(57)【要約】【課題】本発明は光位相共役の光ファイバ通信への適用に関し、波長分散及び非線形性を効果的に補償することができるシステムの提供が主な課題である。【解決手段】本発明による光ファイバ通信システムは、例えば、信号ビームを伝搬する第１の光ファイバ１０４と、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器１０６と、位相共役ビームを伝搬する第２の光ファイバ１０８と、第１の光ファイバ、位相共役器及び第２の光ファイバを含む光路上に設けられ第１及び第２の光ファイバの各々の波長分散と逆符号の波長分散を与える少なくとも１つの分散補償器１１２とを備えており、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している。【選択図】　　　　図１９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
上記第１の光ファイバ、上記位相共役器及び上記第２の光ファイバを含む光路上に設けられ上記第１及び第２の光ファイバの各々の波長分散と逆符号の波長分散を与える少なくとも１つの分散補償器とを備え、
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。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、
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システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、
上記第１の光ファイバ及び上記第２の光ファイバを含む光路上に設けられる複数の光増幅器を更に備えたシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、
上記複数の光増幅器の隣り合う各２つの光増幅器の間の距離は上記光路の非線形長よりも短いシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムであって、
上記第１及び第２の光ファイバが仮想的にそれぞれ同数の区間に分割されたときに、上記位相共役器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は実質的に一致すると共に、当該２つの区間における光パワーの平均値、非線形係数の平均値及び区間長の積は実質的に一致する光ファイバ通信システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムであって、
上記位相共役器からの波長分散の累積値が等しい上記第１及び第２の光ファイバ上の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システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムであって、
上記位相共役器からの光パワー及び非線形係数の積の累積値が等しい上記第１及び第２の光ファイバ上の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システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムであって、
上記分散補償器は上記第１の光ファイバの途中に設けられるシステム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムであって、
上記分散補償器は上記第２の光ファイバの途中に設けられるシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムであって、
上記第１及び第２の光ファイバの各々はシングルモードファイバであるシステム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムであって、
上記シングルモードファイバは波長１．５５μｍ帯で異常分散を与えるシステム。
【請求項１２】
請求項１に記載のシステムであって、
上記分散補償器はファイバグレーティングからなるシステム。
【請求項１３】
請求項１に記載のシステムであって、
上記分散補償器の波長分散の値は上記第２の光ファイバの上記第４端における上記位相共役ビームの波形歪みが最も小さくなるように設定されるシステム。
【請求項１４】
請求項１に記載のシステムであって、
上記第１及び第２の光ファイバの各々は正常分散を与え、
上記分散補償器は１．３μｍ零分散ファイバからなるシステム。
【請求項１５】
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し、
上記信号ビームは互いに異なる波長を有する複数の信号ビームを含む波長分割多重信号ビームであり、
上記第１及び第２の光ファイバの２次分散（分散傾斜）は両方とも実質的に零であるか或いは互いに逆の符号を有している光ファイバ通信システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムであって、
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光ファイバ通信システム。
【請求項１７】
請求項１５に記載のシステムであって、
上記第１の光ファイバ及び上記第２の光ファイバを含む光路上に設けられる複数の光増幅器を更に備えたシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムであって、
上記複数の光増幅器の隣り合う各２つの光増幅器の間の距離は上記光路の非線形長よりも短いシステム。
【請求項１９】
請求項１５に記載のシステムであって、
上記第１及び第２の光ファイバが仮想的にそれぞれ同数の区間に分割されたときに、上記位相共役器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は実質的に一致すると共に、当該２つの区間における光パワーの平均値、非線形係数の平均値及び区間長の積は実質的に一致する光ファイバ通信システム。
【請求項２０】
請求項１５に記載のシステムであって、
上記位相共役器からの波長分散の累積値が等しい上位第１及び第２の光ファイバ上の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システム。
【請求項２１】
請求項１５に記載のシステムであって、
上記位相共役器からの光パワー及び非線形係数の積の累積値が等しい上記第１及び第２の光ファイバ上の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システム。
【請求項２２】
位相共役光を発生するための非線形光学媒質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）　　上記非線形光学媒質を用いた非縮退四光波混合における変換帯域が最大になるように上記複数の区間を並べ替えて繋ぎ合わせることにより上記非線形光学媒質を得るステップとを含む方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、
上記ステップ（ｂ）は上記複数の区間の各々の分散値を測定するステップを含み、
上記非線形光学媒質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べ替えられる方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の方法であって、
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方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の方法により製造された装置。
【請求項２６】
位相共役光を発生するための非線形光学媒質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を測定するステップと、
（ｃ）　　上記非線形光学媒質を用いた非縮退四光波混合におけ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ことにより上記非線形光学媒質を得るステップとを含む方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法により製造された装置。
【請求項２８】
位相共役光を発生するための非線形光学媒質を有する装置を製造するための方法であって、
（ａ）　　光ファイバの零分散波長の偏差を測定するステップと、
（ｂ）　　上記偏差が予め定められた範囲を超えている場合に上記光ファイバを切断して切断された各ファイバの零分散波長の偏差が上記範囲内に入るようにするステップと、
（ｃ）　　ポンプ光の波長に実質的に等しい零分散波長を有する上記光ファイバ又は上記切断されたファイバを選んで繋ぎ合わせることにより上記非線形光学媒質を得るステップとを備えた方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法により製造された装置。
【請求項３０】
異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重（ＷＤＭ）してなるＷＤＭ信号光のための複数の光ファイバネットワークと、
該複数の光ファイバネットワークを結ぶための少なくとも１つの変換器とを備え、
該変換器は上記複数の光信号の波長変換及び位相共役変換を一括に行う手段を含む光ファイバ通信システム。
【請求項３１】
請求項３０に記載のシステムであって、
上記光信号のための光アッド／ドロップ装置を更に備え、
該光アッド／ドロップ装置は上記光信号の波形歪みが最も小さくなる位置に設けられるシステム。
【請求項３２】
請求項３０に記載のシステムであって、
上記波長変換はエルビウムドープファイバ増幅器によって提供される利得帯域に含まれる任意の帯域間で行われるシステム。
【請求項３３】
請求項３２に記載のシステムであって、
上記任意の帯域は１．５５μｍ帯及び１．５３μｍ帯であるシステム。
【請求項３４】
位相共役光を発生させるための装置であって、
第１乃至第４のポートを有し、該第１及び第２のポート間並びに該第３及び第４のポート間は第１の偏波面により結合され、該第１及び第３のポート間並びに該第２及び第４のポート間は第１の偏波面に垂直な第２の偏波面により結合される偏波ビームスプリッタと、
上記第２及び第３のポート間に動作的に接続される非線形光学媒質と、
ポンプ光を出力するポンプ光源と、
信号光及び上記ポンプ光を上記偏波ビームスプリッタの上記第１のポートに供給するためのカップリング手段とを備え、
該カップリング手段は、上記信号光及び上記ポンプ光をそれぞれ受ける第１及び第２の入力ポート並びに出力ポートを有する光カプラと、該出力ポート及び上記第１のポート間に動作的に接続される偏波保持ファイバとを含む装置。
【請求項３５】
請求項３４に記載の装置あって、
上記偏波保持ファイバは上記第１のポートにおける上記ポンプ光の偏波面が上記第１及び第２の偏波面に対して実質的に４５°傾斜するように設定される主軸を有している装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の装置あって、
上記偏波保持ファイバはスプライス接続された第１及び第２の偏波保持ファイバからなり、該第１及び第２の偏波保持ファイバは互いに直交する第１及び第２の主軸を有している装置。
【請求項３７】
位相共役光を発生させるための装置であって、
第１端及び第２端を有し該第１端には信号光が供給される非線形光学媒質と、上記第１端及び第２端の少なくとも何れかからポンプ光を上記非線形光学媒質に供給するためのポンプ光源と、
上記非線形光学媒質の上記第２端に動作的に接続され上記ポンプ光の波長を含む阻止帯域を有する光帯域阻止フィルタとを備えた装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載の装置あって、
上記光帯域阻止フィルタに動作的に接続され上記非線形光学媒質内で発生する位相共役光の波長を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタを更に備えた装置。
【請求項３９】
請求項３７に記載の装置あって、
上記非線形光学媒質の上記第１端に動作的に接続され上記非線形光学媒質内で発生する位相共役光の波長を含む阻止帯域を有する第２の光帯域阻止フィルタを更に備えた装置。
【請求項４０】
請求項３７に記載の装置あって、
上記非線形光学媒質は光ファイバを含む装置。
【請求項４１】
請求項４０に記載の装置あって、
上記光ファイバは上記ポンプ光の波長に実質的に等しい零分散波長を有している装置。
【請求項４２】
請求項４０に記載の装置あって、
上記光ファイバは、該光ファイバが偏波面保持能力を有する程度に該光ファイバの長さを短くするのに十分大きな非線形係数を有している装置。
【請求項４３】
請求項４２に記載の装置あって、
上記光ファイバは、ＧｅＯ２がドープされたコアとフッ素がドープされたクラッドとを含む装置。
【請求項４４】
請求項４２に記載の装置あって、
上記光ファイバは、シングルモードファイバからなり、該シングルモードファイバは伝送路として使用されるシングルモードファイバのモードフィールド径よりも小さなモードフィールド径を有している装置。
【請求項４５】
光ファイバ伝送路の入力端に接続された光送信装置において、
入力端と出力端とを有し、前記光ファイバ伝送路の中間点と入力端との間の波長分散量と実質的に等しい波長分散量を有する第１の光ファイバと、
前記第１の光ファイバの入力端に光信号を入力する光信号出力手段と、
前記第１の光ファイバの出力端からの光信号を、この光信号と位相共役の関係にある位相共役光に変換して、この位相共役光を前記光伝送路の入力端から入力する位相共役器とを備えたことを特徴とする光送信装置。
【請求項４６】
光信号を伝送する光ファイバ伝送路の出力端に接続された光受信装置において、
入力端と出力端とを有し、前記光ファイバ伝送路の中間点と出力端との間の波長分散量と実質的に等しい波長分散量を有する第２の光ファイバと、
前記光ファイバ伝送路から受信した光信号を、この光信号と位相共役の関係にある位相共役光に変換して、この位相共役光を前記第２の光ファイバの入力端に入力する位相共役器と、
前記第２の光ファイバの出力端からの位相共役光を受信する受信器とを備えたことを特徴とする光送信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光位相共役を用いた光ファイバ通信システム並びに該システムに適用可能な装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低損失なシリカ光ファイバが開発されたことにより、光ファイバを伝送路として用いる光ファイバ通信システムが数多く実用化されてきた。光ファイバそれ自体は極めて広い帯域を有している。しかしながら、光ファイバによる伝送容量は実際上はシステムデザインによって制限される。最も重要な制限は、光ファイバにおいて生じる波長分散による波形歪みに起因する。光ファイバはまた例えば約０．２ｄＢ／ｋｍの割合で光信号を減衰させるが、この減衰による損失は、エルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）を始めとする光増幅器の採用によって補償されてきた。
【０００３】
しばしば単純に分散と称される波長分散は、光ファイバ内における光信号の群速度が光信号の波長（周波数）の関数として変化する現象である。例えば標準的なシングルモードファイバにおいては、１．３μｍよりも短い波長に対しては、より長い波長を有する光信号がより短い波長を有する光信号よりも速く伝搬し、その結果としての分散は、通常、正常分散と称される。１．３μｍよりも長い波長に対しては、より短い波長を有する光信号がより長い波長を有する光信号よりも速く伝搬し、その結果としての分散は異常分散と称される。
【０００４】
近年、ＥＤＦＡの採用による光信号パワーの増大に起因して、非線形性が注目されている。伝送容量を制限する光ファイバの最も重要な非線形性は光カー効果である。光カー効果は光ファイバの屈折率が光信号の強度に伴って変化する現象である。屈折率の変化は光ファイバ中を伝搬する光信号の位相を変調し、その結果信号スペクトルを変更する周波数チャーピングが生じる。この現象は自己位相変調（ｓｅｌｆ−ｐｈａｓｅ　　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＳＰＭ）として知られている。ＳＰＭによってスペクトルが拡大され、波長分散による波形歪みが更に大きくなる。
【０００５】
このように、波長分散及びカー効果は、伝送距離の増大に伴って光信号に波形歪みを与える。従って、光ファイバによる長距離伝送を可能にするためには、波長分散及び非線形性は制御され、補償され或いは抑圧されることが必要である。
【０００６】
波長分散及び非線形性を制御する技術として、主信号のための電子回路を含む再生中継器を用いたものが知られている。伝送路の途中に例えば複数の再生中継器が配置され、各々の再生中継器では、光信号の波形歪みが過剰になる前に光／電気変換、再生処理及び電気／光変換がこの順で行われる。しかし、この方法では、高価で複雑な再生中継器が必要であるとともに、再生中継器が有する電子回路が主信号のビットレートを制限するという問題がある。
【０００７】
波長分散及び非線形性を補償する技術として、光ソリトンが知られている。与えられた異常分散の値に対して精度よく規定された振幅、パルス幅及びピークパワーを有する光信号パルスが発生させられ、それにより、光カー効果によるＳＰＭと異常分散とに起因するパルス圧縮と、分散によるパルス拡がりとがバランスして、光ソリトンはその波形を維持したまま伝搬して行く。
【０００８】
波長分散及び非線形性を補償するための他の技術として、光位相共役の適用がある。例えば、伝送路の波長分散を補償するための方法がヤリフらによって提案されている（Ａ．　Ｙａｒｉｖ，　Ｄ．Ｆｅｋｅｔｅ，　ａｎｄ　Ｄ．　Ｍ．　Ｐｅｐｐｅｒ，　“Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　　ｃｈａｎｎｅｌ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｂｙ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｐｈａｓｅ　ｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎ”　Ｏｐｔ．　Ｌｅｔｔ．，　ｖｏｌ．　４，　ｐｐ．　５２−５４，　１９７９　）。伝送路の中間点で光信号が位相共役光に変換され、伝送路の前半で受けた波長分散による波形歪みが伝送路の後半の波長分散による歪みで補償される。
【０００９】
特に、２つの地点での電場の位相変化の要因が同じであり、その要因をもたらす環境変化が２地点の間の光の伝搬時間内で緩やかであるとすれば、２地点の中間に位相共役器（位相共役光発生装置）を配置することによって、位相変化は補償される（Ｓ．Ｗａｔａｎａｂｅ，　“Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆ　ｐｈａｓｅ　ｆｌｕｃｔｕａ−ｔｉｏｎ　ｉｎ　ａ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｂｙ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｎｊｕｇａｔｉｏｎ”　Ｏｐｔ．　Ｌｅｔｔ．，　ｖｏｌ．　１７，　ｐｐ．　１３５５−１３５７，　１９９２）。従って、位相共役器の採用によって、ＳＰＭに起因する波形歪みも補償される。しかし、位相共役器の前後で光パワーの分布が非対象である場合には、非線形性の補償が不完全になる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
発明者は、先に、位相共役器を用いる場合に光パワーの非対称性による補償の不完全さを克服するための技術を提案した（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）。位相共役器は伝送路におけるその前後の分散値又は非線形効果の総量が等しくなる点の近傍に配置され、その前後における種々のパラメータが微小区間毎に設定される。しかし、位相共役器が伝送路の途中に配置されるので、例えば伝送路を大陸間に敷設する場合に、位相共役器は海底に沈めなければならないかもしれない。この場合、位相共役器の保守が困難になる。伝送路のうち前半部分或いは後半部分を送信端局又は受信端局内に配置し、伝送路の残りの半分を大陸間に敷設することが提案され得る。この場合、位相共役器は送信端局又は受信端局内に設けることができるので、その保守は容易である。しかし、この場合には、伝送路の前半部分と後半部分とでパラメータの設定に偏りが生じ、補償が不完全になるかもしれない。
【００１１】
よって、本発明の目的は、２つ又はそれより多い位相共役器を用いることにより波長分散及び非線形性を効果的に補償することができる光ファイバ通信システムを提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、波長分散及び非線形性を補償するために位相共役器を伝送路の途中に配置する必要のない光ファイバ通信システムを提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、そのようなシステムに適用可能な装置及びその製造方法を提供することである。
【００１４】
本発明の別の目的は以下の説明から明らかになる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、第１及び第２の位相共役器を有する光ファイバ通信システムが提供される。第１の位相共役器には第１の光ファイバにより信号ビームが供給される。第１の位相共役器は、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１の位相共役ビームは第２の光ファイバにより第２の位相共役器に供給される。第２の位相共役器は第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２の位相共役ビームは第３の光ファイバにより伝送される。第２の光ファイバの途中にシステム中間点が設定される。即ち、第２の光ファイバは、第１の位相共役器及びシステム中間点の間の第１の部分と、システム中間点及び第２の位相共役器の間の第２の部分とからなる。第１の光ファイバの総分散（波長分散の平均値及び長さの積）は第１の部分の総分散と実質的に一致し、第２の部分の総分散は第３の光ファイバの総分散に実質的に一致する。各パラメータの具体的な設計例は後述する。
【００１６】
このようなパラメータの設定によって波長分散及び非線形性が効果的に補償される。また、２つの位相共役器を用いてシステム中間点で波形歪みが最も小さくなるようにしたので、位相共役器を伝送路の途中に配置する必要がない。本発明によると、光カー効果だけでなく、ラマン効果等の他の非線形性も補償される。
【００１７】
望ましくは、第１、第２及び第３の光ファイバを含む光路上には複数の光増幅器が設けられ、これにより長距離の伝送が可能になる。各光増幅器で発生するノイズが累積したとしても、本発明ではシステム中間点で光信号の波形が一旦元に戻っているので、システム中間点の近傍において光帯域通過フィルタにより有効にノイズを除去することができる。即ち、本発明では、システム中間点において信号スペクトルが元のように狭くなっているので、ノイズを除去するための狭い通過帯域を有する光帯域通過フィルタの使用が可能になるのである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１を参照すると、本発明の光ファイバ通信システムの基本構成が示されている。光送信機（ＯＳ）２は信号ビームを出力する。第１の光ファイバ４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４Ａ及び第２端４Ｂを有している。第２端４Ｂには第１の位相共役器（１ｓｔ　　ＰＣ）６が動作的に接続されている。
【００２０】
この出願において、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光信号（又は電気信号）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。
【００２１】
第１の位相共役器６は、第１の光ファイバ４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８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８Ａ及び第４端８Ｂを有している。第４端８Ｂには第２の位相共役器（２ｎｄ　　ＰＣ）１０が動作的に接続される。第２の位相共役器１０は、第２の光ファイバ８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１２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１２Ａ及び第６端１２Ｂを有している。第３の光ファイバ１２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）１４が設けられている。
【００２２】
第２の光ファイバ８の途中にはシステム中間点１６が設定される。システム中間点１６は、例えば、波形歪みが最も小さくなる点として定義され、その具体的な位置については後述する。第２の光ファイバ８は、第３端８Ａ及びシステム中間点１６の間の第１の部分８１と、システム中間点１６及び第４端８Ｂの間の第２の部分８２とからなる。
【００２３】
光ファイバ４，８及び１２における各パラメータは、例えば次のようにして設定される。
【００２４】
まず、第１の光ファイバ４がＮ個（Ｎは１より大きい整数）の区間４（＃１，…，＃Ｎ）に仮想的に分割され、第２の光ファイバ８の第１の部分８１も同じ数の区間８１（＃１，…，＃Ｎ）に仮想的に分割される。このとき、第１の位相共役器６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４において第１の位相共役器６から数えてｉ（１≦ｉ≦Ｎ）番目の区間４（＃ｉ）の波長分散（又は分散パラメータ）の平均値及び区間長をそれぞれＤ１ｉ及びＬ１ｉとし、第２の光ファイバ８の第１の部分８１において第１の位相共役器６から数えてｉ番目の区間８１（＃ｉ）の波長分散（又は分散パラメータ）の平均値及び区間長をそれぞれＤ２ｉ及びＬ２ｉとするときに、
Ｄ１ｉＬ１ｉ　　＝　　Ｄ２ｉＬ２ｉ　　　　　　　　　　　　…　　（１）
が満足される。更に、区間４（＃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Ｐ１ｉ及びγ１ｉとし、区間８１（＃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Ｐ２ｉ及びγ２ｉとするときに、
Ｐ１ｉγ１ｉＬ１ｉ　　＝　　Ｐ２ｉγ２ｉＬ２ｉ　　　　…　　（２）
が満足される。
【００２５】
一方、第２の光ファイバ８の第２の部分８２がＭ個（Ｍは１より大きい整数）の区間８２（＃１，…，＃Ｍ）に仮想的に分割され、第３の光ファイバ１２も同じ数の区間１２（＃１，…，＃Ｍ）に仮想的に分割される。このとき、第２の光ファイバ８の第２の部分８２において第２の位相共役器１０から数えてｊ（１≦ｊ≦Ｍ）番目の区間８２（＃ｊ）の波長分散の平均値及び区間長をそれぞれＤ３ｊ及びＬ３ｊとし、第３の光ファイバ１２において第２の位相共役器１０から数えてｊ番目の区間１２（＃ｊ）の波長分散の平均値及び区間長をそれぞれＤ４ｊ及びＬ４ｊとするときに、
Ｄ３ｊＬ３ｊ　　＝　　Ｄ４ｊＬ４ｊ　　　　　　　　　　　　…　　（３）
が満足される。更に、区間８２（＃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Ｐ３ｊ及びγ３ｊとし、区間１２（＃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Ｐ４ｊ及びγ４ｊとするときに、
Ｐ３ｊγ３ｊＬ３ｊ　　＝　　Ｐ４ｊγ４ｊＬ４ｊ　　　　…　　（４）
が満足される。
【００２６】
図１のシステムにおいては、第１の位相共役器６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１６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の位相共役器１０の前後で歪むが、（３）式及び（４）式の条件により光受信機１４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。
【００２７】
また、本発明のシステムは、海底等に敷設される可能性のある第２の光ファイバ８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１６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８２、第２の位相共役器１０及び第３の光ファイバ１２で再現することによって、光受信機１４において波形を実質的に完全に元に戻すことができるのである。
【００２８】
図２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。ここでは、光送信機２からシステム中間点１６に至るまでの補償の原理が説明される。まず、図２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。
【００２９】
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）は光の複素包絡線を表し、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。
【００３０】
【数１】
2004004870.tif 000003
【００３１】
ここに、Ｔ＝ｔ−β１ｚ（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、
【００３２】
【数２】
2004004870.tif 000004
【００３３】
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Ａｅｆｆ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，β２，γはｚの関数であるとし、それぞれα（ｚ），β２（ｚ），γ（ｚ）と表されるものとする。さらに、位相共役器の位置を原点（ｚ＝０）とする。ここで、以下の規格化関数を導入する。
【００３４】
【数３】
2004004870.tif 000005
【００３５】
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。
【００３６】
【数４】
2004004870.tif 000006
【００３７】
ここで、ｓｇｎ［β２］≡±１は、β２＞０，即ち正常分散の場合には＋１を、β２＜０，即ち異常分散の場合には−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。
【００３８】
【数５】
2004004870.tif 000007
【００３９】
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。ただし、その際の伝搬方向は反転する。この動作はまさ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。
【００４０】
ここで、図２においては、第１の光ファイバ４の長さはＬ１　であり、第２の光ファイバ８の第１の部分８１の長さはＬ２であるとする。また、位相共役器６はｚ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１６のｚ座標及びζ座標はそれぞれＬ２及びζ０である。
【００４１】
第１の光ファイバ４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。位相共役器６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８の第１の部分８１において発展方程式（１２）式に従って伝搬する。このときζ軸上の位相共役器６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）式の右辺第一、二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。
【００４２】
【数６】
2004004870.tif 000008
【００４３】
（１３）式は第１の光ファイバ４及び第１の部分８１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。
【００４４】
【数７】
2004004870.tif 000009
【００４５】
第１の光ファイバ４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器６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８１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。
【００４６】
次に、上記の補償条件をｚ座標で記述する。（１５）式より、
【００４７】
【数８】
2004004870.tif 000010
【００４８】
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。
【００４９】
【数９】
2004004870.tif 000011
【００５０】
（１６），（１７）式より（１８），（１９）式が得られる。
【００５１】
【数１０】
2004004870.tif 000012
【００５２】
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ある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。
【００５３】
【数１１】
2004004870.tif 000013
【００５４】
分散及び非線形性について何れも位相共役器６に関して対称な二つの位置の一方における増加分と他方における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。
【００５５】
（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。
【００５６】
特にα，Ｄ及びγが実質的に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、
【００５７】
【数１２】
2004004870.tif 000014
【００５８】
を得る。ここで、Ｐ１，Ｐ２はそれぞれ第１の光ファイバ４及び第１の部分８１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４の分散パラメータ及び非線形係数又はそれらの平均値、Ｄ２，γ２はそれぞれ第１の部分８１の分散パラメータ及び非線形係数又はそれらの平均値である。（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。
【００５９】
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。例えば、図１のシステムにおいて、第１の光ファイバ４の波長分散の平均値及び長さの積が第２の光ファイバ８の第１の部分８１の波長分散の平均値及び長さの積に実質的に一致するようにし、且つ、第２の光ファイバ８の第２の部分８２の波長分散の平均値及び長さの積が第３の光ファイバ１２の波長分散の平均値及び長さの積に実質的に一致するようにするのである。この設定により、波長分散による波形歪みが補償される。
【００６０】
望ましくは、更に（２３）式の条件を満足するために、第１の光ファイバ４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第１の光ファイバ４の長さの積が第１の部分８１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第１の部分８１の長さの積に実質的に一致するようにし、第２の部分８２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第２の部分８２の長さの積が第３の光ファイバ１２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第３の光ファイバ１２の長さの積に実質的に一致するようにする。この設定により、波長分散による波形歪みに加えて非線形性による波形歪みも補償される。
【００６１】
第１、第２及び第３の光ファイバ４，８及び１２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各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。非線形長については後述する。
【００６２】
図２においては、システム中間点１６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１６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。
【００６３】
図２による説明においては、（１０）式に示されるように、位相共役器６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、位相共役器６からの波長分散の累積値が等しい第１の光ファイバ４及び第１の部分８１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。
【００６４】
図２においては、位相共役器６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、位相共役器６からの当該累積値が等しい第１の光ファイバ４及び第１の部分８１上の２点の各々における波長分散と光パワー及び非線形係数の積との比が実質的に一致することが条件となる。
【００６５】
次に、図２の原理の有効性を実証するための実験の結果について説明する。
【００６６】
図３を参照すると、実証実験で用いられたシステムのブロック図が示されている。
【００６７】
送信機（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）は図１の光送信機２に対応し、ファイバ補償器（Ｆｉｂｅｒ　　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）は図１の第１の光ファイバ４に対応し、位相共役器（Ｐｈａｓｅ　　ｃｏｎｊｕｇａｔｏｒ）は図１の第１の位相共役器６に対応し、分散シフトファイバ（ＤＳＦ−１，２，・・・，４６）及びエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ１，２，・・・，４５）は図１の第２の光ファイバ８の第１の部分８１に対応する。伝送特性を測定するための受信機（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ）は図１のシステム中間点１６に設けられた。
【００６８】
送信機における光源としては、３電極λ／４シフト型のＤＦＢ−ＬＤ（分布帰還型レーザダイオード）が二つ用いられた。時分割多重された２０Ｇｂ／ｓの信号光ＥＳ（波長λＳ＝１５５１ｎｍ）が、約４０ｐｓのパルス幅（ＦＷＨＭ）を有する１０Ｇｂ／ｓの２チャネルのＲＺ信号を時分割多重することによって生成された。１０Ｇｂ／ｓのＲＺパルスを生成するために、第１のＬｉＮｂＯ３変調器（ＬＮ−１）を用いて１０−ＧＨｚの正弦波によりＥＳを強度変調し、次いで第２のＬｉＮｂＯ３変調器（ＬＮ−２）を用いて１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺデータ信号（ＰＮ：２２３−１）によって強度変調を行った。変調されたＥＳはパワーＰ１で二段のＤＤ−ＤＣＦ１，２に入力され、これにより波形が予め補償された。
【００６９】
ここで、「ＤＤ−ＤＣＦ」は分散漸減型の分散補償ファイバ（ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ　　ｆｉｂｅｒ：ＤＤ−ＤＣＦ）を表している。
【００７０】
ＤＤ−ＤＣＦの各々は５本のＤＣＦ（ＤＣＦ−ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ）を互いにスプライスして構成される。ＤＤ−ＤＣＦの各々の損失は０．４６ｄＢ／ｋｍであり、ＤＣＦの各々のモードフィールド径は約４μｍに設定された。
【００７１】
（１６）式の条件を近似的に満足するために、分散パラメータＤ１はＤＤ−ＤＣＦの各々における平均光パワーの減少に従って減少すべきである。そのために、５本のＤＣＦの各々の長さ及びＤ１は、表に示されるように設定された。
【００７２】
【表１】
2004004870.tif 000015
【００７３】
ＤＤ−ＤＣＦの各々の長さは１３．７ｋｍであり、各々の総分散は−６６２．８ｐｓ／ｎｍであった。
【００７４】
尚、ＤＤ−ＤＣＦの各々に入力する光のパワーをＰ１に設定するために、二つの光増幅器がカスケード接続された。
【００７５】
次いで、位相共役器が、２０ｋｍのＤＳＦにおける波長λＰ＝１５５４ｎｍのポンプ光ＥＰを用いた非縮退型のフォワードＦＷＭ（四光波混合）によって、予め補償された（歪を与えられた）ＥＳをこれと同方向に伝搬する位相共役光ＥＣ（波長λＣ＝１５５７ｎｍ）に変換した。ＥＳからＥＣへの変換効率は−１２ｄＢであった。
【００７６】
次いで、位相共役光ＥＣは、カスケード接続された４６本のＤＳＦ（０．２１ｄＢ／ｋｍ損失）及びこれらの間に設けられる４５個のＥＤＦＡ（各々の雑音指数は約６ｄＢ）からなる３０３６ｋｍの伝送路へ供給された。この伝送路のλＣにおける平均分散は−０．４４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであった。従って、二段のＤＤ−ＤＣＦにおける総分散と上記伝送路における総分散との間の差は約１０ｐｓ／ｍであった。各ＤＳＦの長さは６６ｋｍであり、各ＤＳＦへの光入力パワーＰ２は＋６ｄＢｍに設定された。
【００７７】
Ｐ１の最適値は上述の条件では＋１６ｄＢｍであった。ＤＤ−ＤＣＦの非線形係数γ１は約１８．０Ｗ−１ｋｍ−１であると見積もられた。
【００７８】
誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）を抑圧するために、ＥＳ及びＥＰはそれぞれ５００−ｋＨｚ及び１５０−ｋＨｚの正弦波信号により周波数変調された。受信機では、第３のＬｉＮｂＯ３変調器（ＬＮ−３）及びフェイズロックループ（ＰＬＬ）を用いることによってＥＣは時分割デマルチプレキシングされ、ビットエラーレート（ＢＥＲ）が測定された。
【００７９】
比較のため、一つのＤＤ−ＤＣＦ及び２３本のＤＳＦを用いた１５１８ｋｍの伝送実験も行われた。
【００８０】
図４に測定されたＢＥＲの特性を示す。３０３６ｋｍの伝送の後であっても、１０−９より小さいＢＥＲで信号の検出を行うことができた。１０−９のＢＥＲにおける４．８ｄＢのパワーペナルティは、ＥＤＦＡの雑音等の理論値からのＳ／Ｎ劣化によるものであった。この実験ではλＣは各ＥＤＦＡにおけるゲインピークを与える波長λＧ≒１５５８．５ｎｍから１．５ｎｍほど離調していた。もしλＣをλＧに一致させることができれば、より高いＳ／Ｎ特性を得ることができる。１５１８ｋｍの伝送実験では、ペナルティは約１．２ｄＢであった。
【００８１】
図５Ａ〜５Ｅに３０３６ｋｍ伝送実験における検出された波形の変化の様子を示す。図５Ａは送信機の出力波形、図５Ｂは位相共役器の出力波形、図５Ｃは１５１８ｋｍ伝送後の波形、図５Ｄは２７０６ｋｍ伝送後の波形、図５Ｅは３０３６ｋｍ伝送後の波形をそれぞれ示している。予めひずめられた波形がＥＣ　の伝搬に伴って次第に改善されていることが判る。図５Ｅにおける波形歪みの残留は、不完全な補償条件によるものであった。即ち、この実証実験では、ＥＤＦＡの間隔（ＤＳＦの長さ；６６ｋｍ）が非線形係数と光パワーの積の逆数で定義される非線形長よりも十分に短くないことにより、波形の改善が完全でなかったものである。
【００８２】
従って、本発明では、光増幅器を複数用いる場合には、これらの間隔を非線形長よりも短く設定することが望ましい。
【００８３】
また、ＤＤ−ＤＣＦにおけるＤＣＦの分割数を実験における５よりも大きくすることによって、補償を更に改善することができる。
【００８４】
図１の光ファイバ４，８及び１２の各々としてはシングルモードのシリカファイバを用いることができる。光ファイバ通信において用いられるシリカファイバとしては、１．３μｍ零分散ファイバや１．５５μｍ分散シフトファイバ等がある。
【００８５】
光送信機２における信号光の変調方式としては、光振幅（強度）変調、周波数変調、位相変調その他の実施可能なあらゆる変調方式が挙げられる。また、光受信機１４における信号検出は、光帯域フィルタによるフィルタリングの後での光直接検波、或いは光ヘテロダイン検波により行うことができる。
【００８６】
位相共役器６及び１０の各々は、２次又は３次の非線形光学媒質と、この媒質をポンピングする手段とを有する。２次の非線形光学媒質が用いられている場合には、パラメトリック効果により位相共役変換が行われ、また、３次の非線形光学媒質が用いられている場合には、縮退型或いは非縮退型の四光波混合により位相共役変換が行われる。
【００８７】
３次の非線形光学媒質としては例えばシリカファイバを用いることができ、この場合、四光波混合におけるポンプ光の波長をそのシリカファイバの零分散波長にほぼ一致させておくことにより、良好な位相共役変換がなされる。シリカファイバを用いた位相共役器は、高速性、広帯域性、低歪み性、及び伝送路との整合性において優れている。
【００８８】
３次の非線形光学媒質として、半導体光増幅器（ＳＯＡ）を用いることもできる。ＳＯＡを用いた位相共役器は広帯域性及び小型化の面で優れている。
【００８９】
３次の非線形光学媒質として分布帰還型レーザダイオード（ＤＦＢ−ＬＤ）それ自身を用いることもできる。電流注入によってＤＦＢ−ＬＤがポンプ光を生成し、四光波混合によって位相共役変換が行われる。従って、外部のポンプ光源が不要である。ＤＦＢ−ＬＤを用いた位相共役器は広帯域性及び小型化の面で優れている。ＤＦＢ−ＬＤを用いた位相共役器の詳細については、文献（Ｈ．　Ｋｕｗａｔｓｕｋａ，　Ｈ．　Ｓｈｏｊｉ，　Ｍ．　Ｍａ　ｔｓｕｄａ　ａｎｄ　Ｈ．　Ｉｓｈｉｋａｗａ，“ＴＨｚ　ｆｒｅｕｅｎｃｙ　ｃｏｎ−　ｖｅｒｓｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ｎｏｎｄｅｇｅｎｅｒａｔｅ　ｆｏｕｒ−ｗａｖｅ　ｍｉｘ−ｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎ　ａ　ｌａｓｉｎｇ　ｌｏｎｇ−ｃａｖｉｔｙ　λ／４−ｓｈｉｆｔｅｄ　ＤＦＢ　ｌａｓｅｒ”Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．　Ｌｅｔｔ．，　ｖｏｌ．　３１，　ｐｐ．　２１０８−２１１０，　１９９５）を参照されたい。
【００９０】
２次の非線形光学媒質としてはＬｉＮｂＯ３やＡｌＧａＡｓ等からなる光導波路を用いることができる。この光導波路を用いた位相共役器は、疑似位相整合構造の採用により良好な位相整合を可能にすると共に、広帯域性において優れており、また位相共役ビームの抽出が容易である。これに関しては、例えば、文献（Ｃ．Ｑ．　Ｘｕ，Ｈ．　Ｏｋａｙａｍａ　ａｎｄ　Ｍ．　Ｋａｗａｈａｒａ，　“１．５　μｍ　ｂａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｂｒｏａｄｂａｎｄ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｂｙ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａ　ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ　ｄｏｍａｉｎ−ｉｎｖｅｒｔｅｄ　ＬｉＮｂＯ３　ｃｈａｎｎｅｌ　ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　”　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．　Ｌｅｔｔ．，　ｖｏｌ．　６３，　Ｎｏ．　２６，　ｐｐ．　３５５９−３５６１，　１９９３）を参照されたい。
【００９１】
図６を参照すると、図１の位相共役器６及び１０の各々として用いることができる位相共役器が示されている。この位相共役器は、３次の非線形光学媒質としての光ファイバ１８と、ポンプ光源としてのレーザダイオード（ＬＤ）２０と、入力ビーム及びポンプ光を加え合わせて光ファイバ１８に供給するための光カプラ２２とを備えている。
【００９２】
光ファイバ１８は望ましくはシングルモードファイバである。この場合において、入力ビームの波長とポンプ光の波長をわずかに異ならせて非縮退型の四光波混合を生じさせるときには、光ファイバ１８の零分散波長がポンプ光の波長（ＬＤ２０の発振波長）に一致するようにしておく。光カプラ２２は４つのポート２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ及び２２Ｄを有している。ポート２２Ａには入力ビーム（信号ビーム又は第１の位相共役ビーム）が供給され、ポート２２ＢはＬＤ２０に接続され、ポート２２Ｃは光ファイバ１８の第１端に接続され、ポート２２Ｄはデッドエンドにされている。光ファイバ１８の第２端はこの位相共役器の出力ポートとなる。光カプラ２２は、ポート２２Ａ及び２２Ｂにそれぞれ供給された入力ビーム及びポンプ光をポート２２Ｃから出力する。光カプラ２２としては、例えば、ファイバ融着型のもの、ハーフミラー、光合波器、変更ビームスプリッタ等が使用される。
【００９３】
図７を参照すると、本発明の第１実施形態が示されている。第１の光ファイバ４としては、実証実験で用いられたような２つのＤＤ−ＤＣＦ２４が採用されている。各ＤＤ−ＤＣＦ２４の入力側には光増幅器２６が設けられており、これにより各ＤＤ−ＤＣＦ２４に供給される信号ビームのパワーが予め定められたレベルになるようにされている。第２の光ファイバ８の第１の部分８１は複数の光ファイバ２８をカスケード接続して構成される。各光ファイバ２８の間には、第１の部分８１における光パワーをほぼ一定に保つために、光増幅器３０が設けられている。第２の光ファイバ８の第２の部分８２は複数の光ファイバ３２から構成される。各光ファイバ３２の間には、第２の部分８２における光パワーをほぼ一定に保つために、光増幅器３４が設けられている。
【００９４】
特にこの実施形態では、システム中間点１６には、ノイズの除去が効果的に行われる光増幅器３６が設けられてる。第３の光ファイバ１２としては、実証実験で用いられたのと同じような２つのＤＤ−ＤＣＦ３８が採用されている。各ＤＤ−ＤＣＦ３８の入力側には、各ＤＤ−ＤＣＦ３８に供給される第２の位相共役ビームのパワーが予め定められたレベルになるようにするために、光増幅器４０が設けられている。
【００９５】
光送信機２、第１の光ファイバ４及び第１の位相共役器６は第１の端局４２に含まれ、第２の位相共役器１０、第３の光ファイバ１２及び光受信機１４は第２の端局４４に含まれる。端局４２及び４４は例えばそれぞれ別の大陸に設置され、この場合、これらの大陸間の海底に第２の光ファイバ８を伝送路として敷設することができる。
【００９６】
図８を参照すると、図７のシステムにおける光パワー等のダイアグラムが示されている。第１の光ファイバ４を構成する２つのＤＤ−ＤＣＦ２４の各々においては、非線形効果（非線形係数γ及び光パワーＰの積）が減少するのに伴って波長分散β２が漸減しており、これにより非線形効果と波長分散の比（γＰ／β２）がほぼ一定になるようにされている。
【００９７】
また、第２の光ファイバ８の途中には第２の光ファイバ８における光パワーをほぼ一定にするために複数の光増幅器３０，３４及び３６が設けられている。従って、この実施形態によると、パラメータが特別に設計されていない既設の光ファイバ伝送路を用いて或いは組み合わせて第２の光ファイバ８とすることができる。具体的には次の通りである。
【００９８】
今、第２の光ファイバ８の第１の部分８１として、図７に示されるように、複数の光ファイバ２８と複数の光増幅器３０とからなる既設の伝送路が提供されているとする。一般に既設の伝送路においては波長分散の平均値は一定であるから、光増幅器３０の各々の利得を適切に設定することによって、第２の光ファイバ８の第１の部分８１における非線形効果と波長分散の比（γＰ／β２）を予め与えられた値ｘに設定することができる。伝送路についてこの比ｘが与えられると、端局４２において、ＤＤ−ＤＣＦ２４の各々における非線形係数及び光パワーの積γＰの分布と波長分散β２の分布とが設定される。そしてこれにより第１の光ファイバ４における非線形効果と波長分散の比（γＰ／β２）を第２の光ファイバ８の第１の部分８１に関する比ｘに一致させることができる。その結果、システム中間点１６において波形が元に戻るのである。
【００９９】
尚、ここでは第１の光ファイバ４の全長と第２の光ファイバ８の第１の部分８１とに関して一定の比ｘが得られるようにシステムが設計されているが、例えば第１の部分８１を構成する光ファイバ２８の各々が異なる波長分散β２を有している場合には、第１の部分８１には異なる波長分散を有する複数の区間が生じるので、第１の光ファイバ４についても本発明に従って複数の区間に仮想的に分割し、対応する２つの区間について前述した条件を満足させることによって、システム中間点１６において波形を元に戻すことができる。
【０１００】
第２の光ファイバ８の第２の部分８２と第３の光ファイバ１２についても同じように設計することによって、光受信機１４において波形を元に戻すことができる。図８の例では、第２の光ファイバ８の第１の部分８１と第２の部分８２が同じ値の波長分散を有しているとしてダイアグラムが示されているが、異なる波長分散を有している場合であっても、端局４４において光増幅器４０の利得とＤＤ−ＤＣＦ３８の構成を適切に設定することによって、光受信機１４において波形を元に戻すことができる。
【０１０１】
このようにこの実施形態によると、第２の光ファイバ８を伝送路として用いることによって、波長分散及び非線形性を補償した極めて長距離な伝送システムの構築が可能になる。また、端局４２及び４４にそれぞれ位相共役器６及び１０を設けておくことによって、伝送路の途中に配置される１つの位相共役器も必要でないので、システムの保守性が向上する。即ち、一旦海底に敷設した伝送路については保守が極めて困難であることに鑑み、一般に複雑な構成を有する位相共役器は伝送路の途中に設けたくないという要求があるのであるが、本発明はこのような要求を満足するものである。
【０１０２】
尚、図７のシステムにおいて、システム中間点１６における波形改善を良好にするためには、光増幅器３０の間隔を非線形係数と光パワーの積の逆数で与えられる非線形長よりも十分短くすることが望ましい。同様に、光受信機１４における波形改善を良好にするためは、光増幅器３４の間隔を非線形長よりも十分に短くすることが望ましい。つまり、光増幅器の間隔を非線形長に比べて十分小さくすることによって、光パワーが全長に渡って一定（の平均パワー）であるとして扱うことができるのである。この場合、光ファイバ８の分散が一定であるにもかかわらず、位相共役器の前後で波長分散及び非線形効果の比が一定であるという条件が近似的に成り立つ。
【０１０３】
ところで、図７のシステムにおいては、複数の光増幅器が用いられていることから、ノイズが累積する。例えば、各光増幅器がＥＤＦＡである場合には、ＥＤＦ（エルビウムドープファイバ）において発生するＡＳＥ（ＡｍｐｌｉｆｉｅｄＳｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ　　Ｅｍｉｓｓｏｎ）によるノイズが累積する。
【０１０４】
本発明では、図２に示されるように、信号スペクトルは第１の光ファイバ４において徐々に広がり、第１の位相共役器６において信号スペクトルは一旦周波数軸上で裏返された後、第２の光ファイバの第１の部分８１において信号スペクトルは再び徐々に狭くなり、システム中間点１６において信号スペクトルは最も狭くなる。従って、本発明においては、システム中間点１６においてＡＳＥによるノイズを効果的に除去することができる。
【０１０５】
図９を参照すると、本発明のシステムに適用可能な光増幅器が示されている。光増幅媒体としてのＥＤＦ４６の第１端には、光カプラ４８を介して増幅すべきビームとレーザダイオード５０からの第１のポンプビームとが供給される。ＥＤＦ４６の第２端には、光カプラ５２を介してレーザダイオード５４からの第２のポンプビームが供給される。第１及び第２のポンプビームによってポンピングされているＥＤＦ４６に増幅すべきビームが供給されると、このビームは増幅され、光カプラ５２及び光帯域通過フィルタ５６を通ってこの光増幅器から出力される。
ＥＤＦ４６において発生するＡＳＥは増幅されたビームよりも十分広い帯域を有しているので、光帯域通過フィルタ５６によってＡＳＥの大部分を除去して増幅されたビームにおけるＳ／Ｎの低下を抑えることができる。
【０１０６】
図７のシステムにおいて、システム中間点１６に設けられる光増幅器３６に例えば図９に示される光増幅器を適用する場合には、システム中間点１６においては信号スペクトルが最も狭くなっていることから、信号スペクトルの帯域幅よりも僅かに広い通過帯域を有する光帯域通過フィルタをフィルタ５６として用いることによって、累積したＡＳＥによるノイズを効果的に除去することができる。
【０１０７】
尚、図９の光増幅器では２つのレーザダイオード５０及び５４を用いてＥＤＦ４６をポンピングしているが、何れか一方のレーザダイオードのみによってＥＤＦ４６をポンピングしてもよい。
【０１０８】
このように本発明の望ましい実施形態によると、第２の光ファイバ８におけるシステム中間点１６の近傍に第１の位相共役ビームの波長を含む通過帯域を有する光帯域通過フィルタを設けておくことによって、Ｓ／Ｎの劣化を効果的に防ぐことができる。
【０１０９】
図１０を参照すると、本発明の第２実施形態を示す光通信システムが示されている。この実施形態は、図１の基本構成と対比して、第２の光ファイバ８におけるシステム中間点１６に分岐ユニット５８が設けられている点で特徴付けられる。
【０１１０】
光送信機２が出力した信号ビームは第１の光ファイバ４により位相共役器６に供給される。位相共役器６は受けた信号ビームを位相共役ビームに変換して出力する。位相共役器６が出力した位相共役ビームは第２の光ファイバ８の第１の部分８１により分岐ユニット５８に供給される。分岐ユニット５８は、受けた位相共役ビームを第１及び第２の分岐ビームに分岐する。第１及び第２の分岐ビームは、それぞれ、第２の光ファイバ８の第２の部分８２−１及び８２−２により位相共役器１０−１及び１０−２に供給される。位相共役器１０−１は受けた第１の分岐ビームを位相共役ビームに変換し、これを光ファイバ（第３の光ファイバ）１２−１により光受信機１４−１へ送る。位相共役器１０−２は受けた第２の分岐ビームを位相共役ビームに変換し、これを光ファイバ（第３の光ファイバ）１２−２により光受信機１４−２へ供給する。
【０１１１】
光ファイバ４及び８１のパラメータ設定、光ファイバ８２−１及び１２−１のパラメータ設定、並びに光ファイバ８２−２及び１２−２のパラメータ設定は本発明に従って図１におけるのと同じようになされている。
【０１１２】
分岐ユニット５８はシステム中間点１６に設けられているので、この分岐ユニット５８において受けた位相共役ビームの伝送特性をモニタリングすることができる。そのために、分岐ユニット５８にはモニタ回路６０が付随的に設けられている。図示はしないが分岐ユニット５８に光受信機を接続してもよい。
【０１１３】
例えば、光送信機２、光ファイバ４及び位相共役器６は第１の大陸に設けられ、位相共役器１０−１、光ファイバ１２−１及び光受信機１４−１は第２の大陸に設けられ、位相共役器１０−２、光ファイバ１２−２及び光受信機１４−２は第３の大陸に設けられ、分岐ユニット５８及びモニタ回路６０はこれらの大陸の間の島に設けられる。分岐ユニット５８は正確にシステム中間点１６に設けられていなくても良く、波形が十分に改善されているという条件の下に分岐ユニット５８はシステム中間点１６からある程度離れた位置に設けられていてもよい。
【０１１４】
ここでは、本発明の第２実施形態を図１の基本構成に対比して説明したが、図７の第１実施形態を図１０の第２実施形態に適用してもよい。また、図１０では分岐ユニット５８が第１及び第２の分岐ビームを出力するとしているが、分岐ユニット５８が受けた位相共役ビームを３以上の分岐ビームに分岐し、これに対応して分岐ユニット５８の下流側の位相共役器及び光受信機を増設してもよい。
【０１１５】
図１１を参照すると、本発明の第３実施形態が示されている。ここでは、図１の基本構成をＷＤＭ（波長分割多重）に拡大適用するために、光マルチプレクサ（ＭＵＸ）６２及び光デマルチプレクサ（ＤＥ−ＭＵＸ）６４が用いられている。
【０１１６】
光送信機２−１，…，ｎ（ｎは１よりも大きい整数）は、互いに異なる波長を有する信号ビームをそれぞれ出力する。信号ビームは図１の第１の光ファイバ４にそれぞれ対応する光ファイバ４−１，…，ｎによって光マルチプレクサ６２に供給される。光マルチプレクサ６２は、受けた信号ビームを波長分割多重してＷＤＭ信号ビームを出力する。そしてこのＷＤＭ信号ビームが第１の位相共役器６に供給される。ここでは、光送信機２−１，…，ｎのそれぞれに専用の光ファイバ４−１，…，ｎが与えられているので、各波長チャネル毎に本発明によるパラメータの設定が可能である。即ち、波長チャネ
ルによって非線形係数や波長分散が異なるので、この実施形態によると波長チャネル毎の厳密な補償が可能になる。
【０１１７】
位相共役器６において位相共役変換されたＷＤＭ信号ビームは第２の光ファイバ８により第２の位相共役器１０に供給され、ここで更に位相共役変換される。位相共役器１０の出力ビームは光デマルチプレクサ６４に供給される。光デマルチプレクサ６４は受けたビームを波長チャネル毎に分離し、各チャネルのビームは図１の第３の光ファイバ１２に対応する光ファイバ１２−１，…，ｎによってそれぞれ光受信機１４−１，…，ｎに供給される。光ファイバ４−１，…，ｎの各々と第２の光ファイバ８の第１の部分８１とについてのパラメータ設定は図１の基本構成におけるのと同じようになされており、第２の光ファイバ８の第２の部分８２と光ファイバ１２−１，…，ｎの各々とについてのパラメータ設定も図１におけるのと同じようになされている。
【０１１８】
この実施形態では、位相共役器１０が出力したビームをｎチャネルに分けるために、光デマルチプレクサ６４を用いているが、１つの光受信機を用いる場合には光デマルチプレクサ６４は不要である。この場合には、光受信機はｎチャネルから所望のチャネルを選択するための光学的或いは電気的な手段を有している。
【０１１９】
尚、第３実施形態を図１の基本構成に対比して説明したが、図７の第１実施形態を第３実施形態に適用してもよい。
【０１２０】
図１２を参照すると、本発明の第４実施形態が示されている。ここでは、図１の基本構成と対比して、光ファイバ４、８及び１２の各々の波長分散と逆符号の波長分散を与える少なくとも１つの分散補償器（ＤＣ）６６が付加的に設けられている。図示された例では、分散補償器６６は位相共役器６及び１０の間の光ファイバ８の途中に設けられているが、分散補償器６６は光ファイバ８の入力端又は出力端に接続されていてもよい。また、分散補償器６６は、光ファイバ４の途中に設けられ若しくは入力端若しくは出力端に接続され又は光ファイバ１２の途中に設けられ若しくはその入力端若しくは出力端に接続されていてもよい。
【０１２１】
分散補償器６６としては絶対値が大きい波長分散を有する分散補償ファイバ（ＤＣＦ）を用いることができる。光ファイバ４、８及び１２の各々の分散が正常分散或いは異常分散の何れである場合でも、ＤＣＦからなる分散補償器６６を用いることによって、その長さを短く抑えることができるので、分散補償器６６における損失を小さく抑えることができる。特に、光ファイバ４、８及び１２の各々が正常分散を有している場合には、分散補償器６６としては１．３μｍ零分散ファイバが適している。例えば複数の分散補償器６６を光ファイバ８の途中に設ける場合には、その長手方向に分散補償器６６を均等間隔で設けるのが望ましい。
【０１２２】
図１２では図１の基本構成に分散補償器６６が付加されているが、本発明の第１乃至第３実施形態において少なくとも１つの分散補償器を付加的に設けてもよい。
【０１２３】
図１３を参照すると、ファイバグレーティングＦＧを用いた分散補償器の構成が示されている。この分散補償器は図１２の分散補償器６６として、或いは後述の用途で用いることができる。光パルスの両縁の波長がそれぞれλ１及びλ２である光パルスが光サーキュレータＯＣを通ってファイバグレーティングＦＧに供給される。ファイバグレーティングＦＧのグレーティングピッチは予め定められた分布を有しており、波長λ１のビームは光サーキュレータＯＣに比較的近い位置でブラッグ反射され、波長λ２のビームは比較的遠い位置でブラッグ反射される。これにより光パルスの圧縮が行われ、ファイバグレーティングＦＧからのブラッグ反射ビームを光サーキュレータＯＣを介して取り出すことによって、分散補償を行うことができる。
【０１２４】
図１４を参照すると、本発明の第５実施形態が示されている。ここでは、図１の基本構成と対比して、第１の光ファイバ４、第１の位相共役器６、第２の光ファイバ８、第２の位相共役器１０及び第３の光ファイバ１２にそれぞれ相当する光学要素を含む光学ユニット６８を更に備えたシステムが示されている。光学ユニット６８の第１端は、図１の光受信機１４に対応する点Ａにおいて第３の光ファイバ１２に接続され、光学ユニット６８の第２端は光受信機１４´に接続される。光学ユニット６８は、光ファイバ４、位相共役器６、光ファイバ８、位相共役器１０及び光ファイバ１２にそれぞれ相当する光ファイバ４´、位相共役器６´、光ファイバ８´、位相共役器１０´及び光ファイバ１２´を含む。光学ユニット６８は図１のシステム中間点１６に対応するシステム中間点１６´を有している。図１４の実施形態では、光学要素６８を１つだけ示しているが、点Ａと光受信機１４´との間に光学ユニット６８が複数直列に設けられていてもよい。
【０１２５】
この実施形態によると、図示されたシステムの各部分について本発明の条件を適用することによって、光送信機２と光受信機１４´との間の距離を十分に伸ばすことができる。また、システム中間点１６及び１６´並びに点Ａにおいては光信号の波形が元に戻っているので、これらの点にノードを設けることによって、光信号のアッド／ドロップ或いは光信号波形のモニタリングを容易に行うことができる。また、システム中間点１６及び１６´並びに点Ａの少なくとも何れかに図９の光増幅器の光帯域通過フィルタ５６を適用することによって、ＡＳＥによるノイズを効果的に除去することができる。
【０１２６】
尚、ここでは第５実施形態を図１の基本構成に対比して説明したが、図７の第１実施形態を第５実施形態に適用してもよい。
【０１２７】
図１５を参照すると、本発明の第６実施形態が示されている。図１１の第３実施形態では、図１の基本構成をＷＤＭ（波長分割多重）に適用するために、複数の光送信機２−１，…，ｎに対応して複数の第１の光ファイバ４−１，…，ｎを設け、複数の光受信機１４−１，…，ｎに対応して複数の第３の光ファイバ１４−１，…，ｎを設けている。これに対して、図１５の第６実施形態では、光送信機２−１，…，ｎの直後に光マルチプレクサ６２´を設け、光マルチプレクサ６２´と第１の位相共役器６との間に共通の第１の光ファイバ４を設けている。また、光受信機１４−１，…，ｎの直前に光デマルチプレクサ６４´を設け、第２の位相共役器１０と光デマルチプレクサ６４´との間に共通の第３の光ファイバ１２を設けている。
【０１２８】
光送信機２−１，…，ｎが出力する信号ビームの波長は互いに異なる。従って、もし、光送信機２−１と光受信機１４−１とに関する波長チャネルについて（１）〜（４）式の条件が満たされているとすれば、その波長チャネルについてはシステム中間点１６において波形が完全に元に戻るが、他の波長チャネルについては厳密な意味では（１）〜（４）式を満足することができないので、当該他の波長チャネルについてはシステム中間点１６において波形が完全には元には戻らないかもしれない。しかし、本発明では、システム中間点１６を中心として対称な条件設定を行うことによって、システム中間点１６で波形が完全に元に戻らない波長チャネルについても受信側で波形を実質的に完全に元に戻すことができる。
【０１２９】
図１６を参照すると、本発明の第７実施形態が示されている。ここでは、図１５の第２の光ファイバ８の第２の部分８２と、位相共役器１０と、第３の光ファイバ１２とが省略され、システム中間点１６に光デマルチプレクサ６４”が設けられている。図１６の位相共役器６が３次の非線形光学媒質を有しているとした場合における分散パラメータの設計例を説明する。
【０１３０】
図１７Ａに示されるように、光送信機２−１，…，ｎが出力する信号ビームの波長がそれぞれλＳ１，…，λＳｎとした場合、位相共役器６が出力する位相共役ビームの波長λＣ１，…，λＣｎは、それぞれ、ポンプ光の波長λＰに対して信号ビームの波長λＳ１，…，λＳｎと対称の位置に配置される。もし、図１６のシステムにおいて、位相共役器６の前後の光ファイバ４及び第１の部分８１として同じ種類の光ファイバが用いられており、そのファイバが図１７ＡにＤ１で示されるように分散パラメータが波長に依存して変化する特性を有しているとすると、信号ビームが受ける波長分散がチャネル毎に異なるので、補償が不完全になるかもしれない。そこで、図１７Ａに示される例では、波長λＳ１，…，λＳｎの信号ビームが伝搬する光ファイバ４としてＤ１で示されるような特性のファイバを用いている場合には、波長λＣ１，…，λＣｎの位相共役ビームが伝搬する第１の部分８１としてＤ２で示されるようにポンプ光の波長λＰに対してＤ１と対称の特性を有するようなファイバを用いるのである。例えば、第１の光ファイバ４の分散傾斜（２次分散；分散パラメータの波長微分）が正である場合には、第１の部分８１の分散傾斜を負にするのである。このようにして、各チャネルの信号ビームが受ける波長分散と対応する位相共役ビームが受ける波長分散とが等しくなるようにすることによって、波長分散及び非線形性をチャネル毎に補償することができる。
【０１３１】
特に、ＷＤＭが適用される場合には、各チャネルについて発生するＳＰＭだけでなく、チャネル間の相互作用によるＸＰＭ（相互位相変調）によっても波形劣化が生じるが、図１７Ａに示されるように分散パラメータを設計することによって、ＸＰＭを補償することができる。尚、図１６の実施形態にＤＤ−ＤＣＦを適用する場合には、ＤＤ−ＤＣＦの各々として例えば図１７Ａのものの特性を縦方向にシフトしたものを用いることができる。
【０１３２】
図１７Ｂに示されるように、分散傾斜がないファイバを用いることもできる。即ち、位相共役器６の前後において、光ファイバ４としては分散パラメータＤ１が波長に従って変化しないファイバを用いるとともに、第１の部分８１としては分散パラメータＤ２が波長に従って変化しないファイバを用いるのである。このように分散傾斜のないファイバを用いることによって、ＳＰＭ及びＸＰＭによる波形劣化だけでなく、チャネル間のＦＷＭを補償することができる。ＦＷＭの発生効率は各ファイバの分散値に依存するので、光ファイバ４と第１の部分８１とで分散パラメータを同じにするのが望ましい。尚、チャネル間のＦＷＭの発生効率は偏波依存性を有しているので、図１６のようにＷＤＭが適用される場合には、光送信機２−１，…，ｎの各々の直後或いは光マルチプレクサ６２´の直後に偏波スクランブラを設けるのが望ましい。また、図１７Ｂに示されるような特性を有するファイバを用いてＤＤ−ＤＣＦを構成することもできる。
【０１３３】
図１８Ａ及び１８Ｂを参照すると、本発明が適用可能な光ネットワークが示されている。図１８Ａに示される光ネットワークにおいては、３つの端局７０の間がそれぞれ光ファイバにより接続されており、各光ファイバの途中には光信号のアッド／ドロップのためのノード７２が設けられている。ターミナル７０の各々は図１の位相共役器６又は１０を有しており、光ファイバの各々について本発明の条件が満足されるようにしてある。各ノード７２は本発明に従うシステム中間点１６（図１参照）に配置されている。システム中間点では波形が元に戻っているので、システム中間点にノード７２を配置することによって、波形の劣化を考慮することなしに光信号のアッド／ドロップが可能になる。
【０１３４】
図１８Ａの光ネットワークにＷＤＭが適用される場合には、各ターミナル７０はＷＤＭのチャネル毎に位相共役器を有していることが望ましい。このように各ターミナル７０が複数の位相共役器を有する場合には、光信号がターミナル７０を通過するときに位相共役変換及び波長変換がチャネル毎に行われるので、各ターミナル７０において光信号の分岐や切り換え（クロスコネクト）が可能になる。
【０１３５】
図１８Ｂに示される光ネットワークにおいては、２つのターミナル７０が幹線上に配置され、ターミナル７０の間にノード７２が設けられている。また、ターミナル７０の各々はサブシステム７４に接続されている。サブシステム７４の各々はリング状光ファイバネットワークとその途中に設けられる複数のノード７６とを有している。
【０１３６】
この構成によると、例えば幹線ネットワークにＷＤＭが適用されている場合に、ＷＤＭの各チャネルをサブシステム７４の各々に割り当てることで、比較的低速なＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）を容易に提供することができる。
【０１３７】
図１９を参照すると、本発明による光通信システムの他の基本構成が示されている。このシステムは、信号ビームを出力する光送信機１０２と、信号ビームを伝送するための第１の光ファイバ１０４と、第１の光ファイバ１０４により伝送された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器１０６と、位相共役ビームを伝送する第２の光ファイバ１０８と、第２の光ファイバ１０８により伝送された位相共役ビームを受ける光受信機１１０とを備えている。
【０１３８】
第１の光ファイバ１０４、位相共役器１０６及び第２の光ファイバ１０８を含む光路上には、光ファイバ１０４及び１０８の各々の波長分散と逆符号の波長分散を与える少なくとも１つの分散補償器１１２が設けられている。図示された例では分散補償器１１２は第２の光ファイバ１０８の途中に設けられているが、分散補償器１１２は第１の光ファイバ１０４の途中に設けられていてもよい。また、分散補償器１１２は光ファイバ１０４又は１０８の端部に設けられていてもよい。
【０１３９】
第１の光ファイバ１０４及び第２の光ファイバ１０８のパラメータ設定は、それぞれ、図１のシステムにおける第１の光ファイバ４及び第２の光ファイバ８の第１の部分８１のパラメータ設定に準じて行われる。例えば、第１の光ファイバ１０４の波長分散の平均値及び長さの積は、第２の光ファイバ１０８の波長分散の平均値及び長さの積に実質的に一致するようにされる。各波長分散の平均値を求めるためには、分散補償器１１２の分散値を含めてもよいし含めなくてもよい。
【０１４０】
図１９のシステムを実施する場合、光ファイバ１０４又は１０８として、波長１．５５μｍ帯で最低損失及び異常分散を与えるシングルモードファイバを使用したいという要求がある。その理由は、第１に、このようなシングルモードファイバからなる光ファイバ伝送路が既に多くの地域で敷設されておりこれをそのまま利用したいという点と、第２に、波長１．５５μｍ帯でＷＤＭを実施する場合にシングルモードファイバでは比較的大きな異常分散が生じることによりＸＰＭ及びＦＷＭによるチャネル間クロストークが生じにくいという点とに基づく。
【０１４１】
分散補償器１１２が無い場合、光ファイバ１０４を端局内に設け、光ファイバ１０８を伝送路として使用しようとすると、光ファイバ１０４を比較的短くする必要があるので、例えば光ファイバ１０８の分散パラメータが＋１８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍである場合に、光ファイバ１０４の分散パラメータをそれより大きな値にする必要があるのであるが、現状ではこのような大きな異常分散を与える光ファイバは入手困難であるから、システムが制限されてしまう。これに対して、図１９のように分散補償器１１２を用いることによって、光ファイバ１０８の総分散を小さくすることができるので、光ファイバ１０８の分散パラメータと同等の分散パラメータを有する光ファイバ１０４の使用が可能になるのである。
【０１４２】
図示された例では、分散補償器１１２は１つだけ設けられているが、複数の分散補償器を長手方向に例えば均等に配置することによって、本発明の条件の設定を容易に行うことができるようになる。
【０１４３】
尚、光ファイバ１０４及び１０８が異常分散を与えるシングルモードファイバである場合には、分散補償器１１２としては正常分散を与える光ファイバを用いることができる。また、図１３により説明したファイバグレーティングを用いた分散補償器を用いることもできる。
【０１４４】
以下、本発明の付加的な説明を行う。本発明を実施する場合、最も単純には、図２並びに（２２）及び（２３）式から明らかなように、位相共役器の前後における総分散及び／又は総非線形効果がそれぞれ等しく設定される。（２２）及び（２３）式においては、Ｄｊ及びγｊ（ｊ＝１，２）を定数として扱っているが、実際のパラメータ設定では、分散値及び非線形係数はファイバの位置により異なる値を示すから、正確を期すためにはこれらの平均値が採用される。
【０１４５】
（２２）及び（２３）式による補償は、非線形効果が余り大きくない場合に成り立つ近似である。具体的は、光ファイバの長さ或いは光増幅器による中継間隔が光ファイバの非線形長に比べて十分短い場合に有効な近似である。例えば、非線形係数が２．６Ｗ−１ｋｍ−１である通常のＤＳＦ（分散シフトファイバ）により平均ピークパワー＋５ｄＢｍの信号光を伝送する場合を考えると、非線形長は１２１．６ｋｍとなる。従って、１００ｋｍ程度よりも短い光ファイバ長或いは光増幅器による中継間隔であれば、上述の近似により波長分散及び非線形効果を補償することができることになる。
【０１４６】
しかし、パワーが更に高くなると、光ファイバの損失による位相共役器前後の光パワー分布の非対称性により補償に限界が出る。このような場合には、本発明に従って（２０）及び（２１）式の条件を満足させることによって、波長分散及び非線形効果による波形歪みを補償することができる。
【０１４７】
一般的には伝送路には損失があるため、（２０）及び（２１）式を満足するためには、何らかの損失補償効果を与える必要がある。これにはいくつかの方法が考えられる。第１に、伝送路として分布定数的な利得媒質を用いることである。ラマン増幅器やＥＤＦを用いたインライン型の増幅器等が挙げられる。第２に、非線形効果と分散値の比を制御することである。損失によって非線形効果が伝送路に沿って減少することを補償するためには、伝送路に沿って分散を小さくしていくか或いは非線形効果を大きくしていけばよい。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（ＤＳＦ）の零分散波長を変化させることや、ファイバのコア及びクラッド間の比屈折率差或いはファイバのコア径を変えることにより、分散の値を変化させることができる。一方、非線形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パワーを変化させることにより可能である。
【０１４８】
損失のある伝送路に沿って光強度を大きくするには、ファイバの有効コア断面積Ａｅｆｆをファイバの長手方向に沿って次第に小さくすればよい。例えば、モードフィールド径（ＭＦＤ）が半分になれば、光強度は約４倍になる。従って、６ｄＢ程度の損失はこれだけで補償可能である。もっと大きな損失に対しては更にＭＦＤを小さくする必要があるが、余りＭＦＤを小さくし過ぎるとそれにより損失が増えてしまい逆効果となる。現実的なＭＦＤの最小値は３μｍ程度であろう。１．３μｍ零分散ＳＭＦ（シングルモードファイバ）のＭＦＤが約１０μｍ、１．５５μｍ零分散ＤＳＦ（分散シフトファイバ）のそれが約８μｍであることを考慮すると、ＭＦＤだけで対応可能な損失はＳＭＦで約１０ｄＢ、ＤＳＦでは約８ｄＢということになる。
【０１４９】
更に大きな損失がある場合には、ＭＦＤを小さくすると共に分散の値を小さくすることが考えられる。例えば、分散の値を半分にできれば、更に３ｄＢの損失のある場合でも分散と非線形効果との比を位相共役器に対して対称にすることが可能である。近年開発が進められている分散補償ファイバ（ＤＣＦ）においては、分散値を約−１２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の範囲で変化させることが可能であり、しかもＭＦＤを５μｍ以下にすることもできる。従って、分散値の異なる複数のＤＣＦを例えばスプライシングによりカスケード接続することによって、１０ｄＢ程度の損失の補償が可能となる。
【０１５０】
伝送路（例えば図７の光ファイバ８の第１の部分８１）の平均分散が−０．５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであるとすると、補償ファイバ（例えば図７の第１の光ファイバ４）の平均分散を−５０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍにすることにより、伝送路の１／１００の長さの補償ファイバによりシステムを構築可能である。この場合、例えば補償ファイバの損失が０．４ｄＢ／ｋｍであれば、分散値の絶対値を０．４ｄＢ／ｋｍの割合で小さくしていくことにより、補償条件を実現することができる。伝送路の全長が２０００ｋｍである場合には２０ｋｍの補償ファイバを用いることになり、その際の分散値の差は８ｄＢである。
【０１５１】
尚、補償ファイバ内の光強度も伝送路における光強度の１００倍程度にする必要があるが、例えば補償ファイバのＭＦＤが４μｍであれば光パワーとしては２５倍程度で済むことになる。
【０１５２】
光増幅器を用いた長距離伝送においては、伝送路として正常分散ファイバを用いることが光増幅器の雑音光による非線形歪みを低減する上でよいことが分かっている。従って、上述のＤＣＦを用いたシステム構成は有望である。
【０１５３】
図６の位相共役器において、非線形光学媒質として用いられる光ファイバ１８に供給される信号光若しくはポンプ光又は光ファイバ１８において発生する位相共役光のパワーが光ファイバ１８における誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）の閾値を越えると、信号光から位相共役光への変換効率が小さくなる。ＳＢＳの影響を抑圧するためには、信号光及びポンプ光の少なくとも何れか一方に周波数変調又は位相変調を掛ければよい。その際の変調速度は数１００ｋＨｚ程度で十分であり、この変調速度は信号光における変調速度よりも一般に十分に低いので、ＳＢＳを抑圧するための変調により伝送特性が劣化する恐れはない。
【０１５４】
通常のＤＳＦ（分散シフトファイバ）の非線形係数γは２．６Ｗ−１ｋｍ−１程度と小さいので、位相共役光を発生させるための非線形光学媒質、例えば図６の光ファイバ１８として通常のＤＳＦを用いる場合に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。位相共役光を発生させるため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、その零分散波長を高精度に管理することができ、従ってポンプ光の波長をＤＳＦの零分散波長に正確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。ここで、変換帯域は、あるパワーの位相共役光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）として定義される。
【０１５５】
（６）式により定義される非線形係数γを大きくするためには、非線形屈折率ｎ２を大きくし或いは有効コア断面積Ａｅｆｆに対応する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を大きくするためには、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をドープすればよい。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５×１０−２０ｍ２／Ｗ以上の大きな値が得られている（通常のシリカファイバでは約３．２×１０−２０ｍ２／Ｗ）。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％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。
【０１５６】
他に重要な要素として、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るべきであることが挙げられる。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、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ることによって、ポンプ光に対する零分散が得られる。
【０１５７】
長さＬ、損失αの光ファイバにおける変換効率ηＣは、
ηＣ＝ｅｘｐ（−αＬ）（γＰＰＬ）２　…　（２４）
で近似することができる。ここで、ＰＰは平均ポンプ光パワーである。従って、非線形係数γが１５Ｗ−１ｋｍ−１のファイバは通常の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。通常のＤＳＦにあっては、十分大きな変換効率を得るためには前述のように１０ｋｍ程度の長さが必要であるのに対して、このように大きな非線形係数γを有する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、ファイバ長が短くなる分損失も小さくなるので、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良くなり、従って、ポンプ光の波長を零分散波長に正確に一致させることができ、広い変換帯域を得ることができる。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の使用は、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。
【０１５８】
光ファイバを用いて四光波混合を有効に発生させるためには、信号光、ポンプ光及び位相共役光の位相を整合させることが重要である。位相不整合量Δｋは次のように近似される。
Δｋ＝δω２β２（ωＰ）＋２γＰＰ　　…　（２５）
ここに、β２（ωＰ）はポンプ光周波数ωＰにおける波長分散であり、δωは信号光及びポンプ光の周波数差である。特別大きなパワー（例えば１００ｍＷ以上）のポンプ光を用いない限り、（２５）式の第２項は第１項に比べて十分小さいのでこれを無視することができる。従って、位相整合（Δｋを限りなく０に近付けること）は、ポンプ光の波長をファイバの零分散波長に一致させることにより得られる。しかし、実際のファイバにおいては、零分散波長が長手方向にばらついているので、位相整合条件をファイバ全長に渡って保つことが容易ではない。
【０１５９】
このように、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（正確には非線形長）に渡り唯一の零分散波長を有する光ファイバが作られたとすれば、ポンプ光波長をその零分散波長に合わせることにより、事実上無限大の（分散傾斜が直線上である範囲内で制限のない程広い）変換帯域が得られる。しかし、実際には、光ファイバの製造技術上の問題により零分散波長が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。
【０１６０】
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いく（当初のファイバ端から数えた順番とは違う順番で）ことにより、全長における平均分散は同じであるにも関わらず、広い変換帯域を有する位相共役器を提供するのに適した光ファイバを得ることができる。
【０１６１】
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１００ｍ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スプライスし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器を提供することによって、広い変換帯域を得ることができる。
【０１６２】
このようにして変換帯域を拡大する場合には、非線形光学媒質のポンプ光入力端の近くでポンプ光のパワーが高いので、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ばらつきが小さ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切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。
【０１６３】
光ファイバを分割するに際して各区間をどの程度短くすれば十分か否かの目安としては、例えば、非線形長を基準にすればよい。非線形効果の補償におけるのと同様、非線形長に比べて十分短いファイバ内でのＦＷＭ（四光波混合）においては、位相整合はそのファイバの平均分散値に依存すると考えることができる。一例として、非線形係数γが２．６Ｗ−１ｋｍ−１のファイバで３０ｍＷ程度のポンプ光パワーを用いたＦＷＭにおいては、非線形長は１２．８ｋｍ程度になるから、その１／１０程度、即ち１ｋｍ程度が１つの目安となる。他の例としては、非線形係数γが１５Ｗ−１ｋｍ−１のファイバで３０ｍＷ程度のポンプ光パワーを用いたＦＷＭにおいては、非線形長は２．２ｋｍ程度になるから、その１／１０程度、即ち２００ｍが１つの目安となろう。何れにしても、非線形長に比べて十分短いファイバの平均零分散波長を測定し、ほぼ同じ値のものを組み合わせて所要の変換効率を有する非線形光学媒質を提供すれば、広い変換帯域の位相共役器を得ることができる。
【０１６４】
このように、本発明によると、位相共役光を発生するための非線形光学媒質を有する装置を製造するための第１の方法が提供される。この方法では、まず、光ファイバが切断されて複数の区間に分割され、次いで、非線形光学媒質を用いた非縮退四光波混合における変換帯域が最大になるように複数の区間が並べ替えられて繋ぎ合わされることにより非線形光学媒質が提供される。この非線形光学媒質にポンプ光及び信号光を供給することによって、位相共役光が発生する。信号光から位相共役光への変換帯域は十分に広くなっているので、例えば信号光として、異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重してなるＷＤＭ信号光が用いられている場合に、複数の光信号は一括して位相共役光（複数の位相共役光信号）に変換される。
【０１６５】
望ましくは、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、非線形光学媒質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複数の区間が並べ替えられる。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。
【０１６６】
望ましくは、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。
【０１６７】
また、本発明によると、位相共役光を発生するための非線形光学媒質を有する装置を製造するための第２の方法が提供される。この方法では、まず、光ファイバが切断されて複数の区間に分割され、次いで、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、その後、非線形光学媒質を用いた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が選ばれて繋ぎ合わされることにより非線形光学媒質が得られる。この第２の方法により得られた非線形光学媒質を用いて位相共役器を構成した場合にも、広い変換帯域が得られているので、ＷＤＭ信号光の一括変換が可能である。
【０１６８】
本発明による第１及び第２の方法の各々においては、最初に光ファイバが切断されて複数の区間に分割されるが、本発明はこれに限定されない。例えば、次のように必要に応じて光ファイバを切断することもできる。
【０１６９】
即ち、本発明によると、位相共役光を発生するための非線形光学媒質を有する装置を製造するための第３の方法が提供される。この方法では、まず、光ファイバの零分散波長の偏差が測定され、次いで、測定された偏差が予め定められた範囲を越えている場合に光ファイバが切断され切断された各ファイバの零分散波長の偏差が予め定められた範囲内に入るようにされ、その後、ポンプ光の波長に実質的に等しい零分散波長を有する光ファイバ又は切断されたファイバが選ばれて、選ばれたファイバを繋ぎ合わせることにより非線形光学媒質が得られる。
【０１７０】
零分散波長の偏差の測定は、例えば、零分散波長に従って四光波混合の発生効率が異なることを用いて行うことができる。一般に、波長分散は群速度の波長依存性を測定することにより求めることができるのであるが、上述のように、四光波混合の位相整合はポンプ光波長と零分散波長とが一致するときに最良の条件となるので、零分散波長は、ポンプ光と信号光の波長差を例えば１０〜２０ｎｍ程度の比較的大きな一定の値にした状態でポンプ光波長に対する四光波混合（位相共役光）の発生効率を測定し、最大の発生効率を与えるポンプ光波長として求めることができる。また、四光波混合の発生効率はポンプ光の強度の二乗に比例する。従って、零分散波長が光ファイバの長手方向に変化している場合、一般的には、信号光及び励起光を光ファイバの一方の端面から入力した場合と他方の端面から入力した場合とで異なる零分散波長が測定される。従って、これら２つの零分散波長の測定値に基づいてその光ファイバの零分散波長の偏差を求めることができる。具体的には次の通りである。
【０１７１】
図２０を参照すると、零分散波長の偏差が小さい非線形光学媒質の製造プロセス１２０が示されている。ステップ１２２においては、零分散波長の許容範囲Δλ０が決定される。範囲Δλ０は、所要の変換帯域からシステムの要求特性として決定することができ、その具体的な値は例えば２ｎｍである。次いでステップ１２４では、零分散波長の偏差δλが測定される。例えば、光ファイバＦ１が与えられると、前述の四光波混合の発生効率により、信号光及び励起光を光ファイバＦ１の第１端から入力した場合に得られる零分散波長λ０１と、光ファイバＦ１の第２端から信号光及びポンプ光を入力した場合に得られる零分散波長λ０２とが測定される。この場合、｜λ０１−λ０２｜を以て零分散波長の偏差δλの代替値とすることができる。
【０１７２】
続いてステップ１２６では、偏差δλが範囲Δλ０よりも小さいか否かが判断される。ここでは、δλ≧Δλ０であるとして先のフローを説明すると、ステップ１２８では、光ファイバＦ１が切断により光ファイバＦ１Ａ及びＦ１Ｂに二分割される。ステップ１２８の後ステップ１２４に戻り、光ファイバＦ１Ａ及びＦ１Ｂの各々について偏差δλが測定され、各測定値についてステップ１２６で判断がなされる。ここでは、各偏差δλがΔλ０より小さいとすると、このフローは終了する。尚、ステップ１２８における光ファイバＦ１の切断点は任意であり、従って、光ファイバＦ１Ａ及びＦ１Ｂの長さは等しいかもしれないし異なるかもしれない。
【０１７３】
上述の説明では、ステップ１２４及び１２６が繰り返されているが、ステップ１２４及び１２６は繰り返されないかもしれないし更に多く繰り返されるかもしれない。例えば、零分散波長の偏差が小さい光ファイバＦ２が与えられた場合には、ステップ１２６の１回目の判断で条件が満たされ、この場合には光ファイバＦ２は切断されない。一方、零分散波長が長手方向に大きくばらついている光ファイバＦ３が与えられると、光ファイバＦ３は最初のステップ１２８で光ファイバＦ３Ａ及びＦ３Ｂに分割され、２度目の判断ステップ１２６で光ファイバＦ３Ａは条件を満足するものの光ファイバＦ３Ｂが条件を満足しない場合には、２度目のステップ１２８において光ファイバＦ３Ｂが光ファイバＦ３Ｂ１及びＦ３Ｂ２に分割されてこのフローが終了するかもしれない。この場合、オリジナルの光ファイバＦ３から３つの光ファイバＦ３Ａ，Ｆ３Ｂ１及びＦ３Ｂ２が得られており、各ファイバの零分散波長の偏差は許容範囲Δλ０よりも小さくなっていることとなる。
【０１７４】
このようにして得られた複数の光ファイバ片（光ファイバＦ１Ａ，Ｆ１Ｂ，…）を零分散波長の値毎に整理しておき、四光波混合のためのポンプ光の波長に実質的に等しい零分散波長を有する光ファイバ片を選んで繋ぎ合わせて所要の変換効率を得ることができる長さにすることによって、長手方向おける零分散波長のばらつきが極めて小さい非線形光学媒質を得ることができる。この非線形光学媒質を用いて位相共役器を構成することによって、広い変換帯域を得ることができる。
【０１７５】
零分散波長λ０１及びλ０２の値がほぼ一致しているとしても、零分散波長の長手方向のバラツキが大きい光ファイバも想定される。例えば、零分散波長の長手方向の分布が光ファイバの長手方向の中央に対して対称な場合である。このような場合には、プロセス１２０に先立って、その光ファイバを少なくとも２つの光ファイバ片に分割することを行って、各光ファイバ片についてプロセス１２０を適用すればよい。或いは、プロセス１２０を複数回繰り返してもよい。
【０１７６】
実験により、本発明方法により得られた非線形光学媒質を用いて構成される位相共役器が１０Ｇｂ／ｓの信号に対して４０ｎｍより広い変換帯域を有していることが明らかとなった。この位相共役器は、信号光とポンプ光との離調波長が２１ｎｍを超える範囲で、離調波長に依存せずに、ポンプ光パワー＋１５ｄＢｍの下で変換効率としてほぼ一定の値−１０．９ｄＢを有していた。即ち、変換帯域は４０ｎｍよりも広い。その非線形光学媒質は、具体的には、７５０ｍの高度非線形分散シフトファイバ（ＨＮＬ−ＤＳＦ：ｈｉｇｈｌｙ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｓｈｉｆｔｅｄ　ｆｉｂｅｒ）であった。ＨＮＬ−ＤＳＦは各２５０ｍの３つの区間をスプライシングすることにより得られた。区間毎の平均零分散波長はそれぞれ１５４７．３ｎｍ、１５４６．３ｎｍ及び１５４８．４ｎｍであった。結果としてのＨＮＬ−ＤＳＦの平均零分散波長は１５４７．２ｎｍと測定された。ＭＦＤ（モードフィールド形）は３．８μｍ、非線形係数γは２０．４Ｗ−１ｋｍ−１、分散傾斜は０．０３２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであった。
【０１７７】
このように、非線形係数の大きな光ファイバを用いると共に、本発明方法を適用して零分散波長の偏差を概略±１ｎｍ内に収めることによって、高い変換効率で且つ広い変換帯域を有する位相共役器の提供が可能になる。非線形光学媒質として光ファイバを有する従来の位相共役器の変換帯域が精々数ｎｍであることを考慮すると、本発明方法により得られる効果は従来技術に対して自明でなく或いは進歩性を有しており或いは臨界性を有している。特に、後述するような実施形態のように、位相共役器を用いて光ネットワーク間でＷＤＭ信号光の一括変換を行う場合には、本発明による変換帯域の拡大は極めて効果的である。
【０１７８】
本発明による第１、第２又は第３の方法により得られた非線形光学媒質は、図６の位相共役器の光ファイバ１８として採用可能である。この場合、レーザダイオード２０から出力されるポンプ光の波長と光ファイバ１８の零分散波長との一致性を極めて高精度に保つことができるので、広い変換帯域を得ることができる。
【０１７９】
図２１を参照すると、位相共役器の他の構成例が示されている。この位相共役器は非線形光学媒質として図６におけるのと同様な光ファイバ１８が用いられている。光ファイバ１８は望ましくは本発明による第１、第２又は第３の方法により提供されている。また、ポンプ光源としてレーザダイオード２０が用いられている。信号光及びポンプ光を非線形光学媒質としての光ファイバ１８に双方向に導波させるために、光カプラ１３２及び偏波ビームスプリッタ１３４が用いられている。光カプラ１３２はポート１３２Ａ，１３２Ｂ及び１３２Ｃを有し、ポート１３２Ａ及び１３２Ｂに供給された光をポート１３２Ｃから出力する。ポート１３２Ａには入力ポート１３０が接続され、ポート１３２Ｂは光ファイバ１３３によりポンプ光源としてのレーザダイオード２０に接続される。偏波ビームスプリッタ１３４はポート１３４Ａ，１３４Ｂ，１３４Ｃ及び１３４Ｄを有している。ポート１３４Ａ及び１３４Ｂ間とポート１３４Ｃ及び１３４Ｄ間とは、第１の偏波面（例えば紙面に垂直な偏波面）により結合され、ポート１３４Ａ及び１３４Ｃ間とポート１３４Ｂ及び１３４Ｄ間とは、第１の偏波面に垂直な第２の偏波面（例えば紙面に平行な偏波面）により結合されている。ポート１３４Ａは光ファイバ１３５によりポート１３２Ｃに接続され、ポート１３４Ｂ及び１３４Ｃ間には非線形光学媒質としての光ファイバ１８が接続され、ポート１３４Ｄは出力ポート１３６に接続されている。光ファイバ１８の途中には、１／４波長板及び１／２波長板等を用いて通常通り構成される偏波制御器１３８が設けられており、この偏波制御器１３８は、光ファイバ１８の入力及び出力の偏波状態が一致するような制御を行う。
【０１８０】
入力ポート１３０からの信号光及びレーザダイオード２０からのポンプ光は、光カプラ１３２を介して偏波ビームスプリッタ１３４のポート１３４Ａに供給される。供給された信号光及びポンプ光は、偏波ビームスプリッタ１３４により第１及び第２の偏波面をそれぞれ有する第１及び第２の偏波成分に分離される。第１及び第２の偏波成分は、光ファイバ１８を互いに逆方向に伝搬する。このとき、光ファイバ１８内においては、四光波混合によって、互いに逆方向に伝搬する２つの位相共役成分が発生する。即ち、第１の偏波面を有する位相共役成分はポート１３４Ｂからポート１３４Ｃに向けて伝搬し、第２の偏波面を有する位相共役成分はポート１３４Ｃからポート１３４Ｂに向けて伝搬する。偏波ビームスプリッタ１３４に供給された第１及び第２の位相共役成分は偏波合成され、その結果としての位相共役光がポート１３４Ｄから出力ポート１３６に向けて出力される。
【０１８１】
レーザダイオード２０から出力されるポンプ光の偏波面は、偏波ビームスプリッタ１３４で分離される第１及び第２の偏波成分への、ポンプ光の分配比が１：１になるように設定されるのが望ましい。例えば、偏波ビームスプリッタ１３４のポート１３４Ａに供給されるポンプ光の偏波面が第１及び第２の偏波面に対してそれぞれほぼ４５°傾斜するように、レーザダイオード２０が設定される。こうしておくと、光ファイバ１８に互いに逆方向に導波される信号光の直交二偏波成分に対して、ポンプ光の直交二偏波成分がそれぞれ一致した偏波面で以て作用するので、入力ポート１３０における信号光の偏波状態の変動に関わらず一定強度の位相共役光を得ることができる。即ち、発生効率が入力信号光の偏波状態に依存しない位相共役器の提供が可能になる。
【０１８２】
偏波ビームスプリッタ１３４のポート１３４Ａに供給されるポンプ光の偏波面が第１及び第２の偏波面に対してそれぞれほぼ４５°傾斜するようにするためには、実質的に直線偏波としてレーザダイオード２０から出力されるポンプ光の偏波面を維持してこれをポート１３４Ａに供給することが要求される。そのためには、光ファイバ１３３及び１３５の各々として偏波保持ファイバ（ＰＭＦ）を用いることができる。
【０１８３】
ＰＭＦは径方向に主軸を有している。ＰＭＦは、主軸に平行な偏波面を有する偏波成分或いは主軸に垂直な偏波面を有する偏波成分の偏波状態を維持してこれを伝搬させる。従って、ポート１３４Ａにおいてポンプ光の偏波面を第１及び第２の偏波面に対して４５°傾斜させるためには、光ファイバ１３５として用いられるＰＭＦの主軸を第１及び第２の偏波面に対して４５°傾斜させればよい。
【０１８４】
しかしながら、光ファイバ１３５としてＰＭＦが用いられる場合、直線偏波に必ずしも限定されない信号光もこのＰＭＦを通ることになり、ＰＭＦを通る信号光の直交二偏波モード間の遅延により偏波分散が生じるかもしれない。この偏波分散に対処するためには、光ファイバ１３５として用いられるＰＭＦを、長さが実質的に等しい第１及び第２のＰＭＦをスプライス接続することにより提供すればよい。当該スプライス接続点においては、第１のＰＭＦの第１の主軸と第２のＰＭＦの第２の主軸とは互いに直交するようにされ、これにより偏波モード間の遅延が相殺されて偏波分散が解消される。例えば、第１の主軸が第１の偏波面に対して時計回り方向に４５°傾斜している場合には、第２の主軸は第１の偏波面に対して反時計回り方向に４５°傾斜するようにされる。
【０１８５】
尚、前述したように、光ファイバ１８の非線形係数が十分大きくその長さが偏波面保存能力を有している程度に短い場合には、偏波制御器１３８を省略することができる。
【０１８６】
このように、本発明によると、発生効率が入力信号光の偏波状態に依存せず、且つ、偏波分散が小さい位相共役器が提供される。この位相共役器は、偏波ビームスプリッタと、非線形光学媒質と、ポンプ光源と、カップリング手段とを備えている。偏波ビームスプリッタは第１乃至第４のポートを有する。第１及び第２のポート間並びに第３及び第４のポート間は第１の偏波面により結合される。第１及び第３のポート間並びに第２及び第４のポート間は第１の偏波面に垂直な第２の偏波面により結合される。非線形光学媒質は第２及び第３のポート間に動作的に接続される。ポンプ光源はポンプ光を出力する。カップリング手段は、信号光及びポンプ光をそれぞれ受ける第１及び第２の入力ポート並びに出力ポートを有する光カプラと、出力ポート及び偏波ビームスプリッタの第１のポート間に動作的に接続される偏波保持ファイバとを含む。カップリング手段は、信号光及びポンプ光を偏波ビームスプリッタの第１のポートに供給する。
【０１８７】
偏波保持ファイバは、偏波ビームスプリッタの第１のポートにおけるポンプ光の偏波面が第１及び第２の偏波面に対して実質的に４５°傾斜するように設定される主軸を有している。
【０１８８】
望ましくは、偏波保持ファイバは、スプライス接続された第１及び第２の偏波保持ファイバからなり、これらは互いに直交する第１及び第２の主軸を有している。
【０１８９】
図２２は、広い変換帯域を有する位相共役器によるＷＤＭ信号光の一括変換を説明するための図である。ＷＤＭ信号光は、異なる波長λ１，λ２，…，λＮを有するＮチャネルの光信号を波長分割多重（ＷＤＭ）することにより得られる。ここでは、λ１が最短波長であり、λＮが最長波長であるとする。ポンプ光の波長λＰは例えばλ１よりも短く設定される。ポンプ光を用いた非縮退四光波混合によって、ＷＤＭ信号光は変換光に変換される。変換光は、異なる波長λ１´，λ２´，…，λＮ´を有するＮチャネルの変換光信号からなる。ＷＤＭ信号光における各チャネルの光信号と変換光における各変換光信号の配置はポンプ光の波長λＰに対して対称である。
【０１９０】
非線形光学媒質として光ファイバを用いた四光波混合においては、変換帯域がほぼ平坦であるため、各チャネルの光信号に対してほぼ同じ変換効率で波長変換及び位相共役変換を行うことができる。従って、各チャネルに対して伝送路の波長分散と非線形効果とによる波形歪みを補償可能であり、長距離大容量の伝送が可能である。図２２においては、長波長帯から短波長帯への変換を示しているが、光ファイバによる変換帯域は零分散波長に関して対称であるから、短波長帯から長波長帯への変換も同様にして可能であることは言うまでもない。
【０１９１】
図２３は、波長変換及び位相共役変換が適用されるシステムの実施形態を示す図である。各々ＷＤＭが適用される複数の光ファイバネットワークＮＷ１，ＮＷ２及びＮＷ３は、光ファイバ伝送路１４０及びノード１４２によって接続されている。ネットワークＮＷ１及びＮＷ２間における変換を行うために、光ファイバ伝送路１４０の途中には位相共役器ＰＣ１１が設けられ、ネットワークＮＷ２及びＮＷ３間の変換を行うために、光ファイバ伝送路１４０の途中には位相共役器２３が設けられている。ネットワークＮＷ１，ＮＷ２及びＮＷ３においては、それぞれ、異なる波長帯λ１ｊ，λ２ｊ，λ３ｊのＷＤＭ伝送が行われているものとする。位相共役器ＰＣ１１は波長帯λ１ｊ及びλ２ｊ間で波長変換及び位相共役変換を行い、位相共役器ＰＣ２３は波長帯λ２ｊ及びλ３ｊ間で波長変換及び位相共役変換を行う。光ファイバ伝送路１４０の途中には、波長分散及び非線形効果による波形歪みが本発明に従って最も改善される位置が幾つかできるので、各ノード１４２はそのような位置に設けられている。各ノード１４２は、光信号の付加及び抽出を行うための光アッド／ドロップ装置を含む。光アッド／ドロップ装置はＷＤＭ信号光或いは変換光における全チャネル或いは一部のチャネルに対して機能する。例えば、光ファイバネットワークＮＷ１の波長帯λ１ｊが図２２に示されるＷＤＭ信号光により与えられており、位相共役器ＰＣ１１におけるポンプ光の波長がλＰであるとすると、光ファイバネットワークＮＷ２の波長帯λ２ｊは変換光の帯域によって与えられる。
【０１９２】
このようなシステム構成によると、位相共役器による波形歪みの補償と波長変換機能とが有効に活かされるので、柔軟性に富んだ長距離大容量システムの構築が可能になる。また、このようなネットワーク間伝送への応用は、次の点で最近特に重要である：
（１）光増幅器の広帯域化；
（２）伝送路として使用される光ファイバの分散のバラエティー化。
【０１９３】
これらのうち、（１）は最近におけるＥＤＦＡ（エルビウムドープファイバ増幅器）の広帯域化に関係しており、（２）は伝送信号の高速化とＷＤＭ伝送を行うための分散制御に関係している。最近、５０ｎｍを超えるような広帯域でしかもＷＤＭを指向した利得の平坦性に優れたＥＤＦＡが開発されている。将来的に更に帯域が拡大し、６０〜８０ｎｍ程度の広帯域なＥＤＦＡが開発されよう。このようなＥＤＦＡの広帯域化は、ＷＤＭのチャネル数（伝送容量）を大きくするのに役立っているのは勿論であるが、図２３に示されるようなネットワーク間伝送等において新しい概念の導入を可能とする。
【０１９４】
例えば、図２４に示されるように、図２３の光ファイバネットワークＮＷ１及びＮＷ２の波長帯が設定されている場合、光ファイバネットワークＮＷ１及びＮＷ２間において本発明による有効な伝送が可能である。図２４において、符号１４４は光増幅器（例えばＥＤＦＡ）の比較的平坦な利得帯域を示している。
【０１９５】
このようにネットワーク毎に用いる波長帯が異なることの理由の１つは、ネットワーク毎に用いる伝送路としての光ファイバが異なる処にある。既に実用化されている光ファイバとしては、１．３μｍ零分散シングルモードファイバ（所謂標準ＳＭＦ）と、１．５５μｍ分散シフトファイバ（ＤＳＦ）とがある。一方、最近におけるＥＤＦＡの開発により、特に高速長距離伝送の中心は１．５５μｍ帯となってきている。
【０１９６】
標準ＳＭＦが＋１６〜＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の大きな異常分散値を示すのに対して、ＤＳＦでは±１〜２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度の小さな分散値に抑えることができるので、１．５５μｍ帯における高速長距離伝送に対してはＤＳＦの方が有利である。しかし、既に多くの標準ＳＭＦが敷設されており、これを伝送路として用いなければならないネットワークも多い。こうしたネットワークからＤＳＦを用いたネットワークへの接続においては、ＤＳＦの最適な分散値となる波長帯への波長変換が必要になり、従って、このような場合に本発明は有効である。
【０１９７】
一方、各々ＤＳＦを用いたネットワーク間の接続においても本発明は有効である。その理由は、ＷＤＭにおいては必ずしも分散が小さい方が有利である訳ではないからである。比較的高速のＷＤＭにおいては、所要の信号対雑音比（ＳＮＲ）を確保するために、各チャネルのパワーレベルはかなり高く設定する必要がある。この場合、伝送路として使用される光ファイバの分散が小さいと、四光波混合により隣接チャネル間のクロストークが発生し、伝送特性が劣化する。この影響を避けるため、最近では、零分散波長を信号帯域から大きくシフトさせた比較的大きな分散のファイバ（Ｎｏｎｚｅｒｏ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｓｈｉｆｔｅｄ　ｆｉｂｅｒ）　を用いることがある。このように伝送路として使用される光ファイバのバラエティーが豊富になった分、いろいろな波長帯でのネットワーク構成が可能となり、こうしたネットワーク間を接続する場合において本発明のような広帯域な波長変換及び位相共役変換が有効となる。
【０１９８】
最近では、光ファイバと共にＥＤＦＡのバラエティーも豊富になっているが、何といっても一般的なＥＤＦＡは１．５３μｍ帯及び１．５５μｍ帯に利得ピークを有するタイプである。このうち前者はブルーバンド、後者はレッドバンドと称されている。
【０１９９】
図２５は、図２３における波長帯の他の設定例を示す図である。ここでは、光ファイバネットワークＮＷ１の波長帯は符号１４６で示されるＥＤＦＡのレッドバンドに含まれ、光ファイバネットワークＮＷ２の波長帯は符号１４８で示されるＥＤＦＡのブルーバンドに含まれている。このような設定によると、光ファイバ伝送路１４０或いは各ネットワークがインライン型のＥＤＦＡを含む場合に、レッドバンド及び位相共役変換を容易に行うことができる。
【０２００】
図２６は、図２３における分散配置の例を示す図である。Ｄ１及びＤ２（各々単位はｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）は、それぞれ、光ファイバネットワークＮＷ１及びＮＷ２における分散を表している。図では、各ネットワーク内で正常分散ファイバを用いてＷＤＭを行う例が示されている。
【０２０１】
図２２に示されるように、波長変換によりチャネル配置が反転するので、各チャネルに対する変換前後の分散の影響が異なることが予想されるが、中心付近のチャネルに対して分散の影響がほぼ同じになるようにするとともに、各ネットワーク内で分散補償を行うことにより、この問題は解決可能である。尚、各ネットワーク内の分散は正常分散であってもよいし異常分散であってもよい。
【０２０２】
以上のように、本発明によると、異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重（ＷＤＭ）してなるＷＤＭ信号光のための複数の光ファイバネットワークと、これらを結ぶための少なくとも１つの変換器とを備えた光ファイバ通信システムが提供される。変換器が、複数の光信号の波長変換及び位相共役変換を一括に行うことによって、柔軟性に富んだ長距離大容量のシステムの構築が容易になる。
【０２０３】
図２７は、図６に示される位相共役器の改良例を示す図である。ここでは、第１及び第２の光帯域阻止フィルタ１５２及び１５４と光帯域通過フィルタ１５６とが付加的に設けられている。信号光（入力ビーム）は第１の帯域阻止フィルタ１５２を通って光カプラ２２のポート２２Ａに供給され、非線形光学媒質としての光ファイバ１８内で発生した位相共役光は第２の光帯域阻止フィルタ１５４及び光帯域通過フィルタ１５６をこの順に通って出力される。フィルタ１５４及び１５６の接続順序は逆でもよい。
【０２０４】
図２８Ａを参照すると、図２７に示される光フィルタ１５２，１５４及び１５６の各特性が示されている。図２８Ａにおいて縦軸は透過率、横軸は波長を示している。第１の光帯域阻止フィルタ１５２は、符号１５８で示されるように、光ファイバ１８内で発生する位相共役光の波長λＣの波長を含む阻止帯域を有している。即ち、波長λＣの近傍の領域におけるフィルタ１５２の透過率は実質的に０％であり、それ以外の領域における同透過率は実質的に１００％である。第２の光帯域阻止フィルタ１５４は、符号１６０で示されるように、レーザダイオード２０から出力されるポンプ光の波長λＰを含む比較的狭い阻止帯域を有している。即ち、波長λＰの近傍の領域におけるフィルタ１５４の透過率は実質的に０％であり、それ以外の領域における同透過率は実質的に１００％である。光帯域通過フィルタ１５６は、符号１６２で示されるように、光ファイバ１８内で発生する位相共役光の波長λＣ　の波長を含む通過帯域を有している。即ち、波長λＣの近傍の領域におけるフィルタ１５６の透過率は実質的に１００％であり、それ以外の領域における同透過率は実質的に０％である。
【０２０５】
図２８Ｂ〜２８Ｄを参照すると、図２７の位相共役器の各位置において観測される光スペクトルが示されている。図２８Ｂは、第１の光帯域阻止フィルタ１５２の出力のスペクトルを示している。ここでは、信号光は、ＡＳＥ光に重畳されたＷＤＭ信号光により与えられている。第１の光帯域阻止フィルタ１５２が用いられていることにより、符号１６４で示されるように、ＡＳＥスペクトルには雑音電力が極めて小さい窓が形成される。図２８Ｃは光ファイバ１８の出力のスペクトルを示している。光ファイバ１８内における非縮退四光波混合の結果位相共役変換及び波長変換が行われ、ＷＤＭ信号光は変換光に変換される。ＷＤＭ信号光及び変換光間における各チャネルの波長配置は、前述したように、ポンプ光の波長λＰに対して対称である。
【０２０６】
変換光の各チャネルの波長は窓１６４内に含まれる。図２８Ｄは光帯域通過フィルタ１５６の出力のスペクトルを示している。第２の光帯域阻止フィルタ１５４が狭い阻止帯域を有していることにより、ポンプ光のパワーは効果的に抑圧されている。また、光帯域通過フィルタ１５６を採用していることにより、窓１６４の近傍におけるＡＳＥ光が効果的に抑圧されている。
【０２０７】
図２７の実施形態では、ポンプ光を除去するための光帯域阻止フィルタ１５４を光ファイバ１８の出力側に設けているので、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、位相共役光の処理（抽出及び増幅等）を容易に行うことができる。例えば、位相共役器の下流側に光増幅器が設けられている場合、パワーの大きいポンプ光がその光増幅器に供給されると光増幅器が飽和してしまい、所要の利得を得ることができない可能性があるのであるが、図２７のような構成を採用することによって、このような問題を解決することができる。
【０２０８】
特に、図２７の実施形態では、光帯域阻止フィルタ１５４及び光帯域通過フィルタ１５６が光ファイバ１８の出力側にカスケード接続されているので、ポンプ光の抑圧を効果的に行うことができ、従って、ポンプ光のパワーを大きくして変換効率を効果的に高めることができる。例えば、光ファイバ１８の出力側に光帯域通過フィルタ１５６だけを設けた場合、フィルタ１５６の製造技術上ポンプ光の除去能力が低いかもしれないことを考慮すると、フィルタ１５４及び１５６の組み合わせは効果的である。その意味において、図２７の実施形態により得られる、ポンプ光及び／又は信号光を効果的に除去し得るという効果は、従来技術に対して自明ではなく或いは進歩性を有しており或いは臨界性を有している。
【０２０９】
図２７の実施形態において、光ファイバ１８の入力側に光帯域阻止フィルタ１５２を設けているのは、発生させられるべき位相共役光の波長λＣの近傍においてＡＳＥ雑音を予め除去するためである。その結果、信号対雑音比（ＳＮＲ）の劣化を防止することができる。
【０２１０】
図２７は図６に示される位相共役器の改良を示しているが、同様の改良を図２１に示される位相共役器に施してもよい。この場合、第１の光帯域阻止フィルタ１５２は入力ポート１３０と光カプラ１３２のポート１３２Ａとの間に設けられ、第２の光帯域阻止フィルタ１５４及び光帯域通過フィルタ１５６は偏波ビームスプリッタ１３４のポート１３４Ｄと出力ポート１３６との間に設けられる。
【０２１１】
以上のように、本発明によると、位相共役光を発生させるための装置として、ＳＮＲの劣化が少なく且つ下流側への影響が小さい位相共役器が提供される。この位相共役器は、非線形光学媒質と、ポンプ光源と、光帯域阻止フィルタとを備えている。非線形光学媒質は第１端及び第２端を有しており、第１端には信号光が供給される。ポンプ光源は第１端及び第２端の少なくとも何れかからポンプ光を非線形光学媒質に供給する。光帯域阻止フィルタは非線形光学媒質の第２端に動作的に接続される。光帯域阻止フィルタはポンプ光の波長を含む阻止帯域を有している。
【０２１２】
本発明を実施する場合、各光フィルタとしてはファイバグレーティングを用いることができる。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言われる。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とファイバモードの有効屈折率と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。
【０２１３】
例えば、ファイバグレーティングを用いて図２７に示される光帯域阻止フィルタ１５２及び１５４の各々を作製することによって、正確で且つ狭い阻止帯域を得ることができる。
【０２１４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によると、位相共役器を用いて波長分散及び非線形性を効果的に補償することができるので、長距離大容量の光ファイバ通信システムの提供が可能になる。また、そのようなシステムに使用するのに適した広い変換帯域で高い変換効率の位相共役器及びその製造方法の提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の光ファイバ通信システムの基本構成を示すブロック図である。
【図２】図２は図１のシステムにおける補償の原理の説明図である。
【図３】図３は実証実験で用いたシステムのブロック図である。
【図４】図４はＢＥＲ（ビットエラーレート）特性を示す図である。
【図５】図５の（Ａ）乃至（Ｂ）は図３のシステムにおける波形の変化を説明するための図である。
【図６】図６は本発明に適用可能な位相共役器の構成例を示すブロック図である。
【図７】図７は本発明の光通信システムの第１実施形態を示すブロック図である。
【図８】図８は図７のシステムにおける光パワー等のダイアグラムを示す図である。
【図９】図９は本発明に適用可能な光増幅器のブロック図である。
【図１０】図１０は本発明の光通信システムの第２実施形態を示すブロック図である。
【図１１】図１１は本発明の光通信システムの第３実施形態を示すブロック図である。
【図１２】図１２は本発明の光通信システムの第４実施形態を示すブロック図である。
【図１３】図１３はファイバグレーティングを用いた分散補償器を示す図である。
【図１４】図１４は本発明の光通信システムの第５実施形態を示すブロック図である。
【図１５】図１５は本発明の光通信システムの第６実施形態を示すブロック図である。
【図１６】図１６は本発明の光通信システムの第７実施形態を示すブロック図である。
【図１７】図１７Ａ及び１７Ｂは図１６のシステムにおける分散パラメータの設計例を示す図である。
【図１８】図１８の（Ａ）及び（Ｂ）は本発明が適用可能な光ネットワークの例を示す図である。
【図１９】図１９は本発明の光ファイバ通信システムの他の基本構成を示すブロック図である。
【図２０】図２０は本発明による非線形光学媒質の製造プロセスの実施形態を示す図である。
【図２１】図２１は本発明に適用可能な他の位相共役光発生器の構成例を示す図である。
【図２２】図２２は広い変換帯域を有する位相共役器によるＷＤＭ（波長分割多重）信号光の一括変換を説明するための図である。
【図２３】図２３は波長変換及び位相共役変換が適用されるシステムの実施形態を示す図である。
【図２４】図２４は図２３における波長帯の設定例を示す図である。
【図２５】図２５は図２３における波長帯の他の設定例を示す図である。
【図２６】図２６は図２３における分散配置の例を示す図である。
【図２７】図２７は図６に示される位相共役器の改良例を示すブロック図である。
【図２８】図２８の（Ａ）は図２７に示される光フィルタ１５２，１５４及び１５６の特性を示す図、（Ｂ）〜（Ｄ）は図２７に示される位相共役器の各位置において観測されるスペクトルを示す図である。
【符号の説明】
２　光送信機
４　第１の光ファイバ
６　第１の位相共役器
８　第２の光ファイバ
１０　第２の位相共役器
１２　第３の光ファイバ
１４　光受信機
１１２　分散補償器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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