產生相位共軛光和波長轉換的方法和器件及其應用系統的制作方法

專利名稱：產生相位共軛光和波長轉換的方法和器件及其應用系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及產生相位共軛光和波長轉換的方法和器件，及使用該器件的系統。
由于低損耗硅光纖的發展，已實際應用了用光纖作傳輸線的一些光纖通信系統。光纖本身為高帶寬。然而，實際上系統設計限制了光纖的傳輸容量。最重要的限制是光纖色散引起的波形畸變。另外，如光纖的衰減率為0.2dB/km。然而，采用光放大器，典型地為摻鉺光纖放大器(EDFA)，可以補償光損耗。
通常簡稱色散的光譜色散是光纖中光信號的群速與光信號的波長(頻率)有關。如標準單模光纖，在波長短于1.3μm時，長波長的光信號比短波長的光信號傳得更快，通常稱正常色散。在波長長于1.3μm時，短波長的光信號比長波長的光信號傳得更快，稱反常色散。
近幾年，由于EDFA使光信號功率增加，非線性越來越重要。限制傳輸容量的主要非線性是光克爾效應。光克爾效應是光纖折射率隨光強變化。折射率改變調制了光纖中傳播的光信號的相位，并產生頻率啁啾，改變信號的頻譜。這現象為自相位調制(SPM)。SPM展寬頻譜，并由于色散而進一步引起波形畸變。
因此，隨傳輸距離的增加，色散和克爾效應引起光信號的波形畸變，所以，為用光纖作干線傳輸，須控制、補償或抑制色散和非線性。
現有控制色散和非線性的方法是，為主信號采用含電子電路的再生中繼器。如在一傳輸線上采用多個再生中繼器，每個再生中繼器在光信號波形過度畸變之前按序執行光-電轉換，再生和電-光轉換。然而，該方法需昂貴的復雜的再生中繼器，且再生中繼器中的電子電路限制了主信號的比特率。
光孤子可以補償色散和非線性。產生一有與給定反常色散相應的幅度、脈寬和峰值功率，以平衡由光克爾效應引起的SPM及反常色散共同造成的脈沖壓縮，和色散引起的脈沖展寬。所以，光孤子無畸變傳播。
另外一種補償色散和非線性的方法是光相位共軛。如Yariv etal.(A.Yariv，D.Fekete，and D.M.pepper，(“用非線性光相位共軛補償信道色散”)“compensation for channel dispersion bynonlinear optical phase conjugation”Opt.Lett，Vol.4，pp.52-54，1979)。建議的補償傳輸線色散的方法。在傳輸線中點，光信號被轉換成相位共軛光，傳輸線前半部分中色散引起的波形畸變由在傳輸線的后半部分中色散引起的畸變補償。
尤其在這樣情形下如兩點的電場的相位變化由同一因素引起和在兩點間的傳播時間內該因素引起的環境變化小時，可在兩點中間放一相位共軛器(相位共軛光發生器)來補償相位變化。(S.Watanabe，“Compensation of phase fluctuation in atransmission line by optical conjugation”Opt.Lett.，Vol.17，pp.1355-1357，1992)。因此，可引入相位共軛器補償SPM引起的波形畸變。然而，在光功率分布關于相位共軛器不對稱時，非線性補償不完全。
本發明者提供了一方法克服使用相位共軛器時由于光功率分布不對稱引起的補償不完全。(S.Watanabe，and M.Shirasaki，“Exact compensation for both Chromatic dispersion and Kerreffect in a transmission fiber using optical phase conjugation”J.Lightwave Technol.，Vol.14，pp.243-248，1996)。相位共軛器放于傳輸線某點鄰近，傳輸線的此點前面部分和后面部分的總色散或總的非線性效應相等，并在前面和后面部分的每一小區間中設置了許多參數。
關于相位共軛器和它在光纖通信中的應用，本發明者已完成了申請(Japanese patent Application Nos.6-509844，7-44574，and 7-304229，and Japanese Patent laid-open Nos.7-98464 and 7-301830)。
〔1〕A.MECOZZI ET AL.IEEE JOURNAL OF QUANTUMELECTRONICS，VOL.31，NO.4，APRIL.1995，pp.689-699中描述了用行波半導體激光放大器產生相位共軛波的方法。如該文的圖6所示，泵浦(激勵)光和探測光(也叫信號光)由定向耦合器耦合。耦合的泵浦光和探測光通過透鏡和光環行器輸入到行波半導體激光放大器，由此從行波半導體激光放大器中產生相位共軛波。色心激光器(CCL)的輸出光經光環行器(OI)，Babinet-Soleil補償器和一透鏡進入定向耦合器，從而得到泵浦光。外腔激光二極管(ECLD)的輸出光經光環行器，一λ/2波片，和-λ/4波片進入定向耦合器，從而得到探測光。
〔2〕PATRICK P.IANNONE ET.AL.IEEE JOURNAL ofQUANTUN ELECTRONICS，VOL.31.No.7，JULY1995.pp.1285-1291中描述了用半導體激光器而不是半導體激光放大器產生相位共軛波的方法。除了使用半導體激光器外，該方法采用了基本上與上述文獻〔1〕中機制相同的器件。半導體激光器以與從外注入的泵浦光波長相同的波長振蕩。
上述兩方法有一共同點泵浦光和探測光從半導體激光放大器或半導體激光器的一端輸入，而從另一端輸出泵浦光，探測光和相位共軛波。
相比，〔3〕S.MURATA ET AL.，APPL.PHYS.LETT.58(14)，8APRIL1991，pp.1458-1460中描述了從與泵浦光共振的半導體激光器的第一端輸入探測光，又從同一第一端輸出相位共軛波的方法。
上述文獻〔1〕和〔2〕中的方法，須用3個光學器件，即產生探測光的光源，產生泵浦光的光源，和產生相位共軛波的半導體激光放大器或半導體激光器。因此，耦合3個光學器件的光學系統是復雜的。特別是需一高效耦合泵浦光和探測光的光耦合器。
另外，上述文獻〔3〕中的方法，需在半導體激光器的非輸出端形成一高反膜以輸出相位共軛波。因此，半導體激光器中存在(Fabry-Perot)法布里-玻羅模。所以，如文獻〔3〕所述，相位共軛波的波長限于與Fabry-Perot模共振的波長。
最近下述論文中報告了在激光DFB-LD中用非簡并四波混頻(FWM)產生相位共軛波的方法。
H.Kuwatsuka，H.shoji，M.Matsuda，and H.Ishikawa，“THZfrequency conversion using nondegenerate four-wave mixingprocess in a lasing long-cavity λ/4-shifted laser”ELECTRONICS LETTERS，Vol.31，No.24，pp.2108-2110，1995。
現在簡述此方法。有高注入載流子的半導體高增益介質有3階非線性靈敏度，因此此介質是理想的四波混頻材料。半導體激光器產生激光時，激光器中有高強度振蕩光。因此，輸入到激光器的外部光在激光器中引起四波混頻，由此產生相位共軛光。該過程理論上已明確。但是，當外部光輸入到處于激光態的激光器時，將使振蕩光的波長變為與外部光的波長相同，或振蕩不穩定。另外，雖然產生了相位共軛光，但僅允許產生波長與構成半導體激光器的腔諧振的相位共軛光。所以，不能自由轉換波長。
如上面論文所述，四分之一波長相移DFB半導體激光器含兩衍射光柵，用于僅反射有想要振蕩波長的光。兩衍射光柵是使相位移動四分之一波長。利用這兩衍射光柵，振蕩光被牢牢限制在半導體激光器中。通過在半導體激光器的相對面上形成抗反射膜，非諧振波長的光在激光器內沒有內反射。所以，有可能通過選擇振蕩光作為泵浦光而產生與進入到半導體激光器的外部光相應的相位共軛光。這樣，可不使用外部泵浦光而得到高效，高速和寬帶轉換。
雖然相位共軛光發生器的轉換效率決定于探測光和泵浦光偏振平面的一致性，但一般光纖傳輸線沒有保偏能力。因此，為構造一使用光共軛的光系統，須實現一有高效，高速和寬帶轉換的相位共軛光發生器，且與偏振無關。
由此本發明的一目標是提供相位共軛光產生的方法和一高轉換效率的器件。
本發明的另一目標是提供轉換效率不依賴于偏振態的相位共軛光產生方法和器件。
本發明的另一目標是提供采用一有高轉換效率或轉換效率不依賴于偏振態的相位共軛光發生器件的光通信系統。
本發明的另一目的是提供一全新結構的光網絡系統。
根據本發明的一個方面，提供了具有下述(1)到(35)特征的方法，器件和系統。
(1)產生相位共軛光的方法，含步(a)把信號光分成第一偏振分量和正交的第二偏振分量；(b)把所述第一和第二偏振分量送至分布反饋(DFB)激光二極管以產生與所述第一和第二偏振分量相應的第一和第二相位共軛光；和(c)合并所述第一和第二相位共軛光。
(2)如特征(1)的方法，其中所述步(b)含把電流注入到所述DFB激光二極管，以使所述DFB激光二極管產生波長不同于所述信號光波長的泵浦光，由此通過基于DFB激光二極管中所述泵浦光的四波混頻，產生所述第一和第二相位共軛光。
(3)如特征(1)的方法，其中所述DFB激光二極管含相應接收第一和第二偏振分量的第一和第二DFB激光二極管，和所述步(a)和(c)分別由第一和第二偏振光分離器執行。
(4)如特征(1)的方法，其中所述DFB激光二極管有第一和第二端以分別接收所述第一和第二偏振分量；所述第一和第二相位共軛光分別從所述第二和第一端輸出；和步(a)和(c)由一公共偏振光分離器執行。
(5)一產生相位共軛光的器件，含把信號光分成第一偏振分量及其正交的第二偏振分量的裝置；和一分布反饋(DFB)激光二極管，根據提供的所述第一和第二偏振分量分別產生與所述第一和第二偏振分量相應的第一和第二相位共軛光。
(6)如特征(5)的器件，其中所述裝置含第一偏振光分離器，其中第一口接收所述信號光，第二和第三口分別輸出第一和第二偏振分量；所述DFB激光二極管含分別與所述第二和第三口相連的第一和第二DFB激光二極管；所述第一和第二相位共軛光分別從第一和第二DFB激光二極管輸出；和所述器件還含第二偏振光分離器，以合成所述第一和第二相位共軛光。
(7)如特征(6)的器件，其中所述第一DFB激光二極管產生有第三偏振面的泵浦光；通過基于所述第一偏振分量和所述DFB激光二極管中所述泵浦光的四波混頻產生所述第一相位共軛光；所述第二DFB激光二極管產生有第四偏振面的第二泵浦光；通過基于所述第二偏振分量和所述DFB激光二極管中所述第二泵浦光的四波混頻產生所述第二共軛波；和所述器件還含旋轉偏振面90°的裝置以使所述第一偏振面與所述第三偏振面一致，所述第二偏振面與所述第四偏振面一致。
(8)如特征(7)的器件，其中所述旋轉裝置含連于所述第一偏振光分離器和所述第二DFB激光二極管間的第一半波片，和連于所述第一DFB激光二極管和所述第二偏振光分離器間的第二半波片。
(9)如特征(7)的器件，其中所述旋轉裝置含一保偏光纖。
(10)如特征(6)的器件，其中所述第一和第二偏振光分離器位于一公共波導襯底上。
(11)如特征(5)的器件，其中所述分離裝置含有第一到第四口的偏振光分離器，所述第一口輸入所述信號光，所述第一口和第三口耦合所述第一偏振面，所述第二和第四口耦合所述第一偏振面，所述第一和第二口耦合所述第二偏振面，和所述第三和第四口耦合所述第二偏振面；所述第一和第二偏振分量分別從所述第三和第二口輸出；所述DFB激光二極管有第一和第二端，以分別接收所述第一和第二偏振分量，并產生有第三偏振面的泵浦光；所述第一和第二相位共軛光分別從所述第二和第一端輸出，并分別被從送到所述第二和第三口；所述器件還含把所述第一和第二偏振面之一旋轉90°的裝置，以使所述第一和第二偏振面與所述第三偏振面一致。
(12)如特征(11)的器件，其中所述旋轉裝置含一半波片。
(13)如特征(11)的器件，其中所述旋轉裝置含一保偏光纖。
(14)如特征(11)的器件，還含有第五到第七口的光環行器；所述第五到第七口中一個連到所述偏振光分離器的所述第一口；和所述偏振光分離器的所述第四口有一抗反膜(antireflection-terminated)。
(15)如特征(11)的器件，還含有第五到第七口的第一光環行器；和有第八到第十口的第二光環行器；所述第五到第七口中一個連到所述偏振光分離器的所述第一口；所述第八到第十口中一個連到所述偏振光分離器的所述第四口。
(16)如特征(5)的器件，還含注入電流到所述DFB激光二極管的裝置以使所述DFB激光二極管產生泵浦光，通過基于所述DFB激光二極管中所述泵浦光的四波混頻產生所述第一和第二相位共軛光。
(17)如特征(16)的器件，其中所述DFB激光二極管有一衍射光柵，在其正中間有四分之一波長相移結構，及含注入所述電流的電極；所述電極沿所述衍射光柵方向分成很多部分。
(18)產生相位共軛光的器件，含接收信號光的分布反饋(DFB)激光二極管；注入電流到所述DFB激光二極管以使所述DFB激光二極管產生泵浦光的裝置；和一與所述DFB激光二極管光連接的非線性光介質；其中通過基于信號光和所述激光二極管中所述泵浦光的四波混頻產生相位共軛光，通過所述非線性介質中的四波混頻可增強所述相位共軛光的功率。
(19)如特征(18)的器件，其中所述非線性光介質含一半導體光放大器。
(20)如特征(18)的器件，其中所述非線性光介質含一光纖。
(21)如特征(20)的器件，其中所述光纖的零色散波長基本上等于所述泵浦光波長。
(22)如特征(20)的器件，還含對所述泵浦光進行頻率調制或相位調制的裝置，由此抑制所述光纖的受激布里淵散射。
(23)一光通信系統含第一光纖，它有分別與信號光的輸入和輸出端相應的第一和第二端；相位共軛光發生器連至所述第二端，并把所述信號光變成相位共軛光；還含第二光纖，它有分別與所述相位共軛光的輸入和輸出端相應的第三和第四端；其中當所述第一和第二光纖被分成表觀上的同等數目的區間時，由所述相位共軛光發生器計算的所述第一和第二光纖中相應兩區間中平均色散與區間長度的乘積基本上相等，且所述兩相反區間中平均光功率，平均非線性系數和區間長度的乘積基本相等；所述相位共軛光發生器含具有(5)到(22)中任一特征的器件。
(24)一光通信系統含第一光纖，它有分別與信號光的輸入和輸出端相應的第一和第二端；相位共軛光發生器連至所述第二端，把所述信號光變成相位共軛光；并含第二光纖，它有分別與所述相位共軛光的輸入和輸出端相應的第三和第四端；其中所述第一和第二光纖中兩點的色散；和光功率與非線性系數的乘積的比例基本相等，所述兩點與所述相位共軛光發生器間的累積色散相等；所述相位共軛光發生器含具有(5)到(22)中任一特征的器件。
(25)一光通信系統含第一光纖，它有分別與信號光的輸入和輸出端相應的第一和第二端；相位共軛光發生器連至所述第二端，把所述信號光變成相位共軛光；并含第二光纖，它有分別與所述相位共軛光的輸入和輸出端相應的第三和第四端；其中所述第一和第二光纖中兩點的色散，和光功率與非線性系數的乘積的比例基本相等，所述兩點與所述相位共軛光發生器間的累積光功率和非線性系數值相等；所述相位共軛光發生器含具有(5)到(22)中任一特征的器件。
(26)一光通信系統含第一光纖，它有分別與信號光的輸入和輸出端相應的第一和第二端；相位共軛光發生器連至所述第二端，所所述信號光變成相位共軛光；并含第二光纖，它有分別與所述相位共軛光的輸入和輸出端相應的第三和第四端；其中所述第一光纖平均色散和長度乘積基本等于所述第二光纖平均色散和長度的乘積；所述相位共軛光發生器含具有(5)到(22)中任一特征的器件。
(27)如特征(26)的光通信系統，其中所述第一光纖的平均功率和平均非線性系數和所述第一光纖長度的乘積基本等于所述第二光纖的平均功率和平均非線性系數和所述第二光纖長度的乘積。
(28)系統含多個光學上連在一起的單元；所述多個單元中每一個含具有(23)到(27)中任一特征的光通信系統。
(29)產生相位共軛光的方法，含步(a)注入電流到分布反饋(DFB)激光二極管以使所述DFB激光二極管產生泵浦光；(b)把信號光送至所述DFB激光二極管，并通過基于所述信號光和所述DFB激光二極管中所述泵浦光的四波混頻產生相位共軛光；和(c)把所述信號光，所述泵浦光和所述相位共軛光送至非線性光介質，并通過所述非線性光介質中的四波混頻增強所述相位共軛光的功率。
(30)一系統含多個光學上連在一起的單元，且在所述多單元間的連接點處至少有一光學信號插入/抽取器件；所述多單元中每一個含發射信號光的第一光纖；把所述信號光變成相位共軛光的裝置；發射所述相位共軛光的第二光纖；其中所述第一光纖中色散和光克爾效應由所述第二光纖中色散和光克爾效應補償。
(31)一系統，含發射信號光的第一光纖；根據(5)到(22)中任一特征的相位共軛光發生器，把所述信號光變成相位共軛光；和發射所述相位共軛光的第二光纖。
(32)如特征(15)的器件，還含與所述DFB激光二極管級聯的第二DFB激光二極管，所述第二DFB激光二極管產生偏振面垂直于所述第三偏振面的和二泵浦光。
(33)如特征(20)的器件，其中所述光纖有足夠大的非線性系數能把所述光纖的長度縮短到所述光纖有保偏能力。
(34)產生相位共軛光的器件，含產生有第一偏振面的第一泵浦光的第一DFB激光二極管；第二DFB激光二極管與所述第一DFB激光二極管串聯，產生有垂直于所述第一偏振面的第二偏振面的第二泵浦光；其中當由偏振面分別與所述第一和第二偏振面相應的第一和第二偏振分量組成的信號光被送至所述第一DFB激光二極管，在所述第一DFB激光二極管中通過基于所述第一偏振分量和所述和一泵浦光的四波混頻產生偏振面與所述第一偏振面相應的第一相位共軛光，所述第二偏振分量通過所述第一DFB激光二極管，然而，在所述第二DFB激光二極管中通過基于所述第二偏振分量和所述第二泵浦光的四波混頻產生偏振面與所述第二偏振面相應的第二相位共軛光，所述第一相位共軛光通過所述第二DFB激光二極管。
(35)產生相位共軛光的方法，含步(a)把由第一偏振面上第一偏振分量和與所述第一偏振面垂直的第二偏振面上的第二偏振分量組成的信號光送至產生偏振面為所述第一偏振面的泵浦光的第一DFB激光二極管，以通過基于所述第一偏振分量和所述第一DFB激光二極管中所述第一泵浦光的四波混頻產生偏振面為所述第一偏振面的第一相位共軛光；和(b)把所述第一DFB激光二極管輸出的第一相位共軛光和通過所述第一DFB激光二極管的所述第二偏振分量送至產生偏振面為所述第二偏振面的第二泵浦光的第二DFB激光二極管，以通過基于所述第二偏振分量和所述第二DFB激光二極管中所述第二泵浦光的四波混頻產生偏振面為所述第二偏振面的第二相位共軛光。
根據本發明的另一方面，下面描述有特征(1’)到(24’)的器件和系統。
(1’)一相位共軛光發生器，把信號光分成相互正交的第一和第二偏振分量，然后利用第一泵浦光通過第一三階非線性介質的四波混頻把第一偏振分量變成第一相位共軛光，然后把第一相位共軛光的偏振方向旋轉90°，同時把第二偏振分量的偏振面旋轉90°，同時把第二偏振分量的偏振面旋轉90°，然后利用波長大致等于第一泵浦光的第二泵浦光通過第二三階非線性介質中的四波混頻以與產生第一相位共軛光大致相同的效率把第二偏振分量變成第二相位共軛光，最后在大致相同的分時內把第一相位共軛光和第二相位共軛光合在一起。
(2’)在特征(1’)中，DFB-LD或四分之一波長(λ/4)相移DFB-LD用作三階非線性介質，DFB-LD或四分之一波長(λ/4)相移DFB-LD中的振蕩光用作產生四波混頻的泵浦光。
(3’)在特征(2’)中，信號光首先通過光環行器，然后被偏振光分離器分成相互正交的第一和第二偏振分量。平行于DFB-LD有源層平面的第一偏振分量輸入到DFB-LD的第一端，并且通過利用作為泵浦光的來自DFB-LD第二端面的振蕩光的四波混頻被轉換成第一相位共軛光。另一方面，垂直于DFB-LD有源層面的第二偏振分量被沿偏振方向旋轉了90°，再輸入到DFB-LD的第二端面，再通過利用作為泵浦光的來自第一端面的振蕩光的四波混頻而被轉換成第二相位共軛光。第一相位共軛光被沿偏振方向旋轉了90°，再被輸入到偏振光分離器的一個口，從該偏振光分離器輸出第二偏振分量。第二相位共軛光被輸入到第一偏振分量從其輸出的偏振光分離器的一個口。第一和第二相位共軛光合并，再輸入到信號從其輸出的光環行器的一個口。
(4’)在特征(1’)至(3’)中，所有光學器件都是使用保偏光纖耦合，而偏振平面的90°旋轉是通過正交耦合保偏光纖的兩個主偏振軸來實現。
(5’)在特征(2’)中，用LiNbO3波導執行偏振分離和偏振合成。
(6’)信號光輸入到DFB-LD的第一端，利用從DFB-LD的第二端輸出的振蕩光作為泵浦光，通過四波混頻產生相位共軛光。從第二端輸出的所有信號光，振蕩光和相位共軛光輸入到DFB-LD之外的三階非線性光介質。在三階非線性光介質中，用振蕩光作泵浦光產生四波混頻。
(7’)在特征(6’)中，半導體光放大器用作三階非線性光介質。
(8’)在特征(6’)中，光纖用作三階非線性光介質。
(9’)在特征(8’)中，泵浦光的波長大致等于光纖零色散波長。
(10’)在特征(8’)中，泵浦光被頻率調制或相位調制，由此抑制光纖受激布里淵散射(SBS)。
(11’)一光通信系統，含傳輸信號光的第一光纖，接收第一光纖提供的信號光并產生與信號光相應的相位共軛光的相位共軛光發生器，和接收相位共軛光發生器提供的相位共軛光并傳輸相位共軛光的第二光纖，其中當第一和第二光纖被表面上分成相等數目的區間時，從相位共軛光發生器計數的兩相應區間的平均色散有相同符號并大致與每一區間長度成反比，且每一區間的光頻率，光功率和三階非線性系數的平均乘積基本與每一區間的長度成反比；特征(1’)到(10’)中任一結構用作相位共軛光發生器。
(12’)一光通信系統，含傳輸信號光的第一光纖，接收第一光纖提供的信號光并產生與信號光相應的相位共軛光的相位共軛光發生器，和接收相位共軛光發生器提供的相位共軛光并傳輸相位共軛光的第二光纖，其中第一光纖的總色散大致等于第二光纖的總色散；特征(1’)到(10’)中任一結構用作相位共軛光發生器。
(13’)特征(12’)中，第一光纖和第二光纖的非線性系數，平均光功率和光纖長度的乘積大致相等。
(14’)特征(11’)中，在第一和第二光纖中任一個或兩個中，之前或之后插入色散符號與第一和第二光纖色散相反的一個或多個色散補償器。
(15’)特征(11’)到(14’)中，由一光中繼放大器補償第一或第二光纖的損耗。
(16’)特征(11’)到(15’)中，第一和第二終端分別位于第一光纖的上行流和第二光纖的下行流。第一終端含第一發射器和第二接收器，第二終端含第一接收器和第二發射器。第一發射器輸出的第一信號光由第一光纖傳輸，然后被變成第一相位共軛光。第一相位共軛光由第二光纖傳輸，然后由第一接收器接收。另一方面，第二發射器輸出的第二信號光由第二光纖傳輸，然后被變成第二相位共軛光。第二相位共軛光由第一光纖傳輸，然后被第二接收器接收。
(17’)特征(1’)到(16’)中，信號光含有不同波長光載波的波分復用信號。
(18’)特征(11’)到(17’)中，第一光纖和相位共軛光發生器位于發射終端，第二光纖由間隔距離短于非線性長度的光放大器中繼。
(19’)特征(1’)到(18’)中，第二光纖和相位共軛光發生器位于接收終端，第一光纖由間隔距離短于非線性長度的光放大器中繼。
(20’)特征(17’)中，不同波長的多個波分復用光信號用作信號光。由在根據特征(11’)的不同信道中有不同色散的多個第一光纖傳輸波分復用光信號。被傳輸的波分復用光信號在不同信道被單獨變成相位共軛光，然后合并相位共軛光。代替地，被傳輸的波分復用光信號被合并成一個光信號，然后被變成相位共軛光。之后，得到的相位共軛光由第二光纖傳輸。在這種系統中，色散補償器插入多個第一和第二光纖中一個或兩個中。
(21’)特征(20’)中，波分復用光信號由多個第一光纖傳輸，然后被合并，然后被分開。接著，通過多個共夯光發生器，這些光信號被變成相位共軛光，一個或多個相位共軛光信道被光濾波器抽取。最后，被抽取的信號由與每個相位共軛光發生器和光濾波器相連的第二光纖傳輸。
(22’)特征(21’)中，波分復用光信號由多信道共用的一第一光纖傳播，然后被分開。接著通過多個相位共軛光發生器，這些光信號被變成相位共軛光，一個或多個相位共軛光信道被光濾波器抽取。最后，被抽取的信號由與每個相位共軛光發生器和光濾波器相連的第二光纖傳播。
(23’)特征(22’)中，在輸入到一公用第一光纖前，波分復用光信號單獨由與不同信道相應的不同光纖傳播。
(24’)特征(11’)到(23’)中，調節進入第一或第二光纖中光信號的功率或波長以提供最佳接收條件。
參照說明本發明優選實施方式的附圖，從下面的描述和所附權利要求書中，本發明的上述和其它目的，特征和優點會更明顯，也能更好地理解發明本身。


圖1是根據本發明的第一方法的說明圖；圖2是用于本發明的相位共軛光發生器的說明圖；圖3是圖2所示DFB激光二極管的一部分剖析和透視圖；圖4是圖3中沿線IV-IV的橫截面；圖5是圖2所示DFB激光二極管輸出光的頻譜圖；圖6就泵浦光和信號光的失調頻率說明轉換效率的變化；圖7A和7B分別說明發射脈沖和在使用相位共軛光發生器(PC)時經101-kmSMF(單模光纖)傳播后脈沖的形狀；圖7C是PC時經101-kmSMF傳播后脈沖波形；圖8是根據圖1的相位共軛光發生器的第一優選實施方式說明圖；圖9是根據圖1的相位共軛光發生器的第二優選實施方式的說明圖；圖10是根據圖1的相位共軛光發生器的第三優選實施方式的說明圖；圖11是說明如何組織證實圖10所示優選實施方式的實驗；圖12是圖11所示實驗得到的數據；圖13是根據圖1的相位共軛光發生器的第四優選實施方式的說明圖；圖13A是圖13所示相位共軛光發生器的一個修改；圖14A和14B圖示了根據本發明的第二方法；圖15是根據圖14A和14B的相位共軛光發生器的第一優選實施方式的說明圖；圖16是根據圖14A和14B的相位共軛光發生器的第二優選實施方式的說明圖；圖17是說明本發明的應用的一光通信系統的框圖；圖18是本發明對波分復用傳輸系統的第一應用；
圖19解釋了本發明用于波分復用傳輸系統時的頻率位置；圖20是本發明對波分復用傳輸系統的第二應用；圖21是本發明對波分復用傳輸系統的第三應用；圖22是本發明對波分復用傳輸系統的第四應用；圖23是本發明對波分復用傳輸系統的第五應用；圖24是本發明對波分復用傳輸系統的第六應用；圖25是本發明對雙向傳輸系統的應用；圖26解釋了根據本發明的光網絡的基本原理；圖27解釋了圖26中的補償原則；圖28是采用相位共軛光發生器(PCS)的環網的系統結構圖；圖29是圖28中節點1的結構圖；圖30是圖28中PCS(相位共軛光發生器)的結構圖；圖31是從圖28所示環網擴展而出的WDM網(光波分復用網)；和圖32是圖31中相位共軛光發生器(PC)121的結構圖。
現在參照附圖詳細描述本發明一些優選實施方式。
現考慮光脈沖在色散介質中傳輸的情形。當非啁啾脈沖通過正常色散介質(α2β/αω2＞0)，脈沖前沿的頻率向低頻移動，脈沖后沿的頻率向高頻移動。當非啁啾脈沖通過反常色散介質(α2β/αω2＜0)，脈沖前沿的頻率向高頻移動，脈沖后沿的頻率向低頻移動。上面描述中，β是傳播常數，ω是光角頻率。正常色散介質中，波長越長，群速度越高，而在反常色散介質中，波長越短，群速度越高。因此，兩種情形脈沖都展寬。
光強較大時，光克爾效應改變折射率，由下述公式表示。
Δn(t)＝n2|E(t)|2其中n2是非線性折射率。通常的硅光纖的該數值是3.2×10-20m2/w。當光脈沖在非線性介質中受光克爾效應作用，頻譜由下述式子展寬(變周期)。
Δω(t)＝-αΔФ(t)/αt＝-(2πn2/λ)(α|E(t)|2/αt)ΔZ
式中ΔZ是作用長度。
這效應通常稱自相位調制(SPM)。由于SPM，光脈沖前沿的頻率向低頻移動，光脈沖后沿的頻率向高頻移動。通過SPM的啁啾，色散效應更顯著。因此，當光脈沖在色散介質中受光克爾效應作用時，脈沖比正常色散介質中的色散，展得更寬，在反常色散介質中，產生脈沖壓縮。所以，另外考慮色散效應時，正常色散介質中脈沖展寬大，而反常色散介質中，由于色散的脈沖展寬更大，由于SPM的脈沖壓縮更大。光孤子系統中利用了這兩個效應的平衡作用。
一般，認為通過加入反常色散介質中SPM引起的脈沖壓縮可得到高信噪比(S/N)是很方便的。然而通常不認為加入脈沖壓縮更好，因為通過采用光放大器得到高光傳輸功率是可能的，并且由于色散位移光纖的發展也能得到相對較小的色散值。即，脈沖壓縮效應過度而引起大的波形畸變。特別在非歸零脈沖時，在脈沖的前沿和后沿脈沖壓縮強烈，從而產生快速波形變化。在極端情況下，后沿先于前沿而把脈沖分為三部分。此外，在干線光放大，多鏈接傳輸中，有信號光作為泵浦光和光放大器中的自發輻射間的四波混頻，引起顯著的S/N衰減(調制不穩定)。
由上述色散和非線性引起的光脈沖畸變可通過采用相位共軛光得到補償。例如，由第一光纖傳輸線傳輸的信號光，被共軸光發生器變為相位共軛光，相位共軛光由第二光纖傳輸線傳輸。通過適當設置第一和第二光纖中色散和外線性的參數，可以在第二光纖的輸出端得到基本無畸變的光脈沖。然而，在相位共軛光發生器中信號光變成相位共軛光的效率一般決定于信號光的偏振態。所以，希望得到轉換效率與偏振無關的相位共軛光發生器。
在構造轉換效率與偏振無關的相位共軛光發生器中，可采用偏振異性法或偏振有源控制法。也可采用由保偏光纖(PMF)構成的光纖傳輸線，消除轉換效率的偏振相關性。本發明中，采用偏振分離法消除轉換效率的偏振相關性。
圖1是根據本發明的第一方法。在偏振分離的處理中，信號光ES被分為兩偏振分量ES1和ES2。偏振分量ES1和ES2的偏振面相互垂直，在下一步的轉換過程中，偏振分量ES1和ES2分別被變成相位共軛光EC1和EC2。相位共軛光EC1和EC2的偏振面分別與ES1和ES2的偏振面一致。在下面的偏振合并中，相位共軛光EC1和EC2被合并成相位共軛光EC。
根據本發明，在轉換中使用1或2個分布反饋(DFB)激光二極管。
當轉換使用一個DFB激光二極管時，偏振分量ES1和ES2分別被送到DFB激光二極管的第一端和第二端，相位共軛光EC1和EC2分別從第二端和第一端輸出。此時，偏振分離和偏振合并可共用一個偏振光分離器。這兒所用的術語“端”是DFB激光二極管有源層的端面。
當轉換使用兩個DFB激光二極管時，兩個DFB激光二極管中一個用于把偏振分量ES1變成相位共軛光EC1，另一個用于把偏振分量ES2變成相位共軛光EC2。此時，偏振分離和偏振合并可使用不同的偏振光分離器。
優先地，電流被注入到DFB激光二極管以使DFB激光二極管產生波長不同于信號光ES的泵浦光，由此通過DFB激光二極管中的四波混頻產生相位共軛光EC1和EC2。
圖2是采用本發明所用的非簡并四波混頻的相位共軛光發生器。光纖2通過透鏡3與DFB激光二極管1的第一端光連接，光濾波器10通過透鏡6和光纖4與DFB激光二極管1的第二端光連接。驅動電路7給DFB激光二極管1提供驅動電流。
如，DFB激光二極管1有如圖3和4所示結構。參考圖3，在n-InP襯底11的上表面形成一n-InGaAsP導波層12，在導波層12和襯底11的連接面形成沿光行進方向厚度周期性變化的衍射光柵13。也如圖4所示，在大致中間區13c，衍射光柵13有一相移結構以使周期移動λ/4(λ波導結構中光的波長)。在導波層12上形成一非摻雜多量子阱(MQW)有源層14，且在有源層14上依次形成p-InGaAsP緩沖層15和p-InP層16。MQW有源層14結構為交替沉疊五層厚度7nm的Inx’Ga1-x’As(x’＝0.532)阱層和五層厚度10nm的GaxIn1-xAsyP1-y(x＝0.283，y＝0.611)勢壘層。從p-InP層16到n-1nP襯底11上部分的部分被投影掩膜以形成設計的沿光行進方向延伸面條形。此外，在n-InP襯底11上條形投影的對面依次形成p-InP層17和n-InP層18。此外，在p-InP層16和n-InP層18上形成p-InGaAsP層19。在n-InP襯底11的下表面形成n-邊電極20，在P-InGaAsP層19上形成三個分開的p-邊電極21a，21b，21c。透射至少相位共軛光的抗反膜22鍍在DFB激光二極管1的對立面(第一和第一端)。如DFB激光二極管1的腔長設為900μm；如中心p-邊電極21b的長度設為約580μm；如相對p-邊電極21a和21c的長度均設為約為160μm。
下面描述該相位共軛光發生器的工作。首先，驅動電流從DFB激光二極管p-邊電極21a，21b和21c經MQW有源層14被送至n-邊電極20，由此在MQW有源層14中產生波長為1549nm，功率為40mw的連續振蕩光。此時，如提供給電極21a，21b和21c400mA的電流。由于激光是單模和增益帶寬窄，DFB激光二極管1中振蕩光有窄的穩定的頻譜。然后，DFB激光二極管1中的振蕩光用作四波混頻的泵浦光。
參考圖2，當探測光(信號光)經光纖2和透鏡3被送至DFB激光二極管1的第一端，有些譜峰的光經透鏡6和光纖4從第二端被輸出。光譜分析儀檢測輸出光以得到圖5所示結果。
如圖5示，不僅在泵浦光波長1549nm和探測光波長1569nm處，而且在1529nm處也出現譜峰。1529nm處譜峰相應于相位共軛光。設ωS，ωP和ωC分別代表探測光，泵浦光和相位共軛光的角頻率，下述方程成立。
ωC＝2ωP-ωS這樣，可以理解通過四波混頻產生相位共軛光允許光頻轉換，即從探測光(信號光)到相位共軛光的波長轉換。當探測光被主信號調制時，在波長轉換時在相位共軛光中仍保存該調制。由此，這種波長轉換功能在以后描述的網絡構造有十分有用。
如上所述，在DFB激光二極管1中產生泵浦光，由此無需耦合探測光和泵浦光以簡化相位共軛光發生器的結構。所以，可減小采用相位共軛光發生器的光通信器件的尺寸。
另外，由于在DFB激光二極管1中產生泵浦光，無需考慮經過輸入泵浦光的光纖時泵浦光強度的衰減，由于強耦浦光可增加探測光到相位共軛光的轉換效率。所得相位共軛光強度正比于泵浦光強度的平方。
當DFB激光二極管1的單模振蕩時，如通過改變提供給有源層14的電流分布的方法，可自由改變波長。將更詳細地描述該方法。
已知給三個p-邊電極21a，21b和21c提供不同幅度的電流，可移動DFB激光二極管1的振蕩單模(Y.KOTAKI etal.，OFC’90，THURSDAY MORNING，159)。例如，當注入到DFB激光二極管1兩相對p-邊電極21a和21c的電流恒定，而注入到中間p-邊電極21b的電流增加時，振蕩波長向長波長方向移動。由驅動電路7調整供到p-邊電極21a，21b和21c的電流。所以，使用有多p-邊電極21a，21b和21c及在圖4所示對立面鍍有抗反膜22的DFB激光二極管1，可自由改變泵浦光波長，由此可自由改變相位共軛光的波長。所以采用上述相位共軛光發生器，可實現波分復用光通信中每一信道上光信號的波長轉換。
雖然DFB激光二極管1由上面的InP/InGaAsP層結構構成，也可采用InP/InAlGaAs層結構或其它結構。另外，還可使用任何與GaAs襯底匹配的材料。
DFB激光二極管1中產生的相位共軛光與探測光和泵浦光一起被輸出。若僅抽取相位共軛光時，在DFB激光二極管1的輸出端外放一光濾波器10。圖2中，光濾波器10可在DFB激光二極管1和透鏡6之間或透鏡6和光纖4之間。
現在描述使用上述DFB激光二極管的相位共軛光產生的實驗。通過使用對立面鍍抗反膜(AR)的λ/4相移DFB激光二極管(腔長900μm)，并把單模光纖(SMF)耦合至激光二極管的對立面，以準備一模塊，可執行波長轉換實驗。該模塊振蕩基本輸出為40mw(泵浦光波長λP＝1550nm)，波長為λS的信號光從前端輸入。然后，觀察從后輸出的光譜。
圖6是泵浦光和信號光失調頻率對轉換效率的影響。若Δf＝125GHZ(波長差1.0nm)，得到-8.7dB的轉換效率，即使Δf＝2.5THZ(波長差20nm)，得到-23dB轉換效率。這樣，在到THz的范圍內仍有高轉換效率，例如可用于波分復用光信號的波長轉換。另外，由于抗反膜，幾乎無法布里-玻羅引起的頻帶限制。
下面，試驗短脈沖傳輸的色散補償實驗，以證明被轉換光是相位共軛光。由兩級LiNbO3調制器產生的約23PS寬的RZ信號脈沖(λS＝1552nm)由長50km的第一單模光纖(SMF)(色散+18.1ps/nm/km)傳播。然后，光脈沖被DFB激光二極管變成波長為1548nm的光，被轉換光由長51km的第二SMF(色散+17.8ps/nm/km)傳播。
圖7A和7B分別是發射脈沖和經101km傳播后脈沖形狀。可看出，與發射光對照，被轉換光的脈沖波形被再生了(圖7B)，即被轉換光與信號光的相位共軛得到滿足。相比，圖7c是無相位共軛光發生器時經101km傳輸后脈沖波形。可看出，由于色散和光克爾效應，脈沖畸變顯著。
上述實驗結果表明利用DFB激光二極管的相位共軛光發生器可補償50Gb/s或相近的高速光信號(脈沖)的波形畸變。
圖8是根據圖1的相位共軛光發生器的第一優選實施方式。第一偏振光分離器(PBS)32把信號光ES分成第一偏振分量ES1和第二偏振分量ES2。第一偏振分量ES1被送至受驅動產生第一泵浦光EP1第一DFB激光二極管1(#1)，并從DFB激光二極管(#1)輸出相位共軛光EC1。偏振分量ES1，泵浦光EP1和相位共軛光EC1的偏振面一致。第二DFB激光二極管1(#2)用于第二偏振分量ES2。DFB激光二極管1(#2)受驅動以產生泵浦光EP2。圖8中，未畫出DFB激光二極管1(#1和#2)的驅動電路和其余部分(下面也如此)，泵浦光EP1和EP2的偏振面平行。
偏振分量ES1和ES2的偏振面相垂直。由此用一半波片(λ/2)34使第二偏振分量ES2和第二泵浦光EP2的偏振面一致，然后把偏振分量ES2送至第二DFB激光二極管1(#2)。半波片34連于偏振光分離器32和DFB激光二極管1(#2)之間。由DFB激光二極管1(#2)輸出第二相位共軛光EC2。第二偏振光分離器38用于合并第一和第二相位共軛光EC1和EC2以得到相位共軛光EC。偏振光分離器38與偏振光分離器32相應。由此，由半波片36把DFB激光二極管1(#1)的第一相位共軛光EC1的偏振面旋轉90°，然后光EC1被送至偏振光分離器38。
通過使DFB激光二極管1(#1和#2)的特征相等，并使從偏振光分離器32到偏振光分離器38的分別含DFB激光二極管1(#1和#2)的光程相等，可完全消除信號光ES到相位共軛光EC的轉換效率的偏振相關性。然而，本發明不限于此結構。
DFB激光二極管1(#1和#2)的相等特征由驅動條件給出，例如泵浦光EP1和EP2的功率和波長大致相等。為此，需適當設置圖4中有源層14中λ/4相移的位置，或調節供至有源層14的電流分布。
若λ/4相移放在有源層14大致中點處，且給出如上對稱結構，通過使驅動電流EC(注入到電極21b的電流)和驅動電流IS(注入到電極21a和21c的電流)相等，可使此處所述的雙向相位共軛光發生器的轉換效率一致。也可調整驅動電流IC和IS以補償光路損耗的不平衡。
通過調節DFB激光二極管1(#1和#2)的溫度可調節泵浦光EP1和EP2的功率和波長。
在該實施方式中，當用半波片34和36旋轉偏振面90°時，也可用其它結構旋轉偏振面90°。如用保偏光纖(PMF)代替半波片34，并扭轉PMF使PMF一端的主軸相對于另一端的主軸旋轉了90°。替代的，半波片34可用在PMF連接點處主軸相互正交的兩串聯PMF代替。前一方式更可取，因使用一個PMF時有較小的偏振色散。用PMF使偏振面旋轉的方法能用于本發明所有優選實施方式。
圖8中優選第一實施方式有一信號光ES輸入部分和一相位共軛光EC輸出部分的對稱結構。因此，當把這種相位共軛光發生器用于下面描述的雙向光通信系統中，可在上行與下行信道中產生相位共軛光，轉換效率與偏振無關。
圖9是根據圖1的相位共軛光發生器的第二優選實施方式。該優選實施方式的特征在于使用了形成于波導襯底40上的偏振光分離器32’和38’而不是圖8中偏振光分離器32和38。如由LiNbO3襯底上形成的波導結構構成偏振光分離器32’和38’。此時，半波片34和36的基本功能可由LiNbO3光波導和SiO2膜或類似的聯合來實現。DFB激光二極管1(#1和#2)可容于波導結構40上形成的凹槽內。此時利用半波片34和36可使DFB激光二極管1(#1和#2)的有源層平行，由此完成制造。
由于DFB激光二極管和上述一樣的雙向性或對稱性，可用單個DFB激光二極管完成偏振多樣性。現在更詳細地描述。
圖10是根據圖1的相位共軛光發生器的第三優選實施方式。該優選實施方式由含有端1A和1B的單個DFB激光二極管1和用于偏振分離與偏振合并的單個偏振光分離器42的光學環構成。偏振光分離器42有4個口42A，42B，42C和42D。口42A和42C，口42B和42D在TE偏振面內耦合，口42A和42B，口42C和42D在TM偏振面內耦合。口42C與DFB激光二極管1的端1A光學連接，口42B通過半波片44與DFB激光二極管1的端1B光學連接。口42D鍍一層光學抗反膜。
這兒所用的“TE偏振面”和“TM偏振面”是為方便地表示相互垂直的兩偏振態。圖10中，TE偏振面平行于DFB激光二極管1的有源層和板平面，TM偏振面垂直于板平面。
光環行器46把所得相位共軛光EC與信號光ES隔開。光環行器46有三個口46A，46B，46C。光環行器46的功能為從口46B輸出從口46A進入的光，從口46C輸出從口46B進入的光。口46A連到提供信號光ES的輸入口48；口46B連至偏振光分離器42的口42A；口46C連至相位共軛光EC的輸出口50。
經口48，46A和46B送至口42A的信號光ES被偏振光分離器42分成TE偏振的第一偏振分量ES1和TM偏振的第二偏振分量ES2。第一偏振分量ES1由口42C被送至DFB激光二極管1的端1A，第二偏振分量ES2由口42B經半波片被送至DFB激光二極管1的端1B。當第二偏振分量ES2經過半波片44時，TM偏振面變成TE偏振面。所以，送至DFB激光二極管1的第一和第二偏振分量ES1和ES2均為TE偏振。
DFB激光二極管1中產生的泵浦光主要有TE偏振面。該泵浦光含由端1A到端1B的第一泵浦光分量EP1和由端1B到端1A的第二泵浦光分量EP2。
通過基于送至端1A的第一偏振分量ES1和第一泵浦光分量EP1的四波混頻，在DFB激光二極管1中產生TE偏振的第一相位共軛光分量EC1。相位共軛光分量EC1由端1B經半波片44被送至偏振光分離器42的口42B。所以，相位共軛光EC1在口42B為TM偏振。通過基于送至端1B的第二偏振分量ES2和第二泵浦光分量EP2的四波混頻，在DFB激光二極管1中產生第二相位共軛光EC2。共夯光EC2由端1A被送至偏振光分離器42的口42C并保持TE偏振。被送至偏振光分離器42的相位共軛光EC1和EC2被合并成相位共軛光EC，并依次順序經口42A，46B和46C并從口50輸出。
該優選實施方式中，使用了有上述特征的單一DFB激光二極管1，因此很容易使偏振分量ES1和ES2的轉換效率一致。例如，通過設置上述DFB激光二極管1的工作條件，可容易地使轉換效率一致。氫，能得到強度與信號光ES偏振態無關的相位共軛光EC。
另外，該優選實施方式中光環路中順時針光程與反時針光程相等。所以，可以基本同時合并相位共軛光EC1和EC2，由此確保相位共軛光發生器的精確操作。
偏振光分離器42有多種形式，如用介電多層膜的偏振分離膜，如方解石晶體或類似的體型和光纖型。
可在輸出口50連一光濾波器，以僅抽取相位共軛光EC。
該優選實施方式中的光環路可由透鏡系統的空間耦合或采用光纖或光波導耦合而成。特別是使用光纖時，需采用保偏光纖(PMF)或附加的偏振控制以保持偏振態。若使用PMF，如上一樣可省略半波片。
圖11是圖10中優選實施方式的證實實驗的構成。可旋轉的偏振器52用于提供線偏振的信號光ES到光環行器46，并把ES的偏振面在0°到180°內旋轉。偏振光分離器42和DFB激光二極管1的端1A用保偏光纖54(PMF)連接，偏振光分離器42和DFB激光二極管1的端1B用PMF56連接。
PMF54的兩端的主軸方向一致以使TE偏振的第一偏振分量ES1不改變偏振態被送至激光二極管1端1A相反，PMF56的兩端的主軸相互垂直以使不使用44而達到半波片44的功能。所以，從偏振光分離器42輸出的TM偏振的第二偏振分量ES2以TE偏振的分量ES2從端1B進入DFB激光二極管1。
參考圖12，有圖11所得實驗數據。圖12中，垂直軸表示轉換效率ηC(dB)，水平軸表示偏振角θ(deg)。轉換效率ηC為ηC＝Pc/Ps式中Ps是進入光環行器46的信號光ES的功率，Pc是從光環行器46輸出的相位共軛光EC的功率。偏振角θ定義為線偏振的信號光ES的偏振面與TE偏振面的夾角。以前技術中，信號光僅以單一方向進入DFB激光二極管，如參考數據58所示轉換效率ηC隨偏振角θ變化而改變很大(正比于Cos2θ)，θ＝90°時無轉換效率η。相比，根據圖10的第三優選實施方式，偏振角θ引起的轉換效率ηC的變化低于0.4dB。這樣，證實了在系統設計中可得到足夠的特性。
圖13是根據圖1的相位共軛光發生器的第四優選實施方式。在圖10中的第三優選實施方式中，一信道的信號光ES被變成一信道的相位共軛光EC，而該優選實施方式中，兩信道的信號光ES10和ES20被變成兩信道的相位共軛光EC10和EC20。當圖10中第三優選實施方式的功能含于第四優選實施方式中時，圖10中光符號ES，ES1，ES2，EC1，EC2和EC在圖13中分別變成ES10，ES11，ES12，EC11，EC12和EC10。
偏振光分離器42的口42D不鍍抗反膜，而是連至光旋轉器62。光旋轉器62有口62A，62B和62C。光旋轉器62從口62B輸出進入口62A的光，從口62C輸出進入口62B的光。口62A連至第二信道信號光ES2的輸入口64；口62B連至偏振光分離器42的口42D；口62C連至第二信道相位共軛光EC20的輸出口66。
與第一信道中信號光ES10變成相位共軛光EC10的轉換一致，很容易理解第二信道中信號光ES20到相位共軛光EC20的轉換，因此此處省略該描述。在該優選實施方式中，DFB激光二極管1也產生TM偏振的泵浦光。
在一般DFB激光二極管中，可能不能同時高效率產生TE偏振和TM偏振的泵浦光。此時，可使用兩級聯的DFB激光二極管。現在詳述它。
參考圖13A，這是圖13中的相位共軛光發生器的修改。在偏振光分離器42和DFB激光二極管1之間有附加的DFB激光二極管1’，兩DFB激光二極管1和1’級聯。DFB激光二極管1主要產生TE偏振的泵浦光，DFB激光二極管1’主要產生TM偏振的泵浦光。根據該優選實施方式，DFB激光二極管1主要把信號光ES10變成相位共軛光EC10，DFB激光二極管1’主要把信號ES20變成EC20。與前一優選實施方式一致，可很容易理解DFB激光二極管1和1’中相位共軛光的產生和波長轉換的原理，因此此處省略相關描述。
圖13A結構中，DFB激光二極管1和1’含于由偏振光分離器42和半波片44組成的光環路中。然而，僅DFB激光二極管1和1’可被從光環路中抽出來構造相位共軛光發生器。即DFB激光二極管1產生TE偏振的泵浦光，DFB激光二極管1’產生TM偏振的泵浦光。所以，把信號光送至級聯的DFB激光二極管1和1’中任一個，可從另一個輸出被轉換的相位共軛光。此時，轉換效率與輸入信號光的偏振無關。另外，級聯的DFB激光二極管1和1’有雙向性，因此把相位共軛光發生器用于雙向傳輸系統時，可消除雙向信道中任一個的轉換效率偏振相關性。
圖14A和14B圖示了根據本發明的第二方法。通過利用三階非線性光介質(χ(3))68如圖14A所示光纖或半導體光放大器的非簡并四波混頻產生相位共軛光時，角頻率為ωS的信號光和角頻率為ωP(ωP≠ωS)的泵浦光通過光耦合器70沿同一光路進入非線性介質68。使用光耦合器70的原因是把來自不同光源的信號光和泵浦光經相同光路輸入非線性介質68，并使信號光與泵浦光相互作用。基于非線性光介質68中信號光和泵浦光的四波混頻，產生角頻率為2ωP-ωS的相位共軛光產并與信號光和泵浦光一起從非線性光介質68中輸出。
此處所用術語“非簡并”指泵浦光的波長(頻率)和信號光的波長(頻率)不同。由于信號光波長，泵浦光波長，相位共軛光波長滿足上述關系，在產生相位共軛光的同時也完成了波長轉換。因此，除了本發明題目和發明領域外，“相位共軛光的產生”在本說明中應被理解為含相位共軛光轉換和從探測光(信號光)到相位共軛光的波長轉換的概念。
當DFB激光二極管1用作圖14B中非線性光介質，通過注入電流到DFB激光二極管中在DFB激光二極管中產生泵浦光。因此，僅把外部信號光送入DFB激光二極管1中就可產生相位共軛光，并從DFB激光二極管1輸出信號光，泵浦光和相位共軛光。前面已描述了DFB激光二極管1作為非線性光介質的效果。
注意這里DFB激光二極管1無法布里-玻羅模，由此不僅能注入外部信號光，也能抽取信號光，泵浦光和相位共軛光。即通過光級聯DFB激光二極管1和非線性光介質68可增加相位共軛光功率。
根據本發明的第二方法，首先注入電流到DFB激光二極管1以使DFB激光二極管1產生泵浦光。然后把信號光送至DFB激光二極管1，以通過基于信號光和DFB激光二極管1中的泵浦光的四波混頻在DFB激光二極管1中產生泵浦光。從DFB激光二極管1中輸出的信號光，泵浦光和相位共軛光都被送至非線性光介質68，以通過非線性光介質68中的四波混頻增加相位共軛光的功率。
在實施根據本發明的第二方法時，信號光，泵浦光和相位共軛光沿同一光路從DFB激光二極管1中被輸出，以無需圖14A中光耦合器70，并把這些光送至非線性光介質68。因此，很容易在DFB激光二極管1和非線性光介質68中保持高功率泵浦光，由此增加信號光到相位共軛光的轉換效率。
根據本發明的第二方法可與根據本發明的第一方法合并。如構造圖11的驗證實驗時，保偏光纖(PMFS)54和56分別連至DFB激光二極管的兩端1A和1B。一般，光纖有和三階非線性光介質一樣的性質。由此，通過在圖11的光纖54和56中產生三階非線性效應，相位共軛光EC1和EC2分別在光纖54和56中被放大。結果，增加了由偏振合并而得的相位共軛光EC的功率。這將會更詳細地描述。
可通過增加非線性折射率n2或減少模場直徑(MFD)增強三階非線性效應(特別，值γ)。通過在包層中加入(摻雜)氟或類似的和在芯區加入(摻雜)高濃度GeO2，可增加非線性折射率n2。用這種方法，非線性折射率n2可達到5×10-20m2/w或更多。另一方面，通過設計芯區與包層區特殊的折射率差或芯區形狀(如DCF)，可減少MFD。如用單模光纖時，單模光纖的MFD可比作傳輸線的單模光纖的MFD小。用這些技術，γ可超過15W-1km-1(普通DSF，γ≈2.6W-1km-1)。另外，γ值大的光纖可用作零色散光纖。
在如上特殊設計的光纖(特殊光纖)中，為產生同普通DSF一樣的三階非線性效應，該光纖長約2.6/15(≈1/5.8)就足夠，因為轉換效率正比于γPL的平方。如需長約20km的普通DSF產生三階非線性效應，長約3到4km的特殊光纖就能得到相似的效果。實際上，由于光纖長度減少，損耗也減少，因此可進一步減小特殊光纖的長度。另外，特殊光纖中，增加了零色散波長的控制精度，故可實現極寬帶轉換。此外，光纖長幾km(如6km)時，確保了保偏性。因此，本發明利用這種特殊光纖，對得到高轉換效率和偏振無關轉換效率特別有用。
為使本發明中DFB激光二極管兩方向的轉換效率相等，DFB激光二極管和與DFB激光二極管一塊用作三階非線性光介質的每一光纖的轉換效率應相等，或DFB激光二極管和每一光纖中轉換的總量應相等。
如上述，通過合并根據本發明的第一和第二方法，產生相位共軛光的轉換效率可以是偏振無關和高的。
圖15是根據圖14A和14B的相位共軛光產生目的第一優選實施方式。該優選實施方式中，半導體光放大器70(SOA)用作非線性光介質68。驅動DFB激光二極管1以產生泵浦光EP，信號光ES被送至DFB激光二極管1、通過基于信號光ES和DFB激光二極管1中泵浦光EP的四波混頻，產生相位共軛光EC。從DFB激光二極管1中輸出信號光ES，泵浦光EP和相位共軛光EC，然后被送至SOA70。SOA70中，通過四波混頻增加相位共軛光EC的功率，然后從SOA70輸出增強的相位共軛光EC。
參考圖16，圖是根據圖14A和14B的相位共軛光發生器的第二優選實施方式。該優選實施方式中，光纖72用作非線性光介質68。光纖72優選為單模光纖，并能有效地使光纖72的零色散波長大致等于泵浦光波長，以增加轉換效率。如泵浦光波長位于1.5μm帶內時，可用色散位移光纖(DSF)作光纖使光纖72的零色散波長與泵浦光波長一致。
當送至光纖72的信號光ES，泵浦光EP，或相位共軛光EC的功率超過了光纖72中受激布里淵散射(SBS)的閾值時，轉換效率降低并使得到的相位共軛光功率減少。通過對泵浦光EP或信號光ES進行頻率調制或相位調制，可抑制SBS效應。為此，該優選實施方式中，調制電路74連至DFB激光二極管1。幾百KHz的調制速率或更少就足夠，若信號光的信號率為Gb/s量級或更高，調制不降低傳輸質量。例如，調制電路74在供至圖4中電極21a，21b和21c中任一個的電流中疊加一相應于調制率的低頻信號。由于圖4中DFB激光二極管1中頻率調制效率高，很易抑制SBS效應(S.Ogita，Y.Kotani，M.Matsuda，Y.Kuuahara，H.Onaka，H.Miyata，and H.Ishikawa，“FM response of narrow-linewidth，multielectrodeλ/4 shift DFB laser”，IEEE Photon.Technol.Lett.，Vol.2，pp.165-166，1990)。
現在描述本發明在光通信系統中的各種應用。
圖17是利用傳輸光纖中色散和非線性光克爾效應補償波形畸變的應用系統。而該應用系統已在上述應用中由本發明者揭示(Japanese Patent Application NOS.6-509844，7-44574，and 7-304229，and Japanese Patent Laid-open NOS.7-98464 and 7-301830)，下面描述該系統。
從發射器(TX)輸出的信號光ES由第一光纖F1(長L1，色散D1，和非線性系數γ1)傳輸，然后被送入相位共軛光發生器(PC)。在PC中信號光ES被變成相位共軛光EC，然后相位共軛光EC由第二光纖F2(長度L2，色散D2，和非線性系數γ2)傳輸至接收器(RX)。接收器中，由光電探測器接收共夯光EC以檢測信號。傳輸信號的調制方法，可采用多種包括光幅度(強度)調制，頻率調制和相位調制。在用帶通濾波器抽取相位共軛光后，可用光直接檢測或光外差檢測作為檢測方法。這兒的光纖多種情形下是單模硅光纖(SMF)，典型硅光纖的例子為光通信中通常采用的1.3-μm零色散光纖和1.55-μm色散位移光纖(DSF)。此外，信號光也可是有不同波長的波分復用光信號。
為補償圖17系統中光纖的色散和自相位調制引起的波形畸變，PC兩對立端相應部分的色散和非線性效應的幅度應相等。此處兩相應部分指從PC算起的色散或光克爾效應的累加值相等。即，若傳輸線分成許多區間，必須使關于PC對稱的兩區間的色散和非線性效應的幅度相等。這也表明區間中色散值相等且區間中下面的方程成立。
D1/γ1P1＝D2/γ2P2(1a)式中P1和P2為區間中光功率，γj為光纖中光克爾效應的非線性系數。
γj＝ωn2j/cAeffj(2a)式中ω指光角頻率，c為真空中光速，n2j和Aeffj分別為光纖Fj(j＝1，2)的非線性折射率和等效芯區面積。
為補償沿傳輸線的損耗引起的非線性效應的減少，可減少色散或增加光克爾效應。通過設計光纖可改變色散值，這是有希望的方法。例如，目前廣泛采用該方法，如改變色散位移光纖的零色散波長，改變光纖中芯區和包層間折射率的特定差，或改變光纖芯區直徑。另一方面，通過改變非線性折射率或光強度而改變光克爾效應。通過從色散遞減DCF(DD-DCF)和正常色散DSF的傳輸線構造一系統，可得到高速干線傳輸，DD-DCF的結構為色散補償光纖中色散值沿縱向方向以正比于光克爾效應的變化減小。
使用光放大器的干線傳輸中，使用正常色散光纖能有效抑制光放大器中噪聲光引起的非線性畸變(調制不穩定性)。由此，上述結構是有希望的。
不象上述精確補償方法的另一方法，下面將解釋的使用平均功率的近似法在光克爾效應改變不大時正確(如，光放大器的中繼間距遠短于非線性長度時)。
D1’L1＝D2’L2(3a)γ1P1’L1＝γ2P2’L2(4a)式中P1’和P2’分別為光纖Fj(j＝1，2)中平均功率，D1’和D2’分別為光纖Fj中平均色散。
此外，雖然不滿足波形補償的理想條件方程(1a)，但可使用在傳輸線中合適放置不同符號色散的補償方法。該方法在如海底傳輸的干線傳輸時特別有效。下面解釋其原因。用PC補償時，須使PC兩端的光纖中波形畸變相等。正好在PC前和PC后波形畸變最大。因此，PC處光脈沖頻譜展寬最大。此時，從PC和傳輸線中光放大器加入噪聲。頻譜越寬，由于噪聲的S/N降低更大。因此，為延伸傳輸距離，設計系統使PC兩端頻譜展寬減小是有效的。該觀點中，通過傳輸線的色散補償減少傳輸線的總色散是有效的。
圖18是本發明在波分復用(WDM)傳輸系統中的第一應用。N信道的波分復用信號光ES1(頻率ωS1到ωSN)由光纖F1傳輸，然后被PC轉換成N信道的波分復用相位共軛光EC1到ECN(頻率ωC1到ωCN)，接著由光纖F2傳輸并被接收。
用PC補償色散時，PC兩端的色散符號須相同。由此，圖19所示頻率位置為零色散。光纖F1和F2的零色散波長分別ω10和ω20。圖19是正常色散到正常色散的轉換。此時，普通傳輸線中出現二階色散(色散斜率)，以使光纖F1中第1信道(ch.1)的絕對色散值最小，而光纖F2中第N信道(ch.N)的絕對色散值最小。因此，可同時為所有信道進行完全色散補償。
為理想地同等地補償所有信道的色散，結構改為圖20所示。圖20是本發明在WDM系統中的第二應用。N信道信號光ES1到ESN以與不同色散相應的不同功率(Pn到P1N)由不同光纖F11到F1N傳輸。從光纖F11到F1N的輸出光收集起來由一個PC或由PC-1到PC-M(M是整數，滿足1＜M≤N)分開轉換成相位共軛光EC1到ECN。然后，相位共軛光EC1到ECN由同一光纖F2傳輸并被接收。此時，由上述方法補償每一信道的色散和非線性效應。
圖21是本發明在WDM系統中的第三應用。發射器TX-1到TX-N輸出不同波長(光頻ωS1到ωSN)的信號光ES1到ESN。這些信號光由多個第一光纖F11到F1N單獨傳輸，然后由如星形耦合器的復用/解復用器合并和分離。分離的信號光被送至相位共軛光發生器PC-1到PC-M。相位共軛光發生器PC-1到PC-M中每一個產生與至少一被提供的信號光相應的相位共軛光。產生的相位共軛光通過光濾波器OF1到OFM，然后由多個第二光纖F21到F2M分別傳至光接收器RX-1到RX-M。第二光纖傳輸的相位共軛光示為E’C1和E’CN。
第一光纖F1j(j＝1到N)長L1j，色散為D1j，非線性系數為γ1j。此外，信號光功率為P1j。另一方面，第二光纖F2k(K＝1到M)長L2K，色散為D2K，非線性系數為γ2K。此外，相位共軛光功率為P2K。每一參數被設為滿足下面兩條件。
D1jL1j＝D2KL2K＝(常數)γ1jP1j/D1j＝γ2KP2K/D2K＝(常數)上面條件中，“常數”指每一光纖中任一區間的平均值為常數。
每一第二光纖F2k的波形畸變補償被優化為相位共軛光通過相應光濾波器OFk的帶寬。此外，通過把相位共軛光發生器PC-k和光濾波器OFk合并而抽取的相位共軛光E’ck與任一信道信號光或該信道的含于光濾波器帶內的多個鄰近信道相應。如發射終端有發射器TX-1到TX-N和光纖F11到F1N時，光纖F1j中色散或非線性效應相等。此時，控制光纖F2k的相位共軛光產生器PC-k和光濾波器OFk的合并以使接收器RX-Kk能選擇所需信道。通過控制每一相位共軛光發生器中泵浦光的波長和/或控制每一光濾波器的中心通過波長來完成此控制。為此，優選使用可調光濾波器。
當第二光纖用作傳輸線時，該系統的功能是一分布系統。接收端或中繼器中有第二光纖時，該系統的功能是一信道交換(交叉連接)系統。
圖22是本發明在WDM系統中第四應用。與圖21相比，該系統特征在于多個光發射器TX-1到TX-N共用第一光纖F1。此修改中，第一光纖F1的輸入端通過光復用器與每個光發射器T-j相連，第一光纖F1的輸出端經解復用器與每個相位共軛光發生器連接。公用第一光纖F1中色散對所有信道大致恒定。如通過采用上述DD-DCF，大色散的色散位移光纖，為波長為1.55μm的信號光用1.3-μm零色散光纖，或為波長為1.3μm的信號光用1.55-μm零色散光纖，第一光纖F1能滿足以上條件。每個第二光纖F2k滿足與公用第一光纖F1相連的上述條件，由此在每個信道得到最佳接收條件。
圖23是本發明在WDM系統中的第五應用。該系統中，把每個有相對大的色散的N個光纖F11’到F1N’和一色散相對較小的公用光纖F1’合并起來得到第一光纖。光纖F11’到F1N’和光纖F1’由光復用器連接，光纖F1’和每個相位共軛光發生器PC-K由-光解復用器連接。
該系統中，第一和第二光纖也滿足給定條件，由此在每一信道能進行好的波形畸變補償，這樣得到最佳接收條件。
圖24是集成了這些功能的波分復用傳輸系統。多個波分復用信號由第一光纖傳輸，然后被分開。接著，分開的信號被變成對所有信道有最佳波長的相位共軛光，然后被抽取。接著被抽取的相位共軛光被合并，并由第二光纖傳于接收器。根據該結構，即使傳輸線出現了二階色散時，也能在所有信道完全補償波形畸變。
圖25是本發明在雙向光傳輸系統中的應用。從第一終端的TX-1出來的波長為λS1的信號光ES1由光纖F1傳輸，然后通過利用方向與信號光ES1相同的泵浦光EP1在作為PC的DFB-LD中被轉換為波長為λC1的相位共軛光EC1。接著，相位共軛光EC1由光纖F2傳輸并被第二終端中RX-1接收。另一方面，從第二終端的TX-2出來的波長為λS2的信號光ES2由光纖F2傳輸，然后通過利用方向與信號光ES2相同的泵浦光EP2在DFB-LD中被轉換成波長為λC2的相位共軛光EC2。接著，相位共軛光EC2由光纖F1傳輸并被第一終端的RX-2接收。光纖F1和F2傳輸的信號光的波長優先選擇為在每一傳輸線所用帶通濾波器的通帶內。即，λS1和λC2位于同一通帶，λC1和λS2位于同一通帶。此時，每個信號可以是波分復用信號光。
現在描述本發明在采用相位共軛光發生器的光網絡中的應用。
圖26解釋了光網絡的原理。光發送器(OS)202輸出信號光。第一光纖204有分別與信號光的輸入端和輸出端相應的第一端204A和第二端204B。第一相位共軛光發生器(第一PC)206與第二端204B相連。第一相位共軛光發生器206把第一光纖204提供的信號光變成第一相位共軛光并輸出第一相位共軛光。第二光纖208有分別與第一相位共軛光的輸入端和輸出端相應的第三端208A和第四端208B。第二相位共軛光發生器(第二PC)210與第四端208B相連。第二相位共軛光發生器210把第二光纖208提供的第一相位共軛光變成第二相位共軛光并輸出第二相位共軛光。第三光纖212有分別與第二相位共軛光的輸入端和輸出端相應的第五端212A和第六端212B。一光接收器(OR)214用于接收第三光纖212傳輸的第二相位共軛光。
系統中點216位于第二光纖208中。后面將定義系統中點216。第二光纖208由第三端208A與系統中點216間的第一部分281和系統中點216與第四端208B間的第二部分組成。
本發明中，以下述方式設置光纖204，208和212中的每一參數。
首先，第一光纖204被表觀上分成N(N是大于1的整數)區間204(#1到#N)，第二光纖208的第一部分281也被表觀上分成N區間281(#1到#N)。在從第一相位共軛光發生器206處計數的第一光纖204和第一部分281的兩相應區間中，兩區間之一中的平均色散值和區間長度的乘積大致等于另一區間中的平均色散值和區間長度的乘積。即，讓D1i和L1i分別代表從第一相位共軛光發生器206計數的第一光纖204中第i個(1≤i≤N)區間204(#i)中的色散平均值(或色散參數)和區間長度，讓D2i和L2i分別代表從第一相位共軛光發生器206計數的第二光纖208中第一部分281的第i個區間281(#i)中的色散平均值(或色散參數)和區間長度，則滿足下面的關系。
D1iL1i＝D2iL2i(1)此外，讓P1i和γ1i分別指區間204(#i)中光功率平均值和非線性系數的平均值，讓P2i和γ2i分別代表區間281(#i)中光功率平均值和非線性系數的平均值，則滿足下面的關系。
P1iγ1iL1i＝P2iγ2iL2i(2)另一方面，第二光纖208的第二部分282表觀上被分成M(M是大于1的整數)區間282(#1到#M)，第三光纖212表觀上也被分為M個區間212(#1到#M)。D3j和L3j分別代表從第二相位共軛光發生器210計數的第二光纖208的第二部分282的第j(1≤j≤M)個區間282(#j)中的色散平均值和區間長度，讓D4j和L4j分別代表從第二相位共軛光發生器210計數的第三光纖212的第j個區間212(#j)中的色散平均值和區間長度，則滿足下面的關系。
D3jL3j＝D4jL4j(3)此外，讓P3j和γ3j分別代表區間282(#j)中的光功率的平均值和非線性系數的平均值，讓P4j和γ4j分別代表區間212(#j)中的光功率的平均值和非線性系數的平均值，則滿足下面的關系。
P3jγ3jL3j＝P4jγ4jL4j(4)圖26所示系統中，在第一相位共軛光發生器206的正前面和緊后面波形畸變一度增加。然而，利用方程(1)和(2)的條件，色散和非線性在系統中點216得到補償，并恢復初始波形。被恢復的波形在第二相位共軛光發生器210的正前面和緊后面又產生畸變。然而，利用方程(3)和(4)的條件，在光接收器214中色散和非線性得到補償以恢復原波形。
圖26的結構對參數，如鋪于海底或類似的第二光纖208的長度的設置誤差容限大。即，即使在系統中點216處沒有完全恢復原始波形，可在第二部分282，第二相位共軛光發生器210和第三光纖212中再生不完全性，由此在光接收器214中完全恢復原始波形。
參考圖27，圖為色散和非線性的補償原理。該補償原理也用于圖17和其它處。圖27中，將描述從光發送器202到系統中點216的光路的補償原理。在參考圖27描述之前，將描述關于相位共軛波的一普通術語。
光纖傳輸中信號光E(x，y，z，t)＝F(x，y)Ф(z，t)exp〔i(ωt-kz)〕的傳播一般由下面的非線性波動方程描述。上面表達式中，F(x，y)代表橫向模式分布，Ф(z，t)代表光的復包絡。并假定Ф(z，t)變化比光頻低得多。i∂φ∂z-(1/2)β2∂2φ∂T2+γ|Φ|2Φ=-(1/2)αΦ----(5)]]>式中T＝t-β1Z(β1是傳播常數)，γ是光纖損耗，β2是光纖色散。。
γ＝ωn2/cAeff(6)代表三階非線性系數(光克爾效應的系數)。方程(6)中，n2和Aeff分別代表光纖的非線性折射率和等效芯區面積。C是真空中光速。該討論中，考慮一階或更低階色散，并忽略高階色散。此外，假定α，β和γ是Z的函數，即分別表示為α(z)，β(z)和γ(z)。另外定義相位共軛光發生器的位置為原點(z＝0)。
現在引入下面歸一化函數。
φ(z，T)＝A(z)u(z，T)(7)式中A(z)≡A(0)exp[-(1/2)∫0zα(z)dz] (8)代表幅度，它指出在α(z)＞0時傳輸線有損耗，而在α(z)＜0時傳輸線有增益。A(z)≡A(0)指無損耗。另外，A(z)2＝P(z)相應于光功率。通過把方程(7)和(8)插入方程(5)中，給出下面的演化方程。i∂u∂z=(1/2)β2(z)∂2φ∂T2-γ(z)A(z)2|u|2u----(9)]]>進行下述轉換。ζ=∫z0|β2(z)|dz----(10)]]>結果，方程(9)變為如下i∂u∂ζ=sgn[β2]2-∂2u∂T2-γ(ζ)A(ζ)2|β2(ζ)||u|2u----(11)]]>式中sgn[β2]≡±1在β2＞0時，即正常色散，為+1，而在β2＜0時，即反常色散，取-1。若方程(11)成立，則其復共軛也成立并給出如下方程。-i∂u*∂ζ=sgn[β2]2-∂2u*∂T2-γ(ζ)A(ζ)2|β2(ζ)||u*|2u*----(12)]]>復相位共軛光u*服從與u一樣的演化方程。然而，傳播方向反轉。該操作恰為相位共軛器的操作。特別是在傳輸型相位共軛器中，上面的描述等效于由于色散和SPM反轉了相移。
圖27中，第一光纖204的長度標為L1，第二光纖208的第一部分281的長度標為L2。相位共軛光發生器206處于z坐標和ζ坐標的原點z＝0(ζ＝0)。系統中點216的z坐標和ζ坐標分別示為L2和ζ0。第一光纖204中，信號光u(Es)按演化方程(11)傳播。信號光u被相位共軛光發生器206變成相位共軛光u*(Ec)。在第二光纖208的第一部分281中，相位共軛光u*按演化方程(12)傳播。
在ζ軸上關于相位共軛光發生器206的位置(ζ＝0)對稱的兩任意點-ζ和ζ間歸一距離dζ中，設置每一參數使方程(11)右端第一和第二項的系數相等，由此使ζ處u*為-ζ處u的相位共軛波。即下面兩個方程的條件。
sgn[β2(-ζ)]＝sgn[β2(ζ)](13)γ(-ζ)A(-ζ)2|β2(-ζ)|=γ(ζ)A(ζ)2|β2(ζ)|----(14)]]>方程(13)表明第一光纖204和第一部分281的色散符號須相等。考慮光纖中γ(＞0)和A(z)2＞0，上述條件總結為γ(-ζ)A(-ζ)2β2(-ζ)=γ(ζ)A(ζ)2β2(ζ)----(15)]]>第一光纖204(-ζ)處由色散和SPM引起的相移的符號被相位共軛光發生器206反轉。因此，該相移產生的波形畸變由第一部分281(ζ)處的相移引起的畸變補償。通過在每一區間重復上面設置的補償，能在整個長度內進行補償。
現在用z坐標描述上述補償條件。從方程(15)中，可給出下列方程。γ(-z1)A(-z2)2β2(-z1)=γ(z2)A(z2)2β2(z2)----(16)]]>即條件是使每一區間的色散與非線性系數和光功率乘積之間的比相等。方程(16)中，-z1和z2是滿足下述方程的兩點。∫0-z1|β2(z)|dz=-∫0z2|β2(z)|dz----(17)]]>從方程(16)和(17)可得到如下方程(18)和(19)。
β2(-z1)dz1＝β2(z2)dz2(18)γ(-z1)A(-z1)2dz1＝γ(z2)A(z2)2dz2(19)式中dz1和dz2分別為-z1和z2處小區間的長度。每一小區間長度反比于區間中色散或非線性系數與光功率的乘積。考慮色散β2和色散參數D的關系，即D＝-(2πc/λ2)β2，從方程(18)和(19)能得到下述關系。D為z的函數，并被表示為D(z)。
D(-z1)dz1＝D(z2)dz2(20)γ(-z1)P(-z1)dz1＝γ(z2)P(z2)dz2(21)可以理解條件是使關于相位共軛光發生器206對稱的兩點中一個處的色散和非線性的每一增量與另一點處的減量相等。方程(20)和(21)是補償的必要條件，并表明兩相應區間的總色散量相等和兩相應區間的總光克爾效應量相等。即證實了條件方程(1)到(4)的有效性。
特別是當α，D和γ恒定，且功率變化小時，通過積分方程(20)和(21)可得到下述方程。
D1L1＝D2L2(22)γ1P1L1＝γ2P2L2(23)式中P1和P2分別為第一光纖204和第一部分281中的平均功率；D1和γ1分別為第一光纖204中的平均色散參數和平均非線性系數；D2和γ2分別為第一部分281中的平均色散參數和平均非線性系數。方程(22)和(23)與平均近似法的色散補償和SPM補償條件一致。
特別地，僅滿足方程(22)的條件就能實施本發明。即根據本發明，提供一光纖通信系統，含有分別與信號光的輸入端和輸出端相應的第一和第二端的第一光纖，含一相位共軛光發生器，與第二端相連，把信號光變成相位共軛光并輸出相位共軛光，有分別與相位共軛光的輸入和輸出端相應的第三和第四端的第二光纖，其中第一光纖的平均色散和長度的乘積大致等于第二光纖的平均色散和長度的乘積。
優選地，為滿足方程(23)的條件，第一光纖中平均光功率，平均非線性系數和第一光纖的長度的乘積大致等于第二光纖的平均功率，平均非線性系數和第二光纖長度的乘積。
當含第一和第二光纖的光路中有多個光放大器時，把多個放大器中兩鄰近的間距定為短于光路(光纖)的非線性長度是可取。
圖27說明了系統中點216上行邊的補償原理。系統中點216下行邊的補償原理相似，因此此處省略其描述。
在參考圖27的描述中，歸一化坐標定義為如方程(10)所示的從相位F相位共軛光發生器206算起的色散累積值。結果，所需條件是，在第一光纖204和第一部分281中從相位共軛光發生器206算起的累積色散值相等的兩點中一點處的色散與光功率和非線性系數的乘積的比例大致等于另一點處色散與光功率和非線性系數的乘積的比例。
圖27中，歸一化坐標可定義為從相位共軛光發生器206算起的非線性效應累積值(即光功率和非線性系數乘積的累積值)。此時，所需條件是在第一光纖204和第一部分281中從相位共軛光發生器206算起的非線性效應累加值相等的兩點中一點處的色散與光功率和非線性系數的乘積的比例大致等于另一點處色散與光功率和非線性系數乘積的比例。
如上述，通過使第一和第二光纖中的總色散量相等和使第一和第二光纖中總光克爾效應量相等，相位共軛光發生器完成補償以使輸入第一光纖的光脈沖波形與從第二光纖輸出的光脈沖波形有大致相同的形狀。即在光脈沖發送(第一光纖的輸入端)和光脈沖接收側(第二光纖的輸出端)能得到形狀大致相同的光脈沖。所以，通過在每一輸入和輸出端提供一光ADM(插入抽取復用器)，能在每一ADM中接收到狀態大致與發送光脈沖一樣的光脈沖。故每一ADM中無需再生接收光脈沖(波形整形和定時再生)。現在描述采用該原理的所謂光網絡。
圖28是采用相位共軛光發生器的一環光網絡。圖28中，節點1，2和3是光ADM，它們被連至一外光纖環(單模光纖傳輸線)和一內光纖環(單模光纖傳輸線)。在節點1，2和3之間外光纖環和內光纖環上有多個相位共軛光發生器(PC12，PC21，PC23，PC32，PC13和PC31)。每一PC或節點處于這樣的位置以使輸入光纖環和輸出光纖環中的總色散大致相等，且輸入和輸出光纖環中光克爾效應總量相等。
節點1通過波長為λ12的光給節點2發送信號，節點2通過波長為λ21的光給節點1發送信號。節點1給外光纖環101發送波長為λ12的光。PC12產生與從光纖環101接收的波長為λ12的光相應的波長為λ′12的相位共軛光。上述DFB-LD優選用作PC12。PC12把波長為λ′12的相位共軛光輸入到光纖環102，并把它發送到節點2。節點2從光纖環102接收波長為λ′12的相位共軛光，并把它當作來自節點1的信號處理。PC12處于這樣的位置，以使光纖環101中的總色散大致等于光纖環102中的總色散，且光纖環101中光克爾效應的總量大致等于光纖環102中光克爾效應的總量。故波形與在節點1被插入到外光纖環中的波長為λ12的光信號一樣的波長為λ′12的相位共軛光在節點2可被從外光纖環中抽取。結果，在節點2無需執行復雜的接收光信號的波形整形和定時再生。
在從節點2給節點1發送信號時，使用內光纖環。即當用波長為λ21的光從節點2給節點1發送信號時，波長為λ21的光被發送到光纖環103。PC21產生與從光纖環103接收的波長為λ21的光相應的波長為λ′21的相位共軛光，并把波長為λ′21的相位共軛光發送到光纖環104。
節點1從光纖環104接收波長為λ′21的相位共軛光，并把它作為節點2的發射信號。PC21位于這樣的位置，以使光纖環103和光纖環104中的總色散大致相等，且光纖環103和光纖環104中的光克爾效應總量大致相等。故波形與在節點2被加到內光纖環的波長為λ21的光信號一樣的波長為λ′21的相位共軛光在節點1可被從內光纖環抽取。結果，在節點1中也無需執行復雜的接收光信號的波形整形和定時再生。
節點1到節點3的通信通過在內光纖環106中采用波長為λ13的光波進行，而節點3到節點1的通信通過在外光纖環105中采用波長為λ31的光進行。PC13產生與波長為λ13的光相應的波長為λ′13的相位共軛光，并把波長為λ′13的相位共軛光輸入到光纖環108中。節點3接收波長為λ′13的相位共軛光并把它作為來自節點1的光信號。節點3到節點1的通信在外光纖環107中進行。PC31產生與波長為λ31的光相應的波長為λ′31的相位共軛光，并把波長為λ′31的相位共軛光輸入到光纖環105中。節點1接收波長為λ′31的相位共軛光并把它作為來自節點3的光信號。
相似地，節點2到節點3的通信通過在外光纖環112中采用波長為λ23的光進行，節點3到節點2的通信通過在內光纖環109中采用波長為λ32的光進行。PC23產生與波長為λ23的光相應的波長為λ′23的相位共軛光，并把波長為λ′23的相位共軛光輸入到光纖環110中。節點3接收波長為λ′23的相位共軛光，并把它作為來自節點2的光信號。另外，PC32產生與波長為λ32的光相應的波長為λ′32的相位共軛光，并把波長為λ′32的相位共軛光輸入到光纖環111中。節點2接收波長為λ′32的相位共軛光，并把它作為來自節點3的光信號。
在圖28所示環光網中，即使光纖環中斷也能繼續通信。即當光纖環101斷時，通過采用一含內光纖環106，108，109和111的旁道電路，仍能繼續節點1到節點2的通信。
此處所用“光纖環斷了”含由于物理損壞引起不傳輸的情形，也含超過光纖環傳輸容量引起傳輸困難的情形。
當光纖環101斷時，節點1發送波長為λ12的光到光纖環106。在PC13的位置有PC12′以使PC12′產生與波長為λ12的光相應的波長為λ″12的相位共軛光，并把波長為λ″12的相位共軛光發送至光纖環108。節點3傳遞波長為λ″12的相位共軛光并把它發送至光纖環109。在PC32的位置提供PC12″以使PC12″產生與收自光纖環109的波長為λ″12的光相應的波長為λ′12的相位共軛光并把波長為λ′12的相位共軛光發送至光纖環111。節瞇2從光纖環111接收波長為λ′12的相位共軛光，并把它作為來自節點1的光信號。
此時，產生相位共軛光的兩步由放于PC13位置的PC12′和放于PC32位置的PC12″執行，以執行兩步波長轉換。故合適選擇PC12′和PC12″中所用泵浦光的波長，使要接收的來自節點1的光的波長λ12和要發至節點2的光的波長λ′12分別等于進入PC12的光的波長λ12和來自PC12的相位共軛光的波長λ′12是可取的。通過如此設置，在有故障時，節點1可使用同一光源，而節點2可使用同一接收系統。
故僅需為節點1準備同一光源，并根據故障情形通過一光開關選擇光源連至光纖環101或連至光纖環106。此時，僅需把光纖環102和光纖環111連至同一接收系統，就可在節點2中接收來自節點1的波長為λ′12的光。反過來，波長為λ12的光總是被從節點1發送至光纖環101和光纖環106，而節點2選擇從光纖環102或從光纖環111接收波長為λ′12的光。
PC12′和PC12″能分別被放于與PC13和PC32相同的位置的原因是，PC13放于此位置能使光纖環106和光纖環108中的總色散大致相等，并使光纖環106和光纖環108中光克爾效應總量大致相等，相似地，PC32放于此位置能使光纖環109和光纖環111中總色散大致相等，且使光纖環109和光纖環111中光克爾效應總量大致相等。
作為從節點2到節點1的旁路電路，含光纖環112，110，107和105的路徑被采用。作為從節點2到節點3的旁道電路，采用含光纖環103，104，106和108的路徑。作為從節點3到節點2的旁路電路，采用含光纖環107，105，101和102的路徑。每一道道電路的工作類似于從節點1到節點2的旁路電路。
當采用了如上述網絡中內光纖網和外光纖網的不同光路時，可通過采用一共同光路和如波長λ12和λ21一樣的不同波長的光進行雙向光通信。此時，PC12和PC21可放于同一位置，因為外光纖環和內光纖環物理上一，致，自然內光纖環和外光纖環中的總色散和光克爾效應總量分別大致相等。
圖29是節點1的詳細結構。圖29中，DMUX是把輸入光分成波長不同的光的光波長分離器件。另外，MUX是把不同波長的光復用并把所得光耦合至一光纖的光波分復用器件。節點2和3的結構也相似。在用單一光纖環進行雙向光傳輸時，光纖環101可連至DMUX，光纖環105可連至MUX。
圖30是一含相位共軛光發生器PC12和PC21的相位共軛器的詳細結構。如上述優先選擇DFB-LD作為PC12，PC13′和PC32′。使用DFB-LD可使每一相位共軛光發生器的尺寸大大減小并得到簡化。故在光波分復用通信中，可為每一波長提供相位共軛光發生器以允許圖30所示的單獨波長轉換。故無需執行擴展相位共軛光發生器所需頻帶的控制。圖30中，提供了僅通過相位共軛光波長的光帶通濾波器以僅把相位共軛光輸入到光纖環(即去掉探測光和泵浦光)。
圖31是圖28所示光網絡的另一結構。圖31中，符號O指類似于圖28所示的結點，每一節點能加入/抽取一特定波長。圖31中的網絡與圖28中的網絡的不同點是每一相位共軛光發生器PC有一光分支/開關功能。
現在參考圖32描述圖31所示PC121的詳細結構。現在考慮PC121在節點11側接收來自子網1的光信號，在節點12側往子網發送光信號。節點11側的子網1連至一把輸入光波長分成λ11到λ1j的光波長解復用器DMUX。當采用波長λ11到λ1j的光作為與子網1的光通信時，分別與波長為λ11到λ1j的光的相應的相位共軛光由PCs產生，并且使相位共軛光被光濾波器抽取出來。然后，被抽取的相位共軛光被輸入到一復用相位共軛光的光波長復用器MUX，被復用的相位共軛光然后被輸入到子網1的節點12。當采用波長λ1m到λ1j的光作為到主網的通信時，分別與波長為λ1m到λ1j的光相應的相位共軛光由Pcs產生，光濾波器僅抽取相位共軛光。其后，被抽取的相位共軛光被輸入到-復用相位共軛光的光波長復用器MUX，被復用的共軛當然后被送入至主網的光纖130。此時，節點11和PC121之間的光纖131中的總色散和光克爾效應總量分別大致等于PC121和節點12間的光纖132中的這些值，光纖130的總色散和光克爾效應總量分別大致等于PC121和節點10間的光纖130中的這些值。
在節點10，如可通過用日本專利號No.6-66982描述的光矩陣開關開關光路。使用光矩陣開關能使光信號被送至PC124，PC125和PC126中每一個。
在圖28到32所示的優選實施方式中，可采用不用DFB激光二極管的相位共軛光發生器。這種相位共軛光發生器含提供有信號光的非線性光介質(如光纖或半導體光放大器)，輸出泵浦光的泵浦光源，和把泵浦光送至非線性光介質的光耦合器。在非線性光介質中，例如通過基于信號光和泵浦光的四波混頻產生相位共軛光，并從非線性光介質輸出產生的相位共軛光。
圖33A，33B和33C表示圖4中所示改型DFB激光二極管的斷面圖。圖33A表示有第一端面(切割面)和第二端面(切割面)的DFB激光二極管，第一端面傾斜于與膜層12，14和15之間結面垂直的面，第二端面基本上垂直于結面。信號光束提供給第一端面，而第二端面輸出信號光束，泵浦光和相位共軛光束。根據圖33A中的結構，從DFB激光二極管第一端面反射的光變成漏模，因而被阻止導入導向層12。于是，能夠穩定地產生相位共軛光。所以，圖33A中所示結構適合于單向型相位共軛光發生器，諸如圖2，8，9，15和16中所示。
圖33B和33C分別表示適合于圖10。11。13和13A中所示雙向型相位共軛光發生器的DFB激光二極管。圖33B和33C中所示的每個DFB激光二極管都有第一和第二端面(切割面)，該兩個面部傾斜于與結面垂直的面。圖33B中第一端面與第二端面是互相平行的，而圖33C中第一端面與第二端面則不是。根據圖33B或33C中所示的結構，從第一端面和第二端面中每一個面反射的光在DFB激光二極管中變成漏模，因而被阻止導入導向層12。于是，能夠在兩個方向上穩定地產生相位共軛光束。
可以將抗反膜或鍍層(參照圖4中所示參考數字22)制成在圖33A，33B或33C所示DFB激光二極管的第一和第二端面，為的是進一步抑制反射光。通過對這種抗反膜或鍍層的最佳設計，可以獲得的反射率小于0.1％。
圖34表示圖10中所示相位共軛光發生器的第一種改型的框圖。此處有一附加的光學帶阻濾波器202。濾波器202光路上連接到光學環行器46的端口46C與輸出端口50之間，消除了DFB激光二極管1中產生的泵浦光分量Ep1和Ep2。
圖35表示圖34中光學帶阻濾波器202透光系數的波長特性。濾波器202有一包含泵浦光分量Ep1和Ep2的波長λp的狹窄阻帶。即，波長λp附近區域的透光系數基本上為0％，而其他區域的透光系數基本上為100％。圖35中所示的這一波長特性是利用光纖光柵作為光學帶阻濾波器202而得到的。
在光學介質(例如，玻璃)的折射率受光照而永久地改變的情況中，一般就說此光學介質是光敏的。利用這個性質，光纖光柵可以在光纖的芯中制成。這種光纖光柵有一特性，它可以在共振波長附近的窄帶內產生布拉格光反射，此共振波長由光柵常數和光纖模的有效折射率所決定。這種光纖光柵可以這樣制作，例如，利用相位掩模，將具有248nm或193nm振蕩波長的準分子激光器激光射到一光纖上(V.O.Hill，B.Malo，F.Bilodeau.D.C.Johnson and J.Albert，“和用紫外光通過相位掩模曝光在單模光敏光纖中制成布拉格光柵”，Applied Physics Letters，第62卷No.10，1035-1037頁，1993年3月8日)。所以，通過優化光纖光柵的共振波長，可以獲得一個包含波長λp狹窄阻帶的光學帶阻濾波器。
特別是在圖34中所示光學帶阻濾波器202阻帶的中心波長基本上等于波長λp的情況中，DFB激光二極管1中產生的泵浦光分量Ep1和Ep2被濾波器202有效地消除了。所以，泵浦光分量Ep1和Ep2不從輸出端口50中輸出。因此，可以減少泵浦光對接收臺或對光學傳輸線下游一側的光學放大器的影響。
圖36表示圖10中相位共軛光發生器的第二種改型的框圖。此處用光學帶阻濾波器202(#1和#2)替代圖34中所示濾波器202。濾波器202(#1)光路上連接到半波片44與DFB激光二極管1端口1B之間，而濾波器202(#2)光路上連接到DFB激光二極管1端口1A與偏振光分離器42的端口42C之間。濾波器202(#1和#2)中每一個有類似于圖34中所示濾波器202的波長特性，即圖35中所示的波長特性。按照圖36中所示的實例，DFB激光二極管1中產生的泵浦光分量Ep1和Ep2分別地被濾波器202(#1和#2)消除了，因而被阻止從輸出端口50輸出。
因此，根據本發明的一個方面，提出了一個產生相位共軛光的方法，它包含的步驟為(a)將一電流注入到分布反饋(DFB)激光二極管中，使DFB激光二極管產生泵浦光；(b)基于DFB激光二極管中信號光束和泵浦光的四波混頻作用，給DFB激光二極管提供一信號光束以產生一相位共軛光束；以及(c)將DFB激光二極管中輸出的信號光束，相位共軛光束和泵浦光提供給一包含泵浦光波長阻帶的光學帶阻濾波器。
按照本發明的另一方面，提出一個產生相位共軛光的器件，它包括一個接收信號光束的分布反饋(DFB)激光二極管；注入電流到DFB激光二極管的裝置，使DFB激光二極管產生泵浦光，基于信號光束和泵浦光的四波混頻作用，DFB激光二極管將信號光束轉換成相位共軛光束，以及一個接收從DFB激光二極管中輸出的信號光束，相位共軛光束和泵浦光的光學帶阻濾波器，光學帶阻濾波器的阻帶包含泵浦光的波長。
在相位共軛光發生器含有DFB激光二極管的情況中，利用這種光學帶阻濾波器所得到的益處是很顯著的，因為在DFB激光二極管中產生的泵浦光容易有相對高的功率。
圖37表示圖10中所示相位共軛光發生器的第三種改型的框圖。此處有一個附加光學帶阻濾波器，它在光路上連接到輸入端口48與光學環行器46的端口46A之間。濾波器204可以是一光纖光柵。濾波器204有一包含預定波長的狹窄阻帶。預定波長設定在基本上等于相位共軛光束Ec1和Ec2的波長λc，該相位共軛光束是在DFB激光二極管中由四波混頻作用產生的。
圖38A表示圖37中所示光學帶阻濾波器204透光系數的波長特性。波長λc附近區域內的透光系數基本上為0％，而其他區域內的透光系數基本上為100％。
圖38B表示透過圖37中所示光學帶阻濾波器204的光功率(強度)譜。提供給輸入端口48的輸入光束有一ASE(放大的自發發射)噪聲和一疊加在ASE噪聲上波長為λs的信號分量(Es)。使入射光束通過光學帶阻濾波器204，波長λs附近的一部分ASE噪聲被消除了。
圖38C表示從圖37中所示光學相位共軛器中輸出的光功率(強度)譜。由于DFB激光二極管1中信號光束Es(偏振分量Es1和Es2)和泵浦光Ep(泵浦光分量Ep1和Ep2)的四波混頻作用，產生了波長為λc的相位共軛光束Ec(Ec1和Ec2)。因為波長λc附近的ASE噪聲在前面就消除了，所得到的相位共軛光束有高的信噪比(SNR)。
因此，按照本發明的一個方面，提出了一個產生相位共軛光的方法，它包含的步驟為(a)將一信號光束提供給一包含預定波長阻帶的光學帶阻濾波器；以及
(b)將光學帶阻濾波器中輸出的信號光束提供給相位共軛器，由于四波混頻作用產生一相位共軛光，此相位共軛光的波長基本上等于預定波長。
按照本發明的另一方面，提出一個產生相位共軛光的器件，它包括一個接收信號光束的光學帶阻濾波器，它的阻帶包含預定的波長；以及一個接收從光學帶阻濾波器輸出的信號光束的相位共軛器，它通過四波混頻作用產生一相位共軛光束，相位共軛光的波長基本上等于預定的波長。
圖39表示圖15中所示相位共軛光發生器一種改型的框圖。這里有一光學放大器206，它在光路上連接到DFB激光二極管1與非線性光學介質68之間。激勵DFB激光二極管1以產生泵浦光Ep，信號光束Es提供給DFB激光二極管1。通過DFB激光二極管1中信號光束Es和泵浦光Ep的四波混頻作用，產生了相位共軛光束Ec。從DFB激光二極管1中輸出的信號光束E′s，泵浦光E′p和相位共軛光Ec在光學放大器中被放大，然后提供給非線性光學介質68。在介質68中，相位共軛光束Ec的功率由于四波混頻作用而增強，此增強的相位共軛光束Ec然后從介質68中輸出。尤其在此實例中，由于泵浦光Ep在提供給介質68之前被光學放大器206放大，介質68中的非線性效應就提高了，所以可有效地增加所得相位共軛光束Ec的功率。
在放大波段為1.5μm的情況中，最好使用摻鉺的光纖放大器(EDFA)作為光學放大器206。非線性光學介質68可以是一半導體光學放大器(SOA)或者是一光纖，例如色散移位光纖(DSF)。在作為介質68的光纖零色散波長基本上等于泵浦光束Ep波長的情況中，可以容易地獲得相位匹配條件，因而增加了所得相位共軛光束Ec的功率。
圖40表示按照本發明一個偏振無關的生器的框圖。此相位共軛光發生器有級聯的DFB激光二極管1和1′，這兩個激光二極管可以從圖13A中的光學環路中提取出來。激勵DFB激光二極管1以產生一TE偏振面的泵浦光Ep，而激勵DFB激光二極管1′以產生一TM偏振面的泵浦光E′p。提供給DFB激光二極管1的信號光束Es是由第一信號分量和第二信號分量組成，它們的偏振面分別對應于TE和TM的偏振面。通過DFB激光二極管1中第一信號分量和泵浦光E′p的四波混頻過程，第一信號分量轉換成第一相位共軛光分量，而第二信號分量穿過DFB激光二極管1。然后，通過DFB激光二極管1′中第二信號分量和泵浦光E′p的四波混頻過程，第二信號分量轉換成第二相位共軛光分量，而在DFB激光二極管1中產生的第一相位共軛光分量穿過DFB激光二極管1′。第一第二相位共軛光分量作為一個合成的相位共軛光束Ec從DFB激光二極管1′中輸出。根據此實例，由于第一信號分量和第二信號分量二者被轉換成相位共軛光束，所以就減少了轉換效率的偏振依賴性。
圖41表示圖40中所示相位共軛光發生器的一種改型框圖。在DFB激光二極管1和1′中每一個對于TE偏振模和TM偏振模有不同透光系數的情況中，可能使減少偏振依賴性的能力下降。為了應付這種可能性，在DFB激光二極管1與1′之間放入一偏振相關元件208。元件208對于TE和TM偏振模有不同的損耗或增益，設定或調整這個元件208，使得該相位共軛光發生器的偏振依賴性變成最小。例如，可以用一光學放大器或一偏振片作為元件208。
一相位共軛光發生器包括如圖16中所示DFB激光二極管1和光纖72作為級聯的第一和第二非線性光學介質，當相位共軛轉換是在這種相位共軛發生器中進行時，轉換效率和可轉換頻段是由第一和第二非線性光學介質中非線性效應之和所決定。此處，可轉換頻段的定義是，在相位共軛光達到某個功率值的條件下，泵浦光與信號光之間最大的失諧波長或頻率。一般，作為第二非線性光學介質的光纖比作為第一非線性光學介質的DFB激光二極管或半導體光學放大器有較寬的可轉換頻段，因為光纖中的光程長度至少為幾百米，而DFB激光二極管芯片或半導體光學放大器芯片的光程長度通常小于1毫米。因此，DFB激光二極管或半導體光學放大器用作第一非線性光學介質和光纖用作第二非線性光學介質的組合提供了一個有高轉換效率和寬可轉換頻段的相位共軛光發生器。然而，一般用途的的色散移位光纖(DSF)的非線性系數γ約為2.6W-1km-1，為了獲得足夠大的轉換效率，所需光纖長度為10km或更長。所以，要求提供有相對大的非線性系數γ的DSF以縮短光纖的長度。若用作第二非線性光學介質的DSF長度縮短了，則很容易使泵浦光波長基本上等于DSF的零色散波長，從而展寬了可轉換頻段。
非線性系數γ表示成γ＝ωn2/cAeff其中ω是光學頻率，n2和Aeff分別是光纖的非線性折射率和有效纖芯截面積，而c是光速。所以，為了獲得大的非線性系數γ，增大非線性折射率n2或減小相應于有效纖芯截面積的DSF模場直徑(MFD)是有效的。非線性折射率n2的增大可以在纖芯中摻入氟或者類似物和/或在纖芯中摻入高濃度GeO2而達到。在纖芯中摻入25-30mol％GeO2的情況，得到非線性折射率n2的值為5×10-20m2/W或更大。MFD的減小可以通過設計折射率對比度Δ或纖芯的形狀而實現。這樣一種DSF的設計類似于DCF(色散補饋光纖)情況。例如，若在纖芯中摻入25-30mol％GeO2和設定折射率對比度Δ為2.5-3.0％，得到MFD的值約為4μm。用這種技術，得到非線性系數γ的值超過15W-1km-1。
另一個重點是，有這樣大的非線性系數γ值的DSF應該有一包含在泵浦頻段內的零色散波長。可以如下設定光纖參數(例如折射率對比度Δ和MFD)以達到零色散波長和泵浦頻段的一致性。一般在普通光纖中，在MFD恒定條件下，折射率對比度Δ的增大使正常色散區域內的色散值變大。另一方面，增大纖芯直徑使色散值變小，而減小纖芯直徑使色散值變大。所以，在設定MFD到可應用于泵浦頻段的某一個值后，可以調整纖芯直徑，使零色散波長等于泵浦光的某一預定波長。
為了使得到的轉換效率近似于普通光纖中的轉換效率，有這樣大的非線性系數γ值的DSF長度與普通DSF長度相比約為2.6/15(≈1/5.7)便足夠了，因為轉換效率是正比于γPL的，其中P表示光功率，L表示DSF的長度。如上所述，為了獲得充分大的轉換效率，普通DSF所需長度約為10km時，獲得同樣轉換效率而有這樣大的非線性系數γ值的DSF長度為1-2km。而且，光纖長度的減小使損耗下降，所以光纖長度可以進一步減小。因此，在這種縮短長度的DSF中，提高了零色散波長的控制精度(即，泵浦光波長容易地控制到基本上與零色散波長相等)，因而提供了寬的可轉換頻段。另外，幾公里長的光纖，偏振保持能力也有保證。因而，把這種DSF應用于本發明對于獲得高轉換效率和寬可轉換頻段是有用的。
利用非線性效應，可轉換頻段的擴展如下所述。現在假定有一根具有大的非線性效應的光纖(包括泵浦光功率P0為充分大的情況)。在四波混頻中相位失配量ΔK表示如下ΔK＝β2Ω2+2γP0其中β2為在泵浦光波長處的色散值，Ω是失諧頻率，它的定義為Ω＝|ωp-ωc|＝|ωs-ωp|。在普通光纖中，相位匹配(ΔK＝0)的條件是色散值β2變成零，因為2γP0值足夠的小。相反，在具有大非線性效應的光纖中，因為2γ0P不是可忽略的，相位匹配的條件改變了。由于2γP0值總是正的，色散值β2為負時(即反常色散)，才達到相位匹配條件。在此情況中，給出相位匹配最佳條件的失諧頻率Ω1表示如下Ω1＝(2γP0/|β2|)1/2于是，根據γ和P0值調整泵浦光，可轉換頻段可以展寬到近似等于失諧頻率Ω1的值。
因此，按照本發明的一個方面，提出了一個產生相位共軛光的方法，它包含的步驟為(a)將一信號光束提供給第一非線性光學介質；(b)利用一泵浦光，基于四波混頻作用在第一非線性光學介質中產生一相位共軛光；以及(c)將第一非線性光學介質中輸出的信號光束，相位共軛光束和泵浦光提供給第二非線性光學介質。
按照本發明的另一個方面，提出了一個產生相位共軛光的器件，它包括一個第一非線性光學介質，它接收一信號光束，并利用一泵浦光在四波混頻作用下產生一相位共軛光束；以及一個第二非線性光學介質，它與第一非線性光學介質級聯，并接收第一非線性光學介質輸出的信號光束，相位共軛光束和泵浦光。
圖42和43表示每個都具有高轉換效率和寬可轉換頻段的相位共軛光發生器框圖。每一個相位共軛光發生器都有第一非線性光學介質68(#1)和第二非線性光學介質68(#2)的組合。圖42表示第一非線性光學介質68(#1)包含半導體光學放大器(SOA)70的情況，而圖43表示第一非線性光學介質68(#1)包含DFB激光二極管1的情況。兩種情況都表示第二非線性光學介質68(#2)包含DSF72。
在圖42所示的實例中，提供的信號光束和從泵浦光源210輸出的泵浦光在輸入到SOA70中之前被光學耦合器209混合。由于信號光束和泵浦光在SOA70中的四波混頻作用，產生了相位共軛光束。然后，從SOA70中輸出的信號光束，泵浦光和相位共軛光束提供給DSF72。在DSF72中，相位共軛光束的功率被四波混頻作用而增強，然后此增強的相位共軛光束從DSF72中輸出。在這個利用級聯SOA70和DSF72的過程中，提高了轉換效率。
為了展寬可轉換頻段和進一步提高轉換效率，放置了一個包括光學帶通濾波器216，光電探測器218和控制單元220的反饋回路。泵浦光光源210由一驅動電路212驅動，該驅動電路按照提供的控制信號調整泵浦光的波長。從DSF72輸出的光被光學耦合器214分成兩個光束，然后其中一個光束提供給光學帶通濾波器216。濾波器216有一包含相位共軛光束波長λc的窄通帶。通過濾波器216傳送的光束分量被光電探測器218轉換成一個電信號，它的電平(例如電壓電平)相應于被檢測的光功率。控制單元220接收從光電探測器218輸出的信號，然后產生上述控制信號，使光電探測器218檢測的功率電平變得更高。由于這種反饋控制，將供給SOA70和DSF72的泵浦光波長控制到等于更合適的值(例如，DSF72的零色散波長)，為的是展寬可轉換頻段和提高轉換效率，因為當泵浦光的波長等于預定波長時，相位共軛光的功率變為最大。在激光二極管用作泵浦光光源210的情況中，泵浦光的波長可以隨注入電流的變化和/或激光二極管溫度的變化而改變。
在圖43所示的實例中，從控制單元220輸出的控制信號提供給DFB激光二極管1的驅動電路7。驅動電路7按照控制信號(參照圖2至圖5及其描述)調整DFB激光二極管1中產生的泵浦光波長。所以，泵浦光的波長被控制到等于一個更合適的值(例如DSF72的零色散波長)，為的是展寬可轉換的頻段和提高轉換效率。DFB激光二極管1的溫度可以在反饋控制回路中受到控制。
在圖42和43所示的實例中，第一與第二非線性光學介質68(#1與#2)之間可以有一光學放大器(未表示出)，使供給介質68(#2)的泵浦光功率變得足夠大。
順便提一下，在諸如DFB激光二極管和半導體光學放大器等半導體非線性光學介質內的非簡并四波混頻過程中，與信號光束波長小于泵浦光波長(λs＜λp)的情況比較，信號光束波長大于泵浦光波長(λp＜λs)時，轉換效率變得更高。這被認為是由于下面的理由。在利用這種半導體非線性光學介質的轉換過程中，四波混頻作用的產生是基于如下三階非線性效應的總效應(1)載流子密度中的調制效應(頻帶窄于0.1nm)，(2)載流子的熱效應(頻帶近似為10nm)；以及(3)譜的燒孔效應(頻帶寬于50nm)。所以，在λp＜λs情況中，通過四波混頻過程所得到光的相位關系是互相影響的，而在λs＜λp情況中，相位關系消失了。所以，通過把信號光束波長設定成大于泵浦光波長，就可以提高轉換效率。
因此，按照本發明的一個方面，提出了產生相位共軛光的方法，它包含的步驟為(a)將一信號光束提供給半導體非線性光學介質；(b)利用一泵浦光，由四波混頻作用在半導體非線性光學介質中產生一相位共軛光；以及(c)設定信號光束的波長大于泵浦光的波長。
按照本發明的另一方面，提出了一個產生相位共軛光的器件，它包括一個接收信號光束的半導體非線性介質；以及泵浦半導體非線性光學介質的裝置，利用一泵浦光，基于四波混頻作用使半導體非線性光介質中產生一相位共軛光束，信號光束的波長大于泵浦光的波長。
最后，應當注意到，在本說明書所描述并在圖11和12所示的實驗的附如細節可以在“電子學通訊”中找到，Electronics Letters第33卷No.4，316-317頁，1997年2月。
根據本發明，由于光纖中的色散和光克爾效應引起的波形畸變可被理想地補償以允許光信號的高速，大容量，干線光纖傳輸。
此外，根據本發明，能提供一種轉換效率與偏振態無關的產生相位共軛光的方法和器件。
另外，根據本發明，能提供一種有高轉換效率的產生相位共軛光的方法和器件。
另外，根據本發明，本相位共軛光發生器能被有效地用于光網絡。
該說明書中，詞一元件與另一元件連接含元件直接連接的情形，也含這種情形元件以這樣一種程度相聯系使能在元件間互相轉移電信號或光信號。
本發明不限于上述優選實施方式的細節。所附權利要求書定義了發明范圍，所有與權利要求書的范圍相等的改變和修改也由本發明包括。
權利要求
1.產生相位共軛光的方法，包括步驟(a)把信號光束分成有第一偏振面的第一偏振分量和有垂直于所述第一偏振面的第二偏振面的第二偏振分量；(b)把所述第一和第二偏振分量送至分布反饋(DFB)激光二極管以產生分別與所述第一和第二偏振分量相應的第一和第二相位共軛光束；和(c)合并所述第一和第二相位共軛光束。
2.如權利要求1的方法，其中所述步(b)含注入電流到所述DFB激光二極管的步驟以使所述DFB激光二極管產生波長不同于信號光束的泵浦光，由此通過基于所述DFB激光二極管所述泵浦光的四波混頻產生第一和第二相位共軛光束。
3.如權利要求1的方法，其中所述DFB激光二極管含分別接收所述第一和第二偏振分量的第一和第二DFB激光二極管；和分別由第一和第二偏振光束分離器執行所述步(a)和(c)。
4.如權利要求1的方法，其中所述DFB激光二極管含分別接收所述第一和第二偏振分量的第一和第二端；和所述第一和第二相位共軛光分別從所述第二和第一端被輸出；和一共用偏振光束分離器執行所述步(a)和(c)。
5.一產生相位共軛光束的器件，含把信號光分成有第一偏振面的每偏振分量和有與所述第一偏振面垂直的第二偏振面的第二偏振分量的裝置；和一分布反饋(DFB)激光二極管，它被提供有所述第一和第二偏振分量以產生分別與所述第一和第二偏振分量相應的第一和第二相位共軛光。
6.如權利要求5的器件，其中所述分離裝置含第一偏振光分離器，它有接收所述信號光的第一口和分別輸出所述第一和第二偏振分量的第二和第三口；所述DFB激光二極管含分別與所述第二口和第三口有效相連的第一和第二DFB激光二極管；分別從所述第一和第二DFB激光二極管輸出所述第一和第二相位共軛光；和所述器件還含合并所述第一和第二相位共軛光的第二偏振光分離器。
7.如權利要求6的器件，其中所述第一DFB激光二極管產生有第三偏振面的第一泵浦光；通過基于所述第一偏振分量和所述第一DFB激光二極管中的所述第一泵浦光的四波混頻產生所述第一相位共軛光；所述第二DFB激光二極管產生有第四偏振面的第二泵浦光；通過基于所述第二偏振分量和所述第二DFB激光二極管中所述第二泵浦光的四波混頻產生所述第二相位共軛光；和所述器件還含旋轉偏振面90°的裝置，以使所述第一偏振面與所述第三偏振面相同，所述第二偏振面與所述第四偏振面相同。
8.如權利要求7的器件，其中所述旋轉裝置含連于所述第一偏振光分離器和所述第二DFB激光二極管之間的第一半波片，和連于所述第一DFB激光二極管與所述第二偏振光分離器之間的第二半波片。
9.如權利要求7的器件，其中所述旋轉裝置含一保偏光纖。
10.如權利要求6的器件，其中所述第一和第二偏振光分離器形成于一公共波導襯底上。
11.如權利要求5的器件，其中所述分離裝置含有第一至第四口的一偏振光分離器，所述第一口提供有所述信號光，所述第一口和第三口由所述第一偏振面發生耦合，所述第二口和第四口由所述第一偏振面發生耦合，所述第一口和第二口由所述第二偏振面發生耦合，所述第三口和第四口由所述第二偏振面發生耦合；分別從所述第三口和第二口輸出所述第一和第二偏振分量；所述DFB激光二極管有分別接收所述第一和第二偏振分量的第一和第二端，并產生有第三偏振面的泵浦光；所述第一和第二相位共軛光分別從所述第二和第一端輸出，并分別被送至所述第二和第三口；和所述器件還含旋轉第一和第二偏振面之一90°的裝置，以使所述第一和第二偏振面與所述第三偏振面相同。
12.如權利要求11的器件，其中所述旋轉裝置含一半波片。
13.如權利要求11的器件，其中所述旋轉裝置含一保偏光纖。
14.如權利要求11的器件，還包括有第五至第七口的光環行器；所述第五至第七口中一個連至所述偏振光分離器的所述第一口；和所述偏振光分離器的第四口是抗反射的。
15.如權利要求11的器件，還含有第五至第七口的第一光環行器；和有第八至第十口的第二光環行器；所述第五口至第七口中一個連至所述偏振光分離器的所述第一口；和所述第八至第十口中一個連至所述偏振光分離器的所述第四口。
16.如權利要求5的器件，還含與所述DFB激光二極管級聯的第二DFB激光二極管，所述第二DFB激光二極管產生偏振面垂直于所述第三偏振面的第二泵浦光。
17.如權利要求5的器件，還含注入電流到所述DFB激光二極管以使所述DFB激光二極管產生泵浦光的裝置；通過基于所述DFB激光二極管中所述泵浦光的四波混頻產生所述第一和第二相位共軛光。
18.如權利要求17的器件，其中所述DFB激光二極管在大致中間部分有一四分之一波相移結構的衍射光柵，和注入所述電流的電極；所述電極包括沿衍射光柵的方向被分成的多個部分。
19.產生相位共軛光的方法，含步(a)注入電流至一分布反饋(DFB)激光二極管以使所述DFB激光二極管產生泵浦光；(b)把一信號光送至所述DFB激光二極管以通過基于所述信號光和所述DFB激光二極管中所述泵浦光的四波混頻產生一相位共軛光；和(c)把所述信號光，所述泵浦光和所述相位共軛光送至一非線性光介質以通過所述非線性光介質中的四波混頻而增強相位共軛光的功率。
20.產生相位共軛光的器件，含提供有信號光的一分布反饋(DFB)激光二極管；注入電流至所述DFB激光二極管以使所述DFB產生泵浦光的裝置；和與所述DFB激光二極管光連接的一非線性光介質；其中通過基于所述信號光和所述DFB激光二極管中所述泵浦光的四波混頻產生一相位共軛光，并通過所述非線性光介質中的四波混頻增強所述相位共軛光的功率。
21.如權利要求20的器件，其中所述非線性光介質含一半導體光放大器。
22.如權利要求20的器件，其中所述非線性光介質含一光纖。
23.如權利要求22的器件，其中所述光纖的零色散波長大致等于所述泵浦光的波長。
24.如權利要求22的器件，還含頻率調制或相位調制所述泵浦光的裝置，由此抑制所述光纖中的受激布里淵散射。
25.如權利要求22的器件，其中所述光纖有足夠大的非線性系數能把所述光纖縮短到所述光纖有保偏能力的長度。
26.如權利要求25的器件，其中所述光纖包括芯區摻有GeO2，其包層摻氟。
27.如權利要求25的器件，其中所述光纖為一單模光纖，所述單模光纖的模場直徑小于用作傳輸線的單模光纖的模場直徑。
28.-產生相位共軛光的方法，含步(a)把由有第一偏振面的第一偏振分量和有與所述第一偏振面垂直的第二偏振面的第二偏振分量組成的信號光送至產生偏振面與第一偏振面相應的泵浦光的第一DFB激光二極管，以通過基于所述第一偏振分量和所述第一DFB激光二極管中所述第一泵浦光的四波混頻產生偏振面與所述第一偏振面相應的第一相位共軛光；和(b)把從所述第一DFB激光二極管輸出的所述第一相位共軛光和通過所述第一DFB激光二極管的第二偏振分量送至產生偏振面與所述第二偏振面相應的第二泵浦光的第二DFB激光二極管，以通過基于所述第二偏振分量和所述第二DFB激光二極管中所述第二泵浦光的四波混頻產生偏振面與所述第二偏振面相應的一第二相位共軛光。
29.-產生相位共軛光的器件，含-產生有第一偏振面的第一泵浦光的第一DFB激光二極管；和與所述第一DFB激光二極管級聯的第二DFB激光二極管，用于產生有與所述第一偏振面垂直的第二偏振面的第二泵浦光；其中當由偏振面分別與所述第一和第二偏振面相應的第一和第二偏振分量組成的信號光被送至所述第一DFB激光二極管時，在所述第一DFB激光二極管中通過基于所述第一偏振分量和所述第一泵浦光的四波混頻產生偏振面與所述第一偏振面相應的第一相位共軛光，所述第二偏振分量通過所述第一DFB激光二極管，而在所述第二DFB激光二極管中通過基于所述第二偏振分量和所述第二泵浦光的四波混頻產生偏振面與所述第二偏振面相應的第二相位共軛光，所述第一相位共軛光通過所述第二DFB激光二極管。
30.-系統含-傳輸信號光的第一光纖；-把所述信號光變成相位共軛光的相位共軛光發生器；-傳輸所述相位共軛光的第二光纖；所述相位共軛光發生器含把所述信號光分成有第一偏振面的第一偏振分量和有與所述第一偏振面垂直的第二偏振面的第二偏振分量的裝置；和提供有所述第一和第二偏振分量的一分布反饋(DFB)激光二極管，以產生分別與所述第一和第二偏振分量相應的第一和第二相位共軛光。
31.如權利要求30的系統，其中當所述第一和第二光纖表觀上被分成相等數目的區間時，所述第一和第二光纖的所述區間中從所述相位共軛光發生器算起的兩相應區間的平均色散和區間長度的乘積大致相等，所述兩相應區間的平均光功率，平均非線性系數和區間長度的乘積大致相等。
32.如權利要求30的系統，其中所述第一和第二光纖中兩點處色散率與光功率和非線性系數的乘積大致相等，所述兩點處從所述相位共軛光發生器算起的累積色散值相等。
33.如權利要求30的系統，其中所述第一和第二光纖中兩點處色散率與光功率和非線性系數的乘積大致相等，所述兩點處從所述相位共軛光發生器算起的光功率和非線性系數的乘積的累積值相等。
34.如權利要求30的系統，其中所述第一光纖的平均色散和長度的乘積大致等于所述第二光纖的平均色散和長度的乘積。
35.如權利要求34的系統，其中所述第一光纖中平均功率和平均非線性系數和所述第一光纖的長度的乘積大致等于所述第二光纖中平均功率和平均非線性系數和所述第二光纖的長度的乘積。
36.-系統含-傳輸信號光的第一光纖；-把所述信號光變成一相位共軛光的相位共軛光發生器；和-傳輸所述相位共軛光的第二光纖；所述相位共軛光發生器含-提供有所述信號光的分布反饋(DFB)激光二極管；注入電流到所述DFB激光二極管以使所述DFB激光二極管產生泵浦光的裝置；和-與所述DFB激光二極管連接的非線性光介質；其中通過基于所述信號光和所述DFB激光二極管中所述泵浦光的四波混頻產生相位共軛光，并通過所述非線性光介質的四波混頻增強所述相位共軛光的功率。
37.如權利要求36的系統，其中當所述第一和第二光纖表觀上被分成同等數目的區間時，所述第一和第二光纖的所述區間中從所述相位共軛光發生器算起的兩相應區間的平均色散和區間長度的乘積大致相等，且所述兩相應區間的平均光功率，平均非線性系數和區間長度的乘積大致相等。
38.如權利要求36的系統，其中所述第一和第二光纖中兩點處色散率與光功率和非線性系數的乘積大致相等，所述兩點處從所述相位共軛光發生器算起的累積色散值相等。
39.如權利要求36的系統，其中所述第一和第二光纖中兩點處色散率與光功率和非線性系數的乘積大致相等，所述兩點處從所述相位共軛光發生器算起的光功率和非線性系數的乘積的累加值相等。
40.如權利要求36的系統，其中所述第一光纖的平均色散和長度的乘積大致等于所述第二光纖的平均色散和長度的乘積。
41.如權利要求40的系統，其中所述第一光纖中平均光功率和平均非線性系數和所述第一光纖的長度的乘積大致等于所述第二光纖中平均光功率和平均非線性系數和所述第二光纖的長度的乘積。
42.-系統含-傳輸信號光的第一光纖；-把所述信號光變成一相位共軛光的相位共軛光發生器；和-傳輸所述相位共軛光的第二光纖；所述相位共軛光發生器含-產生有第一偏振面的第一泵浦光的第一DFB激光二極管；和-與所述第一DFB激光二極管級聯的第二DFB激光二極管，它產生有與所述第一偏振面垂直的第二偏振面的第二泵浦光；其中所述信號光由偏振面分別與所述第一和第二偏振面相應的第一和第二偏振分量組成，當所述信號光被送至所述第一DFB激光二極管時，通過基于所述第一偏振分量和所述第一泵浦光的四波混頻在所述第一DFB激光二極管中產生偏振面與所述第一偏振面相應的第一相位共軛光，所述第二偏振分量通過所述第一DFB激光二極管，而通過基于所述第二偏振分量和所述第二泵浦光的四波混頻在所述第二DFB激光二極管中產生偏振面與所述第二偏振面相應的第二相位共軛光，所述第一相位共軛光通過所述第二DFB激光二極管。
43.如權利要求42的系統，其中當所述第一和第二光纖表觀上被分成同等數目的區間時，所述第一和第二光纖的所述多區間中從所述相位共軛光發生器算起的兩相應區間的平均色散和區間長度的乘積大致相等，且所述兩區間的平均光功率，平均非線性系數和區間長度的乘積大致相等。
44.如權利要求42的系統，其中所述第一和第二光纖中兩點處色散率與光功率和非線性系數的乘積大致相等，所述兩點處從所述相位共軛光發生器算起的累積色散值相等。
45.如權利要求42的系統，其中所述第一和第二光纖中兩點處色散率與光功率和非線性系數的乘積大致相等，所述兩點處從所述相位共軛光發生器算起的光功率和非線性系數的乘積的累積值相等。
46.如權利要求42的系統，其中所述第一光纖的平均色散的長度的乘積大致等于所述第二光纖的平均色散和長度的乘積。
47.如權利要求46的系統，其中所述第一光纖中平均光功率和平均非線性系數和所述第一光纖的長度的乘積大致等于所述第二光纖中平均光功率和平均非線性系數和所述第二光纖的長度的乘積。
48.-系統含多個光學上連在一起的單元，并在所述多個單元間的連接點處有至少一光信號插入/抽取器件；所述多個單元中每一個含-傳輸信號光的第一光纖；把所述信號光變成相位共軛光的裝置；和-傳輸所述相位共軛光的第二光纖；其中所述第一光纖中的色散和光克爾效應由所述第二光纖中的色散和光克爾效應補償。
49.一個產生相位共軛光的方法，它包含的步驟為(a)注入一電流到分布反饋(DFB)激光二極管中，使所述DFB激光二極管產生泵浦光；(b)提供一信號光束給所述DFB激光二極管，通過在所述DFB激光二極管內所述信號光束和所述泵浦光的四波混頻作用產生一相位共軛光束；以及(c)將所述DFB激光二極管中輸出的所述信號光束，所述相位共軛光束和所述泵浦光提供給一光學帶阻濾波器，此濾波器有一包含所述泵浦光波長的阻帶。
50.一個產生相位共軛光的器件，它包括一個接收信號光束的分布反饋(DFB)激光二極管；注入一電流到所述DFB激光二極管的裝置，使所述DFB激光二極管產生泵浦光，所述DFB激光二極管通過所述信號光束和所述泵浦光的四波混頻作用將所述信號光束轉換成一相位共軛光束，以及一個接收所述DFB激光二極管輸出的所述信號光束，所述相位共軛光束和所述泵浦光的光學帶阻濾波器，所述光學帶阻濾波器的阻帶包含所述泵浦光的波長。
51.根據權利要求50的一個器件，其中所述光學帶阻濾波器包括一光纖光柵。
52.一個系統包括一根用于傳送信號光束的第一光纖；一個將所述信號光束轉換成相位共軛光束的相位共軛光發生器；以及一根用于傳送所述相位共軛光束的第二光纖；所述相位共軛光發生器包括一個接收所述信號光束的分布反饋(DFB)激光二極管；注入一電流到所述DFB激光二極管的裝置，使所述DFB激光二極管產生泵浦光，所述DFB激光二極管通過所述信號光束和所述泵浦光的四波混頻作用將所述信號光束轉換成所述相位共軛光；以及一個接收所述DFB激光二極管輸出的所述信號光束，所述相位共軛光束和所述泵浦光的光學帶阻濾波器，所述光學帶阻濾波器的阻帶包含所述泵浦光的波長。
53.一個產生相位共軛光的方法，它包含的步驟為(a)提供一信號光束給一光學帶阻濾波器，此濾波器有一包含預定波長的阻帶；以及(b)把所述光學帶阻濾波器輸出的所述信號光束提供給一相位共軛器，通過四波混頻作用產生一相位共軛光束，所述相位共軛光束的波長基本上等于所述預定的波長。
54.一個產生相位共軛光的器件，它包括一個接收信號光束的光學帶阻濾波器，此濾波器的阻帶包含一預定的波長；以及一個接收所述光學帶阻濾波器輸出所述信號光束的相位共軛器，它通過四波混頻作用產生一相位共軛光束，所述相位共軛光束的波長基本上等于所述預定的波長。
55.根據權利要求54的一個器件，其中所述相位共軛器包括一個接收所述信號光束的分布反饋(DFB)激光二極管；以及注入一電流到所述DFB激光二極管中的裝置，使所述DFB激光二極管產生泵浦光。
56.根據權利要求54的一個器件，其中所述相位共軛器包括一個輸出泵浦光的泵浦光光源；一個接收所述信號光束的非線性光學介質；以及使所述泵浦光光源和所述非線性光學介質光耦合的裝置，把所述泵浦光提供給所述非線性光學介質。
57.根據權利要求54的一個器件，其中所述光學帶阻濾波器包括一光纖光柵。
58.一個系統包括一根用于傳送信號光束的第一光纖；一個接收所述信號光束的光學帶阻濾波器，此濾波器的阻帶包含預定的波長；一個接收所述光學帶阻濾波器輸出所述信號光束的相位共軛器，它通過四波混頻作用產生一相位共軛光束，所述相位共軛光束的波長基本上等于所述預定的波長；以及一根用以傳送所述相位共軛光束的第二光纖。
59.一個產生相位共軛光的方法，它包含的步驟為(a)提供一信號光束給第一非線性光學介質；(b)利用一泵浦光在所述第一非線性光學介質內由四波混頻作用產生一相位共軛光束；以及(c)將所述第一非線性光學介質輸出的所述信號光束，所述相位共軛光束和所述泵浦光提供給第二非線性光學介質。
60.一個產生相位共軛光的器件，它包括一個接收信號光束的第一非線性光學介質，它利用一泵浦光的四波混頻作用產生一相位共軛光束；以及一個與所述第一非線性光學介質級聯的第二非線性光學介質，它接收所述第一非線性光學介質輸出的所述信號光束，所述相位共軛光束和所述泵浦光。
61.根據權利要求60的一個器件，其中所述第一非線性光學介質包括一個提供第一可轉換頻段的半導體芯片，所述第二非線性光學介質包括一根提供第二可轉換頻段的光纖，所述第二可轉換頻段比所述第一可轉換頻段寬。
62.根據權利要求61的一個器件，其中所述半導體芯片是一個半導體光學放大器，所述器件還包括一泵浦光光源，它給所述半導體光學放大器提供所述泵浦光。
63.根據權利要求61的一個器件，其中所述半導體芯片是一個分布反饋(DFB)激光二極管，所述器件還包括注入一電流到所述DFB激光二極管的裝置，使所述DFB激光二極管產生所述泵浦光。
64.根據權利要求61的一個器件，其中所述光纖有一零色散波長，此波長基本上等于所述泵浦光的波長。
65.根據權利要61的一個器件，它還包括一個控制所述泵浦光波長的反饋回路，使所述相位共軛光束的功率變得更高。
66.一個系統包括一根傳送信號光束的第一光纖；一個接收所述信號光束的第一非線性光學介質，它利用一泵浦光通過四波混頻作用產生一相位共軛光束；一個與第一非線性光學介質級聯的第二非線性光學介質，它接收所述第一非線性光學介質輸出的所述信號光束，所述相位共軛光束和所述泵浦光；以及一根傳送從所述第二非線性光學介質輸出所述相位共軛光束的第二光纖。
67.一個產生相位共軛光的方法，它包括的步驟為(a)提供一信號光束給半導體非線性光學介質；(b)利用一泵浦光在所述半導體非線性光學介質內由四波混頻作用產生一相位共軛光；以及(c)設定所述信號光束的波長大于所述泵浦光的波長。
68.一個產生相位共軛光的器件，它包括一個接收信號光束的半導體非線性光學介質；以及泵浦所述半導體非線性光學介質的裝置，使所述半導體非線性光學介質利用一泵浦光通過四波混頻作用產生一相位共軛光束，所述信號光束的波長大于所述泵浦光的波長。
69.根據權利要求68的一器件，其中所述半導體非線性光學介質是一半導體光學放大器，所述泵浦裝置包括一個給所述半導體光學放大器提供所述泵浦光的泵浦光光源。
70.根據權利要求68的一個器件，其中所述半導體非線性光學介質是一分布反饋(DFB)激光二極管，所述泵浦裝置包括注入一電流到所述DFB激光二極管中的裝置，使所述DFB激光二極管產生所述泵浦光。
71.一個系統包括一根傳送信號光束的第一光纖；一個接收所述信號光束的半導體非線性光學介質；泵浦所述半導體非線性光學介質的裝置，使所述半導體非線性光學介質利用一泵浦光通過四波混頻作用產生一相位共軛光束，所述信號光束的波長大于所述泵浦光的波長；以及一根傳送所述相位共軛光束的第二光纖。
全文摘要
產生共軛光和波長轉換的方法和器件，及有該器件的系統。本發明的基本結構中，信號光首先被一偏振分離器分成第一和第二偏振分量。然后第一和第二偏振分量被單個DFB(分布反饋)激光二極管或兩個DFB激光二極管變成第一和第二相位共軛光。當采用單個DFB激光二極管時，第一和第二相位共軛光由上述偏振光束分離器合并。當采用兩個DFB激光二極管時，第一和第二共軛光由另一偏振光束分離器合并。
文檔編號H04B10/2531GK1166612SQ9711035
公開日1997年12月3日 申請日期1997年4月10日 優先權日1996年4月11日
發明者渡邊茂樹 申請人:富士通株式會社