技术摘要：
光通信装置、光传输系统、波长转换器及光通信方法。一种光通信装置，该光通信装置包括：激发光源，其输出激发光；复用器，其对信号光和从激发光源输出的激发光进行复用；第一非线性光学介质，经复用的激发光和信号光被输入到该第一非线性光学介质中，以及第二非线性光  全部
背景技术：
在波长转换中，由于波长色散而导致的输入光与经转换信号光之间的相位不匹配 以及由于与频率相关的偏振旋转而导致的偏振不匹配导致转换效率降低。为了对WDM信号 全部一起进行波长转换，期望在宽带上具有有利的波长转换特性的波长转换。 本公开的目的是在光通信中通过实现在宽带上的波长转换特性来扩展通信容量。 根据实施方式的一个方面，一种光通信装置，该通信装置包括：激发光源，其输出 激发光；复用器，其对信号光和从激发光源输出的激发光进行复用；第一非线性光学介质， 经复用的激发光和信号光被输入到该第一非线性光学介质中，以及第二非线性光学介质， 其与第一非线性光学介质串联联接，并且具有与第一非线性光学介质的光学特性不同的光 学特性。 4 CN 111600673 A 说　明　书 2/15 页 附图说明 图1A至图1C是说明当波长转换应用于WDM时转换效率的降低的图； 图2是应用了实施方式的光传输系统的示意图； 图3是实施方式的波长转换器的示意图； 图4是用于说明实施方式的波长转换器的效果的示意图； 图5A和图5B是例示了波长转换器中使用的非线性光学介质的示例的图； 图6A至图6C是例示了该实施方式在各种波长转换方法中的效果的概念图； 图7是用于说明在使用单波长的激发光的波长转换的情况下对偏振旋转进行补偿 的图； 图8A和图8B是用于说明在使用正交偏振的两个波长的激发光和平行偏振的两个 波长的激发光的波长转换的情况下对偏振串扰进行补偿的图； 图9是例示了实施方式的波长转换器的变型例的图； 图10是用于说明图9的波长转换器的效果的示意图； 图11是例示了实施方式的波长转换器的另一变型例的图；以及 图12是用于说明图11的波长转换器的效果的示意图。
技术实现要素：
图1A至图1C是例示了当波长转换应用于WDM时波长色散和与频率有关的偏振旋转 的影响的图。图1A例示了输入信号光和经转换信号光的光谱，图1B是例示了输入信号光和 经转换信号光之间的相位不匹配的图，并且图1C例示了输入信号光和经转换信号光之间的 偏振旋转量的不匹配。 通过使输入信号光和波长为νP的激发光入射到非线性光学介质上，以由于非线性 光学效应而允许获得具有中心波长为(2νP-νi)的经转换信号光作为非线性光学介质的输 出光。当具有足够强度的光入射到非线性光学介质上时，在入射电场上非线性光学介质内 部会发生非线性(二阶或更高阶)偏振，并且通过偏振的振荡生成频率分量与入射光的频率 分量不同的光波。 在对WDM施加波长转换的情况下，由于包含多个波长分量的光全部一起被转换，因 此期望在宽带上具有波长转换特性。 通过使激发光的波长νP与零色散波长ν0一致，可以保持高强度的转换信号光。在宽 带上的波长转换中，经转换信号光的光谱通过波长色散和与频率有关的偏振旋转而失真， 从而降低了转换效率。 如图1A至图1C所示，在单波长的激发光的情况下，在波段的远离激发光波长νP的 端部，输入信号光和经转换信号光之间的波长色散量之差很明显，因此经转换信号光的频 谱由于相位不匹配劣化。频谱的劣化降低了转换效率并且抑制了宽带上的转换操作。为了 向在非线性光学介质内部生成的经转换信号光提供足够的强度并在宽带上执行转换操作， 期望输入信号光和经转换信号光的相位在期望的波段上匹配。 如图1C所示，由于非线性光学介质的双折射，在非线性光学介质内部传播的光中 发生与频率相关的偏振旋转。在这种情况下，由于输入信号光和经转换信号光之间的偏振 不匹配，转换效率降低。在使用两束激发光的情况下，由于两束激发光之间的偏振串扰，转 5 CN 111600673 A 说　明　书 3/15 页 换效率降低。 如果可以在预定波段上保持输入信号光和经转换信号光之间的相位匹配并且减 小偏振旋转，则实现在宽带上的高效波长转换。 实施方式使用非线性光学介质，该非线性光学介质具有由于减小了波长色散和与 频率相关的偏振旋转而导致的相位不匹配中的至少一种。具体地，具有不同符号或具有不 同特性的非线性光学介质被组合，以在波长转换时补偿波长色散和与频率相关的偏振旋转 中的至少一种。 具有不同符号的特性的组合的示例包括：依据斯托克斯空间中的波长，偏振顺时 针旋转的非线性光学介质和偏振逆时针旋转的非线性光学介质的组合；具有正四阶色散值 的非线性光学介质和具有负四阶色散值的非线性光学介质的组合；具有正三阶色散值的非 线性光学介质与具有负三阶色散值的非线性光学介质的组合等等。这些组合中的两个或更 多个组合可以组合在一起。例如，具有顺时针和逆时针偏振旋转的非线性光学介质的组合 与具有正四阶色散值和负四阶色散值的非线性光学介质的组合可以组合在一起。 在有利的配置中，具有不同特性或具有不同符号的特性的非线性光学介质在光轴 方向上交替布置。对波长色散和与频率相关的偏振旋转中的至少一种进行补偿，以减少频 率分量之间的相位不匹配和偏振不匹配中的至少一种。这使得可以在宽带上实现波长转 换。 图2是根据实施方式的传输系统1的示意图。传输系统1包括在发送侧的光通信装 置10、在接收侧的光通信装置20以及联接在这些光通信装置10和20的光传输路径18。光通 信装置10和光通信装置20各具有发送侧和接收侧上的功能。为了说明的目的，以光通信装 置10在发送侧上的功能和光通信装置20在接收侧上的功能为例进行说明。 光通信装置10包括第一组中包括的光发送器11-L1至11-LNL、第二组中包括的光 发送器11-C1至11-CNC、以及第三组中包括的光发送器11-S1至11-SNS(以下适当地统称为 “光发送器11”)。例如，这些光发送器11分别是光应答器的光电转换前端电路。光发送器11 具有相同的配置，并且输出具有C波段(1530nm至1565nm)的波长信道的信号(在附图中被称 为“C波段发送器”)。 第一组中的光发送器11-L1至11-LNL的输出光由第一波长复用器12-1复用。第二 组中的光发送器11-C1至11-CNC的输出光由第二波长复用器12-2复用。第三组中的光发送 器11-S1至11-SNS的输出光由第三波长复用器12-3复用。第一波长复用器12-1至第三波长 复用器12-3具有相同的功能和配置，并且复用多个波长信道的输入信号并输出结果信号。 第一波长复用器12-1的输出由第一光放大器13-1放大。第二波长复用器12-2的输 出由第二光学放大器13-2放大。第三波长复用器12-3的输出由第三光放大器13-3放大。第 一光放大器13-1至第三光放大器13-3具有相同的功能和配置，并放大了C波段的经复用的 光信号。 由第一光放大器13-1放大的C波段信号光经过由第一波长转换器30-1进行的波长 转换，并输入到波长复用器16。在此示例中，C波段信号全部一起被转换为L波段的信号。 由第三光放大器13-3放大的C波段信号光经过由第二波长转换器30-2进行的波长 转换，并输入到波长复用器16。在此示例中，C波段信号全部一起被转换为S波段信号。 由第二光放大器13-2放大的C波段信号光不经过波长转换，而原样输入到波长复 6 CN 111600673 A 说　明　书 4/15 页 用器16。 波长复用器16对L波段信号光、C波段信号光和S波段信号光进行复用，并且向光传 输路径18输出所得的光信号。该光信号包含从L波段到S波段的波长信道，并且实施了在宽 带上的光通信。光信号通过光传输路径18传播并且由光通信装置20接收。 由光通信装置20接收到的光信号被波长解复用器26解复用为L波段信号光、C波段 信号光和S波段信号光。L波段信号光由第三波长转换器30-3转换为C波段信号光，并且由光 放大器23-1放大，并由第一波长解复用器22-1解复用到不同的波长信道中。 S波段信号光由第四波长转换器30-4转换为C波段信号光，由光放大器23-3放大， 并且由第三波长多路解复用器22-3解复用为不同的波长信道。C波段信号光不经过波长转 换，由光放大器23-2原样放大，并由第二波长解复用器22-2解复用到不同的波长信道中。 光放大器23-1至23-3具有相同的功能和配置。波长解复用器22-1至22-3具有相同 的功能和配置，并且分别将C波段信号光解复用到不同的波长信道中。 由第一波长解复用器22-1解复用的信号光束被提供给第一组的光接收器21-L1至 21-LNL。由第二波长解复用器22-2解复用的信号光被提供给第二组的光接收器21-C1至21- CNC。由第三波长解复用器22-3解复用的信号光被提供给第三组的光接收器21-S1至21-SNS。 适当地将光接收器21-L1至21-LNL、光接收器21-C1至21-CNC和光接收器21-S1至21-SNS统称 为“光接收器21”。 例如，这些光接收器21分别是光应答器的光电转换前端电路。光接收器21具有相 同的配置，并将具有C波段(1530nm至1565nm)的波长信道的光转换为电信号(在附图中被称 为“C波段接收器”)。 该传输系统不使用用于各个波段的光组件，而是使用共同的光发送器和接收器、 波长复用器和解复用器、光放大器等。使用波长转换器30-1至30-4使得可以使用现有的光 组件来扩展光通信频带。 图3是用作实施方式的波长转换器30的波长转换器的示意图。每个波长转换器30 包括光复用器31、激发光源32、第一非线性光学介质33、第二非线性光学介质34和滤光器 35。第一非线性光学介质33和第二非线性光学介质34具有彼此不同的特性，例如符号不同。 中心波长为νi的信号光输入到光复用器31。要输入的信号光包含具有多个波长信 道的光，并且具有多个波长信道的光全部一起被转换成不同的波长波段。波长不同于输入 信号光的波长的激发光从激发光源32输入到光复用器31。激发光和信号光被复用并输入到 第一非线性光学介质33。假设具有信号光中包含的每个波长信道的光的相位和激发光的相 位在第一非线性光学介质33的入射面上彼此匹配。 第一非线性光学介质33例如是具有顺时针偏振旋转的非线性光学介质。通过非线 性光学效应新生成的经转换信号光在第一非线性光学介质33中传播，同时接收顺时针偏振 旋转。 输入信号光、激发光和经转换信号光在第一非线性光学介质33中传播预定距离 后，入射到第二非线性光学介质34上。第二非线性光学介质34例如是具有逆时针偏振旋转 的非线性光学介质。输入信号光、激发光和经转换信号光在第二非线性光学介质34中传播， 同时接收逆时针偏振旋转。 第二非线性光学介质34的输出光入射在滤光器35上。输入信号光和激发光被去 7 CN 111600673 A 说　明　书 5/15 页 除，而仅输出经转换信号光。 图4是用于说明图3的波长转换器30的效果的示意图。例如，水平轴表示在非线性 光学介质中的传播位置，即，距第一非线性光学介质33的入射面的距离。假设第一非线性光 学介质33和第二非线性光学介质34在光轴方向上连续，并且第一非线性光学介质33和第二 非线性光学介质34之间的界面的影响可以忽略。 垂直轴表示激发光和输入信号光之间的相对偏振角。当激发光和输入信号光伴随 着顺时针偏振旋转在非线性光学介质33中传播时，激发光和输入信号光之间的相对偏振角 增大。当激发光和输入信号光伴随着逆时针偏振旋转在非线性光学介质34中传播时，相对 偏振角减小，使得相对偏振角在第二非线性光学介质34的输出面处变为最小。 这使得可以抑制由于偏振不匹配或偏振串扰引起的转换效率降低。 图5A和图5B例示了非线性光学介质33和非线性光学介质34的配置示例。在图5A 中，第一非线性光学介质33是应力施加型的光纤，并且在与光轴正交的截面中在围绕芯部 331的包层332的周向上的某个位置处设置有应力施加部333。 应力施加部333将应力施加到芯部331的周面(circumference)的一部分。由于偏 振旋转受芯部的圆度的影响，因此向芯部331的周面的一定侧施加应用降低了芯部的横截 面形状的圆度，从而产生偏振旋转。 图5B是从与图5A相同侧观看的第二非线性光学介质34的截面图。第二非线性光学 介质34包括在与光轴正交的截面中在围绕芯部341的包层342的周向上的某个位置处的应 力施加部343。应力施加部343位于芯部341的与第一非线性光学介质33的应力施加部333相 反的一侧。芯部341的周面的在与第一非线性光学介质33的芯部331的挠曲(deflection)相 反的一侧的位置处的挠曲部(Deflecting  part)引起与第一非线性光学介质33相反方向的 偏振旋转。 第一非线性光学介质33和第二非线性光学介质34的配置不限于图5所示的配置。 例如，可以通过处理椭圆芯保偏光纤的芯部的表面形状来实现第一非线性光学介质33和第 二非线性光学介质34。通过沿着椭圆的长轴或短轴使靠近一个顶点的椭圆芯的椭圆的曲率 半径稍小，来制成第一非线性光学介质33。通过在相对于芯部的椭圆截面的原点关于第一 顶点对称的位置处的第二顶点附近像第一顶点那样改变椭圆面的形状，来制成第二非线性 光学介质34。以相同方式在椭圆的周线上原点的相反的一侧的位置处改变芯部表面的形 状，使得可以产生顺时针偏振旋转和逆时针偏振旋转。 图6A和图6C是例示了实施方式在各种波长转换方法中的效果的概念图。图6A例示 了在利用单波长的激发光的波长转换中抑制经转换信号光的光谱劣化。图6B例示了在利用 正交偏振的两个波长的激发光的波长转换中抑制转换信号光的光谱劣化。图6C例示了在利 用平行偏振的两个波长的激发光的波长转换中抑制转换信号光的光谱劣化。 在图6A至图6C中的经转换信号光的光谱中，实线表示在实施方式中获得的光谱， 而虚线表示在没用采用实施方式的波长转换配置的情况下经转换信号光的光谱。在使用单 波长的激发光的波长转换中，使偏振方向与入射信号光的偏振方向相同的激发光入射。组 合特性彼此不同的第一非线性光学介质33和第二非线性光学介质34，可以抑制与激发光分 离开Δν的经转换信号光的端部区域中的光谱劣化。 在图6B中，使频率高于目标经转换信号光的频率的第一激发光vP1和频率低于输入 8 CN 111600673 A 说　明　书 6/15 页 信号光的频率的第二激发光vP2入射在非线性光学介质上。第一激发光vP1和第二激发光vP2 的偏振方向彼此正交。输入信号光的偏振方向与第一激发光νP1的偏振方向相同，并且与第 二激发光νP2的偏振方向正交。所生成的经转换信号光的偏振方向与输入信号光的偏振方向 正交，并且还与第一激发光νP1的偏振方向正交。 在对波长色散或与频率相关的偏振旋转不进行补偿的配置中，经转换信号光的光 谱在接近零色散波长ν0的端部区域中劣化。相反，如实施方式中那样组合具有相反特性的 第一非线性光学介质33和第二非线性光学介质34以补偿波长色散或与频率相关的偏振旋 转，使得可以在宽频带上保持转换效率。 在图6C中，使目标经转换信号光的中心波长附近的第一激发光vP1和输入信号光的 中心波长附近的第二激发光vP2入射在非线性光学介质上。第一激发光vP1和第二激发光vP2 的偏振方向相同。入射信号光的偏振方向和第二激发光vP2的偏振方向彼此正交。所生成的 经转换信号光的偏振方向与输入信号光的偏振方向相同，并且与第一激发光νP1的偏振方向 正交。 在对波长色散或与频率相关的偏振旋转不进行补偿的配置中，经转换信号光的光 谱在接近零色散波长ν0的光谱端和远离零色散波长ν0的光谱端二者处劣化。相反，如实施方 式中那样，组合具有相反特性的第一非线性光学介质33和第二非线性光学介质34以补偿波 长色散或与频率相关的偏振旋转，使得可以在宽频带上保持转换效率。 <1：在使用单波长的激发光的波长转换的情况下对偏振旋转的补偿> 图7是用于说明在使用单波长的激发光的波长转换的情况下对由于偏振旋转引起 的效率降低进行补偿的图。期望输入信号光的偏振方向与激发光νP的偏振方向相同。在非 线性光学介质中传播的光的偏振面依据频率旋转。此时来自激发光的偏振方向的旋转角为 θ(ν)。 与频率有关的偏振旋转由式(1)定义为偏振之间的差分群时延(DGD)和偏振态解 偏振(PSD)的函数。 [式1] 取决于在长度为L的非线性光学介质的纵向方向或光轴方向上产生的偏振旋转的 存在与否的效率比Δη是在存在偏振存储时转换效率ηR每单位长度“l”的积分值与无偏振 旋转时转换效率ηNR每单位长度“l”的积分值之比并且表示为式(2)。 [式2] 当假设偏振与长度成比例地旋转时，ηR与ηNR之间的关系由式(3)表示。 [式3] ηR＝ηNRcosθ    (3) 9 CN 111600673 A 说　明　书 7/15 页 其中，θ＝kl，θ代表出口端的旋转角度。“1”代表单位长度。 当将式(3)代入式(2)中时，得到式(4)。 [式4] 为了使效率比Δη保持在Δη＞0.5，从式(4)得到式(5)。 [式5] 当将式(5)代入式(1)时，得到式(6)。 [式6] 例如，为了在效率比Δη＞0.5的条件下在5THz的波带上执行行波长转换，在式(6) 中代入Δν＝5THz，并且必须满足式(7)。 [式7] 即，例如，波长转换器被设计为使得PSD/DGD变为小于0.56ps。 另一方面，在图3的实施方式的配置中，在具有顺时针的与频率相关的偏振旋转的 非线性光学介质33和具有逆时针的与频率相关的偏振旋转的非线性光学介质34组合而执 行利用单波长的激发光的波长转换的情况下，式(2)扩展为式(8)。 [式8] L1是具有顺时针的与频率相关的偏振旋转的非线性光学介质33的长度，而L2是具 有逆时针的与频率相关的偏振旋转的非线性光学介质34的长度。这样组合后的非线性光学 介质的总长度L为L＝L1 L2。 10 CN 111600673 A 说　明　书 8/15 页 当假设偏振旋转与非线性光学介质33和非线性光学介质34中的每一个的长度成 比例地发生时，获得式(9)。 [式9] θ1＝k1l，并且θ2＝k2l。 当将式(9)代入式(8)时，得到式(10)。 [式10] 当θ1＝-θ2＝θs/2时，式(10)变换为式(11)。 [式11] 当将式(11)与式(4)进行比较时，组合具有顺时针的与频率相关的偏振旋转的非 线性光学介质33和具有逆时针的与频率相关的偏振旋转的非线性光学介质34，可以补偿与 频率相关的偏振旋转。即，例如，与现有的波长转换相比，即使每单位长度的偏振旋转是两 倍大时，也可以将效率比或PSD/DGD设置为相同的水平，因此减轻了对波长转换的需求。 <2：在利用两束的激发光的波长转换的情况下对由于偏振旋转引起的串扰劣化的 补偿> 图8A是用于说明当使用正交偏振的两个波长的激发光时对偏振串扰的补偿的图。 图8B是用于说明当使用平行偏振的两个波长的激发光时对偏振串扰的补偿的图。在正交偏 振的两个波长的激发光的情况和平行偏振的两个波长的激发光的情况这两种情况下，在偏 振光的两束激发光之间通过偏振旋转而产生了偏振串扰，所以在经转换信号光中包含噪 声，使信号质量劣化。 由非线性光学介质的纵向方向上产生偏振旋转的情况下由于两束激发光之间的 偏振旋转而引起的偏振串扰XT由式(12)表示。 [式12] 11 CN 111600673 A 说　明　书 9/15 页 式(12)的串扰XT由“通过旋转产生的正交偏振分量之间的相互作用产生的每单位 长度的分量效率ηROrth的积分”与“通过不旋转的平行偏振分量之间的相互作用产生的每单 位长度的分量效率ηRPara的积分”之比来表示。这里提到的正交偏振分量和平行偏振分量是 指与入射光的偏振正交的分量和与入射光的偏振平行的分量。 当假设偏振与长度成比例地旋转时，得到式(13)。 [式13] θ＝kl。 当将式(13)代入式(12)时，得到式(14)。 [式14] 为了将串扰XT抑制到0.01或更小，必须满足式(15)的条件。 [式15] 在将式(15)代入式(1)时，得到式(16)。 [式16] 例如，在5THz的波段上以Δη>0.5的效率比执行波长转换的条件依据两束激发光 的布置而不同。在使用平行偏振的两个波长的激发光的波长转换的情况下，由于两束激发 光之间的频率差大约为5THz(见图6C)，因此通过将Δν＝5THz代入式(16)中，得到式(17)的 条件。 [式17] 12 CN 111600673 A 说　明　书 10/15 页 波长转换器必须设计成满足PSD/DGD＜0.08ps。 在使用正交偏振的两个波长的激发光的情况下，由于两束激发光之间的频率差大 约为10THz(2乘以5THz(见图6B))，因此通过将Δν＝10THz代入式(16)中，得到式(18)的条 件。 [式18] 波长转换器必须被设计为满足PSD/DGD＜0.04ps。 另一方面，如图3的实施方式中，在组合具有顺时针的与频率相关的偏振旋转的非 线性光学介质33和具有逆时针的与频率相关的偏振旋转的非线性光学介质34以执行利用 两束激发光的波长转换的配置中，式(12)扩展为式(19)。 [式19] L1是具有顺时针的与频率相关的偏振旋转的非线性光学介质33的长度，L2是具有 逆时针的与频率相关的偏振旋转的非线性光学介质34的长度。这样组合后的非线性光学介 质的总长度L为L＝L1 L2。 当假设偏振旋转与非线性光学介质33和非线性光学介质34中的每一个的长度成 比例地发生时，得到式(20)。 [式20] θ1＝k1l，并且θ2＝k2l。 当将式(19)中代入式(20)时，串扰XT由式(21)表示。 [式21] 13 CN 111600673 A 说　明　书 11/15 页 当θ1＝-θ2＝θd/2时，式(21)被变换为式(22)。 [式22] 当将式(22)与式(14)进行比较时，与现有结构相比，组合具有顺时针的与频率相 关的偏振旋转的非线性光学介质33和具有逆时针的与频率相关的偏振旋转的非线性光学 介质34，即使每单位长度的偏振旋转是两倍大时，也可以将串扰抑制到相同的水平。即，例 如，减轻了波长转换器设计中的要求值。 <3：在单波长的激发光及正交偏振的两个波长的激发光的情况下对由于波长色散 而导致的效率降低的补偿> 当传播损耗足够小时，激发光νP1、激发光νP2、中心频率为νS的信号光、以及中心频 率为νC的经转换光之间的传播常数之差Δβ由公式(23)表示。 [式23] Δβ＝β(vP1) β(vP2)-β(vS)-β(vC)    (23)例如，由于传播常数之差Δβ在长度为L 的非线性光学介质中产生的相位不匹配ΔβL引起的效率降低，即，效率比Δη由式(24)表 示。 [式24] 传播常数β是频率的函数，当忽略五阶或更多项时，在v0处的泰勒展开式由式(25) 表示。 [式25] 其中ν0是非线性光学介质的零色散频率(二阶色散为零)。 在单波长的激发光的情况下，当激发光的频率和零色散频率一致(ν0＝νP)时，信号 14 CN 111600673 A 说　明　书 12/15 页 光的频率νS和经转换光的频率νC的平均值与零色散频率一致(ν0＝(νS νC)/2)，并且传播常 数之差Δβ由式(26)表示，其中除四阶项之外的项被抵消。 [式26] 当转换Δν的波段被转换时，效率在νS＝ν0±Δν时最低，并且式(26)被变换为式 (27)。 [式27] 在使用正交偏振的两个波长的激发光进行波长转换的情况下，当两个激发光束的 频率的平均值和零色散频率一致(ν0＝(νP1 νP2)/2)时，信号光的频率νS和经转换光的频率 νC的平均值与零色散频率一致(ν0＝(νS νC)/2)，并且传播常数之差Δβ由式(28)表示，其中 除四阶项之外的其他项被抵消。 [式28] 当转换Δν的波段时，效率在νS＝ν0且νP1,2＝ν0±Δν时最低，这与式(27)相同。 在单波长的激发光和正交偏振的两个波长的激发光的任一种情况下，为了将效率 比抑制到Δη＞0.5，传播常数β与频率v的四阶导数的绝对值必须满足通过将式(27)代入式 (24)得到的式(29)的条件。 [式29] 例如，为了用100m的非线性光学介质转换5THz的波段，必须满足式(30)。 [式30] 相反，如在实施方式中那样，组合长度为50m的、四阶导数dβ/dν44 的值为正的非线 性光学介质与长度为50m的、四阶导数的值为负的非线性光学介质，使得可以减轻要求值， 如后所述。 <4：在平行偏振的两个波长的激发光的情况下对由于波长色散导致的效率降低的 补偿> 当非线性光学介质的零色散频率(二阶色散为零)为ν0时，两个激发光束的频率平 均值与零色散频率一致(ν0＝(νP1 νP2)/2，νP1＝ν0-Δν/2，νP2＝ν0 Δν/2)，并且经转换光的 15 CN 111600673 A 说　明　书 13/15 页 频率νC为νC＝νS Δν。当转换Δν的波段时，效率在νS＝ν0或νS＝ν0-Δν时最低。 当四阶导数足够小时，传播常数之差Δβ由源自式(25)的式(31)表示，其中除三阶 项以外的项被抵消。 [式31] 为了使效率比保持在Δη＞0.5，传播常数β与频率v的三阶导数的绝对值必须满足 式(32)的条件。式(32)是通过将式(24)代入式(31)而得到的。 [式32] 例如，为了用100m的非线性光学介质转换5THz的波段，波长转换器必须设计为满 足式(33)。 [式33] 如在实施方式中那样，组合具有不同的、正的和负的色散的非线性光学介质，使得 可以减轻设计需求，如下所述。 即，例如，在光轴方向上长度为L1且传播常数为β1的非线性光学介质33与长度为 L2且传播常数为β2的非线性光学介质34组合(L1 L2＝L)的情况下，式(24)被扩展为式 (34)。 [式34] 当Δβ＝-Δβ2＝Δβp，L1＝L2＝L/2时，效率比Δη由式(35)表示。 [式35] 在单波长的激发光和正交偏振的两个波长的激发光的情况下的波长色散的情况 下，Δβp仅是四阶色散的函数，并且在平行偏振的两个波长的激发光的情况下的波长色散 的情况下Δβp仅是三阶色散的函数。当将式(35)与式(24)进行比较时，与使用单个非线性 光学介质的情况相比，在本实施方式中那样组合具有正色散值和负色散值的非线性光学介 质使得可以减轻需求。具体地，例如，即使当每单位长度的四阶色散或三阶色散是式(29)或 式(32)的两倍时，也可以将由于串扰引起的效率降低抑制到相同水平。 16 CN 111600673 A 说　明　书 14/15 页 图9是波长转换器30A的示意图。波长转换器30A应用于使用单波长的激发光和正 交偏振的两个波长的激发光的波长转换，并且如上所述地补偿由于四阶色散引起的光谱劣 化。 波长转换器30A包括光复用器31、激发光源32、具有正四阶色散值的第一非线性光 学介质133、具有负四阶色散值的第二非线性光学介质134以及光纤35。在光轴方向上第一 非线性光学介质133的长度和第二非线性光学介质134的长度被设计成使得入射光与经转 换信号光之间的相对差分群时延或相位不匹配在第二非线性光学介质的出射面处变为最 小。 具有正四阶色散值的非线性光学介质133和具有负四阶色散值的非线性光学介质 134的排列顺序可以颠倒。可以使用和布置两组或更多组的非线性光学介质，使得正四阶色 散值和负四阶色散值交替布置。 该波长转换器30A允许四阶色散的大小是在相同效率比(或效率降低)的情况下使 用单个非线性光学介质的情况的两倍。 图10是用于说明图9的波长转换器30A的效果的图。水平轴表示例如在非线性光学 介质中的传播位置，即，距第一非线性光学介质133的入射面的距离。假设第一非线性光学 介质133和第二非线性光学介质134在光轴方向上连续，并且第一非线性光学介质133和第 二非线性光学介质134之间的界面的影响可以忽略。 垂直轴表示输入信号光和经转换信号光之间的相对差分群时延。随着在第一非线 性光学介质133中的传播进行，相对差分群时延在四阶色散的影响下增大，并且输入信号光 与经转换信号光之间的相位偏差增大。然而，在具有相反符号的四阶色散值的第二非线性 光学介质134中的传播减小了相对差分群时延，使得相对差分群时延变得在第二非线性光 学介质134的输出面处最小。 这使得可以抑制由于光波之间的相位不匹配引起的转换效率降低。 图11是波长转换器30B的示意图。波长转换器30B应用于使用平行偏振的两个波长 的激发光的波长转换，并且如上所述地补偿由于三阶色散引起的光谱劣化。 波长转换器30B包括光复用器31、激发光源32、具有正三阶色散值的第一非线性光 学介质233、具有负三阶色散值的第二非线性光学介质234和光纤35。在光轴方向上第一非 线性光学介质233的长度和第二非线性光学介质234的长度被设计为使得入射光与经转换 信号光之间的相对差分群时延或相位不匹配在第二非线性光学介质的出射面处变化最小。 [0200] 具有正三阶色散值的非线性光学介质233和具有负三阶色散值的非线性光学介质 234的排列顺序可以颠倒。可以使用并布置两组或更多组的非线性光学介质，使得正三阶色 散值和负三阶色散值交替布置。 [0201] 该波长转换器30B允许三阶色散的大小是在相同效率比(或效率降低)下使用单个 非线性光学介质的情况的两倍。 [0202] 图12是用于说明图11的波长转换器30B的效果的图。水平轴表示例如在非线性光 学介质中的传播位置，即，距第一非线性光学介质233的入射面的距离。假设第一非线性光 学介质233和第二非线性光学介质234在光轴方向上连续，并且第一非线性光学介质233和 第二非线性光学介质234之间的界面的影响可以忽略。 [0203] 垂直轴表示输入信号光和经转换信号光之间的相对差分群时延。随着在第一非线 17 CN 111600673 A 说　明　书 15/15 页 性光学介质133中的传播进行，相对差分群时延在三阶色散的影响下增大，并且输入信号光 与经转换信号光之间的相位偏差增大。然而，在具有相反符号的三阶色散值的第二非线性 光学介质134中的传播减小了相对差分群时延，使得相对差分群时延变得在第二非线性光 学介质134的输出面处最小。 [0204] 这使得可以抑制由于光波之间的相位不匹配引起的转换效率降低。 [0205] 波长转换器30、30A和30B全部可以应用于图2中的光通信装置10和20。控制激发光 的波长νP使得可以将输入信号光转换到期望的波长波段(L波段、S波段等)。在光通信装置 10和20中，组合具有不同符号或特性的非线性光学介质使得可以补偿由于色散特性引起的 相位不匹配和由于双折射特性导致的与频率相关的偏振旋转中的至少一种，并且因此可以 在宽带上保持波长转换效率。 [0206] 实施方式的波长转换涵盖总体光学参量放大，该总体光学参量放大包括和频或差 频的生成、谐波的生成、光学参量振荡等。因此，例如，当在权利要求中提到“波长转换器” 时，该“波长转换器”涵盖了和频发生器、差频发生器、谐波发生器、光学参量振荡器、光学参 量放大器等。 [0207] 在实施方式也应用于光学参量放大器等的情况下，具有彼此不同的光学特性(或 符号)的第一非线性光学介质和第二非线性光学介质组合。使具有第一波长的激发光、具有 第二波长的激发光和具有第三波长的信号光入射在第一非线性光学介质上，以产生具有第 四波长的闲频光(idler  light)。 [0208] 在光轴方向上第一非线性光学介质的长度(L1)和第二非线性光学介质的长度 (L2)被设计为使得经转换信号光相对于输入信号光的相对差分群时延(或相位不匹配)和 入射信号光与激发光之间的相对偏振角中的至少一个在第二非线性光学介质的出射面处 最小。 [0209] 使用单波长的激发光的波长转换或光学参量放大可以被视为在四波混频中第一 激发光和第二激发光具有相同波长或频率的情况。激发光源可以是波长转换器或光学参量 放大器外部的光源。例如，可以使激发光通过诸如光纤的光波导入射在第一非线性光学介 质上。 18 CN 111600673 A 说　明　书　附　图 1/10 页 图1A 图1B 图1C 19 CN 111600673 A 说　明　书　附　图 2/10 页 图2 20 CN 111600673 A 说　明　书　附　图 3/10 页 图3 21 CN 111600673 A 说　明　书　附　图 4/10 页 图4 22 CN 111600673 A 说　明　书　附　图 5/10 页 图6A 图6B 图6C 23 CN 111600673 A 说　明　书　附　图 6/10 页 图7 图8A 图8B 24 CN 111600673 A 说　明　书　附　图 7/10 页 图9 25 CN 111600673 A 说　明　书　附　图 8/10 页 图10 26 CN 111600673 A 说　明　书　附　图 9/10 页 图11 27 CN 111600673 A 说　明　书　附　图 10/10 页 图12 28