JP2000124556A - 光クロック抽出回路 - Google Patents

光クロック抽出回路

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JP2000124556A
JP2000124556A JP10298981A JP29898198A JP2000124556A JP 2000124556 A JP2000124556 A JP 2000124556A JP 10298981 A JP10298981 A JP 10298981A JP 29898198 A JP29898198 A JP 29898198A JP 2000124556 A JP2000124556 A JP 2000124556A
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JP
Japan
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optical
frequency
waveguide
clock
optical waveguide
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JP10298981A
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Inventor
Juichi Kurita
寿一 栗田
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光信号列からビットレートの整数分の1の周
波数の短光クロックパルス列を抽出する。 【解決手段】 多重化前周波数成分f/m を含むクロック
周波数fの光信号パルス列を、所定長のリング状光導波
路61と結合した光導波路62を介して共振器長が所定の半
導体レーザ素子1へ入射する。光導波路の透過率は周波
数間隔fで極小値を持つ周波数依存性を有するため、光
データパルス列はクロック周波数fの成分が抑制されて
f/m の成分が効果的に取出される。レーザ素子1は、利
得領域101に直流電流源によって順電流を注入し可飽和
吸収領域102 に直流電圧源により逆バイアスを印加する
ことで、約f/m の繰返し周波数でモード同期動作を行
う。このレーザ素子に光導波路62通過後の光データを入
射すると、レーザ素子は周波数f/m で領域102 の吸収が
効果的に変調されモード同期周波数が光信号パルス列の
整数分の1のクロック周波数f/m に引込まれ、繰返し周
波数f/m の安定な光クロックパルスとなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光クロック抽出回路に関
し、特に光通信に有用な非常に高ビットレートの光信号
パルス列からそのビットレートの整数分の1の周波数を
有する光クロックパルス列を発生する光クロック抽出回
路に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、超高速の光通信システムを構築す
るために、電子回路による速度制限を受けない光信号処
理技術への要求が高まっている。その主要な技術の一つ
としては、光信号パルス列からこれに同期した光クロッ
クパルス列を生成する光クロック抽出が挙げられる。光
クロック抽出を実現する1つの例としては、モード同期
している半導体レーザへの注入同期を用いた光クロック
抽出回路があり、入力光信号の注入により、10GHz
以上の繰り返し周波数の光クロック発生が実現されるこ
とが報告されている。この技術については、例えば特開
平6−13981号公報に記載されている。
【0003】この技術は、利得領域と可飽和吸収領域と
で構成される受動モード同期半導体レーザを用いたもの
であり、光信号パルス列をそのクロック周波数とほぼ同
じ基本モード同期周波数(共振器内の光の周回周波数)
を有する受動モード同期半導体レーザに入射させると、
可飽和吸収領域の吸収が光信号パルス列により光学的に
変調されて、受動モード同期半導体レーザのモード同期
周波数が入射された光信号パルス列のクロック周波数に
引き込まれる、という現象を利用したものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、大容量光通
信を実現する通信法式の1つとして提案されている時分
割多重光通信においては、低ビットレートの複数のチャ
ンネルを光信号を少し時間軸上でずらした形で多重し、
高ビットレートの多重光信号にしてデータを伝送する。
この通信方式においては、受信側で高ビットレートの多
重光信号から多重前の低ビットレートのクロック信号
(分周光クロック)を抽出する必要がある(分周光クロ
ック抽出)。しかし、多重化した高ビットレートの光信
号には多重化前の低ビットレートの周波数成分が含まれ
ていないために、上記の公開公報に開示された技術で
は、分周光クロックを得ることができないという問題が
ある。
【0005】また、これを解消する手段として多重する
低ビットレートの光信号の1つまたは複数のチャンネル
の光強度を大きくして多重化前の周波数成分を意図的に
残存させる手法が挙げられるが、光増幅器の飽和などに
より全チャンネルを合わせた光出力に制限があるため
に、残存させる周波数成分の強度を大きくできないとい
う問題がある。
【0006】本発明の目的は、上述した従来の光クロッ
ク抽出回路の持つ欠点を除去して、光信号パルス列から
そのビットレートの整数分の1の周波数を有する光クロ
ックパルス列を安定に発生する光クロック抽出回路を提
供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、一端か
ら光信号が入力され他端に光信号を出力する入出力光導
波路と、この入出力光導波路に近接して設けられたリン
グ状光導波路と、前記入出力光導波路を伝搬する光信号
を前記のリング状光導波路に合流させる光結合器と、複
数の電極を有する半導体レーザ素子と、前記入出力光導
波路と前記半導体レーザ素子とを光学的に結合させる手
段とを有し、前記リング状光導波路の光路長Lが、cを
真空中の光速、n1 を群速度分布を含んだ前記導波路の
屈折率、fを前記光信号のクロック周波数としたとき、
L=c/(n1 f)と等しく、前記半導体レーザ素子の
光の周回周波数が前記光信号のクロック周波数の整数分
の1とほぼ等しいことを特徴とする光クロック抽出回路
が得られる。
【0008】そして、前記入出力光導波路を伝搬する光
信号を前記リング状光導波路に合流させる光結合器が方
向性結合器であることを特徴とする。また、前記入出力
光導波路、リング状光導波路、光結合器、光増幅器が、
全て同一の誘電体または半導体基板上に形成されている
ことを特徴とする。更に、前記光増幅器が半導体光増幅
器であることを特徴とし、また前記光増幅器が導波路型
光増幅器であることを特徴とする、そして、前記半導体
レーザ素子が同一の誘電体または半導体基板上に形成さ
れたことを特徴とする。
【0009】本発明に作用を述べる。多重化前の周波数
成分f/mを含んだクロック周波数fの光信号パルス列
は、長さc/(n1 f)(ただし、cは真空中の光速、
n1は群速度分散を含んだ導波路の屈折率)のリング状
光導波路と結合した入出力光導波路を介して、共振器長
がほぼmc/(2n2 f)(ただし、mは2以上の整
数、n2 は群速度分散を含んだ半導体レーザの屈折率)
の2電極半導体レーザ素子へ入射される。入出力光導波
路の透過率は周波数間隔fで極小値を持つ周波数依存性
を有するため、光データパルス列はクロック周波数であ
る周波数fの成分が抑制されて周波数f/mの成分が効
果的に取出される。
【0010】一方、半導体レーザ素子は、利得領域に直
流電流源によって順電流を注入し、可飽和吸収領域に直
流電圧源により逆バイアスを印加することにより、ほぼ
f/mの繰り返し周波数でモード同期動作を行う。この
半導体レーザ素子に入出力光導波路通過後の光データを
入射させると、半導体レーザ素子は周波数f/mで可飽
和吸収領域の吸収が効果的に変調されて、モード同期周
波数が光信号パルス列の整数分の1のクロック周波数f
/mに引き込まれるため、繰り返し周波数f/mの安定
な光クロックパルスを得ることができるのである。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明の第1の実施例の構成
を示している。この例では伝送路からの光信号パルス列
は入出力光導波路62、光増幅器51、アイソレータ4
1、レンズ31を通じて、2電極半導体レーザ素子1に
入射される。また、入出力光導波路に入射した光信号パ
ルス列の一部は光結合器63を介してリング状光導波路
61と結合している。
【0012】ここで、リング状光導波路の長さは光信号
パルス列のクロック周波数をfとして、c/(n1 f)
(ただし、cは真空中の光速、n1 は群速度分散を含ん
だ導波路の屈折率)、また半導体レーザ素子1の共振器
長はほぼmc/(2n2 f)(ただし、mは2以上の整
数、n2 は群速度分散を含んだ半導体レーザの屈折率)
である。半導体レーザ素子1の出力はレンズ32、アイ
ソレータ42を通じて出射される。
【0013】このように構成された光クロック抽出器の
動作を図2,3を参照して説明する。図2はリング状光
導波路52前後の光信号パルス列の光スペクトルを示し
た図である。ここでクロック周波数fの光パルス列は多
重化前の周波数成分f/mを意図的に残存させており、
それを反映して光スペクトルは周波数間隔fのピークに
加えて、周波数間隔f/mの強度の弱いピークを有して
いる。
【0014】入出力光導波路62とリング状光導波路6
1の光結合器に方向性結合器を用いた場合、モード結合
定数をκ、方向性結合器の結合長をl、方向性結合器の
強度挿入損失をγ、導波路の伝搬定数をβ、導波路の強
度損失係数をρ、リング状光導波路の長さをLとする
と、入出力光導波路62の透過関数は、
【数1】 で表される。
【0015】ここで、リング状光導波路長さL=c/
(n1 f)とすると、入出力光光導波路62の透過率の
図2(b)は様に周波数間隔fで極小値を持つ周波数依
存性を有する。よって、入出力光導波路62通過後の光
データの光スペクトルは図2(c)の様になり、光デー
タのクロック周波数である周波数fの成分が抑制されて
周波数f/mの成分を効果的に取出すことができる。
【0016】一方、半導体レーザ素子1は、利得領域1
01に直流電流源21によって順電流を注入し、可飽和
吸収領域102に直流電圧源22により逆バイアスを印
加することにより、ほぼf/mの繰り返し周波数でモー
ド同期動作を行う。入出力光導波路62通過後の光デー
タを光増幅器51で増幅して半導体レーザに入射する
と、半導体レーザ素子1は、周波数f/mで可飽和吸収
領域102の吸収が効果的に変調されて、モード同期周
波数が光信号パルス列の整数分の1のクロック周波数f
/mに引き込まれるため、安定な分周された光クロック
パルスを得ることができる。
【0017】図3は本発明の第2の実施例の光クロック
抽出器の構成を示す。同図中、図1と同一構成部分につ
いては同一符号を付し、その説明を省略する。この例で
は基板71上の入出力光導波路62の出力側の導波路に
光増幅器52が挿入されている。この様な光増幅器は、
例えば半導体光導波路では、信号光に対応したバンドギ
ャップを有する領域を選択成長技術により形成し、この
領域に電流注入することにより実現が可能である。
【0018】また、別の手法としては、石英導波路と両
端面に反射防止膜が形成された半導体増幅器をシリコン
基板上に実装することによっても実現が可能である。さ
らには、エルビウムイオン等を光導波路にドープし、励
起光源によりエルビウムイオンの特定のエネルギー準位
を励起して反転分布を形成した導波路型光増幅器を使用
することもできる。これらの手法は、小型化がファイバ
型光増幅器や半導体光増幅器への結合に要する部品点数
と結合損失を低減することができるという利点を有す
る。
【0019】図4は本発明の第3の実施例の光クロック
抽出器の構成を示す。同図中、図1と同一構成部分につ
いては同一符号を付し、その説明を省略する。この例で
は、入出力光導波路62、リング状光導波路61、光結
合63、光増幅器52、利得領域101、可飽和吸収領
域102、分布ブラッグ反射鏡103の全てを選択成長
技術を用いて同一の半導体基板71上に形成している。
また、分布ブラッグ反射鏡103は電子ビーム露光技術
により作製が可能である。
【0020】本光クロック抽出器においては、利得領域
101の端面と分布ブラッグ反射鏡103が共振器とし
て作用するため、利得領域101、可飽和吸収領域10
2、分布ブラッグ反射鏡103の部分が半導体レーザ素
子1と同様なモード同期半導体レーザとして動作する。
そのため、本光クロック抽出回路は一つの半導体基板上
で上記の実施例と同じ機能を実現することが可能であ
る。
【0021】また、別の手法としては、シリコン基板上
に、導波路、光増幅器、両端面が劈開面である半導体レ
ーザ素子をシリコン基板上に実装することにより同様な
機能を実現することが可能である。この手法は、小型化
が図れると同時に、半導体レーザへの結合に要する部品
点数と結合損失を低減することができるという利点を有
する。
【0022】
【発明の効果】以上述べた様に、本発明の光クロック抽
出器によれば、今後の超高速光通信応用上重要な、超高
速の光信号パルス列からそのビットレートの整数分の1
の周波数を有する光クロックパルス列を容易に得ること
ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の光クロック抽出回路の
構成図である。
【図2】本発明による光クロック抽出器の動作原理を示
す図である。
【図3】本発明の第2の実施例の光クロック抽出回路の
構成図である。
【図4】本発明の第3の実施例の光クロック抽出回路の
構成図である。
【符号の説明】
1 半導体レーザ素子 21 直流電流源 22 直流電圧源 31,32 レンズ 41,42 アイソレータ 51,52 光増幅器 61 リング状光導波路 62 入出力光導波路 63 光結合器 101 利得領域 102 可飽和吸収領域 103 分布ブラッグ反射鏡

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一端から光信号が入力され他端に光信号
    を出力する入出力光導波路と、この入出力光導波路に近
    接して設けられたリング状光導波路と、前記入出力光導
    波路を伝搬する光信号を前記のリング状光導波路に合流
    させる光結合器と、複数の電極を有する半導体レーザ素
    子と、前記入出力光導波路と前記半導体レーザ素子とを
    光学的に結合させる手段とを有し、前記リング状光導波
    路の光路長Lが、cを真空中の光速、n1 を群速度分布
    を含んだ前記導波路の屈折率、fを前記光信号のクロッ
    ク周波数としたとき、L=c/(n1 f)と等しく、前
    記半導体レーザ素子の光の周回周波数が前記光信号のク
    ロック周波数の整数分の1とほぼ等しいことを特徴とす
    る光クロック抽出回路。
  2. 【請求項2】 前記入出力光導波路を伝搬する光信号を
    前記リング状光導波路に合流させる光結合器が方向性結
    合器であることを特徴とする請求項1記載の光クロック
    抽出回路。
  3. 【請求項3】 前記入出力光導波路、リング状光導波
    路、光結合器、光増幅器が、全て同一の誘電体または半
    導体基板上に形成されていることを特徴とする請求項1
    または2記載の光クロック抽出回路。
  4. 【請求項4】 前記光増幅器が半導体光増幅器であるこ
    とを特徴とする請求項3記載の光クロック抽出回路。
  5. 【請求項5】 前記光増幅器が導波路型光増幅器である
    ことを特徴とする請求項3記載の光クロック抽出回路。
  6. 【請求項6】 前記半導体レーザ素子が同一の誘電体ま
    たは半導体基板上に形成されたことを特徴とする請求項
    1〜5いずれか記載の光クロック抽出回路。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101268568B1 (ko) * 2011-02-11 2013-05-28 한국과학기술원 0.1 ∼ 30 MHz의 반복률을 갖는 광섬유 레이저 시스템 및 이를 이용한 시편 가공

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101268568B1 (ko) * 2011-02-11 2013-05-28 한국과학기술원 0.1 ∼ 30 MHz의 반복률을 갖는 광섬유 레이저 시스템 및 이를 이용한 시편 가공

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