相位共轭光学
转载于：http://ioe.pim.tsinghua.edu.cn/faculty/yangcx/ycx_files/research/Res6.htm 光纤色散效应和非线性光学克尔（Kerr）效应限制了光纤通信传输速率和容量。相位共轭（OPC）可以同时补偿光纤通信系统中的色散和非线性克尔效应，是很有前景的一项技术。随着光纤通信系统的传输速率进一步提高，下一代高速全光网需要一种高效、宽带的相位共轭技术。我们拟利用光子晶体光纤实现一种全新的相位共轭器，并利用光子晶体光纤相位共轭补偿光纤的色散效应和非线性克尔效应。本课题得到国家自然科学基金（60478003）的资助。
我们理论研究了相位共轭对波分复用系统中各种非线性的补偿效果，发现对于实际应用的系统，相位共轭对不同的非线性效应有不同的补偿效果，甚至会增强某种非线性作用。在实验上，我们利用1km长的高非线性色散位移光纤实现了经过展宽的～300fs超短脉冲的相位共轭，转换效率为-16dB，带宽为38nm。
图1 相位共轭（OPC）补偿色散和非线性系统示意图
图2 波分复用系统的两个信道的频谱：
（a）输入；
（b）功率对称系统且没有相位共轭的输出；
（c）功率对称系统且有相位共轭的输出；
（d）功率不对称系统且没有相位共轭的输出；
（e）功率不对称系统且有相位共轭的输出。
比较（b）、（c）图可知在理想情况下相位共轭能够补偿系统中所有的非线性效应；比较（d）、（e）图发现对于实际应用的系统，相位共轭对不同的非线性效应有不同的补偿效果，甚至会增强某种非线性作用。
图3 相位共轭补偿效果（衰减程度R）随第一段光纤色散参量（D1）变化的曲线。可见相位共轭对各种非线性效应的补偿效果随链路色散分布不同而变化。因此，必须优化色散布置，使得相位共轭补偿系统最主要的非线性损害。
图4飞秒脉冲的相位共轭实验装置图。EDFA：掺铒光纤放大器，PC：偏振控制器，SSMF：标准单模光纤，HNLF：高非线性光纤，ATT：可调衰减器，OSA：光谱仪。
图5超短脉冲的（a）自相关轨迹，（b）频谱。图（b）中实线为直接输出的频谱，虚线为脉冲经过10km标准单模光纤后的频谱。
图6相位共轭的归一化转换效率。泵浦波长为1543.0nm，泵浦功率为14dBm。由图可知相位共轭的3dB转换带宽约为38nm。
图7超短脉冲相位共轭频谱
图8相位共轭闲频光功率随泵浦、信号波长差变化的曲线。测试时固定信号，改变泵浦波长。由图有相位共轭最高转换效率为-15.95dB。 - Xiaosheng Xiao, Shiming Gao, Yu Tian, He Yan, and Changxi Yang, "The effect of optical phase conjugation on inter- and intra-channel nonlinearities in ultrahigh speed transmission systems," Proc. SPIE, APOC 2005 (Invited), vol. 6021, paper 6021-162.
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