JP3939541B2 - 光クロック位相同期ループ回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムにおいて光クロックの再生等を行う際に用いて好適な光クロック位相同期ループ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は従来の光クロック位相同期ループ回路（光ＰＬＬ回路（光フェーズロックループ回路））の構成例を示す図である。この図において、１は信号光入力端子、２は光カプラ、３は光相関検出手段、４は光学バンドパスフィルタ、５は受光回路、６は位相比較器、７は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、２０はマイクロ波ミキサ、２１、２４は光パルス発生器、２２は低周波発振器、１３はクロック光出力端子、２３は周波数逓倍器、２５は光増幅器である。
【０００３】
以下、図１３に示す従来の光クロック位相同期ループ回路の動作を説明する。ＶＣＯ７の出力信号が、低周波発振器２２およびマイクロ波ミキサ２０によって周波数がシフトされ、光パルス発生器２１を駆動し、繰り返し周波数がｆ0＋Δｆのクロック光を発生させる。クロック光の波形としては、正弦波状ではなくてパルス幅が細く、スペクトルに繰り返し周波数の高調波成分ｎ（ｆ0＋Δｆ）、（ただしｎは２以上の整数）を含んでいることが必要である。この第ｎ高調波ｎ（ｆ0＋Δｆ）とビットレートｎｆ0の信号光の相関を検出してｎΔｆ成分を発生させる。このｎΔｆ出力と低周波発振器２２の出力をｎ逓倍したｎΔｆ信号との位相比較を行って、ＶＣＯ７にフィードバックすることによりＰＬＬ動作が達成される。
【０００４】
原理の詳細については、特開平７−２８７２６４号公報「光相関検出回路および光クロック位相同期ループ回路」等に述べられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した光ＰＬＬ回路において光パルス発生器２１から出力されるクロック光の繰り返し周波数はｆ0＋Δｆであり、信号光のビットレートｎｆ0と同期したものではない。そのため、信号光と同期したクロック光を得るためにはＶＣＯ７の出力（繰り返し周波数ｆ0）によって別の光パルス発生器２４を駆動し必要な場合は光増幅器２５により増幅しなければならない。この場合、光パルス発生器２４のジッタや光ファイバ増幅器等から構成される光増幅器２５における光ファイバの温度変化などにより、出力されるクロック光の安定性が劣化してしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は上記の問題点を解決し、従来に比べ安定な動作を実現できる光クロック位相同期ループ回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、交流信号を出力する第１の発振器と、入力された信号光と変調されたクロック光を合波する第１の光カプラと、前記第１の光カプラによって合波された信号光と変調されたクロック光を入射し、２つの光の相関成分を含む光を出力する光相関検出手段と、前記光相関検出手段の出力から相関成分を含む波長の光を取り出す光学バンドパスフィルタと、前記光学バンドパスフィルタで取り出された相関成分を含む光を光電変換する受光回路と、前記第１の発振器の出力信号と前記受光回路から出力される相関信号の位相を比較する位相比較器と、前記位相比較器の出力に応じて発振周波数と位相を変化させる第２の発振器と、前記第２の発振器によって駆動され、第ｎ高調波成分（ｎは２以上の整数）を含むのに十分狭いパルス幅を持つクロック光を発生させる光パルス発生器と、前記光パルス発生器から出力されるクロック光を２分岐する第２の光カプラと、前記第１の発振器によって駆動され、前記第２の光カプラによって分岐された一方のクロック光を変調し、前記第１の光カプラに対して前記変調されたクロック光として出力する光変調手段と、前記第２の光カプラによって分岐された他方のクロック光を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明は、前記光相関検出手段が、進行波型半導体光増幅器であることを特徴とする。本発明は、前記光相関検出手段が、光ファイバから構成されていることを特徴とする。本発明は、前記光相関検出手段が、非線形光学結晶から構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明は、前記光パルス発生器に代えて、広帯域の周波数成分を含むパルス光を発生する広帯域パルス光源を用いるとともに、前記第２の光カプラの出力に光学バンドパスフィルタを設けたことを特徴とする。本発明は、前記光変調手段が、光強度変調器であることを特徴とする。本発明は、前記光変調手段が、光位相変調器であることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、前記光相関検出手段が、非線形光学結晶における和周波発生作用を用いる構成であることを特徴とする。本発明は、前記光相関検出手段が、非線形光学結晶におけるカスケードχ（２）現象を用いる構成であることを特徴とする。本発明は、前記広帯域パルス光源が、モード同期レーザ又はスーパーコンティニウム光源であることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、交流信号を出力する第１の発振器と、入力された信号光と変調されたクロック光を合波する第１の光カプラと、前記第１の光カプラによって合波された信号光と変調されたクロック光を入射し、２つの光の相関成分を含む光を出力する光相関検出手段と、前記光相関検出手段の出力から相関成分を含む波長の光を取り出す光学バンドパスフィルタと、前記光学バンドパスフィルタで取り出された相関成分を含む光を光電変換する受光回路と、前記第１の発振器の出力信号と前記受光回路から出力される相関信号の位相を比較する位相比較器と、前記位相比較器の出力に応じて発振周波数と位相を変化させる第２の発振器と、前記第２の発振器によって駆動され、該第２の発振器の発振周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の繰り返し周波数で光パルス列を発生させる光パルス発生器と、前記光パルス発生器から出力されるクロック光を２分岐する第２の光カプラと、前記第１の発振器によって駆動され、前記第２の光カプラによって分岐された一方のクロック光を変調し、前記第１の光カプラに対して前記変調されたクロック光として出力する光変調手段と、前記第２の光カプラによって分岐された他方のクロック光を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。本発明は、前記光パルス発生器に代えて、前記第２の発振器の発振周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の繰り返し周波数で、広帯域の周波数成分を含む光パルス列を発生する広帯域パルス光源を用いるとともに、前記第２の光カプラの出力に光学バンドパスフィルタを設けたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）図１は本発明による光クロック位相同期ループ回路の一実施の形態の構成を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項１に記載した構成に対応する実施の形態である。
【００１３】
図１において、１は信号光入力端子、２は光カプラ、３は光相関検出手段、４は光学バンドパスフィルタ、５は受光回路、６は位相比較器、７はＶＣＯ、８は光パルス発生器、９は光増幅器、１０は光カプラ、１１は光変調手段、１２は低周波発振器、１３はクロック光出力端子、１４はバンドパスフィルタである。ここで、位相比較器６の出力電圧に応じて発振周波数と位相を変化させるＶＣＯ７の発振周波数ｆ0は、信号光入力端子１から入力する信号光のビットレートがｎｆ0（ｎは２以上の整数）（ｓ-1）となるように設定されている。
【００１４】
上記構成において、２入力×２出力分岐の光カプラ２の一方の入力端子には、信号光入力端子１から入力された信号光が入力され、他方の入力端子には光変調手段１１の出力光が入力され、光カプラ２において合波される。光カプラ２の一方の出力端子からの出力光は光相関検出手段３に入力され、光相関検出手段３の出力光は光学バンドパスフィルタ４に入力される。光学バンドパスフィルタ４の出力光は受光回路５に入力され、受光回路５によって電気信号に変換された出力電気信号がバンドパスフィルタ１４に入力される。バンドパスフィルタ１４の出力信号は位相比較器６の一方の入力端子に入力され、位相比較器６の他方の入力端子には低周波発振器１２のｎΔｆＨｚの発振信号が入力される。
【００１５】
また、位相比較器６の出力信号はＶＣＯ７に入力され、ＶＣＯ７の発振出力信号は光パルス発生器８に入力される。パルス発生器８の光パルス出力は、光増幅器９に入力され、光増幅器９の出力は、２入力×２出力分岐の光カプラ１０の一方の入力端子に入力される。光カプラ１０の一方の出力端子からの出力光は光変調手段１１に入力され、他方の出力端子からの出力光はクロック光出力端子１３から出力される。光変調手段１１はその入力光を低周波発振器１２のｎΔｆＨｚの出力信号で変調し、変調した信号光を光カプラ２へ入力する。
【００１６】
以下に本実施形態の動作を説明する。ＶＣＯ７の出力信号によって光パルス発生器８を駆動し、繰り返し周波数ｆ0のクロック光を発生させる。従来技術と同様にクロック光の波形としては、正弦波状ではなくてパルス幅が細く高調波成分を含んでいることが必要である。このクロック光を必要であれば光増幅器９で増幅した後に光カプラ１０によって２分岐する。光カプラ１０の出力の一方がクロック光出力端子１３から出力される。もう一方を光変調手段１１を用いて周波数ｎΔｆで変調することによりクロック光の第ｎ高調波成分ｎｆ0がｎｆ0±ｎΔｆ（ただしｎは非負整数）の周波数成分を持つようになる。このｎ（ｆ0±Δｆ）成分とビットレートｎｆ0の信号光の相関を光相関検出手段３を用いて検出してｎΔｆ成分を発生させる。
【００１７】
光相関検出手段３の出力から相関成分を含む波長の光を光学バンドパスフィルタ４で取り出せば、あとは従来技術と同様に、受光回路５で電気信号に変換してその中のｎΔｆ成分について位相比較器６によって低周波発振器１２から出力される基準信号と比較し、その出力をＶＣＯ７にフィードバックすればＰＬＬの動作が実現される。必要であるならば受光回路５の出力にｎΔｆを透過中心周波数とするバンドパスフィルタ１４を用いてもよい。すなわち、図１の構成では、上述した光増幅器９とバンドパスフィルタ１４は省略可能である。
【００１８】
上記構成によれば、光パルス発生器８の出力の繰り返し周波数ｆ0が信号光の繰り返し周波数ｎｆ0に同期したものであるため、従来技術に比べ高い安定性を持つクロック光を出力することができる。これは、従来技術ではｎ（ｆ0±Δｆ）成分を作り出すのをマイクロ波ミキサを用いて電気段で行っていたものを、本発明では光変調手段１１を用いて光段で行っていることにより達成されるものである。
【００１９】
（実施形態２）図２は図１に示す光クロック位相同期ループ回路における光相関検出手段３の一構成例を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項２に記載した構成に対応するものである。
【００２０】
図２（ｉ）および（ii）は、図１の光相関検出手段３を進行波型半導体光増幅器３ａを用いて構成する場合を、異なる動作条件（ｉ）および（ii）での入出力光の周波数分布特性（波長と強度分布の関係）とともに示すものである。図２（ｉ）に示すように、信号光の波長λsigとクロック光の波長λclkが離れている場合（コヒーレントに干渉しない程度に離れている場合）は、進行波型半導体光増幅器３ａにおいてクロック光によって信号光の利得が変調されることによって両光間の相関が検出される。この場合、図１の光学バンドパスフィルタ４は信号光のみ取り出すように設定する。
【００２１】
本動作原理および実験結果の詳細については、S.Kawanishi et al., "10GHz timing extraction from randomly modulated optical pulses using phase-locked loop with travelling-wave laser diode optical amplifier using optical gain modulation," Electron. Lett., vol. 28, pp. 510-511, 1992.に述べられている。
【００２２】
次に、図２（ii）に示すように、信号光の波長λsigとクロック光の波長λclkがコヒーレントに干渉する程度に接近している場合には、進行波型半導体光増幅器３ａで信号光とクロック光が位相整合して発生する四光波混合によって両者の相関に相当する成分が新たな波長λFWMにおいて発生する。ただし、１／λFWM＝２／λsig−１／λclkである。この場合、光学バンドパスフィルタ４は四光波混合光λFWMのみ取り出すように設定する。
【００２３】
（実施形態３）図３は図１に示す光クロック位相同期ループ回路における光相関検出手段３の他の構成例を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項３に記載した構成に対応するものである。
【００２４】
図３は、図１の光相関検出手段３として用いられるものであって、四光波混合を発生させる媒体として光ファイバ３ｂを用いた構成を示している。本実施形態の場合、光ファイバ３ｂの零分散波長±１０ｎｍ内に信号光およびクロック光の波長を設定することによって位相整合条件を満足させることが可能であり、本構成によってもＰＬＬを実現することができる。
【００２５】
（実施形態４）図４は図１に示す光クロック位相同期ループ回路における光相関検出手段３の他の構成例を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項４に記載した構成に対応するものである。
【００２６】
図４は、図１の光相関検出手段３として、非線形光学結晶３ｃにおける和周波発生作用を用いた構成である。和周波発生とは光周波数ν１、ν２の２種類の光を非線形光学結晶３ｃに入射したときに、入射した２つの光の強度の積に比例した大きさで、両者の和の光周波数（ν３＝ν１＋ν２）の光を出力する現象である。その現象の詳細については、高良、川西、山林、猿渡、「和周波光発生を用いた光サンプリングによる超高速光波形測定法」、電子情報通信学会論文誌B-1, vol. J75-B-1, pp. 372-380, 1992、に述べられている。発生した和周波光は、図２（ii）等に示す四光波混合光と同じ相関成分を有しているため、和周波光を電気信号に変換してＶＣＯ７にフィードバックすればＰＬＬが実現できる。非線形光学結晶３ｃとしては、ＬｉＮｂＯ3（リチウムナイオベート）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4；チタニルリン酸カリウム）、ＡＡＮＰ（2-adamantylamino-5-nitropyridine）などがある。
【００２７】
（実施形態５）図５は図１に示す光クロック位相同期ループ回路における光相関検出手段３の他の構成例を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項４に記載した構成に対応するものである。
【００２８】
本実施形態は、図１の光相関検出手段３として非線形光学結晶３ｄにおけるカスケードχ(2)現象を用いる場合である。カスケードχ(2)現象とは、非線形光学結晶３ｄに波長λ1，λ2の２つの光を入射したときに、新たな波長λcの光が、式１／λc＝２／λ1−１／λ2の関係で発生する現象である。波長λcの光の発生は２つの過程からなる。まず、第１の過程は非線形光学結晶３ｄに入射した波長λ1の第二次高調波発生（ＳＨＧ（Second Harmonic Generation））により、波長λ1／２の光が発生する。第２の過程は、ＳＨＧによって発生した波長λ1／２の光と結晶に入射しているもう一方の光（波長λ2）の差周波発生により２／λ1−１／λ2（＝１／λc）の光が発生する。このようにして波長λcの光が発生するが、結晶への入射光波長と結晶からの出射光波長の関係に注目すると、図２（ii）等に示す四光波混合のそれと同一であり、本構成によってもＰＬＬを実現することができる。非線形光学結晶３ｄとしては周期分極反転のＬｉＮｂＯ3やＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3（酸化マグネシウム添加リチウムナイオベート）などがある。
【００２９】
（実施形態６）図６は本発明による光クロック位相同期ループ回路の他の実施形態を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項５に記載した構成に対応するものである。図６において、図１に示すものと同一の構成には、同一の符号を付けている。
【００３０】
図６に示す光クロック位相同期ループ回路は、図１に示す光クロック位相同期ループ回路における光パルス発生器８のかわりに、パルスの繰り返し周波数ｆ0で広帯域の周波数成分を含むパルス光を発生する広帯域パルス光源１７を用いることで構成されている。この広帯域パルス光源１７の光出力は、光増幅器９を介さずに直接光カプラ１０へ入力される。また、光カプラ１０の２つの出力端子からの出力光は、それぞれ、光学バンドパスフィルタ１８および１９を介して、光変調手段１１に入力され、またクロック光出力端子１３から出力される。
【００３１】
以上の構成では、ＶＣＯ７の出力によって駆動した広帯域パルス光源１７の出力を光カプラ１０で分岐した後、一方を光学バンドパスフィルタ１８で広帯域パルス光のスペクトル内の所望の波長（λclk1）の光パルスを切り出し光変調手段１１に入力する。光カプラ１０の出力のもう一方のポートにおいても波長可変光学バンドパスフィルタ１９で広帯域パルス光のスペクトル内の所望の波長（λclk2）の光パルスを切り出しクロック光出力端子１３から出力する。
【００３２】
本実施形態では、光相関検出手段３に用いるクロック光と外部へ出力するクロック光の波長を独立に設定できる利点がある。例えば、光相関検出手段３へ入力するクロック光の波長λclk1は信号光の波長λsigと異なるように設定する必要があるが、外部出力クロック光の波長λclk2は信号光波長λsigと同一の波長に設定することができる。広帯域パルス光源１７としては、モード同期レーザやスーパーコンティニウム光源などがある。
【００３３】
（実施形態７）図７は図１または図６に示す光クロック位相同期ループ回路における光変調手段１１の構成例を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項６に記載した構成に対応するものである。
【００３４】
本実施形態では光変調手段１１として光強度変調器１１ａを用いる。繰り返し周波数ｆ0でパルス幅の細いクロック光を正弦波ｎΔｆで強度変調すると、ｆ0ならびにその高調波成分の±ｎΔｆの周波数に側波帯が生じる（図７の変調後の周波数分布参照）。これらの周波数成分の中のｎ（ｆ0＋Δｆ）を光相関検出に用いる。光強度変調器１１ａとしてはマッハツェンダ型ＬｉＮｂＯ3光強度変調器、電界吸収型光変調器などがある。
【００３５】
（実施形態８）図８は図１または図６に示す光クロック位相同期ループ回路における光変調手段１１の他の構成例を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項７に記載した構成に対応するものである。
【００３６】
本実施形態は光変調手段１１ｂとして光位相変調器を用いる。繰り返し周波数ｆ0でパルス幅の細いクロック光を正弦波ｎΔｆで強度変調すると、ｆ0ならびにその高調波成分の±ｍｎΔｆ（ｍは自然数）の周波数に多数の側波帯が生じる（図８の変調後の周波数分布参照）。これらの周波数成分の中のｎ（ｆ0＋Δｆ）を光相関検出に用いる。強度変調の場合はｎ（ｆ0＋Δｆ）成分がｎｆ0成分よりも必ず小さくなるが、位相変調の場合は変調指数によってはｎ（ｆ0＋Δｆ）成分をｎｆ0成分より大きくすることができる（詳細は例えば、瀧保夫「通信方式」（コロナ社）の第７章に述べられている）。ｎｆ0成分は位相比較時の雑音となるため、本実施形態は光強度変調器を用いる構成よりも高い性能を実現できる。光位相変調器としては進行波型ＬｉＮｂＯ3光位相変調器などがある。
【００３７】
（実施形態９）図９は本発明による光クロック位相同期ループ回路の他の実施形態を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項１１に記載した構成に対応するものである。図１１において、図１に示すものと同一の構成には、同一の符号を付けている。
【００３８】
図１に示す実施形態１ではクロック光出力端子１３から出力されるクロック光パルス列の繰り返し周波数がｆ0であり、信号光のビットレートｎｆ0をｎ分の１に分周したものに対応していた。一方、図９に示す実施形態９では、クロック光出力端子１３から出力されるクロック光パルス列の繰り返し周波数が、信号光のビットレートｎｆ0と同一になっている。
【００３９】
本実施形態では、図１のパルス発生器８に代えて、それと光パルス発生の繰り返し周波数が異なるパルス発生器３０を用いている。図１のパルス発生器８は、ＶＣＯ７の出力信号の発振周波数ｆ0で駆動され、それと等しい周波数ｆ0の繰り返し周波数で光パルス列を発生するものであった。一方、図９のパルス発生器３０は、ＶＣＯ７からの発振周波数ｆ0の出力信号で駆動され、そのｎ倍の周波数ｎｆ0の繰り返し周波数で光パルス列を発生するものである。この場合、光相関検出では、クロック光の高調波成分を必要としないので、パルス幅がクロック光の高調波を含むような細いパルスでなくてもよい。光パルス発生器３０としては、ハーモニックモード同期レーザや図１に示すパルス発生器８と同様の通常の光パルス発生器にパルス列逓倍手段を組み合わせた構成などがある。
【００４０】
図１０は、図９の光パルス発生器３０を通常の光パルス発生器にパルス列逓倍手段を組み合わせて構成する場合に用いるパルス列逓倍手段の構成例を示すブロック図である。図１０では、パルス列逓倍手段を、プレーナ型の石英系光導波路回路（ＰＬＣ）による光パルス列多重回路（参考文献：H. Takara et al. ,"100 Gbit/s optical signal eye-diagram measurement with optical sampling using organic nonlinear optical crystal," Electron. Lett., vol.32, no.24. pp. 2256-2258, 1196；S. Kawanishi et al. ,"100 Gbit/s, 50km, and nonrepeated optical transmission employing all-optical multi/demultiplexing and PLL timing extraction," Electron. Lett., vol.29, no.12, pp. 1075-1077, 1993）によって構成している。ただし、図１０（ａ）の構成では入力光パルス列の繰り返し周波数を５逓倍しており、図１０（ｂ）の構成では入力光パルス列の繰り返し周波数を４逓倍している。
【００４１】
図１０（ａ）の光パルス列逓倍手段は、石英基板３０１上に２つの１×ｎカプラ３０２と、その間を結合するｎ本の遅延時間の異なる光導波路３０３とを形成した構成である。繰り返し周波数ｆ0の光パルス列は、ｎチャネルに分岐された後に各チャネルごとに異なる遅延時間（Ｔ／ｎ：Ｔは光パルス列の周期）を与えて合波することによりｎ逓倍され、繰り返し周波数ｆ0×ｎの光パルス列が生成される（図１０（ａ）はｎ＝５で５逓倍）。
【００４２】
図１０（ｂ）の光パルス列逓倍手段は、石英基板３０３上に２×２カプラ３０４および光導波路３０５，３０６によって構成されたマッハツェンダ干渉計をｎ段縦続に接続した構成である。本構成では、入力端から出力端まで２n通りの遅延時間の異なる光路が形成される。繰り返し周波数ｆ0の光パルス列は２nに分離され、それぞれ異なる遅延時間で伝搬して合波することにより、繰り返し周波数ｆ0×２nの光パルス列が生成される（図１０（ｂ）はｎ＝２で４逓倍）。
【００４３】
なお、光パルス列逓倍手段は、図１０の構成に限定されるものではなく、例えば特開平１１−３８２５９号公報「高速光パルス列発生装置」に記載のものなどが利用できる。これは、光パルス列逓倍手段として分散付与手段を用いるものである。分散付与手段により分散を与えられた繰り返し周波数ｆ0の光パルス列のある時刻でのスペクトル成分に着目すると、分散の大きさによって光パルス中の２つ以上の異なる光周波数成分が含まれる。その異なる光周波数成分の光周波数差がｆ0のｎ倍であれば、分散付与手段の出力に繰り返し周波数ｆ0×ｎの光パルス列が得られるという原理に基づいている。
【００４４】
（実施形態１０）図１１は本発明による光クロック位相同期ループ回路の他の実施形態を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項１２に記載した構成に対応するものである。図１１において、図６に示すものと同一の構成には、同一の符号を付けている。
【００４５】
図６に示す実施形態６ではクロック光出力端子１３から出力されるクロック光パルス列の繰り返し周波数がｆ0であり、信号光のビットレートｎｆ0をｎ分の１に分周したものであった。一方、図１１に示す実施形態１０では、クロック光出力端子１３から出力されるクロック光パルス列の繰り返し周波数を、信号光のビットレートと同じｎｆ0としている。
【００４６】
本実施形態では、図６の広帯域パルス光源１７に代えて、それと光パルス発生の繰り返し周波数が異なる広帯域パルス光源３１を用いている。図６の広帯域パルス光源１７は、ＶＣＯ７の出力信号の発振周波数ｆ0で駆動され、それと等しい周波数ｆ0の繰り返し周波数で広帯域の光パルス列を発生するものであった。一方、図１１の広帯域パルス光源３１は、ＶＣＯ７からの発振周波数ｆ0の出力信号で駆動され、そのｎ倍の周波数ｎｆ0の繰り返し周波数で光パルス列を発生するものである。
【００４７】
実施形態１０の構成によれば、光学バンドパスフィルタ１９の透過周波数の設定を変更することで、実施形態９の特徴に加え、光相関検出に用いるクロック光（光変調手段１１の入力）と外部へ出力するクロック光（クロック光出力端子１３の出力）の波長を独立に設定できる利点がある。周波数ｆ0で駆動して繰り返し周波数ｎｆ0の広帯域光パルス列を出力する広帯域パルス光源としては、ハーモニックモード同期レーザや、実施形態９で述べた光パルス発生器を励起光源として用いたスーパーコンティニウム光源などがある。
【００４８】
図１２は、図１１に示す実施形態１０における広帯域パルス光源３１の構成例を説明する図である。図１２に示す広帯域パルス光源は、ＶＣＯ７の出力パルスによって駆動される励起光源３１１と、光増幅器３１２と、光パルス列逓倍手段３１３と、光増幅器３１４と、非線形光学媒質３１５とから構成されている。この場合、光パルス列逓倍手段３１３は、例えば、図１０に示すようにして構成することができ、光増幅器３１２および３１４は、省略することができる。
【００４９】
励起光源３１１から出力される繰り返し周波数ｆ0（Ｈｚ）の光パルス列は、光パルス列逓倍手段３１３に入力されてｎ逓倍され、繰り返し周波数ｆ0×ｎ（Ｈｚ）の光パルス列になる。これにより、この光パルス列を入力する非線形光学媒質３１５では、縦モード間隔（チャネル周波数間隔）がｆ0×Ｎ（Ｈｚ）に広がったコヒーレント白色光（多波長光）を発生させることができる。
【００５０】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、ＰＬＬを用いてクロック抽出を行う光クロック位相同期ループ回路において、ビットレートがｎｆ0の信号光の基本波周波数ｆ0または信号光のビットレートと同一の周波数ｎｆ0のクロックパルス光を発生する光パルス発生器８もしくは広帯域パルス光源１７または光パルス発生器３０もしくは広帯域パルス光源３１を、ＰＬＬループ外には設置せず、ＰＬＬループ内に設置したことによって、ジッタをＰＬＬ内で吸収させることが可能となる。また、ＰＬＬループ内の光パルス発生器８または広帯域パルス発生器１７においては、その繰り返し周波数ｆ0をＰＬＬループへの入力信号光の繰り返し周波数ｎｆ0の整数分の１としたことで、従来技術に比べ安定な動作を実現できるという効果がある。
【００５１】
なお、本発明の実施の形態は、上記のものに限定されることなく、例えば、光学バンドパスフィルタ、電気信号に対するバンドパスフィルタ、光増幅器等を、適宜、追加したり、省略したりする変更が可能である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の光クロック位相同期ループ回路によれば、クロックパルス光を発生する光パルス発生器または広帯域パルス発生器を、ＰＬＬループ内に設置することができるので、光パルス発生器等によるジッタや、光ファイバの温度変化による周波数変動などを、ＰＬＬ内で吸収させることができ、従来に比べ安定な動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による光クロック位相同期ループ回路の一実施の形態を示すブロック図。
【図２】 図１の光相関検出手段３の一構成例としての進行波型半導体光増幅器３ａの構成および作用を説明する図であって、（ｉ）が信号光の波長λsigとクロック光の波長λclkが離れている場合、（ii）信号光の波長λsigとクロック光の波長λclkがコヒーレントに干渉する程度に接近している場合を示している。
【図３】 図１の光相関検出手段３の他の構成例としての光ファイバ３ｂの構成および作用を説明する図。
【図４】 図１の光相関検出手段３の他の構成例としての非線形光学結晶３ｃの構成および作用を説明する図。
【図５】 図１の光相関検出手段３の他の構成例としての非線形光学結晶３ｄの構成および作用を説明する図。
【図６】 本発明による光クロック位相同期ループ回路の他の実施の形態を示すブロック図。
【図７】 図１および図６の光変調手段１１の一構成例としての強度変調器１１ａの構成および作用を説明する図。
【図８】 図１および図６の光変調手段１１の他の構成例としての位相変調器１１ｂの構成および作用を説明する図。
【図９】 本発明による光クロック位相同期ループ回路の他の実施の形態を示すブロック図。
【図１０】 図９の光クロック発生器３０を光パルス発生器にパルス列逓倍手段を組み合わせて構成する場合のパルス列逓倍手段の構成例を示すブロック図であり、図１０（ａ）が５逓倍の構成、図１０（ｂ）が４逓倍の構成を示している。
【図１１】 本発明による光クロック位相同期ループ回路の他の実施の形態を示すブロック図。
【図１２】 図１１の広帯域パルス光源３１の構成例を説明する図。
【図１３】 従来の光クロック位相同期ループ回路の一構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
１ 信号光入力端子
２ 光カプラ
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 光相関検出手段
４，１８，１９ 光学バンドパスフィルタ
５ 受光回路
６ 位相比較器
７ 電圧制御発振器（ＶＣＯ）
８，３０ 光パルス発生器
９ 光増幅器
１０ 光カプラ
１１，１１ａ，１１ｂ 光変調手段
１２ 低周波発振器
１３ クロック光出力端子
１４ バンドパスフィルタ
１７，３１ 広帯域パルス光源
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送システムにおいて光クロックの再生等を行う際に用いて好適な光クロック位相同期ループ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は従来の光クロック位相同期ループ回路（光ＰＬＬ回路（光フェーズロックループ回路））の構成例を示す図である。この図において、１は信号光入力端子、２は光カプラ、３は光相関検出手段、４は光学バンドパスフィルタ、５は受光回路、６は位相比較器、７は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、２０はマイクロ波ミキサ、２１、２４は光パルス発生器、２２は低周波発振器、１３はクロック光出力端子、２３は周波数逓倍器、２５は光増幅器である。
【０００３】
以下、図１３に示す従来の光クロック位相同期ループ回路の動作を説明する。ＶＣＯ７の出力信号が、低周波発振器２２およびマイクロ波ミキサ２０によって周波数がシフトされ、光パルス発生器２１を駆動し、繰り返し周波数がｆ0＋Δｆのクロック光を発生させる。クロック光の波形としては、正弦波状ではなくてパルス幅が細く、スペクトルに繰り返し周波数の高調波成分ｎ（ｆ0＋Δｆ）、（ただしｎは２以上の整数）を含んでいることが必要である。この第ｎ高調波ｎ（ｆ0＋Δｆ）とビットレートｎｆ0の信号光の相関を検出してｎΔｆ成分を発生させる。このｎΔｆ出力と低周波発振器２２の出力をｎ逓倍したｎΔｆ信号との位相比較を行って、ＶＣＯ７にフィードバックすることによりＰＬＬ動作が達成される。
【０００４】
原理の詳細については、特開平７−２８７２６４号公報「光相関検出回路および光クロック位相同期ループ回路」等に述べられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した光ＰＬＬ回路において光パルス発生器２１から出力されるクロック光の繰り返し周波数はｆ0＋Δｆであり、信号光のビットレートｎｆ0と同期したものではない。そのため、信号光と同期したクロック光を得るためにはＶＣＯ７の出力（繰り返し周波数ｆ0）によって別の光パルス発生器２４を駆動し必要な場合は光増幅器２５により増幅しなければならない。この場合、光パルス発生器２４のジッタや光ファイバ増幅器等から構成される光増幅器２５における光ファイバの温度変化などにより、出力されるクロック光の安定性が劣化してしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は上記の問題点を解決し、従来に比べ安定な動作を実現できる光クロック位相同期ループ回路を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、交流信号を出力する第１の発振器と、入力された信号光と変調されたクロック光を合波する第１の光カプラと、前記第１の光カプラによって合波された信号光と変調されたクロック光を入射し、２つの光の相関成分を含む光を出力する光相関検出手段と、前記光相関検出手段の出力から相関成分を含む波長の光を取り出す光学バンドパスフィルタと、前記光学バンドパスフィルタで取り出された相関成分を含む光を光電変換する受光回路と、前記第１の発振器の出力信号と前記受光回路から出力される相関信号の位相を比較する位相比較器と、前記位相比較器の出力に応じて発振周波数と位相を変化させる第２の発振器と、前記第２の発振器によって駆動され、第ｎ高調波成分（ｎは２以上の整数）を含むのに十分狭いパルス幅を持つクロック光を発生させる光パルス発生器と、前記光パルス発生器から出力されるクロック光を２分岐する第２の光カプラと、前記第１の発振器によって駆動され、前記第２の光カプラによって分岐された一方のクロック光を変調し、前記第１の光カプラに対して前記変調されたクロック光として出力する光変調手段と、前記第２の光カプラによって分岐された他方のクロック光を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明は、前記光相関検出手段が、進行波型半導体光増幅器であることを特徴とする。本発明は、前記光相関検出手段が、光ファイバから構成されていることを特徴とする。本発明は、前記光相関検出手段が、非線形光学結晶から構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明は、前記光パルス発生器に代えて、広帯域の周波数成分を含むパルス光を発生する広帯域パルス光源を用いるとともに、前記第２の光カプラの出力に光学バンドパスフィルタを設けたことを特徴とする。本発明は、前記光変調手段が、光強度変調器であることを特徴とする。本発明は、前記光変調手段が、光位相変調器であることを特徴とする。
【００１０】
本発明は、前記光相関検出手段が、非線形光学結晶における和周波発生作用を用いる構成であることを特徴とする。本発明は、前記光相関検出手段が、非線形光学結晶におけるカスケードχ（２）現象を用いる構成であることを特徴とする。本発明は、前記広帯域パルス光源が、モード同期レーザ又はスーパーコンティニウム光源であることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、交流信号を出力する第１の発振器と、入力された信号光と変調されたクロック光を合波する第１の光カプラと、前記第１の光カプラによって合波された信号光と変調されたクロック光を入射し、２つの光の相関成分を含む光を出力する光相関検出手段と、前記光相関検出手段の出力から相関成分を含む波長の光を取り出す光学バンドパスフィルタと、前記光学バンドパスフィルタで取り出された相関成分を含む光を光電変換する受光回路と、前記第１の発振器の出力信号と前記受光回路から出力される相関信号の位相を比較する位相比較器と、前記位相比較器の出力に応じて発振周波数と位相を変化させる第２の発振器と、前記第２の発振器によって駆動され、該第２の発振器の発振周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の繰り返し周波数で光パルス列を発生させる光パルス発生器と、前記光パルス発生器から出力されるクロック光を２分岐する第２の光カプラと、前記第１の発振器によって駆動され、前記第２の光カプラによって分岐された一方のクロック光を変調し、前記第１の光カプラに対して前記変調されたクロック光として出力する光変調手段と、前記第２の光カプラによって分岐された他方のクロック光を出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。本発明は、前記光パルス発生器に代えて、前記第２の発振器の発振周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の繰り返し周波数で、広帯域の周波数成分を含む光パルス列を発生する広帯域パルス光源を用いるとともに、前記第２の光カプラの出力に光学バンドパスフィルタを設けたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）図１は本発明による光クロック位相同期ループ回路の一実施の形態の構成を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項１に記載した構成に対応する実施の形態である。
【００１３】
図１において、１は信号光入力端子、２は光カプラ、３は光相関検出手段、４は光学バンドパスフィルタ、５は受光回路、６は位相比較器、７はＶＣＯ、８は光パルス発生器、９は光増幅器、１０は光カプラ、１１は光変調手段、１２は低周波発振器、１３はクロック光出力端子、１４はバンドパスフィルタである。ここで、位相比較器６の出力電圧に応じて発振周波数と位相を変化させるＶＣＯ７の発振周波数ｆ0は、信号光入力端子１から入力する信号光のビットレートがｎｆ0（ｎは２以上の整数）（ｓ-1）となるように設定されている。
【００１４】
上記構成において、２入力×２出力分岐の光カプラ２の一方の入力端子には、信号光入力端子１から入力された信号光が入力され、他方の入力端子には光変調手段１１の出力光が入力され、光カプラ２において合波される。光カプラ２の一方の出力端子からの出力光は光相関検出手段３に入力され、光相関検出手段３の出力光は光学バンドパスフィルタ４に入力される。光学バンドパスフィルタ４の出力光は受光回路５に入力され、受光回路５によって電気信号に変換された出力電気信号がバンドパスフィルタ１４に入力される。バンドパスフィルタ１４の出力信号は位相比較器６の一方の入力端子に入力され、位相比較器６の他方の入力端子には低周波発振器１２のｎΔｆＨｚの発振信号が入力される。
【００１５】
また、位相比較器６の出力信号はＶＣＯ７に入力され、ＶＣＯ７の発振出力信号は光パルス発生器８に入力される。パルス発生器８の光パルス出力は、光増幅器９に入力され、光増幅器９の出力は、２入力×２出力分岐の光カプラ１０の一方の入力端子に入力される。光カプラ１０の一方の出力端子からの出力光は光変調手段１１に入力され、他方の出力端子からの出力光はクロック光出力端子１３から出力される。光変調手段１１はその入力光を低周波発振器１２のｎΔｆＨｚの出力信号で変調し、変調した信号光を光カプラ２へ入力する。
【００１６】
以下に本実施形態の動作を説明する。ＶＣＯ７の出力信号によって光パルス発生器８を駆動し、繰り返し周波数ｆ0のクロック光を発生させる。従来技術と同様にクロック光の波形としては、正弦波状ではなくてパルス幅が細く高調波成分を含んでいることが必要である。このクロック光を必要であれば光増幅器９で増幅した後に光カプラ１０によって２分岐する。光カプラ１０の出力の一方がクロック光出力端子１３から出力される。もう一方を光変調手段１１を用いて周波数ｎΔｆで変調することによりクロック光の第ｎ高調波成分ｎｆ0がｎｆ0±ｎΔｆ（ただしｎは非負整数）の周波数成分を持つようになる。このｎ（ｆ0±Δｆ）成分とビットレートｎｆ0の信号光の相関を光相関検出手段３を用いて検出してｎΔｆ成分を発生させる。
【００１７】
光相関検出手段３の出力から相関成分を含む波長の光を光学バンドパスフィルタ４で取り出せば、あとは従来技術と同様に、受光回路５で電気信号に変換してその中のｎΔｆ成分について位相比較器６によって低周波発振器１２から出力される基準信号と比較し、その出力をＶＣＯ７にフィードバックすればＰＬＬの動作が実現される。必要であるならば受光回路５の出力にｎΔｆを透過中心周波数とするバンドパスフィルタ１４を用いてもよい。すなわち、図１の構成では、上述した光増幅器９とバンドパスフィルタ１４は省略可能である。
【００１８】
上記構成によれば、光パルス発生器８の出力の繰り返し周波数ｆ0が信号光の繰り返し周波数ｎｆ0に同期したものであるため、従来技術に比べ高い安定性を持つクロック光を出力することができる。これは、従来技術ではｎ（ｆ0±Δｆ）成分を作り出すのをマイクロ波ミキサを用いて電気段で行っていたものを、本発明では光変調手段１１を用いて光段で行っていることにより達成されるものである。
【００１９】
（実施形態２）図２は図１に示す光クロック位相同期ループ回路における光相関検出手段３の一構成例を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項２に記載した構成に対応するものである。
【００２０】
図２（ｉ）および（ii）は、図１の光相関検出手段３を進行波型半導体光増幅器３ａを用いて構成する場合を、異なる動作条件（ｉ）および（ii）での入出力光の周波数分布特性（波長と強度分布の関係）とともに示すものである。図２（ｉ）に示すように、信号光の波長λsigとクロック光の波長λclkが離れている場合（コヒーレントに干渉しない程度に離れている場合）は、進行波型半導体光増幅器３ａにおいてクロック光によって信号光の利得が変調されることによって両光間の相関が検出される。この場合、図１の光学バンドパスフィルタ４は信号光のみ取り出すように設定する。
【００２１】
本動作原理および実験結果の詳細については、S.Kawanishi et al., "10GHz timing extraction from randomly modulated optical pulses using phase-locked loop with travelling-wave laser diode optical amplifier using optical gain modulation," Electron. Lett., vol. 28, pp. 510-511, 1992.に述べられている。
【００２２】
次に、図２（ii）に示すように、信号光の波長λsigとクロック光の波長λclkがコヒーレントに干渉する程度に接近している場合には、進行波型半導体光増幅器３ａで信号光とクロック光が位相整合して発生する四光波混合によって両者の相関に相当する成分が新たな波長λFWMにおいて発生する。ただし、１／λFWM＝２／λsig−１／λclkである。この場合、光学バンドパスフィルタ４は四光波混合光λFWMのみ取り出すように設定する。
【００２３】
（実施形態３）図３は図１に示す光クロック位相同期ループ回路における光相関検出手段３の他の構成例を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項３に記載した構成に対応するものである。
【００２４】
図３は、図１の光相関検出手段３として用いられるものであって、四光波混合を発生させる媒体として光ファイバ３ｂを用いた構成を示している。本実施形態の場合、光ファイバ３ｂの零分散波長±１０ｎｍ内に信号光およびクロック光の波長を設定することによって位相整合条件を満足させることが可能であり、本構成によってもＰＬＬを実現することができる。
【００２５】
（実施形態４）図４は図１に示す光クロック位相同期ループ回路における光相関検出手段３の他の構成例を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項４に記載した構成に対応するものである。
【００２６】
図４は、図１の光相関検出手段３として、非線形光学結晶３ｃにおける和周波発生作用を用いた構成である。和周波発生とは光周波数ν１、ν２の２種類の光を非線形光学結晶３ｃに入射したときに、入射した２つの光の強度の積に比例した大きさで、両者の和の光周波数（ν３＝ν１＋ν２）の光を出力する現象である。その現象の詳細については、高良、川西、山林、猿渡、「和周波光発生を用いた光サンプリングによる超高速光波形測定法」、電子情報通信学会論文誌B-1, vol. J75-B-1, pp. 372-380, 1992、に述べられている。発生した和周波光は、図２（ii）等に示す四光波混合光と同じ相関成分を有しているため、和周波光を電気信号に変換してＶＣＯ７にフィードバックすればＰＬＬが実現できる。非線形光学結晶３ｃとしては、ＬｉＮｂＯ3（リチウムナイオベート）、ＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4；チタニルリン酸カリウム）、ＡＡＮＰ（2-adamantylamino-5-nitropyridine）などがある。
【００２７】
（実施形態５）図５は図１に示す光クロック位相同期ループ回路における光相関検出手段３の他の構成例を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項４に記載した構成に対応するものである。
【００２８】
本実施形態は、図１の光相関検出手段３として非線形光学結晶３ｄにおけるカスケードχ(2)現象を用いる場合である。カスケードχ(2)現象とは、非線形光学結晶３ｄに波長λ1，λ2の２つの光を入射したときに、新たな波長λcの光が、式１／λc＝２／λ1−１／λ2の関係で発生する現象である。波長λcの光の発生は２つの過程からなる。まず、第１の過程は非線形光学結晶３ｄに入射した波長λ1の第二次高調波発生（ＳＨＧ（Second Harmonic Generation））により、波長λ1／２の光が発生する。第２の過程は、ＳＨＧによって発生した波長λ1／２の光と結晶に入射しているもう一方の光（波長λ2）の差周波発生により２／λ1−１／λ2（＝１／λc）の光が発生する。このようにして波長λcの光が発生するが、結晶への入射光波長と結晶からの出射光波長の関係に注目すると、図２（ii）等に示す四光波混合のそれと同一であり、本構成によってもＰＬＬを実現することができる。非線形光学結晶３ｄとしては周期分極反転のＬｉＮｂＯ3やＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ3（酸化マグネシウム添加リチウムナイオベート）などがある。
【００２９】
（実施形態６）図６は本発明による光クロック位相同期ループ回路の他の実施形態を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項５に記載した構成に対応するものである。図６において、図１に示すものと同一の構成には、同一の符号を付けている。
【００３０】
図６に示す光クロック位相同期ループ回路は、図１に示す光クロック位相同期ループ回路における光パルス発生器８のかわりに、パルスの繰り返し周波数ｆ0で広帯域の周波数成分を含むパルス光を発生する広帯域パルス光源１７を用いることで構成されている。この広帯域パルス光源１７の光出力は、光増幅器９を介さずに直接光カプラ１０へ入力される。また、光カプラ１０の２つの出力端子からの出力光は、それぞれ、光学バンドパスフィルタ１８および１９を介して、光変調手段１１に入力され、またクロック光出力端子１３から出力される。
【００３１】
以上の構成では、ＶＣＯ７の出力によって駆動した広帯域パルス光源１７の出力を光カプラ１０で分岐した後、一方を光学バンドパスフィルタ１８で広帯域パルス光のスペクトル内の所望の波長（λclk1）の光パルスを切り出し光変調手段１１に入力する。光カプラ１０の出力のもう一方のポートにおいても波長可変光学バンドパスフィルタ１９で広帯域パルス光のスペクトル内の所望の波長（λclk2）の光パルスを切り出しクロック光出力端子１３から出力する。
【００３２】
本実施形態では、光相関検出手段３に用いるクロック光と外部へ出力するクロック光の波長を独立に設定できる利点がある。例えば、光相関検出手段３へ入力するクロック光の波長λclk1は信号光の波長λsigと異なるように設定する必要があるが、外部出力クロック光の波長λclk2は信号光波長λsigと同一の波長に設定することができる。広帯域パルス光源１７としては、モード同期レーザやスーパーコンティニウム光源などがある。
【００３３】
（実施形態７）図７は図１または図６に示す光クロック位相同期ループ回路における光変調手段１１の構成例を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項６に記載した構成に対応するものである。
【００３４】
本実施形態では光変調手段１１として光強度変調器１１ａを用いる。繰り返し周波数ｆ0でパルス幅の細いクロック光を正弦波ｎΔｆで強度変調すると、ｆ0ならびにその高調波成分の±ｎΔｆの周波数に側波帯が生じる（図７の変調後の周波数分布参照）。これらの周波数成分の中のｎ（ｆ0＋Δｆ）を光相関検出に用いる。光強度変調器１１ａとしてはマッハツェンダ型ＬｉＮｂＯ3光強度変調器、電界吸収型光変調器などがある。
【００３５】
（実施形態８）図８は図１または図６に示す光クロック位相同期ループ回路における光変調手段１１の他の構成例を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項７に記載した構成に対応するものである。
【００３６】
本実施形態は光変調手段１１ｂとして光位相変調器を用いる。繰り返し周波数ｆ0でパルス幅の細いクロック光を正弦波ｎΔｆで強度変調すると、ｆ0ならびにその高調波成分の±ｍｎΔｆ（ｍは自然数）の周波数に多数の側波帯が生じる（図８の変調後の周波数分布参照）。これらの周波数成分の中のｎ（ｆ0＋Δｆ）を光相関検出に用いる。強度変調の場合はｎ（ｆ0＋Δｆ）成分がｎｆ0成分よりも必ず小さくなるが、位相変調の場合は変調指数によってはｎ（ｆ0＋Δｆ）成分をｎｆ0成分より大きくすることができる（詳細は例えば、瀧保夫「通信方式」（コロナ社）の第７章に述べられている）。ｎｆ0成分は位相比較時の雑音となるため、本実施形態は光強度変調器を用いる構成よりも高い性能を実現できる。光位相変調器としては進行波型ＬｉＮｂＯ3光位相変調器などがある。
【００３７】
（実施形態９）図９は本発明による光クロック位相同期ループ回路の他の実施形態を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項１１に記載した構成に対応するものである。図１１において、図１に示すものと同一の構成には、同一の符号を付けている。
【００３８】
図１に示す実施形態１ではクロック光出力端子１３から出力されるクロック光パルス列の繰り返し周波数がｆ0であり、信号光のビットレートｎｆ0をｎ分の１に分周したものに対応していた。一方、図９に示す実施形態９では、クロック光出力端子１３から出力されるクロック光パルス列の繰り返し周波数が、信号光のビットレートｎｆ0と同一になっている。
【００３９】
本実施形態では、図１のパルス発生器８に代えて、それと光パルス発生の繰り返し周波数が異なるパルス発生器３０を用いている。図１のパルス発生器８は、ＶＣＯ７の出力信号の発振周波数ｆ0で駆動され、それと等しい周波数ｆ0の繰り返し周波数で光パルス列を発生するものであった。一方、図９のパルス発生器３０は、ＶＣＯ７からの発振周波数ｆ0の出力信号で駆動され、そのｎ倍の周波数ｎｆ0の繰り返し周波数で光パルス列を発生するものである。この場合、光相関検出では、クロック光の高調波成分を必要としないので、パルス幅がクロック光の高調波を含むような細いパルスでなくてもよい。光パルス発生器３０としては、ハーモニックモード同期レーザや図１に示すパルス発生器８と同様の通常の光パルス発生器にパルス列逓倍手段を組み合わせた構成などがある。
【００４０】
図１０は、図９の光パルス発生器３０を通常の光パルス発生器にパルス列逓倍手段を組み合わせて構成する場合に用いるパルス列逓倍手段の構成例を示すブロック図である。図１０では、パルス列逓倍手段を、プレーナ型の石英系光導波路回路（ＰＬＣ）による光パルス列多重回路（参考文献：H. Takara et al. ,"100 Gbit/s optical signal eye-diagram measurement with optical sampling using organic nonlinear optical crystal," Electron. Lett., vol.32, no.24. pp. 2256-2258, 1196；S. Kawanishi et al. ,"100 Gbit/s, 50km, and nonrepeated optical transmission employing all-optical multi/demultiplexing and PLL timing extraction," Electron. Lett., vol.29, no.12, pp. 1075-1077, 1993）によって構成している。ただし、図１０（ａ）の構成では入力光パルス列の繰り返し周波数を５逓倍しており、図１０（ｂ）の構成では入力光パルス列の繰り返し周波数を４逓倍している。
【００４１】
図１０（ａ）の光パルス列逓倍手段は、石英基板３０１上に２つの１×ｎカプラ３０２と、その間を結合するｎ本の遅延時間の異なる光導波路３０３とを形成した構成である。繰り返し周波数ｆ0の光パルス列は、ｎチャネルに分岐された後に各チャネルごとに異なる遅延時間（Ｔ／ｎ：Ｔは光パルス列の周期）を与えて合波することによりｎ逓倍され、繰り返し周波数ｆ0×ｎの光パルス列が生成される（図１０（ａ）はｎ＝５で５逓倍）。
【００４２】
図１０（ｂ）の光パルス列逓倍手段は、石英基板３０３上に２×２カプラ３０４および光導波路３０５，３０６によって構成されたマッハツェンダ干渉計をｎ段縦続に接続した構成である。本構成では、入力端から出力端まで２n通りの遅延時間の異なる光路が形成される。繰り返し周波数ｆ0の光パルス列は２nに分離され、それぞれ異なる遅延時間で伝搬して合波することにより、繰り返し周波数ｆ0×２nの光パルス列が生成される（図１０（ｂ）はｎ＝２で４逓倍）。
【００４３】
なお、光パルス列逓倍手段は、図１０の構成に限定されるものではなく、例えば特開平１１−３８２５９号公報「高速光パルス列発生装置」に記載のものなどが利用できる。これは、光パルス列逓倍手段として分散付与手段を用いるものである。分散付与手段により分散を与えられた繰り返し周波数ｆ0の光パルス列のある時刻でのスペクトル成分に着目すると、分散の大きさによって光パルス中の２つ以上の異なる光周波数成分が含まれる。その異なる光周波数成分の光周波数差がｆ0のｎ倍であれば、分散付与手段の出力に繰り返し周波数ｆ0×ｎの光パルス列が得られるという原理に基づいている。
【００４４】
（実施形態１０）図１１は本発明による光クロック位相同期ループ回路の他の実施形態を示すブロック図であり、特許請求の範囲の請求項１２に記載した構成に対応するものである。図１１において、図６に示すものと同一の構成には、同一の符号を付けている。
【００４５】
図６に示す実施形態６ではクロック光出力端子１３から出力されるクロック光パルス列の繰り返し周波数がｆ0であり、信号光のビットレートｎｆ0をｎ分の１に分周したものであった。一方、図１１に示す実施形態１０では、クロック光出力端子１３から出力されるクロック光パルス列の繰り返し周波数を、信号光のビットレートと同じｎｆ0としている。
【００４６】
本実施形態では、図６の広帯域パルス光源１７に代えて、それと光パルス発生の繰り返し周波数が異なる広帯域パルス光源３１を用いている。図６の広帯域パルス光源１７は、ＶＣＯ７の出力信号の発振周波数ｆ0で駆動され、それと等しい周波数ｆ0の繰り返し周波数で広帯域の光パルス列を発生するものであった。一方、図１１の広帯域パルス光源３１は、ＶＣＯ７からの発振周波数ｆ0の出力信号で駆動され、そのｎ倍の周波数ｎｆ0の繰り返し周波数で光パルス列を発生するものである。
【００４７】
実施形態１０の構成によれば、光学バンドパスフィルタ１９の透過周波数の設定を変更することで、実施形態９の特徴に加え、光相関検出に用いるクロック光（光変調手段１１の入力）と外部へ出力するクロック光（クロック光出力端子１３の出力）の波長を独立に設定できる利点がある。周波数ｆ0で駆動して繰り返し周波数ｎｆ0の広帯域光パルス列を出力する広帯域パルス光源としては、ハーモニックモード同期レーザや、実施形態９で述べた光パルス発生器を励起光源として用いたスーパーコンティニウム光源などがある。
【００４８】
図１２は、図１１に示す実施形態１０における広帯域パルス光源３１の構成例を説明する図である。図１２に示す広帯域パルス光源は、ＶＣＯ７の出力パルスによって駆動される励起光源３１１と、光増幅器３１２と、光パルス列逓倍手段３１３と、光増幅器３１４と、非線形光学媒質３１５とから構成されている。この場合、光パルス列逓倍手段３１３は、例えば、図１０に示すようにして構成することができ、光増幅器３１２および３１４は、省略することができる。
【００４９】
励起光源３１１から出力される繰り返し周波数ｆ0（Ｈｚ）の光パルス列は、光パルス列逓倍手段３１３に入力されてｎ逓倍され、繰り返し周波数ｆ0×ｎ（Ｈｚ）の光パルス列になる。これにより、この光パルス列を入力する非線形光学媒質３１５では、縦モード間隔（チャネル周波数間隔）がｆ0×Ｎ（Ｈｚ）に広がったコヒーレント白色光（多波長光）を発生させることができる。
【００５０】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、ＰＬＬを用いてクロック抽出を行う光クロック位相同期ループ回路において、ビットレートがｎｆ0の信号光の基本波周波数ｆ0または信号光のビットレートと同一の周波数ｎｆ0のクロックパルス光を発生する光パルス発生器８もしくは広帯域パルス光源１７または光パルス発生器３０もしくは広帯域パルス光源３１を、ＰＬＬループ外には設置せず、ＰＬＬループ内に設置したことによって、ジッタをＰＬＬ内で吸収させることが可能となる。また、ＰＬＬループ内の光パルス発生器８または広帯域パルス発生器１７においては、その繰り返し周波数ｆ0をＰＬＬループへの入力信号光の繰り返し周波数ｎｆ0の整数分の１としたことで、従来技術に比べ安定な動作を実現できるという効果がある。
【００５１】
なお、本発明の実施の形態は、上記のものに限定されることなく、例えば、光学バンドパスフィルタ、電気信号に対するバンドパスフィルタ、光増幅器等を、適宜、追加したり、省略したりする変更が可能である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の光クロック位相同期ループ回路によれば、クロックパルス光を発生する光パルス発生器または広帯域パルス発生器を、ＰＬＬループ内に設置することができるので、光パルス発生器等によるジッタや、光ファイバの温度変化による周波数変動などを、ＰＬＬ内で吸収させることができ、従来に比べ安定な動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による光クロック位相同期ループ回路の一実施の形態を示すブロック図。
【図２】 図１の光相関検出手段３の一構成例としての進行波型半導体光増幅器３ａの構成および作用を説明する図であって、（ｉ）が信号光の波長λsigとクロック光の波長λclkが離れている場合、（ii）信号光の波長λsigとクロック光の波長λclkがコヒーレントに干渉する程度に接近している場合を示している。
【図３】 図１の光相関検出手段３の他の構成例としての光ファイバ３ｂの構成および作用を説明する図。
【図４】 図１の光相関検出手段３の他の構成例としての非線形光学結晶３ｃの構成および作用を説明する図。
【図５】 図１の光相関検出手段３の他の構成例としての非線形光学結晶３ｄの構成および作用を説明する図。
【図６】 本発明による光クロック位相同期ループ回路の他の実施の形態を示すブロック図。
【図７】 図１および図６の光変調手段１１の一構成例としての強度変調器１１ａの構成および作用を説明する図。
【図８】 図１および図６の光変調手段１１の他の構成例としての位相変調器１１ｂの構成および作用を説明する図。
【図９】 本発明による光クロック位相同期ループ回路の他の実施の形態を示すブロック図。
【図１０】 図９の光クロック発生器３０を光パルス発生器にパルス列逓倍手段を組み合わせて構成する場合のパルス列逓倍手段の構成例を示すブロック図であり、図１０（ａ）が５逓倍の構成、図１０（ｂ）が４逓倍の構成を示している。
【図１１】 本発明による光クロック位相同期ループ回路の他の実施の形態を示すブロック図。
【図１２】 図１１の広帯域パルス光源３１の構成例を説明する図。
【図１３】 従来の光クロック位相同期ループ回路の一構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
１ 信号光入力端子
２ 光カプラ
３，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 光相関検出手段
４，１８，１９ 光学バンドパスフィルタ
５ 受光回路
６ 位相比較器
７ 電圧制御発振器（ＶＣＯ）
８，３０ 光パルス発生器
９ 光増幅器
１０ 光カプラ
１１，１１ａ，１１ｂ 光変調手段
１２ 低周波発振器
１３ クロック光出力端子
１４ バンドパスフィルタ
１７，３１ 広帯域パルス光源
Claims (10)
- 交流信号を出力する第１の発振器と、
入力された信号光と変調されたクロック光を合波する第１の光カプラと、
前記第１の光カプラによって合波された信号光と変調されたクロック光を入射し、２つの光の相関成分を含む光を出力する光相関検出手段と、
前記光相関検出手段の出力から相関成分を含む波長の光を取り出す光学バンドパスフィルタと、
前記光学バンドパスフィルタで取り出された相関成分を含む光を光電変換する受光回路と、
前記第１の発振器の出力信号と前記受光回路から出力される相関信号の位相を比較する位相比較器と、
前記位相比較器の出力に応じて発振周波数と位相を変化させる第２の発振器と、
前記第２の発振器によって駆動され、第ｎ高調波成分（ｎは２以上の整数）を含むのに十分狭いパルス幅を持つクロック光を発生させる光パルス発生器と、
前記光パルス発生器から出力されるクロック光を２分岐する第２の光カプラと、
前記第１の発振器によって駆動され、前記第２の光カプラによって分岐された一方のクロック光を位相変調または強度変調し、前記第１の光カプラに対して前記変調されたクロック光として出力する光強度変調器または光位相変調器により構成された光変調手段と、
前記第２の光カプラによって分岐された他方のクロック光を出力する出力手段と
を備えたことを特徴とする光クロック位相同期ループ回路。 - 前記光相関検出手段が、進行波型半導体光増幅器である
ことを特徴とする請求項１記載の光クロック位相同期ループ回路。 - 前記光相関検出手段が、光ファイバから構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の光クロック位相同期ループ回路。 - 前記光相関検出手段が、非線形光学結晶から構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の光クロック位相同期ループ回路。 - 前記光パルス発生器に代えて、広帯域の周波数成分を含むパルス光を発生する広帯域パルス光源を用いるとともに、
前記第２の光カプラの出力に光学バンドパスフィルタを設けた
ことを特徴とする請求項１〜４記載のいずれか１項記載の光クロック位相同期ループ回路。 - 前記光相関検出手段が、非線形光学結晶における和周波発生作用を用いる構成である
ことを特徴とする請求項４記載の光クロック位相同期ループ回路。 - 前記光相関検出手段が、非線形光学結晶におけるカスケードχ（２）現象を用いる構成である
ことを特徴とする請求項４記載の光クロック位相同期ループ回路。 - 前記広帯域パルス光源が、モード同期レーザ又はスーパーコンティニウム光源であることを特徴とする請求項５記載の光クロック位相同期ループ回路。
- 交流信号を出力する第１の発振器と、
入力された信号光と変調されたクロック光を合波する第１の光カプラと、
前記第１の光カプラによって合波された信号光と変調されたクロック光を入射し、２つの光の相関成分を含む光を出力する光相関検出手段と、
前記光相関検出手段の出力から相関成分を含む波長の光を取り出す光学バンドパスフィルタと、
前記光学バンドパスフィルタで取り出された相関成分を含む光を光電変換する受光回路と、
前記第１の発振器の出力信号と前記受光回路から出力される相関信号の位相を比較する位相比較器と、
前記位相比較器の出力に応じて発振周波数と位相を変化させる第２の発振器と、
前記第２の発振器によって駆動され、該第２の発振器の発振周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の繰り返し周波数で光パルス列を発生させる光パルス発生器と、
前記光パルス発生器から出力されるクロック光を２分岐する第２の光カプラと、
前記第１の発振器によって駆動され、前記第２の光カプラによって分岐された一方のクロック光を位相変調または強度変調し、前記第１の光カプラに対して前記変調されたクロック光として出力する光強度変調器または光位相変調器により構成された光変調手段と、
前記第２の光カプラによって分岐された他方のクロック光を出力する出力手段と
を備えたことを特徴とする光クロック位相同期ループ回路。 - 前記光パルス発生器に代えて、前記第２の発振器の発振周波数のｎ倍（ｎは２以上の整数）の繰り返し周波数で、広帯域の周波数成分を含む光パルス列を発生する広帯域パルス光源を用いるとともに、
前記第２の光カプラの出力に光学バンドパスフィルタを設けた
ことを特徴とする請求項９記載の光クロック位相同期ループ回路。
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