JP4504634B2

JP4504634B2 - Optical pulse train converter

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Publication number: JP4504634B2
Application number: JP2003160367A
Authority: JP
Inventors: 恵之青海; 育男山下
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2023-06-05
Also published as: JP2004361697A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光信号処理の分野に属する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
パルス信号処理では、一定周期でパルス列を交互にスイッチする場合がある。たとえば、１０ギガビット毎秒(Gbpsと記す。)の信号を２．５Gbpsの信号にデ・マルチプレックス(DMUXと記す。)する場合、最初に続く１０ビットを第１の方路にスイッチし、次に続く１０ビットを第２の方路にスイッチし、次に続く１０ビットを第３の方路にスイッチし、次に続く１０ビットを第４の方路にスイッチし、次に続く１０ビットを第１の方路にスイッチし、以下同じことを繰り返し、各々の方路でビットの伸張を行うことにより、２．５Gbpsの４チャンネルの光信号を得るというDMUXの方法がある。
【０００３】
電気信号については、種々の論理素子が実現しているので上記のような処理は容易に行えるが、信号速度が速くなると実現が困難になる。
【０００４】
光の信号のままで信号処理を行う方法は、一般的に処理速度が速く、電気信号処理では実現不可能な高速な信号に対しても、信号処理が可能となることが期待でき、種々研究開発がされているが、上記のような処理を光信号のままで信号処理（光演算）する方法は提案されていない。
【０００５】
高速な光パルス伝送では、光パルス列の繰り返し周波数をFとするとき、周波数Fの信号に同期し、Fより周波数の低い光パルス列を得る必要がしばしばある。ここで、周波数とは、光波の強度変化の周波数である。光通信で、例えば、４０Gbpsの光信号から１０ギガヘルツ(GHzと記す。)の光パルスを得てタイミング信号とするときには、４０GHzから１０GHZへの光パルス列変換技術が必要になる。このような一定周期の光パルス列への変換を以下では光周波数変換と言う。光周波数変換は単に周波数が小さくなるということではなく、もとの光パルス列の光強度変化の位相と周波数変換された光パルス列の光強度変化の位相が一定関係にあるということである。一定関係とは、一致するかもしくは一定の時間差をもつということを意味する。
【０００６】
光周波数変換のような光パルス列変換方法として、容易に考えられる方法は、光信号を一旦電気信号に変換し、電気信号で周波数変換した後、その電気信号で新たに電気光変換を行って周波数変換された光信号を得るという方法である。この場合には、電気信号の処理速度によって制限される周波数の上限があり、40GHz程度が上限である。そこで、光周波数変換の方法として、入力した光パルスを光演算して周波数変換する方法がいくつか提案されている。以下、それらについて説明する。
【０００７】
（従来例１）
周波数を小さくするように光演算して周波数変換する既知の方法の一つは、光変調器を駆動して、光パルスを間引く方法である。図６にその方法を実現できる装置構成のブロック図を示す。図６において、５０１は光変調器、５０２は光分岐、５０３は光電気変換器、５０４は電気狭帯域フィルタ、５０５は電気増幅器、５０６は光遅延器、５０７は信号光入力端子、５０８は信号光出力端子である。
【０００８】
光変調器５０１の駆動は、この光変調器５０１の出力の一部を光電気変換器５０３で光電気変換し、電気の狭帯域フィルタ５０４で所望の周波数を有する正弦波信号に変換した後、電気増幅器５０５によって増幅された信号によって行われる。光遅延器５０６は光パルスを間引くタイミングを調節する。
【０００９】
この方法では、電気信号の処理を含むが、狭帯域な電気信号であるので、比較的周波数を高くすることができる。光変調器５０１としては、光の干渉を用いる干渉型光変調器がよく知られている。この干渉型光変調器は駆動電気信号に対して線形に動作するので、実用的には周波数を半分にすることになる。特殊な光変調器である、電界吸収型光変調器(Electro-Absorption-type-Modulator、以下ではEAMと略す。)は、正弦波電気信号で駆動しても光が通過する時間幅は、正弦波の一周期の時間幅より十分狭いので、入力する光信号の一定パルス毎に光パルス透過させることができる。すなわち、この方法では、入力する光パルスの周波数の整数分の１の周波数への周波数変換が可能である。しかし、この方法では、EAMの構造に起因する動作特性から、周波数変換としては４０GHzから１０GHz程度への変換が実用上の限界である。この場合には、EAMは４つの入力光パルスのうち、１つの光パルスを通過させる。
【００１０】
（従来例２）
入力した光パルスを光演算して周波数変換する既知の他の方法では、半導体のレーザ発振器を用いる。半導体光増幅器を光の共振器の光路中に挿入するとレーザ発振器となるが、同時に可飽和吸収体といわれる非線形素子を光路中に挿入すると光パルス発生器となることがよく知られている。その共振器の簡単な構成は凹面鏡を対向させたものである。光出力は鏡の透過率を適当に設計してとり出すようにしている。レーザ発振器の光パルスの繰り返し周波数は共振器の長さで決定され、繰り返し周波数が１０GHzであれば往復の等価的な光路長は約２センチメートル(以下cmと記す。)である。
【００１１】
このような光の共振器に、繰り返し周期が１０GHzの整数倍の信号光を注入すると、レーザ共振器の光パルスが信号光に含まれる１０GHz成分に同期するようになり、１０GHzの周波数をもつ光パルスが得られる。この方法では、構成部品が比較的少なく、小型になるという利点がある。しかし、この方法では、注入される入力信号光に必ず１０GHzの成分が必要であるという制約があり、使用に当たって大きな制約となる。さらに、この方法では、製作に高度な半導体製作技術や、超高精度な光共振器製作技術が必要であり、高価なものになるという欠点がある。
【００１２】
（従来例３）
入力した光パルスを光演算して周波数変換する既知のさらに他の方法は光干渉系を用いる方法である（特許文献１）。この方法では、光入力を２つの光路に分岐し、一方の分岐の光路に所定の遅延を与えて、再度合波する。合波される２つの光波の光の位相が同相であるか、逆相であるかにより出力がスイッチされることを利用している。このような回路によって、周波数がFの光パルス列が入力すると、周波数が２Fの光パルス列が出力される。
【００１３】
しかし、この方法での光路は一般的には偏波分散を有する。光波の干渉は、光導波路の導波路長の波長オーダの差異によって動作するので、偏波分散があると偏波の方向によって、合波される２つの光波の位相が異なることになり、スイッチのされ方が異なってしまう。すなわち、この方法では、入力される光の偏波が一定方向でなければ安定な動作とはならないという欠点がある。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１１−１０１９２２号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
光パルス列を一定パルス数ずつ取り出す方法はこれまで提案されていない。また、従来の光周波数変換方法の、光信号を電気信号に変換して新たな光信号を作り出す方法では、電気信号処理速度の上限により入力の周波数を上げられないという欠点があった。また、従来の光演算して周波数を変換する方法においても、動作周波数をあげられなかったり（従来例１）、入力の光信号に特別な条件が必要であったり（従来例２）、入力される光波の偏波状態に制約がある（従来例３）などの欠点があった。
【００１６】
このような状況に鑑み、本発明では、光パルス列から、これと同期して、一定数のパルスずつ取り出すことができ、あるいは、周波数の高い光パルス列に変換された光パルス列を得る光パルス列変換に関して、光パルスの繰り返し周波数を高くすることができ、あるいは、入力する光波の偏波への依存性をなくすことができる光パルス列変換装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光パルス列変換装置では、光パルス列のパルスの並び方の変換を光演算機能によって行っている。すなわち、連続するシンボル１の光パルス列がN個の「１」とN個の「０」が交互に現れる光パルス列に変換される。これにより、N=１とすれば周波数１／２のダウンコンバートとして働く。またこのような動作は、新しい光信号の多重化や光分離に応用できる可能性がある。さらに、信号を光信号のままで信号処理するので、高速な信号処理に適した方法である。
【００２０】
請求項１の発明は、光パルス列のパルスの並び方を光演算により変換する光パルス列変換装置であって、第１及び第２光波入力端と第１及び第２光波出力端とを有する光結合器と、前記光結合器の前記第２光波入力端から入力されて前記第１光波出力端から出力される光波が同位相で前記第１光波入力端に入力されるように該光波の位相を調節可能な光位相調節器と、この位相が調節された光波を前記光結合器の前記第１光波入力端に入力される前に、入力された光波を増幅後、ある値以上の光パワーの光波を一定の光パワーにして出力する光リミッタ増幅器とを光路で接続したループ構成を有し、前記光結合器は、前記第１及び第２光波入力端のいずれか一方から光波が入力された場合は、入力された光波の光パワーの半分ずつを前記第１及び第２光波出力端から出力し、前記第１及び第２光波入力端から同じ光パワーの光波が入力された場合は、両方の光波の位相が同相であれば、全光パワーを前記第２光波出力端から出力し、両方の光波の位相が逆位相であれば、全光パワーを前記第１光波出力端から出力し、前記第２光波入力端は、一定の周期Ｔで前記一定の光パワーの光パルスの光波が入力され、前記光路は、前記光結合器から出力されて、前記光位相調節器、及び前記光リミッタ増幅器を通過して、再度、前記光結合器に入力される光波の伝搬に要する時間が、前記周期Ｔの整数倍Ｎ×Ｔ（Ｎは整数）となるようにその長さが決定されていることを特徴とするものである。
【００２１】
この構成では、光結合器は次に述べるように作用する。ただし、光結合器に２つの光波出力端子がある場合には、その一方の光波出力端子は空きの端子である。２つの光波入力端子のいずれかの端子から信号光が入力される場合には、その入力された光パワーの半分ずつが光波出力端子から出力される。２つの光波入力端子から同じ光パワーの信号光が入力された場合、両方の光の位相が逆位相の場合には全光パワーが一方の光波出力端子から出力され、同位相であれば全光パワーが他方の光波出力端子(空き端子)から出力される。本発明では、光結合器に同位相で入力されるように光位相調節器が調節され、この位相が調節された光波の光パワーが光リミッタ増幅器で所定の光パワーにまで増幅される。この光結合器の一つの光波入力端子から、周期がTの光パルス列が入力されるとする。また、ループ状の光路を光波が伝搬するのに要する時間がT×Nとすると、光分岐の一端からは、N個の連続する光パルスと、N個相当時間のブランクとが、交互に現れる。例えば、１，１，１，１の入力光パルスに対して、N=１とすると、出力は０，１，０，１に変換される。このような作用は、光パルスの１／２ダウンコンバートに適している。また、N=２であれば、出力は０，０，１，１，０，０，１，１のようになる。N=２以上については光周波数のダウンコンバートの他に、光信号の前記DMUXへの応用が期待できる。
【００２４】
ところで、請求項１に述べた発明を高速な光パルスに適用する場合、光回路をかなり短くする必要があり、通常の導波路ではループの径が小さくなって大きな光損をひき起こすおそれがある。そこで請求項２に記載の発明のように、ループを構成する光路の曲がり部分の一部もしくは全部に、光の波長程度の周期的屈折率分布をもつフォトニック結晶で構成されたフォトニック結晶導波路を用いることとすれば、このフォトニック結晶導波路により、光導波路の微小な曲がりを低損失で実現することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の適用範囲は、これらの実施形態によって限定されるものではない。
【００２６】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る光パルス列変換装置の全体構成を示すブロック図である。
【００２７】
図１において、１０１は光干渉系、１０２は光結合器、１０３は光波に所定の遅延を与える光遅延器、１０４は光波に可変の遅延を与える可変遅延器、１０５は光結合器、１０６は光干渉系の一方の光端子、１０７は光干渉系の他方の光端子、１０８は偏波分離器、１０９は偏波分離器１０８の一方の分離端子、１１０は偏波分離器１０８の他方の光端子、１１１は偏波分離器１０８の光入出力端子、１１２は３端子光サーキュレータ、１１３は光サーキュレータ１１２の光入力端子、１１４は光サーキュレータ１１２の光出力端子、１１５は光サーキュレータ１１２の光入出力端子、１１６は端子間を接続する偏波保持光コード、１１７は端子間を接続する偏波保持光コード、１１８は端子間を接続する光コードである。なお、同図中の二重線は光波が伝搬する光路としての光コード（光ファイバ）を表している。
【００２８】
光干渉系１０１は既知のものであって、その動作は可逆となっている。すなわち、光パルスの繰り返し周波数がFの光信号が光端子１０６から入射すると、光端子１０７からは２Fの周波数成分を有する光信号が出力される。光信号が光端子１０７から入射した場合も、同様に光端子１０６から２Fの周波数成分を有する信号光が出力される。
【００２９】
偏波分離器１０８は光干渉系１０１に接続されて、以下のように動作するようになっている。光入出力端子１１１から入力された信号光は任意の偏波状態とする。信号光が偏波分離器１０８を通過すると、光端子１０９と光端子１１０には、それぞれ、直交する偏波成分に分離されて現れる。
【００３０】
以下では、光端子１０９に現れる光信号をA信号と呼び、光端子１１０に現れる光信号をB信号と呼ぶ。A信号の偏波の方向は紙面に平行な方向としこれをx方向とする。B信号の偏波方向は紙面に垂直方向としこれをy方向とする。
【００３１】
偏波分離器１０８は光入出力端子１１１から入力された信号光を偏波によって光端子１０９と光端子１１０に分離して出力する機能の他に、光端子１０９から入力されたx偏波の信号光と光端子１１０から入力されたy偏波の信号光を合波して光入出力端子１１１に出力するという機能を有している。すなわち、偏波分離器１０８についてもその動作は可逆である。
【００３２】
光干渉系１０１は、x偏波で最適に動作するように調節されているものとする。干渉系がx偏波に対して最適に動作し、かつy偏波に対しても同様に最適な動作をするようにするように設計することは一般的には困難であるので、一方の偏波のみを用いるのが実用的である。
【００３３】
A信号は光干渉系１０１に対して適切な偏波方向であるので、光端子１０７にはA信号の周波数成分の２倍の周波数成分を持つ光パルス列が現れる。この信号光をここではC信号と呼ぶ。C信号はx偏波であるので、そのままでは光端子１１０には入力できない。そこで、偏波保持光コード１１６に１／４回転の捻りを与えて光端子１０７と光端子１１０とを接続する。その結果、C信号は偏波保持光コード１１６を伝搬する間にy偏波に変換され、光端子１１０にはy偏波で入射するので、C信号は光入出力端子１１１にそのまま出力される。
【００３４】
光端子１１０に現れるB信号はy偏波であるが、偏波保持光コード１１６が捻られていることにより、光干渉系１０１にはx偏波に変換されて到達する。その結果、B信号も光干渉系１０１に対して適切な偏波となって光端子１０７から入射し、光端子１０６にはx偏波の状態で現れる。この信号光をここではD信号と呼ぶ。D信号はB信号の２倍の周波数成分をもつ光パルス列となっている。D信号はx偏波であるので、光端子１０９から入力されると光入出力端子１１１にそのまま出力される。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態１では、光入出力端子１１１に入力された信号光は、偏波分離器１０８で２つの偏波成分に分離された後、それぞれが周波数変換を受け、再度偏波分離器１０８で合成される。これら２つの偏波の信号光は、光干渉系１０１、偏波分離器１０８、偏波保持光コード１１６、偏波保持光コード１１７の光路のループを逆向きに伝搬するが、全く同一の光路を伝搬するので、２つの偏波の光波の光波位相関係は保たれたままである。すなわち、光入出力端子１１１に入力される信号光の偏波状態と光入出力端子１１１から出力される信号光の偏波状態は同一であるので、信号光の周波数変換は、偏波無依存であることになる。
【００３６】
光サーキュレータ１１２は、ここでは３端子の光サーキュレータであり、光入力端子１１３から入力された光波は光入出力端子１１５から出力され、光入出力端子１１５から入力された信号光は光出力端子１１３から出力される。偏波分離器１０８が、入力端と出力端が同一の端子であるので、この光サーキュレータ１１２が、その入力端と出力端とを分離するために通常用いられる。
【００３７】
なお、図１に例示の光パルス変換装置では、光端子を接続するために、光コードや偏波保持光コードを用いているが、光導波路を用いてもよい。ただし、光導波路の場合は、光端子１０７と光端子１１０の結線の途中に偏波変換器を挿入する必要がある。
【００３８】
（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２に係る光パルス列変換装置の構成の一例をブロック図で示したものである。図２において、２０１は光結合器としての３デシベル光結合器、２０２および２０３は３デシベル光結合器２０１の信号光入力端子、２０４および２０５は３デシベル光結合器２０１の信号光出力端子、２０６は光位相調節器、２０７は光位相調節器２０６の信号光入力端子、２０８は光位相調節器２０６の信号光出力端子、２０９は光増幅器、２１０は光増幅器２０９の信号光入力端子、２１１は光増幅器２０９の信号光出力端子、２１２は光リミッタ、２１３は光リミッタ２１２の信号光入力端子、２１４は光リミッタ２１２の信号光出力端子、２１５は光分岐、２１６は光分岐２１５の信号光入力端子、２１７は光分岐２１５の一方の信号光出力端子、２１８は光分岐２１５の他方の信号光出力端子、２１９は信号光入力端子、２２０は光分岐２１５の信号光出力端子、２２１は光端子である。なお、同図中の二重線は光波が伝搬する光路としての光ファイバを表している。
【００３９】
３デシベル光結合器２０１は次に述べるような動作をする。光端子２０２もしくは光端子２０３のいずれかの光入力端子から信号光が入力される場合には、入力された光パワーの半分ずつが光端子２０４および光端子２０５から出力される。光端子２０２と光端子２０３の両方に同じ光パワーの信号光が入力された場合、両方の光の位相が同相であれば全光パワーが光端子２０５から出力され、両方の光の位相が逆位相の場合には全光パワーが光端子２０４から出力される。
【００４０】
光位相調節器２０６は、波長オーダの微動機構により、伝搬する光波に波長オーダの遅延を与えることができる。本発明では光位相調節器２０６により、３デシベル光結合器２０１に入力される２つの信号光が同相で入力されるように調節される。
【００４１】
光増幅器２０９は、入力された信号光が、光リミッタ２１２の動作に適切な光パワーとなるように増幅する。この実施形態２では、２０９は半導体光増幅器である。
【００４２】
２１２は光リミッタであって、ある値以上の入力光パワーに対しては、一定の光パワーを出力する光デバイスである。本実施形態２では、光増幅器２０９を出力の飽和領域で用いることによりリミッタ動作を実現している。この場合には、光増幅器２０９と光リミッタ２１２とが同時に稼動されるので、光増幅器２０９と光リミッタ２１２は一体のものであるが、本発明では、光増幅器２０９と光リミッタ２１２とが別体であるものも含めて、両者を光リミッタ増幅器と総称する。光リミッタ機能は吸収型光変調器を用いても得られる。
【００４３】
本発明の光パルス変換装置の動作は以下の通りである。
【００４４】
光端子２１９から一定の周期で光パルスが入力される。この周期をTとする。３デシベル光結合器２０１から出て、光位相調節器２０６、光増幅器２０９，光リミッタ２１２、および光分岐２１５を通過して、再度３デシベル光結合器２０１に入力される信号光の伝搬に要する時間はTの整数倍N×T（Nは整数）となるように、結線のための光ファイバ長が決められる。本実施形態２ではN＝２である。図２中のAは光ファイバの一点、Bも光ファイバの一点を示しており、光端子２１９から入力された信号光がB点に達するに要する時間がT、信号光が点Bから点Aに達するに要する時間がT、信号光が、点Aから点Bに達するに要する時間がTである。
【００４５】
図３はある時刻T₀から始まって時間T毎の信号光の強度を示している。ただし、強度は光端子２１９での強度で正規化されている。光端子２１９からは周期Tで光パルスが入力されるのでその強度はつねに１である。また、３デシベル光結合器２０１は固有の一定の光損をともなうが、ここでは原理を説明するために光損はゼロとしている。信号光がB点からA点に伝搬する間には、光位相調節器２０６や光増幅器２０９や光リミッタ２１２を経過するが、その結果として、A点での信号光強度が１であるように光増幅器２０９の利得が調整されているものとする。
【００４６】
ある時刻T₀での信号光の状態が光端子２１９，A点，B点でそれぞれ１，０，０とするとT₀+Tの時刻では、それぞれ１，０，０．５となる。これは、３デシベル光結合器２０１への入力が光端子２１９からの１のみであるので、３デシベル光結合器２０１からは２等分された信号光が出力されるからである。
【００４７】
T₀+２Tでは、それぞれ、１，１，０．５となる。A点での強度が１になるのは、T₀+TでのB点の強度が０．５あったものが光増幅器２０９と光リミッタ２１２の作用で１となったことによる。
【００４８】
次にT₀+３Tでは、それぞれ、１，１，０となる。A点での強度が１となるのは、T₀+２TでのB点での強度が０．５であることによる。B点での強度が０になるのは、光端子２０２と光端子２０３に同時に１の強度信号光が同相で入力されたために、全信号光が光端子２０５に出力されたためである。
【００４９】
次にT₀+４Tでは、それぞれ、１，０，０となる。A点の強度が０であるのは、T₀+３TでのB点の起用度が０であるからであり、B点での強度が０であるのは、T₀+３Tでの光端子２１９およびA点での強度がともに１であることによる。T₀+４Tでの信号光強度はT₀での強度と同一であるので、以下の時刻ではこの信号強度の変化が繰り返される。
【００５０】
光端子２２０から出力される信号光はA点での強度と同じであるので、オール１の信号光パルス列が、０，０，１，１，０，０，１，１の信号光パルス列に変換されたことになる。
【００５１】
図２では、光のループを光が一周するために要する時間は、入力される信号光パルスの周期の２倍であったが、これをN倍(Nは整数)とすると、出力される信号光のパルス列は、連続するN個の１と連続するN個の０とが繰り返すパルス列となる。もっとも簡単な場合は、N=１であって、この場合には、１と０の繰り返しとなる。
【００５２】
このような光パルス列には、元の周波数成分は含まれないかあるいは大きな減衰を受けている。たとえば１と０の繰り返しでは、元の周波数の半分の周波数成分が主たる周波数成分となる。あるいは、周期が２倍に変換されたと考えることができる。
【００５３】
N=2の場合には、周期は４倍であるが、０，０，１，１の繰り返しであるので、時間波形は正弦波状ではない。正弦波状の信号光を得るには、例えば、エタロンと言われる狭帯域な光フィルタを通過させることにより実現する。
【００５４】
図２の光路は光コードであってもよいし、その他の光導波路であってもよい。
【００５５】
（実施形態３）
図４は本発明の実施形態３に係る光パルス列変換装置の構成の一例をブロック図で示したものである。３０１は電気信号の駆動による光スイッチ、３０２は光分岐、３０３は光電気変換器、３０４は電気増幅器、３０５は電気配線、３０６は信号光入力端子、３０７は信号光出力端子である。なお、図４中の二重線は光波が伝搬する光路としての光ファイバ、一重線は電気信号を伝播する電線を表す。
【００５６】
Aは光分岐３０２と光電気変換器３０３との間の光ファイバ中の一点、Bは電気結線３０５中の一点、Cは光端子３０６と光分岐３０１との間の光ファイバ中の一点である。光端子３０６からは時間周期Ｔの光パルス列が入力される。信号光がC点から光スイッチ３０１まで伝搬するのに要する時間と、電気信号がB点から光スイッチ３０１に伝搬するために要する時間は同一であるように、C点は設定されている。
【００５７】
信号光がA点を出発して、光電気変換器３０３に到達し、３０３で電気信号に変換され、電気結線３０５を伝搬してB点に達するまでに要する時間がTであるように、B点の位置が設定されている。B点から光スイッチ３０１まで電気信号が伝搬するのに要する時間と、信号光が光スイッチ３０１からA点まで伝搬するのに要する時間との和はTであるように電気結線３０５の長さとA点の位置が設定されている。
【００５８】
光スイッチ３０１は、電気入力がオンのときは信号光を遮断し、電気入力がオフの時には信号光を通過させるように動作する。このような動作は、干渉型光変調器や前述のEAMによって実現可能である。
【００５９】
光端子３０６から周期Tの光パルスが入力されるときの、A点，B点，C点の信号の強度は図５のようになる。ただし、光強度および電気信号は、オンの状態を１で、オフの状態を０で表している。時刻T₀でC点，A点，B点はそれぞれ、１，０，０であるとすると、時刻T₀+Tでは１，１，０となる。A点が１であるのは、時刻T₀でのB点が０であるので、光スイッチ３０１としてはオンの状態であるためC点の信号光が、A点に現れたためである。B点が０であるのは、時刻T₀でのA点が０であるからである。
【００６０】
時刻T₀+２Tでは、C点，A点，B点は１，１，１となる。A点が１であるのは、時刻T₀+TでのB点が０であるので、光スイッチ３０１としてはオンの状態であるためC点の信号光がA点に現れたためである。B点が１であるのは、時刻T₀+TでのA点が１であるからである。
【００６１】
時刻T₀+３Tでは、C点，A点，B点は１，０，１となる。A点が０であるのは、時刻T₀+２TでのB点が１であるので、光スイッチ３０１としてはオフの状態であるためC点の信号光が遮断されたためである。B点が１であるのは、時刻T₀+２TでのA点が１であるからである。
【００６２】
時刻T₀+４Tでは、C点，A点，B点は１，０，０となる。A点が０であるのは、時刻T₀+３TでのB点が１であるので、光スイッチ３０１としてはオフの状態であるためC点の信号光が遮断されたためである。B点が０であるのは、時刻T₀+３TでのA点が０であるからである。
【００６３】
時刻T₀+４Tの信号の状態は時刻T₀と同じであるので、以後同じことが繰り返される。光端子３０７から出力される信号光はA点での強度と同じであるので、オール１の信号光パルス列が、０，０，１，１，０，０，１，１の信号光パルス列に変換されたことになる。
【００６４】
このような動作の結果は、図２で示したものと同じである。図４では、信号がループを一周するために要する時間は、電気増幅器３０４に入力信号光パルスの周期の２倍であったが、これをN倍(Nは整数)とすると、出力される信号光のパルス列は、連続するN個の１と連続するN個の０とが繰り返すパルス列となることも同様である。
【００６５】
本実施形態３は、装置の構成が既知の技術である図６に示した装置とほぼ同様である。ただし、本発明では、光路および電気結線の長さに対する条件および光スイッチ３０１の動作の条件により、論理回路として動作している点が異なる。従来の技術では、狭帯域な電気フィルタで正弦波電気信号を作り、その電気信号がオンの状態で信号光を通過させる動作により、入力された信号光を間引いているので、本発明のような０，０，１，１のような信号光を出力をすることはない。
【００６６】
以上述べたの本発明の実施形態１〜３では、光の伝送路として光ファイバを用いているが、光ファイバに限定されるものではない。一般にいわれる光導波路を用いることにより、装置の小型化を図ることができる。
【００６７】
しかし、従来より知られている導波路を用いたとしても、入力の光パルス列の周期が小さくなる、あるいは周波数が大きくなると光回路の設計が困難になる。たとえば、周波数が４０GHzとすると一周期は２５ピコセカンド(psと記す。)であり、光ファイバを伝搬する場合の長さは約２cmである。
【００６８】
一例として、N=８である光パルス列変換装置に４０GHzの光パルス列を入力すると１が８つ、０が８つ、と交互に出力され、これをエタロンフィルタを通過させると、２．５GHzの正弦波状の光パルス列が得られる。N=８であるので、図３の光のループの長さは約１６cmであり、ループの直径は約５cmであり、この値は実現性のある値である。
【００６９】
別の例として、たとえば、４０GHzの光パルス列をN=２である光パルス列変換装置に入力する場合を考えると、ループ長は約４cmでその直径は１．２７cmとなる。通常の光ファイバや光導波路では、曲がりの直径が２cm以下では大きな放射損が発生して実現が困難であるので、通常の光導波路ではこの例は現実的ではない。
【００７０】
このような場合、例えば既知のフォトニック結晶導波路（非特許文献：応用物理、第７１巻、第１１号（２００２）、フォトニック結晶による光子制御、野田・浅野・山本著参照）を用いることが有効である。フォトニック結晶導波路は、屈折率が３次元の周期構造をもった光デバイスであって、その特徴の一つは、急激な導波路の曲がりに対しても光損が微少なことである。
【００７１】
本発明において、光導波路の曲がりの部分をフォトニック結晶導波路で構成することにより、元の信号光パルスの周波数が、８０GHzや１６０GHzに対しても光パルス列変換が可能となる。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の光パルス変換装置によれば、従来はできなかった一定数のパルス列を交互にスイッチしたり、光パルスの変換を偏波無依存で行うことができたり、光回路の小型化により高速な光信号の処理が可能となるので、光信号処理の全光化や経済化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る光パルス列変換装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る光パルス列変換装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態２における光パルス列変換の状態を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る光パルス列変換装置の全体構成を示すブロック図である。
【図５】実施形態３における光パルス列変換の状態を示す説明図である。
【図６】従来例に係る光パルス列変換装置の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１光干渉系
１０２光結合器
１０３光遅延器
１０４可変遅延器
１０５光結合器
１０６，１０７，１０９，１１０光端子
１０８偏波分離器
１１１入出力端子
１１２光サーキュレータ
１１３光入力端子
１１４光出力端子
１１５光入出力端子
１１６偏波保持光コード
１１７偏波保持光コード
１１８光コード
２０１３デシベル光結合器
２０２〜２０５，２０７，２０８，２１０，２１１，２１３，２１４，２１６〜２２１光端子
２０６光位相調節器
２０９光増幅器
２１２光リミッタ
２１５光分岐
３０１光スイッチ
３０２光分岐
３０３光電気変換器
３０４電気増幅器
３０５電気結線
３０６，３０７光端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a technique belonging to the fields of optical communication and optical signal processing.
[0002]
[Prior art]
In the pulse signal processing, the pulse train may be alternately switched at a constant cycle. For example, when de-multiplexing (denoted as DMUX) a signal of 10 gigabits per second (denoted as Gbps) to a 2.5 Gbps signal, the first 10 bits are switched to the first route, The next 10 bits are switched to the second path, the next 10 bits are switched to the third path, the next 10 bits are switched to the fourth path, and the next 10 bits are switched to the second path. There is a DMUX method that switches to one route, repeats the same process below, and performs bit expansion on each route to obtain a 2.5-Gbps 4-channel optical signal.
[0003]
Regarding electric signals, since various logic elements are realized, the above processing can be easily performed. However, when the signal speed is increased, it is difficult to realize the electric signals.
[0004]
Signal processing methods that use optical signals as they are are generally fast and can be expected to enable signal processing even for high-speed signals that cannot be achieved with electrical signal processing. Although it has been developed, a method for performing signal processing (optical calculation) with the above processing as it is as an optical signal has not been proposed.
[0005]
In high-speed optical pulse transmission, when the repetition frequency of an optical pulse train is F, it is often necessary to obtain an optical pulse train having a frequency lower than F in synchronization with a signal of frequency F. Here, the frequency is a frequency of intensity change of the light wave. In optical communication, for example, when an optical pulse of 10 gigahertz (GHz) is obtained from a 40 Gbps optical signal and used as a timing signal, an optical pulse train conversion technique from 40 GHz to 10 GHz is required. Such conversion into an optical pulse train having a constant period is hereinafter referred to as optical frequency conversion. In optical frequency conversion, the frequency is not simply reduced, but the phase of the light intensity change of the original optical pulse train and the phase of the light intensity change of the frequency converted optical pulse train are in a fixed relationship. A constant relationship means that they match or have a certain time difference.
[0006]
As an optical pulse train conversion method such as optical frequency conversion, an easily conceivable method is to convert an optical signal into an electrical signal, convert the frequency with the electrical signal, and then perform a new electro-optical conversion with the electrical signal to change the frequency. This is a method of obtaining a converted optical signal. In this case, there is an upper limit of the frequency limited by the processing speed of the electric signal, and the upper limit is about 40 GHz. In view of this, several methods have been proposed as optical frequency conversion methods in which an input optical pulse is optically calculated to perform frequency conversion. These will be described below.
[0007]
(Conventional example 1)
One known method for performing optical operation and frequency conversion so as to reduce the frequency is a method in which an optical modulator is driven to thin out an optical pulse. FIG. 6 shows a block diagram of an apparatus configuration capable of realizing the method. In FIG. 6, 501 is an optical modulator, 502 is an optical branch, 503 is an optical / electrical converter, 504 is an electrical narrowband filter, 505 is an electrical amplifier, 506 is an optical delay device, 507 is a signal light input terminal, and 508 is a signal. Optical output terminal.
[0008]
The optical modulator 501 is driven by photoelectrically converting a part of the output of the optical modulator 501 with the photoelectric converter 503 and converting it into a sine wave signal having a desired frequency with the electric narrow band filter 504. This is performed by the signal amplified by the electric amplifier 505. The optical delay device 506 adjusts the timing for thinning out the optical pulses.
[0009]
Although this method includes processing of an electric signal, since it is a narrow-band electric signal, the frequency can be made relatively high. As the optical modulator 501, an interferometric optical modulator using light interference is well known. Since this interference type optical modulator operates linearly with respect to the drive electric signal, the frequency is practically halved. A special light modulator, Electro-Absorption-type Modulator (hereinafter abbreviated as EAM), has a time width of light passing through even when driven by a sinusoidal electric signal. Since it is sufficiently narrower than the time width of one cycle of the wave, it is possible to transmit an optical pulse for every fixed pulse of the input optical signal. That is, in this method, it is possible to perform frequency conversion to a frequency that is 1 / integer of the frequency of the input optical pulse. However, in this method, from the operational characteristics resulting from the structure of EAM, the frequency conversion is practically limited from 40 GHz to about 10 GHz. In this case, the EAM passes one optical pulse among the four input optical pulses.
[0010]
(Conventional example 2)
In another known method for optically computing an input optical pulse to convert the frequency, a semiconductor laser oscillator is used. It is well known that when a semiconductor optical amplifier is inserted into the optical path of an optical resonator, a laser oscillator is formed. At the same time, when a nonlinear element called a saturable absorber is inserted into the optical path, an optical pulse generator is formed. The simple configuration of the resonator is a concave mirror. The light output is taken out by appropriately designing the transmittance of the mirror. The repetition frequency of the optical pulse of the laser oscillator is determined by the length of the resonator. If the repetition frequency is 10 GHz, the equivalent optical path length of the round trip is about 2 centimeters (hereinafter referred to as cm).
[0011]
When signal light having an integer multiple of 10 GHz is injected into such an optical resonator, the optical pulse of the laser resonator is synchronized with the 10 GHz component included in the signal light, and light having a frequency of 10 GHz. A pulse is obtained. This method has the advantage that the number of components is relatively small and the size is reduced. However, in this method, there is a restriction that a component of 10 GHz is necessarily required for the input signal light to be injected, which is a great restriction in use. Further, this method has a disadvantage that it requires an advanced semiconductor manufacturing technique and an ultra-high precision optical resonator manufacturing technique, and is expensive.
[0012]
(Conventional example 3)
Still another known method for optically calculating an input optical pulse to perform frequency conversion is a method using an optical interference system (Patent Document 1). In this method, the optical input is branched into two optical paths, and a predetermined delay is given to the optical path of one branch, and then multiplexed again. It utilizes the fact that the output is switched depending on whether the phases of the two light waves to be combined are in phase or out of phase. With such a circuit, when an optical pulse train having a frequency of F is input, an optical pulse train having a frequency of 2F is output.
[0013]
However, the optical path in this method generally has polarization dispersion. Since the interference of the light wave operates by the difference in the wavelength order of the waveguide length of the optical waveguide, if there is polarization dispersion, the phase of the two light waves to be combined differs depending on the direction of the polarization, It will be different. In other words, this method has a drawback that stable operation is not possible unless the polarization of the input light is in a certain direction.
[0014]
[Patent Document 1]
JP-A-11-101922
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
A method for extracting an optical pulse train by a fixed number of pulses has not been proposed so far. In addition, the conventional optical frequency conversion method that generates a new optical signal by converting an optical signal into an electrical signal has a drawback in that the input frequency cannot be increased due to the upper limit of the electrical signal processing speed. Also, in the conventional method of converting the frequency by optical calculation, the operating frequency cannot be increased (conventional example 1), or special conditions are required for the input optical signal (conventional example 2). In other words, the polarization state of the light wave is limited (conventional example 3).
[0016]
In view of such a situation, the present invention relates to optical pulse train conversion in which a fixed number of pulses can be extracted from an optical pulse train in synchronization with each other, or an optical pulse train converted into an optical pulse train having a high frequency is obtained. An object of the present invention is to provide an optical pulse train converter that can increase the repetition frequency of an optical pulse or can eliminate the dependency on the polarization of an input optical wave.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In the optical pulse train conversion apparatus of the present invention, the arrangement of the pulses in the optical pulse train is converted by the optical calculation function. That is, the optical pulse train of consecutive symbols 1 is converted into an optical pulse train in which N “1” s and N “0” s appear alternately. Thus, if N = 1, it works as a down-conversion of frequency 1/2. Such an operation may be applicable to multiplexing of new optical signals and optical separation. Further, since the signal is processed as it is as an optical signal, this method is suitable for high-speed signal processing.
[0020]
The invention of claim 1 is an optical pulse train converter for converting the arrangement of pulses of an optical pulse train by optical computation, 1st and 2nd Lightwave input end 1st and 2nd Light wave output terminal When An optical coupler, and the optical coupler Second Input from the light wave input end First The light wave output from the light wave output end has the same phase and is First Light wave input end In An optical phase adjuster capable of adjusting the phase of the light wave so as to be inputted, and the optical wave having the adjusted phase as the optical coupler The first light wave input end of Before entering , After amplifying the input light wave, output a light wave with a certain level of optical power to a constant optical power It has a loop configuration in which an optical limiter amplifier is connected by an optical path, When an optical wave is input from one of the first and second optical wave input ends, the optical coupler outputs half of the optical power of the input optical wave from the first and second optical wave output ends. When the light waves having the same light power are input from the first and second light wave input ends, if the phases of both light waves are in phase, the total light power is output from the second light wave output end, If the phase of the light wave is opposite, the total light power is output from the first light wave output end, and the light wave of the light pulse having the constant light power is input to the second light wave input end at a constant period T. The optical path is output from the optical coupler, passes through the optical phase adjuster and the optical limiter amplifier, and again, the time required for propagation of the light wave input to the optical coupler is Its length is N × T (N is an integer). Are constant It is characterized by this.
[0021]
In this configuration, the optical coupler operates as described below. However, when the optical coupler has two light wave output terminals, one of the light wave output terminals is an empty terminal. When signal light is input from one of the two lightwave input terminals, half of the input optical power is output from the lightwave output terminal. When signal light of the same optical power is input from two lightwave input terminals, if both light phases are opposite, the total light power is output from one lightwave output terminal. Power is output from the other lightwave output terminal (empty terminal). In the present invention, the optical phase adjuster is adjusted so as to be input to the optical coupler in the same phase, and the optical power of the light wave whose phase is adjusted is amplified to a predetermined optical power by the optical limiter amplifier. It is assumed that an optical pulse train having a period of T is input from one optical wave input terminal of this optical coupler. Also, assuming that the time required for the light wave to propagate through the loop-shaped optical path is T × N, N consecutive optical pulses and N equivalent time blanks appear alternately from one end of the optical branching. . For example, if N = 1 for the input light pulses of 1, 1, 1, 1, the output is converted to 0, 1, 0, 1. Such an action is suitable for 1/2 down-conversion of an optical pulse. If N = 2, the output is 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1. For N = 2 or more, in addition to optical frequency down-conversion, application of optical signals to the DMUX can be expected.
[0024]
By the way, claims 1 When the invention described in (1) is applied to a high-speed optical pulse, it is necessary to shorten the optical circuit considerably, and in a normal waveguide, there is a possibility that the loop diameter becomes small and a large optical loss is caused. So claims 2 As in the invention described in, a photonic crystal waveguide composed of a photonic crystal having a periodic refractive index distribution of the order of the wavelength of light is used for part or all of the bent portion of the optical path constituting the loop. If so, the photonic crystal waveguide can realize a small bend of the optical waveguide with low loss.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, several embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of application of the present invention is not limited by these embodiments.
[0026]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an optical pulse train converter according to Embodiment 1 of the present invention.
[0027]
In FIG. 1, 101 is an optical interference system, 102 is an optical coupler, 103 is an optical delay unit that gives a predetermined delay to an optical wave, 104 is a variable delay unit that gives a variable delay to an optical wave, 105 is an optical coupler, and 106 is One optical terminal of the optical interference system, 107 is the other optical terminal of the optical interference system, 108 is a polarization separator, 109 is one separation terminal of the polarization separator, and 110 is the other optical terminal of the polarization separator. Optical terminal, 111 is an optical input / output terminal of the polarization separator 108, 112 is a three-terminal optical circulator, 113 is an optical input terminal of the optical circulator 112, 114 is an optical output terminal of the optical circulator 112, and 115 is an optical output of the optical circulator 112 Input / output terminals, 116 is a polarization maintaining optical cord that connects the terminals, 117 is a polarization maintaining optical cord that connects the terminals, and 118 is an optical cord that connects the terminals. In addition, the double line in the figure represents an optical code (optical fiber) as an optical path through which a light wave propagates.
[0028]
The optical interference system 101 is known and its operation is reversible. That is, when an optical signal having an optical pulse repetition frequency F is incident from the optical terminal 106, an optical signal having a frequency component of 2F is output from the optical terminal 107. Similarly, when an optical signal enters from the optical terminal 107, signal light having a frequency component of 2F is output from the optical terminal 106.
[0029]
The polarization separator 108 is connected to the optical interference system 101 and operates as follows. The signal light input from the optical input / output terminal 111 is in an arbitrary polarization state. When the signal light passes through the polarization separator 108, it appears in the optical terminal 109 and the optical terminal 110 after being separated into orthogonal polarization components.
[0030]
Hereinafter, an optical signal appearing at the optical terminal 109 is referred to as an A signal, and an optical signal appearing at the optical terminal 110 is referred to as a B signal. The direction of polarization of the A signal is a direction parallel to the paper surface, and this is the x direction. The polarization direction of the B signal is the direction perpendicular to the paper surface, which is the y direction.
[0031]
In addition to the function of separating the signal light input from the optical input / output terminal 111 into the optical terminal 109 and the optical terminal 110 by polarization, the polarization separator 108 outputs the x polarized wave input from the optical terminal 109. The signal light and the y-polarized signal light input from the optical terminal 110 are combined and output to the optical input / output terminal 111. That is, the operation of the polarization separator 108 is reversible.
[0032]
It is assumed that the optical interference system 101 is adjusted so as to operate optimally with x polarization. Since it is generally difficult to design the interference system to operate optimally with respect to x-polarized light and similarly to y-polarized light, it is difficult to It is practical to use only waves.
[0033]
Since the A signal has an appropriate polarization direction with respect to the optical interference system 101, an optical pulse train having a frequency component twice as high as the frequency component of the A signal appears at the optical terminal 107. This signal light is referred to herein as a C signal. Since the C signal is x polarized wave, it cannot be input to the optical terminal 110 as it is. Therefore, the polarization maintaining optical cord 116 is twisted by ¼ rotation to connect the optical terminal 107 and the optical terminal 110. As a result, the C signal is converted to y polarization while propagating through the polarization maintaining optical cord 116 and is incident on the optical terminal 110 with y polarization, so that the C signal is output to the optical input / output terminal 111 as it is. .
[0034]
The B signal appearing at the optical terminal 110 is y-polarized light, but is converted to x-polarized light and reaches the optical interference system 101 because the polarization maintaining optical cord 116 is twisted. As a result, the B signal is also appropriately polarized with respect to the optical interference system 101 and enters from the optical terminal 107, and appears at the optical terminal 106 in the state of x polarization. This signal light is referred to herein as a D signal. The D signal is an optical pulse train having a frequency component twice that of the B signal. Since the D signal is x-polarized wave, when it is input from the optical terminal 109, it is output to the optical input / output terminal 111 as it is.
[0035]
As described above, in the first embodiment, after the signal light input to the optical input / output terminal 111 is separated into two polarization components by the polarization separator 108, each undergoes frequency conversion, and again The signal is synthesized by the polarization separator 108. These two polarized signal lights propagate in the opposite directions in the optical path loops of the optical interference system 101, the polarization separator 108, the polarization maintaining optical cord 116, and the polarization maintaining optical cord 117, but they have exactly the same optical path. Therefore, the optical wave phase relationship between the two polarized light waves is maintained. That is, since the polarization state of the signal light input to the optical input / output terminal 111 is the same as the polarization state of the signal light output from the optical input / output terminal 111, the frequency conversion of the signal light is independent of polarization. It will be.
[0036]
Here, the optical circulator 112 is a three-terminal optical circulator. The light wave input from the optical input terminal 113 is output from the optical input / output terminal 115, and the signal light input from the optical input / output terminal 115 is the optical output terminal 113. Is output from. Since the polarization separator 108 has the same input end and output end, the optical circulator 112 is usually used to separate the input end and the output end.
[0037]
In the optical pulse converter illustrated in FIG. 1, an optical cord or a polarization maintaining optical cord is used to connect the optical terminals, but an optical waveguide may be used. However, in the case of an optical waveguide, it is necessary to insert a polarization converter in the middle of the connection between the optical terminal 107 and the optical terminal 110.
[0038]
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the optical pulse train converter according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 2, 201 is a 3-dB optical coupler as an optical coupler, 202 and 203 are signal light input terminals of the 3-dB optical coupler 201, 204 and 205 are signal light output terminals of the 3-dB optical coupler 201, 206 Is an optical phase adjuster, 207 is a signal light input terminal of the optical phase adjuster 206, 208 is a signal light output terminal of the optical phase adjuster 206, 209 is an optical amplifier, 210 is a signal light input terminal of the optical amplifier 209, and 211 is A signal light output terminal of the optical amplifier 209, 212 is an optical limiter, 213 is a signal light input terminal of the optical limiter 212, 214 is a signal light output terminal of the optical limiter 212, 215 is a light branch, 216 is a signal light input of the light branch 215 217 is one signal light output terminal of the optical branch 215, 218 is the other signal light output terminal of the optical branch 215, 219 is the signal light input terminal, 220 The signal light output terminal of the optical branching 215, 221 is an optical terminal. In addition, the double line in the figure represents the optical fiber as an optical path through which the light wave propagates.
[0039]
The 3 dB optical coupler 201 operates as described below. When signal light is input from either the optical terminal 202 or the optical terminal 203, half of the input optical power is output from the optical terminal 204 and the optical terminal 205. When signal light having the same optical power is input to both the optical terminal 202 and the optical terminal 203, if the phases of both lights are in phase, the total optical power is output from the optical terminal 205, and the phases of both lights are reversed. In the case of phase, all optical power is output from the optical terminal 204.
[0040]
The optical phase adjuster 206 can give a wavelength order delay to the propagating light wave by a fine movement mechanism of the wavelength order. In the present invention, the optical phase adjuster 206 adjusts so that the two signal lights input to the 3-dB optical coupler 201 are input in phase.
[0041]
The optical amplifier 209 amplifies the input signal light so as to have optical power suitable for the operation of the optical limiter 212. In the second embodiment, reference numeral 209 denotes a semiconductor optical amplifier.
[0042]
An optical limiter 212 is an optical device that outputs a constant optical power for an input optical power of a certain value or more. In the second embodiment, the limiter operation is realized by using the optical amplifier 209 in the output saturation region. In this case, since the optical amplifier 209 and the optical limiter 212 are operated simultaneously, the optical amplifier 209 and the optical limiter 212 are integrated. However, in the present invention, the optical amplifier 209 and the optical limiter 212 are separated. Both are collectively referred to as an optical limiter amplifier. The optical limiter function can also be obtained by using an absorption type optical modulator.
[0043]
The operation of the optical pulse converter of the present invention is as follows.
[0044]
Optical pulses are input from the optical terminal 219 at a constant cycle. This period is T. It is necessary for propagation of the signal light that exits from the 3 dB optical coupler 201, passes through the optical phase adjuster 206, the optical amplifier 209, the optical limiter 212, and the optical branch 215, and is input to the 3 dB optical coupler 201 again. The optical fiber length for connection is determined so that the time is an integral multiple of T N × T (N is an integer). In the second embodiment, N = 2. 2, A indicates one point of the optical fiber, and B also indicates one point of the optical fiber. The time required for the signal light input from the optical terminal 219 to reach the point B is T, and the signal light is from the point B to the point A. T is the time required to reach A, and T is the time required for the signal light to reach point B from point A.
[0045]
3 shows a certain time T ₀ Starting from, the intensity of signal light at every time T is shown. However, the intensity is normalized by the intensity at the optical terminal 219. Since an optical pulse is input from the optical terminal 219 with a period T, its intensity is always 1. The 3-dB optical coupler 201 has an inherent constant optical loss, but here the optical loss is zero for the purpose of explaining the principle. While signal light propagates from point B to point A, it passes through the optical phase adjuster 206, optical amplifier 209, and optical limiter 212. As a result, the signal light intensity at point A is 1. Assume that the gain of the optical amplifier 209 is adjusted.
[0046]
A certain time T ₀ If the state of the signal light at is 1,0, 0 at the optical terminal 219, point A and point B, respectively, T ₀ At the time of + T, they are 1, 0 and 0.5, respectively. This is because, since the input to the 3 dB optical coupler 201 is only 1 from the optical terminal 219, the signal light divided into two equal parts is output from the 3 dB optical coupler 201.
[0047]
T ₀ At + 2T, they are 1, 1, 0.5, respectively. The intensity at point A is 1 when T ₀ This is due to the fact that the intensity of the point B at + T of 0.5 is 1 due to the action of the optical amplifier 209 and the optical limiter 212.
[0048]
Then T ₀ At + 3T, it becomes 1, 1, 0, respectively. The intensity at point A is 1 when T ₀ This is because the intensity at point B at + 2T is 0.5. The reason why the intensity at the point B becomes 0 is that all the signal lights are output to the optical terminal 205 because the intensity signal light of 1 is simultaneously input to the optical terminal 202 and the optical terminal 203 in the same phase.
[0049]
Then T ₀ At + 4T, they are 1, 0 and 0, respectively. The intensity of point A is 0 because T ₀ This is because the utilization of point B at + 3T is 0, and the intensity at point B is 0. ₀ This is because the optical terminal 219 at + 3T and the intensity at the point A are both 1. T ₀ The signal light intensity at + 4T is T ₀ Therefore, the change in signal strength is repeated at the following times.
[0050]
Since the signal light output from the optical terminal 220 has the same intensity at the point A, the all-one signal light pulse train is converted into a signal light pulse train of 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1. It will be done.
[0051]
In FIG. 2, the time required for light to go around the light loop is twice the period of the input signal light pulse, but if this is N times (N is an integer), the output signal The pulse train of light is a pulse train in which N consecutive 1s and N consecutive 0s are repeated. In the simplest case, N = 1, and in this case, 1 and 0 are repeated.
[0052]
Such an optical pulse train does not include the original frequency component or is greatly attenuated. For example, in the repetition of 1 and 0, the frequency component that is half the original frequency becomes the main frequency component. Alternatively, it can be considered that the period has been converted to double.
[0053]
In the case of N = 2, the period is four times, but since the repetition is 0, 0, 1, 1, the time waveform is not sinusoidal. The sinusoidal signal light can be obtained, for example, by passing it through a narrow-band optical filter called an etalon.
[0054]
The optical path in FIG. 2 may be an optical cord or another optical waveguide.
[0055]
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of an optical pulse train converter according to Embodiment 3 of the present invention. Reference numeral 301 is an optical switch driven by an electric signal, 302 is an optical branch, 303 is a photoelectric converter, 304 is an electric amplifier, 305 is an electrical wiring, 306 is a signal light input terminal, and 307 is a signal light output terminal. Note that the double line in FIG. 4 represents an optical fiber as an optical path through which a light wave propagates, and the single line represents an electric wire through which an electric signal propagates.
[0056]
A is a point in the optical fiber between the optical branch 302 and the photoelectric converter 303, B is a point in the electrical connection 305, and C is a point in the optical fiber between the optical terminal 306 and the optical branch 301. . An optical pulse train having a time period T is input from the optical terminal 306. The point C is set so that the time required for the signal light to propagate from the point C to the optical switch 301 is the same as the time required for the electric signal to propagate from the point B to the optical switch 301.
[0057]
The signal light starts from point A, reaches the photoelectric converter 303, is converted into an electric signal at 303, propagates through the electrical connection 305, and takes time T to reach point B. The position of the point is set. The length of the electrical connection 305 and A so that the sum of the time required for the electrical signal to propagate from the point B to the optical switch 301 and the time required for the signal light to propagate from the optical switch 301 to the point A is T. The position of the point is set.
[0058]
The optical switch 301 operates so as to block the signal light when the electrical input is on and allow the signal light to pass when the electrical input is off. Such an operation can be realized by an interferometric optical modulator or the aforementioned EAM.
[0059]
FIG. 5 shows the signal intensities at points A, B, and C when an optical pulse having a period T is input from the optical terminal 306. However, the light intensity and the electric signal are represented by 1 in the on state and 0 in the off state. Time T ₀ And C point, A point and B point are 1, 0 and 0, respectively, and time T ₀ At + T, it is 1, 1, 0. Point A is 1 at time T ₀ This is because the signal light at the point C appears at the point A because the point B in FIG. Point B is 0 at time T ₀ This is because the point A at 0 is zero.
[0060]
Time T ₀ At + 2T, points C, A, and B are 1, 1, and 1, respectively. Point A is 1 at time T ₀ This is because the signal light at the point C appears at the point A because the point B at + T is 0 and the optical switch 301 is on. Point B is 1 at time T ₀ This is because the A point at + T is 1.
[0061]
Time T ₀ At + 3T, points C, A, and B are 1, 0, and 1, respectively. Point A is 0 at time T ₀ This is because the signal light at the point C is blocked because the point B at + 2T is 1, so that the optical switch 301 is off. Point B is 1 at time T ₀ This is because the point A at + 2T is 1.
[0062]
Time T ₀ At + 4T, points C, A, and B are 1, 0, 0. Point A is 0 at time T ₀ This is because the signal light at the point C is blocked because the point B at + 3T is 1, so that the optical switch 301 is off. Point B is 0 at time T ₀ This is because the point A at + 3T is 0.
[0063]
Time T ₀ + 4T signal state is time T ₀ The same is repeated thereafter. Since the signal light output from the optical terminal 307 has the same intensity as that at the point A, all 1 signal light pulse trains are converted into 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 1 signal light pulse trains. It will be done.
[0064]
The result of such an operation is the same as that shown in FIG. In FIG. 4, the time required for the signal to go around the loop is twice as long as the period of the input signal light pulse in the electric amplifier 304. However, if this is N times (N is an integer), the output signal Similarly, the pulse train of light is a pulse train in which N consecutive 1s and N consecutive 0s are repeated.
[0065]
The third embodiment is almost the same as the apparatus shown in FIG. 6, which is a technique with a known apparatus configuration. However, the present invention differs in that it operates as a logic circuit depending on the conditions for the length of the optical path and the electrical connection and the operating conditions of the optical switch 301. In the conventional technique, a sinusoidal electric signal is generated by a narrow band electric filter, and the input signal light is thinned out by the operation of passing the signal light while the electric signal is on. No signal light such as 0, 0, 1, 1 is output.
[0066]
In the first to third embodiments of the present invention described above, an optical fiber is used as an optical transmission line, but the present invention is not limited to an optical fiber. By using an optical waveguide that is generally referred to, the apparatus can be miniaturized.
[0067]
However, even if a conventionally known waveguide is used, it becomes difficult to design an optical circuit if the period of the input optical pulse train is reduced or the frequency is increased. For example, if the frequency is 40 GHz, one period is 25 picoseconds (denoted as ps), and the length when propagating through an optical fiber is about 2 cm.
[0068]
As an example, when an optical pulse train of 40 GHz is input to an optical pulse train converter with N = 8, eight 1s and eight 0s are alternately output, and when this is passed through an etalon filter, a sine of 2.5 GHz A wave-like optical pulse train is obtained. Since N = 8, the length of the light loop of FIG. 3 is about 16 cm and the diameter of the loop is about 5 cm, which is a feasible value.
[0069]
As another example, when a case where an optical pulse train of 40 GHz is input to an optical pulse train converter with N = 2, for example, the loop length is about 4 cm and the diameter is 1.27 cm. In a normal optical fiber or an optical waveguide, if the bending diameter is 2 cm or less, a large radiation loss occurs and it is difficult to realize this, so this example is not practical in a normal optical waveguide.
[0070]
In such a case, for example, a known photonic crystal waveguide (non-patent document: Applied Physics, Vol. 71, No. 11 (2002), photon control by photonic crystal, see Noda, Asano, and Yamamoto) is used. Is effective. A photonic crystal waveguide is an optical device having a three-dimensional periodic structure of refractive index, and one of its features is that optical loss is small even when the waveguide is bent suddenly.
[0071]
In the present invention, by configuring the bent portion of the optical waveguide with a photonic crystal waveguide, optical pulse train conversion can be performed even when the frequency of the original signal light pulse is 80 GHz or 160 GHz.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical pulse converter of the present invention, a fixed number of pulse trains that could not be conventionally switched can be switched alternately, optical pulse conversion can be performed without polarization, The downsizing of the circuit enables high-speed optical signal processing, which contributes to all-optical and economical use of optical signal processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an optical pulse train converter according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an overall configuration of an optical pulse train converter according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state of optical pulse train conversion in the second embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing an overall configuration of an optical pulse train converter according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state of optical pulse train conversion in the third embodiment.
FIG. 6 is a block diagram showing an overall configuration of an optical pulse train converter according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
101 Optical interference system
102 Optical coupler
103 Optical delay device
104 Variable delay device
105 Optical coupler
106, 107, 109, 110 Optical terminal
108 Polarization separator
111 I / O terminal
112 Optical circulator
113 Optical input terminal
114 Optical output terminal
115 Optical input / output terminal
116 Polarization-maintaining optical cord
117 Polarization-maintaining optical cord
118 Optical cord
201 3dB optical coupler
202 to 205, 207, 208, 210, 211, 213, 214, 216 to 221 Optical terminals
206 Optical phase adjuster
209 Optical amplifier
212 Optical limiter
215 Optical branching
301 Optical switch
302 Optical branching
303 photoelectric converter
304 Electric amplifier
305 Electrical connection
306,307 Optical terminal

Claims

An optical pulse train converter for converting the arrangement of pulses in an optical pulse train by optical computation,
An optical coupler having a first and second light wave input and first and second light wave output;
The phase of the light wave can be adjusted so that the light wave input from the second light wave input end of the optical coupler and output from the first light wave output end is input to the first light wave input end in the same phase. An optical phase adjuster;
Before the light wave whose phase is adjusted is input to the first light wave input terminal of the optical coupler , the input light wave is amplified, and then the light wave having a light power of a certain value or more is output as a constant light power. and an optical limiter amplifier to have a loop configuration connected by optical path,
When an optical wave is input from one of the first and second optical wave input ends, the optical coupler outputs half of the optical power of the input optical wave from the first and second optical wave output ends. When the light waves having the same light power are input from the first and second light wave input ends, if the phases of both light waves are in phase, the total light power is output from the second light wave output end, If the phase of the light wave is opposite, the total light power is output from the first light wave output end,
The second light wave input end receives a light wave of an optical pulse with the constant optical power at a constant period T,
The optical path is output from the optical coupler, passes through the optical phase adjuster and the optical limiter amplifier, and again, the time required for propagation of the light wave input to the optical coupler is the period T An optical pulse train converter characterized in that its length is determined to be an integral multiple of N × T (N is an integer) .

2. A photonic crystal waveguide composed of a photonic crystal having a periodic refractive index distribution of about the wavelength of light is used for a part or all of a bent portion of an optical path constituting a loop. Optical pulse train converter.