a first transmitter and a second receiver, and the second terminal station has a first receiver and a second transmitter, and outputs the first output from the first transmitter. The signal light is transmitted through the first optical fiber and then converted into the first phase conjugate light, and the second optical fiber is transmitted through the first receiver and output from the second transmitter. Light is converted into second phase conjugate light after transmission through the second optical fiber, and received by the second receiver after transmission through the first optical fiber.
[0085]
(17 ′) In the above (1 ′) to (16 ′), the signal light is a wavelength multiplexed signal of signals having optical carriers of different wavelengths.
(18 ′) In the above (11 ′) to (17 ′), the first optical fiber and the phase conjugator are arranged at the transmitting terminal, and the second optical fiber has an optical amplifier at an interval shorter than the nonlinear length. Relay transmission.
[0086]
(19 ′) In the above (11 ′) to (18 ′), the second optical fiber and the phase conjugator are arranged at the receiving terminal station, and the second optical fiber connects the optical amplifier with an interval shorter than the nonlinear length. Relay transmission.
[0087]
(20 ′) In the above (17 ′), a plurality of signal lights having different wavelengths are used as signal light, and the wavelength multiplexed signals of the plurality of signal lights have different dispersion values for each channel. The second optical fiber transmits the plurality of first optical fibers described in the above, and combines the signal light that is converted into the phase conjugate light for each channel, or the signal light that is combined and then converted into the phase conjugate light. The dispersion compensator is inserted into one or both of the plurality of first optical fibers and the second optical fibers.
[0088]
(21 ′) In the above (20 ′), the wavelength-multiplexed signal light is transmitted through a plurality of first optical fibers, multiplexed and then branched, and the phase conjugate is wavelength-multiplexed by a plurality of phase conjugators and optical filters. One or more channels of light are extracted and the extracted signal is transmitted through a second optical fiber associated with each of these phase conjugators and optical filters.
[0089]
(22 ′) In the above (21 ′), one of the phase conjugate lights branched after being transmitted through the first optical fiber common to the plurality of channels and multiplexed by a plurality of phase conjugators and optical filters. The signal of one or more channels is extracted, and the extracted signal is transmitted through a second optical fiber associated with each of the phase conjugators and the optical filter.
[0090]
(23 ') In (22'), a separate optical fiber is transmitted for each channel before inputting to the common first optical fiber.
(24 ′) In the above (11 ′) to (23 ′), the signal power or wavelength input to the first or second optical fiber is adjusted so that the reception state is optimized.
[0091]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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. 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. 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 any case, the pulse width increases.
[0092]
On the other hand, when the light intensity is high, the refractive index is increased by the optical Kerr effect.
Δn (t) = n₂| E (t) |²
Only changes. Where n₂Is a quantity called nonlinear refractive index, and in the case of ordinary silica fiber, the value is about 3.2 × 10, for example.^-20m²/ W. When an optical pulse is subjected to the optical Kerr effect in a nonlinear medium,

Only the spectrum diffuses (chirps). Here, Δz is the interaction length.
[0093]
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, in the case of the normal dispersion medium, the pulse is further diffused than in the case of only the dispersion, but in the case of the anomalous dispersion medium, pulse compression occurs.
[0094]
Therefore, considering the effects 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.
[0095]
In general, it is apt to think that it is convenient to apply a pulse compression by SPM in an anomalous dispersion medium so that a high signal-to-noise ratio (S / N) can be maintained. It has become impossible to say that it is better to add pulse compression in general because it is possible to transmit with power and to develop a relatively small chromatic dispersion value by developing a dispersion shifted fiber.
[0096]
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, resulting in a significant decrease in S / N (modulation anxiety). Qualitative (modulation instability).
[0097]
Optical pulse distortion due to chromatic dispersion and nonlinearity as described above can be compensated by applying phase conjugate optics. For example, a signal light beam transmitted by a first optical fiber transmission line is converted into a phase conjugate light beam by a phase conjugate light generator, and the phase conjugate light beam is transmitted by a second optical fiber transmission line. By appropriately setting parameters related to chromatic dispersion and nonlinearity in the first and second optical fibers, it is possible to obtain an optical pulse substantially free from distortion at the output end of the second optical fiber. .
[0098]
However, since the conversion efficiency from a signal light beam to a phase conjugate light beam in a phase conjugate light generator generally depends on the polarization state of the signal light beam, the phase conjugate with no polarization dependency in the conversion efficiency. There is a need for a light generator.
[0099]
In order to configure a phase conjugate light generator whose conversion efficiency does not depend on polarization, a polarization scrambling method, a polarization diversity method, or a polarization active control method can be applied. Furthermore, the polarization dependence of the conversion efficiency in the phase conjugate light generator can also be eliminated by using an optical fiber transmission line composed of a polarization maintaining fiber (PMF). In the present invention, the polarization diversity method is adopted in order to eliminate the polarization dependency of the conversion efficiency.
[0100]
FIG. 1 is a diagram showing a first method according to the present invention. First, in the polarization separation process, the signal light beam E_SHas two polarization components E_S1And E_S2Separated. Polarization component E_S1And E_S2Have orthogonal planes of polarization.
[0101]
Next, in the conversion process, the polarization component E_S1And E_S2Corresponding phase conjugate light beams E_C1And E_C2Is converted to Phase conjugate light beam E_C1And E_C2The polarization plane of each is a polarization component E_S1And E_S2It corresponds to the plane of polarization.
[0102]
In the polarization synthesis process, the phase conjugate light beam E_C1And E_C2Are combined and polarized, and the phase conjugate light beam E_CIs obtained.
According to the invention, one or two distributed feedback (DFB) laser diodes are used in the conversion process.
[0103]
When one DFB laser diode is used in the conversion process, the polarization component E is applied to each of the first and second excitation ends of the DFB laser diode._S1And E_S2Are supplied from the second excitation end and the first excitation end, respectively._C1And E_C2Is output. In this case, the polarization separation and polarization synthesis processes can be performed by a common polarization beam splitter. Here, the term “excitation end” is used to mean the end face of the active layer of the DFB laser diode.
[0104]
If two DFB laser diodes are used in the conversion process, these DFB laser diodes are respectively polarized components E_S1To phase conjugate light beam E_C1Conversion to polarization component E_S2To phase conjugate light beam E_C2To be converted to. In this case, the polarization separation and polarization synthesis processes can be performed by separate polarization beam splitters.
[0105]
Preferably, the DFB laser diode is a signal light beam E._SA current is injected into the DFB laser diode so as to generate pump light having a wavelength different from the wavelength of the phase, and thereby the phase conjugate light beam E by four-wave mixing in the DFB laser diode._C1And E_C2Occurs.
[0106]
According to the method of FIG._S1And E_S2Based on both of these, the phase conjugate light beam E_cTherefore, the conversion efficiency is the signal light beam E._sIt becomes difficult to depend on the polarization state. That is, the polarization dependence is reduced or eliminated.
[0107]
FIG. 2 is a diagram illustrating a phase conjugate light generator using non-degenerate four-wave mixing applicable to the present invention. An optical fiber 2 is optically connected to a first excitation end of a distributed feedback (DFB) laser diode 1 via a lens 3, and a lens 6 and an optical fiber are connected to the second excitation end. The optical filter 10 is optically connected via 4. A drive current is supplied from the drive circuit 7 to the DFB laser diode 1.
[0108]
The DFB laser diode 1 has a structure as shown in FIGS. 3 and 4, for example. In FIG. 3, an n-InGaAsP guide layer 12 is formed on the upper surface of an n-InP substrate 11, and a diffraction grating 13 having a waveform whose film thickness periodically changes in the light traveling direction is formed on the junction surface. ing. As shown well in FIG. 4, the diffraction grating 13 has a phase shift structure in which the period is shifted by λ / 4 (λ: the wavelength of light in the waveguide structure) at the substantial center portion 13c. .
[0109]
An undoped multiple quantum well (MQW) active layer 14 is formed on the guide layer 12, and a p-InGaAsP buffer layer 15 and a p-InP layer 16 are formed on the active layer 14 in this order.
[0110]
The MQW active layer 14 is made of 7 nm thick In._{x '}Ga_{1-x '}As (x ′ = 0.532) well layer and 10 nm thick Ga_xIn_1-xAs_yP_1-y(X = 0.283, y = 0.611) Barrier layers are alternately laminated to form five layers.
[0111]
The p-InP layer 16 to the upper part of the n-InP substrate 11 are patterned in a convex shape, and the planar shape thereof is a stripe shape extending in the light traveling direction. A p-InP layer 17 and an n-InP layer 18 are formed in this order on both sides of the stripe-shaped convex portion of the n-InP substrate 11, and the uppermost p-InP layer 16 and the n-InP layer 18 are formed. A p-InGaAsP layer 19 is formed thereon.
[0112]
An n-side electrode 20 is formed on the lower surface of the n-InP substrate 11, and p-side electrodes 21 a, 21 b and 21 c divided into three are formed on the p-InGaAsP layer 19.
[0113]
Both end faces (first and second excitation ends) of the DFB laser diode 1 are coated with a non-reflective film 22 for transmitting at least phase conjugate light.
The resonator length of the DFB laser diode 1 is, for example, 900 μm, the length of the central p-side electrode 21b is, for example, about 580 μm, and the lengths of the p-side electrodes 21a and 21c near both ends are, for example, about 160 μm.
[0114]
The operation of this phase conjugate light generator will be described. First, a drive current is passed from the p-side electrodes 21a, 21b and 21c of the DFB laser diode 1 to the n-side electrode 20 through the MQW active layer 14, whereby light with a wavelength of 1549 nm is continuously oscillated at an output of 40 mW in the MQW active layer 14. In this case, for example, a current of 400 mA is passed through the electrodes 21a, 21b, and 21c.
[0115]
The light oscillated in the DFB laser diode 1 has a narrow and stable spectrum due to a single laser mode and a narrow gain bandwidth. Therefore, the light oscillated by the DFB laser diode 1 is used as pump light for four-wave mixing.
[0116]
In FIG. 2, when probe light is supplied to the first excitation end of the DFB laser diode 1 via the optical fiber 2 and the lens 3, light having several spectral peaks is emitted from the second excitation end to the lens 6 and the light. It is output via the fiber 4. When the spectrum of the output light was examined by an optical spectrum analyzer (not shown), a result as shown in FIG. 5 was obtained.
[0117]
In FIG. 5, not only the spectrum peak exists at the pump light wavelength 1549 nm and the probe light wavelength 1569 nm, but also the spectrum peak exists at the wavelength 1529 nm, and this spectrum peak corresponds to the phase conjugate light. ing. The angular frequency of the probe light is ω_s, The angular frequency of the pump light ω_P, The angular frequency of the phase conjugate light ω_CThen, the following equation holds.
[0118]
ω_C= 2ω_P−ω_S
Thus, it can be seen that by generating phase conjugate light by non-degenerate four-wave mixing, optical frequency conversion, that is, wavelength conversion, from probe light (signal light) to phase conjugate light becomes possible. In this wavelength conversion process, if the probe light is modulated by the main signal, the modulation is also preserved in the phase conjugate light, so this type of wavelength conversion function constructs a network as described later. Very useful above.
[0119]
As described above, when the pump light is generated inside the DFB laser diode 1, a mechanism for coupling the probe light and the pump light becomes unnecessary, and the structure of the phase conjugate light generator is simplified. Therefore, it is possible to reduce the size of the optical communication apparatus in which the generator is incorporated.
[0120]
In addition, since pump light is generated in the DFB laser diode 1, it is not necessary to consider the attenuation of the intensity of the pump light caused by passing through the optical fiber when the pump light is to be input from the outside. Thus, the conversion efficiency from probe light to phase conjugate light can be increased. The intensity of the phase conjugate light obtained is proportional to the square of the intensity of the pump light.
[0121]
Further, although the DFB laser diode 1 has a single oscillation mode, the wavelength can be freely changed. As a method of changing the wavelength, there is a method of changing the current distribution supplied to the active layer 14. This will be specifically described.
[0122]
It is known that the single oscillation mode of the DFB laser diode 1 shifts when the magnitudes of the currents flowing through the three p-side electrodes 21a, 21b and 21c are different (Y. KOTAKI et al., OFC ' 90, THURSDAY MORNING, 159).
[0123]
For example, if the current injected into the p-side electrodes 21a and 21c near the both ends of the DFB laser diode 1 is kept constant, and the current injected into the central p-side electrode 21b is increased, the oscillation wavelength becomes longer. shift. The drive circuit 7 adjusts the current flowing through each of the p-side electrodes 21a, 21b, and 21c.
[0124]
Therefore, when a DFB laser diode 1 having a plurality of p-side electrodes 21a, 21b and 21c and having antireflection films 22 formed on both end faces as shown in FIG. 4 is used, the wavelength of the pump light can be freely changed. Therefore, the wavelength of the phase conjugate light can be freely changed accordingly. Thereby, the wavelength conversion of the optical signal of each channel can be performed in the wavelength division multiplexing optical communication by using the above-described phase conjugate light generator.
[0125]
In the above example, the DFB laser diode 1 is configured by the InP / InGaAsP layer structure, but an InP / InAlGaAs layer structure or the like may be employed. Also, a material system that matches the GaAs substrate may be used.
[0126]
Since the phase conjugate light generated by the DFB laser diode 1 is output together with the probe light and the pump light, the optical filter 10 is disposed outside the output end of the DFB laser diode 1 when only the phase conjugate light is to be extracted. do it. In FIG. 2, the optical filter 10 may be provided between the DFB laser diode 1 and the lens 6 or between the lens 6 and the optical fiber 4.
[0127]
Next, an experiment of phase conjugate light generation using the above-described DFB laser diode will be described. A wavelength conversion experiment was performed using a module in which a single-mode fiber (SMF) was coupled before and after a λ / 4 phase-shifted DFB laser diode (resonator length 900 μm) with AR coating (non-reflective coating) on both end faces. . This module oscillates at an element output of 40 mW (pump light wavelength λ_p= 1550 nm), wavelength λ from the front end face_SAnd the spectrum of light output from the rear end face was observed.
[0128]
FIG. 6 shows how the conversion efficiency changes with the detuning frequency Δf between the pump light and the signal light. Conversion efficiency of −8.7 dB was obtained when Δf = 125 GHz (wavelength difference: 1.0 nm), and −23 dB was obtained even when Δf = 2.5 THz (20 nm). High-efficiency conversion up to the THz region is possible, and application to wavelength conversion of wavelength division multiplexed signal light or the like can be expected. Moreover, almost no band limitation due to the Fabry-Perot mode was observed by the AR coating.
[0129]
Next, in order to confirm that the converted light is phase conjugate light, a dispersion compensation experiment in short pulse transmission was tried. Two-stage LiNbO_ThreeAn RZ signal pulse (λ) generated using a modulator and having a width of about 23 ps._S= 1552 nm) is transmitted by a first SMF (dispersion: +18.1 ps / nm / km) having a length of 50 km, and then λ is transmitted by a DFB laser diode._CThe wavelength was converted to light of 1548 nm, and this converted light was transmitted by a second SMF (+17.8 ps / nm / km) having a length of 51 km.
[0130]
FIGS. 7A and 7B show the pulse shapes after transmission and 101 km transmission, respectively. The pulse shape of the converted light is reproduced with respect to the transmitted signal light ((b) in FIG. 7), and it can be seen that the converted light satisfies the phase conjugate relationship with the signal light. For comparison, a pulse shape in the case of 101 km transmission without using a phase conjugate light generator is shown in FIG. The distortion of the pulse shape due to chromatic dispersion and the optical Kerr effect is significant.
[0131]
From the above experimental results, it can be seen that a phase conjugate light generator using a DFB laser diode can compensate for waveform distortion of a high-speed optical signal (pulse) equivalent to 50 Gb / s.
[0132]
As described above, when the pump light is generated in the DFB laser diode, a mechanism for coupling the probe light and the pump light becomes unnecessary, and the structure of the phase conjugate light generator is simplified. Therefore, it is possible to reduce the size of the optical communication device in which the phase conjugate light generator is incorporated.
[0133]
FIG. 8 is a diagram showing a first embodiment of the phase conjugate light generator according to FIG. Signal light beam E_STo the first polarization component E_S1And the second polarization component E_S2The first polarization beam splitter (PBS) 32 is used for polarization separation. First polarization component E_S1The pump light E_P1To the first DFB laser diode 1 (# 1) driven to generate the first phase conjugate light beam E_C1Is output from the DFB laser diode (# 1). Polarization component E_S1, Pump light E_P1And phase conjugate light beam E_C1The polarization planes of these are the same.
[0134]
Second polarization component E_S2For this purpose, the second DFB laser diode 1 (# 2) is used. The DFB laser diode 1 (# 2) has a second pump light E_P2Is driven to generate. Here, the drive circuits of the DFB laser diodes 1 (# 1 and # 2) and others are not shown (the same applies hereinafter), and the pump light E_P1And E_P2It is assumed that the planes of polarization are parallel.
[0135]
Polarization component E_S1And E_S2Because the planes of polarization are orthogonal to each other, the second polarization component E_S2The polarization plane of the second pump light E_P2The polarization component E coincides with the polarization plane of_S2Is supplied to the second DFB laser diode 1 (# 2), a half-wave plate (λ / 2) 34 is used.
[0136]
The half-wave plate 34 is operatively connected between the polarization beam splitter 32 and the DFB laser diode 1 (# 2).
In this application, one element and another element are operatively connected, including the case where these elements are directly connected, and further, the passing of electrical or optical signals between these elements This includes cases where these elements are provided with as much relevance as possible.
[0137]
From the DFB laser diode 1 (# 2), the second phase conjugate light beam E_C2Is output. First and second phase conjugate light beams E_C1And E_C2Are combined into one phase conjugate light beam E._CIn order to obtain the second polarization beam splitter (PBS) 38, a second polarization beam splitter (PBS) 38 is used. Here, since the polarization beam splitter 38 is provided corresponding to the polarization beam splitter 32, the first phase conjugate light beam E from the DFB laser diode 1 (# 1)._C1Is supplied to the polarization beam splitter 38 after the plane of polarization is rotated by 90 ° by the half-wave plate 36.
[0138]
Signal light beam E_STo phase conjugate light beam E_CIn order to completely eliminate the polarization dependence of the conversion efficiency into the DFB laser diode 1 (# 1 and # 2) having the same characteristics, the polarization beam splitter 32 to the polarization beam splitter 38 are used. The lengths of the optical paths including the respective DFB laser diodes 1 (# 1 and # 2) may be made equal, but the present invention is not limited to this.
[0139]
The identity of the characteristics of the DFB laser diode 1 (# 1 and # 2) is, for example, the pump light E_P1And E_P2Are given by driving conditions such that their power and wavelength are substantially equal. For this purpose, for example, the position of the λ / 4 phase shift in the active layer 14 shown in FIG. 4 is set appropriately, or the distribution of the current supplied to the active layer 14 is adjusted.
[0140]
As described above, when the position of the λ / 4 phase shift is at the substantial midpoint of the active layer 14 and a symmetrical structure is obtained, the drive current I_C(Current injected into the electrode 21b) is expressed as drive current I_SBy setting it equal to (current injected into the electrodes 21a and 21c), it is possible to equalize the conversion efficiency in bidirectional phase conjugate light generation as described later.
[0141]
The pump light E is adjusted by adjusting the temperature of the DFB laser diode 1 (# 1 and # 2)._P1And E_P2The power or wavelength may be adjusted.
In this embodiment, the half-wave plates 34 and 36 are used to rotate the polarization plane by 90 °, but the polarization plane may be rotated by 90 ° by other structures.
[0142]
For example, a single polarization-maintaining fiber (PMF) may be used in place of the half-wave plate 34, and the PMF may be twisted so that the main axis at one end rotates 90 ° with respect to the main axis at the other end. Alternatively, two PMFs connected in series may be used in place of the half-wave plate 34, and these may be connected so that their main axes are orthogonal at these connection points.
[0143]
In order to reduce the polarization dispersion when using the PMF, the former connection form is desirable. This polarization plane rotation method using the PMF is applicable to all embodiments of the present invention.
[0144]
In the first embodiment of FIG. 8, the signal light beam E_SInput port and phase conjugate light beam E_CTherefore, when this phase conjugate light generator is applied to a bidirectional optical communication system as will be described later, the phase conjugate light for both the upstream and downstream channels is used. A beam can be generated, and the conversion efficiency does not depend on the polarization state.
[0145]
FIG. 9 is a diagram showing a second embodiment of the phase conjugate light generator according to FIG. This embodiment is characterized in that polarization beam splitters 32 'and 38' formed on the waveguide substrate 40 are used in place of the polarization beam splitters 32 and 38 of FIG.
[0146]
The polarization beam splitters 32 'and 38' are, for example, LiNbO._ThreeProvided by a waveguide structure formed on the substrate. In this case, the element that functions as the half-wave plates 34 and 36 is LiNbO._ThreeOptical waveguide and SiO₂It can be realized by a combination of films and the like.
[0147]
The DFB laser diode 1 (# 1 and # 2) is accommodated in a groove formed on the waveguide substrate 40, for example. In this case, since the active layers of the DFB laser diodes 1 (# 1 and # 2) can be set in parallel with each other by using the half-wave plates 34 and 36, manufacturing is easy.
[0148]
By the way, polarization diversity can be implemented using one DFB laser diode due to the symmetry or bidirectionality of the DFB laser diode as described above. Specifically, it is as follows.
[0149]
FIG. 10 is a diagram showing a third embodiment of the phase conjugate light generator according to FIG. Here, an optical loop including one DFB laser diode 1 having excitation ends 1A and 1B and one polarization beam splitter 42 for polarization separation and polarization synthesis is configured.
[0150]
The polarization beam splitter 42 has four ports 42A, 42B, 42C and 42D. The ports 42A and 42C and the ports 42B and 42D are coupled by the TE polarization plane, and the ports 42A and 42B and the ports 42C and 42D are coupled by the TM polarization plane.
[0151]
Here, the expressions “TE polarization plane” and “TM polarization plane” are used for convenience to represent two polarization states that are relatively orthogonal to each other. In the figure, the TE polarization plane is parallel to the active layer of DFB laser diode 1 and the paper plane, and the TM polarization plane is perpendicular to the paper plane.
[0152]
The port 42C is optically connected to the excitation end 1A of the DFB laser diode 1, and the port 42B is optically connected to the excitation end 1B of the DFB laser diode 1 through the half-wave plate 44. The port 42D is optically non-reflective terminated.
[0153]
Obtained phase conjugate light beam E_CThe signal light beam E_SAn optical circulator 46 is used to separate (drop) from the light. The optical circulator 46 has three ports 46A, 46B and 46C. The optical circulator 46 functions to output light input from the port 46A from the port 46B and output light input from the port 46B from the port 46C.
[0154]
Port 46A is a signal light beam E._SAre connected to the input port 48, the port 46B is connected to the port 42A of the polarization beam splitter 42, and the port 46C is connected to the phase conjugate light beam E._CAre connected to the output port 50.
[0155]
Signal light beam E supplied to port 42A through ports 48, 46A and 46B_SIs a first polarization component E having a TE polarization plane by the polarization beam splitter 42._S1And second polarization component E having TM polarization plane_S2And polarization separation.
[0156]
First polarization component E_S1Is supplied from the port 42C to the excitation end 1A of the DFB laser diode 1, and the second polarization component E_S2Is supplied from the port 42B through the half-wave plate 44 to the excitation end 1B of the DFB laser diode 1.
[0157]
Second polarization component E_S2Passes through the half-wave plate 44, the polarization plane is converted from the TM polarization plane to the TE polarization plane. Therefore, the first and second polarization components E supplied to the DFB laser diode 1_S1And E_S2Both have a TE polarization plane.
[0158]
The pump light generated in the DFB laser diode 1 mainly has a TE polarization plane, and this pump light is a first pump light component E in a direction from the excitation end 1A toward the excitation end 1B._P1And the second pump light component E in the direction from the excitation end 1B toward the excitation end 1A._P2It consists of.
[0159]
First polarization component E supplied to the excitation end 1A_S1And the first pump light component E_P1The first phase conjugate light beam E having a TE polarization plane in the DFB laser diode 1 by four-wave mixing based on_C1Occurs and the phase conjugate light beam E_C1Is supplied from the excitation end 1B through the half-wave plate 44 to the port 42B of the polarization beam splitter 42. Therefore, the phase conjugate light beam E_C1Has a TM polarization plane at the port 42B.
[0160]
Second polarization component E supplied to the excitation end 1B of the DFB laser diode 1_S2And second pump light component E_P2In the DFB laser diode 1, the second phase conjugate light beam E_C2And this phase conjugate light beam E_C2Is supplied from the excitation end 1A to the port 42C of the polarization beam splitter 42 while having the TE polarization plane.
[0161]
Phase conjugate light beam E supplied to polarization beam splitter 42_C1And E_C2Is synthesized by polarization and phase conjugate light beam E_CThis phase conjugate light beam E_CAre output through ports 42A, 46B, 46C and 50 in this order.
[0162]
In this embodiment, since one DFB laser diode 1 having the above-described characteristics is used, the polarization component E_S1And E_S2It is easy to match the conversion efficiency for. The matching of the conversion efficiencies can be easily performed, for example, by setting the operating conditions of the DFB laser diode 1 as described above, whereby the signal light beam E_SPhase conjugate light beam E of constant intensity regardless of the polarization state of_CCan be obtained.
[0163]
In this embodiment, since the optical path length in the clockwise direction and the optical path length in the counterclockwise direction in the optical loop are the same, the phase conjugate light beam E_C1And E_C2Can be performed in a timely manner. This ensures an accurate operation of the phase conjugate light generator.
[0164]
As the polarization beam splitter 42, one using a polarization separation film such as a dielectric multilayer film, a bulk type using a crystal such as calcite, a fiber type or the like can be used.
[0165]
Phase conjugate light beam E_CIn order to extract only the optical filter, an optical filter may be connected to the output port 50.
The optical loop in this embodiment can be provided by spatial coupling using a lens system or coupling by optical fiber or optical waveguide. In particular, when an optical fiber is used, use of a polarization maintaining fiber (PMF) or additional use of a polarization controller is employed in order to maintain the polarization state. When PMF is used, it is convenient because the half-wave plate can be omitted as described above.
[0166]
FIG. 11 is a diagram showing an arrangement for the verification experiment of the embodiment of FIG. Signal light beam E given as linear polarization_SWas supplied to the optical circulator 46, and a rotatable polarizer 52 was used to rotate its polarization plane in the range between 0 ° and 180 °. The polarization beam splitter 42 and the excitation end 1 A of the DFB laser diode 1 are connected by a polarization preserving fiber (PMF) 54, and the polarization beam splitter 42 and the excitation end 1 B of the DFB laser diode 1 are connected by a PMF 56.
[0167]
First polarization component E having a TE polarization plane_S1Are supplied to the excitation end 1A of the DFB laser diode 1 in the polarization state as they are, the directions of the main axes at both ends of the PMF 54 are the same. On the other hand, in the PMF 56, in order to achieve the function without using the half-wave plate 44, the principal axes at both ends of the PMF 56 are orthogonal to each other. Thereby, the second polarization component E having the TM polarization plane output from the polarization beam splitter 42 is obtained._S2Is input to the DFB laser diode 1 from the excitation end 1B in a state having a TE polarization plane.
[0168]
Referring to FIG. 12, data obtained from the experiment of FIG. 11 is shown. In FIG. 12, the vertical axis represents the conversion efficiency η_C(DB), and the horizontal axis represents the polarization angle θ (deg). Conversion efficiency η_CIs the signal light beam E_SThe power of P_S, Phase conjugate light beam E_CThe power of P_CWhere η_C= P_C/ P_SGiven in. The polarization angle θ is the signal light beam E input as a linearly polarized wave._SIs defined by the angle formed between the plane of polarization of TE and the plane of polarization of TE.
[0169]
In the case of the prior art in which signal light is incident on one DFB laser diode in only one direction, as indicated by reference numeral 58, the conversion efficiency η_CGreatly varies according to the polarization angle θ (cos²It was not converted at all at θ = 90 °. On the other hand, according to the third embodiment of FIG._CAs a result, it was confirmed that the fluctuation was smaller than 0.4 dB with respect to the change in the polarization angle θ, and that sufficient characteristics in system design were obtained.
[0170]
Additional details regarding the experiments of FIGS. 11 and 12 are described in Electronics Letters, Vol. 33, No. 4, pp. 316-317, 1997.
FIG. 13 is a diagram showing a fourth embodiment of the phase conjugate light generator according to FIG. In the third embodiment of FIG. 10, the signal light beam E of one channel is used._S1 channel phase conjugate light beam E_CIn this embodiment, the two-channel signal light beam E is generated._S10And E_S202 phase conjugate light beam E_C10And E_C20Is generated.
[0171]
The functions of the third embodiment of FIG. 10 are included in this embodiment, but the beam E of FIG._S, E_S1, E_S2, E_C1, E_C2And E_CAre marked E, respectively._S10, E_S11, E_S12, E_C11, E_C12And E_C10Has been changed.
[0172]
The port 42D of the polarization beam splitter 42 is connected to the optical circulator 62 without being terminated without reflection. The optical circulator 62 has ports 62A, 62B and 62C.
[0173]
The optical circulator 62 outputs the light input from the port 62A from the port 62B, and outputs the light input from the port 62B from the port 62C. The port 62A is a second channel signal light beam E._S20, The port 62B is connected to the port 42D of the polarization beam splitter 42, and the port 62C is the phase conjugate light beam E of the second channel._C20Are connected to the output port 66.
[0174]
The signal light beam E in the second channel_S20To phase conjugate light beam E_C20For conversion to, the signal light beam E in the first channel_S10To phase conjugate light beam E_C10Since it can be easily understood according to the conversion to, the description thereof is omitted. Here, it is assumed that the DFB laser diode 1 also generates pump light having a TM polarization plane.
[0175]
In a general DFB laser diode, high generation efficiency may not necessarily be obtained for both pump light having a TE polarization plane and pump light having a TM polarization plane. In such a case, it is preferable to use two DFB laser diodes in cascade connection. Specifically, it is as follows.
[0176]
Referring to FIG. 33, a modification of the phase conjugate light generator of FIG. 13 is shown. Here, another DFB laser diode 1 'is provided between the DFB laser diode 1 and the polarization beam splitter 42, and the DFB laser diodes 1 and 1' are cascade-connected. The DFB laser diode 1 mainly generates pump light having a TE polarization plane, and the DFB laser diode 1 'mainly generates pump light having a TM polarization plane.
[0177]
According to this embodiment, the signal light beam E_S10To phase conjugate light beam E_C10The DFB laser diode 1 mainly contributes to the conversion into the signal light beam E._S20To phase conjugate light beam E_C20The DFB laser diode 1 ′ mainly contributes to the conversion into the above.
[0178]
The principles of generation of phase conjugate light and wavelength conversion in the DFB laser diodes 1 and 1 ′ can be easily understood in accordance with the embodiments so far, and the description thereof is omitted.
[0179]
In the configuration of FIG. 33, the DFB laser diodes 1 and 1 'are included in the optical loop including the polarization beam splitter 42 and the half-wave plate 44, but cascaded DFB laser diodes 1 and 1' are included. It is also possible to construct a phase conjugate light generator by extracting only ′. That is, in this case, the DFB laser diode 1 generates pump light having a TE polarization plane, and the DFB laser diode 1 'generates pump light having a TM polarization plane. By supplying a signal light beam to one of the diodes 1 and 1 ', a converted phase conjugate light beam is output from the other, and the conversion efficiency in this case depends on the polarization state of the input signal light beam. do not do. In addition, since the cascade-connected DFB laser diodes 1 and 1 'have bidirectionality, when the phase conjugate light generator is applied to the bidirectional transmission system, the conversion efficiency bias is reduced for both bidirectional channels. Wave dependence can be eliminated.
[0180]
FIGS. 14A and 14B are views for explaining a second method according to the present invention. As shown in FIG. 14A, a third-order nonlinear optical medium (χ⁽³⁾) 68 to generate phase conjugate light by non-degenerate four-wave mixing, the angular frequency ω_SSignal light and angular frequency ω_P(Ω_P≠ ω_S) Is input to the nonlinear optical medium 68 through the optical coupler 70 through the same optical path. The reason why the optical coupler 70 is used is that when the signal light and the pump light are output from different light sources, they are supplied to the nonlinear optical medium 68 through the same optical path to enable their interaction.
[0181]
Based on the four-wave mixing of the signal light and the pump light in the nonlinear optical medium 68, the angular frequency 2ω_P−ω_SPhase conjugate light is generated, and this phase conjugate light is output from the nonlinear optical medium 68 together with signal light and pump light.
[0182]
“Non-degenerate” is used in the sense that the wavelength (angular frequency) of the signal light and the wavelength (angular frequency) of the pump light are different. Since the wavelength of the signal light, the wavelength of the pump light, and the wavelength of the phase conjugate light satisfy the above-described relationship, wavelength conversion is performed simultaneously with the generation of the phase conjugate light. Therefore, in this application, except for the name of the invention and the technical field to which the invention belongs, the phrase “generation of phase conjugate light” refers to the meaning of phase conjugate conversion and wavelength conversion from probe light (signal light) to phase conjugate light. It should be understood as a concept that includes it.
[0183]
As shown in FIG. 14B, when the DFB laser diode 1 is used as a nonlinear optical medium, pump light is generated in the DFB laser diode 1 by injecting current into the DFB laser diode 1. Accordingly, phase conjugate light is generated by supplying only signal light from the outside to the DFB laser diode 1, and signal light, pump light, and phase conjugate light are output from the DFB laser diode 1. The effect of using the DFB laser diode 1 as a nonlinear optical medium is as described above.
[0184]
It should be noted here that since the DFB laser diode 1 does not have a Fabry-Perot mode, it is possible not only to input signal light from the outside, but also to extract signal light, pump light and phase conjugate light. It is a point. In other words, the power of the phase conjugate light can be increased by optically cascading the DFB laser diode 1 and the nonlinear optical medium 68.
[0185]
In the second method according to the present invention, first, a current is injected into the DFB laser diode 1 so that the DFB laser diode 1 generates pump light.
Next, signal light is supplied to the DFB laser diode 1, and phase conjugate light is generated by four-wave mixing based on the signal light and the pump in the DFB laser diode 1.
[0186]
The signal light, pump light, and phase conjugate light output from the DFB laser diode 1 are supplied to the nonlinear optical medium 68, and the power of the phase conjugate light is increased by four-wave mixing in the nonlinear optical medium 68.
[0187]
When the second method according to the present invention is implemented, the signal light, the pump light, and the phase conjugate light are output from the DFB laser diode 1 in the same optical path. Therefore, when these are supplied to the nonlinear optical medium, FIG. The optical coupler 70 shown in (a) of FIG. As a result, it becomes easy to maintain high-power pump light in the DFB laser diode 1 and the nonlinear optical medium 68, and the conversion efficiency from signal light to phase conjugate light can be increased.
[0188]
The second method according to the invention can also be carried out in combination with the first method according to the invention. For example, in the arrangement for the demonstration experiment shown in FIG. 11, polarization-maintaining fibers (PMF) 54 and 56 are connected to the two excitation ends 1A and 1B of the DFB laser diode 1, respectively.
[0189]
In general, since an optical fiber has properties as a third-order nonlinear optical medium, if a third-order nonlinear effect can be generated in the fibers 54 and 56 in FIG. E_C2And E_C1And, as a result, a phase conjugate light beam E obtained by polarization synthesis._CThe power of can be increased. Specifically, it is as follows.
[0190]
In order to increase the third-order nonlinear effect (specifically, the value of γ), the nonlinear refractive index n₂May be increased or the mode feed diameter (MFD) may be decreased. Nonlinear refractive index n₂As a method of increasing the thickness, fluorine or the like is added to the cladding and the core is GeO.₂There is a method of adding to a high concentration. By such a method, the nonlinear refractive index n₂Value of 5 × 10^-20m²A large value of / W or more is obtained.
[0191]
On the other hand, the MFD can be reduced by designing the non-refractive index difference between the core and the clad and the shape of the core (similar to DCF).
With these methods, the γ value is 15 W^-1km^-1A large value exceeding γ is obtained (in a normal DSF, γ≈2.6 W^-1km^-1). It is also possible to make such a fiber with a large γ value a zero dispersion fiber.
[0192]
Since the conversion efficiency is proportional to the square of γPL, in order to produce a third-order nonlinear effect similar to that of a normal DSF in a specially designed fiber (special fiber) as described above, the length is A value of about 2.6 / 15 (≈ 1 / 5.8) is sufficient. For example, if a length of about 20 km is necessary to generate a third-order nonlinear effect using a normal DSF, the same effect can be obtained with a length of about 3 to 4 km in a special fiber. Become. Actually, since the loss is reduced by the shortening, the length of the special fiber can be further shortened. Moreover, in such a special fiber, since the accuracy of control of the zero dispersion wavelength is improved, it is expected that a very wide conversion band is realized. Furthermore, if the fiber length is several km (for example, 6 km), the polarization plane preserving (polarization maintaining) capability is secured. Therefore, the application of such a special fiber to the present invention has high conversion efficiency and polarization. This is extremely useful in obtaining conversion efficiency without dependency.
[0193]
In the present invention, in order to equalize the conversion efficiency in the two-way conversion in the DFB laser diode, the conversion efficiency in each of the DFB laser diode and the optical fiber as a third-order nonlinear optical medium provided therewith is equal. Alternatively, the total amount of conversion by the DFB laser diode and each fiber may be equal.
[0194]
As described above, by combining the first and second methods according to the present invention, it is possible to generate phase conjugate light that has no polarization dependency of conversion efficiency and high conversion efficiency.
[0195]
FIG. 15 is a diagram showing a first embodiment of the phase conjugate light generator according to (a) and (b) of FIG. Here, a semiconductor optical amplifier (SOA) 70 is used as the nonlinear optical medium 68.
[0196]
DFB laser diode 1 is pump light E_PTo generate signal light E_SIs supplied to the DFB laser diode 1. Signal light E in the DFB laser diode 1_SAnd pump light E_PPhase conjugate light E by four-wave mixing based on_COccurs.
[0197]
Signal light E from the DFB laser diode 1_S, Pump light E_PAnd phase conjugate light E_CAre output and supplied to the SOA 70. Phase conjugate light E by four-wave mixing in the SOA 70_COf the phase conjugate light E_CIs output from the SOA 70.
[0198]
Referring to FIG. 16, there is shown a second embodiment of the phase conjugate light generator according to FIGS. 14 (a) and 14 (b). Here, an optical fiber 72 is used as the nonlinear optical medium 68. A single mode fiber is desirable as the optical fiber 72, and it is effective to make the zero dispersion wavelength of the optical fiber 72 substantially coincide with the wavelength of the pump light in order to increase the conversion efficiency. For example, when the wavelength of the pump light is in the 1.5 μm band, the zero-dispersion wavelength of the optical fiber 72 can be matched with the wavelength of the pump light by using a dispersion shifted fiber (DSF) as the optical fiber 72. it can.
[0199]
Signal light E supplied to the optical fiber 72_S, Pump light E_POr phase conjugate light E_CExceeds the threshold value of stimulated Brillouin scattering (SBS) of the optical fiber 72, the conversion efficiency decreases, and the power of the obtained phase conjugate light decreases.
[0200]
In order to suppress the influence of SBS, the pump light E_POr signal light E_SWhat is necessary is just to perform frequency modulation or phase modulation. Therefore, in this embodiment, a modulation circuit 74 is connected to the DFB laser diode 1. When the modulation rate is several hundreds KHz or less, and the signal rate of the signal light is Gb / s or more, the deterioration of the transmission quality due to the modulation is not a problem.
[0201]
For example, the modulation circuit 74 superimposes a low-frequency signal corresponding to the modulation speed on the current supplied to one of the electrodes 21a, 21b, and 21c shown in FIG. Since the DFB laser diode 1 in FIG. 4 has high frequency modulation efficiency, the influence of SBS can be easily suppressed (S. Ogita, Y. Kotaki, M. Matsuda, Y. Kuwahara, 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.).
[0202]
Examples of application of the present invention to an optical communication system will be described below.
The application example shown in FIG. 17 is a system that enables compensation of waveform distortion due to chromatic dispersion of transmission optical fiber and nonlinear optical Kerr effect. Regarding this application, the above-mentioned applications by the present inventors (Japanese Patent Application Nos. 6-509844, 7-44574, 7-304229, 7-98464, and 7-301830 are disclosed). ), Which will be described below.
[0203]
Output signal light E from transmitter (TX)_STo the first optical fiber F1 (length L₁, Dispersion D₁, Nonlinear coefficient γ₁) And then input to a phase conjugate light generator (PC). Phase conjugate light E on PC_CTo the second optical fiber F2 (length L₂, Dispersion D₂, Nonlinear coefficient γ₂) For optical transmission to the receiver (RX). In the receiver, the phase conjugate signal light is received by a light receiver to detect a signal. Any method such as optical amplitude (intensity), frequency, phase, etc. can be applied to the modulation method of the transmission signal. For signal detection, optical direct detection or optical heterodyne detection after phase conjugate light is extracted by a bandpass filter, etc. Can be considered.
[0204]
In many cases, the optical fiber used here is a single-mode quartz fiber (SMF), and a 1.3 μm zero-dispersion optical fiber or a 1.55 μm dispersion-shifted fiber (DSF) generally used in optical communication. Etc. are typical examples. Further, the signal light may be a wavelength multiplexed signal composed of a plurality of light sources having different wavelengths.
[0205]
In order to compensate the chromatic dispersion in the optical fiber and the waveform distortion due to self phase modulation with the system shown in FIG. 17, the dispersion of the corresponding portion and the magnitude of the nonlinear effect are made the same across the PC. do it. Here, the corresponding parts are two parts where the accumulated values of dispersion or optical Kerr effect measured from the PC are equal. That is, when the transmission line is divided, the dispersion and the nonlinear effect may be made the same in each divided section in the above-mentioned meaning in order from the side closer to the PC. This also makes the variance values in each segmented section the same, and in each section,
D₁/ Γ₁P₁= D₂/ Γ₂P₂  ... (1a)
It is shown that it should be made to hold. P here₁, P₂Is the optical power in each part,
γ_j= Ωn_2j/ CA_effj  ... (2a)
Represents the nonlinear coefficient of the optical Kerr effect in the optical fiber. Here, ω represents the optical angular frequency, c represents the speed of light in vacuum, and n_2jAnd A_effjRepresents the nonlinear refractive index and effective core area of the optical fiber j (j = 1, 2), respectively.
[0206]
In order to compensate for the decrease due to the loss of the non-linear effect along the transmission line, the dispersion should be reduced or the optical Kerr effect should be increased. Changing the value of dispersion is possible and promising depending on the design of the optical fiber. For example, it is actively performed by changing the zero dispersion wavelength of a dispersion shifted fiber, or changing the relative refractive index difference and the core diameter of the core and clad of the optical fiber. On the other hand, it is possible to change the optical Kerr effect by changing the nonlinear refractive index or changing the light intensity.
[0207]
A system is composed of a transmission line using a dispersion-decreasing DCF (DD-DCF) having a structure in which the dispersion value of the dispersion-compensating fiber is gradually reduced in the longitudinal direction so as to be proportional to the change of the optical Kerr effect, and a DSF having a normal dispersion. By doing so, high-speed and long-distance transmission becomes possible.
[0208]
In long-distance transmission using an optical amplifier, it has been found that using a normal dispersion fiber is good for reducing nonlinear distortion (modulation instability) due to noise light of the optical amplifier, and this configuration is promising. It is.
[0209]
In addition to the exact compensation method described above, when the change in the optical Kerr effect is not so large (such as when the optical amplifier relay interval is sufficiently shorter than the nonlinear length), the following approximation by average power holds: .
[0210]

Where P₁', P₂′ Is the average power in the optical fiber Fj (j = 1, 2), respectively, and D₁', D₂'Is the average dispersion of the optical fiber Fj.
[0211]
Furthermore, although the ideal waveform compensation conditional expression (1a) is not satisfied, it is also possible to appropriately dispose a dispersion compensator by disposing dispersion with an opposite sign on the transmission line.
This method is particularly effective in long-distance transmission such as submarine transmission. The reason is as follows.
[0212]
That is, in the compensation using the PC, it is necessary to make the waveform distortion in the optical fiber before and after that the same. For this reason, the waveform is most distorted before and after the PC. Therefore, at the position of the PC, the spectrum of the light pulse is most widened. On the other hand, noise is added from the PC and the optical amplifier of the transmission path, 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 before and after the PC is small is very effective in extending the transmission distance.
[0213]
In this sense, it is effective to reduce the total dispersion value of the transmission line by dispersion compensation in the middle of the transmission line.
Next, an example in which the present invention is applied to a wavelength division multiplexing (WDM) transmission system is shown in FIG.
[0214]
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 F1, and then the N-channel wavelength multiplexed phase conjugate light E is transmitted by the PC._C1, E_C2, ..., E_CN(Frequency: ω_C1, Ω_C2, ..., ω_CN) And transmitted after transmission through the optical fiber F2.
[0215]
In dispersion compensation by PC, since the sign of dispersion needs to be the same before and after PC, the arrangement is as shown in FIG. 19 for zero dispersion. The zero dispersion wavelengths of the optical fibers F1 and F2 are respectively ω_Ten, Ω₂₀It is. In the case of the figure, the conversion is from normal distribution to normal distribution. In this case, since there is second-order dispersion (dispersion slope) in the normal transmission line, the absolute value of dispersion for the first channel (ch. 1) is minimum in the optical fiber F1, whereas the optical fiber In F2, the absolute value of the variance for the Nth channel (ch.N) is minimized. Therefore, it is impossible to perform complete dispersion compensation for all channels simultaneously.
[0216]
In order to compensate for all channels equally and ideally, as shown in FIG. 20, the signal light is transmitted for each channel through a separate optical fiber F11, optical fiber F12,..., Optical fiber F1N. Power commensurate with dispersion (P_11,P_12,..., P_1N) The output light of the optical fiber is converted all at once by one PC, or converted into phase conjugate light by PC-1, PC-2,..., PC-N for each channel, and these are converted into a common optical fiber F2. Transmit by receiving. The dispersion and nonlinear effect of each channel at this time are compensated by the method described above.
[0217]
FIG. 21 is a diagram showing a third application example of the present invention. Transmitters TX-1,..., TX-N transmit signal lights E having different wavelengths (optical frequencies)._S1, E_S2, ..., E_SNIs output. The angular frequency of these signal lights is ω_S1, Ω_S2, ..., ω_SNIt is.
[0218]
These signal lights are transmitted through a plurality of first optical fibers F11,..., F1N, and are added and branched by an optical multi / demultiplexer such as a star coupler.
[0219]
The branched signal lights are respectively supplied to phase conjugate light generators PC-1,..., PC-M. The phase conjugate light generators PC-1,..., PC-M generate phase conjugate light corresponding to at least one of the supplied plurality of signal lights. The generated phase conjugate light passes through the optical filters OF1,..., OFM, and then is transmitted to the optical receivers RX-1,.
[0220]
The phase conjugate light transmitted by the plurality of second optical fibers is E ′._C1, E '_C2, ..., E '_CN).
Each length of the first optical fiber F1j (j = 1,..., 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 F2k (k = 1,..., M) is L_2k, Variance is D_2k, Nonlinear coefficient is γ_2kAnd the power of each phase conjugate light is P_2kSuppose that
[0221]
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.
[0222]
Here, compensation for waveform distortion by each second optical fiber F2k is set so as to be optimized for phase conjugate light passing through the band of the optical filter OFk. The channel E ′ extracted by the combination of the phase conjugate generator PC-k and the optical filter OFk._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.
[0223]
For example, when transmitters TX-1,..., TX-N and fibers F11,..., F1N are provided in the transmitting terminal station, the dispersion or nonlinear effect in each fiber F1j is set equal. In this case, the combination of the functions of the phase conjugate light generator PC-k and the optical filter OFk is controlled for the fiber F2k so that each receiver RX-k can select a desired channel. . Such control is performed, for example, by controlling the wavelength of pump light in each phase conjugate light generator and / or controlling the pass center wavelength of each optical filter. For that purpose, application of a tunable optical filter is desirable.
[0224]
This system functions as a distribution system when, for example, 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 (cross-connect) ) Functions as a system.
[0225]
FIG. 22 is a diagram showing a fourth application example of the present invention. In contrast to FIG. 21, this system is characterized in that a common first optical fiber F1 is used for a plurality of optical transmitters TX-1,..., TX-N.
[0226]
With this change, the input end of the first optical fiber F1 is connected to each optical transmitter TX-j via an optical multiplexer, and the output end is connected to each phase conjugate light generator PC-k via an optical demultiplexer. Connected.
[0227]
The dispersion in the common first optical fiber F1 is made substantially constant for all channels. For example, as the first optical fiber F1, the above-described DD-DCF, a dispersion-shifted fiber having a large dispersion, a 1.3 μm-band zero-dispersion fiber for 1.55 μm band signal light, and 1.2. By using a 55 μm band zero dispersion fiber, the above-mentioned conditions can be satisfied.
[0228]
With respect to such a common first optical fiber F1, when each second optical fiber F2k satisfies the conditions of the present invention, an optimum reception state can be obtained for each channel.
[0229]
FIG. 23 is a diagram showing a fifth application example of the present invention. Here, a combination of N optical fibers F11 ′,..., F1N ′ with relatively large dispersion and a common optical fiber F1 ′ with relatively small dispersion is used as the first optical fiber.
[0230]
The optical fibers F11 ′,..., F1N ′ and the optical fiber F1 ′ are connected by an optical multiplexer, and the optical fiber F1 ′ and each phase conjugate light generator PC-k are connected by an optical demultiplexer.
[0231]
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.
[0232]
FIG. 24 shows a configuration example of a wavelength division multiplexing transmission system that integrates these functions.
The wavelength multiplexed signal is branched after being transmitted through the first optical fiber, and converted into phase conjugate light having an optimum wavelength for each channel and extracted. These wavelength-multiplexed phase conjugate signal lights are combined and transmitted to the receiver through the second optical fiber. With this configuration, it is possible to completely compensate the waveform distortion of all channels even when there is second-order dispersion in the transmission path.
[0233]
An example of application of the present invention to a bidirectional optical transmission system is shown in FIG.
Wavelength λ from TX-1 in the first terminal_S1Signal light E_S1Oscillating light (pump light) E in the same direction in the DFB-LD after transmitting the optical fiber F1_P1Using the wavelength λ_C1Phase conjugate light E_C1And is transmitted to the optical fiber by F2, and then received by RX-1 in the second terminal station. On the other hand, the wavelength λ from TX-2 in the second terminal station_S2Signal light E_S2Is transmitted through the optical fiber F2, and then the oscillation light (pump light) E in the same direction in the DFB-LD._P2Using the wavelength λ_C2Phase conjugate light E_C2Is received by RX-2 in the first terminal station after being transmitted through the optical fiber F1.
[0234]
At this time, it is desirable that the wavelength of the signal light transmitted through the optical fiber F1 and the optical fiber F2 is within the transmission band of the bandpass filter used for each transmission path. That is, λ_S1And λ_C2, And λ_C1And λ_S2Are set to be in the same transmission band. Of course, each signal light at this time may be wavelength multiplexed signal light.
[0235]
Next, an implementation example of a lightwave network using a phase conjugate light generator will be described. FIG. 26 is a diagram for explaining the principle of the lightwave network.
An optical transmitter (OS) 202 outputs a signal beam.
[0236]
The first optical fiber 204 has a first end 204A and a second end 204B corresponding to the input end and output end of the signal beam, respectively. A first phase conjugate light generator (1st PC) 206 is operatively connected to the second end 204B.
[0237]
The first phase conjugate light generator 206 converts the signal beam supplied from the first optical fiber 204 into a first phase conjugate beam and outputs it.
The second optical fiber 208 has a third end 208A and a fourth end 208B corresponding to the input end and the output end of the first phase conjugate beam, respectively. A second phase conjugate light generator (2nd PC) 210 is operatively connected to the fourth end 208B.
[0238]
The second phase conjugate light generator 210 converts the first phase conjugate beam supplied from the second optical fiber 208 into a second phase conjugate beam and outputs it.
The third optical fiber 212 has a fifth end 212A and a sixth end 212B corresponding to the input end and the output end of the second phase conjugate beam, respectively.
[0239]
An optical receiver (OR) 214 is provided to receive the second phase conjugate beam transmitted by the third optical fiber 212.
A system intermediate point 216 is set in the middle of the second optical fiber 208. System midpoint 216 is defined later.
[0240]
The second optical fiber 208 is composed of a first portion 281 between the third end 208A and the system midpoint 216 and a second portion 282 between the system midpoint 216 and the fourth end 208B.
[0241]
In the present invention, each parameter in the optical fibers 204, 208 and 212 is set as follows.
First, the first optical fiber 204 is virtually divided into N sections (N is an integer greater than 1) 204 (# 1,..., #N), and the first portion 281 of the second optical fiber 208 is obtained. Are virtually divided into the same number of sections 281 (# 1,..., #N). At this time, the product of the average value of the chromatic dispersion and the section length of the two corresponding sections counted from the first phase conjugate light generator 206 is substantially matched. That is, in the first optical fiber 204, the average value and interval of the chromatic dispersion (or dispersion parameter) of the i (1 ≦ i ≦ N) -th interval 204 (#i) counted from the first phase conjugate light generator 206. D for each length_1iAnd L_1iAnd the average value and section length of the chromatic dispersion (or dispersion parameter) of the i-th section 281 (#i) counted from the first phase conjugate light generator 206 in the first portion 281 of the second optical fiber 208. D_2iAnd L_2iAnd when
D_1iL_1i= D_2iL_2i    ... (1)
Is satisfied.
[0242]
Further, the average value of the optical power and the average value of the nonlinear coefficient in the section 204 (#i) are respectively expressed as P_1iAnd γ_1iAnd the average value of the optical power and the average value of the nonlinear coefficient in the section 281 (#i) are respectively P_2iAnd γ_2iAnd when
P_1iγ_1iL_1i= P_2iγ_2iL_2i    ... (2)
Is satisfied.
[0243]
On the other hand, the second portion 282 of the second optical fiber 208 is virtually divided into M (M is an integer greater than 1) sections 282 (# 1,..., #M), and the third optical fiber 212 is obtained. Are virtually divided into the same number of sections 212 (# 1,..., #M).
[0244]
At this time, the average value of the chromatic dispersion in the j (1 ≦ j ≦ M) -th section 282 (#j) counted from the second phase conjugate light generator 210 in the second portion 282 of the second optical fiber 208. And section length D_3jAnd L_3jIn the third optical fiber 212, the average value and the section length of the chromatic dispersion of the jth section 212 (#j) counted from the second phase conjugate light generator 210 are D, respectively._4jAnd L_4jAnd when
D_3jL_3j= D_4jL_4j    (3)
Is satisfied. Further, the average value of the optical power and the average value of the nonlinear coefficient in the section 282 (#j) are respectively expressed as P_3jAnd γ_3jAnd the average value of the optical power and the average value of the nonlinear coefficient in the section 212 (#j)_4jAnd γ_4jAnd when
P_3jγ_3jL_3j= P_4jγ_4jL_4j    (4)
Is satisfied.
[0245]
In FIG. 26, the waveform distortion once increases before and after the first phase conjugation generator 206, but the chromatic dispersion and nonlinearity are compensated at the system intermediate point 216 by the conditions of the equations (1) and (2). The waveform once returns to the original state. The recovered waveform is again distorted before and after the second phase conjugate generator 210. However, the optical receiver 214 compensates for chromatic dispersion and nonlinearity under the conditions of the equations (3) and (4). The waveform is restored again.
[0246]
Further, the configuration of FIG. 26 is tolerant to setting errors of parameters such as the length of the second optical fiber 208 that may be laid on the seabed or the like. That is, even if the waveform does not completely return to the original state at the system intermediate point 216, this imperfection is reproduced by the second portion 282, the second phase conjugate light generator 210, and the third optical fiber 212. By doing so, the waveform can be completely restored in the optical receiver 214.
[0247]
Referring to FIG. 27, the principle of chromatic dispersion and nonlinearity compensation is shown. This compensation principle is the same in FIG. 17 and others. Here, the principle of compensation from the optical transmitter 202 to the system intermediate point 216 will be described. First, prior to the description of FIG. 27, general items of the phase conjugate wave will be described.
[0248]
The propagation of an optical signal 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 the lateral mode distribution, φ (z, t) represents the light complex envelope, and this φ (z, t) changes sufficiently slowly compared to the light frequency ω. Assume that.
[0249]
[Expression 1]

[0250]
Where T = t−β₁z (β₁Is the propagation constant), α is the fiber loss, β₂Represents the chromatic dispersion of the fiber,
[0251]
[Expression 2]

[0252]
Represents a third-order nonlinear coefficient (coefficient of optical Kerr effect). 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. In addition, α, β, and γ are functions of z, and are expressed as α (z), β (z), and γ (z), respectively. Further, the position of the phase conjugate light generator is set to the origin (z = 0). Here, the following normalization function is introduced.
[0253]
[Equation 3]

[0254]
here,
[0255]
[Expression 4]

[0256]
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 (7) and (8) into Equation (5) yields the following evolution equation.
[0257]
[Equation 5]

[0258]
Here, the following conversion is performed.
[0259]
[Formula 6]

[0260]
As a result, equation (9) can be converted as follows.
[0261]
[Expression 7]

[0262]
Where sgn [β₂] ≡ ± 1 is β₂> 0, ie +1 for normal dispersion, β₂<0, i.e., -1 in the case of dispersion. If equation (11) holds, the complex conjugate also holds, and the following equation is obtained.
[0263]
[Equation 8]

[0264]
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 conjugator. Particularly in a transmission type phase conjugator, the above is equivalent to inverting the phase shift caused by chromatic dispersion and SPM.
[0265]
Here, in FIG. 27, the length of the first optical fiber 204 is L.₁And the length of the first portion 281 of the second optical fiber 208 is L₂Suppose that The phase conjugate light generator 206 is disposed at the origin z = 0 (ζ = 0) of the z-axis coordinate and the ζ coordinate. The z coordinate and ζ coordinate of the system intermediate point 216 are L₂And ζ₀It is.
[0266]
In the first optical fiber 204, the signal beam u (Es) propagates according to the evolution equation (11). The signal beam u is converted into the phase conjugate beam u by the phase conjugate light generator 206.^*Converted to (Ec). Phase conjugate beam u^*Propagates in the first portion 281 of the second optical fiber 208 according to the equation (12).
[0267]
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 206 on the ζ axis, If the value of each parameter is set so that the coefficients of the two terms are equal, u in ζ^*Becomes a phase conjugate wave of u at −ζ. That is, the following two expressions are the conditions.
[0268]
[Equation 9]

[0269]
Equation (13) indicates that the signs of dispersion of the first optical fiber 204 and the first portion 281 need to be equal. In the fiber, γ> 0, A (z)²Considering that> 0, the above conditions can be summarized as follows.
[0270]
[Expression 10]

[0271]
The phase shift due to chromatic dispersion and SPM at (−ζ) in the first optical fiber 204 is inverted in sign by the phase conjugate light generator 206. Therefore, the waveform distortion due to this phase shift is compensated by the distortion due to the phase shift at (ζ) in the first portion 281. Thus, if compensation by the above settings is repeated for each section, compensation over the entire length becomes possible.
[0272]
Next, the compensation condition is described in terms of the z coordinate. From equation (15)
[0273]
## EQU11 ##

[0274]
Get. That is, the condition is that the ratio of the chromatic dispersion to the product of the nonlinear coefficient and the optical power in each section is equal. Where -z₁, Z₂Are two points that satisfy the following expression.
[0275]
[Expression 12]

[0276]
Equations (18) and (19) are obtained from equations (16) and (17).
[0277]
[Formula 13]

[0278]
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 coefficient and the optical power. Where variance β₂And dispersion parameter D, D = − (2πc / λ²) Β₂Is considered, the following relationship is obtained from the equations (18) and (19). D is a function of z and is also expressed as D (z).
[0279]
[Expression 14]

[0280]
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 206 is equal to the decrease in the other in both dispersion and nonlinearity.
[0281]
Equations (20) and (21) are necessary conditions for compensation, and show that the total amount of dispersion and the total amount of the optical Kerr effect are equal in the two corresponding sections. That is, the effectiveness of the conditions of formulas (1) to (4) was confirmed.
[0282]
In particular, when α, D, and γ are constant and the power fluctuation is small, if the equations (20) and (21) are integrated,
D₁L₁= D₂L₂    (22)
γ₁P₁L₁= Γ₂P₂L₂  ... (23)
Get. Where P₁, P₂Are the average power in the first optical fiber 204 and the first portion 281 respectively. D₁, Γ₁Are respectively the average value of the dispersion parameter and the average value of the nonlinear coefficient of the first optical fiber 204, D₂, Γ₂Are respectively the average value of the dispersion parameter and the average value of the nonlinear coefficient of the first portion 281. Equations (22) and (23) agree with the conditions in the SPM compensation method by dispersion compensation and average value approximation.
[0283]
Practically, the present invention can be implemented only by satisfying the condition of the expression (22). That is, according to the present invention, a first optical fiber having a first end and a second end corresponding to an input end and an output end of a signal beam, respectively, and a phase of the signal beam operatively connected to the second end. A phase conjugate light generator for converting and outputting a conjugate beam; and a second optical fiber having a third end and a fourth end corresponding to an input end and an output end of the phase conjugate beam, respectively. An optical fiber communication system is provided in which the product of the average value and the length of the chromatic dispersion of the optical fiber substantially matches the product of the average value and the length of the chromatic dispersion of the second optical fiber.
[0284]
Preferably, in order to satisfy the condition of Equation (23), the product of the average value of the optical power and the average value of the nonlinear coefficient in the first optical fiber and the length of the first optical fiber is the second value. It substantially coincides with the product of the average value of the optical power and the average value of the nonlinear coefficient in the optical fiber and the length of the second optical fiber.
[0285]
When a plurality of optical amplifiers are provided on the optical path including the first and second optical fibers, the interval between the two adjacent optical amplifiers is shorter than the nonlinear length of the optical path (optical fiber). It is desirable to set.
[0286]
In FIG. 27, the principle of compensation upstream of the system midpoint 216 is shown. The principle of compensation at the downstream side of the system midpoint 216 can be understood in the same way as this, and the description thereof will be omitted.
[0287]
In the description with reference to FIG. 27, standardized coordinates are defined by the accumulated value of chromatic dispersion from the phase conjugate light generator 206, as shown in equation (10). As a result, the required condition is that on the first optical fiber 204 and the first portion 281 where the accumulated value of the chromatic dispersion from the phase conjugate light generator 206 is equal, as shown by the equation (15). The ratio between the product of the optical power and nonlinear coefficient at each of the two points and the chromatic dispersion is substantially the same.
[0288]
In FIG. 27, the normalized coordinate may be defined by the accumulated value of the nonlinear effect from the phase conjugate light generator 206 (that is, the accumulated value of the product of the optical power and the nonlinear coefficient). In this case, the ratio of the product of the optical power and nonlinear coefficient and the chromatic dispersion at each of the two points on the first optical fiber 204 and the first portion 281 having the same cumulative value from the phase conjugate light generator 206. Is substantially the same.
[0289]
As described above, the total dispersion amount of the optical fiber and the total amount of the optical Kerr effect are equal between the first optical fiber and the second optical fiber connected to the phase conjugate light generator. By setting so that the optical pulse waveform input to the first optical fiber and the optical pulse waveform output from the second optical fiber have substantially the same shape, compensation is performed by the phase conjugate light generator. You can see that That is, an optical pulse waveform having substantially the same shape is obtained on the optical pulse transmission side (input end of the first optical fiber) and the optical pulse reception side (output end of the second optical fiber). By providing an optical ADM (Add Drop Multiplexer: optical signal inserting / branching device) at the input end and the output end, the optical ADM can receive the received optical pulse in almost the same state as the transmitted optical pulse. Therefore, in each ADM, it is possible to eliminate the process of reproducing the received optical pulse (waveform shaping / timing recovery) without degrading the SNR of the received optical pulse, and it is possible to construct a flexible system. Become. A so-called lightwave network applying this principle will be described below.
[0290]
FIG. 28 is a diagram showing a ring-type lightwave network using a phase conjugate light generator. In the figure, each node (Node) 1, 2 and 3 is an optical ADM, and an outer optical fiber ring (single mode optical fiber transmission line) and an inner optical fiber ring (also single mode optical fiber transmission line), It is connected to the.
[0291]
A phase conjugate light generator (PC12, PC21, PC23, PC32, PC13, PC31) is provided in the middle of the outer optical fiber ring and the inner optical fiber ring between the nodes 1, 2, and 3. Each PC or each node is provided at a position where the total dispersion amount of the input side optical fiber ring and the output side optical fiber ring is equal to the total amount of the optical Kerr effect.
[0292]
A case will be described in which the node 1 transmits a signal to the node 2 using an optical wave having a wavelength λ12, and the node 2 transmits a signal to the node 1 using an optical wave having a wavelength λ21. The node 1 transmits a light wave of λ12 to the outer optical fiber ring 101.
[0293]
The PC 12 generates phase conjugate light λ ′ 12 of the light wave of λ 12 received from the optical fiber ring 101. As the PC 12, it is preferable to use the aforementioned DFB-LD.
[0294]
The PC 12 inputs the phase conjugate light λ ′ 12 of λ 12 to the optical fiber ring 102 and transmits it to the node 2.
The node 2 receives the light wave of λ′12 from the optical fiber ring 102 and treats it as an optical signal from the node 1.
[0295]
By providing the PC 12 at a position where the total dispersion amount of the optical fiber ring 101 and the optical fiber ring 102 is equal to the total amount of the optical Kerr effect, the optical signal λ12 inserted into the outer optical fiber ring at the node 1 is almost the same. Waveform phase conjugate light λ ′ 12 can be branched from the outer optical fiber ring at node 2. Therefore, the node 2 does not need to perform complicated waveform shaping / timing reproduction of the received optical signal.
[0296]
When transmitting a signal from node 2 to node 1, an inner optical fiber ring is used. That is, when a signal from the node 2 to the node 1 is transmitted using the light wave having the wavelength λ 21, the light wave having the wavelength λ 21 is transmitted to the optical fiber ring 103.
[0297]
In the PC 21, phase conjugate light λ ′ 21 of the light wave λ 21 received from the optical fiber ring 103 is generated and transmitted to the optical fiber ring 104.
In the node 1, the optical wave λ ′ 21 is received from the optical fiber ring 104, and this optical wave λ 21 ′ is received as a transmission signal from the node 2.
[0298]
By providing the PC 21 at a position where the total dispersion amount of the optical fiber ring 103 and the optical fiber ring 104 is equal to the total amount of the optical Kerr effect, the optical signal λ21 inserted into the inner optical fiber ring at the node 2 is almost the same. Waveform phase conjugate light λ ′ 21 can be branched from the inner optical fiber ring at node 1.
[0299]
Therefore, the node 1 does not need to perform complicated waveform shaping / timing reproduction of the received optical signal.
Communication from the node 1 to the node 3 is performed using the wavelength λ 13 via the inner optical fiber ring 106, and communication from the node 3 to the node 1 is performed using the light wave having the wavelength λ 31 via the outer optical fiber ring 105. Do it.
[0300]
The PC 13 generates λ13 phase conjugate light λ′13 and inputs it to the optical fiber ring 108, and the node 3 receives the λ′13 light wave as an optical signal from the node 1.
[0301]
Communication from the node 3 to the node 1 is performed via the outer optical fiber ring 107. The PC 31 generates the phase conjugate light λ ′ 31 of λ 31 and inputs it to the optical fiber ring 105. The node 1 receives the light wave of λ′31 as an optical signal from the node 3.
[0302]
Similarly, communication from the node 2 to the node 3 is performed using the wavelength λ23 via the outer optical fiber ring 112, and communication from the node 3 to the node 2 is performed using the wavelength λ32 via the inner optical fiber ring 109. This is done using light waves.
[0303]
The PC 23 generates λ23 phase conjugate light λ′23 and inputs it to the optical fiber ring 110, and the node 3 receives the λ′23 light wave as an optical signal from the node 2.
[0304]
Further, the PC 32 generates a phase conjugate light λ ′ 32 of λ 32 and inputs it to the optical fiber ring 111. The node 2 receives the light wave of λ′32 as an optical signal from the node 3.
[0305]
In the ring-type lightwave network shown in FIG. 28, communication can be continued even when the optical fiber ring is disconnected. That is, when the optical fiber ring 101 is disconnected, the communication from the node 1 to the node 2 can be continued using the detour composed of the inner optical fiber rings 106, 108, 109, and 111.
[0306]
Here, “the optical fiber ring is cut off” includes a case where the optical fiber ring is physically damaged and cannot be transmitted, and further, the optical fiber ring causes transmission capacity overflow and transmission. Including cases where it becomes difficult.
[0307]
In this case, the node 1 transmits a light wave having a wavelength λ12 to the optical fiber ring 106. A PC 12 ′ is provided at the position of the PC 13, and the phase conjugate light of λ ″ 12 is generated from the light wave of λ12 by the PC 12 ′ and transmitted to the optical fiber ring 108.
[0308]
The node 3 transmits the light wave of λ ″ 12 and transmits it to the optical fiber ring 109. A PC 12 ″ is provided at the position of the PC 32, and from the light wave of λ ″ 12 received from the optical fiber ring 111, λ ′. Twelve phase conjugate lights are generated and transmitted to the optical fiber ring 111.
[0309]
The node 2 receives the light wave of λ′12 received from the optical fiber ring 111 as an optical signal from the node 1.
In the above case, since two-stage phase conjugate light is generated by the PC 12 ′ provided at the position of the PC 13 and the PC 12 ″ provided at the position of the PC 32, two-stage wavelength conversion is performed.
[0310]
Accordingly, the pump light wavelength used in the PC 12 ′ and the PC 12 ″ is appropriately selected, and the light wave λ12 received from the node 1 and the light wave λ′12 transmitted to the node 2 are combined with the input light wave λ12 and the phase conjugate light λ ′ in the PC12. It is preferable to be equal to 12 wavelengths.
[0311]
By setting in this way, node 1 can use the same light source even in the event of a failure, and node 2 can also use the same optical reception system.
Accordingly, in the node 1, only one light source to the node 1 is prepared, and an optical switch is used to select whether to connect to the optical fiber ring 101 or to the optical fiber ring 106 depending on the failure status. Just do it.
[0312]
In this case, the node 2 can receive the optical wave λ′12 from the node 1 only by connecting the optical fiber ring 102 and the optical fiber ring 111 to the same receiving system. Conversely, node 1 always transmits optical wave λ12 to optical fiber ring 101 and optical fiber ring 106, and node 2 receives optical wave λ′12 from optical fiber ring 102 depending on the failure status. Whether to receive the light wave λ′12 from the optical fiber ring 111 may be selected.
[0313]
In the above, the PC 12 'and the PC 12 "can be provided at the same position as the PC 13 and the PC 32 because the PC 13 is at a position where the total dispersion amount of the optical fiber ring 106 and the optical fiber ring 109 and the total amount of the optical Kerr effect are equal. This is because the PC 32 is provided at a position where the total dispersion amount of the optical fiber ring 109 and the optical fiber ring 111 is equal to the total amount of the optical Kerr effect.
[0314]
Note that the route of the optical fiber rings 112, 110, 107, and 105 can be used as a detour route from the node 2 to the node 1, and the optical fiber rings 103 and 104 are used as a detour route from the node 2 to the node 3. , 106, and 108, and the route of the optical fiber rings 107, 105, 101, and 102 can be used as a detour from the node 3 to the node 2. The operation and the like are the same as in the case of the detour for communication from the node 1 to the node 2 as described above.
[0315]
In the above example, the case where different optical paths are used as the inner optical fiber ring and the outer optical fiber ring has been described. However, by using different wavelengths as the wavelengths of the light waves λ12 and λ21, the same optical path is used. Bidirectional optical communication can also be performed. In this case, since the outer optical fiber ring and the inner optical fiber ring are physically the same, naturally, the total amount of dispersion and the total amount of the optical Kerr effect are equal to each other. Can be provided.
[0316]
FIG. 29 shows a specific configuration of the node 1. In the figure, DMUX is a light wavelength separation device, which separates light waves of optically different wavelengths. The MUX is an optical wavelength multiplexing device for multiplexing optically different wavelengths of light and coupling them to one optical fiber. Nodes 2 and 3 can be similarly configured. When bidirectional optical transmission is performed using a single optical fiber ring, the optical fiber ring 101 may be connected to the DMUX and the optical fiber ring 105 may be connected to the MUX, as indicated by the dotted line in the figure.
[0317]
FIG. 30 shows a specific configuration of the phase conjugate light generators PC12 and PC21. As the PC 12, PC 13 ', and PC 32', it is preferable to use the DFB-LD as described above.
[0318]
By using DFB-LD, the phase conjugate light generator can be greatly reduced in size and simplified. In optical wavelength division multiplex communication, a phase conjugate light generator is provided for each wavelength as shown in FIG. Wavelength conversion can be performed.
[0319]
Therefore, it is not necessary to perform control for expanding the required bandwidth of the phase conjugate light generator. In FIG. 30, a band-pass optical filter that transmits only the phase conjugate light wavelength is provided to input only the phase conjugate light to the optical fiber ring (to remove the probe light and pump light).
[0320]
FIG. 31 shows still another configuration example of the lightwave network of FIG. In the figure, a circle indicates a node similar to that in FIG. 28 and has a function of inserting / branching a light wave of a specific wavelength. In this case, the difference from FIG. 28 is that the phase conjugate light generator PC is provided with an optical branching / switching function. A specific configuration of the PC 121 will be described with reference to FIG.
[0321]
Consider a case where the PC 121 receives an optical signal from the sub-network 1 on the node (Node) 11 side and transmits the optical signal to the sub-network on the node 12 side. The sub-network 1 on the node 11 side is connected to the optical wavelength separation device DMUX, and is separated into light waves λ11 to λ1j for each wavelength. When the light waves of λ11 to λ1i are used for optical communication of the sub-network 1, the phase conjugate light of each of the light waves λ11 to λ1i is generated, and only the phase conjugate light is extracted by the optical filter, and these are used as the optical wavelengths. The data is input to the multiplexer MUX, multiplexed, and input to the node 12 side of the sub-network 1. When the light waves λ1m to λ1j are used for communication with the main network (Main-Network), the phase conjugate light of each of the light waves λ1m to λ1j is generated, and only the phase conjugate light is extracted by the optical filter. These are input to the optical wavelength multiplexer MUX, multiplexed, and input to the optical fiber 130 of the main network. In this case, the total dispersion amount and the total amount of the optical Kerr effect are set equal between the optical fiber 131 between the node 11 and the PC 121 and the optical fiber 132 between the PC 121 and the node 12. And the optical fiber 131 between the PC 121 and the optical fiber 130 between the PC 121 and the node 10, the total dispersion amount and the total optical Kerr effect are set equal.
[0322]
In the node 10, for example, the optical wave path can be switched using an optical matrix switch described in Japanese Patent Publication No. 6-66982. By using this optical matrix switch, a light wave signal can be transmitted to any of the PC 124, PC 125, and PC 126.
[0323]
28 to 32, a phase conjugate light generator that does not use a DFB laser diode can also be used. This type of phase conjugate light generator includes, for example, a nonlinear optical medium (for example, an optical fiber or a semiconductor optical amplifier) to which a signal light beam is supplied, a pump light source that outputs pump light, and pump light to the nonlinear optical medium. And an optical coupler. A phase conjugate light beam is generated by four-wave mixing based on a signal light beam and pump light in the nonlinear optical medium, and the phase conjugate light beam is output from the nonlinear optical medium.
[0324]
FIGS. 34A, 34B, and 34C are cross-sectional views showing modifications of the DFB laser diode of FIG. FIG. 34A shows a first end face (cleavage face) inclined with respect to a plane perpendicular to the joint surface between the layers 12, 14 and 15, and a second end face substantially perpendicular to the joint surface. 1 shows a DFB laser diode having a (cleavage plane). A signal light beam is supplied to the first end face, and a signal light beam, pump light, and phase conjugate light beam are output from the second end face. In the configuration shown in FIG. 34A, the light reflected from the first end face toward the inside of the DFB laser diode is in a leakage mode, so that the reflected light can be guided into the waveguide layer 12. Is prevented. As a result, the phase conjugate light beam can be generated stably. Therefore, the configuration shown in FIG. 34A is suitable for a one-way type phase conjugate light generator as shown in FIGS.
[0325]
FIGS. 34B and 34C show DFB laser diodes suitable for bidirectional phase conjugate light generators as shown in FIGS. 10, 11, 13 and 33, respectively. Each of the DFB laser diodes shown in FIGS. 34B and 34C has first and second end surfaces (cleavage surfaces) inclined with respect to a plane perpendicular to the bonding surface. The first and second end faces of FIG. 34B are substantially parallel to each other, and the first and second end faces of FIG. 34C are not parallel to each other. According to the configuration shown in FIG. 34 (B) or (C), the light reflected by each of the first and second end faces is in a leakage mode, so that the reflected light is guided into the waveguide layer 12. Is prevented. As a result, phase conjugate light beams propagating in opposite directions can be stably generated in the DFB laser diode.
[0326]
In order to further suppress the influence of the reflected light, in the modification shown in FIG. 34, an antireflection film (see reference numeral 22 in FIG. 4) is provided on one or both of the first and second end faces. ) May be provided. With an appropriate design of the antireflection film, a reflectance smaller than 0.1% can be obtained.
[0327]
FIG. 35 is a diagram showing a first modification of the phase conjugate light generator shown in FIG. Here, an optical band rejection filter 202 is additionally provided. The filter 202 is optically connected between the port 46C and the output port 50 of the optical circulator 46, and the filter 202 is a pump light component E generated in the DFB laser diode 1._P1And E_P2Remove.
[0328]
FIG. 36 shows the wavelength characteristic of the transmittance of the optical band stop filter 202 shown in FIG. Filter 202 is pump light component E_P1And E_P2Wavelength λ_PHas a narrow stopband. That is, the wavelength λ_PThe transmittance in the region in the vicinity of is substantially 0%, and the transmittance in the other regions is substantially 100%. The wavelength characteristic as shown in FIG. 36 can be obtained by using a fiber grating as the optical band stop filter 202, for example.
[0329]
A medium is said to be photosensitive if the refractive index of the optical medium (eg, glass) changes permanently upon light irradiation. By using this property, a fiber grating can be produced in the core of the optical fiber. A characteristic of such a fiber grating is that light is Bragg reflected in a narrow band near the resonance wavelength determined by the grating pitch and the effective refractive index of the fiber mode. The fiber grating can be produced, for example, by irradiating an excimer laser oscillating at a wavelength of 248 nm or 193 nm using a phase mask (KO Hill, B. Malo, F. Bilodeau, DC Johnson, and J. Albert, “Bragg gratings fabricated in monomode optical fiber by UV exposure through a phase mask”, Applied Physics Letters, Vol.62, No.10, pp.1035-1037, March 8, 1993). Therefore, by optimizing the resonant wavelength of the fiber grating, the wavelength λ_PIt is possible to obtain a narrow element band of the optical band rejection filter including
[0330]
In particular, the stop band of the optical band stop filter 202 shown in FIG._P, The pump light component E generated in the DFB laser diode 1 is obtained._P1And E_P2Is effectively removed by the filter 202. Therefore, the pump light component E_P1And E_P2Are not output from the output port 50. As described above, the influence of the pump light on the optical device arranged on the downstream side of the receiving station or the optical transmission path is reduced, and the processing (extraction, amplification, etc.) of the phase conjugate light beam is facilitated.
[0331]
FIG. 37 is a diagram showing a second modification of the phase conjugate light generator shown in FIG. Instead of the filter 202 of FIG. 35, two optical band rejection filters 202 (# 1 and # 2) are provided. The filter 202 (# 1) is optically connected between the half-wave plate 44 and the excitation end 1B of the DFB laser diode 1, and the filter 202 (# 2) is connected to the excitation end 1A of the DFB laser diode 1. Optically connected to the port 42C of the polarization beam splitter 42. Each of the filters 202 (# 1 and # 2) has a wavelength characteristic equivalent to that of the filter 202 shown in FIG. 35, that is, a wavelength characteristic as shown in FIG. Therefore, according to the embodiment shown in FIG. 37, the pump light component E generated in the DFB laser diode 1._P1And E_P2Are removed by the filters 202 (# 1 and # 2), respectively, and are not output from the port 50.
[0332]
When the phase conjugate light generator includes a DFB laser diode, the effect of using the optical band stop filter as described above is great. This is because the pump light generated and output in the DFB laser diode has a power larger than the power of the residual component of the pump light introduced from the outside into the nonlinear optical medium in order to generate phase conjugate light. This is because the influence of such high power pump light is likely to occur downstream of the phase conjugate light generator.
[0333]
FIG. 38 is a diagram showing a third modification of the phase conjugate light generator of FIG. Here, an optical band stop filter 204 that is optically connected between the input port 48 and the port 46A of the optical circulator 46 is additionally provided. The filter 204 is made of, for example, a fiber grating. The filter 204 has a narrow stopband that includes a predetermined wavelength. The predetermined wavelength is a phase conjugate light beam E generated by four-wave mixing in the DFB laser diode 1._C1And E_C2Wavelength λ_cIs set to substantially match.
[0334]
FIG. 39A shows the wavelength characteristic of the transmittance of the optical band stop filter 204 shown in FIG. Wavelength λ_cThe transmittance in the region in the vicinity of is substantially 0%, and the transmittance in the other regions is substantially 100%.
[0335]
FIG. 39B shows the power spectrum of the light transmitted through the optical band stop filter 204 shown in FIG. The input light beam supplied to the input port 48 has ASE (spontaneous emission light) noise and a wavelength λ._sSignal component (E_s). By passing the input light beam through the optical band stop filter 204, a part of the ASE noise is reduced to the wavelength λ._cIs removed in the vicinity of.
[0336]
FIG. 39C shows the power spectrum of the light output from the phase conjugate light generator shown in FIG. Signal light beam E in the DFB laser diode 1_s(Polarization component E_s1And E_s2) And pump light E_p(Pump light component E_p1And E_p2) Based on the four-wave mixing resulting in a phase conjugate light beam E_c(E_c1And E_c2) Is the wavelength λ_cOccurs in ASE noise is wavelength λ_cSo that the resulting phase conjugate light beam provides a good signal-to-noise ratio (SNR).
[0337]
FIG. 40 is a diagram showing a modification of the phase conjugate light generator shown in FIG. An optical amplifier 206 that is optically connected between the DFB laser diode 1 and the nonlinear optical medium 68 is additionally provided. DFB laser diode 1 is pump light E_pTo generate the signal light beam E_sIs supplied to the DFB laser diode 1. Signal light beam E in the DFB laser diode 1_sAnd pump light E_pPhase conjugate light beam E by four-wave mixing based on_cOccurs. Signal light beam E output from the DFB laser diode 1_s, Pump light E_pAnd phase conjugate light beam E_cAre amplified in the optical amplifier 206 and then supplied to the nonlinear optical medium 68. In the nonlinear optical medium 68, the phase conjugate light beam E_cIs enhanced by four-wave mixing and output from the nonlinear optical medium 68. Particularly in this embodiment, the pump light E_pIs amplified by the optical amplifier 206 before being supplied to the nonlinear optical medium 68, the nonlinear effect in the nonlinear optical medium 68 is enhanced, and the resulting phase conjugate light beam E_cIs effectively increased.
[0338]
In the case of amplification in a wavelength band of 1.5 μm, an erbium-doped fiber amplifier (EDFA) is suitable as the optical amplifier 206. The nonlinear optical medium 68 is, for example, an optical fiber such as a semiconductor optical amplifier (SOA) or a dispersion shifted fiber (DSF). An optical fiber is used as the nonlinear optical medium 68, and its zero dispersion wavelength is the pump light E._pSince the phase matching condition can be easily satisfied, the obtained phase conjugate light beam E can be easily satisfied._cThe power of can be increased.
[0339]
FIG. 41 is a diagram showing an embodiment of a polarization-independent phase conjugate light generator according to the present invention. This phase conjugate light generator has cascaded DFB laser diodes 1 and 1 'such as those extracted from the optical loop of FIG. The DFB laser diode 1 is a pump light E having a TE polarization plane._pThe DFB laser diode 1 'is driven by the pump light E having the TM polarization plane._pIt is driven to generate ′. Signal light beam E supplied to the DFB laser diode 1_sConsists of first and second signal components having polarization planes corresponding to the TE and TM polarization planes, respectively. The first signal component is the first signal component and the pump light E in the DFB laser diode 1._pIs converted into a first phase conjugate light component through a four-wave mixing process based on, and the second signal component is transmitted through the DFB laser diode 1. The second signal component is then the second signal component and pump light E in the DFB laser diode 1 '._pThe first phase conjugate light component generated in the DFB laser diode 1 through the four-wave mixing process based on 'and transmitted in the DFB laser diode 1 is transmitted through the DFB laser diode 1'. The first and second phase conjugate light components are transmitted from the DFB laser diode 1 'to the phase conjugate light beam E._cIs output as According to this embodiment, since both the first and second signal components are converted into the phase conjugate light beam, the polarization dependency of the conversion efficiency is reduced.
[0340]
FIG. 42 is a diagram showing a modification of the phase conjugate light generator shown in FIG. If each of the DFB laser diodes 1 and 1 'has a different transmittance for the TE and TM polarization modes, the degree of polarization dependence reduction may be worse. To deal with this possibility, here a polarization dependent element 208 is provided between the DFB laser diodes 1 and 1 ′. Element 208 has different losses or gains for TE and TM polarization modes, and element 208 is set or adjusted to minimize the polarization dependence of conversion efficiency in this phase conjugate light generator. ing. For example, an optical amplifier or a polarizer can be used as the element 208.
[0341]
By the way, when the phase conjugate conversion is performed in a phase conjugate light generator including the first and second nonlinear optical media cascaded (for example, the DFB laser diode 1 and the optical fiber 72 shown in FIG. 16), the conversion efficiency and The conversion band is determined by the sum of nonlinear effects in the first and second nonlinear optical media. Here, the conversion band is defined by the maximum detuning wavelength (detuning frequency) of the pump light and the signal light under the condition that a phase conjugate light beam with a certain power is obtained. In general, the optical fiber as the second nonlinear optical medium has a wider conversion band than the DFB laser diode or semiconductor optical amplifier as the first nonlinear optical medium. Therefore, the combination of the DFB laser diode or semiconductor optical amplifier as the first nonlinear optical medium and the optical fiber as the second nonlinear optical medium provides a phase conjugate light generator having high conversion efficiency and a wide conversion band.
[0342]
A dispersion shifted fiber (DSF) used for general purposes has a nonlinear coefficient γ of about 2.6 W.^-1km^-1Therefore, in order to obtain sufficient conversion efficiency, the fiber length is required to be 10 km or more. Therefore, it is desired to provide a DSF having a nonlinear coefficient γ that is sufficiently large to shorten the fiber length. If the length of the DSF used as the second nonlinear optical medium can be shortened, the management of the zero dispersion wavelength becomes easy, so that the wavelength of the pump light is substantially equal to the zero dispersion wavelength of the DSF. Therefore, a wide conversion band can be obtained.
[0343]
The nonlinear coefficient γ is
γ = ωn₂/ CA_eff
Given in. Where ω is the optical frequency and n₂And A_effAre the nonlinear refractive index and effective core area of the optical fiber, and c is the speed of light. Therefore, in order to obtain a large nonlinear coefficient γ, the nonlinear refractive index n₂Or effective core area A_effIt is effective to reduce the mode field diameter (MFD) of the DSF corresponding to. Nonlinear refractive index n₂For example, the cladding is doped with fluorine or the like in the cladding, or the core is highly doped with GeO.₂It is possible by doping. GeO in the core₂Is doped with 25 to 30 mol% of the non-linear refractive index n₂As 5 × 10^-20m²A large value of / W or more is obtained. The MFD can be reduced by designing the relative refractive index difference Δ or the shape of the core. The DSF design is the same as that of DCF (dispersion compensating fiber). For example, GeO in the core₂Is doped with 25 to 30 mol%, and the relative refractive index difference Δ is set to 2.5 to 3.0%, an MFD value smaller than 4 μm is obtained. As these total effects, 15W^-1km^-1The value of the above large nonlinear coefficient γ is obtained.
[0344]
Another important point is that the DSF that provides such a large value of the nonlinear coefficient γ should have a zero dispersion wavelength included in the pump band. Such coincidence between the zero dispersion wavelength and the pump band is possible by setting the fiber parameters (for example, relative refractive index difference Δ and MFD) as follows. In a normal optical fiber, if the relative refractive index difference Δ is increased under the condition that the MFD is constant, the dispersion value increases in the normal dispersion region. The DD-DCF as described above used for the pre-compensation or post-compensation by the phase conjugate light generator is realized by such a principle. On the other hand, the dispersion decreases when the core diameter is increased, and conversely, the dispersion increases when the core diameter is decreased. Therefore, after setting the MFD to a certain value suitable for the pump band, the core diameter may be adjusted so that the zero dispersion wavelength matches the predetermined value of the pump light.
[0345]
Since the conversion efficiency is proportional to the square of γPL (P is the optical power and L is the length of the DSF), a DSF having a large nonlinear coefficient γ is 2.6 / 15≈1 / 5.7 compared to a normal DSF. The same conversion efficiency can be achieved with a length of about. As described above, in order to obtain a sufficiently large conversion efficiency, an ordinary DSF requires a length of about 10 km, whereas in an optical fiber having such a large nonlinear coefficient γ, Similar conversion efficiency can be obtained with a length of about 1 to 2 km. Actually, the loss can be reduced by the amount that the fiber length can be shortened, so that the fiber length can be further shortened in order to obtain the same conversion efficiency. In such a short length DSF, the controllability of the zero dispersion wavelength is improved, so that the wavelength of the pump light can be easily controlled to substantially match the zero dispersion wavelength, and a wide conversion band can be obtained. Can be provided. Furthermore, since the polarization plane preserving ability is ensured if the fiber length is several km, such DSF application to the present invention achieves high conversion efficiency and a wide conversion band and eliminates polarization dependence. It is extremely effective in the above.
[0346]
In an apparatus having an optical fiber as a nonlinear optical medium for generating phase conjugate light, the conversion band is limited by the dispersion of the optical fiber. Accordingly, when the dispersion in the longitudinal direction of the optical fiber is completely controlled, for example, when there is only one zero dispersion wavelength over the entire length (non-linear length), the wavelength of the pump light is matched to the zero dispersion wavelength to be virtually infinite. A large conversion band (unlimited within a range in which the dispersion slope is linear) is obtained. Actually, the zero dispersion wavelength varies in the longitudinal direction of the optical fiber due to the manufacturing technique of the optical fiber, so that the phase matching condition deviates from the ideal state, thereby limiting the conversion band.
[0347]
However, even in such a case, the optical fiber is cut and divided into a plurality of small sections, and the sections having similar zero dispersion wavelengths are connected by splicing or the like (from the original fiber end). An optical fiber suitable for providing a phase conjugate light generating device having a wide conversion band can be obtained even though the average dispersion in the entire length is the same (in an order different from the counting order).
[0348]
Alternatively, a large number of fibers having a length (for example, several hundred meters or less) capable of highly accurate dispersion control to the extent necessary to obtain a sufficiently wide conversion band are prepared in advance, and those having the required zero dispersion wavelength are prepared. A wide conversion band can be obtained by obtaining a fiber having a length necessary to obtain a required conversion efficiency in combination, and manufacturing a phase conjugate light generator using the fiber.
[0349]
When expanding the conversion band in this way, it is effective to collect a portion with a small zero dispersion wavelength or a portion with little variation in the zero dispersion wavelength near the pump light input end of a fiber with high pump light power. It is. Further, if the number of divisions is increased sequentially as necessary, or where the dispersion value is relatively large at a position away from the pump light input end, the conversion band can be further combined by appropriately combining the dispersion values such as by alternately arranging positive and negative values. Can be enlarged.
[0350]
Thus, according to an aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an apparatus having an optical fiber as a nonlinear optical medium for generating phase conjugate light, wherein (a) a plurality of optical fibers are cut There is provided a method including a step of dividing into sections, and (b) rearranging and joining the plurality of sections so that a conversion band by non-degenerate four-wave mixing is expanded.
[0351]
Desirably, the dispersion value (for example, dispersion value for pump light) of each of the plurality of sections is measured, and a section having a relatively small dispersion value is arranged on the side near the input end when pump light is input to the optical fiber. As described above, the plurality of sections are rearranged. As a result, the phase matching condition can be effectively obtained at a portion where the power of the pump light is high, so that the conversion band is effectively expanded.
[0352]
Preferably, at least a part of the plurality of sections is connected so that the positive and negative of the variance value are alternated. Thereby, since the average dispersion | distribution of each part of an optical fiber can be restrained small, the conversion band can be expanded effectively.
[0353]
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a device having an optical fiber as a nonlinear optical medium for generating phase conjugate light, wherein (a) the optical fiber is cut and divided into a plurality of sections. And (b) measuring a dispersion value (for example, a dispersion value for pump light) of each of the plurality of sections, and (c) dispersion sufficiently small to obtain a required conversion band by non-degenerate four-wave mixing. And selecting and joining only intervals having values.
[0354]
Next, a method for expanding the conversion band using the nonlinear effect will be described. Optical fiber with large nonlinear effect (pump light power P₀The frequency difference between the signal light and the pump light is Ω (≡ | ω_p−ω_c| = | Ω_s−ω_p|), The phase mismatch amount Δk in the four-wave mixing is given by the following equation.
[0355]
Δk = β₂Ω²+ 2γP₀
Where β₂Is a dispersion value at the wavelength of the pump light. In ordinary fiber, 2γP₀Is sufficiently small, the condition for phase matching (Δk = 0) is β₂= 0. On the other hand, in the case of a fiber with a large nonlinear effect, 2γP₀Since the value of cannot be ignored, the condition for phase matching changes. 2γP₀Is always a positive value, so β₂It becomes a condition of phase matching that becomes a certain negative value. That is, the wavelength of the pump light may be arranged in the anomalous dispersion region. At this time, the detuning frequency Ω with the most phase matching₁Is given by:
[0356]
Ω₁= (2γP₀/ | Β₂｜)^1/2
Therefore, γ and P₀By appropriately adjusting the pump light for₁It can be expanded to the vicinity.
[0357]
43 and 44 are diagrams showing a phase conjugate light generator having a high conversion efficiency and a wide conversion band. Each of these phase conjugate light generators has a combination of a first nonlinear optical medium 68 (# 1) and a second nonlinear optical medium 68 (# 2) cascaded. 43 shows a case where the first nonlinear optical medium 68 (# 1) includes a semiconductor optical amplifier (SOA) 70, and FIG. 44 shows the first nonlinear optical medium 68 (# 1) including the DFB laser diode 1. The case of including is shown. 43 and 44, the second nonlinear optical medium 68 (# 2) includes the DSF 72.
[0358]
In the embodiment of FIG. 43, the supplied signal light beam and the pump light output from the pump light source 210 are added by the optical coupler 209 and input to the SOA 70. A phase conjugate light beam is generated by four-wave mixing based on the signal light beam and the pump light in the SOA 70. The signal light beam, pump light, and phase conjugate light beam output from the SOA 70 are then supplied to the DSF 72. In the DSF 72, the power of the phase conjugate light beam is increased by four-wave mixing, and the phase conjugate light beam is then output from the DSF 72. In a process using such a combination of SOA 70 and DSF 72, the conversion efficiency is increased.
[0359]
In order to widen the conversion band and further increase the conversion efficiency, a feedback loop including an optical bandpass filter 216, a photodetector 218 and a control unit 220 is provided here. The pump light source 210 is driven by a drive circuit 212. The drive circuit 212 adjusts the wavelength of the pump light according to the supplied control signal. The light output from the DSF 72 is divided into two beams by the optical coupler 214, and one of these beams is supplied to the optical bandpass filter 216. The filter 216 has a wavelength λ of the phase conjugate light beam._cHas a narrow passband. The beam component that has passed through the filter 216 is converted into an electrical signal having a level (for example, a voltage level) corresponding to the optical power by the photodetector 218. The control unit 220 receives the signal output from the photodetector 218, and generates the above-described control signal so that the detected light power by the photodetector 218 becomes higher. As a result of such feedback control, the wavelength of the pump light supplied to the SOA 70 and the DSF 72 is controlled to be equal to a desired value (for example, the zero dispersion wavelength of the DSF 72). Thereby, a wide conversion band and high conversion efficiency can be obtained. This is because the wavelength of the pump light is equal to the optimum value when the power of the obtained phase conjugate light beam is maximized. When a laser diode is used as the pump light source 210, the wavelength of the pump light can be changed by the injection current or temperature of the laser diode.
[0360]
In the embodiment shown in FIG. 44, the control signal output from the control unit 220 is supplied to the drive circuit 7 of the DFB laser diode 1. The drive circuit 7 controls the wavelength of pump light generated in the DFB laser diode 1 based on the supplied control signal (see the description of FIGS. 2 to 5). As a result, the wavelength of the pump light is controlled to match a desired value (for example, the zero dispersion wavelength of DSF 72), thereby obtaining a wide conversion band and high conversion efficiency. Here, the drive current of the DFB laser diode 1 is controlled, but the temperature of the DFB laser diode may be controlled.
[0361]
Although not shown, an optical amplifier is provided between the first nonlinear optical medium 68 (# 1) and the second nonlinear optical medium (# 2), and the second nonlinear optical medium 68 (# 2) is provided. The power of the pump light supplied may be increased. This further increases the conversion efficiency.
[0362]
By the way, in a non-degenerate four-wave mixing process in a semiconductor nonlinear optical medium such as a DFB laser diode and a semiconductor optical amplifier, the wavelength of the signal light beam is longer than the wavelength of the pump light (λ_p<Λ_s) Conversion efficiency when the wavelength of the signal light is shorter than the wavelength of the pump light (λ_s<Λ_p) Conversion efficiency is higher. This is thought to be due to the following reasons. In the conversion process using a semiconductor nonlinear optical medium, four-wave mixing occurs based on the overall effect of the third-order nonlinear effect as described below.
[0363]
(1) Carrier density modulation effect (bandwidth of 0.1 nm or less)
(2) Carrier heating effect (approx. 10 nm band)
(3) Spectral hole burning effect (bandwidth 50nm or more)
As a result, the phase relationship of the light generated through the four-wave mixing process is λ_p<Λ_sIn the case of_s<Λ_pIn this case, they are canceled out. Therefore, when a phase conjugate light beam is generated using a semiconductor nonlinear optical medium, the conversion efficiency can be increased by setting the wavelength of the signal light beam longer than the wavelength of the pump light.
[0364]
Such limitation of the wavelength relationship in the semiconductor nonlinear optical medium can be avoided by cascading external nonlinear optical media that do not have a wavelength relationship limitation in the semiconductor nonlinear optical medium. That is, as described above, the combination of the DFB laser diode or the semiconductor optical amplifier as the first nonlinear optical medium and the optical fiber as the second nonlinear optical medium avoids the limitation on the wavelength relationship as described above. This is effective in expanding the conversion band.
[0365]
In the case where the semiconductor optical amplifier and the optical fiber are cascade-connected, the order of these is not limited.
Further, even when the first and second optical fibers providing different conversion bands are cascade-connected to provide a phase conjugate light generation device, it is possible to eliminate the band limitation caused by the narrower conversion band. Such a combination of nonlinear optical media is also effective in expanding the conversion band.
[0366]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to ideally compensate for waveform distortion due to chromatic dispersion and optical Kerr effect in an optical fiber, and it is possible to transmit optical signals of high speed and large capacity over a long distance.
[0367]
Moreover, according to the structure or procedure by this invention demonstrated above, there exist the following effects.
(1) It is possible to provide a method and apparatus capable of increasing the conversion efficiency from a signal light beam to a phase conjugate light beam.
[0368]
(2) It is possible to provide a method and apparatus capable of widening the conversion band in the conversion from the signal light beam to the phase conjugate light beam, and a method for manufacturing the apparatus.
(3) It is possible to provide a method and apparatus in which the conversion efficiency from the signal light beam to the phase conjugate light beam is less dependent on the polarization state of the signal light beam.
[0369]
(4) It is possible to provide a method and apparatus capable of obtaining a phase conjugate light beam having a good signal-to-noise ratio.
(5) It is possible to provide a system suitable for optical communication that includes the devices (1) to (4) or to which the methods (1) to (4) are applied.
[0370]
(6) It is possible to provide a novel system having a phase conjugate light generator suitable for providing a flexible optical network system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a first method according to the invention.
FIG. 2 is a diagram showing a phase conjugate light generator applicable to the present invention.
FIG. 3 is a partially broken perspective view of the DFB laser diode of FIG. 2;
4 is a cross-sectional view taken along line II in FIG. 3. FIG.
5 is a diagram showing an example of a spectrum of light output from the DFB laser diode of FIG.
FIG. 6 is a graph showing signal light frequency dependence of conversion efficiency.
7A and 7B show experimental results, where FIG. 7A shows a transmission pulse waveform, FIG. 7B shows a pulse waveform after transmission of a 101 km SMF (single mode optical fiber) when a phase conjugate light generator (PC) is used, (C) is a pulse waveform after 101 km SMF transmission when no PC is used.
FIG. 8 is a diagram showing a first embodiment of a phase conjugate light generator according to FIG. 1;
FIG. 9 is a diagram showing a second embodiment of the phase conjugate light generator according to FIG. 1;
FIG. 10 is a diagram showing a third embodiment of the phase conjugate light generator according to FIG. 1;
FIG. 11 is a diagram showing an arrangement for a verification experiment of the embodiment of FIG. 10;
12 is a graph showing data obtained in the experiment of FIG.
FIG. 13 is a diagram showing a fourth embodiment of the phase conjugate light generator according to FIG. 1;
FIG. 14 is a diagram for explaining a second method according to the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a first embodiment of a phase conjugate light generator according to FIG. 14;
FIG. 16 is a diagram showing a second embodiment of the phase conjugate light generator according to FIG. 14;
FIG. 17 is a block diagram of an optical communication system showing an application example of the present invention.
FIG. 18 is a diagram showing a first application example to the wavelength division multiplexing transmission system of the present invention.
FIG. 19 is a diagram for explaining a frequency arrangement when the present invention is applied to a wavelength division multiplexing transmission system.
FIG. 20 is a diagram showing a second application example to the wavelength division multiplexing transmission system of the present invention.
FIG. 21 is a diagram showing a third application example to the wavelength division multiplexing transmission system of the present invention.
FIG. 22 is a diagram showing a fourth application example to the wavelength division multiplexing transmission system of the present invention.
FIG. 23 is a diagram showing a fifth application example to the wavelength division multiplexing transmission system of the present invention.
FIG. 24 is a diagram showing a sixth application example to the wavelength division multiplexing transmission system of the present invention.
FIG. 25 is a diagram illustrating an application example of the present invention to a bidirectional transmission system.
FIG. 26 is a diagram for explaining the basic principle of a lightwave network.
27 is an explanatory diagram of a compensation principle in FIG. 26. FIG.
FIG. 28 is a diagram showing a system configuration example of a ring network using a phase conjugate light generator (PC).
29 is a configuration diagram of a node (Node) 1 in FIG. 28;
30 is a configuration diagram of a PC (phase conjugate light generator) in FIG. 28. FIG.
FIG. 31 is a diagram illustrating an example of a WDM network (optical wavelength division multiplexing network) in which the ring network of FIG. 28 is further developed.
32 is a diagram showing a configuration example of a phase conjugate light generator (PC) 121 in FIG. 31. FIG.
33 is a diagram showing a modification of the phase conjugate light generator of FIG.
34 is a diagram showing a modification of the DFB laser diode of FIG.
FIG. 35 is a diagram showing a first modification of the phase conjugate light generator of FIG.
36 is a diagram showing the wavelength characteristics of the transmittance of the optical band stop filter of FIG. 35. FIG.
FIG. 37 is a diagram showing a second modification of the phase conjugate light generator of FIG.
FIG. 38 is a diagram showing a third modification of the phase conjugate light generator of FIG.
FIG. 39 is a diagram for explaining the operation of the optical band stop filter in FIG. 38;
40 is a diagram showing a modification of the phase conjugate light generator of FIG.
FIG. 41 is a diagram showing an embodiment of a polarization-independent phase conjugate light generator according to the present invention.
42 is a diagram showing a modification of the phase conjugate light generator of FIG. 41. FIG.
FIG. 43 is a diagram showing an embodiment of a phase conjugate light generator having high conversion efficiency and a wide conversion band.
FIG. 44 is a diagram showing another embodiment of a phase conjugate light generator having high conversion efficiency and a wide conversion band.
[Explanation of symbols]
1 DFB laser diode
32, 38, 42 Polarization beam splitter
34, 36, 44 half-wave plate
46 Optical circulator

Claims (4)

The first and second wavelengths are obtained by four-wave mixing of light having a first wavelength oscillated by a distributed feedback (DFB) laser diode as pump light and a first signal light beam having a second wavelength different from the first wavelength. In the apparatus for generating the first phase conjugate light beam wavelength-converted as a different third wavelength,
The first signal light beam of the second wavelength modulated by an arbitrary modulation scheme among modulation schemes including modulation schemes such as intensity, frequency, and phase, and the first polarization component having a first polarization plane and the above Means for polarization splitting into a second polarization component having a second polarization plane perpendicular to the first polarization plane;
The first and second polarization components are supplied to the pump light having the first wavelength oscillated by the distributed feedback (DFB) laser diode to correspond to the first and second polarization components, respectively. Generating the first phase conjugate light beam in the first direction and the second direction different from the first direction as the third wavelength in which the modulation is stored;
The means for separating the polarization includes a polarization beam splitter having first to fourth ports, and the first signal light beam is supplied to the first port, and the first and third ports are provided. And the second and fourth ports are coupled by the first polarization plane, and the first and second ports and the third and fourth ports are coupled by the second polarization plane. And
The first and second polarization components are output from the third and second ports, respectively.
The DFB laser diode has first and second excitation ends that receive the first and second polarization components, respectively, and generates pump light having a third polarization plane.
The first phase conjugate light beams in the first direction and the second direction are respectively output from the second and first excitation ends and supplied to the second and third ports, respectively.
Means for rotating either one of the first and second polarization planes by 90 ° so that the first and second polarization planes coincide with the third polarization plane;
A first optical circulator having fifth to seventh ports;
A second optical circulator having eighth to tenth ports;
Any one of the fifth to seventh ports is connected to the first port of the polarization beam splitter;
Any one of the eighth to tenth ports is connected to the fourth port of the polarization beam splitter,
The first signal light beam having the second wavelength is generated by being input to the first port of the polarization beam splitter via two of the fifth to seventh ports of the first optical circulator. The first phase conjugate light beam is output from a first port of the polarization beam splitter, and the first phase conjugate light is transmitted from a port other than the two ports among the fifth to seventh ports of the first optical circulator. Beam is output,
A second signal light beam having a fourth wavelength different from the first to third wavelengths is passed through two of the eighth to tenth ports of the second optical circulator. A second phase conjugate light beam having a fifth wavelength different from the first to fourth wavelengths with respect to the second signal light beam having the fourth wavelength is generated in the same manner as the first phase conjugate light beam. the polarization beam 4 is outputted from the port said second optical circulator of the eighth to tenth output Ru device from a port other than the 2-port of the splitter.   The apparatus of claim 1, comprising:
  A device further comprising a second DFB laser diode cascaded to the DFB laser diode, wherein the second DFB laser diode generates a second pump light having a polarization plane perpendicular to the third polarization plane.   The apparatus of claim 1, comprising:
  The rotating means is a device including a half-wave plate.   The apparatus of claim 1, comprising:
  The rotating means is a device including a polarization-maintaining fiber.

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