JPH0659296A

JPH0659296A - 位相共役波発生器

Info

Publication number: JPH0659296A
Application number: JP21301092A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kitayama; 研一北山; Fumihiko Ito; 文彦伊藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1992-08-10
Filing date: 1992-08-10
Publication date: 1994-03-04

Abstract

(57)【要約】【目的】第３次非線形光学効果に起因する４波混合の
場合のように、高パワーの光源を必要とせず、比較的低
光パワーの光セルに対する位相共役波を発生する位相共
役波発生器を提供する。【構成】光セルの側波帯の周波数と等しい複数の周波
数の光をポンプ光１−３，１−４として用い、該光セル
を信号光１−２として、４光波混合によってポンプ光１
−３，１−４と該信号光１−２の周波数の等しい成分同
士を、光非線形媒質１−１中で干渉させることによっ
て、周波数スペクトルに有限の拡がりのある光セルの位
相共役波１−５を発生させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非同期伝達モード（Ａ
ＴＭ）に基づく光通信網における光セルを対象とした光
信号処理や、光情報処理における光データ伝送等に幅広
く利用される位相共役波発生器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の４光波混合による位相共
役波発生器を示しており、３−１はフォトリフラクティ
ブ効果を有する光非線形媒質（以下媒質）、３−２、３
−３はポンプ光，３−４は信号光、３−５は位相共役波
である。ポンプ光３−２、３−３は、互いに対向する方
向から媒質３−１に入射し、これと異なる方向から入射
した信号光３−４と媒質３−１中で４波混合が生じ、信
号光３−４の入射方向を逆進する位相共役波３−５が発
生する。ここで、４つの光の周波数は全て等しいものと
する。発生する位相共役波３−５の位相は、信号光３−
４の位相を反転させた形になっている点が、単なる光の
反射との相違点である。フォトリフラクティブ効果の特
徴は、ミリワット級の比較的低パワーで動作することで
ある。

【０００３】このような位相共役波を、位相歪みの補償
に用いる方法は従来から考えられていた。歪みのある媒
質中で、像を入力側から出力側に送ろうとする場合に、
以下のような方法で歪みを補償する。図４は、位相共役
波を用いた位相歪み補償方法を示しており、４−１は位
相共役波発生部、４−２は歪み媒質、４−３は入力像、
４−４は歪んだ像、４−５は歪みが除去された位相共役
波の出力像である。入力像４−３は背後から光源に照射
され光のパターンを発生させる。この電界分布Ｅ
_in（ｘ，ｙ，ｔ）を次式で示す。

【０００４】Ｅ_in（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ａ（ｘ，ｙ）ｅｘｐ［ｊ（ω₀ｔ＋φ（ｘ，ｙ））］ここで、Ａ、φはそれぞれ入力像の振幅、位相を表し、
ω_nは光キャリアの周波数である。この入力像４−３
は、歪み媒質４−２を通過した後、歪んだ像４−４のよ
うな歪みを受け、Ｅ_in´（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ａ´ｅｘｐ［ｊ（ω₀ｔ＋φ＋φ´）］となる。ただし、φ´は歪み媒質の位相変化である。こ
れを、位相共役波発生部４−１に入力すると、４光波混
合によって次式の位相共役波Ｅ_cが発生する。

【０００５】Ｅ_c（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ａ´ｅｘｐ［ｊ（ω₀ｔ−φ−φ´）］この位相共役波は、元の光路を逆進する性質があるの
で、図４(a) のように再度元の歪み媒質４−１を通過さ
せるか、あるいは図４(b) のように光路を変更して、他
の同一の歪み媒質４−２を通過させることによって、像
の歪みは完全に除去され、出力Ｅ_outとして位相歪みの
ない入力像が再生される。

【０００６】Ｅ_out（ｘ，ｙ，ｔ）＝Ａ´´ｅｘｐ［ｊ（ω₀ｔ＋φ）］これ以外に、第３次非線形光学効果に起因する４光波混
合を利用して、位相共役波の発生させることも可能であ
る。この場合には、位相共役波の発生原理が光波の干渉
に基づくものではなく、非線形分極によるものであるの
で、図３のフォトリフラクティブ媒体を用いた例のよう
に、信号光とポンプ光に必ずしも可干渉性を必要とせ
ず、全ての光が同一の単色である必要はない。したがっ
て、周波数スペクトルに有限の拡がりのあるパルス波形
に対する位相共役波の発生にも適用できる。しかしなが
ら、第３次非線形光学効果の起源である第３次非線形成
分極率χ⁽³⁾は一般に極めて小さいので、通常数１０メ
ガワット級のポンプ光パワーを必要とするので、比較的
光パワーの微弱な光通信にこの方法を適用することは現
実的ではなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】フォトリフラクティブ
効果を有する媒質を用いた従来の歪み補償方法は、空間
的な拡がりのあるパターンの歪みを対象とするものであ
り、時間軸上の長さＴの光パルス列、すなわち時系列光
パルス（以下、光セルと呼ぶ）に対しては、適当な位相
共役波を発生する方法は存在しなかったので、伝送時に
発生する歪みを補償する方法は存在しないのが現状であ
った。その理由は、有限長の光パルスの周波数スペクト
ルは、図５に示すように、光キャリア周波数ｆ₀を中心
として、多数の側波帯が周波数Δｆ（＝１／Ｔ）の間隔
で並んでおり、単色光を対象とした従来の方法では、光
セルの全ての周波数成分の位相共役波を発生すること
は、現実には不可能であったためである。

【０００８】本発明の目的は、第３次非線形光学効果に
起因する４波混合の場合のように、高パワーの光源を必
要とせず、比較的低光パワーの光セルに対する位相共役
波を発生する位相共役波発生器を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、有限長の光パルスビット列からなる光セル
の周波数と等しい複数の周波数の光をポンプ光とし、こ
れを２分する手段と、２分された各ポンプ光を互いに対
向する方向から光非線形媒質に入射させる手段と、前記
光セルを信号光として、該ポンプ光と異なる方向から該
光非線形媒質に入射させる手段とを備え、該ポンプ光と
該信号光の周波数の等しい成分同士を、前記媒質中で干
渉させることによって、該信号光の位相を反転させた位
相共役波を該信号光の入射方向と逆進する方向に発生さ
せるようにした。

【００１０】

【作用】本発明によれば、光セルの側波帯の周波数と
等しい複数の周波数の光をポンプ光として用い、該光セ
ルを信号光として、４光波混合によってポンプ光と該信
号光の周波数の等しい成分同士を、光非線形媒質中で干
渉させることによって、周波数スペクトルに有限の拡が
りのある光セルの位相共役波を発生させることができ
る。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の実施例の概念図であり、１
−１はフォトリフラクティブ効果を有する光非線形媒
質、１−２は信号光の光セル、１−３、１−４はそれぞ
れ第１のポンプ光、第２のポンプ光、１−５は位相共役
波である。ここで、第１及び第２のポンプ光１−３、ポ
ンプ光１−４の周波数ｆ₀は光セルの光キャリア周波
数、ｆ_m（ｍ＝＋−１，・・・，Ｎ）は光セルの側波帯
の周波数に一致しているものとする。以下に、本発明に
基づく位相共役波の発生原理について説明する。先ず、
光セルの波形ｓ（ｔ）を次式で表す。

【００１２】ｓ（ｔ）＝Σａ_m ^(S)ｅｘｐ［ｊ［２π（ｆ₀＋ｍΔｆ）ｔ＋φ_m ^(S) ＋Ｋ_m ^(S)・ｘ］］ここで、ａ_m、φ_m ^(S)はそれぞれｍ次の帯側波を変調
する振幅と位相であり、これら２つのパラメータが情報
を担っている。また、ｋ_m ^(S)はｍ次成分の波数ベクト
ルである。一方、互いに対向するポンプ光１，２はそれ
ぞれ次式で表される。

【００１３】ｒ₁（ｔ）＝Σｂ_nｅｘｐ［ｊ２π（ｆ₀＋ｎΔｆ_n）ｔ＋φ_n ^(r) ＋ｋ_n ^(r)・ｘ］］ｒ₂（ｔ）＝Σｂ_nｅｘｐ［ｊ２π（ｆ₀＋ｎΔｆ_n）ｔ＋φ_n ^(r) −ｋ_n ^(r)・ｘ］］ここで、ｂ_n、φ_n ^(r)はそれぞれｎ次の側帯波の振幅
と位相でありｋ_n ^(r)はｎ次成分の波数ベクトルであ
る。ただし、ｆ_n（ｎ＝＋−１，・・・，Ｎ）は光セル
の側波帯の周波数に一致しているものとする。位相共役
波の発生に関わる非線形分極Ｐ_NLはＰ_NL＝ｓ（ｔ）^*ｒ₁（ｔ）ｒ₂（ｔ）で与えらるので、上式はＰ_NL＝Σａ_mｂ_m ²ｅｘｐ［ｊ［２π（ｆ₀＋ｍΔｆ）ｔ−φ_m ^(s) ＋２φ_m ^(r)−ｋ_m ^(s)・ｘ］］＝Σａ_mｂ_m ²ｅｘｐ［−ｊ［２π（ｆ₀＋ｍΔｆ）（−ｔ）＋φ_m ^(s)−２φ_m ^(r)ｋ_m ^(s)・ｘ］］と書ける。したがって、式より発生する位相共役波
は、式の元の光セルと比較すると、位相φ_m ^(s)の符
号が反転し、進行方向が−ｋ_m ^(s)、すなわち逆方向で
あることが分かる。また、式は式のように書き変え
られるので、図１に示すような入力の光セルの波形に対
して、時間反転した図１のような波形になる。

【００１４】次に、本実施例における、位相共役波の具
体的な発生方法について述べる。図２は、位相共役波発
生のための光学系であり、２−１はフォトリフラクティ
ブ効果を有する光非線形媒質、２−２は光位相同期回
路、２−３は音響光学素子を用いた光位相変調・回折素
子、２−４はハーフミラー、２−５および２−６はミラ
ー、２−７はハーフミラー、２−８はレンズ、２−９は
光セル、２−１０はポンプ光、２−１１は位相共役波で
ある。入力の光セルはハーフミラー２−４で分岐され、
一方は信号光２−９として光非線形媒質２−１に入射
し、他方は、光位相同期回路２−２に入力され、光セル
と位相が同期した周波数ｆ₀の光キャリアが生成され、
光位相変調・回折素子２−３によって、光セルの側波帯
の周波数ｆ_m（＝ｆ₀＋（ｍ−１）Δｆ，ｍ＝＋−１，
・・・，Ｎ）に等しい周波数変調を受け、さらに周波数
に応じ異なる方向に回折される。各周波数成分はレンズ
２−８で集光され、一方のポンプ光２−１０として光非
線形媒質２−１に入射する。このポンプ光２−１０はミ
ラー２−６で反射され、対向するもう１つのポンプ光２
−１０となる。これら２つのポンプ光２−１０と信号光
２−９から、フォトリフラクティブ効果に基づく４光波
混合によって、位相共役波２−１１が発生し、ハーフミ
ラー２−７によって取り出される。

【００１５】

【発明の効果】以上説明した如く本発明によれば、有限
のスペクトル拡がりのある光セルと呼ばれる時系列の光
パルス列の位相共役波を、フォトリフラクティブ効果を
利用してミリワット級の低光パワーで発生させることが
可能である。このため、従来の数１０メガワット級の光
パワーを要した第３次非線形光学効果を用いた光パルス
の位相共役波発生方法に比べると、大幅に動作光パワー
が低減できるので、半導体レーザ等を用いた簡便な装置
構成が現実のものとなり、光通信網における信号処理等
にも応用が可能となる。また、光セルのビットレート
は、ポンプ光の周波数を変調する光変調素子の領域に制
限されただけで、４光波混合の発生媒質であるフォトリ
フラクティブ効果の応答時間には無関係であるので、数
１０ギガビットの高速ビットレートの光セルにも適用可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の概念図

【図２】実施例における位相共役波発生のための光学系
を示す図

【図３】従来の４光波混合による位相共役波発生方法を
説明する図

【図４】位相共役波を用いた位相歪み補償方法を説明す
る図

【図５】光セル波形とその周波数スペクトルの説明図

【符号の説明】

１−１…光非線形媒質、１−２…信号光の光セル、１−
３…第１のポンプ光、１−４…第２のポンプ光、１−５
…位相共役波。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有限長の光パルスビット列からなる光セ
ルの周波数と等しい複数の周波数の光をポンプ光とし、
これを２分する手段と、２分された各ポンプ光を互いに対向する方向から光非線
形媒質に入射させる手段と、前記光セルを信号光として、該ポンプ光と異なる方向か
ら該光非線形媒質に入射させる手段とを備え、該ポンプ光と該信号光の周波数の等しい成分同士を、前
記光非線形媒質中で干渉させることによって、該信号光
の位相を反転させた位相共役波を該信号光の入射方向と
逆進する方向に発生させることを特徴とする位相共役波
発生器。