JP2000510967A - 光学的同期装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光学的同期回路は非線形光変調器（ＮＯＭ）を含んでいる。同期される信号および基準信号はＮＯＭ内で相互作用する。交差位相変調によってスペクトルのシフトが生じる。ＮＯＭからの出力は濾波され、エラー信号を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】 光学的同期装置 発明の背景 発明の分野 本発明は、光信号を同期させる方法および回路ならびにそのような回路を組込 んだ光スイッチに関する。従来技術の説明 同期は、同期自己経路設定パケットシステムならびに同期ＯＴＤＭシステムの 両方において光通信に使用するための高速光スイッチの設計において重要な問題 である。テラヘルツ程度のビット速度で信号をデマルチプレクスするためにルー プ中に非対称的に配置された光半導体を組込んだ非線形光ループミラー（ＮＯＬ Ｍ）が使用されてきた（文献“A TeraHertz optical asymmetric demultiplexer (TOAD)”Sokoloff et al，IEEE Photonics Technology Letters,5(1993)pp 787- 790参照）。しかしながら、そのようなスイッチを効果的に機能させるために、 同期は、ゲートまたは制御信号とスイッチングされるデータ流との間で維持され ることが基本的に重要である。実際には、光学システム中の熱効果のために、同 期は容易に損われる可能性がある。 本発明の第１の特徴によれば、 ａ）同期される信号および基準信号を含む入力信号を受信するように構成され 、前記入力信号の相対的なタイミングに依存してスペクトル的にシフトされた出 力信号を生成する非線形光変調器（ＮＯＭ）と、 ｂ）ＮＯＭからの出力信号中のスペクトルのシフトに依存した振幅を有するエ ラー信号をスペクトル的にシフトされた出力信号から生成する光フィルタ手段と 、 エラー信号に応答し、同期される前記信号に可変の遅延を与えるように構成さ れた可変光遅延装置とを具備している光学的同期回路が提供される。 可変の遅延を制御するエラー信号を生成するために非線形光変調器内で行われ たスペクトルのシフトを使用すると、２つの光信号間で同期を維持する非常に効 果的な手段が提供されることが本発明の発明者によって発見された。その上、回 路は比較的簡素であり、廉価であり、信頼できる素子しか必要としない。この回 路は特に光スイッチの同期のためのフィードバックループ内での使用に適してい るが、この方法での使用に限定されない。 非線形光変調器（ＮＯＭ）は半導体光増幅器を備えていてもよいが、２つの前 記入力信号の間で交差位相変調（ＸＰＭ）を支持するように構成された光ファイ バを具備していることが好ましい。 光ファイバの出力は光電検出器に与えられて可変遅延の制御に使用するための 電気的なエラー信号が生成されることが好ましい。任意選択的にではあるが、回 路は完全に光学領域において動作してもよく、エラー信号は一般的にスイッチン グされる信号の帯域幅よりもかなり低い帯域幅を必要とし、それによって性能が 著しく低下することなく電気領域に変換されることができる。 可変の光遅延装置は、ファイバストレッチャあるいは線形遅延段等の電気−機 械装置上に設置された光ファイバを具備している。しかしながら、それはディス クリートなスイッチ可能な光学素子のアレイを具備していることが好ましい。前 記アレイは、それぞれの遅延素子と直列に結合され、異なる光遅延を与えるよう に構成可能である複数の光電子スイッチを具備していることが好ましい。異なる 遅延は一般的に指数関数的なステップが増加することが好ましい。 その代りに、可変光遅延装置は、エラー信号に依存して制御された位相を有す る光信号を発生する可変位相光信号発生器と、この光信号発生器の出力に接続さ れ、同期されるべき信号を受信するように構成されている別の非線形変調器とを 具備し、使用時には光信号発生器によって出力された信号が前記別の非線形光変 調器内で同期されるべき前記信号を交差位相変調している。 本発明の第２の特徴によれば、 非線形光変調器（ＮＯＭ）に基準信号および同期されるべき信号を与え、それ によってスペクトル的にシフトされた出力信号を生成し、 スペクトル的にシフトされた出力信号を濾波し、それによってＮＯＭからの出 力信号中のスペクトルのシフトに依存した振幅を有するエラー信号を生成し、 同期される信号にエラー信号に依存して変化した光遅延を与えることを特徴と する光信号の同期方法が提供されている。 本発明の第３の特徴によれば、光パルス流をスイッチングするための光スイッ チが提供され、そこにおいて、本発明の第１の特徴に従った光学同期回路がその 入力側において接続されており、入来する光パルス流を基準光信号に同期させる ように構成されていることを特徴とする。 基準光信号は、光スイッチを制御するために使用されるクロック信号であるこ とが好ましい。 本発明の第４の特徴によれば、同期されるべき信号を非線形ループミラーのデ ィスクリートなオフセット非線形素子（ＮＬＥ）に与え、基準光信号をループミ ラーの入力ポートに与え、ループ中のＮＬＥのオフセットが同期されるべき信号 における漂動がループのスイッチングウィンドウよりも一般的に小さくなるよう にし、それによってループの出力ポートにおいて基準信号に同期された信号を発 生することを特徴とする光信号の同期方法が提供される。 本発明のこの特徴によって、光信号を同期させるための別の手段が提供される 。それは、上述のSokoloff氏等による文献に開示されたＴＯＡＤ構成を使用する 。通常、ＴＯＡＤ構成のループミラーは、制御信号あるいはクロックがＮＬＥに 与えられてデマルチプレクサとして使用されてきた。しかしながら、その代りに 、“古い”データ流、すなわち同期に必要なデータ流がＮＬＥに供給されており 、ＮＬＥのオフセットが古いデータ中の漂動範囲を包含するスイッチングウィン ドウを設けるのに十分な大きさを有している場合、ループはその出力において再 度タイミングを合わせられたデータ流を送出することが本発明の発明者によって 実現されている。本発明の第１の特徴を使用すると、これは光スイッチに対する 入力信号を処理する１つの方法として特に有効である。 以下、本発明を実施するシステムが添付図面を参照して例示によって詳細に説 明される。 図１は、本発明を実施する第１の回路の概略図である。 図２は、ＴＯＡＤ構成のループミラーを含む同期回路の概略図である。 図３は、図１の回路において使用するための別の遅延段の概略図である。 図４は、図１の回路において使用するための検出および制御回路の概略図であ る。 図５は、図１の回路において使用するためのさらに別の遅延段の概略図である 。 実施例 光スイッチング回路は光子スイッチ1含んでいる。光子スイッチは、例えば上 述のSokoloff氏、Prucnal氏等による文献に開示されたような非線形ループミラ ーであってもよく、あるいは、A D EllisおよびD M Spirit氏による文献“Compa ct 40Gbits/s optical demultiplexer using a GaInAsP optical demultiplexer ”（electronic letters，29（1993）pp 2115-2116）に開示されたようなスイッ チのような半導体装置であってもよい。スイッチの一方の入力に供給されたクロ ック信号は、スイッチの他方の入力に供給されたデータ信号によってゲートされ る。クロック信号は局部的に発生あるいは再生された信号であってもよく、一方 、データ信号は一般的に遠隔通信網を介して遠隔信号源から受信された信号を含 んでいる。スイッチに入力される前に、データ信号は同期回路によって処理され る。 同期回路の第１の段は、波長分割マルチプレクサＷＤＭ1ＷＤＭ2との間で結合 された非線形光ファイバＦを具備している。データ入力から光スイッチへの通路 から分岐するタップは第１のＷＤＭに結合され、クロック入力からの通路から分 岐するタップも同様に第１のＷＤＭに結合される。その後、ファイバは、２つの 入力信号の間で交差位相変調（ＸＰＭ）を生成する非線形光変調器として機能す る。ＸＰＭの結果として、データ信号はスペクトル的にシフトされる。このスペ クトル的にシフトされた信号はＷＤＭ2から光フィルタ2に出力される。この例に おいて、フィルタは１ｎｍの幅の同調可能な帯域通過フィルタであり、それは例 えば市場で入手可能なJDS FITEL TB1500B等である。フィルタからの信号は、数 １０ｋＨｚの帯域幅を有する低速の光電検出器3において検出される。これによ ってＮＯＭにおけるスペクトルのシフトに依存し、従ってタイミングエラーの大 きさに依存した大きさを有する電気的エラー信号が生成される。このエラー信号 は、電気−機械的ファイバ遅延段を制御するために使用され、それによってスイ ッチに入力されたデータに可変の遅延が与えられる。適切なファイバ遅延装置は 、市場で入手することができるJDS FITEL HD4光遅延装置等である。この 方法において、同期回路からのフィードバックは、クロックと同期している状態 が維持されるように入力データ流のタイミングを駆動する。 図４は、遅延段に対する制御信号を得るために使用される段をさらに詳細に示 している。この例ではディスクリートな演算増幅器（オペアンプ）である差動増 幅器41は、光電検出器の出力を供給されて、その出力中に存在しているＤＣオフ セットを除去し、スペクトルのシフトによる出力中の変化を増幅する。結果的な 信号は、２個の演算増幅器から形成された比較回路42に供給される。これは信号 電圧を基準電圧と比較する。信号が基準電圧よりも低い場合、比較器の出力は＋ ５Ｖである。信号が基準電圧よりも高い場合、比較器の出力は−５Ｖである。回 路中の次の段はヒステリシス素子である。これは、電圧の振動によって遅延段が 駆動されるのを防ぐように構成された抵抗フィードバックを有する演算増幅器で ある。最終的に、出力はエミッタフォロワ構造の電力増幅器を使用して増幅され 、これによって遅延ライン駆動回路が駆動される。これは一般的にファイバスト レッチャにおけるステッパモータを制御し、制御回路のしきい値に到達するまで 遅延を増加するようにモータを動作させる。 機械的遅延装置の使用に代るものとして、可変の遅延を供給するために２×２ の光スイッチのアレイを使用することもできる。図３は、そのようなスイッチの アレイを使用する可変遅延段を示している。図面に示されているように、スイッ チは直列に接続され、光ファイバ遅延ループはスイッチの隣接した各対の間に接 続されている。ループによって与えられた遅延はアレイに沿って指数的に増加し 、それ故、第１のスイッチの対の間の遅延は値ｔであり、次の対の間の遅延は値 ２ｔであり、それに続く対の間の遅延は４ｔであり、以下同様に変化している。 エラー信号によって駆動された制御回路32は２進制御ワードを発生し、それは各 スイッチに並列に与えられ、エラー信号に比例した大きさを有している。スイッ チは、制御ワードに応答して設定され、それぞれの遅延ループを選択あるいはバ イパスする。アレイの最初に入力された光信号は、スイッチの状態に従って１以 上の遅延ループを通過し、アレイの反対から出力される。 そのような遅延段での使用に適した２×２のスイッチは、JDS Fitelからモデ ルSR22として市場で入手することができる。 図５は、この例においてはソリトンシェパード(soliton shepherding)法とし て知られているプロセスを使用する別の遅延段を示している。この例において、 エラー信号は、光電式変調器（ＥＯＭ）を使用して発生された光正弦波の位相を 決定するために使用される。この実施形態において、変調器はニオブ酸リチウム 装置である。この例においてはレーザダイオード51である局部的光源は光を出力 し、それは光電式変調器に結合される。エラー信号は、EMF526004として市場で 入手可能な１０Ｇｈｚで動作するＶＣＯ（電圧制御発振器）に与えられる。これ はＥＯＭのゲートに駆動信号をバイアス信号として出力する。これによってＥＯ Ｍから出力された光正弦波の位相が制御される。その後、この光正弦波は、スペ クトルのシフトを生成するために使用されるものに類似した交差位相変調段に、 遅延される信号と一緒に入力される。図面に示されているように、この段は１対 のＷＤＭカプラ53,54の間に結合された非線形光ファイバ52を備えている。正弦 波と別の光信号との間の交差位相変調は、正弦波の位相、従ってエラー信号に依 存した量だけ光信号を遅延させる。 図２は、同期回路の第２の例を示している。この例においては、ＴＯＡＤ構成 された非線形ループミラーが使用される。Sokoloff氏等による上述の文献におい て説明されているように、そのようなループミラーにおいて、BT&D SOA3200とし て市場で入手可能な進行波半導体光増幅器であってもよい非線形素子ＮＬＥは、 ファイバループ内に非対称的に位置されている。入来する光信号は、ループ21の ネックにおいてファイバカプラ22によって反対方向に伝播する部分に分割される 。ループを通った後、信号は、反対方向に伝播する信号の相対的な位相に依存し て入力ポートに反射されて戻されるか、あるいは出力ポートを通って送信される かのいずれかである。その位相の関係は、別のファイバカプラＦＣ２においてル ープに結合された制御信号に応答してＮＬＥのスイッチングのタイミングを適切 に調節することによって制御される。この例において、制御信号とループ中の主 信号の波長は異なっている。 クロック信号はループに主入力を与え、データ信号は別のファイバカプラＦＣ ２を介してＮＬＥに結合される。ＮＬＥはクロック信号のパルスの分離間隔の最 大半分に対応する量だけループ内でオフセットされる。これによって、幅の広い スイッチング窓が設けられる。スイッチング窓内に到着するデータ流中の任意の パルスは、クロック流をゲートし、それによってループの出力においてクロック と同期するデータ流のレプリカを提供するのに有効である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ａ）同期されるべき信号ならびに基準信号を含む入力信号を受信し、前記入 力信号の相対的なタイミングに依存してスペクトル的にシフトされた出力信号を 発生するように構成されている非線形光変調器（ＮＯＭ）と、 ｂ）ＮＯＭからの出力信号中のスペクトルのシフトに依存した振幅を有するエ ラー信号をスペクトル的にシフトされた出力信号から発生する光フィルタ手段と 、 ｃ）エラー信号に応答し、同期されるべき前記信号に可変の遅延を与えるよう に構成されている可変光遅延装置とを具備している光学的同期回路。 ２．ＮＯＭは２つの前記入力信号の間で交差位相変調（ＸＰＭ）を支持するよう に構成された光ファイバ（Ｆ）を具備している請求項１記載の回路。 ３．エラー信号を電気信号に変換する光電検出器(3)を含んでいる請求項１また は２のいずれか１項記載の回路。 ４．可変光遅延装置は電気−機械的遅延段上に設置された光ファイバを具備して いる請求項１乃至３のいずれか１項記載の回路。 ５．可変光遅延装置はディスクリートなスイッチ可能な光学素子のアレイを具備 している請求項１乃至３のいずれか１項記載の回路。 ６．前記アレイはそれぞれの遅延素子と直列に結合され、異なる光遅延を与える ように構成可能な複数の光電子スイッチを具備している請求項５記載の回路。 ７．異なる光遅延は一般的に指数的なステップで増加する請求項６記載の回路。 ８．可変光遅延装置は、 エラー信号に依存して制御された位相を有する光信号を発生するための可変位 相光信号発生器と、 光信号発生器の出力に接続され、同期されるべき信号を受信するように構成さ れている別の非線形光変調器とを具備し、使用時には光信号発生器によって出力 された信号が前記別の非線形光変調器内で同期されるべき前記信号を交差位相変 調する請求項１乃至３のいずれか１項記載の回路。 ９．ａ）非線形光変調器に基準信号および同期される信号を供給してスペクトル 的にシフトされた出力信号を発生し、 ｂ）スペクトル的にシフトされた出力信号を濾波してＮＯＭからの出力信号中 のスペクトルのシフトに依存した振幅を有するエラー信号を発生し、 ｃ）同期されるべき信号にエラー信号に依存して変化した光遅延を与えること を含む光信号の同期方法。 １０．スイッチの入力側において接続され、入来する光パルス流を基準光信号と 同期させるように構成された請求項１乃至８のいずれか１項記載の光学的同期回 路を含んでいる光パルス流をスイッチングする光スイッチ。 １１．基準光信号は光スイッチを制御するために使用されるクロック信号である 請求項１０記載のスイッチ。 １２．ａ）同期されるべき信号を非線形ループミラーのディスクリートなオフセ ット非線形素子（ＮＬＥ）に供給し、 ｂ）ループミラーの入力ポートに基準光信号を供給し、ループ中のＮＬＥのオ フセットは同期されるべき信号中の位置変動がループのスイッチングウィンドウ よりも一般的に小さくなるようにされ、それによってループの出力ポートにおい て基準信号に同期された信号を発生する光信号の同期方法。