JPH0813025B2 - 光クロック抽出装置及び光時分割多重分離装置 - Google Patents
光クロック抽出装置及び光時分割多重分離装置Info
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- JPH0813025B2 JPH0813025B2 JP8317993A JP8317993A JPH0813025B2 JP H0813025 B2 JPH0813025 B2 JP H0813025B2 JP 8317993 A JP8317993 A JP 8317993A JP 8317993 A JP8317993 A JP 8317993A JP H0813025 B2 JPH0813025 B2 JP H0813025B2
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Description
光クロック抽出や光時分割多重分離に関する。また、光
信号処理で用いられる光分周・光逓倍回路に関する。
同期をとるためや、等化した波形の正しい識別をするた
めにアイの中央の時点を与える目的として用いられてい
る。
て信号光を電気信号に変換した後、下記に示す技術によ
り、クロックを得ている。
術、産報出版、85〜86頁」には、伝送路を伝送され
て来たNRZ形式で符号化された信号光を光電変換器を
用いて電気信号に変換した後、微分折り返し回路でクロ
ック成分を強調し、高いQ値を有する帯域通過フィルタ
を用いて、不要な周波数成分を取り除くことによって、
クロックを得る自己タイミング抽出法と呼ばれる技術が
記載されている。
術、産報出版、106〜109頁」には、位相検波回
路、低域通過フィルタ、電圧制御型発振器とから構成さ
れるPLL回路において、位相検波回路において入力信
号とVCO出力の位相検波を行い、この位相検波出力を
低域通過フィルタ通過させた後、VCOに帰還させて、
入力信号の位相に同期したクロックを得る位相同期発振
器による技術が記載されている。
ロニクス・レターズ、第28巻、第5号、510〜51
1頁、(Electronics Letters,V
ol.28,No.5,pp.510−551,Feb
ruary,1992)」には、近年の光通信の伝送速
度の高速化(>10[Gb/s])に伴い、より高速な
信号処理が可能な光学的な処理を適用する技術が記載さ
れている。この技術は、半導体光増幅器内での光相関検
出を利用したPLL回路技術である。まず、パルス符号
化された信号光(クロック周波数:f[Hz])と、V
COの出力(発振周波数:f[Hz]))にΔf[H
z]の周波数が重畳されたクロックにより駆動されてい
るクロック光発生器の出力であるクロック光(繰り返し
周波数:f+Δf[Hz])を半導体光増幅器に入射す
る。このとき、半導体光増幅器の利得飽和により信号光
の利得がクロック光により変調を受け、半導体光増幅器
の出力信号光に信号光とクロック光の相関であるΔf成
分が発生する。そこで、Δf成分の位相揺らぎを検出し
て、VCOにフィードバックすることにより、信号光パ
ルスに位相同期したクロックを得ている。
光時分割多重された信号光から、時分割多重前の元の時
系列を得る光時分割多重分離において、電気領域の処理
では、その動作速度限界のため困難である。そこで、光
領域で信号処理を行う超高速動作可能な光時分割多重分
離技術として、以下の従来の技術が記載されている。
ニクス・レターズ、第27巻、第11号、922〜92
4頁、(Electronics Letters,V
ol.27,No.11,pp.922−924,Ma
y,1991)」には、信号光とクロック光を光ファイ
バに入射し、信号光とクロック光のパルスの重なりに応
じて光ファイバ内で4光波混合が生じることを利用して
スイッチ動作させる4光波混合スイッチと呼ばれる技術
が記載されている。
ニクス・レターズ、第26巻、第14号、962〜96
4頁、(Electronics Letters,V
ol.26,No.14,pp.962−964,Ju
ly,1990)」には、信号光が同一の光ファイバ中
を互いに反対方向に進むようされ、一方の方向にクロッ
ク光を入射し、クロック光と同一方向に進む信号光が相
互位相変調を受けることを利用して、この相互位相変調
を受けた信号光と他方の信号光の干渉によりスイッチ動
作させる非線形光ファイバループミラーと呼ばれる技術
が記載されている。
・イー・イー、ジャーナル・オブ・セレクテッド・エリ
アズ・イン・コミニュケーションズ、第6巻、第7号、
1186〜1198頁、(IEEE Journal
ofSelected Areas in Commu
nications,Vol1.6,No.7,pp.
1186−1198,August,1988)」に
は、互いに45゜の角度になるように直線偏光した信号光
とクロック光を光ファイバに入射し、クロック光の偏光
と並行な信号光成分と直交な信号光成分の相互位相変調
の大きさの違いを用いて、信号光の偏光を90°回転さ
せることによりスイッチ動作させる光カースイッチとよ
ばれる技術が記載されている。
ロニクス・レターズ、第24巻、第6号、340〜34
1頁、(Electronics Letters,V
ol.24,No.6,pp.340−341,Mar
ch,1988)」には、2分岐された一方の信号光を
クロック光と共に光非線形媒質に入射し、信号光が相互
位相変調により位相シフトを受けることを利用して、こ
の相互位相変調を受けた信号光と他方の信号光の干渉に
よりスイッチ動作させるMach-Zehnder型の光スイッチと
呼ばれる技術が記載されている。
のみで構成された自己タイミング抽出法や位相同期発振
器などのクロック抽出装置では、その動作周波数は高々
数十[GHz]であり、100[Gb/s]の様な超高
速な信号光からのクロック抽出は困難である。
LL回路では、その動作周波数は半導体光増幅器に制限
されてしまい、これもまた高々数十[GHz]程度であ
り、100[Gb/s]以上の超高速の用途には使用で
きない。VCO出力にΔf[Hz]の周波数を重畳した
信号でクロック光発生器を駆動しているため、得られる
クロック光の繰り返し周波数は(f+Δf)[Hz]と
なり、信号光に位相同期した周波数f[Hz]のクロッ
ク光を得るためには、もう1台のクロック光発生器が必
要となる欠点がある。
では、信号光とクロック光との位相同期が必要となり、
上述の様な従来の光クロック抽出装置を用いることが不
可欠となるが、装置が大型になり、消費電力も大きく、
価格も高いという欠点がある。
るために、第1の発明の光クロック抽出装置は、クロッ
ク信号を出力する電圧制御可変周波数発振器(VCO)
と、前記VCOの出力に同期した強度変調光であるクロ
ック光を発生するクロック光発生器と、源信号でパルス
符号変調された信号光と前記クロック光との合波手段
と、前記合波手段により合波された前記信号光と前記ク
ロック光が入射することによって3次の非線形光学効果
を生じる光非線形媒質と、前記光非線形媒質の出力光か
ら必要な光を抽出する分波手段と、前記分波手段の出力
光を電気信号に変換する光電変換器とから構成された光
クロック抽出装置において、前記分波手段の出力として
得られる前記信号光、或は前記クロック光、或は前記信
号光と前記クロック光との4光波混合により前記光非線
形媒質内で生じる4光波混合光の時間平均出力を前記V
COに帰還することによって、前記源信号と同期した前
記源信号のクロック周波数の1/N倍或はN倍(Nは自
然数)の電気クロックと前記クロック光を得ることを特
徴とする。 また、第2の発明の光時分割多重分離装置
は、第1の発明の信号光と第1の発明のクロック光との
合波手段と、前記信号光と前記クロック光が入射される
第1の発明の光非線形媒質と、前記光非線形媒質の出力
から必要な光を抽出する分波手段を含み、前記光非線形
媒質内で生じる非線形光学効果を利用して前記信号光に
位相シフト或は周波数シフトを与えることによって前記
信号光をスイッチする全光型非線形光スイッチと、第1
の発明の光クロック抽出装置内の光非線形媒質として前
記全光型非線形光スイッチ内の光非線形媒質を用いる第
1の発明の光クロック抽出装置とから構成される光時分
割多重分離装置において、第1の発明のVCOの出力の
発振周波数を前記信号光のクロック周波数の1/N(N
は自然数)に設定し、前記信号光のクロック周波数の1
/Nの電気クロックと前記クロック光を得ると共に、前
記全光型非線形光スイッチの出力として、前記信号光の
パルス列のNタイムスロット毎のパルスに対応する前記
信号光の時分割多重分離信号を得ることを特徴とした光
時分割多重分離装置。
る。
例を示すブロック図である。
体レーザの出力がLiNbO3 光変調器によりデータレ
ート20[Gb/s]、RZ符号形式、マーク率1/2
でパルス符号化(パルス幅25[ps])されたもので
ある。クロック光102の繰り返し周波数は、信号光1
01のクロック周波数(20GHz])と同じ20[G
Hz]、パルス幅は、信号光101の光パルスと同じ2
5[ps]である。また、クロック光102は、発振周
波数20[GHz]の電気信号を出力するVCO10に
より駆動されていて、パルス光源として半導体レーザの
利得スイッチを用いた光クロック発生器11から出力さ
れている。
m])と、クロック光102(波長λc=1.550
[μm])は、光カプラ1により合波される。光カプラ
1の出力は、シリカ系のシングルモード光ファイバ(長
さ:10[km]、零分散波長:1.552[μm])
である光非線形媒質4に入射される。光非線形媒質4へ
の入射において、信号光101及びクロック光102の
光パルスのピークパワーは、+40[mW]に設定され
ている。光非線形媒質4内で、信号光101とクロック
光102により4光波混合が生じ、光非線形媒質4の出
力には、新たな波長(2λc−λs=1.546[μ
m]、2λs−λc=1.558[μm])である4光
波混合光103が生じる。光非線形媒質4の出力光のう
ち、4光波混合光103のみが光フィルタ5により抽出
される。4光波混合光103は、光電変換器8で受光さ
れ、制御回路9に入力される。制御回路9の出力は、V
CO10に帰還され、光位相同期ループ(光PLL)を
構成している。
る。図2に、各部における光スペクトルを示す。図2
(A)は、光カプラ1の出力であり、信号光101(波
長:λs)とクロック光102(波長:λc)の光スペ
クトルの様子を示している。この状態で、光カプラ1の
出力が光非線形媒質4に入射すると、信号光101とク
ロック光102により4光波混合が生じ、光非線形媒質
4の出力として、図2(B)に示すように、信号光10
1とクロック光102の他に、新たな波長(λm1 =2
λc−λs、λm2 =2λs−λc)の4光波混合光1
03が生じる。この4光波混合光103の時間平均パワ
ーは、信号光101の光パルスとクロック光102の光
パルスとの時間的な重なりの度合によって異なる。これ
を説明しているものが、図3である。図3(A)、
(B)、(C)は、信号光101のクロック周波数とク
ロック光102のクロック周波数が一致しているとき、
信号光101の光パルスとクロック光102の光パルス
の位相差φがそれぞれ0,π/2,πのときの信号光1
01、クロック光102、4光波混合光103の時間的
変化の様子を示したものである。ここで、それぞれの場
合について、4光波混合光103の時間平均パワーを考
えると、位相差φ=0のときが最大となり、φ=π/2
になると小さくなり、φ=πのとき最小となる。図3
(D)は、位相差φに対する4光波混合光103の時間
平均パワーを表している。4光波混合光103は、光フ
ァイバ4の出力から光フィルタ5により抽出される。光
フィルタ5の出力は、図2(C)に示すような4光波混
合光103の光スペクトルとなる。信号光101とクロ
ック光102の位相同期は、この4光波混合光103を
電気信号に変換し、制御回路9を介してVCO10に帰
還することによって得ている。
LiNbO3 光変調器を駆動している信号源のクロック
周波数の多少の揺らぎに対して、本実施例で得られた電
気クロック及びクロック光102は、信号光101に対
して、常に一定の位相差を保ち、良好な特性を得ること
ができた。
ある。
体レーザの出力がLiNbO3 光変調器によりデータレ
ート20[Gb/s]、RZ符号形式、マーク率1/2
でパルス符号化(パルス幅25[ps]されたものであ
る。クロック光102は、単一モード発振する半導体レ
ーザの出力をLiNbO3 光変調器により強度変調する
ことによって得られたものであり、その繰り返し周波数
は、信号光101のクロック周波数(20[GHz])
と同じ20[GHz]である。クロック光発生器11
は、発振周波数20[GHz]の電気信号を出力するV
CO10の出力により駆動されている。ただし、VCO
10の出力は、発振周波数100[kHz]の電気信号
を出力する発振器19で駆動されている位相変調器21
により位相変調されている。
m])と、クロック光102(波長λc=1.550
[μm])は、光カプラ1により合波される。光カプラ
1の出力は、シリカ系のシングルモード光ファイバ(長
さ:10[km]、零分散波長:1.552[μm])
である光非線形媒質4に入射される。光非線形媒質4へ
の入射において、信号光101及びクロック光102の
光パルスのピークパワーは、+40[mW]に設定され
ている。光非線形媒質4内で、信号光101とクロック
光102により4光波混合が生じ、光非線形媒質4の出
力には、新たな波長(2λc−λs=1.546[μ
m]、2λs−λc=1.558[μm])である4光
波混合光103が生じる。光非線形媒質4の出力光のう
ち、4光波混合光103のみが光フィルタ5により抽出
され、4光波混合光103は、光電変換器8で受光され
る。光電変換器8の出力と発振器19の出力は、ミキサ
−20に入力される。ミキサー20で同期検波すること
により、信号光101の光パルスとクロック光102の
光パルスの位相差が電圧として出力されている。ミキサ
ー20の出力は、制御回路9に入力される。制御回路9
の出力は、VCO10に帰還され、光位相同期ループ
(光PLL)を構成している。 −動作− 次に、図4の光クロック抽出装置の動作について説明す
る。各部における光スペクトルは、図2に示す様に、図
1の光クロック抽出装置の場合と同様である。4光波混
合光103の時間平均パワーは、図3で説明した様に、
信号光101の光パルスとクロック光102の光パルス
との時間的な重なりの度合によって異なる。4光波混合
光103の時間平均パワーが最大になるのは、信号光1
01の光パルスとクロック光102の光パルスの位相差
φ=0のときであり、最小になるのは、位相差φ=πの
ときである。
z]の信号をVCO10の出力に重畳すると、クロック
光102に、繰り返し周波数100[kHz]の位相変
調が重畳される。この位相変調分は4光波混合光103
に現れるため、光電変換器8の出力と発振器19の出力
を位相比較器20に入力し同期検波することによって、
信号光101の光パルスとクロック光102の光パルス
の位相差φが検出される。ミキサー20の出力を、制御
回路9を介して、VCO10に帰還することによって、
信号光101とクロック光102の位相同期を得てい
る。
LiNbO3 光変調器を駆動している信号源のクロック
周波数の多少の揺らぎに対して、本実施例で得られた電
気クロック及びクロック光102は、信号光101に対
して、位相同期した状態を保ち、良好な特性を得ること
ができた。
ある。
体レーザの出力がLiNbO3 光変調器によりデータレ
ート20[Gb/s]、RZ符号形式、マーク率1/2
でパルス符号化(パルス幅25[ps])されたもので
ある。クロック光102は、クロック光発生器11から
出力されている。クロック光発生器11では、単一モー
ド発振する半導体レーザ13の出力が、駆動回路15に
より駆動されているLiNbO3 光変調器14により強
度変調され、信号光101のクロック周波数(20[G
Hz])と同じ20[GHz]のクロック光102が出
力されている。LiNbO3 光変調器14の動作点の設
定には、20[GHz]のクロック光102に100
[kHz]の強度変調信号を重畳するために、2つのバ
イアス回路17、18が用られている。第1のバイアス
回路17は、20[GHz]のクロックへのバイアスの
役割をし、第2のバイアス回路18は、発振器19の出
力である発振周波数100[kHz]の信号へのバイア
スの役割をしている。なお、第1のバイアス回路17
は、50[Ω]の抵抗16で終端されている。
m])と、クロック光102(波長λc=1.550
[μm])は、光カプラ1により合波される。光カプラ
1の出力は、シリカ系のシングルモード光ファイバ(長
さ:10[km]、零分散波長:1.552[μm])
である光非線形媒質4に入射される。光非線形媒質4へ
の入射において、信号光101及びクロック光102の
光パルスのピークパワーは、+40[mW]に設定され
ている。光非線形媒質4内で、信号光101とクロック
光102により4光波混合が生じ、光非線形媒質4の出
力には、新たな波長(2λc−λs=1.546[μ
m]、2λs−λc=1.558[μm])である4光
波混合光103が生じる。光非線形媒質4の出力光のう
ち、4光波混合光103のみが光フィルタ5により抽出
され、4光波混合光103は、光電変換器8で受光され
る。光電変換器8の出力と発振器19の出力は、ミキサ
ー20に入力され、信号光101の光パルスとクロック
光102の光パルスの位相差が電圧として出力されてい
る。ミキサー20の出力は、制御回路9に入力される。
制御回路9の出力は、VCO10に帰還され、光位相同
期ループ(光PLL)を構成している。
る。各部における光スペクトルは、図2に示す様に、図
1の光クロック抽出装置の場合と同様である。4光波混
合光103の時間平均パワーは、図3で説明した様に、
信号光101の光パルスとクロック光102の光パルス
との時間的な重なりの度合によって異なる。4光波混合
光103の時間平均パワーが最大になるのは、信号光1
01の光パルスとクロック光102の光パルスの位相差
φ=0のときであり、最小になるのは、位相差φ=πの
ときである。
アス回路18を用いて発振器19の出力である100
[kHz]の信号を重畳すると、クロック光102に1
00[kHz]の強度変調が重畳される。この強度変調
分は4光波混合光103に現れるため、光電変換器8の
出力と発振器19の出力をミキサー20に入力し同期検
波することによって、信号光101の光パルスとクロッ
ク光102の光パルスの位相差φが検出される。ミキサ
ー20の出力を、制御回路9を介して、VCO10に帰
還することによって、信号光101とクロック光102
の位相同期を得ている。
LiNbO3 光変調器を駆動している信号源のクロック
周波数の多少の揺らぎに対して、本実施例で得られた電
気クロック及びクロック光102は、信号光101に対
して、位相同期した状態を保ち、良好な特性を得ること
ができた。
施例を示すブロック図である。 本実施例は、従来の技
術で述べた4光波混合スイッチと第1の発明の光クロッ
ク抽出装置から構成されている。以下に、具体的な構成
を記す。
重して得られるデータレート40[Gb/s]である。
時分割多重前の4つの各時系列は、半導体レーザの利得
スイッチにより得られる繰り返し周波数10[GH
z]、パルス幅10[ps]の短パルス光を4分岐し、
それぞれをLiNdO3 光変調器でデータレート10
[GHz]、RZ符号形式、マーク率1/2でパルス符
号化(パルス幅10[ps])された時系列である。信
号光101を得るための時分割多重には、各時系列間で
パルスが重なり合わないように、光ファイバストレッチ
ャーである光可変遅延器により適切な時間差を与え、通
常利用されている光カプラを用いて足し合わせる方法を
用いている。クロック光102の繰り返し周波数は、信
号光101のクロック周波数40[GHz])の1/4
の周波数(時分割多重前の各時系列のクロック周波数)
である10[GHz]、パルス幅は、信号光101の光
パルスと同じ10[ps]である。また、クロック光1
02は、発振周波数10[GHz]の電気信号を出力す
るVCO10により駆動されていて、パルス光源として
半導体レーザの利得スイッチを用いた光クロック発生器
11から出力されている。
m])と、クロック光102(波長λc=1.550
[μm])は、第1の光カプラ1により合波される。光
カプラ1の出力は、シリカ系のシングルモード光ファイ
バ(長さ:10[km]、零分散波長:1.552[μ
m])である光非線形媒質4に入射される。光非線形媒
質4への入射において、信号光101及びクロック光1
02の光パルスのピークパワーは、+40[mW]に設
定されている。光非線形媒質4内で、信号光101とク
ロック光102により4光波混合が生じ、光非線形媒質
4の出力には、新たな波長(2λc−λs=1.546
[μm]、2λs−λc=1.558[μm])である
4光波混合光103が生じる。光非線形媒質4の出力光
のうち、4光波混合光103のみが光フィルタ5により
抽出される。4光波混合光103は、第2の光カプラ2
を用いて2分岐され、一方は出力として得られ、他方は
光電変換器8で受光される。光電変換器8の出力は、制
御回路9に入力され、その出力はVCO10に帰還さ
れ、光位相同期ループ(光PLL)を構成している。
する。各部における光スペクトルは、図2に示す様に、
図1の光クロック抽出装置の場合と同様である。4光波
混合光103の時間平均パワーは、図3で説明した様
に、信号光101の光パルスとクロック光102の光パ
ルスとの時間的な重なりの度合によって異なる。4光波
混合光103の時間平均パワーが最大になるのは、信号
光101の光パルスとクロック光102の光パルスの位
相差φ=0のときであるが、ここではクロック光102
のクロック周波数は信号光101のクロック周波数の1
/4と考えているため、4タイムスロット毎の信号光1
01の光パルスとクロック光102の光パルスの位相差
φ=0、π/2、π、3π/2(クロック光102の位
相を基準にした場合)のときである。このことから、ク
ロック光102と信号光101との位相同期は、4光波
混合光103の時間平均パワーを最大になるように良く
知られた最大値制御法などを用いて、制御回路9を介し
てVCO10に帰還することによって得ることができ
る。
期した状態(図7(A)参照)において、図7(B)に
示すように、光非線形媒質4から出力される4光波混合
光103は、クロック光102の光パルスに時間的に重
なった信号光101の光パルスとなる。これは、信号光
101の光パルス列から4タイムスロット毎の光パルス
列、つまり、4時分割多重された信号光101の光パル
ス列うちの一つの時系列(この場合、時系列の番号1)
が得ることができる。
クロック光102の信号光101への位相同期と、時分
割多重された40[Gb/s]の信号光101から、時
分割多重分離された10[Gb/s]の1つの時系列を
良好に得ることができた。
ある。
ファイバループミラーと第1の発明の光クロック抽出装
置から構成されている。以下に、具体的な構成を記す。
カプラ1のポート1に入射される。信号光101は、図
6の実施例の場合と同様である。この信号光101は、
第1の光カプラ1により2分岐され、ポート3及びポー
ト4から出力される。第1の光カプラ1のポート3から
出力される右回り信号光104と、クロック光102
は、第2の光カプラ2により合波される。クロック光1
02は、図6の実施例の場合と同様である。光カプラ2
の出力光は、シリカ系のシングルモード光ファイバ(長
さ: 10[km]、零分散波長: 1.552[μm])
である光非線形媒質4に入射される。光非線形媒質4へ
の入射において、信号光101の光パルスのピークパワ
ーは、+40[mW]、クロック光102の光パルスの
ピークパワーは、+40[mW]に設定されている。光
非線形媒質4内では、右回り信号光104とクロック光
102により4光波混合が生じ、光ファイバ4の出力に
は、新たな波長(2λc−λs=1.546[μm]、
2λs−λc=1.558[μm])である4光波混合
光103が生じる。また、右回り信号光104は、クロ
ック光102により相互位相変調を受け、クロック光1
02の光パルスのピーク光強度に応じて位相シフトを生
じる。光非線形媒質4の右回りに進む出力光であるクロ
ック光102、4光波混合光103、右回り信号光10
4は、第1の光カプラ1のポート4に入射する。一方、
第1の光カプラ1のポート4から出力される左回り信号
光105は、右回り信号光104の経路と全く同じであ
るが、伝幡方向は逆方向であり、光非線形媒質4を伝幡
後、第1の光カプラ1のポート3に入射する。
からそれぞれ入射される右回り信号光104、左回り信
号光105は、第1の光カプラ1で干渉する。干渉光
は、右回り信号光104と左回り信号光105との位相
関係に依存し、互いの位相差が零の場合はポート1に、
位相差がπの場合はポート2に出力される。ポート1か
ら出力される干渉光は、右回り信号光104がクロック
光102により位相シフトを被らない場合のスイッチさ
れない信号光107であり、ポート2から出力される干
渉光は、右回り信号光104が位相シフトをπだけ受け
た場合のスイッチされた信号光106である。なお、光
非線形媒質4から出力されるクロック光102と4光波
混合光103は、第1の光カプラ1により2分岐され
る。以上の様に、第1の光カプラ1のポート1から出力
される光には、スイッチされない信号光107とクロッ
ク光102、4光波混合光103が含まれている。この
光の中から、スイッチされない信号光107のみが、光
フィルタなどを用いて抽出され、次段の光時分割多重分
離装置へ入力される。
る光には、スイッチされた信号光106とクロック光1
02、4光波混合光103が含まれている。この光は、
第3の光カプラ3により2分岐され、一方は、第1の光
フィルタ5により4光波混合光103のみが抽出され、
他方は、第2の光フィルタ6によりスイッチされた信号
光106のみが抽出され、スイッチされた信号光106
を得る。第1の光フィルタ5の出力は、光電変換器8で
受光される。光電変換器8の出力は、制御回路9に入力
され、その出力はVCO10に帰還され、光位相同期ル
ープ(光PLL)を構成している。
する。図9に、各部における光スペクトルを示す。図9
(A)は、第2の光カプラ2の出力であり、右回り信号
光104(波長:λs)とクロック光102(波長:λ
c)の光スペクトルの様子を表している。この状態で、
第2の光カプラ2の出力光が光非線形媒質4に入射する
と、右回り信号光104とクロック光102により4光
波混合が生じ、光非線形媒質4の出力として、図9
(B)に示すように、右回り信号光104とクロック光
102の他に、新たな波長(λm1 =2λc−λs、λ
m2 =2λs−λc)の4光波混合光103が生じる。
この4光波混合光103の時間平均パワーは、図3で説
明したように、右回り信号光104の光パルスとクロッ
ク光102の光パルスとの時間的な重なりの度合いによ
って異なる。4光波混合光103の時間平均パワーが最
大になるのは、右回り信号光パルスとクロック光パルス
の位相差φ=0のときであるが、ここでは、クロック光
102のクロック周波数は信号光のクロック周波数の1
/4と考えているため、図10(A)に示すように、4
タイムスロット毎の右回り信号光104の光パルスとク
ロック光102の光パルスの位相差φ=0、π/2、
π、3π/2(クロック光102の位相を基準にした場
合)のときを意味する。そのとき得られる4光波混合光
103を図10(D)に示す。このことから、信号光1
01とクロック光102との位相同期は、4光波混合光
103の時間平均パワーを最大になるように良く知られ
た最大値制御法などを用いて、制御回路9を介してVC
O10を制御することによって得ることができる。
期した状態において、クロック光102の光パルスに時
間的に重なった右回り信号光104の光パルスのみが、
光非線形媒質4出力で、光の周波数領域におけるπだけ
の位相シフトを被り、それ以外の光パルスは位相シフト
は受けない。その結果、図10(C)に示すように、右
回り信号光104と左回り信号光105との干渉により
得られるスイッチされた信号光106として、信号光1
01の光パルス列から4タイムスロット毎の光パルス
列、つまり、4時分割多重された信号光101の光パル
ス列うちの一つの時系列を得ることができる。もう一つ
の干渉光であるスイッチされない信号光107は、図1
0(B)に示すようにスイッチされた信号光106以外
の残りの3つの時系列を得ることができる。
クロック光102の信号光101への位相同期と、時分
割多重された40[Gb/s]の信号光101から、時
分割多重分離された10[Gb/s]の1つの時系列を
良好に得ることができた。
である。
イッチと第1の発明の光クロック抽出装置から構成され
ている。以下に、具体的な構成を記す。
光カプラ1で合波され、シリカ系のシングルモード光フ
ァイバ(長さ:10[km]、零分散波長:1.552
[μm])である光非線形媒質4に入射される。信号光
101、クロック光102は、図6の実施例の場合と同
様である。光非線形媒質4への入射において、信号光1
01の光パルスのピークパワーは、+4[mW]、クロ
ック光102の光パルスのピークパワーは、+50[m
W]に設定されている。光非線形媒質4の出力は、第2
の光カプラ2により2分岐され、一方は第1の光フィル
タ5に入射され、信号光101のみが抽出される。光フ
ィルタ5の出力の信号光101は、偏光ビームスプリッ
タ12により、スイッチされた信号光106とスイッチ
されない信号光107に分岐される。第2の光カプラ2
で2分岐された他方の出力は、第2の光フィルタ6に入
射され、4光波混合光103のみが抽出される。4光波
混合光103は、光電変換器8で電気信号に変換され、
制御回路9に入力される。その出力は、VCO10に帰
還され、光位相同期ループ(光PLL)を構成してい
る。
明する。本実施例の光クロック抽出に関する動作は、図
6の動作説明で述べた動作と全く同じであり、光非線形
媒質4における信号光101の光パルスとクロック光1
02の光パルスの重なりの度合によって、4光波混合光
103の時間平均パワーが異なることを利用したもので
ある。第2の光フィルタ6により抽出された4光波混合
光103を、光電変換器8により電気信号に変換し、4
光波混合光103の時間平均パワーが最大になるように
良く知られた最大値制御法などを用いて、制御回路9を
介してVCO10を制御して、信号光101に同期した
クロック光102を得ている。
ク光102に並行な偏光の信号光101の成分と直交な
信号光101の成分の相互位相変調による位相シフト量
が異なることを利用したものである。2成分の位相差が
πのとき、光ファイバ4の出力として得られる信号光1
01の偏光は、光ファイバ4入力時の偏光に対して90
°回転している。このことから、この信号光101を偏
光ビームスプリッタ11に入射させると、クロック光1
02によりスイッチされた信号光106(図10
(C))と、スイッチされない信号光107(図10
(B))に分離できる。
クロック光102の信号光101への位相同期と、時分
割多重された40[Gb/s]の信号光101から、時
分割多重分離された10[Gb/s]の1つの時系列を
良好に得ることができた。
である。
−Zehnder型の光スイッチと第1の発明の光クロ
ック抽出装置から構成されている。以下に、具体的な構
成を記す。
信号光101が、他方からクロック光102が入射さ
れ、それぞれ分岐される。信号光101、クロック光1
02は、図6の実施例の場合と同様である。第1の光カ
プラ1の2つの出力ポートの一方から出力される信号光
101とクロック光102は、そのまま第2の光フィル
タ6に入射される。他方から出力された信号光101と
クロック光102は、半導体光増幅器の光非線形媒質4
に入射される。光非線形媒質4への入射において、信号
光101の光パルスのピークパワーは、+4[mW]
に、クロック光102の光パルスのピークパワーは、+
40[mW]に設定されている。光非線形媒質4の出力
は第2の光カプラ2で分岐され、一方は第3の光フィル
タ7に入射され、他方は、第1の光フィルタ5に入射さ
れる。光フィルタ5の出力光は、光電変換器8で電気信
号に変換される。変換された電気信号は、制御回路9に
入力される。その出力は、VCO10に帰還され、光位
相同期ループ(光PLL)を構成している。第2の光フ
ィルタ6と第3の光フィルタ7の出力は、第3の光カプ
ラ3に入射され、スイッチされた信号光106とスイッ
チされない信号光107に分岐される。
明する。本実施例の光クロック抽出に関する動作は、図
6の動作説明で述べた動作と全く同じであり、光非線形
媒質4における信号光101の光パルスとクロック光1
02の光パルスの重なりの度合によって、4光波混合光
103の時間平均パワーが異なることを利用したもので
ある。第1の光フィルタ5により抽出された4光波混合
光103を、光電変換器8により電気信号に変換し、4
光波混合光103が最大になるように良く知られた最大
値制御法などを用いて、制御回路9を介してVCO10
を制御して、信号光101に同期したクロック光102
を得ている。
形媒質4内において、信号光101がクロック光102
により相互位相変調により位相シフトを受けることを利
用したものである。位相シフト量がπのとき、第2の光
フィルタ6と第3の光フィルタ7の出力である信号光1
01が第3の光カプラ3により干渉し、出力ポートの一
方に出力される。一方、位相シフト量が0の場合は、他
方の出力ポートに出力される。このことから、信号光1
01が、クロック光102により、スイッチされた信号
光106(図9(C))と、スイッチされない信号光1
07(図9(B))に分離される。
クロック光102の信号光101への位相同期と、時分
割多重された40[Gb/s]の信号光101から、時
分割多重分離された10[Gb/s]の1つの時系列を
良好に得ることができた。
実施例には、上述した以外にも以下の様な変形例があ
る。
グルモード光ファイバや半導体光増幅器に限らず、その
他の無機物でも、有機物のものでも、3次の非線形光学
効果を生じる媒質であれば構わない。また、光非線形媒
質としての光ファイバは、通常のシングルモード光ファ
イバに限らず、偏波保持型の光ファイバでも、その他の
光ファイバでも構わない。零分散波長は、本実施例の
1.552[μm]に限定されるわけではなく、信号光
101とクロック光102による非線形光学効果が十分
に得られるのであれば、1.56[μm]や1.3[μ
m]など、その他の零分散波長でも構わない。
とクロック光102のピークパワーは、本実施例の値に
限らず、+20[mW]でも、+40[mW]でも、非
線形光学効果を生じさせるために十分であれば構わな
い。また、光非線形媒質4への入射パワーが非線形光学
効果を生じさせるのに不十分であるならば、Er添加光
ファイバ増幅器や半導体光増幅器などの光増幅器を用い
てパワーを増大させても良い。また、光増幅器は、その
他の部分に弱まった光のパワーを強くする目的で使用し
ても構わない。
波長は、本実施例に制限されるわけではなく、十分な非
線形光学効果を得られるのであれば、1.555[μ
m]や1.3[μm]など、その他の波長でも構わな
い。
る。データレートは、本実施例の10[Gb/s]や2
0[Gb/s]、40[Gb/s]に限らず、それより
遅い5[Gb/s]でも、速い100[Gb/s]でも
構わない。時分割多重数も4多重に限らず、2多重で
も、10多重でも構わない。符号形式は、RZ符号形式
に限らず、NRZ符号形式でも構わない。マーク率も1
/2に限らず、3/8でも1/8でも、その他でも構わ
ない。光パルスのパルス幅は、本実施例の25[ps]
や10[ps]に限らず、信号光101のクロック周波
数の1タイムスロット以下であれば、それより長い10
0[ps]でも短い5[ps]でも構わない。パルスの
形状については、デューティ比が小さい短パルスでも、
正弦波状でも、信号光としての機能を満たせば、他の形
状でも構わない。消光比については、感度上支障が無け
れば、10[dB]でも、20[dB]でも構わない。
がある。クロック周波数の信号光101のクロック周波
数に対する分周比は、4に限らず、2でも、20でも構
わない。分周に限らず、信号光101のクロック周波数
の逓倍でも構わない。光パルスのパルス幅は、本実施例
の25[ps]や10[ps]に限らず、それより長い
100[ps]でも短い5[ps]でも構わない。パル
スの形状については、デューティ比が小さい短パルスで
も、正弦波状でも、クロック光としての機能を満たせ
ば、他の形状でも構わない。消光比については、感度上
支障が無ければ、5[dB]でも、20[dB]でも構
わない。
線形光学効果の大きさは、互いの偏光状態に依存する。
最大の効果を得るため、少なくとも一方に、光ファイバ
スクイーザなどの偏光制御器を用いて、偏光を調整して
も構わない。
光波混合光103に限らず、4光波混合により信号光1
01とクロック光102の光非線形媒質4出力での時間
平均パワーが減少するため、信号光101を受光して
も、クロック光102を受光しても構わない。この場
合、第2の発明の光時分割多重分離装置において、信号
光101とクロック光102の光パルスの重なりを最大
にするためには、制御回路10で最小値制御を行えば良
い。
のに限らず、反射膜型のものでも、その機能さえ満たせ
ばその他のものでも構わない。
のやファブリ・ペロー型のものでも良く、その機能さえ
満たせばその他ものでも良い。
でも、アバランシェ・フォトダイオードでも、その機能
さえ満たせばその他ものでも良い。
パルス光源には、実施例で述べた利得スイッチを用いた
半導体レーザ以外に、以下の変形例がある。短パルス発
生器としてのモードロックを用いた半導体レーザやリン
グレーザでも、VCO10の出力により駆動でき、必要
な繰り返し周波数とパルス幅が得られれば、その他の物
でも構わない。また、パルス光源から繰り返し周波数や
パルス幅が直接得られないとき、繰り返し周波数に関し
ては、光カプラを用いて分岐し、適切な遅延を加えた
後、再び足し合わせる方法などや、パルス幅に関して
は、グレーティング・ペアを用いたパルス圧縮技術や、
高次のソリトンを利用したパルス圧縮技術などを用いて
も構わない。さらに、クロック光102として短パルス
光に限定される必要はなく、図4、図5の実施例で示し
たように、LiNbO3 光変調器14や電界吸収型の半
導体光変調器などの外部変調器により通常得られる強度
変調光でも構わなく、その強度変調度も、非線形光学効
果が十分に得られれば、特に限定されない。図4、図5
に示した実施例において、発振器19の発振周波数とし
て、100[kHz]に限定されるわけではなく、それ
以上の1[MHz]でも、それ以下の10[kHz]で
も、同期検波動作に支障が無ければ特に限定されない。
型非線形スイッチは、上述の非線形光ファイバループミ
ラー、光カースイッチやMach−Zehnder型の
ものに限らず、その他、互いに異なる波長の信号光10
1とクロック102を用いるタイプのものであれば構わ
ない。
光クロック抽出装置及び第2の発明による光時分割多重
分離装置には、以下の効果がある。
利用しているため、非線形媒質の選択によりTHzオー
ダーの超高速動作が可能となり、電気的処理では困難な
数十GHz以上の超高速な信号光からクロックを再生で
きる。
高安定なクロック光を得ることができる。
倍(Nは自然数)のクロック光を得ることができ、光分
周器、光逓倍器としても利用できる。また、VCOの出
力も、信号光と位相同期するため、本発明の装置のみ
で、光のクロックと電気のクロック両方を得ることがで
きる。
は、非線形光学効果を用いた従来の全光型非線形スイッ
チと第1の発明の光クロック抽出装置が光非線形媒質を
共有することによって、装置の小型化、安定化、低消費
電力化、低価格化を同時に実現できる。
ある。
ある。
ある。
ある。
である。
る。
である。
図である。
ある。
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 クロック信号を出力する電圧制御可変周
波数発振器(VCO)と、前記VCOの出力に同期した
強度変調光であるクロック光を発生するクロック光発生
器と、源信号でパルス符号変調された信号光と前記クロ
ック光との合波手段と、前記合波手段により合波された
前記信号光と前記クロック光が入射することによって3
次の非線形光学効果を生じる光非線形媒質と、前記光非
線形媒質の出力光から必要な光を抽出する分波手段と、
前記分波手段の出力光を電気信号に変換する光電変換器
とから構成された光クロック抽出装置において、前記分
波手段の出力として得られる前記信号光、或は前記クロ
ック光、或は前記信号光と前記クロック光との4光波混
合により前記光非線形媒質内で生じる4光波混合光の時
間平均出力を前記VCOに帰還することによって、前記
源信号と同期した前記源信号のクロック周波数の1/N
倍或はN倍(Nは自然数)の電気クロックと前記クロッ
ク光を得ることを特徴とする光クロック抽出装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の信号光と請求項1記載の
クロック光との合波手段と、前記信号光と前記クロック
光が入射される請求項1記載の光非線形媒質と、前記光
非線形媒質の出力から必要な光を抽出する分波手段を含
み、前記光非線形媒質内で生じる非線形光学効果を利用
して前記信号光に位相シフト或は周波数シフトを与える
ことによって前記信号光をスイッチする全光型非線形光
スイッチと、請求項1記載の光クロック抽出装置内の光
非線形媒質として前記全光型非線形光スイッチ内の光非
線形媒質を用いる請求項1記載の光クロック抽出装置と
から構成される光時分割多重分離装置において、請求項
1記載のVCOの出力の発振周波数を前記信号光のクロ
ック周波数の1/N(Nは自然数)に設定し、前記信号
光のクロック周波数の1/Nの電気クロックと前記クロ
ック光を得ると共に、前記全光型非線形光スイッチの出
力として、前記信号光のパルス列のNタイムスロット毎
のパルスに対応する前記信号光の時分割多重分離信号を
得ることを特徴とする光時分割多重分離装置。
Priority Applications (4)
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