相位共軛光學(xué)
轉(zhuǎn)載于：http://ioe.pim.tsinghua.edu.cn/faculty/yangcx/ycx_files/research/Res6.htm 光纖色散效應(yīng)和非線性光學(xué)克爾（Kerr）效應(yīng)限制了光纖通信傳輸速率和容量。相位共軛（OPC）可以同時(shí)補(bǔ)償光纖通信系統(tǒng)中的色散和非線性克爾效應(yīng)，是很有前景的一項(xiàng)技術(shù)。隨著光纖通信系統(tǒng)的傳輸速率進(jìn)一步提高，下一代高速全光網(wǎng)需要一種高效、寬帶的相位共軛技術(shù)。我們擬利用光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)一種全新的相位共軛器，并利用光子晶體光纖相位共軛補(bǔ)償光纖的色散效應(yīng)和非線性克爾效應(yīng)。本課題得到國(guó)家自然科學(xué)基金（60478003）的資助。
我們理論研究了相位共軛對(duì)波分復(fù)用系統(tǒng)中各種非線性的補(bǔ)償效果，發(fā)現(xiàn)對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)，相位共軛對(duì)不同的非線性效應(yīng)有不同的補(bǔ)償效果，甚至?xí)鰪?qiáng)某種非線性作用。在實(shí)驗(yàn)上，我們利用1km長(zhǎng)的高非線性色散位移光纖實(shí)現(xiàn)了經(jīng)過(guò)展寬的～300fs超短脈沖的相位共軛，轉(zhuǎn)換效率為-16dB，帶寬為38nm。
圖1 相位共軛（OPC）補(bǔ)償色散和非線性系統(tǒng)示意圖
圖2 波分復(fù)用系統(tǒng)的兩個(gè)信道的頻譜：
（a）輸入；
（b）功率對(duì)稱系統(tǒng)且沒(méi)有相位共軛的輸出；
（c）功率對(duì)稱系統(tǒng)且有相位共軛的輸出；
（d）功率不對(duì)稱系統(tǒng)且沒(méi)有相位共軛的輸出；
（e）功率不對(duì)稱系統(tǒng)且有相位共軛的輸出。
比較（b）、（c）圖可知在理想情況下相位共軛能夠補(bǔ)償系統(tǒng)中所有的非線性效應(yīng)；比較（d）、（e）圖發(fā)現(xiàn)對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)，相位共軛對(duì)不同的非線性效應(yīng)有不同的補(bǔ)償效果，甚至?xí)鰪?qiáng)某種非線性作用。
圖3 相位共軛補(bǔ)償效果（衰減程度R）隨第一段光纖色散參量（D1）變化的曲線。可見(jiàn)相位共軛對(duì)各種非線性效應(yīng)的補(bǔ)償效果隨鏈路色散分布不同而變化。因此，必須優(yōu)化色散布置，使得相位共軛補(bǔ)償系統(tǒng)最主要的非線性損害。
圖4飛秒脈沖的相位共軛實(shí)驗(yàn)裝置圖。EDFA：摻鉺光纖放大器，PC：偏振控制器，SSMF：標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，HNLF：高非線性光纖，ATT：可調(diào)衰減器，OSA：光譜儀。
圖5超短脈沖的（a）自相關(guān)軌跡，（b）頻譜。圖（b）中實(shí)線為直接輸出的頻譜，虛線為脈沖經(jīng)過(guò)10km標(biāo)準(zhǔn)單模光纖后的頻譜。
圖6相位共軛的歸一化轉(zhuǎn)換效率。泵浦波長(zhǎng)為1543.0nm，泵浦功率為14dBm。由圖可知相位共軛的3dB轉(zhuǎn)換帶寬約為38nm。
圖7超短脈沖相位共軛頻譜
圖8相位共軛閑頻光功率隨泵浦、信號(hào)波長(zhǎng)差變化的曲線。測(cè)試時(shí)固定信號(hào)，改變泵浦波長(zhǎng)。由圖有相位共軛最高轉(zhuǎn)換效率為-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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