(57)【要約】【課題】  偏波依存性のない位相共役変換及び波長変換のための装置を含む光伝送システムを提供することである。【解決手段】  光伝送システムにおいて、第１の波長帯域で波長多重伝送を行う第１の波長多重ネットワークと、第２の波長帯域で波長多重伝送を行う第２の波長多重ネットワークと、第１の波長多重ネットワークと第２の波長多重ネットワーク間に配置された四光波混合器を備え、四光波混合器は、第１の波長多重ネットワークより第１の波長帯域の光を入力し、第２の波長帯域と重ならない第３の波長帯域に変換して第２の波長多重ネットワークに出力する。【選択図】図８
2004166306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長帯域で波長多重伝送を行う第１の波長多重ネットワークと、
第２の波長帯域で波長多重伝送を行う第２の波長多重ネットワークと、
第１の波長多重ネットワークと第２の波長多重ネットワーク間に配置された四光波混合器を備え、
前記四光波混合器は、第１の波長多重ネットワークより第１の波長帯域の光を入力し、第２の波長帯域と重ならない第３の波長帯域に変換して第２の波長多重ネットワークに出力することを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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と異常分散とによるパルス圧縮と、分散によるパルス拡がりとがバランスし、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（Ｙａｒｉｖ）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（位相共役光発生器）を配置することによって、位相変化は補償される（S. Watanabe,“Compensation of phase fluctuation 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称である場合には、非線形性の補償が不完全になる。
【００１０】
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ごとに設定される。
【００１１】
光ファイバ及び半導体光増幅器等のような三次の非線形光学媒質を用いて、非縮退四光波混合により位相共役光を発生させることができる。角周波数ωS の信号光と角周波数ωP （ωP ≠ωS ）のポンプ光とがその非線形光学媒質に供給されると、非線形光学媒質内における信号光及びポンプ光の四光波混合に基づき、角周波数２ωP −ωS の位相共役光（変換信号光）が発生し、この位相共役光は信号光及びポンプ光と共に非線形光学媒質から出力される。
【００１２】
尚、「非縮退」というのは、信号光の波長とポンプ光の波長とが異なるという意味で用いられている。信号光の波長、ポンプ光の波長及び位相共役光の波長（角周波数）は前述した関係を満たすので、位相共役光の発生と同時に波長変換が行なわれることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
信号光から位相共役光への変換における変換効率は、信号光及びポンプ光の偏波面の一致性に依存している。しかし、一般的な光ファイバ伝送路は偏波面を維持する能力を有していないので、変換されるべき信号光の偏波状態は時間と共に変動する。従って、位相共役変換及び波長変換のための装置には、偏波依存性がないことが要求される。ここで、「偏波依存性がない」というのは、変換されるべき信号光の偏波状態に係わらず変換効率が実質的に一定であることをいう。
【００１４】
一方、位相共役変換及び波長変換のための装置をＷＤＭ（波長分割多重）に適用する場合には、一度に変換することができるチャネル数を増やすために、変換帯域が十分に広いことが要求される。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（又は離調周波数）で定義される。
【００１５】
よって、本発明の目的は、偏波依存性のない位相共役変換及び波長変換のための装置及びその装置を含むシステムを提供することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、変換帯域が広い位相共役変換及び波長変換のための装置及びその装置を含むシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によると、第１の波長帯域で波長多重伝送を行う第１の波長多重ネットワークと、
第２の波長帯域で波長多重伝送を行う第２の波長多重ネットワークと、第１の波長多重ネットワークと第２の波長多重ネットワーク間に配置された四光波混合器を備え、前記四光波混合器は、第１の波長多重ネットワークより第１の波長帯域の光を入力し、第２の波長帯域と重ならない第３の波長帯域に変換して第２の波長多重ネットワークに出力することを特徴とする光伝送システムが提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、広い変換帯域を有する位相共役変換及び波長変換のための装置の提供が可能になるという効果が生じる。また、本発明によると、信号光から変換光への変換における変換効率が変換されるべき信号光の偏波状態に依存しない位相共役変換及び波長変換のための装置の提供が可能になるという効果が生じる。更に、本発明による装置によって、大容量伝送に適し、柔軟性に富んだ新規なシステムの提供が可能になるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
今、光パルスが分散媒質中を伝搬する場合を考える。チャープしていないパルスが分散媒質を透過する際、正常分散媒質（∂2 β／∂ω2 ＞０）の場合には、パルスの立ち上がりにおいて低周波側にシフトし、立ち下がりにおいて高周波側にシフトする。異常分散媒質（∂2 β／∂ω2 ＜０）の場合には、パルスの立ち上がりにおいて高周波側にシフトし、立ち下がりにおいて低周波側にシフトする。ここで、βは伝搬定数、ωは光の角周波数を表す。そして、正常分散媒質においては波長が長いほど群速度が速く、異常分散媒質においては波長が短いほど群速度が速いため、いずれの場合にもパルス幅が広がることになる。
【００２１】
一方、光の強度が大きい場合には、光カー効果によって屈折率が
Δｎ（ｔ）＝ｎ2 ｜Ｅ（ｔ）｜2 
だけ変化する。ここに、ｎ2 は非線形屈折率と呼ばれる量であり、通常のシリカファイバの場合にはその値は例えば約３．２×１０-20 ｍ2 ／Ｗである。光パルスが非線形媒質中で光カー効果を受けると、
Δω（ｔ）＝−∂Δφ（ｔ）／∂ｔ
＝−（２πｎ2 ／λ）（∂｜Ｅ（ｔ）｜2 ／∂ｔ）Δｚ
だけスペクトルが拡散（チャープ）する。ここにΔｚは相互作用長である。
【００２２】
この現象は、一般に自己位相変調（Self-phase modulation:ＳＰＭ）と称される。このＳＰＭにより光パルスの立ち上がりにおいては低周波側にシフトし、立ち下がりにおいては高周波側にシフトする。このＳＰＭによるチャーピングのために分散の影響がより顕著になり、その結果、パルスの歪みがより著しくなる。そのため、光パルスが分散媒質中で光カー効果を受けると、正常分散媒質の場合には、パルスが分散だけの場合よりも更に拡散するが、異常分散媒質の場合にはパルス圧縮が起きる。
【００２３】
従って、上記の波長分散の効果を考え合わせると、正常分散媒質の場合には大きなパルス拡散が発生し、異常分散媒質の場合には波長分散によるパルス拡散とＳＰＭによるパルス圧縮のうち大きい方の効果が表れる。これら２つの効果をバランスさせたものが光ソリトンである。
【００２４】
一般に異常分散媒質においてＳＰＭのよるパルス圧縮を加えた方が高い信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を保持できて都合がよいように考えがちであるが、最近光アンプを用いて高いレベルの光パワーで伝送できるようになったことと、分散シフトファイバの開発により比較的小さな波長分散値が実現できるようになったことにより、一概にパルス圧縮を加えた方がよいとも言えなくなってきた。
【００２５】
つまり、パルス圧縮効果が大きくなり過ぎて大きな波形歪みが発生するのである。特に、ＮＲＺパルスの場合には、パルスの立ち上がり、立ち下がり部分において集中的にパルス圧縮が起こるため、急激な波形変化や、極端な場合には、立ち下がり部分が立ち上がり部分を追い抜き、パルスが３つに分裂するようなことも起こる。また、長距離光増幅多中継伝送の場合には、信号光を励起光として光アンプの自然放出光との間で四光波混合が生じ、Ｓ／Ｎが著しく低下するという問題もある（変調不安定性；modulation instability）。
【００２６】
上述したような波長分散及び非線形性に起因する光パルスの歪みは、位相共役光学の適用によって補償することができる。例えば、第１の光ファイバ伝送路によって伝送された信号光ビームが位相共役光発生器によって位相共役光ビームに変換され、位相共役光ビームは第２の光ファイバ伝送路によって伝送される。第１及び第２の光ファイバにおける波長分散及び非線形性に関連するパラメータを適切に設定しておくことによって、第２の光ファイバの出力端で実質的に歪みのない光パルスを得ることができる。
【００２７】
しかし、位相共役光発生器における信号光ビームから位相共役光ビームへの変換効率は信号光ビームの偏波状態に依存するのが一般的であるから、変換効率に偏波依存性のない位相共役光発生器が求められているのである。
【００２８】
変換効率に偏波依存性のない位相共役光発生器を構成するには、偏波スクランブル法、偏波ダイバーシティ法又は偏波能動制御法を適用することができる。更には、偏波維持ファイバ（Polarization Maintaining Fiber：ＰＭＦ）からなる光ファイバ伝送路を用いることによっても、位相共役光発生器における変換効率の偏波依存性を排除することができる。本発明では、変換効率の偏波依存性を排除するために、偏波ダイバシティ法が採用される。
【００２９】
図１は本発明による装置の第１実施形態を示す図である。同図において、符号２は入力ポート、４はポンプ光源、６は光カプラ、８は光サーキュレータ、１０は偏波ビームスプリッタ、１２は偏波維持ファイバ（ＰＭＦ），１４は光バンドパスフィルタ、１６は出力ポートを示している。この装置の構成及び動作の詳細は後述する。
【００３０】
図２は本発明による装置の動作原理の説明図である。まず、偏波分離のプロセスにおいては、信号光ＥS が２つの偏波成分ＥS （＃１）及びＥS （＃２）に分離される。偏波成分ＥS （＃１）及びＥS （＃２）は互いに直交する偏波面を有している。次いで、変換のプロセスにおいては、偏波成分ＥS （＃１）及びＥS（＃２）がそれぞれ対応する位相共役光ＥC （＃１）及びＥC （＃２）に変換される。位相共役光ＥC （＃１）及びＥC （＃２）の偏波面はそれぞれ偏波成分ＥS （＃１）及びＥS （＃２）の偏波面に一致している。そして、偏波合成のプロセスにおいて、位相共役光ＥC （＃１）及びＥC （＃２）が偏波合成されて、位相共役光（変換信号光）ＥC （＃１）及びＥC （＃２）が得られる。
【００３１】
図１に示される装置においては、偏波分離及び偏波合成の各プロセスは偏波ビームスプリッタ１０において実行され、変換のプロセスは非線形光学媒質としてのＰＭＦ１２において実行される。
【００３２】
図３はＰＭＦ１２の偏波モードの説明図である。ＰＭＦ１２は、比較的高屈折率なコア１８と、コア１８を覆う比較的低屈折率なクラッド２０と、クラッド２０内のコア１８の両側に設けられる一対の応力付与部２２とから構成されている。ＰＭＦ１２の断面において、コア１８及び応力付与部２２のそれぞれの中心を通る軸をＸ軸とし、コア１８の中心を通りＸ軸に垂直な軸をＹ軸とする。Ｘ軸及びＹ軸の各々は主軸と称される。Ｘ軸に平行な偏波面を有する偏波成分の伝搬定数はＹ軸に平行な偏波面を有する偏波成分の伝搬定数と大きく異なるので、各偏波成分はその偏波状態を維持したままＰＭＦ１２内を伝搬することができる。
【００３３】
発明者の測定によると、Ｘ軸に平行な偏波面を有する偏波成分に対する零分散波長は、Ｙ軸に平行な偏波面を有する偏波成分に対する零分散波長と異なることが明らかになった。
【００３４】
従って、ＰＭＦ１２の２つの主軸（Ｘ軸及びＹ軸）の両方を用いて１チャンネル分の偏波ダイバーシティを行なう場合には、零分散波長の違いにより、変換帯域を広くすることができない。
【００３５】
本発明では、２つの主軸のいずれ一方だけを偏波モードとして用いて偏波ダイバーシティを行なっているので、変換帯域の拡大が可能になる。具体的には以下の通りである。
【００３６】
図１において、入力ポート２には、変換されるべき信号光ＥS （波長λS ）が供給される。ポンプ光源４はポンプ光ＥP （波長λP ）を出力する。ポンプ光源４は例えばレーザダイオードにより提供され得る。この場合、ポンプ光ＥP は実質的に直線偏波であり、その偏波面は後述のように設定される。信号光ＥS の偏波状態は任意である。
【００３７】
信号光及びポンプ光は光カプラ６により合波されあるいは加え合わされて光サーキュレータ８のポート８Ａに供給される。光サーキュレータ８は、ポート８Ａに供給された光をポート８Ｂから出力し、ポート８Ｂに供給された光をポート８Ｃから出力し、ポート８Ｃに供給された光をポート８Ａから出力するように機能する。尚、３つ目の機能はこの実施形態では用いられていない。
【００３８】
偏波ビームスプリッタ１０はポート１０Ａ，１０Ｂ及び１０Ｃを有している。ポート１０Ａは光サーキュレータ８のポート８Ｂに光学的に接続される。ポート１０Ａ及び１０Ｂは、紙面に垂直な第１の偏波面を有するＴＭ成分（第１の偏波成分）によって結合されており、ポート１０Ａ及び１０Ｃは、紙面に平行な第２の偏波面を有するＴＥ成分（第２の偏波成分）によって結合されている。
【００３９】
ＰＭＦ１２の両端はそれぞれ偏波ビームスプリッタ１０のポート１０Ｂ及び１０Ｃに光学的に接続されている。説明の便宜上、ＰＭＦ１２によって維持されるべき偏波モードは図３に示されるＹ軸によって与えられているものとする。ポート１０Ｂにおいては、紙面に垂直な第１の偏波面がＰＭＦ１２の偏波モードに適合し、ポート１０Ｃにおいては、紙面に水平な第２の偏波面が偏波モードに適合している。つまり、ポート１０ＢではＰＭＦ１２のＹ軸は紙面に垂直であり、ポート１０ＣではＹ軸は紙面に平行である。ＰＭＦ１２はポート１０Ｂ及び１０Ｃ間で空間的には９０°捩じれているのである。
【００４０】
光サーキュレータ８のポート８Ａに供給された信号光及びポンプ光は、ポート８Ｂから出力される。この出力された光は偏波ビームスプリッタ１０によってＴＭ成分及びＴＥ成分に分けられる。ＴＭ成分はポート１０Ｂからポート１０Ｃに向かってＰＭＦ１２内を伝搬し、ＴＥ成分はこれとは逆にポート１０Ｃからポート１０Ｂに向かってＰＭＦ１２内を伝搬する。ＴＭ成分はポート１０Ｂから出力された時点では紙面に垂直な偏波面を有しているが、その偏波面はＰＦＭ１２を通過した後には９０°回転させられて紙面に平行になっているので、時計周りに伝搬してきたＴＭ成分はポート１０Ｃからポート１０Ａに通過する。一方、ＴＥ成分は、ポート１０Ｃから出力された時点では紙面に水平な偏波面を有しているが、その偏波面はＰＭＦ１２内において９０°回転させられて、ポート１０Ｂでは紙面に垂直となる。従って、ＰＭＦ１２内を反時計回りに伝搬してきたＴＥ成分はポート１０Ｂからポート１０Ａに通過する。
【００４１】
このようにして偏波合成された光は、偏波ビームスプリッタ１０のポート１０Ａから光サーキュレータ８のポート８Ｂに供給され、ポート８Ｃから出力される。出力された光は光バンドパスフィルタ１４を通って出力ポート１６から出力される。
【００４２】
偏波合成の結果偏波ビームスプリッタ１０のポート１０Ａから出力される光には、信号光及びポンプ光が含まれる他、ＰＭＦ１２内において新たに発生した位相共役光（変換信号光）ＥC （波長λC ）が含まれている。つまり、信号光の一部は、ＰＭＦ１２における信号光及びポンプ光に基づく四光波混合により位相共役光に変換されるのである。波長λS 、λP 及びλC は前述した関係を満足しているので、互いに異なり、従って、光バンドパスフィルタ１４により位相共役光を抽出するものである。つまり、光バンドパスフィルタ１４は、波長λC を含み且つλS 及びλP を含まない通過帯域を有している。
【００４３】
このように、ＰＭＦ１２の一方の主軸（Ｙ軸）に対応する偏波モードを用いているので、ＰＭＦ１２のＹ軸に関する零分散波長にポンプ光の波長を正確に一致させることができ、変換帯域が拡大される。従来精々４０ｎｍ程度であった変換帯域を本発明により約１００ｎｍに拡大することができる。
【００４４】
ポンプ光源４としてレーザダイオードが用いられている場合、ポンプ光は実質的に直線偏波で与えられる。この場合、ポンプ光の偏波面は、信号光から位相共役光への変換における変換効率が信号光の偏波状態に依存しないように設定される。具体的には、ＴＭ成分及びＴＥ成分へのポンプ光の分配比が等しくなるように、ポンプ光の偏波面は偏波ビームスプリッタ１０のポート１０Ａにおいて紙面に４５°傾斜するように設定されるであろう。
【００４５】
このように本発明による装置では偏波ダイバーシティが適用されているので、偏波依存性のない変換器の提供が可能になる。
【００４６】
図４は本発明による装置の第２実施形態を示す図である。ここでは、ポンプ光源４から出力されたポンプ光の位相又は周波数を変調又は攪乱（dithering ）するために、変調回路２４がポンプ光源４に接続されている。ＰＭＦ１２における四光波混合の発生効率を高めるためには、ポンプ光のパワーを高めることが有効であるが、ポンプ光のパワーを高め過ぎると誘導ブリユアン散乱（ＳＢＳ）によりポンプ光がＰＭＦ１２内で反射されてしまう。本実施形態では、ポンプ光の位相又は周波数を変調又は攪乱しているので、ＳＢＳの発生が抑圧され、変換効率の高い変換器の提供が可能になる。変調周波数は数１００ＫＨｚ（例えば１５０ＫＨｚ）でよい。この実施形態では、例えばＬＤにより提供されるポンプ光源４に直接変調を適用しているが、外部変調器を用いた間接変調を適用してもよい。
【００４７】
図５は本発明によるシステムの第１実施形態を示す図である。ここでは、光ファイバ伝送路の波長分散及び非線形光カー効果による波形歪みが補償される。そのために、光ファイバ伝送路の概ね中間点に、図１又は図４に示される装置が変換器（あるいは位相共役光発生器：Ｐｈａｓｅ  Ｃｏｎｊｕｇａｔｏｒ）ＰＣとして用いられている。
【００４８】
送信機（ＴＸ）からの出力信号光ＥS を第１の光ファイバＦ１（長さＬ1 、分散Ｄ1 、非線形係数γ1 ）で光伝送した後、位相共役光発生器（ＰＣ）に入力する。ＰＣで位相共役光ＥC に変換し、第２の光ファイバＦ２（長さＬ2 、分散Ｄ2 、非線形係数γ2 ）で受信機（ＲＸ）まで光伝送する。受信機では、この位相共役光を受光器で受けて信号検出する。尚、送信信号の変調方式には光振幅（強度）、周波数、位相等あらゆる方式が適用可能であり、信号検出には位相共役光を帯域フィルタで抽出した後の光直接検波や光ヘテロダイン検波等が考えられる。
【００４９】
また、ここで用いる光ファイバは多くの場合単一モードの石英ファイバ（ＳＭＦ）であり、光通信において一般的に用いられている１．３μｍ零分散光ファイバや１．５５μｍ分散シフトファイバ（ＤＳＦ）等がその代表例である。
【００５０】
さらに、信号光は波長の異なる複数の光信号を波長分割多重して得られた波長分割多重（ＷＤＭ）信号光でもよい。この場合、複数の光信号の波長を波長軸上で不等間隔に配列しておくことによって、光ファイバ伝送路における不所望なＦＷＭの発生を抑制してクロストークを防止することができる（後述の図１０の説明においても同様）。
【００５１】
光ファイバ内の波長分散と自己位相変調（Self Phase Modulation)による波形歪を図５に示したシステムで補償するためには、ＰＣを挟んで対応する部分の分散と非線形効果の大きさを同じにすればよい。ここで、対応する部分とは、ＰＣから測った分散又は光カー効果の累積値が等しくなる２つの部分をいう。つまり、伝送路を分割したときに、ＰＣに近い側から順にＰＣに関して上記の意味で対象な位置にある各分割区間において分散と非線形効果の大きさを同じにすればよい。このことはまた、各分割区間内の分散値を同じにするとともに、各区間内で、
Ｄ1 ／γ1 Ｐ1 ＝Ｄ2 ／γ2 Ｐ2       …  （１ａ）
が成り立つようにすればよいことを示している。ここにＰ1 ，Ｐ2 は各部分における光パワーであり、
γj ＝ωｎ2j／ｃＡeffj              …  （２ａ）
は光ファイバ内の光カー効果の非線形係数を表す。ここに、ωは光角周波数、ｃは真空中の光速を表し、ｎ2jとＡeffjは光ファイバＦｊ（ｊ＝１，２）の非線形屈折率と有効コア断面積をそれぞれ表す。
【００５２】
伝送路に沿って非線形効果の損失による減少を補償するためには、分散を小さくしていくか光カー効果を大きくすればよい。分散の値を変化させることは、光ファイバの設計により可能であり有望である。例えば、分散シフトファイバ(Dispersion Shifted Fiber)の零分散波長を変化させることや、光ファイバのコアとクラッドの比屈折率差やコア径を変えることにより現在盛んに行われている。一方、光カー効果を変化させることは、非線形屈折率を変化させたり光強度を変化させることにより可能となる。
【００５３】
分散補償ファイバ(Dispersion Compensation Fiber) の分散値を、長手方向に光カー効果の変化に比例するように逓減する構造の分散逓減ＤＣＦ（ＤＤ−ＤＣＦ）と正常分散のＤＳＦによる伝送路によりシステムを構成することにより、高速・長距離伝送が可能となる。
【００５４】
光アンプを用いた長距離伝送においては、正常分散ファイバを用いるのが光アンプの雑音光による非線形歪（変調不安定性；modulation instability）を低減する上でよいことがわかっており、この構成は有望である。
【００５５】
上記の厳密な補償法の他に、光カー効果の変化がさほど大きくない場合（光アンプの中継間隔が非線形長に比べて十分短い場合など）には、以下のような平均パワーによる近似が成り立つ。
【００５６】
Ｄ1 ′Ｌ1 ＝Ｄ2 ′Ｌ2       …  （３ａ）
γ1 Ｐ1 ′Ｌ1 ＝γ2 Ｐ2 ′Ｌ2     …  （４ａ）
ここに、Ｐ1 ′，Ｐ2 ′は、それぞれ光ファイバＦｊ（ｊ＝１，２）内の平均パワーであり、また、Ｄ1 ′，Ｄ2 ′はそれぞれ光ファイバＦｊの平均分散である。
【００５７】
さらに、理想的な波形補償条件式（１ａ）は満たさないが、伝送路に逆符号の分散を配置することによる分散補償器を適宜配置することも可能である。
【００５８】
この方法は、特に海底伝送のような長距離伝送において有効である。その理由は以下の通りである。
【００５９】
即ち、ＰＣを用いた補償においては、その前後の光ファイバ内の波形歪を同じにする必要がある。このため、最も波形が歪んでいるのは、ＰＣの前後においてである。従って、ＰＣの位置においては、最も光パルスのスペクトルの拡がった状態になっている。一方、ＰＣ及び伝送路の光アンプからは雑音が付加されるが、この雑音によるＳ／Ｎ劣化はスペクトルが広いほど大きい。従って、ＰＣの前後でのスペクトル拡がりが少ないようにシステムを設計することは、伝送距離を延ばす上で非常に有効である。
【００６０】
この意味において、伝送路途中の分散補償により伝送路の総分散値を小さくすることは有効である。
【００６１】
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。
【００６２】
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５×１０-20 ｍ2 ／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３．２×１０-20 ｍ2 ／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。
【００６３】
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。
【００６４】
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）（γＰP Ｌ）2       …   (５ａ）
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。
【００６５】
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。
【００６６】
Δｋ＝δω2 β2 （ωP ）＋２γＰP     …  （６ａ）
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、（６ａ）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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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-1ｍ-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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
図６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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
以上説明した非線形光学媒質の製造方法はＰＭＦにも適用することができる。それによる効果は次の通りである。
【００８５】
理想的な分散管理が実現した場合は、各光波の偏波状態が位相整合の制限条件となる。信号光、ポンプ光及び位相共役光の偏波状態をファイバ入力端で一致させたとしても、ファイバを伝搬中に偏波分散の影響で波長の異なる各光波の偏波状態は次第にずれて来る。このずれは波長偏差が大きいほど大きくなるため、変換帯域を制限する。この制限を回避する最も有効な方法は、ファイバ内の偏波状態を固定することである。具体的には、図１又は図４の装置で説明したように、ＰＭＦを非線形光学媒質として用いればよい。従って、非線形定数が大きく、零分散波長の管理が理想的であり、しかもＰＭＦ化されたＤＳＦはファイバ四光波混合器として理想的なものであり、ポンプ光の波長をこのファイバの零分散波長に一致させることにより、極めて広い変換帯域を有する四光波混合器を提供することができる。
【００８６】
図７は本発明による装置の第３実施形態を示す図である。ここでは、偏波ビームスプリッタ１０及びＰＭＦ１２の動作の対称性により、双方向伝送用として使用可能な装置が示されている。
【００８７】
信号光ＥS （波長λS ）及びポンプ光ＥP1（波長λP1）に基づくＰＭＦ１２内の四光波混合により位相共役光ＥC1（波長λC1）が発生する点は図１に示される実施形態と同様である。ここでは、偏波ビームスプリッタ１０はもう１つのポート１０Ｄを有しており、第２の信号光ＥS2（波長λS2）及び第２のポンプ光ＥP2（波長λP2）に基づくＰＦＭ１２内における四光波混合により第２の位相共役光ＥC2（λC2）を発生させるために、それぞれ入力ポート２、ポンプ光源４、光カプラ６、光サーキュレータ８、光バンドパスフィルタ１４及び出力ポート１６に対応する入力ポート２′、ポンプ光源４′、光カプラ６′、光サーキュレータ８′、光バンドパスフィルタ１４′及び出力ポート１６′が設けられている。ポート１０Ｂ及び１０Ｄ間は紙面に水平な偏波成分により結合されており、ポート１０Ｃ及び１０Ｄ間は紙面に垂直な偏波面を有する偏波成分により結合されている。従って、信号光ＥS1が偏波ビームスプリッタ１０において偏波成分ＴＭ１及びＴＥ１に分けられるのと同様にして、第２の信号光ＥS2は偏波成分ＴＭ２及びＴＥ２に分けられる。
【００８８】
この構成によると、信号光ＥS1及びポンプ光ＥP1による位相共役光ＥC1の発生はＰＭＦ１２の一方の主軸（Ｙ軸）に関連して行なわれるのに対して、第２の信号光ＥS2及び第２のポンプ光ＥP2に基づく位相共役光ＥC2の発生はＰＭＦ１２の他方の主軸（Ｘ軸）に関連して行なわれることとなり、互いに干渉し合うことなく２つの位相共役光ＥC1及びＥC2を発生させることができる。
【００８９】
従って、２チャネルの光伝送路を有するシステムにおいて、入力ポート２及び出力ポート１６を一方のチャネルに適用し、入力ポート２′及び出力ポート１６′を他方のチャネルに適用することによって、１台の装置で２チャネルの伝送路に関して変換を行なうことができる。尚、図１の実施形態で説明した効果については両チャネルについて得られるが、その詳細は前述した通りであるのでその説明を省略する。
【００９０】
次に、位相共役光発生器を用いた光波ネットワークの実現例について説明する。図８は光波ネットワークの原理を説明するための図である。
【００９１】
光送信機（ＯＳ）２０２は信号ビームを出力する。
【００９２】
第１の光ファイバ（ファイバスパン）２０４は、信号ビームの入力端及び出力端にそれぞれ相当する第１端２０４Ａ及び第２端２０４Ｂを有している。第２端２０４Ｂには第１の位相共役光発生器（１ｓｔ  ＰＣ）２０６が動作的に接続されている。
【００９３】
第１の位相共役光発生器２０６は、第１の光ファイバ２０４から供給された信号ビームを第１の位相共役ビームに変換して出力する。
【００９４】
第２の光ファイバ（ファイバスパン）２０８は、第１の位相共役ビームの入力端及び出力端にそれぞれ相当する第３端２０８Ａ及び第４端２０８Ｂを有している。第４端２０８Ｂには第２の位相共役光発生器（２ｎｄ  ＰＣ）２１０が動作的に接続される。
【００９５】
第２の位相共役光発生器２１０は、第２の光ファイバ２０８から供給された第１の位相共役ビームを第２の位相共役ビームに変換して出力する。
【００９６】
第３の光ファイバ２１２は、第２の位相共役ビームの入力端及び出力端にそれぞれ相当する第５端２１２Ａ及び第６端２１２Ｂを有している。
【００９７】
第３の光ファイバ２１２によって伝送された第２の位相共役ビームを受けるために、光受信機（ＯＲ）２１４が設けられている。
【００９８】
第２の光ファイバ２０８の途中にはシステム中間点２１６が設定される。システム中間点２１６は後程定義される。
【００９９】
第２の光ファイバ２０８は、第３端２０８Ａ及びシステム中間点２１６の間の第１の部分２８１と、システム中間点２１６及び第４端２０８Ｂの間の第２の部分２８２とからなる。
【０１００】
本発明では、光ファイバ２０４，２０８及び２１２における各パラメータが次のようにして設定される。
【０１０１】
先ず、第１の光ファイバ２０４がＮ個（Ｎは１より大きい整数）の区間２０４（＃１，…，＃Ｎ）に仮想的に分割され、第２の光ファイバ２０８の第１の部分２８１も同じ数の区間２８１（＃１，…，＃Ｎ）に仮想的に分割される。このとき、第１の位相共役光発生器２０６から数えて対応する２つの区間の波長分散の平均値及び区間長の積が実質的に一致するようにされる。即ち、第１の光ファイバ２０４において第１の位相共役光発生器２０６から数えてｉ（１≦ｉ≦Ｎ）番目の区間２０４（＃ｉ）の波長分散（または分散パラメータ）の平均値及び区間長をそれぞれＤ1i及びＬ1iとし、第２の光ファイバ２０８の第１の部分２８１において第１の位相共役光発生器２０６から数えてｉ番目の区間２８１（＃ｉ）の波長分散（または分散パラメータ）の平均値及び区間長をそれぞれＤ2i及びＬ2iとするときに、
Ｄ1iＬ1i＝Ｄ2iＬ2i            …  （１）
が満足される。
【０１０２】
更に、区間２０４（＃ｉ）における光パワーの平均値及び非線形係数の平均値をそれぞれＰ1i及びγ1iとし、区間２８１（＃ｉ）における光パワーの平均値及び非線形係数の平均値をそれぞれＰ2i及びγ2iとするときに、
Ｐ1iγ1iＬ1i＝Ｐ2iγ2iＬ2i    …  （２）
が満足される。
【０１０３】
一方、第２の光ファイバ２０８の第２の部分２８２がＭ個（Ｍは１より大きい整数）の区間２８２（＃１，…，＃Ｍ）に仮想的に分割され、第３の光ファイバ２１２も同じ数の区間２１２（＃１，…，＃Ｍ）に仮想的に分割される。
【０１０４】
このとき、第２の光ファイバ２０８の第２の部分２８２において第２の位相共役光発生器２１０から数えてｊ（１≦ｊ≦Ｍ）番目の区間２８２（＃ｊ）の波長分散の平均値及び区間長をそれぞれＤ3j及びＬ3jとし、第３の光ファイバ２１２において第２の位相共役光発生器２１０から数えてｊ番目の区間２１２（＃ｊ）の波長分散の平均値及び区間長をそれぞれＤ4j及びＬ4jとするときに、
Ｄ3jＬ3j＝Ｄ4jＬ4j            …  （３）
が満足される。更に、区間２８２（＃ｊ）における光パワーの平均値及び非線形係数の平均値をそれぞれＰ3j及びγ3jとし、区間２１２（＃ｊ）における光パワーの平均値及び非線形係数の平均値をそれぞれＰ4j及びγ4jとするときに、
Ｐ3jγ3jＬ3j＝Ｐ4jγ4jＬ4j    …  （４）
が満足される。
【０１０５】
図８においては、第１の位相共役発生器２０６の前後で波形歪みは一旦大きくなるが、（１）式及び（２）式の条件により、システム中間点２１６において波長分散及び非線形性が補償され、波形は一旦元の状態に戻る。この回復した波形は再び第２の位相共役発生器２１０の前後で歪むが、（３）式及び（４）式の条件により、光受信機２１４においては、波長分散及び非線形性が補償された結果、波形は再び元に戻る。
【０１０６】
また、図８の構成は、海底等に敷設される可能性のある第２の光ファイバ２０８についての長さ等のパラメータの設定誤差に対して寛容である。即ち、システム中間点２１６において例え波形が完全に元の状態に戻らないとしても、この不完全性を第２の部分２８２、第２の位相共役光発生器２１０及び第３の光ファイバ２１２で再現することによって、光受信機２１４において波形を完全に元に戻すことができるのである。
【０１０７】
図９を参照すると、波長分散及び非線形性の補償の原理が示されている。この補償原理は他の実施形態においても同じである。ここでは、光送信機２０２からシステム中間点２１６に至るまでの補償の原理が説明される。先ず、図９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。
【０１０８】
光ファイバ伝送における光信号Ｅ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝Ｆ（ｘ，ｙ）φ（ｚ，ｔ）ｅｘｐ〔ｉ（ωｔ−ｋｚ）〕の伝搬は、一般に以下の非線形波動方程式によって記述可能である。ここに、Ｆ（ｘ，ｙ）は横方向のモード分布、φ（ｚ，ｔ）は光の複素包路線を表し、このφ（ｚ，ｔ）は光の周波数ωに比べて十分にゆっくり変化すると仮定する。
【０１０９】
【数１】
2004166306.tif 000003
ここに、Ｔ＝ｔ−β1 ｚ（β1 は伝搬定数）、αはファイバの損失、β2 はファイバの波長分散を表し、
【０１１０】
【数２】
2004166306.tif 000004
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，β，γはｚの関数であるとし、それぞれα（ｚ），β（ｚ），γ（ｚ）と表されるものとする。更に、位相共役光発生器の位置を原点（ｚ＝０）とする。ここで、以下の規格化関数を導入する。
【０１１１】
【数３】
2004166306.tif 000005
ここに、
【０１１２】
【数４】
2004166306.tif 000006
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。
【０１１３】
【数５】
2004166306.tif 000007
ここで以下の変換を行う。
【０１１４】
【数６】
2004166306.tif 000008
その結果、（９）式は以下のように変換できる。
【０１１５】
【数７】
2004166306.tif 000009
ここで、ｓｇｎ［β2 ］≡±１は、β2 ＞０，即ち正常分散の場合には＋１を、β2 ＜０，即ち以上分散の場合には−１をそれぞれとる。（１１）式が成り立てばその複素共役も成り立ち、次の式が得られる。
【０１１６】
【数８】
2004166306.tif 000010
複素共役光ｕ* はｕに対する発展方程式と同じ発展方程式に従う。但し、その際の伝搬方向は反転する。この動作は正しく位相共役器の動作である。特に透過型の位相共役器においては上記のことは波長分散とＳＰＭとによる位相シフトを反転させることと等価である。
【０１１７】
ここで、図９においては、第１の光ファイバ２０４の長さはＬ1 であり、第２の光ファイバ２０８の第１の部分２８１の長さはＬ2 であるとする。また、位相共役光発生器２０６はｚ軸座標及びζ座標の原点ｚ＝０（ζ＝０）に配置される。システム中間点２１６のｚ座標及びζ座標はそれぞれＬ2 及びζ0 である。
【０１１８】
第１の光ファイバ２０４においては、信号ビームｕ（Ｅｓ）は発展方程式（１１）に従って伝搬する。位相共役光発生器２０６により信号ビームｕは位相共役ビームｕ* （Ｅｃ）に変換される。位相共役ビームｕ* は第２の光ファイバ２０８の第１の部分２８１において発展方程式（１２）式に従って伝搬する。
【０１１９】
このときζ軸上の位相共役光発生器２０６の位置（ζ＝０）に関して対称な位置にある任意の２点−ζ，ζにおける規格化距離ｄζ内において、（１１）式の右辺第１、２項の係数が等しくなるように各パラメータの値を設定すれば、ζにおけるｕ* は−ζにおけるｕの位相共役波となる。即ち、次の２式が条件となる。
【０１２０】
【数９】
2004166306.tif 000011
（１３）式は第１の光ファイバ２０４及び第１の部分２８１の分散の符号が等しい必要性を示している。ファイバ内では、γ＞０，Ａ（ｚ）2 ＞０であることを考慮すると、上記条件は次のようにまとめることができる。
【０１２１】
【数１０】
2004166306.tif 000012
第１の光ファイバ２０４内の（−ζ）における波長分散とＳＰＭとによる位相シフトは位相共役光発生器２０６により符号が反転する。従って、この位相シフトによる波形歪みは第１の部分２８１内の（ζ）における位相シフトによる歪みにより補償される。このように区間毎に上記のような設定による補償を繰り返していけば、全長に渡る補償が可能となる。
【０１２２】
次に、上記の補償条件をｚ座標で記述する。（１５）式より、
【０１２３】
【数１１】
2004166306.tif 000013
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。
【０１２４】
【数１２】
2004166306.tif 000014
（１６），（１７）式より（１８），（１９）式が得られる。
【０１２５】
【数１３】
2004166306.tif 000015
ｄｚ1 ，ｄｚ2 はそれぞれ−ｚ1 ，ｚ2 における小区間の長さであり、各区間長は当該区間内の分散に反比例するか或いは非線形係数と光パワーの積に反比例する。ここで、分散β2 と分散パラメータＤの関係、Ｄ＝−（２πｃ／λ2 ）β2を考慮すれば、（１８），（１９）式より以下の関係が得られる。Ｄはｚの関数であり、Ｄ（ｚ）とも表される。
【０１２６】
【数１４】
2004166306.tif 000016
分散及び非線形性についていずれも位相共役光発生器２０６に関して対称な２つの位置の一方における増加分と他方の減少分とが等しいことが補償の条件であることがわかる。
【０１２７】
（２０），（２１）式は、補償のための必要条件であり、対応する２つの区間で総分散量と光カー効果の総量とが等しくなることを示している。即ち、（１）式乃至（４）式の条件の有効性が確認された。
【０１２８】
特にα，Ｄ及びγが一定であり且つパワーの変動が小さい場合には（２０），（２１）式を積分すれば、
Ｄ1 Ｌ1 ＝Ｄ2 Ｌ2           …  （２２）
γ1 Ｐ1 Ｌ1 ＝γ2 Ｐ2 Ｌ2   …  （２３）
を得る。ここで、Ｐ1 ，Ｐ2 はそれぞれ第１の光ファイバ２０４及び第１の部分２８１における平均パワーである。また、Ｄ1 ，γ1 はそれぞれ第１の光ファイバ２０４の分散パラメータの平均値及び非線形係数の平均値、Ｄ2 ，γ2 はそれぞれ第１の部分２８１の分散パラメータの平均値及び非線形係数の平均値である。（２２），（２３）式は分散補償及び平均値近似によるＳＰＭの補償法における条件と一致する。
【０１２９】
実用的には、（２２）式の条件を満足するだけでも本発明を実施することができる。即ち、本発明によると、信号ビームの入力端及び出力端にそれぞれ相当する第１端及び第２端を有する第１の光ファイバと、上記第２端に動作的に接続され上記信号ビームを位相共役ビームに変換して出力する位相共役光発生器と、上記位相共役ビームの入力端及び出力端にそれぞれ相当する第３端及び第４端を有する第２の光ファイバとを備え、上記第１の光ファイバの波長分散の平均値及び長さの積は上記第２の光ファイバの波長分散の平均値及び長さの積に実質的に一致する光ファイバ通信システムが提供される。
【０１３０】
望ましくは、（２３）式の条件を満足するために、上記第１の光ファイバにおける光パワーの平均値及び非線形係数の平均値並びに上記第１の光ファイバの長さの積は上記第２の光ファイバにおける光パワーの平均値及び非線形係数の平均値並びに上記第２の光ファイバの長さの積に実質的に一致する。
【０１３１】
第１及び第２の光ファイバを含む光路上に複数の光増幅器が設けられている場合には、これらのうちの隣り合う２つの光増幅器の間隔を光路（光ファイバ）の非線形長よりも短く設定するのが望ましい。
【０１３２】
図９においては、システム中間点２１６の上流側における補償の原理が示されている。システム中間点２１６の下流側における補償の原理はこれと同じようにして理解することができるのでその説明を省略する。
【０１３３】
図９による説明においては、（１０）式に示されるように、位相共役光発生器２０６からの波長分散の累積値によって規格化座標が定義されている。その結果、要求される条件は、（１５）式により示されているように、位相共役光発生器２０６からの波長分散の累積値が等しい第１の光ファイバ２０４及び第１の部分２８１上の２点の各々における光パワー及び非線形係数の積と波長分散との比が実質的に一致することである。
【０１３４】
図９においては、位相共役光発生器２０６からの非線形効果の累積値（即ち光パワー及び非線形係数の積の累積値）によって規格化座標が定義されてもよい。この場合には、位相共役光発生器２０６からの当該累積値が等しい第１の光ファイバ２０４及び第１の部分２８１上の２点の各々における光パワー及び非線形係数の積と波長分散との比が実質的に一致することが条件となる。
【０１３５】
以上の説明の通り、位相共役光発生器に接続される第１の光ファイバと第２の光ファイバとの間で、光ファイバの総分散量と光カー（Ｋｅｒｒ）効果との総量とが等しくなるように設定することにより、第１の光ファイバに入力される光パルス波形と第２の光ファイバから出力される光パルス波形とがほぼ同一の形状を有するように位相共役光発生器により補償されることがわかる。即ち、光パルスの送信側（第１の光ファイバの入力端）と光パルスの受信側（第２の光ファイバの出力端）において、ほぼ同一形状の光パルス波形が得られることとなり、これらの入力端、出力端に光ＡＤＭ（Add Drop Multiplexer：光信号挿入分岐装置）を設けることにより、光ＡＤＭでは、受信光パルスが送信光パルスとほぼ同一の状態で受信することが可能となる。そのため、各ＡＤＭにおいて、受信光パルスのＳＮＲを劣化させることなく、受信光パルスの再生（波形整形・タイミング再生）処理を不要にすることが可能となり、柔軟性に富んだシステムの構築が可能になる。この原理を応用した所謂光波ネットワークについて以下に説明する。
【０１３６】
本発明による装置は広い変換帯域を有しているので、波長分割多重に効果的に適用することができる。具体的には次の通りである。
【０１３７】
図１０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。
【０１３８】
非線形光学媒質として光ファイバ又はＰＭＦ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１０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。
【０１３９】
図１１は、本発明によるシステムの第２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ＰＣ２３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１０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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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１１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。
【０１４２】
例えば、図１２に示されるように、図１１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１２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。
【０１４３】
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。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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
図１３は、図１１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、レッドバンド及びブルーバンド間における位相共役変換を容易に行うことができる。
【０１４７】
図１４は、図１１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。図１０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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
最近、レッドバンド及びブルーバンド全般に渡って平坦な利得を有するＥＤＦＡが開発されている。エルビウムと共に主としてアルミニウムを高濃度に共ドープすると共に、利得等化器を組み合わせることにより、約４０ｎｍ（概ね１５２５−１５６５ｎｍ）の帯域の光増幅器が実現している。この帯域はＣバンドと称されることがある。
【０１５０】
一方で、Ｃバンドよりも長波長側の１５７０−１６１０ｎｍの帯域において平坦な利得を有する光増幅器も開発されつつある。この帯域はＬバンドと称されることがある。この光増幅器は利得シフトＥＤＦＡと称され、アルミニウムを共ドープしたＥＤＦＡの長さをＣバンドのものに比べて長くすることにより、本来単位長さ当たりの利得が小さなＬバンドにおける利得を確保したものである。
【０１５１】
Ｃバンド用の光増幅器及びＬバンド用の光増幅器をパラレルに組み合わせることにより、８０ｎｍ近い帯域の光増幅器が開発されている。更に、テルライドベースのＥＤＦＡを用いてやはり８０ｎｍ近い帯域の光増幅器が開発されつつある。
【０１５２】
図１５は図１１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１５２で示されるようにＬ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１５４で示されるようにＣバンドに含まれている。
【０１５３】
このように、本発明によると、広い変換帯域が得られるので、本発明による装置と広帯域な光増幅器との組み合わせは、柔軟性に富んだ長距離大容量のシステムを構築する上で極めて有用である。
【０１５４】
図１６に示されるように、一般に、四光波混合器ＦＷＭにＷＤＭ信号光を入力すると、ＷＤＭ信号光と変換光とがそれぞれ出力される。四光波混合器ＦＷＭは本発明による装置によって提供され得る。効率の十分高い四光波混合器においては、信号光はパラメトリック効果により増幅される。この場合、信号光に対するパラメトリック利得をＧとすれば、変換光は（Ｇ−１）の利得を得る。このように、四光波混合器は、信号機をスルーすると共に、変換光も出力可能であることを大きな特徴としており、この特徴を生かして以下のようにＷＤＭネットワークへの応用が可能である。
【０１５５】
図１７は本発明によるシステムの第３実施形態を示す図である。ここでは、図１１で説明したような光ファイバネットワークＮＷ１及びＮＷ２の間を四光波混合器ＦＷＭにより接続し、波長帯λ1jと波長帯λ2jとの間での変換を可能にしている。四光波混合器ＦＷＭとしては、例えば、双方向伝送に可能な図７に示される装置を用いることができる。
【０１５６】
図１８は本発明によるシステムの第４実施形態を示す図である。図１７に示される光ファイバネットワークＮＷ１及びＮＷ２の各々は、通常の伝送路としての機能を含むものとして解釈されるべきである。即ち、図１８に示されるような双方向伝送が行なわれている場合に、下り回線及び上り回線をそれぞれ光ファイバネットワークＮＷ１及びＮＷ２として理解すべきである。
【０１５７】
図１８に示されるシステムでは、下り回線から上り回線へのループバックを行なうために、四光波混合器ＦＷＭにより波長帯λ1jを波長帯λ2jに変換し、上り回線から下り回線へのループバックを行なうために、もう１つの四光波混合器ＦＷＭにより波長帯λ2jを波長λ1jに変換している。各四光波混合器ＦＷＭとしては図１又は図４に示される装置を用いることができる。あるいは、これら２つの四光波混合器ＦＷＭは図７に示されるような装置１つによって提供されてもよい。
【０１５８】
これまでは、一括して波長変換されたＷＤＭ信号光の全てをやり取りする応用について説明したが、前述した光ＡＤＭと組み合わせることによって、ＷＤＭ信号光のうちの任意のチャネルをやり取りすることができるようになり、より柔軟性に富んだシステムの構築が可能になる。
【０１５９】
図１９は本発明によるシステムの第５実施形態を示す図である。ここでは、光ファイバネットワークＮＷ１における波長帯λ1jのＷＤＭ信号光を四光波混合器ＦＷＭにより変換光に変換し、この変換光に基づき光アッドマルチプレクサＡＤＭが任意の波長チャネルを抽出し、抽出された信号が光ファイバネットワークＮＷ２に送り込まれる。また、光ファイバネットワークＮＷ２における波長帯λ2jのＷＤＭ信号光がもう１つの四光波混合器ＦＷＭにより変換光に変換され、この変換光に基づき光アッドマルチプレクサＡＤＭが任意の波長のチャネルを抽出し、抽出された信号が光ファイバネットワークＮＷ１に送り込まれる。
【０１６０】
図２０は本発明によるシステムの第６実施形態を示す図である。このシステムは、図１９に示されるシステムと対比して、各四光波混合器ＦＷＭが光ファイバネットワークＮＷ１及びＮＷ２の各々の内部に配置されている点で特徴付けられる。従って、光ファイバネットワークＮＷ１及びＮＷ２の各々においては、各波長帯のＷＤＭ信号光は四光波混合器ＦＷＭをスルーすることもできる。この構成も図１８に示されるシステムと同様に双方向伝送等にも応用可能である。
【０１６１】
図２１は本発明によるシステムの第７実施形態を示す図である。伝送路内に順次配置された光アッドマルチプレクサＡＤＭにより適宜抽出された波長チャネルの信号が四光波混合器ＦＷＭにより光ファイバネットワークＮＷ１及びＮＷ２の各波長帯に波長変換された後、各ネットワークに送り込まれる。一方、各ネットワークのＷＤＭ信号光も四光波混合器ＦＷＭにより伝送路の帯域に波長変換され、必要な波長チャネルの信号が伝送路に送り込まれる。
【０１６２】
図２２は本発明によるシステムの第８実施形態を示す図である。このシステムは、図１１に示されるシステムと対比して、各ノード１４２に代えて光アッドマルチプレクサＡＤＭが設けられている点で特徴付けられる。即ち、各位相共役光発生器ＰＣにより波形歪みが最も補償されるポイントに各光アッドマルチプレクサＡＤＭを設け、ここで任意の波長チャネルの信号を出し入れするようにしているのである。
【０１６３】
図２３は本発明によるシステムの第９実施形態を示す図である。ここでは、光ファイバ伝送路１４０には共通の波長帯λS が設定されており、各位相共役光発生器ＰＣは光ファイバネットワークＮＷ１，ＮＷ２及びＮＷ３の各々の内部に設けられている。各位相共役光発生器ＰＣでは波長変換及び波形歪みの補償が行なわれ、そのうちの任意の波長の信号が光アッドマルチプレクサＡＤＭにより光ファイバ伝送路１４０に送り込まれると共に、光ファイバ伝送路１４０から光アッドマルチプレクサＡＤＭにより抽出された任意の波長チャネルの信号を、位相共役光発生器ＰＣを用いて各ネットワークの波長帯に変換して取り込むようにしている。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】図１は本発明に本発明による装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】図２は本発明による装置の動作原理の説明図である。
【図３】図３はＰＭＦ（偏波維持ファイバ）の偏波モードの説明図である。
【図４】図４は本発明による装置の第２実施形態を示す図である。
【図５】図５は本発明によるシステムの第１実施形態を示す図である。
【図６】図６は非線形光学媒質の製造プロセスの例を示す図である。
【図７】図７は本発明による装置の第３実施形態を示す図である。
【図８】図８は光波ネットワークの基本原理を説明する図である。
【図９】図９は図８における補償原理の説明図である。
【図１０】図１０はＷＤＭ信号光の一括変換を説明するための図である。
【図１１】図１１は本発明によるシステムの第２実施形態を示す図である。
【図１２】図１２は本発明によるシステムにおける波長帯の設定例を示す図である。
【図１３】図１３は本発明によるシステムにおける波長帯の他の設定例を示す図である。
【図１４】図１４は本発明によるシステムにおける分散配置の例を示す図である。
【図１５】図１５は本発明によるシステムにおける波長帯の更に他の設定例を示す図である。
【図１６】図１６は四光波混合器の説明図である。
【図１７】図１７は本発明によるシステムの第３実施形態を示す図である。
【図１８】図１８は本発明によるシステムの第４実施形態を示す図である。
【図１９】図１９は本発明によるシステムの第５実施形態を示す図である。
【図２０】図２０は本発明によるシステムの第６実施形態を示す図である。
【図２１】図２１は本発明によるシステムの第７実施形態を示す図である。
【図２２】図２２は本発明によるシステムの第８実施形態を示す図である。
【図２３】図２３は本発明によるシステムの第９実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【０１６５】
ＮＷ１  第１の波長多重ネットワーク
ＮＷ２  第２の波長多重ネットワーク
ＦＷＭ  四光波混合器
【図１】
2004166306.tif 000017
【図２】
2004166306.tif 000018
【図３】
2004166306.tif 000019
【図４】
2004166306.tif 000020
【図５】
2004166306.tif 000021
【図６】
2004166306.tif 000022
【図７】
2004166306.tif 000023
【図８】
2004166306.tif 000024
【図９】
2004166306.tif 000025
【図１０】
2004166306.tif 000026
【図１１】
2004166306.tif 000027
【図１２】
2004166306.tif 000028
【図１３】
2004166306.tif 000029
【図１４】
2004166306.tif 000030
【図１５】
2004166306.tif 000031
【図１６】
2004166306.tif 000032
【図１７】
2004166306.tif 000033
【図１８】
2004166306.tif 000034
【図１９】
2004166306.tif 000035
【図２０】
2004166306.tif 000036
【図２１】
2004166306.tif 000037
【図２２】
2004166306.tif 000038
【図２３】
2004166306.tif 000039