JP2001053684A - Optical pulse timing detecting circuit and optical time- division multiplexing device - Google Patents

Optical pulse timing detecting circuit and optical time- division multiplexing device

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JP2001053684A
JP2001053684A JP11225792A JP22579299A JP2001053684A JP 2001053684 A JP2001053684 A JP 2001053684A JP 11225792 A JP11225792 A JP 11225792A JP 22579299 A JP22579299 A JP 22579299A JP 2001053684 A JP2001053684 A JP 2001053684A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To actualized high-precision stability in a time domain by instantaneously observing and correcting variation in signal arrival timing due to physical expansion and contraction in a signal propagation direction caused by temperature variation of a long-size optical component, etc., without any expensive very-fast electric circuit. SOLUTION: An optical pulse cross-correlation reception part 32 detects an increase or decrease of overlap components between a reference optical pulse string and a signal light pulse string at a measurement position. The reception part 32 has an optical coupling part 34 which couples the reference light pulse string and signal light pulse string with each other, a couple of sum frequency light receivers 36 and 37 composed of nonlinear crystal which generates a sum frequency by inputting coupled pulses, a photodetecting element which generates two-photon absorption electric power, etc., a signal comparison part 38 which inputs the outputs of the receivers, etc. The signal comparison part 38 can specify the quantity and correction direction (increasing or decreasing) of delay to be corrected only by comparing two cross-correlation signal values. The correction signal of the signal comparison part 38 is fed back to an optical delay control circuit 31 to correct the delay quantity and correction direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光パルスタイミン
グ検出回路及び光時分割多重装置に関し、特に短光パル
ス列がRZ(Return to Zero;ゼロ復
帰)フォーマットとなるよう変調される広帯域光通信シ
ステムにおいて、光パルス時間多重制御時のタイミング
揺らぎを検出する回路および光時分割多重化装置の安定
動作に関する。 そして本発明は、長尺の光学素子(光
ファイバや長距離のミラー光路等)を必要とする光パル
スの発生、圧縮、スイッチングや計測システム一般の安
定化、低ジッタ化にも寄与できるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical pulse timing detection circuit and an optical time division multiplexing apparatus, and more particularly to a broadband optical communication system in which a short optical pulse train is modulated to have an RZ (Return to Zero) format. The present invention relates to a circuit for detecting timing fluctuation at the time of optical pulse time multiplexing control and a stable operation of the optical time division multiplexing device. The present invention can also contribute to the generation, compression, switching, stabilization of the measurement system in general, and the reduction of jitter that require a long optical element (such as an optical fiber or a long-distance mirror optical path). is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】短光パルスを用いた信号処理、信号伝
送、計測において、パルスの強度やタイミングの揺らぎ
は信号対雑音比や分解能を劣化させる大きな要因であ
る。図15に、短パルス発生光源と分散によるパルス圧
縮ファイバ、エルビウム添加光ファイバ増幅器を用いた
短光パルス信号発生と、それを利用した従来の光時分割
多重装置の構成例とそのタイミング揺らぎ要因を示す。
図15において、1はレーザダイオード等の短光パルス
発生回路、2は分散を付与したファイバ等で構成される
パルス幅圧縮回路、3はエルビウム添加光ファイバ増幅
器等の光増幅回路(EDFA)、4は短光パルスをM個
の複数の系統に分岐する光分岐部、5は光パルスを伝送
情報信号により変調する変調器、6は変調された光パル
スに所望の遅延を与える遅延調整器、7は光変調器5お
よび遅延調整器6からなる1系、同様に、8はM系の光
パルス伝送情報信号Mにより変調する変調器および変調
された光パルスに所望の遅延を与える遅延調整器からな
るM系、9はM個の系統から出力される光パルスを合成
することにより光パルスの時分割多重信号を出力する光
多重部である。
2. Description of the Related Art In signal processing, signal transmission, and measurement using short optical pulses, fluctuations in pulse intensity and timing are major factors that degrade the signal-to-noise ratio and resolution. FIG. 15 shows an example of a short optical pulse signal generation using a short pulse generating light source, a pulse compression fiber by dispersion, and an erbium-doped optical fiber amplifier, and a configuration example of a conventional optical time-division multiplexing apparatus using the signal and a cause of timing fluctuation. Show.
In FIG. 15, 1 is a short optical pulse generation circuit such as a laser diode, 2 is a pulse width compression circuit composed of a fiber with dispersion, 3 is an optical amplification circuit (EDFA) such as an erbium-doped optical fiber amplifier, 4 Is an optical branching unit that branches a short optical pulse into a plurality of M systems, 5 is a modulator that modulates the optical pulse with a transmission information signal, 6 is a delay adjuster that gives a desired delay to the modulated optical pulse, 7 is Reference numeral 8 denotes a modulator which modulates the optical pulse transmission information signal M of the M system and a delay adjuster which gives a desired delay to the modulated optical pulse. An M-system 9 is an optical multiplexing unit that outputs a time-division multiplexed signal of optical pulses by synthesizing optical pulses output from the M systems.

【0003】このように構成された光時分割多重装置に
おいて、短光パルス発生回路1からは、図1に示すよう
な短光パルスaが所定の繰り返し周期fごとに連続して
発生しており、短光パルスaが分岐部 4に入力されて
複数(M個)の光導波路に分岐される。これら分岐され
た1つの短光パルスは、1系 7に入力されて、変調器
5において短光パルスの繰り返しに同期した伝送情報
信号により光強度変調されて、図1に示すようなRZフ
ォーマットの変調短光パルスbとされ、さらに遅延調整
器6において、所定の時間遅延が付与される。
In the optical time-division multiplexing apparatus thus configured, short optical pulses a as shown in FIG. 1 are continuously generated from the short optical pulse generation circuit 1 at every predetermined repetition period f. , A short optical pulse a is input to the branching unit 4 and branched into a plurality (M) of optical waveguides. One of these branched short optical pulses is input to the first system 7, and the optical intensity is modulated in the modulator 5 by the transmission information signal synchronized with the repetition of the short optical pulse, and the RZ format as shown in FIG. The modulated short optical pulse b is obtained, and a predetermined time delay is given in the delay adjuster 6.

【0004】また、分岐部4で分岐された他方の短光パ
ルスも各々2〜M系に入力されて、同様に変調短光パル
スc.d....とされる。そして、1〜M系の変調短
光パルスb.c.d....は光多重部9に入力され
て、時間軸上で合成され、図1に示すような時間多重信
号zとなり出力される。この時間多重信号zの周期は、
短光パルス発生回路1から発生された多重後のパルスの
繰り返し周期の1/Mとされる。
[0004] The other short optical pulse branched by the branching unit 4 is also input to each of the 2 to M systems, and similarly the modulated short optical pulse c. d. . . . It is said. And 1-M modulated short optical pulse b. c. d. . . . Is input to the optical multiplexing unit 9 and is synthesized on the time axis to be output as a time multiplexed signal z as shown in FIG. The cycle of this time multiplexed signal z is
It is 1 / M of the repetition period of the multiplexed pulse generated from the short light pulse generation circuit 1.

【0005】なお、時間多重信号zの周期が信号短パル
ス列発生回路1から発生されたパルスの繰り返し周期の
1/Mとなるためには、光多重部9で合波されたときに
変調短光パルスb.c.d....が等間隔に位置する
必要があるために、遅延調整器6が設けられているので
ある。このように1/M系の短光パルス信号を時間多重
化することによって、効率的な光通信システムとしてい
た。
In order for the period of the time multiplexed signal z to be 1 / M of the repetition period of the pulse generated from the signal short pulse train generating circuit 1, the modulated short optical signal Pulse b. c. d. . . . Need to be positioned at equal intervals, the delay adjuster 6 is provided. As described above, an efficient optical communication system has been realized by time-multiplexing 1 / M-system short optical pulse signals.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光時分
割多重装置においては、初期立ち上げ時に遅延調整器6
は変調短光パルスを相互の遅延時間差が最適になるよう
調整した後に固定している。しかしながら、変調短光パ
ルスb.c.d....を生成するために必要な区間、
すなわち分岐部4の出力から光多重部9の入力までの経
路は、実際には装置構成上および製造上の理由でそれぞ
れ異なる配置、長さとなる場合が多い。
In the conventional optical time division multiplexing apparatus described above, the delay adjuster 6 is used at the time of initial startup.
Are fixed after adjusting the modulated short optical pulse so that the delay time difference between them becomes optimal. However, modulated short light pulses b. c. d. . . . The interval needed to generate
That is, the path from the output of the branching unit 4 to the input of the optical multiplexing unit 9 often has different arrangements and different lengths for reasons of device configuration and manufacturing.

【0007】さらに、超短パルス信号を得るには、光源
(信号短パルス列発生回路)1からパルスを発生した後
も、ファイバの分散勾配を利用した2のパルス幅圧縮回
路(50−100m)や3のファイバ型の光増幅器(1
0−50m)による信号強度の増大など、長尺のファイ
バ関連部品を用いることが必要である。また、信号の多
重化や分離の際に用いる様々な部品も、ピッグテール1
0とよばれる数m程度の接続用ファイバで組み合わせる
ことが一般的である。繰返しf0Hzの短光パルス列は
各々各波変調する際、M波束ねる際に、これらの長尺部
品を通過することにより、その温度変動や応力による伸
縮によって利用点でのタイミング揺らぎ(位相ドリフ
ト)が生じる。
Further, in order to obtain an ultrashort pulse signal, after a pulse is generated from a light source (signal short pulse train generation circuit) 1, a pulse width compression circuit (50-100m) using two fiber dispersion gradients or the like is used. 3 fiber type optical amplifier (1
It is necessary to use a long fiber-related component such as an increase in signal strength due to 0-50 m). Various components used for multiplexing and demultiplexing of signals are also included in the pigtail 1.
It is common to combine them with connecting fibers of about several meters called zero. When repetitive short optical pulse train f 0 Hz is to respectively each wave modulation, when the bundling M wave, by passing through these elongate products, timing fluctuation (phase drift of Use point by expansion and contraction due to temperature change and stress ) Occurs.

【0008】たとえば100mの通常ファイバ部品を用
いる場合、媒質の10度の温度変化で約100psの遅
延時間の変化が生じる(ファイバ部品の熱膨張伸縮率2
×10-5/℃と仮定する)。このため、たとえば伝送レ
ートfが20Gbit/sの場合にはわずか3度の温度
変動でも、変調器5に達する時点で1ビットの60%に
匹敵するパルスタイミング揺らぎが生じて、信号の変調
誤りの原因となる。これが、タイミング揺らぎの解決す
べき第1の課題である。
For example, when a normal fiber component of 100 m is used, a change in the delay time of about 100 ps is caused by a temperature change of 10 ° C. of the medium (the thermal expansion and contraction rate of the fiber component is 2).
× 10 -5 / ° C). Therefore, for example, when the transmission rate f is 20 Gbit / s, even if the temperature fluctuates by only 3 degrees, a pulse timing fluctuation equivalent to 60% of one bit occurs at the time of reaching the modulator 5, and a modulation error of a signal is generated. Cause. This is the first problem to be solved for the timing fluctuation.

【0009】次に、たとえ個々の信号変調が良好にでき
たとしても、パルスの繰り返し周期に揺らぎがあると、
繰り返し周波数にジッタが生じ、受信側において短光パ
ルスb.c.d....を正確に分離することができず
良好な受信を行うことができない。しかし、検討する各
系統の光回路構成ファイバ部品長に2mの差があると、
わずか5度の温度変化で1ps以上の時間揺らぎが生
じ、120Gbit/s(報告されるプロトタイプでは
パルス幅3.5ps、繰り返し間隔8ps:川西等:国際会議発表
ECOC98 Post deadline paper 1, pp.41 120Gbit/s OTDM
system prototype)を越えるような広帯域伝送用の多
重においては,無視できない信号誤り率の劣化を生じて
しまう。さらに、たとえば複数の系統の光回路が異なっ
た位置に設定されている場合には、各系統のファイバ長
がたとえば同一の長さ4mに統一できていたとしても、
環境温度差わずか2度程度で、2ps以上のタイミング
揺らぎが生じる。これがタイミング揺らぎの解決すべき
第2の課題である。
Next, even if individual signal modulation is successfully performed, if the pulse repetition period fluctuates,
Jitter occurs in the repetition frequency, and a short optical pulse b. c. d. . . . Cannot be accurately separated and good reception cannot be performed. However, if there is a difference of 2 m in the length of the optical circuit component fiber component of each system to be considered,
A temperature fluctuation of only 5 degrees causes a time fluctuation of 1 ps or more, and 120 Gbit / s (pulse width 3.5 ps, repetition interval 8 ps in the reported prototype: Kawanishi, etc .: International conference presentation
ECOC98 Post deadline paper 1, pp.41 120Gbit / s OTDM
In multiplexing for wideband transmission exceeding the system prototype), a signal error rate which cannot be ignored is deteriorated. Further, for example, when the optical circuits of a plurality of systems are set at different positions, even if the fiber length of each system can be unified to, for example, the same length of 4 m,
A timing fluctuation of 2 ps or more occurs when the environmental temperature difference is only about 2 degrees. This is the second problem to be solved for the timing fluctuation.

【0010】このような構成ファイバ部品長の変動の影
響を押さえるために、素子間の長尺部分を極力排除し
た、ハイブリット集積という技術により、タイミングの
ずれ、揺らぎを押さえる努力もなされている(高良等:
国際会議発表 OFC99-FI2-1, pp.135 Integrated Optica
l Time-division multiplexer based on Planar Lightw
ave Circuit)が、各構成ごとに特化した高度な設計・
作成技術を必要とし、廉価で汎用な技術には至っていな
い。
In order to suppress the influence of such a change in the length of the constituent fiber components, efforts have been made to suppress the timing shift and fluctuation by a technique called hybrid integration in which a long portion between elements is eliminated as much as possible (Takara) etc:
International conference presentation OFC99-FI2-1, pp.135 Integrated Optica
l Time-division multiplexer based on Planar Lightw
ave Circuit) is an advanced design and
It requires a production technology, and has not reached a low-cost, general-purpose technology.

【0011】そこで、短光パルスを用いた光時分割多重
装置においては、環境が変化する運用中に信号のタイミ
ング変化を観測(モニタ)して、修正する簡便な回路が
強く望まれていた。
Therefore, in an optical time-division multiplexing apparatus using short optical pulses, a simple circuit for observing (monitoring) a timing change of a signal during operation when an environment changes and correcting the signal has been strongly desired.

【0012】このようなパルス列のタイミング、位相評
価法としては低速においてはSAW(surface acoustic
wave;表面弾性波)フィルタを用いたタンク回路、中
速においてはPLL(phase-locked loop;位相ロック
ループ)回路などが従来手法として考えられてきた。
As a method for evaluating the timing and phase of such a pulse train, SAW (surface acoustic wave) is used at low speed.
Conventionally, a tank circuit using a wave (surface acoustic wave) filter and a PLL (phase-locked loop) circuit at a medium speed have been considered.

【0013】また、特開平8−237228号公報にお
いては、図16に示す様に各分岐段11に各々にPLL
等を用いた位相検波回路とタイミング比較回路を組み込
み、相互に周波数抽出・位相比較をおこなう手法も提案
されている。しかし、各分岐ごとにPLLループを含む
位相比較制御回路15を設置することは、系の安定まで
の時定数を冗長化しかつ、制御機構を複雑にする原因と
なる。また、通常のPLL回路の同期電気系の動作速度
が10GHz程度で制限されており、より高い光源aの
ベースバンド周波数f(既に40GHzの光源を用いる
ことが将来有望視されている)への対応が難しい。ま
た、固定された繰り返しを持ち、その周波数があらかじ
め想定された一定値の近傍に限られ、追随可能な帯域範
囲である必要がある。そのため、上記特開平8−237
228号公報の提案も高速電気回路の多用による高コス
トや構成の大規模化・煩雑さにより、実用化されていな
い。
In Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-237228, a PLL is provided in each branch stage 11 as shown in FIG.
A method has been proposed in which a phase detection circuit and a timing comparison circuit using the same are incorporated and frequency extraction and phase comparison are mutually performed. However, the provision of the phase comparison control circuit 15 including the PLL loop for each branch makes the time constant required for system stability redundant and complicates the control mechanism. In addition, the operating speed of the synchronous electric system of the normal PLL circuit is limited to about 10 GHz, and the baseband frequency f of the higher light source a (it is expected to use a light source of 40 GHz already in the future). Is difficult. Further, it is necessary to have a fixed repetition, the frequency of which is limited to the vicinity of a predetermined fixed value, and a band range that can follow. For this reason, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-237
The proposal of Japanese Patent Application Publication No. 228 has not been put to practical use because of the high cost due to the frequent use of high-speed electric circuits and the large-scale and complicated configuration.

【0014】以上のように長尺の光部品の多用が原因と
なる、上記2種類のパルスのタイミング変動(位相ドリ
フト)は広帯域の光信号を取り扱う場合、ぜひ解決すべ
き課題である。しかも使用する繰り返し周波数によらな
い、廉価で、時間分解能の高い、簡便なリアルタイム遅
延評価部および補正部が望まれている。同様な課題が、
高安定を要求される光計測や、監視システムにおいても
発生することは明らかである。
As described above, the timing fluctuation (phase drift) of the above two types of pulses caused by the frequent use of long optical components is a problem that must be solved when handling a wideband optical signal. In addition, there is a demand for a simple, inexpensive, high-time-resolution, simple real-time delay evaluation unit and correction unit that does not depend on the repetition frequency used. Similar issues,
Obviously, it also occurs in optical measurement and monitoring systems that require high stability.

【0015】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、その目的は超高速、超短パルスの伝送や計測におい
て必須であるパルス列の時間ずれの制御において、しば
しば問題となる長尺光学部品(たとえば光ファイバ増幅
器:EDFA)の温度変化等に起因する信号伝搬方向の
物理的伸縮による信号到達タイミングの変動を補正し、
時間領域での高精度な安定性を実現する技術を提供する
ことにある。
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide a long optical component which often becomes a problem in controlling a time lag of a pulse train which is essential in transmission and measurement of ultra-high speed and ultra-short pulses. (E.g., an optical fiber amplifier: EDFA), which compensates for fluctuations in signal arrival timing due to physical expansion and contraction in the signal propagation direction due to temperature changes and the like,
It is an object of the present invention to provide a technique for achieving high-precision stability in the time domain.

【0016】即ち、本発明の目的は、時間基準となる光
パルス列と位相同期を必要とする信号パルス列との遅延
時間のずれを、高価な超高速電気回路なしに瞬時に観測
して補正する簡便な光パルスタイミング検出回路及び光
時分割多重装置を提供することにある。
That is, an object of the present invention is to simply observe and correct a delay time difference between an optical pulse train serving as a time reference and a signal pulse train requiring phase synchronization without an expensive ultra-high-speed electric circuit. Another object of the present invention is to provide an optical pulse timing detection circuit and an optical time division multiplexer.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明は、時間基準となる繰り返し周波数
0/Nの基準光パルス列と、該基準光パルス列と同じ
繰り返し周波数またはN倍の繰り返し周波数f0の信号
光パルス列を入力する光パルスタイミング検出回路にお
いて、前記信号光パルス列を分岐する分岐手段と、前記
分岐手段の一方の出力を入力し、前記基準光パルス列と
前記信号光パルス列の時間位置関係が一部重なるように
設定する半固定遅延手段とを具備し、前記半固定遅延手
段の出力と前記基準光パルス列を合波する光結合手段
と、前記光結合手段の出力を受信して光パルス列間の重
なり成分を観測する光受信器と、前記光受信器の出力の
増減を検出する識別回路とから構成される光パルス相互
相関受信手段を具備することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 comprises a reference light pulse train having a repetition frequency f 0 / N serving as a time reference, and the same repetition frequency or N times as large as the reference light pulse train. Repeat the optical pulse timing detection circuit for inputting a signal light pulse train of frequency f 0, and branching means for branching said signal light pulse train inputs the output of one of said branching means, the signal optical pulse train and the reference optical pulse train Semi-fixed delay means for setting the time positional relationship so as to partially overlap, optical coupling means for multiplexing the output of the semi-fixed delay means and the reference optical pulse train, and receiving the output of the optical coupling means Optical pulse cross-correlation receiving means comprising: an optical receiver for observing an overlap component between the optical pulse trains; and an identification circuit for detecting an increase or decrease in the output of the optical receiver. It is characterized in.

【0018】ここで、前記光受信器は複数パルスの重な
りによって発生する和周波光の発生部と、該和周波光の
波長に感度の高い受信器とを含む和周波光受信器であ
り、前記識別回路は該和周波光受信器の信号出力の増減
を用いて前記信号光パルス列の時間位置関係の変動を計
測することを特徴とすることができる。
Here, the optical receiver is a sum frequency light receiver including a generation unit of sum frequency light generated by overlapping of a plurality of pulses, and a receiver sensitive to the wavelength of the sum frequency light. The discrimination circuit may be characterized in that the change in the time positional relationship of the signal light pulse train is measured by using the increase or decrease of the signal output of the sum frequency light receiver.

【0019】また、前記光結合手段は前記基準光パルス
列と前記信号光パルス列の両パルス列を同一直線偏光方
向で結合し、前記光受信器は同一直線偏光方向のパルス
列間の相互作用により光信号を発生するタイプ1型の和
周波光発生材料と、入力光波長よりも短波長に感度を持
つ受信器とを含み、前記識別回路は比較する2つの光パ
ルス列間の重なり成分による和周波光の発生出力の増減
を用いて前記信号光パルス列の時間位置関係の変動を計
測することを特徴とすることができる。
The optical coupling means couples both the pulse trains of the reference light pulse train and the signal light pulse train in the same linear polarization direction. A sum type light generating material of type 1 to be generated and a receiver sensitive to a wavelength shorter than the wavelength of the input light, wherein the identification circuit generates sum frequency light by an overlapping component between two pulse trains to be compared. The method may be characterized in that a change in the time positional relationship of the signal light pulse train is measured using an increase or decrease in the output.

【0020】また、前記光受信器は基本光波長には感度
が低く、入力光波長よりも短波長に高い感度を持つ受信
器を使用し、前記識別回路は比較する2つの光パルス列
間の重なり成分による2光子吸収電力の増減を用いて前
記信号光パルス列の時間位置関係の変動を計測すること
を特徴とすることができる。
Further, the optical receiver uses a receiver having low sensitivity to the fundamental light wavelength and having high sensitivity to a shorter wavelength than the input light wavelength, and the discriminating circuit uses an overlap between two optical pulse trains to be compared. The method may be characterized in that a change in the temporal positional relationship of the signal light pulse train is measured by using an increase or a decrease in the two-photon absorption power due to the component.

【0021】また、前記光受信器は同一直線偏光方向の
パルス列間の相互作用により光信号を発生するタイプ1
型の和周波発生材料と、基本光波長には感度が低く、入
力光波長よりも短波長に高い感度を持つアバランシェホ
トダイオード受信器とを含み、前記識別回路は比較する
2つの光パルス列間の重なり成分による和周波光出力の
増減と2光子吸収電力の増減の両者の和を用いて前記信
号光パルス列の時間位置関係の変動を計測することを特
徴とすることができる。
The optical receiver generates an optical signal by an interaction between pulse trains having the same linear polarization direction.
A sum frequency generating material of the type and an avalanche photodiode receiver having a lower sensitivity to the fundamental light wavelength and a higher sensitivity to the shorter wavelength than the input light wavelength, wherein the identification circuit overlaps the two optical pulse trains to be compared. The variation of the time positional relationship of the signal light pulse train is measured using the sum of both the increase and decrease of the sum frequency light output and the increase and decrease of the two-photon absorption power due to the component.

【0022】また、前記光結合手段は複数の入出力ポー
トをもつ偏光ビームスプリッタを用い、該偏光ビームス
プリッタの異なる面から前記基準光パルス列と前記信号
光パルス列を入射して互いに直交する直線偏光で両パル
ス列の合波を行い、前記光受信器は前記信号光パルス列
および前記基準光パルス列の偏光方向が互いに直交して
いるときに位相整合して和周波光を発生するタイプ2型
の和周波光発生材料と、該和周波波長を透過して基本波
長を遮断するフィルタと、基本光波長には感度が低く、
入力光波長よりも短波長に高い感度を持つ受信器とを含
み、前記識別回路は比較する2つの光パルス列間の重な
り成分による和周波光の発生出力の増減を検出すること
を特徴とすることができる。
Further, the optical coupling means uses a polarizing beam splitter having a plurality of input / output ports, and the reference light pulse train and the signal light pulse train enter from different surfaces of the polarizing beam splitter, and are linearly polarized orthogonal to each other. Type 2 sum frequency light that combines two pulse trains and generates a sum frequency light by phase matching when the polarization directions of the signal light pulse train and the reference light pulse train are orthogonal to each other. A generating material, a filter that transmits the sum frequency wavelength and blocks the fundamental wavelength, and has low sensitivity to the fundamental light wavelength,
A receiver having high sensitivity to a wavelength shorter than the wavelength of the input light, wherein the identification circuit detects an increase or decrease in the generation output of the sum frequency light due to an overlap component between the two optical pulse trains to be compared. Can be.

【0023】また、前記分岐手段は前記基準光パルス列
および前記信号光パルス列の一部をモニタ用に分岐し、
前記信号光パルス列の強度の変動を補償する出力強度固
定光増幅器と、前記識別回路の出力信号値に対応して遅
延制御信号を出力する遅延制御手段とを有すことを特徴
とすることができる。
The branching means branches a part of the reference light pulse train and the signal light pulse train for monitoring.
A fixed output intensity optical amplifier for compensating for variations in the intensity of the signal light pulse train, and delay control means for outputting a delay control signal corresponding to the output signal value of the identification circuit can be provided. .

【0024】また、前記信号光パルス列(光周波数w
1)と異なる光周波数(w2)を持ち時間的に同期した
繰り返し周波数f0/Nの光パルス列を前記基準光パル
ス列として用い、前記光結合手段は前記基準光パルス列
と前記信号光パルス列を同一直線偏光方向で結合するこ
とで両光パルス列を合波し、前記光受信器は入射した2
つの光パルス列間の相互作用により4光波混合信号光を
発生する3次の非線形光学材料と、基準光周波数w1と
信号光周波数w2を透過せずに、両者の位相共役波光周
波数((2×w1−w2)または(2×w2−w1))
を透過する波長フィルタと、基本波長の近傍で感度が高
い受信器とを含み、前記識別回路は比較する2つの光パ
ルス列の重なり成分による前記4光波混合信号光の発生
出力の増減を用いて前記信号光パルス列の時間位置関係
の変動を計測することを特徴とすることができる。
The signal light pulse train (optical frequency w
An optical pulse train having a repetition frequency f 0 / N having an optical frequency (w2) different from that of 1) and synchronized in time is used as the reference optical pulse train, and the optical coupling means sets the reference optical pulse train and the signal optical pulse train on the same straight line. By combining in the polarization direction, both optical pulse trains are combined, and the optical receiver
A third-order nonlinear optical material that generates four-wave mixing signal light by interaction between two optical pulse trains, and a phase conjugate optical frequency ((2 × w1) of both without transmitting the reference optical frequency w1 and the signal optical frequency w2. -W2) or (2xw2-w1))
And a receiver having high sensitivity in the vicinity of a fundamental wavelength, wherein the identification circuit uses the increase or decrease of the output of the four-wave mixing signal light due to the overlapping component of the two optical pulse trains to be compared. A feature of the present invention is to measure a change in a time positional relationship of the signal light pulse train.

【0025】上記目的を達成するため、請求項9の光時
分割多重装置の発明は、複数系統の信号光パルス列をそ
れぞれ分岐する分岐手段と、前記分岐手段で分岐された
うちの一つの繰り返し光パルス信号、または別途用意し
たパルス列を基準光パルス列とし、残りの複数系統の光
パルス信号を前記信号光パルス列として前記信号光パル
ス列のタイミングを各々検出する請求項1ないし8のい
ずれかに記載の複数の光パルスタイミング検出回路と、
前記複数系統の前記信号光パルス列が時間多重された場
合に該複数系統の光パルス列が等間隔で配置されるよう
に、前記残りの複数系統の光パルス列のパルスタイミン
グを各々制御する遅延制御手段と、前記遅延制御手段で
タイミングを制御された前記複数系統の前記信号光パル
ス列を時間的に合成する光多重手段とを有し、前記光パ
ルスタイミング検出回路は、前記基準光パルス列と前記
信号光パルス列間の重なり時間位置の比較により検出し
た前記残りの複数系統の光パルス信号のタイミング検出
結果に応じて、前記遅延制御手段のそれぞれに付与すべ
き遅延時間をフィードバック制御するための遅延制御信
号を出力することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an optical time division multiplexing apparatus according to a ninth aspect of the present invention provides a branching means for branching a plurality of signal light pulse trains, and one of the repetitive light beams branched by the branching means. 9. A plurality of pulse signals according to any one of claims 1 to 8, wherein a pulse signal or a separately prepared pulse train is used as a reference light pulse train, and the timings of the signal light pulse trains are respectively detected using the remaining plural types of light pulse signals as the signal light pulse trains. An optical pulse timing detection circuit,
Delay control means for controlling the pulse timings of the remaining plurality of optical pulse trains, respectively, such that the optical pulse trains of the plurality of systems are arranged at equal intervals when the signal light pulse trains of the plurality of systems are time-multiplexed. An optical multiplexing unit that temporally combines the signal light pulse trains of the plurality of systems, the timings of which are controlled by the delay control unit, wherein the light pulse timing detection circuit includes the reference light pulse train and the signal light pulse train. And outputting a delay control signal for feedback-controlling a delay time to be given to each of the delay control means in accordance with a timing detection result of the optical pulse signals of the remaining plural systems detected by comparing the overlapping time positions between the delay control signals. It is characterized by doing.

【0026】ここで、前記光パルスタイミング検出回路
は1個だけ1系統のみに設けられ、前記分岐手段で分岐
された前記複数系統の光パルス列を順次選択するための
タイミング信号を発生する選択タイミング制御器と、前
記複数系統の光パルス列の分岐を収容し、前記選択タイ
ミング制御器の前記タイミング信号を用いて時間的に1
つの入力を選択する光チャンネル選択スイッチとを有
し、前記分岐手段で分岐された前記複数系統の光パルス
列を前記光チャンネル選択スイッチを介して時分割で順
次選択して前記光パルスタイミング検出回路に供給し、
該光パルスタイミング検出回路の出力が遅延制御信号と
して前記光チャンネル選択スイッチと連動した電気信号
選択スイッチによりそれぞれの対象系列の前記遅延制御
手段に分配されて、順次当該遅延制御手段にフィードバ
ックされることを特徴とすることができる。
Here, only one optical pulse timing detection circuit is provided in one system, and a selection timing control for generating a timing signal for sequentially selecting the plurality of optical pulse trains branched by the branching means. And a branch of the optical pulse trains of the plurality of systems.
An optical channel selection switch that selects one of the inputs, and sequentially selects the plurality of optical pulse trains branched by the branching unit in a time-division manner through the optical channel selection switch to the optical pulse timing detection circuit. Supply,
The output of the optical pulse timing detection circuit is distributed as a delay control signal to the delay control means of each target series by an electric signal selection switch interlocked with the optical channel selection switch, and is sequentially fed back to the delay control means. Can be characterized.

【0027】上記目的を達成するため、請求項11の発
明は、時間基準となる繰り返し周波数f0/Nの基準光
パルス列と、前記基準光パルス列と同じ繰り返し周波数
またはそのN倍の繰り返し周波数f0の信号光パルス列
を入力する光パルスタイミング検出回路において、前記
信号光パルス列を分岐する分岐手段と、前記基準光パル
ス列を偏光方向が直交し一定の遅延時間差を持つ2つの
基準光パルス列に分離する光分離手段と、前記分岐手段
の一方の出力を入力し、同期すべき前記信号光パルス列
の時間位置が前記光分離手段で分離した前記2つの基準
光パルス列の時間位置の中間となるように設定する半固
定遅延手段とを具備し、前記光分離手段で分離した前記
2つの基準光パルス列の一方と前記半固定遅延手段で遅
延処理された前記信号光パルス列の光パワーの一部とを
合波し、前記光分離手段で分離した前記2つの基準光パ
ルス列の他方と前記半固定遅延手段で遅延処理された前
記信号光パルス列の光パワーの残りとを合波する光合成
手段と、前記光合成手段の出力を受信して各々の光パル
ス列間の重なり成分を独立に観測する2つの光パルス相
互相関受信手段と、前記2つの光パルス相互相関受信手
段の出力の増減を検出することにより前記信号光パルス
列の時間位置の前後への変動を計測する信号比較手段と
から構成されるタイミング識別手段を具備することを特
徴とする。
[0027] To achieve the above object, the present invention is, repetition frequency f 0 / and the reference optical pulse train of N, repetition frequency f 0 having the same repetition frequency or its N times and the reference optical pulse train as the time reference of claim 11 An optical pulse timing detection circuit for inputting the signal light pulse train, a branching means for branching the signal light pulse train, and a light for separating the reference light pulse train into two reference light pulse trains having orthogonal polarization directions and a certain delay time difference. The output of one of the splitting means and the branching means is input, and the time position of the signal light pulse train to be synchronized is set to be intermediate between the time positions of the two reference light pulse trains separated by the light separating means. A semi-fixed delay unit, wherein one of the two reference optical pulse trains separated by the optical separation unit and the delay process performed by the semi-fixed delay unit is performed. A part of the optical power of the signal light pulse train is multiplexed, and the other of the two reference light pulse trains separated by the light separating means and the rest of the light power of the signal light pulse train delayed by the semi-fixed delay means Optical cross-correlation receiving means, two optical pulse cross-correlation receiving means for receiving the output of the light synthesizing means and independently observing the overlap component between the respective optical pulse trains, and the two optical pulse cross-correlation receiving means And a signal comparing means for measuring a change in the time position of the signal light pulse train before and after by detecting an increase or decrease in the output of the signal light pulse train.

【0028】ここで、前記光分離手段は複屈折性を持つ
光学材料の主軸に対して45度の偏光方向またはそれと
等価の円偏光でパルスを入射することを特徴とすること
ができる。
Here, the light separating means may be characterized in that a pulse is incident in a polarization direction of 45 degrees with respect to the main axis of the optical material having birefringence or circular polarization equivalent thereto.

【0029】また、前記2つの光パルス相互相関受信手
段はそれぞれ複数パルスの重なりによって発生する和周
波光の発生部と、該和周波光の波長に感度の高い光受信
器とを含む和周波光受信器であり、前記信号比較手段は
2つの前記光受信器の信号出力の増減により前記信号光
パルス列の時間位置関係の変動を計測することを特徴と
することができる。
Further, the two optical pulse cross-correlation receiving means each include a sum frequency light generating section generated by overlapping a plurality of pulses, and a sum frequency light including an optical receiver sensitive to the wavelength of the sum frequency light. The signal comparing means may be characterized in that the signal comparing means measures a change in a time positional relationship between the signal light pulse trains by increasing and decreasing signal outputs of the two optical receivers.

【0030】また、前記光合成手段は2つの入力ポート
と1つまたは2つの出力ポートを持つ偏光保持型の光結
合手段と、1つまたは2つの入力ポートと2つの出力ポ
ートを持つ偏光分離手段とを含み、偏光方向が直交し一
定の遅延時間差を持つ前記2つの基準光パルス列を、直
交する偏光方向が前記光合成手段の偏光主軸方向(X軸
方向とY軸方向)に一致するように一方の入力ポートか
ら入射し、前記信号光パルス列を、偏光方向が前記偏光
保持型の光合成手段の偏光主軸方向に対して約45度の
直線偏光またはそれと等価の円偏光になるように他方の
入力ポートから入射して、基準光パルス列と信号光パル
ス列の合成光を出力ポートから取り出し、該合成光を、
基準光パルス列の偏光方向が前記偏光分離手段の偏光主
軸方向(X'軸方向とY'軸方向)に一致するように入力
ポートから入射し、該合成光のX'軸方向成分とY'軸方
向成分を分離して、それぞれ2つの異なる出力ポートか
ら取り出すことを特徴とすることができる。
The light combining means comprises a polarization maintaining type optical coupling means having two input ports and one or two output ports, and a polarization separating means having one or two input ports and two output ports. And the two reference light pulse trains, whose polarization directions are orthogonal and have a certain delay time difference, are combined with one another so that the orthogonal polarization direction coincides with the main polarization axis direction (X-axis direction and Y-axis direction) of the light combining means. Input from the input port, the signal light pulse train is transmitted from the other input port so that the polarization direction is linearly polarized light of about 45 degrees with respect to the main polarization direction of the polarization maintaining type light combining means or circularly polarized light equivalent thereto. Incident, take out the combined light of the reference light pulse train and the signal light pulse train from the output port, and
The input light is input from the input port such that the polarization direction of the reference light pulse train coincides with the main polarization direction (the X′-axis direction and the Y′-axis direction) of the polarization splitting means. It can be characterized in that the directional components are separated and taken out respectively from two different output ports.

【0031】また、前記光パルス相互相関受信手段は基
本光波長には感度が低く、入力光波長より短波長に高い
感度を持つアバランシェホトダイオード受信器を含み、
前記信号比較手段は比較する2パルスの重なり成分によ
る2光子吸収電力の増減を用いて前記信号光パルス列の
時間位置関係の変動を計測することを特徴とすることが
できる。
The optical pulse cross-correlation receiving means includes an avalanche photodiode receiver having low sensitivity to a fundamental light wavelength and high sensitivity to a shorter wavelength than an input light wavelength,
The signal comparing means may measure a change in a temporal positional relationship of the signal light pulse train by using an increase or a decrease in two-photon absorption power due to an overlapping component of two pulses to be compared.

【0032】また、前記光パルス相互相関受信手段は同
一直線偏光方向のパルス間の相互作用により光信号を発
生するタイプ1型の和周波光発生材料と、基本光波長に
は感度が低く、入力光波長よりも短波長に高い感度を持
つ受信器とを含み、前記信号比較手段は比較する2つの
光パルス列の重なり成分による和周波光出力の増減と2
光子吸収電力の増減の両者の和を用いて前記信号光パル
ス列の時間位置関係の変動を計測することを特徴とする
ことができる。
Also, the optical pulse cross-correlation receiving means is a type 1 sum frequency light generating material that generates an optical signal by the interaction between pulses in the same linear polarization direction, has low sensitivity to the fundamental light wavelength, A receiver having a higher sensitivity to a shorter wavelength than the optical wavelength, wherein the signal comparing means increases or decreases the sum frequency optical output by the overlapping component of the two optical pulse trains to be compared.
The method may be characterized in that a change in the temporal positional relationship of the signal light pulse train is measured using the sum of both the increase and decrease in the photon absorption power.

【0033】また、前記光合成手段は2つの入力ポート
と2つの出力ポートをもつ偏光合成手段を含み、前記偏
光方向が直交し一定の遅延時間差を持つ前記2つの基準
光パルス列を、直交する偏光方向が前記偏光合成手段の
偏光主軸方向(X軸方向とY軸方向)に一致するように
一方の入力ポートから入射し、前記信号光パルス列を、
偏光方向が前記偏光合成手段の偏光主軸方向に対して約
45度の直線偏光またはそれと等価の円偏光になるよう
に他方の入力ポートから入射して、基準光パルス列と信
号光パルス列の合成光を前記偏光合成手段の2つの出力
ポートから取り出すことによって、基準パルス列と信号
パルス列の合成と、2つの異なる偏光方向の光パルス間
の合成と分離を同時に行うことを特徴とすることができ
る。
The light combining means includes polarization combining means having two input ports and two output ports, and converts the two reference light pulse trains having the orthogonal polarization directions and a certain delay time difference into orthogonal polarization directions. Is incident from one of the input ports so as to coincide with the main polarization axis direction (the X-axis direction and the Y-axis direction) of the polarization synthesizing means, and the signal light pulse train is
The polarization direction is incident from the other input port such that the polarization direction becomes linearly polarized light of about 45 degrees with respect to the main polarization direction of the polarization synthesizing means, or circularly polarized light equivalent thereto. By taking out from the two output ports of the polarization combining means, the combining of the reference pulse train and the signal pulse train and the combining and separating between the light pulses of two different polarization directions can be performed simultaneously.

【0034】また、前記光パルス相互相関受信手段は、
前記基準光パルス列と前記信号パルス列の偏光方向が互
いに直交しているときに位相整合して和周波光を発生す
るタイプ2型の和周波光発生材料と、該和周波光の波長
を透過し基本光波長を遮断する波長フィルタと、基本光
波長には感度が低く入力光波長よりも短波長に感度が高
い光受信器とを含み、前記信号比較手段は比較する2つ
の光パルス列の重なり成分による和周波光の増減を検出
することを特徴とすることができる。
Further, the optical pulse cross-correlation receiving means includes:
A type 2 type sum frequency light generating material for generating a sum frequency light by phase matching when the polarization directions of the reference light pulse train and the signal pulse train are orthogonal to each other; A wavelength filter that blocks an optical wavelength, and an optical receiver that is less sensitive to the fundamental light wavelength and more sensitive to a shorter wavelength than the input light wavelength, and wherein the signal comparing means uses an overlapping component of two optical pulse trains to be compared. It can be characterized by detecting an increase or decrease of the sum frequency light.

【0035】また、前記信号光パルス列(光周波数w
1)と異なる光周波数(w2)を持ち時間的に同期した
繰り返し周波数f0/Nの光パルス光源を前記基準光パ
ルス列として用い、 前記光合成手段は基準パルス列と
信号パルス列との合波は、両パルスを同一直線偏光方向
で結合し、前記2つの光パルス相互相関受信手段はそれ
ぞれ、入射した2つの光パルス列間の相互作用により4
光波混合信号光を発生する3次の非線形光学材料と、基
準光周波数w1と信号光周波数w2を透過せずに、両者
の位相共役波光周波数((2×w1−w2)または(2
×w2−w1))を透過する波長フィルタと、基本波長
の近傍で感度が高い光受信器をとを含み、前記信号比較
手段は比較する2つの光パルス列の重なり成分による前
記4光波混合信号光の発生出力の増減を用いて前記信号
光パルス列の時間位置関係の変動を計測することを特徴
とすることができるまた、前記タイミング識別手段は各
々のパルス列との重なり成分の変動を比較する前記2つ
の光パルス相互相関受信手段の電気出力を並列に接続し
た並列光受信器を含み、両該並列光受信器の出力の差分
を時間位置変動方向の識別に用いることを特徴とするこ
とができる。
The signal light pulse train (optical frequency w
An optical pulse light source having a repetition frequency f 0 / N having an optical frequency (w2) different from that of 1) and synchronized in time is used as the reference optical pulse train, and the light synthesizing means combines the reference pulse train and the signal pulse train into two signals. The pulses are combined in the same linear polarization direction, and the two optical pulse cross-correlation receiving means each receive 4 pulses by the interaction between the two incident optical pulse trains.
A third-order nonlinear optical material that generates lightwave mixed signal light, and a phase conjugate lightwave frequency ((2 × w1−w2) or (2) of the two without transmitting the reference light frequency w1 and the signal light frequency w2.
× w2-w1)) and a light receiver having high sensitivity in the vicinity of the fundamental wavelength, and the signal comparing means includes a four-wave mixing signal light based on an overlapping component of two light pulse trains to be compared. The timing discrimination means compares the change of the overlapping component with each pulse train by measuring the change in the time positional relationship of the signal light pulse train by using the increase or decrease of the output of the signal light. A parallel optical receiver in which electrical outputs of two optical pulse cross-correlation receiving means are connected in parallel, and a difference between outputs of the two parallel optical receivers is used for discriminating a time position fluctuation direction.

【0036】また、前記タイミング識別手段は各々のパ
ルス列との重なり成分の変動を比較する前記2つの光パ
ルス相互相関受信手段の電気出力の差分または分数をと
ることにより時間位置変動方向の識別に用い、該電気出
力の和算をとることにより信号平均パワーを類推し、該
電気出力の両者の割算をすることにより時間位置方向と
変動量の両者を検出することを特徴とすることができ
る。
The timing discriminating means is used for discriminating the direction of time position fluctuation by taking the difference or fraction of the electric output of the two optical pulse cross-correlation receiving means for comparing the fluctuation of the overlapping component with each pulse train. The average of the signal power is estimated by calculating the sum of the electric outputs, and both the time position direction and the fluctuation amount are detected by dividing both of the electric outputs.

【0037】上記目的を達成するため、請求項22の発
明は、繰り返し周波数f0のM系統(Mは2以上の整
数)の光パルス列のそれぞれのタイミングを制御する遅
延制御手段と、該M系統の光パルス列を合波する光多重
手段を用いて、該M系統の光パルス列を時間軸上で等間
隔に多重して繰り返し周波数f0の光パルス列を生成す
る光時分割多重装置において、前記M系統の光パルス列
をそれぞれ分岐する分岐手段と、前記分岐手段で分岐さ
れた前記光パルス列のうちの一系統、または別途用意し
た光パルス列を基準光パルス列とし、残りの系統の光パ
ルス列のタイミングを検出する請求項11ないし21の
いずれかに記載の光パルスタイミング検出回路とを具備
し、前記M系統の光パルス列のそれぞれの時間位置の変
動を前記光パルスタイミング検出回路で検出し、該検出
結果に応じて前記遅延制御手段により各系統の時間位置
変動を除去するようにフィードバック制御することを特
徴とする。
To achieve the above object, the invention of claim 22 comprises a delay control means for controlling the timing of each of optical pulse trains of M systems (M is an integer of 2 or more) having a repetition frequency f 0 , The optical time-division multiplexing apparatus for generating an optical pulse train of a repetition frequency f 0 by multiplexing the optical pulse trains of the M systems at equal intervals on the time axis using an optical multiplexing means for multiplexing the optical pulse trains of A branching means for branching the optical pulse trains of the respective systems, and one of the optical pulse trains branched by the branching means or an optical pulse train prepared separately is used as a reference optical pulse train, and the timing of the optical pulse trains of the remaining systems is detected. 22. An optical pulse timing detection circuit according to claim 11, wherein the optical pulse timing detection circuit detects a change in a time position of each of the M-system optical pulse trains. The delay control means performs feedback control in accordance with the detection result so as to remove the time position fluctuation of each system.

【0038】ここで、前記光パルスタイミング検出回路
は1個だけ1系統のみに設けられ、前記分岐された複数
系統の光パルス列を順次選択するためのタイミング信号
を発生する選択タイミング制御器と、前記複数系統の光
パルス列を収容し、前記選択タイミング制御器の前記タ
イミング信号を用いて該複数系統の光パルス列を時分割
で順次選択して、前記光パルスタイミング検出回路に供
給する光チャンネル選択スイッチとを有し、前記光パル
ス相互相関受信手段の出力が遅延制御信号として前記光
チャンネル選択スイッチと連動した電気信号選択スイッ
チによりそれぞれの対象系列に分配されて、順次該当の
前記遅延制御手段にフィードバックされることを特徴と
することができる。
Here, the optical pulse timing detection circuit is provided in only one system, and a selection timing controller for generating a timing signal for sequentially selecting the branched plural optical pulse trains; An optical channel selection switch that accommodates a plurality of optical pulse trains, sequentially selects the plurality of optical pulse trains in a time-division manner using the timing signal of the selection timing controller, and supplies the optical pulse train to the optical pulse timing detection circuit; The output of the optical pulse cross-correlation receiving means is distributed as a delay control signal to each target stream by an electric signal selection switch interlocked with the optical channel selection switch, and is sequentially fed back to the corresponding delay control means. Can be characterized.

【0039】(作用)本発明の第1の形態では、計測位
置で基準光パルス列と信号光パルス列の重なり成分の増
減をもって、基準位置からのずれの量とその方向を特定
できるため、二次の光非線形効果に起因するただ1つの
信号値を評価するだけで補正すべき遅延量、補正方向
(遅延を増やすか減らすか)を高精度に特定することが
できる。本発明は高速の繰り返しパルスに対して、パル
ス列間の時間位置をパルス幅の1/10以下で検出でき
るが、繰り返し信号各々から得られる非線形信号の平均
電力を読みとればよいので、高速の光受信器や電気回路
で構成する必要は無い。よって、構成する光受信器や電
気回路の応答速度にはタイミング検出精度は依存しな
い。和周波を発生する非線形材料や、2光子吸収電力を
発生する受光素子の光学応答に依存するので非常に高精
度である。より広帯域の光伝送に用いられる光パルス列
ほどパルス幅が短く、非線形感度や時間分解能はより向
上するという拡張性を有する。
(Operation) In the first embodiment of the present invention, the amount of displacement from the reference position and its direction can be specified by increasing or decreasing the overlapping component of the reference light pulse train and the signal light pulse train at the measurement position. The delay amount to be corrected and the correction direction (whether to increase or decrease the delay) can be specified with high accuracy by evaluating only one signal value caused by the optical nonlinear effect. According to the present invention, the time position between pulse trains can be detected at 1/10 or less of the pulse width for a high-speed repetitive pulse. However, since it is sufficient to read the average power of the nonlinear signal obtained from each repetitive signal, high-speed optical reception is possible. It does not need to be composed of a container or an electric circuit. Therefore, the timing detection accuracy does not depend on the response speed of the optical receiver and the electric circuit to be configured. The accuracy is very high because it depends on the optical response of a non-linear material that generates a sum frequency and a light receiving element that generates two-photon absorption power. An optical pulse train used for wider band optical transmission has a shorter pulse width, and has expandability such that nonlinear sensitivity and time resolution are further improved.

【0040】また、本発明の第2の形態では、計測位置
で2つに分離した基準光パルス列と信号光パルス列の相
互の重なり成分の増減をもって、基準位置からのずれの
量とその方向を特定できる。2つの相互相関信号値を比
較するだけで補正すべき遅延量、補正方向(遅延を増や
すか減らすか)を高精度に特定することができる。評価
すべきパルス列の信号強度が運用形態の変化で変動して
各受信光起電力が変動しても、2つの受信器電力の相対
比較をおこなっているので、タイミング検出の誤りは起
きない。パルス列間の時間位置を光パルス幅の1/10
以下で分離できる高い時間分解能をもつが、繰り返し信
号各々から得られる非線形信号の平均電力を読みとれば
よいので、高速の光受信器や電気回路で構成する必要は
無い。よって、構成する光受信器や電気回路の応答速度
にはタイミング検出精度は依存しない。和周波を発生す
る非線形材料や、2光子吸収電力を発生する受光素子の
光学応答に依存するので非常に高精度である。より広帯
域の光伝送に用いられる光パルス列ほどパルス幅が短
く、非線形感度や時間分解能はより向上する。
Further, in the second embodiment of the present invention, the amount of displacement from the reference position and the direction thereof are specified by increasing / decreasing the mutually overlapping components of the reference light pulse train and the signal light pulse train separated into two at the measurement position. it can. The delay amount to be corrected and the correction direction (whether to increase or decrease the delay) can be specified with high accuracy only by comparing the two cross-correlation signal values. Even if the signal strength of the pulse train to be evaluated fluctuates due to a change in the operation mode and each received photovoltaic power fluctuates, no error in timing detection occurs because the relative power of the two receivers is compared. Time position between pulse trains is 1/10 of light pulse width
Although it has a high time resolution that can be separated in the following, it is only necessary to read the average power of the nonlinear signal obtained from each of the repetitive signals. Therefore, the timing detection accuracy does not depend on the response speed of the optical receiver and the electric circuit to be configured. The accuracy is very high because it depends on the optical response of a non-linear material that generates a sum frequency and a light receiving element that generates two-photon absorption power. An optical pulse train used for wider band optical transmission has a shorter pulse width, and nonlinear sensitivity and time resolution are further improved.

【0041】[0041]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0042】(第1の実施形態)図1は本発明の第1の
実施形態における光パルスタイミング検出回路の原理構
成を示す。この光パルスタイミング検出回路は、短パル
ス列(基準光パルス列と同じ繰り返し周波数またはN倍
の繰り返し周波数f0の信号光パルス列)を発生する信
号短パルス列発生回路21と、この発生した信号光パル
ス列を通す温度変動を受ける長尺光学経路&部品22
と、この発生した信号光パルス列から時間基準となる繰
返し周波数f0/Nの基準光パルス列を出力する基準光
パルス列発生回路23と、長尺光学経路&部品22を通
った周波数f0の信号光パルス列を分岐する信号パルス
分岐部(光分岐部)24と、信号パルス分岐部24の一
方の出力を入力し基準光パルス列と信号光パルス列の時
間位置関係が一部重なるように設定する半固定遅延部2
5と、半固定遅延部25の出力と基準光パルス列発生回
路23からの基準光パルス列を合波する光結合部26
と、光結合部26の出力を受信し光パルス列間の重なり
成分を観測する和周波光受信器27と、和周波光受信器
27の出力の増減を検出する信号識別回路28とを具備
し、信号識別回路28の検出結果により上記周波数f0
の信号光パルス列の遅延調整が必要な場合は長尺光学経
路&部品22と信号パルス分岐部24間に配置した光遅
延制御回路31によりその遅延制御を行う。これによ
り、信号パルス分岐部24の他方の出力からタイミング
安定化パルスが得られる。また、光結合部26と和周波
光受信器27と信号識別回路28とで光パルス相互相関
受信部29が構成される。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a principle configuration of an optical pulse timing detection circuit according to a first embodiment of the present invention. This optical pulse timing detection circuit passes a signal short pulse train generating circuit 21 for generating a short pulse train (a signal light pulse train having the same repetition frequency as the reference light pulse train or a repetition frequency f 0 times N times), and the generated signal light pulse train. Long optical path & parts 22 subject to temperature fluctuation
A reference light pulse train generation circuit 23 for outputting a reference light pulse train having a repetition frequency f 0 / N as a time reference from the generated signal light pulse train, and a signal light having a frequency f 0 passing through the long optical path & component 22 A signal pulse branching unit (optical branching unit) 24 for branching a pulse train, and a semi-fixed delay which receives one output of the signal pulse branching unit 24 and sets the reference light pulse train and the signal light pulse train so as to partially overlap in time position. Part 2
5, an optical coupling unit 26 that combines the output of the semi-fixed delay unit 25 and the reference optical pulse train from the reference optical pulse train generation circuit 23.
A sum frequency light receiver 27 that receives an output of the optical coupling unit 26 and observes an overlap component between the optical pulse trains, and a signal identification circuit 28 that detects an increase or decrease in the output of the sum frequency light receiver 27, According to the detection result of the signal identification circuit 28, the frequency f 0
When it is necessary to adjust the delay of the signal light pulse train, the optical delay control circuit 31 disposed between the long optical path & component 22 and the signal pulse branching unit 24 controls the delay. As a result, a timing stabilizing pulse is obtained from the other output of the signal pulse branching unit 24. The optical coupling section 26, the sum frequency optical receiver 27, and the signal identification circuit 28 constitute an optical pulse cross-correlation receiving section 29.

【0043】本タイミング検出回路では、複数のパルス
が重なった時により多くの光出力(2光子吸収の場合は
電力)を発生させる光非線形材料を和周波光受信器27
中に有している。信号パルスが基準パルスと時間的に重
ならない場合、和周波光は増強されず、各受信器の出力
は各パルス信号強度の自乗の和に比例する。
In the present timing detection circuit, an optical nonlinear material that generates more optical output (power in the case of two-photon absorption) when a plurality of pulses are superimposed is added to the sum frequency optical receiver 27.
Have inside. If the signal pulses do not overlap in time with the reference pulse, the sum frequency light is not enhanced and the output of each receiver is proportional to the sum of the squares of each pulse signal strength.

【0044】複数のパルスが重ね合わされたパルス信号
はピーク強度がきわめて高いため、和周波光(両パルス
の波長が同一の場合はSHG(2高調波発生)光)への
変換が高効率で行われる。光非線形材料により発生した
和周波光は、短波長受信器により光吸収し、電気信号に
変換される。さらに、半導体中では入射光ピーク強度が
高い場合、2光子吸収現象により受光感度の無い波長
(基幹系光通信の場合は基本波長1.5ミクロン)の光
が入射して光子エネルギーの2倍まで電子正孔対が励起
されて、光起電力が生ずる。この現象は2倍の高調波光
が発生するわけではないが、入射ピークパワーの自乗に
比例して受信器光電面での電流が増すため、本受信器の
識別性能を向上させることができる。基本波長には受信
器に感度が無いため雑音信号とはならない。そのため、
高いS/N(信号対雑音)比が得られ、受信器は超短パ
ルス同士のタイミングの重なり状態を精度良く評価でき
る。
Since a pulse signal in which a plurality of pulses are superimposed has an extremely high peak intensity, conversion into sum frequency light (SHG (second harmonic generation) light when both pulses have the same wavelength) is performed with high efficiency. Is The sum frequency light generated by the optical nonlinear material is absorbed by the short wavelength receiver and converted into an electric signal. Further, when the incident light peak intensity is high in the semiconductor, light having a wavelength without light receiving sensitivity (in the case of basic optical communication, a basic wavelength of 1.5 μm) is incident due to the two-photon absorption phenomenon and up to twice the photon energy. The electron-hole pairs are excited to generate photovoltaic. Although this phenomenon does not necessarily generate double harmonic light, the current at the photocathode of the receiver increases in proportion to the square of the incident peak power, so that the identification performance of the present receiver can be improved. Since the receiver has no sensitivity at the fundamental wavelength, it does not become a noise signal. for that reason,
A high signal-to-noise (S / N) ratio is obtained, and the receiver can accurately evaluate the timing overlap state between the ultrashort pulses.

【0045】本発明の第1の実施形態においては、高速
の光電変換受信器や電気回路を用いたPLL回路のよう
に、繰り返し周波数を特定することはできないが、基準
パルスと信号パルスが同一繰り返し周波数fまたは整数
倍fM、整数分の一のf/Mで同期している場合には、
光パルス相互相関受信部29により、そのパルス同士の
重ね合わせ(相互相関)を光学的にとることによって、
非常に高精度な時間位置検出部となる。
In the first embodiment of the present invention, the repetition frequency cannot be specified unlike a high-speed photoelectric conversion receiver or a PLL circuit using an electric circuit. When synchronizing at a frequency f or an integer multiple fM, an integer fraction f / M,
The optical pulse cross-correlation receiver 29 optically superimposes the pulses (cross-correlation),
It becomes a very accurate time position detection unit.

【0046】また、本光パルスタイミング検出回路は電
気的共鳴回路を用いていないため、同期して比較し得る
パルス間であれば、あらゆるビットレートに対応可能で
ある。逆に言えば、閉じた光パルス多重化伝送装置(光
時分割多重装置)内では既知の、周波数という情報の再
検出作業を省略し、繰り返しパルス列の時間位置(ビッ
ト内位相)という情報のみを基準光との関係で光学的に
検出することに特化する。これより、高精度でフレキシ
ブルな光学的検出部を獲得することができる。
Further, since the present optical pulse timing detection circuit does not use an electric resonance circuit, any bit rate can be used as long as pulses can be synchronized and compared. Conversely, in a closed optical pulse multiplexing transmission device (optical time division multiplexing device), the work of re-detecting the known information of frequency is omitted, and only the information of the time position (phase within a bit) of the repetitive pulse train is stored. Specializes in optical detection in relation to reference light. Thus, a highly accurate and flexible optical detection unit can be obtained.

【0047】従って、本光パルスタイミング検出回路を
利用すれば、超高繰り返しの光時間多重システムなど、
電気回路では困難な広帯域応用分野においても簡便で高
精度な時間位置検出が可能となり、従来技術の欄で既述
した2種類の時間遅延ゆらぎの課題の両方とも解決され
得る。
Therefore, if the present optical pulse timing detection circuit is used, an ultra-high repetition optical time multiplex system, etc.
Simple and accurate time position detection is possible even in a broadband application field which is difficult with an electric circuit, and both of the two types of time delay fluctuation problems described in the section of the related art can be solved.

【0048】(第2の実施形態)図2は本発明の第2の
実施形態における光パルスタイミング検出回路の原理構
成を示す。この光パルスタイミング検出回路において、
信号短パルス列発生回路21、長尺光学経路&部品2
2、基準パルス列発生回路23、光分岐部24、半固定
遅延付与部25、および光遅延制御回路31は、図1に
示した本発明の第1の実施形態と同様な構成および機能
のものであるので、その詳細説明は省略する。光パルス
相互相関受信部32の構成が、図1の光パルス相互相関
受信部29と相違している。
(Second Embodiment) FIG. 2 shows the principle configuration of an optical pulse timing detection circuit according to a second embodiment of the present invention. In this optical pulse timing detection circuit,
Signal short pulse train generation circuit 21, long optical path & parts 2
2. The reference pulse train generating circuit 23, the optical branching unit 24, the semi-fixed delay giving unit 25, and the optical delay control circuit 31 have the same configuration and function as those of the first embodiment of the present invention shown in FIG. Therefore, detailed description thereof is omitted. The configuration of the optical pulse cross-correlation receiving unit 32 is different from that of the optical pulse cross-correlation receiving unit 29 in FIG.

【0049】本実施形態の光パルス相互相関受信部32
は、光パルス分離部33、光パルス結合部34、分離部
35、和周波光受信器36、37およびタイミング識別
用の信号比較部38とを有する。光パルス分離部33
は、時間基準となる繰り返し周波数の基準パルス列を偏
光方向が直交し一定の遅延時間差を持つ2つの光パルス
(図中AB)に分離する。光パルス結合部34は、半固
定遅延付与部25から入力する同期すべき信号光パルス
(または基準光パルス)列の時間位置が光受信器入射時
に上記分離した偏光方向が直交し一定の遅延時間差を持
つ2つの光パルス列の時間位置の中間となるように設定
し、その分離した基準光パルス列の一方と信号光パルス
列の光パワーの一部とを合波し、その分離した基準光パ
ルス列の他方と信号パルス列の光パワーの残りとを合波
する。分離部35は各々の光パルス列間の重なり成分を
独立に観測するために光パルス列を2つに分離する。
The optical pulse cross-correlation receiving section 32 of this embodiment
Has an optical pulse separating unit 33, an optical pulse combining unit 34, a separating unit 35, sum frequency optical receivers 36 and 37, and a signal comparing unit 38 for timing identification. Optical pulse separation unit 33
Separates a reference pulse train having a repetition frequency serving as a time reference into two light pulses (AB in the figure) having orthogonal polarization directions and a certain delay time difference. The optical pulse combining unit 34 determines that the time position of the signal light pulse (or reference light pulse) sequence to be synchronized input from the semi-fixed delay imparting unit 25 is such that the separated polarization directions are orthogonal to each other when the optical receiver is incident and the fixed delay time difference , One of the separated reference light pulse trains and a part of the optical power of the signal light pulse train are multiplexed, and the other of the separated reference light pulse trains is set. And the rest of the optical power of the signal pulse train. The separating unit 35 separates the optical pulse train into two in order to independently observe the overlap component between the optical pulse trains.

【0050】2つの和周波光受信器36、37は、その
分離された各々の光パルス列間の重なり成分をそれぞれ
独立に観測する。信号比較部38は、信号の比較により
2つの和周波光受信器36、37の出力の増減を検出し
て、信号光パルス列の時間位置の前後の変動を観測する
ことによりタイミングを識別する。このタイミング識別
の結果、必要あれば光遅延制御回路31を介して信号光
パルス列のタイミングを調整する。
The two sum frequency optical receivers 36 and 37 independently observe the overlap components between the separated optical pulse trains. The signal comparing unit 38 detects an increase or decrease in the output of the two sum frequency optical receivers 36 and 37 by comparing the signals, and identifies the timing by observing the fluctuation before and after the time position of the signal light pulse train. As a result of this timing identification, the timing of the signal light pulse train is adjusted via the optical delay control circuit 31 if necessary.

【0051】本実施形態の光パルスタイミング検出回路
では、光パルス相互相関受信部32に、複数のパルスが
重なった時により多くの光出力(2光子吸収の場合は電
力)を発生させる2つの光非線形材料を和周波光受信器
36、37中に有する。信号パルスが基準パルスと時間
的に重ならない場合、和周波光は増強されず、各受信器
の出力は各パルス信号強度の自乗の和に比例する。
In the optical pulse timing detection circuit of the present embodiment, the optical pulse cross-correlation receiving unit 32 generates two optical outputs (electric power in the case of two-photon absorption) when a plurality of pulses overlap. A non-linear material is included in the sum frequency optical receivers 36,37. If the signal pulses do not overlap in time with the reference pulse, the sum frequency light is not enhanced and the output of each receiver is proportional to the sum of the squares of each pulse signal strength.

【0052】複数のパルスが重ね合わされたパルス信号
はピーク強度がきわめて高いため、和周波光(両パルス
の波長が同一の場合はSHG)への変換が高効率でおこ
なわれる。発生した和周波光は、短波長受信器36、3
7により光吸収し、電気信号に変換される。さらに、半
導体中では入射光ピーク強度が高い場合、2光子吸収現
象により受光感度の無い基本波長(基幹系光通信の場合
基本波長1.5ミクロン)の光が入射しても、光電面で
基本波の光子エネルギーの2倍のエネルギーに電子正孔
対が励起されて、光起電力が生ずる。この現象は和周波
波光が発生するわけではないが、入射パワーの自乗に比
例して受信器36、37の光電面での電流が増すため、
本受信器36、37の識別性能を向上させることができ
る。基本波長には受信器36、37が感度が無いため雑
音信号とはならず、そのため、高いS/N比が得られ、
受信器は超短パルス同士のタイミングの重なり状態を精
度良く評価できる。
Since a pulse signal in which a plurality of pulses are superimposed has a very high peak intensity, conversion to sum frequency light (SHG when both pulses have the same wavelength) is performed with high efficiency. The generated sum frequency light is transmitted to the short wavelength receivers 36, 3
7 absorbs light and is converted into an electric signal. Furthermore, when the incident light peak intensity is high in the semiconductor, even if light of a fundamental wavelength (1.5 nm in the case of basic optical communication) having no light receiving sensitivity due to the two-photon absorption phenomenon is incident on the photocathode, The electron-hole pairs are excited to twice the photon energy of the wave, producing photovoltaics. This phenomenon does not generate sum frequency light, but the current on the photocathode of the receivers 36 and 37 increases in proportion to the square of the incident power.
The identification performance of the receivers 36 and 37 can be improved. Since the receivers 36 and 37 have no sensitivity at the fundamental wavelength, they do not become noise signals, so that a high S / N ratio is obtained,
The receiver can accurately evaluate the timing overlap state between the ultrashort pulses.

【0053】本実施形態においては、第1の実施形態と
同様に、高速の光電変換受信器や電気回路を用いたPL
L回路のように、繰り返し周波数を特定することはでき
ないが、基準パルスと信号パルスが同一繰り返し周波数
fまたは、整数倍fM、整数分の一のf/Mで同期して
いる場合、そのパルス同士の重ね合わせ(相互相関)を
光学的に検出することによって非常に高精度な時間位置
検出部となる。
In this embodiment, as in the first embodiment, a PL using a high-speed photoelectric conversion receiver or an electric circuit is used.
As in the case of the L circuit, the repetition frequency cannot be specified. However, when the reference pulse and the signal pulse are synchronized at the same repetition frequency f or an integer multiple of fM, or a fraction of an integer, the pulses are synchronized. By detecting the superposition (cross-correlation) of optically, a very accurate time position detecting unit can be obtained.

【0054】また、本実施形態の光パルスタイミング検
出回路は、第1の実施形態と同様に、電気的共鳴回路を
用いていないため、同期して比較しうるパルス同士であ
れば、同様な構成であらゆるビットレートに対応可能で
ある。逆に言えば、閉じた装置内では既知の、周波数と
いう情報の再検出作業を省略し、繰り返しパルスのタイ
ミング(ビット内位相)という情報のみを2つに分割し
た基準光との関係で光学的に検出することに特化してい
る。これより、高精度でフレキシブルな光学的タイミン
グ検出部を実現することができる。
Further, the optical pulse timing detection circuit of the present embodiment does not use an electric resonance circuit, as in the first embodiment, and therefore has the same configuration as long as the pulses can be compared in synchronization. Can support any bit rate. Conversely, in the closed apparatus, the work of re-detecting the information of the known frequency, which is known, is omitted, and only the information of the timing (phase within a bit) of the repetition pulse is optically related to the reference light obtained by dividing the information into two. Specializing in detecting. Thus, a highly accurate and flexible optical timing detection unit can be realized.

【0055】従って本実施形態の光パルスタイミング検
出回路を応用すれば、第1の実施形態と同様に、超高繰
り返しの光時間多重システムなど電気回路で困難な広帯
域においても簡便で高精度な時間位置検出が可能であ
る。前述の2種類の時間遅延ゆらぎのいずれの課題も解
決が可能である。
Therefore, if the optical pulse timing detection circuit of the present embodiment is applied, as in the first embodiment, a simple and highly accurate time can be obtained even in a wide band which is difficult in an electric circuit such as an optical time multiplexing system with an extremely high repetition. Position detection is possible. Any of the above two types of time delay fluctuation can be solved.

【0056】ところで、単に、基準パルスと信号パルス
の時間位置の合致度をみるだけならば、第1の実施形態
のごとく単独のパルス間の重なり成分の増減をモニタす
ればよい、しかし、所望のタイミングからなんらかの理
由、例えばパルスパワー変動による出力変動でずれた場
合には、そのタイミングの補正のために、そのずれの量
・方向を瞬時に理解し、修正する命令を制御回路に送る
必要がある。このためには、遅延が大きくなった(タイ
ミングが遅れた)ことを示す信号と、遅延が小さくなっ
た(タイミングが進んだ)ことを示す信号を同時に持
ち、その信号を比較して最適値を与えるような情報が望
まれる。このような複合、そのような情報を持つことが
できれば、遅延の量、方向の情報を同時に割り出すこと
ができ、常に安定点に制御する回路が容易となる。
By the way, if the degree of coincidence between the reference pulse and the signal pulse is simply checked, it is sufficient to monitor the increase / decrease of the overlap component between the single pulses as in the first embodiment. If there is any deviation from the timing due to output fluctuation due to pulse power fluctuation, it is necessary to instantly understand the amount and direction of the deviation and send an instruction to correct it to the control circuit in order to correct the timing. . For this purpose, a signal indicating that the delay has increased (timing is delayed) and a signal indicating that the delay has decreased (timing has advanced) are simultaneously provided, and the signals are compared to determine an optimum value. Information to give is desired. If such a combination and such information can be provided, information on the amount of delay and information on the direction can be simultaneously determined, and a circuit that always controls the stable point becomes easy.

【0057】このような所望のタイミングの前と後ろで
各々パルスの重なり相関信号を簡単に得るには、図3に
示すように、基準信号を光学的に一定の遅延差を持つ
(偏光等で)分離可能な2つのパルス列に分け、その間
に信号パルス列をはさみこむという本発明の第2の実施
形態が有効である。
In order to easily obtain an overlap correlation signal of each pulse before and after such a desired timing, as shown in FIG. 3, the reference signal has an optically constant delay difference (polarization 2) The second embodiment of the present invention, in which a pulse train is divided into two separable pulse trains and a signal pulse train is interposed therebetween, is effective.

【0058】この実施形態が有効となる例を示す。図3
の(A)に示すように、単に一つの2次の光非線形現象
を用いる構成では、入力光強度の2倍の変動は、受信信
号の4倍の変動となる。パルスピーク強度が変化しなく
ても、繰り返し(デユーティ比)の変動でも同様な影響
が避けられない。光非線形信号は、パルスの重なり量
(つまり両者の時間位置関係)に変化がなくても、入射
する平均光パワーが変動すると和周波光受信器の信号出
力が大きく変動する。パルス間のタイミング関係や平均
パワーが一定でも、パルス品質(時間幅、裾引き、ピー
ク強度)が変動すると、相互相関成分が増減するため、
各受信器の出力値が変動する。
An example in which this embodiment is effective will be described. FIG.
As shown in (A), in a configuration using only one second-order optical nonlinear phenomenon, a double change in the input light intensity becomes a four-fold change in the received signal. Even if the pulse peak intensity does not change, the same effect cannot be avoided even if the repetition (duty ratio) changes. Regarding the optical nonlinear signal, the signal output of the sum frequency optical receiver fluctuates greatly when the incident average optical power fluctuates, even if the amount of pulse overlap (that is, the temporal positional relationship between the two) does not change. Even if the timing relationship between pulses and the average power are constant, if the pulse quality (time width, tailing, peak intensity) fluctuates, the cross-correlation component will increase or decrease.
The output value of each receiver fluctuates.

【0059】一方、図3の(B)に示す本発明の第2の
実施形態のように、たとえば複屈折性を持った光学結晶
の主軸に対してパルスの偏光を斜めに入射すると、偏光
方位により屈折率が異なるため、各偏光に入射されたパ
ルスは、結晶内の複屈折差と長さに比例する時間遅延差
を持った2つのパルスに分離されて出力する。この分離
した2つのパルスを基準光パルスとして、信号パルスと
の時間位置関係を比較するなら、前パルスAとの相互相
関成分が増加する場合、同時に後パルスBとの相互相関
成分は減少する。この2つの相互相関信号は偏光により
容易に分離することが可能である。この相反する変化を
示す2つの相互相関による和周波光信号の差分、または
わり算値をとるならば、このようなタイミング変動と関
係ない受信器個々の出力変動の影響を、相殺できる。
On the other hand, as in the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3B, for example, when a pulse polarization is obliquely incident on the main axis of an optical crystal having birefringence, the polarization direction Therefore, the pulse incident on each polarized light is separated and output into two pulses having a birefringence difference in the crystal and a time delay difference proportional to the length. If the two separated pulses are used as reference light pulses and the time position relationship with the signal pulse is compared, when the cross-correlation component with the previous pulse A increases, the cross-correlation component with the rear pulse B decreases at the same time. The two cross-correlation signals can be easily separated by polarization. If the difference of the sum frequency optical signal due to the two cross-correlations showing the contradictory changes or the division value is taken, the influence of the output fluctuation of the individual receiver irrelevant to such timing fluctuation can be canceled.

【0060】[0060]

【実施例】以下,図面を参照して,本発明の具体的実施
例を詳細に説明する。図1の本発明の第1の実施形態の
具体的実施例として図4〜図9を参照して第1〜第4の
実施例を説明し、次に図2、図3の本発明の第2の実施
形態の具体的実施例として図10〜図14を参照して弟
5〜第7の実施例を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First to fourth examples will be described with reference to FIGS. 4 to 9 as specific examples of the first embodiment of the present invention in FIG. 1, and then the first to fourth examples of the present invention in FIGS. 2 and 3 will be described. As specific examples of the second embodiment, the fifth to seventh examples will be described with reference to FIGS.

【0061】(第1の実施例)図4は本発明の時間多重
制御装置の第1の実施例の構成を示す。ここでは発明が
解決すべき課題の欄で既述した2つのパルス時間位置揺
らぎの課題のうち前者(第1の課題)の対応を施した場
合の例を述べる。第1の課題とは、100m程度の長尺
ファイバ部品によるパルス幅、強度調整部の挿入による
信号変調部前のパルスタイミングの大きな変動である。
(First Embodiment) FIG. 4 shows the configuration of a first embodiment of the time multiplex control device of the present invention. Here, an example in which the former (first problem) of the two pulse time position fluctuation problems described above in the column of the problem to be solved by the invention will be described. The first problem is a large fluctuation of the pulse timing before the signal modulation unit due to the insertion of the pulse width and intensity adjustment unit due to the long fiber component of about 100 m.

【0062】本例では、基準光パルス列発生回路23に
は、電気的に信号光と同期した繰り返し周波数f0の半
導体モード同期レーザを入力信号として用いる。信号光
パルス列42および基準パルス列43を光パルス相互相
関受信部の和周光受信器27に導入する光結合部26と
しては、偏光保持型のファイバ結合器等を用いる。
In this example, a semiconductor mode-locked laser having a repetition frequency f 0 electrically synchronized with the signal light is used as the input signal for the reference light pulse train generating circuit 23. As the optical coupling unit 26 that introduces the signal light pulse train 42 and the reference pulse train 43 to the sum-of-round optical receiver 27 of the optical pulse cross-correlation receiving unit, a polarization maintaining fiber coupler or the like is used.

【0063】重なり成分(和周波)を観測する和周波光
受信器 27としては、和周波発生には和周波発生光学
結晶である誘電体KTP(KTiOPO4)またはLi
NbO3、AANP(2−アダマンチルミノ−5−ニト
ロピリジン)結晶等27−1を用い、その受信器として
半導体の薄膜アバランシェホトダイオード(APD)や
光電子増倍管(PM)光受信器27−3を備えさせてい
る。この誘電体結晶27−1と半導体受信器27−3の
間に集光用レンズ27−2を挟み込み、これら構成部分
を張り合わせることにより、きわめてコンパクトな和周
波光受信器27が実現する。
As the sum frequency optical receiver 27 for observing the overlapping component (sum frequency), a dielectric material such as a dielectric material KTP (KTiOPO 4 ) or Li
A semiconductor thin-film avalanche photodiode (APD) or a photomultiplier tube (PM) optical receiver 27-3 is used as a receiver using NbO 3 , AANP (2-adamantylamino-5-nitropyridine) crystal 27-1 or the like. I am preparing. An extremely compact sum frequency optical receiver 27 is realized by sandwiching a condenser lens 27-2 between the dielectric crystal 27-1 and the semiconductor receiver 27-3 and bonding these components together.

【0064】この和周波光受信器27の受信信号の増減
を信号識別回路28で検出し、この検出結果を遅延制御
用信号として光遅延制御回路(光路長制御器)31へフ
ィードバックすることで、最適遅延位置に光パルスタイ
ミングを調整制御している。
An increase or decrease in the reception signal of the sum frequency optical receiver 27 is detected by a signal identification circuit 28, and the detection result is fed back to an optical delay control circuit (optical path length controller) 31 as a delay control signal. The optical pulse timing is adjusted and controlled to the optimum delay position.

【0065】図4では基準パルス光源として、電気的に
同期した別光源(基準光パルス列発生回路)23を用い
ているが、信号光源(信号短パルス発生回路)21の出
射口付近でビームスプリッタ等(図示しない)により分
割したパルス列をそのまま、基準パルス列として用いる
ことももちろん可能である。
In FIG. 4, another electrically synchronized light source (reference light pulse train generating circuit) 23 is used as a reference pulse light source. Of course, the pulse train divided by (not shown) can be used as it is as a reference pulse train.

【0066】本発明に係る和周波光受信器27に入射す
るパルス信号の多くは、光学結晶27−1において和周
波信号に変換される。光学結晶27−1で和周波信号に
変換しきれなかった部分を、さらに基本波長に透明な受
信器27−3の受光面上に焦点を結ぶように、光学系2
7−2を設定する。
Most of the pulse signals incident on the sum frequency optical receiver 27 according to the present invention are converted into sum frequency signals in the optical crystal 27-1. The optical system 2 converts the portion of the optical crystal 27-1 that could not be converted into a sum frequency signal into a focus on a light receiving surface of a receiver 27-3 transparent to the fundamental wavelength.
Set 7-2.

【0067】APDやpin受信器などの半導体光受信
器27−3中では、本来バンドギャップエネルギーより
も低エネルギー(長波長)の光信号に対して、感度を持
たない。しかし、信号ピーク強度が著しく高い場合に
は、受信器活性層付近で2光子吸収現象により受光電流
が生じる。この受光電流も、和周波信号の受信と同じく
基本波長信号のピーク強度の自乗で増加するため、パル
ス間の重なり信号による相関受信感度に寄与する。第1
の実施例においては、基準パルス列と信号パルス列とを
互いに一致する偏光方向により合波するため、タイプ1
の和周波発生光学結晶である誘電体KTP、LiNbO
3結晶などを用い、さらにAPD受信器光電面上に再集
光することにより、2光子吸収電力も和周波信号も区別
無く加算して信号感度を得ることができる。
In a semiconductor optical receiver 27-3 such as an APD or a pin receiver, there is essentially no sensitivity to an optical signal having an energy (longer wavelength) lower than the band gap energy. However, when the signal peak intensity is extremely high, a photocurrent is generated near the receiver active layer due to a two-photon absorption phenomenon. This light receiving current also increases by the square of the peak intensity of the fundamental wavelength signal as in the reception of the sum frequency signal, and thus contributes to the correlation receiving sensitivity due to the overlap signal between pulses. First
In the embodiment of the present invention, since the reference pulse train and the signal pulse train are multiplexed by the polarization directions that match each other, the type 1
KTP, LiNbO, which are sum frequency generating optical crystals of
The signal sensitivity can be obtained by adding the two-photon absorption power and the sum frequency signal without distinction by using a three crystal or the like and re-focusing the light on the photoelectric surface of the APD receiver.

【0068】基準パルス列間の重なりが半分の場合を基
準点として、信号パルス列の時間位置が前後した場合の
和周波光受信器27の出力の変動を図5に模式的に示
す。遅延基準信号の時間位置最適点を、図5の破線の交
差位置(図中のJUST点)に設定し、信号識別回路2
8のしきい値を設定する。信号識別回路28は、受信器
27の出力(受信器電力)がしきい値の設定値から低下
した場合は、基準パルス列と信号パルス列の重なり成分
を増やす方向に光遅延制御回路(可変遅延回路)31に
命令を出し、しきい値の設定値から増加した場合は、基
準パルス列と信号パルス列の重なり成分を減らす方向に
光遅延制御回路31に命令を出す。このように
信号識別回路28では、増加の場合は低下の場合
と逆の動作の命令を出す。これにより、最適出力値を維
持することは、安定遅延位置を維持することにつなが
る。
FIG. 5 schematically shows the fluctuation of the output of the sum frequency optical receiver 27 when the time position of the signal pulse train moves forward and backward with the case where the overlap between the reference pulse trains is half as a reference point. The optimal time position of the delay reference signal is set at the intersection (the JUST point in the figure) of the broken line in FIG.
Set a threshold value of 8. When the output (receiver power) of the receiver 27 decreases from the set value of the threshold value, the signal identification circuit 28 controls the optical delay control circuit (variable delay circuit) to increase the overlapping component of the reference pulse train and the signal pulse train. When the instruction is issued to the optical delay control circuit 31 and the threshold value is increased, the instruction is issued to the optical delay control circuit 31 in a direction to reduce the overlapping component of the reference pulse train and the signal pulse train. in this way
The signal discrimination circuit 28 issues a command for an operation which is the reverse of the case of the increase when the increase is made. Thus, maintaining the optimum output value leads to maintaining the stable delay position.

【0069】和周波を利用した計測装置のパルス時間分
解能は、一般には半値幅で数100フェムト秒程度(た
だし、利用する結晶の厚みにより若干異なる)である。
しかし、信号識別回路28でパルス間の重なりの増減を
識別する場合は、絶対値でなく変分を評価すれば良いの
で100フェムト秒以下の高分解能が可能となる。図5
中で示す、検出範囲(高精度検出範囲)を越える位置ず
れにより、パルス間の時間位置が遠く離れた場合や、重
なり位置が逆転した場合には、正しい位置の瞬時の検出
は困難になる。しかし本発明では、もともと設定位置か
らのゆっくりとしたドリフトを想定して、劣化が顕著に
なる以前に、信号の品質安定を維持できる範囲で修正を
施すことを目的としているので、高精度であればその検
出範囲はパルス幅の数倍程度の時間領域で十分である。
The pulse time resolution of the measuring apparatus using the sum frequency is generally about half a half width of several hundred femtoseconds (however, it slightly varies depending on the thickness of the crystal used).
However, when the signal discrimination circuit 28 discriminates the increase or decrease of the overlap between the pulses, it is only necessary to evaluate the variation instead of the absolute value, so that a high resolution of 100 femtoseconds or less is possible. FIG.
If the time position between the pulses is far away or the overlap position is reversed due to a position shift exceeding the detection range (high-precision detection range) shown in the graph, instantaneous detection of the correct position becomes difficult. However, the present invention is intended to perform a correction within a range where signal quality can be maintained before deterioration becomes noticeable, assuming a slow drift from the set position from the beginning, so that high accuracy is required. For example, the detection range is sufficient in a time region about several times the pulse width.

【0070】(第2の実施例)上述した本発明による光
パルスタイミングの検出と安定化の手法は、発明が解決
すべき課題の欄で既述した時間位置ゆらぎの第2の課題
についても解決できる。この場合の具体的な対策を本発
明の第2の実施例として以下に説明する。この第2の課
題とは、従来例で説明した図16において、信号短パル
ス列発生回路1から出力される光パルスが分岐部4で複
数に分岐され、この分岐されたそれぞれの光パルスに伝
送情報により変調器5で変調が施され、複数系統の光パ
ルスb、c、d …とされる。ここで、各系統の構成部
品の数メートル程度の光路長、配置、温度環境等が異な
ることにより、光多重部9で等間隔に配置されるはずの
多重化パルス信号の時間位置関係が相互にゆらぐという
問題である。
(Second Embodiment) The above-described method of detecting and stabilizing the optical pulse timing according to the present invention also solves the second problem of time position fluctuation described above in the section of the problem to be solved by the invention. it can. A specific countermeasure in this case will be described below as a second embodiment of the present invention. The second problem is that the optical pulse output from the signal short pulse train generating circuit 1 in FIG. Are modulated by the modulator 5 to obtain optical pulses b, c, d... Of a plurality of systems. Here, due to differences in the optical path length, arrangement, temperature environment, etc. of the components of each system of about several meters, the time positional relationship of the multiplexed pulse signals that should be arranged at equal intervals in the optical multiplexing unit 9 is mutually different. The problem is that it fluctuates.

【0071】本発明の第2の実施例の時間多重制御装置
の構成を図6に示す。本例の時間多重制御装置は、信号
短パルス列発生器21、光増幅回路(EDFA)22−
2、光分岐部48、変調器49、遅延調整器50、光分
岐部51、ピッグテール52、光結合器53、和周波光
受信器54、半固定遅延部55、可変遅延回路56、光
多重部57、光パルスタイミング検出回路58を有す
る。
FIG. 6 shows the configuration of the time multiplexing control apparatus according to the second embodiment of the present invention. The time multiplexing control device of this example includes a signal short pulse train generator 21, an optical amplifier (EDFA) 22-
2. Optical branching unit 48, modulator 49, delay adjuster 50, optical branching unit 51, pigtail 52, optical coupler 53, sum frequency optical receiver 54, semi-fixed delay unit 55, variable delay circuit 56, optical multiplexing unit 57, and an optical pulse timing detection circuit 58.

【0072】信号短パルス列発生回路21から出力され
る光パルスが光増幅回路(EDFA)22−2を通り、
光分岐部48で複数に分岐され、この分岐されたそれぞ
れの光パルスに伝送情報により変調器49で変調が施さ
れ、複数系統の光パルスb、c、d …とされる。この
ように光分岐部48が複数系統の光パルスにそれぞれ分
岐し、それぞれの光パルスのタイミングを光パルスタイ
ミング検出回路58において検出する。分岐数(M)分
の光分岐部51および半固定遅延部55のグループは前
段の光分岐部48から導かれた複数系統のうち1つの光
パルス列を基準パルス列とし、残りM−1の複数系統か
ら分岐した光パルス列を信号パルス列とする。光結合器
53はその基準パルス列と光パルス列のそれぞれを重ね
合わせて和周波光受信器54へ送る。和周波光受信器5
4はそれぞれ和周波発生結晶54−1、レンズ54−
2、光受信器54−3とを備える。光パルスタイミング
検出回路 58は分岐数(M)分の和周波光受信器54
から出力される相互相関信号により、光分岐部48で分
岐された複数系統のそれぞれの光パルスのタイミングを
検出する。各可変遅延回路56は、複数系統の光パルス
が時間多重する際に等間隔で配置されるように、それぞ
れの光パルス経路に挿入され、光パルスタイミング検出
器58から出力される位置検出信号に応じて光パルスの
遅延時間を設定することで、上記複数系統の光パルス列
が等間隔で時間多重されるようにフィードバック制御す
る。
The optical pulse output from the signal short pulse train generation circuit 21 passes through an optical amplifier (EDFA) 22-2,
The light is branched into a plurality of light beams by an optical branching unit 48, and each of the branched light pulses is modulated by a modulator 49 according to transmission information, so that light pulses b, c, d,... As described above, the optical branching unit 48 branches into a plurality of optical pulses, and the optical pulse timing detection circuit 58 detects the timing of each optical pulse. The group of the optical branching units 51 and the semi-fixed delay units 55 for the number of branches (M) uses one optical pulse train among a plurality of systems guided from the optical branching unit 48 at the preceding stage as a reference pulse train, and the remaining M-1 systems An optical pulse train branched from is used as a signal pulse train. The optical coupler 53 superimposes each of the reference pulse train and the optical pulse train and sends the resultant to the sum frequency optical receiver 54. Sum frequency optical receiver 5
4 is a sum frequency generation crystal 54-1 and a lens 54-
2. An optical receiver 54-3. The optical pulse timing detection circuit 58 is a sum frequency optical receiver 54 for the number of branches (M).
Based on the cross-correlation signal output from, the timing of each optical pulse of the plurality of systems branched by the optical branching unit 48 is detected. Each of the variable delay circuits 56 is inserted into each optical pulse path so as to be arranged at equal intervals when the optical pulses of a plurality of systems are time-multiplexed, and is added to the position detection signal output from the optical pulse timing detector 58. By setting the delay time of the optical pulse accordingly, feedback control is performed so that the optical pulse trains of the plurality of systems are time-multiplexed at equal intervals.

【0073】光パルスタイミング検出回路58は、前述
の図5で示したように、時間位置により特徴的に受信さ
れる相互相関信号(誤差電圧)の適当な位置(電圧値)
にしきい値を設定し、そのしきい値以上と以下とで可変
遅延回路56の動作方向を逆に動かす。本例のシステム
は、このような単純な命令系統で動作可能なため、計算
機は必要とせずに各々に信号レベルを識別する弁別IC
(集積回路)を設ければ十分であり、制御系はきわめて
簡潔・廉価に構成できる。
The optical pulse timing detection circuit 58, as shown in FIG. 5 described above, sets a proper position (voltage value) of the cross-correlation signal (error voltage) characteristically received by the time position.
Is set, and the operation direction of the variable delay circuit 56 is reversed when the threshold value is equal to or higher than the threshold value. Since the system of the present example can operate with such a simple instruction system, a discriminating IC for identifying each signal level without using a computer is required.
(Integrated circuit) is sufficient, and the control system can be configured very simply and inexpensively.

【0074】また、基準・信号パルス間の重なり成分を
比較する本例の和周波光受信器54は、和周波光を発生
するKTP結晶54−1と、2光子吸収電力を増幅する
APD受信器54−3の光電面との両者で高い光子密度
を得ることができるので、レンズ54−2で2度焦点を
結び、高い受信感度を廉価に達成できる。
The sum frequency light receiver 54 of the present embodiment for comparing the overlap components between the reference and signal pulses is composed of a KTP crystal 54-1 for generating sum frequency light and an APD receiver for amplifying two-photon absorption power. Since a high photon density can be obtained with both the photocathode 54-3, the lens 54-2 is focused twice, and high receiving sensitivity can be achieved at low cost.

【0075】また、光合波器53を通過以後の基準・信
号パルス間の相対位置関係は一意に決定される。その
後、冗長な光回路を経由して和周波光受信器54への到
達タイミングがドリフトしても、その基準・信号パルス
間の相対位置関係は変化しない。よって、さらに受信感
度を高める手段として光増幅器(図示しない)を光結合
器(光カプラ)53と和周波光受信器(SHG素子)5
4の間に挿入することができる。
The relative positional relationship between the reference and signal pulses after passing through the optical multiplexer 53 is uniquely determined. Thereafter, even if the arrival timing at the sum frequency optical receiver 54 via the redundant optical circuit drifts, the relative positional relationship between the reference and the signal pulse does not change. Therefore, as means for further increasing the receiving sensitivity, an optical amplifier (not shown) is provided with an optical coupler (optical coupler) 53 and a sum frequency optical receiver (SHG element) 5.
4 can be inserted.

【0076】(第3の実施例)さらに、パルスタイミン
グ検出回路の構成としては本発明の第1の実施例よりも
高効率な構成も考えられる。この具体例として、本発明
の第3の実施例の光時分割多重装置の構成と信号出力例
を図7に示す。本実施例では、信号短パルス列発生回路
21に、第1の実施例の図4とほぼ同様の構成の元パル
スタイミングドリフト制御系と、第2の実施例の図6と
ほぼ同様の構成の多重パルス間タイミング制御系とを直
列に接続させている。元パルスタイミングドリフト制御
系は、光分岐部60、EDFA等の長尺部品61、可変
遅延回路62、光分岐部63、半固定遅延部64、遅延
制御回路65、和周波光受信器66、および光合波器
(PBS)67を有する。和周波光受信器66はそれぞ
れ和周波発生結晶66−1、光フィルタ66−2、光受
信器66−3とを備える。多重パルス間タイミング制御
系は、光分岐部68、変調器69、遅延調整器70、光
分岐部71、ピッグテール72、光合波器(PBS)7
3、和周波光受信器74、半固定遅延部75、可変遅延
回路76、光多重部77、光パルスタイミング検出回路
78を有する。和周波光受信器74はそれぞれ和周波発
生結晶74−1、光フィルタ74−2、光受信器74−
3とを備える。
(Third Embodiment) Further, as the configuration of the pulse timing detection circuit, a configuration that is more efficient than the first embodiment of the present invention can be considered. As a specific example, FIG. 7 shows a configuration of an optical time division multiplexing apparatus according to a third embodiment of the present invention and an example of signal output. In the present embodiment, the signal short pulse train generation circuit 21 is provided with an original pulse timing drift control system having substantially the same configuration as that of FIG. 4 of the first embodiment, and a multiplex having substantially the same configuration as that of FIG. 6 of the second embodiment. An inter-pulse timing control system is connected in series. The original pulse timing drift control system includes an optical branching unit 60, a long component 61 such as an EDFA, a variable delay circuit 62, an optical branching unit 63, a semi-fixed delay unit 64, a delay control circuit 65, a sum frequency optical receiver 66, and It has an optical multiplexer (PBS) 67. The sum frequency optical receiver 66 includes a sum frequency generating crystal 66-1, an optical filter 66-2, and an optical receiver 66-3. The multi-pulse timing control system includes an optical splitter 68, a modulator 69, a delay adjuster 70, an optical splitter 71, a pigtail 72, and an optical multiplexer (PBS) 7.
3, a sum frequency optical receiver 74, a semi-fixed delay unit 75, a variable delay circuit 76, an optical multiplexing unit 77, and an optical pulse timing detection circuit 78. The sum frequency optical receiver 74 includes a sum frequency generating crystal 74-1, an optical filter 74-2, and an optical receiver 74-.
3 is provided.

【0077】第3の実施例においては、光分岐部60、
71により分岐された基準光パルス列と、63などより
分岐された信号光パルス列を、光合波器(PBS)6
7、73において、互いに直交する偏光方向により合波
するため、和周波光を発生させる手段として、主軸が異
なる偏光方向の2波で和周波を発生させるタイプ2型の
結晶(たとえばAANP)を和周波光受信器66、74
に用いることができる。その場合、光合波器67、73
における光フィルタ74−2による基本光波長のパルス
信号の遮断によって、同時に2光子吸収信号の遮断より
も、高い信号・雑音比のモニタ信号を得ることができ
る。
In the third embodiment, the optical branching unit 60,
The reference light pulse train branched by 71 and the signal light pulse train branched by 63 and the like are combined into an optical multiplexer (PBS) 6.
In 7 and 73, since light is multiplexed in polarization directions orthogonal to each other, as a means for generating sum frequency light, a type 2 type crystal (for example, AANP) that generates a sum frequency with two waves having polarization directions different from each other is used as a sum. High frequency optical receiver 66, 74
Can be used. In that case, the optical multiplexers 67 and 73
, The monitor signal having a higher signal-to-noise ratio can be obtained at the same time than the cutoff of the two-photon absorption signal.

【0078】なぜなら、図4の第1の実施例において
は、一方の偏光方向に合致した光のピークパワーが十分
大きければ、2つのパルスの重なり合わせが無くても第
2次高調波光が発生するため、図5に示すように、相互
相関成分が無い場合でも和周波光受信器の信号が観測さ
れ、この揺らぎが比較信号、ひいてはタイミング制御信
号の精度を劣化させる背景雑音となる。
In the first embodiment shown in FIG. 4, if the peak power of the light that matches one of the polarization directions is sufficiently large, the second harmonic light is generated even if the two pulses do not overlap. Therefore, as shown in FIG. 5, even when there is no cross-correlation component, the signal of the sum frequency optical receiver is observed, and this fluctuation becomes the background noise that degrades the accuracy of the comparison signal and the timing control signal.

【0079】しかし、第3の実施例の構成においては、
直交する2つのパルスの相互作用として初めて和周波が
発生し、片方の偏光の信号単独では、和周波光信号は発
生しない。よって、パルス間の重なり成分が無い場合、
タイプ1では無視できなかった各単独パルスごとに発生
する第2次高調波光による雑音が格段に抑圧され、高S
/N比の検出が可能となる。
However, in the configuration of the third embodiment,
A sum frequency is generated for the first time as an interaction between two orthogonal pulses, and a single-polarized signal alone does not generate a sum frequency optical signal. Therefore, when there is no overlapping component between pulses,
Noise due to the second harmonic light generated for each single pulse, which cannot be ignored in Type 1, is remarkably suppressed, and high S
/ N ratio can be detected.

【0080】図8に第3の実施例の構成における、基準
・信号パルス列間の重なり時間位置関係と受信器出力強
度の関係を示す。本構成では66−2,74−2のフィ
ルタで基本波光をカットしているため、光受信器66−
3、74−3は2光子吸収の効果を考慮する必要が無
い。そのため、量子効率はAPDよりも小さいが電子増
倍率がきわめて大きい光電子増倍管などの受光素子を光
受信器66−3、74−3として用いることができる。
また、本構成においてはPBS67、73で基準パルス
列と信号パルス列を合波する際に、直交する異なる偏光
を用いるため、結合損失は原理的に0にすることができ
るため、この点においても第1の実施例よりも光パワー
損失が少なく、高S/N比が得られる。このような部品
の巧みな構成により第3の実施例に示すような高い信号
・雑音比を持った受信器が初めて実現する。
FIG. 8 shows the relationship between the overlapping time position relationship between the reference / signal pulse trains and the output power of the receiver in the configuration of the third embodiment. In this configuration, since the fundamental light is cut by the filters 66-2 and 74-2, the optical receiver 66-
No. 3, 74-3 does not need to consider the effect of two-photon absorption. Therefore, a light receiving element such as a photomultiplier tube having a smaller quantum efficiency than the APD but having an extremely large electron multiplication factor can be used as the optical receivers 66-3 and 74-3.
Further, in this configuration, when combining the reference pulse train and the signal pulse train with the PBSs 67 and 73, different polarizations orthogonal to each other are used, so that the coupling loss can be reduced to 0 in principle. The optical power loss is smaller than that of the embodiment, and a high S / N ratio can be obtained. With such a clever structure of components, a receiver having a high signal-to-noise ratio as shown in the third embodiment is realized for the first time.

【0081】上述した第1、第3のいずれの実施例にお
いても、受信信号の時間遅延を示す信号は超高速の光パ
ルスによる光起電力であるが、繰り返すパルス列相互の
位置関係はビットごとには変動しないので、光受信器6
6−3、74−3の応答帯域は低くてよい。すなわち、
光受信器66−3、74−3の応答帯域は、信号の長時
間平均値の変分を観測し、光路長制御回路(可変遅延回
路)62、76に信号を出せる程度の100Hz以下で
十分である。よって、低速ではあるが受信感度の高い光
電子増倍管やAPD受信器など廉価な部品で光受信器6
6−3、74−3を構成することが容易である。
In each of the first and third embodiments, the signal indicating the time delay of the received signal is photovoltaic power generated by an ultra-high-speed optical pulse, but the positional relationship between the repeated pulse trains is bit by bit. Does not fluctuate, the optical receiver 6
The response bands of 6-3 and 74-3 may be low. That is,
The response band of the optical receivers 66-3 and 74-3 is sufficient to be 100 Hz or less such that the variation of the long-term average value of the signal is observed and the signal is output to the optical path length control circuits (variable delay circuits) 62 and 76. It is. Accordingly, the optical receiver 6 is a low-cost but inexpensive component such as a photomultiplier tube or an APD receiver having high reception sensitivity.
6-3 and 74-3 can be easily configured.

【0082】和周波光生成に用いられる光非線形材料6
6−1、74−1で、高い変換効率を得るためには結晶
内を長く伝搬する必要がある。一般には最も効率の良い
面方位であるD33方向においては、伝搬常数のミスマ
ッチにより急速な位相不整合が生じ、長く相互作用させ
ることは難しい。そこで、イオン注入などの処理により
周期的に群速度分散を補正することにより、高い効率を
保ったまま長い相互作用長を維持できる。このような疑
似位相整合(QPM)を用いて、入射光に対して閉じこ
めの良い光導波路を構成すれば、第1の実施例などで説
明した平板結晶を用いる場合よりも高い相互作用効率と
光密度が得られる。このような非線形素子を用いること
によってネットワークに用いられる光ファイバともモー
ド結合効率がよく、受信感度も良い選別光受信器(和周
波光受信器)66、74の提供が可能となる。
Optical Nonlinear Material 6 Used for Sum Frequency Light Generation
In 6-1 and 74-1, in order to obtain high conversion efficiency, it is necessary to propagate in the crystal for a long time. Generally, in the D33 direction, which is the most efficient plane orientation, a rapid phase mismatch occurs due to mismatch of the propagation constant, and it is difficult to make the interaction long. Therefore, a long interaction length can be maintained while maintaining high efficiency by periodically correcting the group velocity dispersion by a process such as ion implantation. By using such a quasi-phase matching (QPM) to form an optical waveguide having good confinement for incident light, higher interaction efficiency and light efficiency can be obtained than in the case of using the plate crystal described in the first embodiment. Density is obtained. By using such a non-linear element, it is possible to provide sorted optical receivers (sum frequency optical receivers) 66 and 74 having good mode coupling efficiency with optical fibers used in a network and good receiving sensitivity.

【0083】(第4の実施例)図9に、本発明の第4の
実施例の構成を示す。本実施例においても、基準パルス
列を用いて、信号パルス列の時間揺らぎをモニタする手
法は上記第1〜第3の実施例と同じである。
(Fourth Embodiment) FIG. 9 shows the configuration of a fourth embodiment of the present invention. Also in the present embodiment, the method of monitoring the time fluctuation of the signal pulse train by using the reference pulse train is the same as in the first to third embodiments.

【0084】本実施例の光時分割多重装置は、信号短パ
ルス列発生回路21、光増幅回路(EDFA)80、分
岐部81、変調器82、遅延調整器83、光分岐部8
4、ピッグテール85、半固定遅延部86、光チャンネ
ル選択回路87、出力固定光増幅器88、光結合部8
9、和周波光受信器90、信号比較部91、電気選択回
路92、可変遅延回路93、遅延制御回路94、選択タ
イミング制御器95、および光多重部96を有する。
The optical time division multiplexing apparatus of this embodiment comprises a signal short pulse train generation circuit 21, an optical amplification circuit (EDFA) 80, a branch unit 81, a modulator 82, a delay adjuster 83, and an optical branch unit 8.
4, pigtail 85, semi-fixed delay unit 86, optical channel selection circuit 87, fixed output optical amplifier 88, optical coupling unit 8
9, a sum frequency optical receiver 90, a signal comparing section 91, an electric selection circuit 92, a variable delay circuit 93, a delay control circuit 94, a selection timing controller 95, and an optical multiplexing section 96.

【0085】光結合部89、和周波光受信器90、入力
値をしきい値と比較する信号比較部91、および選択タ
イミング制御器95とにより光パルス相互相関受信部9
7が構成される。また、この光パルス相互相関受信部9
7および光分岐部84、ピッグテール85、半固定遅延
部86、光チャンネル選択回路87、出力固定光増幅器
88、電気選択回路92、遅延制御回路94とにより光
パルスタイミング検出回路98が構成される。
The optical pulse cross-correlation receiving section 9 includes an optical coupling section 89, a sum frequency optical receiver 90, a signal comparing section 91 for comparing an input value with a threshold value, and a selection timing controller 95.
7 is configured. The optical pulse cross-correlation receiving unit 9
The optical pulse timing detection circuit 98 is composed of the optical branching section 84, the pigtail 85, the semi-fixed delay section 86, the optical channel selection circuit 87, the fixed output optical amplifier 88, the electric selection circuit 92, and the delay control circuit 94.

【0086】第2の実施例のように複数の系統ごとに個
々のパルスタイミング検出回路を設置する場合には、分
岐数、構成規模が大きくなった場合に、検出装置相互の
光感度やファイバ長誤差、電気的しきい値のばらつきな
どに関し、個体差や部品点数の増加が問題になってく
る。この点を解決する具体的手段を以下に説明する。
In the case where individual pulse timing detection circuits are provided for each of a plurality of systems as in the second embodiment, when the number of branches and the configuration scale are increased, the optical sensitivity and fiber length between the detection devices are increased. With respect to errors, variations in electrical thresholds, etc., individual differences and an increase in the number of parts become problems. Specific means for solving this point will be described below.

【0087】信号パルス1.2.3...Mのパルスタ
イミングの揺らぎをそれぞれ検出するため、1組のパル
スタイミング検出回路を使用する。すなわち、光分波器
84により分岐された光パルス信号のうち、1系統を基
準パルス列として用いる。比較すべき系統のパルス列が
光チャンネル選択回路(多対1光スイッチ)87により
選択されて、光結合部89で基準パルス列たる1系統の
パルスと結合し、光受信器90に到達する。これによ
り、電気選択回路92で選択された系統のタイミングの
揺らぎが観測され、連動した遅延制御回路94でそのタ
イミングの揺らぎが補正される。
Signal pulse 1.2.3. . . A set of pulse timing detection circuits is used to detect fluctuations in the M pulse timing. That is, one of the optical pulse signals branched by the optical demultiplexer 84 is used as a reference pulse train. The pulse train of the system to be compared is selected by the optical channel selection circuit (many-to-one optical switch) 87, combined with the reference pulse train of one system by the optical coupler 89, and reaches the optical receiver 90. As a result, the fluctuation of the timing of the system selected by the electric selection circuit 92 is observed, and the fluctuation of the timing is corrected by the linked delay control circuit 94.

【0088】光チャンネル選択回路87および電気選択
回路92を介して順次3.4...M系統の遅延揺らぎ
の検出し、遅延制御回路94での補正を繰り返す。温度
変化等に起因する光路の伸縮、タイミングの変動は一般
に光チャンネル選択回路87の動作速度よりも十分にゆ
っくりしているので、選択されていない系統の遅延揺ら
ぎの変動は順次回ってくる制御により十分早く補正でき
る。これにより、光時分割多重装置の構成と部品点数を
簡略化することができる。
3.4. Sequentially through the optical channel selection circuit 87 and the electric selection circuit 92 . . The delay fluctuation of the M system is detected, and the correction in the delay control circuit 94 is repeated. Since the expansion and contraction of the optical path and the fluctuation of the timing due to the temperature change and the like are generally sufficiently slower than the operation speed of the optical channel selection circuit 87, the fluctuation of the delay fluctuation of the non-selected system is controlled by the sequentially turning control. It can be corrected sufficiently quickly. Thereby, the configuration and the number of components of the optical time division multiplexing device can be simplified.

【0089】この光チャンネル選択回路87としては、
半導体光増幅器アレーをゲートとして用いたスイッチア
レー(図示しない)を用いているが、ほかにもPLC
(Planar Lightwave Circui
t;石英系光波回路)導波回路の結合率変化による選択
光スイッチなど様々なものが考えられる。また、本構成
では、光パルス結合器(光結合部)89だけでなく、利
得安定化光増幅器80などの周辺装置も1組あれば十分
であり、この点でも省力化の効果が大きい。半導体光増
幅器アレーを光チャンネル選択回路87として用いる場
合は、以下に記述の出力固定光増幅器88の機能も兼ね
ることができる。
As the optical channel selection circuit 87,
A switch array (not shown) using a semiconductor optical amplifier array as a gate is used.
(Planar Lightwave Circuit
t: Quartz-based lightwave circuit) Various devices such as a selective optical switch based on a change in the coupling ratio of a waveguide circuit can be considered. In this configuration, not only the optical pulse coupler (optical coupling unit) 89 but also a single set of peripheral devices such as the gain stabilizing optical amplifier 80 is sufficient. In this respect, the effect of power saving is great. When a semiconductor optical amplifier array is used as the optical channel selection circuit 87, it can also serve as a function of a fixed output optical amplifier 88 described below.

【0090】信号の時間位置の検出は、図5で既に示し
た様に、信号比較部91において、ピークのある相関出
力の中間に設定した適当なしきい値と和周波光受信器9
0の出力との比較でおこなう。設定しきい値との関係の
変化を光路長の調整量に帰還させるので、入力系統の切
り替え等によるの平均光強度の変動は、遅延の変動と認
識されて誤作動するおそれがある。特に、和周波光受信
器90において2次の光非線形現象を用いている本構成
では、入力光強度の2倍の変動は、受信信号の4倍の変
動となる。繰り返し(ビットレート)の変動でも同様な
影響が避けられない。そこで、本実施例では、入射信号
の平均強度の変動を抑える利得調整光増幅器(AGC−
Amp)を出力固定光増幅器88として配置することに
より、信号パルス列の運用条件の変化による入射光強度
変動、ひいては受信強度の変動を抑える機構を設けてい
る。
The detection of the time position of the signal is performed by the signal comparing section 91 and the appropriate threshold value set in the middle of the correlation output having the peak and the sum frequency optical receiver 9 as shown in FIG.
The comparison is made with the output of 0. Since the change in the relationship with the set threshold value is fed back to the adjustment amount of the optical path length, a change in the average light intensity due to switching of the input system or the like may be recognized as a change in the delay and cause a malfunction. In particular, in the present configuration in which the second-order optical nonlinear phenomenon is used in the sum frequency optical receiver 90, twice the fluctuation of the input light intensity becomes four times the fluctuation of the received signal. Similar effects are unavoidable even with variations in repetition (bit rate). Therefore, in the present embodiment, a gain-adjusting optical amplifier (AGC-
By arranging Amp) as the fixed output optical amplifier 88, a mechanism is provided for suppressing the fluctuation of the incident light intensity due to the change of the operating condition of the signal pulse train and the fluctuation of the reception intensity.

【0091】(第5の実施例)図10は図2の本発明の
第2の実施形態に対応する本発明の第5の実施例の構成
を示す。ここでは、前述の2つのパルス時間位置揺らぎ
の問題のうち第1の課題に対応を施した場合の例を述べ
る。第1の課題とは100m程度の長尺ファイバ部品に
よるパルス幅、強度調整部の挿入による信号変調部前の
パルスタイミングの大きな変動である。
(Fifth Embodiment) FIG. 10 shows the configuration of a fifth embodiment of the present invention corresponding to the second embodiment of the present invention shown in FIG. Here, an example will be described in which the first problem of the two pulse time position fluctuation problems described above is addressed. The first problem is a large fluctuation of the pulse timing before the signal modulation unit due to the insertion of the pulse width and intensity adjustment unit due to the long fiber component of about 100 m.

【0092】ここで、基準光パルス列発生回路23に
は、電気的に信号光と同期した半導体モード同期レーザ
を導入し、信号光パルス列と基準パルス列を受信部分に
導入する光結合部34としては偏光保持型のファイバ結
合器(カプラ)を用い、パルス同士の偏光分離部35と
してはビームスプリッタ(PBS)を用い、重なり成分
を観測する光パルス相互相関受信部32としては、偏光
分離部(PBS)35と、和周波光発生光学結晶である
誘電体KTPまたはLiNbO3結晶と、半導体の薄膜
アバランシェホトダイオード(APD)からなる1対の
和周波光受信器36,37から構成している。この誘電
体結晶36−1、37−1と半導体受信器36−3,3
7−3の間に集光用レンズ36−2、37−2を挟み込
み、2つの構成部分を張り合わせることにより、きわめ
てコンパクトなパルス重なり成分受信器が実現する。
Here, a semiconductor mode-locked laser which is electrically synchronized with the signal light is introduced into the reference light pulse train generating circuit 23, and the optical coupling section 34 which introduces the signal light pulse train and the reference pulse train into the receiving portion is a polarized light. A holding type fiber coupler (coupler) is used, a beam splitter (PBS) is used as a polarization separation unit 35 between pulses, and a polarization separation unit (PBS) is used as an optical pulse cross-correlation receiving unit 32 for observing an overlapping component. 35, a pair of sum frequency light receivers 36 and 37 each composed of a dielectric thin film avalanche photodiode (APD) and a dielectric KTP or LiNbO 3 crystal which is a sum frequency light generating optical crystal. The dielectric crystals 36-1 and 37-1 and the semiconductor receivers 36-3 and 3-3
An extremely compact pulse overlap component receiver is realized by sandwiching the condenser lenses 36-2 and 37-2 between 7-3 and attaching the two components.

【0093】この和周波光受信器36,37が受信した
信号の増減を信号比較部38で検出し、この検出信号を
遅延制御用の信号として用いるパルスモータ型の光遅延
制御回路31が付属している。図10では基準光パルス
列として、電気的に同期した別光源を用いているが、信
号光源(信号短パルス列発生回路)21の出射口付近で
分岐したパルスをそのまま、基準パルス列として用いる
ことももちろん可能である。
An increase / decrease in the signals received by the sum frequency optical receivers 36 and 37 is detected by a signal comparing section 38, and a pulse motor type optical delay control circuit 31 which uses the detected signal as a signal for delay control is provided. ing. In FIG. 10, another light source electrically synchronized is used as the reference light pulse train. However, it is of course possible to use the pulse branched near the emission port of the signal light source (signal short pulse train generation circuit) 21 as it is as the reference pulse train. It is.

【0094】本発明に係る光パルス相互相関受信部32
に入射するパルス信号の多くは和周波光受信器36,3
7の誘電体結晶36−1、37−1において和周波光信
号に変換されるが、ここで変換しきれなかった部分は基
本波長に透明な半導体受信器36−3,37−3の受光
面上に焦点を結ぶように光学系(集光レンズ)36−
2、37−2を設定する。
Optical pulse cross-correlation receiver 32 according to the present invention
Most of the pulse signals incident on the sum frequency optical receivers 36 and 3
7 is converted into a sum frequency optical signal in the dielectric crystals 36-1 and 37-1, but the portion that could not be converted here is the light receiving surface of the semiconductor receivers 36-3 and 37-3 transparent to the fundamental wavelength. Optical system (condensing lens) 36-
2, 37-2 are set.

【0095】APDやpin受信器などの半導体光受信
器36−3,37−3中では、本来バンドギャップエネ
ルギーで規定される波長よりも低エネルギーの波長を持
つ光信号に対しては、感度を持たない。しかし、信号ピ
ーク強度が著しく高い場合は、受信器光電面付近で2光
子吸収現象により光起電力が生じる。この電流も、和周
波光信号の受信と同じく信号強度の自乗で増加するた
め、選択的な信号受信感度に寄与する。第5の実施例に
おいては、基準パルス列と、信号パルス列を互いに一致
する偏光方向により合波するため、和周波光発生光学結
晶である誘電体KTPまたはLiNbO3結晶などを用
い、さらにAPD受信器光電面上に再集光することによ
り2光子吸収電力も和周波信号も区別無く加算して、信
号感度を得ることができる。
In the semiconductor optical receivers 36-3 and 37-3 such as the APD and the pin receiver, the sensitivity is reduced for an optical signal having a wavelength lower than the wavelength originally defined by the band gap energy. do not have. However, when the signal peak intensity is extremely high, photoelectromotive force is generated near the photocathode of the receiver due to a two-photon absorption phenomenon. This current also increases by the square of the signal strength similarly to the reception of the sum frequency optical signal, and thus contributes to selective signal reception sensitivity. In the fifth embodiment, since the reference pulse train and the signal pulse train are multiplexed in the same polarization direction, a dielectric material such as a dielectric KTP or LiNbO3 crystal which is a sum frequency light generating optical crystal is used. By re-focusing on the upper side, the signal sensitivity can be obtained by adding the two-photon absorption power and the sum frequency signal without distinction.

【0096】光パルス分離部33により2つに分離され
た基準光パルス列の中心時間位置を基準として、信号パ
ルス列の時間位置が前後した場合の受信器36,37の
出力の変動を示したものを図11に示す。比較信号の基
準点を図11の0点(Just)に設定した場合は、信
号パルスの遅延が増加+すると図10中で示した受信器
36(A)の和周波光の出力が増加し、同時に受信器3
7(B)の和周波高出力が減少する。信号比較部38が
仮にこの受信器A、Bの出力の差分を比較する場合に
は、正の出力(制御信号)を出す。他方、信号パルスの
遅延が減少すると、受信器Aの和周波光の出力が減少
し、同時に受信器Bの和周波高出力が増加し、信号比較
部38は負の出力(制御信号)を出す。
The change in the outputs of the receivers 36 and 37 when the time position of the signal pulse train moves forward and backward with reference to the center time position of the reference light pulse train separated into two by the optical pulse separation unit 33 is shown. As shown in FIG. When the reference point of the comparison signal is set to the zero point (Just) in FIG. 11, when the delay of the signal pulse increases +, the output of the sum frequency light of the receiver 36 (A) shown in FIG. Receiver 3 at the same time
7 (B) is reduced. If the signal comparing section 38 compares the difference between the outputs of the receivers A and B, it outputs a positive output (control signal). On the other hand, when the delay of the signal pulse decreases, the output of the sum frequency light of the receiver A decreases, and at the same time, the sum frequency high output of the receiver B increases, and the signal comparison unit 38 outputs a negative output (control signal). .

【0097】信号比較部38の比較出力が負の場合は、
重なり成分を増やす方向に光遅延制御回路31はパルス
モータに命令を出し、信号比較部38の比較出力が正の
場合は、重なり成分を減らす方向に光遅延制御回路31
はパルスモータに命令を出す。これにより、光遅延制御
回路31は信号比較部38の出力信号の正負を判断する
だけで、安定した遅延位置を維持する。
When the comparison output of the signal comparing section 38 is negative,
The optical delay control circuit 31 issues a command to the pulse motor in the direction of increasing the overlapping component, and when the comparison output of the signal comparing section 38 is positive, the optical delay control circuit 31 decreases the overlapping component.
Issues a command to the pulse motor. Accordingly, the optical delay control circuit 31 maintains a stable delay position only by determining whether the output signal of the signal comparison unit 38 is positive or negative.

【0098】和周波を利用した計測装置のパルス時間分
解能は、一般には半値幅で数100フェムト秒程度(た
だし、利用する結晶の厚みにより若干異なる)である。
しかし、信号比較部38でパルス間の重なりの増減、つ
まり差分等を識別する信号なら、絶対値でなく変分を評
価すれば良いので、100フェムト秒以下の高分解能が
可能となる。基準パルス列及び信号光パルス列は各々高
い尖頭値をもつため、パルス間の重なりが無い場合でも
個々のパルス自身に依存する和周波光信号がある程度発
生し、信号対雑音比をやや低下させる。
The pulse time resolution of the measuring apparatus using the sum frequency is generally about half a half-width of several hundred femtoseconds (however, slightly different depending on the thickness of the crystal used).
However, if the signal comparing unit 38 evaluates the variation, not the absolute value, of the variation of the overlap between the pulses, that is, the difference, etc., it is sufficient to evaluate the variation, so that a high resolution of 100 femtoseconds or less is possible. Since each of the reference pulse train and the signal light pulse train has a high peak value, even when there is no overlap between pulses, a sum frequency light signal depending on each pulse itself is generated to some extent, and the signal-to-noise ratio is slightly reduced.

【0099】前述の図5中で示す、検出範囲(高精度検
出範囲)を越える位置ずれにより、パルス間の時間位置
が遠く離れた場合や、重なり位置が逆転した場合は正し
い位置の瞬時の検出は困難になる。しかし本発明では、
もともと設定位置からのゆっくりとしたドリフトを想定
して、劣化が顕著になる以前に、信号の品質安定を維持
できる範囲で修正を施すことを目的としているので、高
精度であればその検出範囲はパルス幅の数倍程度の時間
領域で十分である。
If the time position between the pulses is far away or the overlap position is reversed due to the position shift exceeding the detection range (high-precision detection range) shown in FIG. 5, the instantaneous detection of the correct position is performed. Becomes difficult. However, in the present invention,
Originally, assuming a slow drift from the set position, the purpose is to make corrections within a range that can maintain signal quality stability before deterioration becomes noticeable, so if the accuracy is high, the detection range is A time region of about several times the pulse width is sufficient.

【0100】ところで、基準パルス列や信号パルス列の
光強度がわずかに変化しても、信号ピーク強度の自乗に
比例する和周波光出力は大きく変化する。入力系統の切
り替え等によるの平均光強度の変動は、遅延の変動と認
識され、誤作動するおそれがある。特に、2次の光非線
形現象を用いている本発明の構成では、入力光強度の2
倍の変動は、受信信号の4倍の変動となる。繰り返し
(ビットレート)の変動でも同様な影響が避けられな
い。しかし、本実施例では、2つの和周波光受信器3
6,37により2つの受信信号の変分をモニタしている
ので、例えそのような場合でも信号比較部38から出力
される遅延制御信号は誤動作しない。
By the way, even if the light intensity of the reference pulse train or the signal pulse train slightly changes, the sum frequency light output which is proportional to the square of the signal peak intensity greatly changes. A change in the average light intensity due to switching of the input system or the like is recognized as a change in the delay, and may cause a malfunction. In particular, in the configuration of the present invention using the second-order optical nonlinear phenomenon, the input light intensity of 2
The double variation is a four-fold variation of the received signal. Similar effects are unavoidable even with variations in repetition (bit rate). However, in this embodiment, the two sum frequency optical receivers 3
Since the variation of the two received signals is monitored by 6, 37, the delay control signal output from the signal comparing section 38 does not malfunction even in such a case.

【0101】ここでは、光遅延制御回路31は、図11
から明らかなように、時間位置により特徴的に受信され
る2つの相互相関信号の適当な比較式(たとえば差分)
を設定し、それ以上と以下で可変遅延回路の動作方向を
逆に動かすという単純な命令系統で動作可能なため、計
算機は必要とせず、各々に信号レベルを識別する弁別I
Cを設ければ十分であり、制御系はきわめて簡潔・廉価
に構成できる。
In this case, the optical delay control circuit 31
As can be seen, a suitable comparison formula (eg, a difference) of two cross-correlation signals characteristically received by time position
Can be operated with a simple instruction system in which the operation direction of the variable delay circuit is reversed in the direction above and below. Therefore, a computer is not required, and the discrimination I for identifying the signal level for each is possible.
It is sufficient to provide C, and the control system can be configured very simply and inexpensively.

【0102】また、基準パルス・信号パルス間の重なり
成分を比較する受信器36,37は和周波光発生するK
TP結晶36−1,37−1と、2光子吸収電力を増幅
するAPD受信器36−3,37−3の光電面の両者で
高い光子密度を得るため、レンズ36−2,37−2で
2度焦点を結び、高い受信感度を廉価に達成している。
The receivers 36 and 37 for comparing the overlapped components between the reference pulse and the signal pulse are provided with the K signal for generating the sum frequency light.
To obtain a high photon density on both the TP crystals 36-1 and 37-1 and the photocathode of the APD receivers 36-3 and 37-3 for amplifying the two-photon absorption power, the lenses 36-2 and 37-2 are used. It is focused twice and achieves high receiving sensitivity at low cost.

【0103】また、光結合部34を通過以後の基準パル
ス・信号パルス間の相対位置関係は一意に決定される。
その後、冗長な光回路を経由して到達タイミングがドリ
フトしてもその相対位置関係は変化しない。従って、さ
らに受信感度を高める手段としてEDFA(光増幅器)
を光結合部34と和周波光受信器36,37との間に挿
入することができる。
The relative positional relationship between the reference pulse and the signal pulse after passing through the optical coupling unit 34 is uniquely determined.
Thereafter, even if the arrival timing drifts via a redundant optical circuit, the relative positional relationship does not change. Therefore, an EDFA (optical amplifier) is used as a means for further increasing the receiving sensitivity.
Can be inserted between the optical coupling unit 34 and the sum frequency optical receivers 36 and 37.

【0104】(第6の実施例)本発明による光パルスタ
イミングの検出と安定化の手法は、前述の時間位置ゆら
ぎの第2の課題についても解決できる。この場合の具体
的な対策を本発明の第6の実施例として以下に説明す
る。この第2の課題は、図16の従来例の光パルス多重
制御において、信号短パルス列発生回路1から出力され
る光パルスが分岐部4で複数に分岐され、この分岐され
たそれぞれの光パルスに伝送情報により変調器5で変調
が施され、複数系統の光パルスb.c.d...とされ
る。ここで、各系統の構成部品の数メートル程度の光路
長、配置、温度環境等が異なることにより、光多重部9
で等間隔に配置されるはずの多重化パルス信号の時間位
置関係が相互にゆらぐという問題である。
(Sixth Embodiment) The method of detecting and stabilizing the optical pulse timing according to the present invention can also solve the second problem of the time position fluctuation described above. A specific countermeasure in this case will be described below as a sixth embodiment of the present invention. The second problem is that in the conventional optical pulse multiplexing control of FIG. 16, an optical pulse output from the signal short pulse train generating circuit 1 is branched into a plurality of parts by a branching unit 4, and each of the branched optical pulses is Modulation is performed in the modulator 5 by the transmission information, and a plurality of systems of optical pulses b. c. d. . . It is said. Here, the optical path length, arrangement, temperature environment, etc. of several meters of the components of each system are different, and the
Therefore, there is a problem that the time positional relationship of the multiplexed pulse signals which should be arranged at equal intervals fluctuates with each other.

【0105】本発明の第6の実施例の光パルスタイミン
グ検出回路と光時分割多重装置の構成と出力信号例を図
12に示す。図12において、前述の図7と同様な構成
要素には同一符号を付した。ここで、100は分岐数
(M)分の光パルス相互相関受信器、101は分岐数
(M)分の信号比較部、102は一対の和周波光受信器
である。
FIG. 12 shows a configuration of an optical pulse timing detection circuit and an optical time division multiplexing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention, and an example of output signals. 12, the same components as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals. Here, 100 is an optical pulse cross-correlation receiver for the number of branches (M), 101 is a signal comparison unit for the number of branches (M), and 102 is a pair of sum frequency optical receivers.

【0106】本実施例の装置は、複数系統の光パルスを
それぞれ分岐し、それぞれに光パルスタイミング検出す
るための分岐部71と、複数系統の光パルスが時間多重
する際に等間隔で配置されるようにそれぞれの光パルス
経路に挿入された遅延時間を可変にすることのできる半
固定遅延部70と、分岐部71により導かれた複数系統
のうち1つの光パルス列を基準パルス列とし、残りM−
1の複数系統から分岐した光パルス列を信号パルス列と
し、その基準パルス列と信号パルス列のそれぞれを重ね
合わせる分岐数(M)分の偏光ビームスプリッタ(PB
S)からなる光合波器73と、各光合波器73の出力光
を入力する和周波光発生結晶、レンズ、光受信器を備え
た分岐数(M)分の和周波光受信器からなる光パルス相
互相関受信部100と、光パルス相互相関受信部100
から出力される相互相関信号によりパルスタイミングを
検出する分岐数(M)分の信号比較部(光パルスタイミ
ング検出回路)101と、信号比較部101から出力さ
れる位置検出信号によりフィードバック制御する可変遅
延回路76とを具備することにより、複数系統の光パル
ス列が等間隔で時間多重されるように図ったものであ
る。
In the apparatus of this embodiment, a plurality of systems of optical pulses are respectively branched, and a branching unit 71 for detecting the optical pulse timing is provided at each of them and arranged at equal intervals when the plurality of systems of optical pulses are time-multiplexed. And a semi-fixed delay unit 70 capable of making the delay time inserted in each optical pulse path variable, and one optical pulse train among a plurality of systems guided by the branch unit 71 as a reference pulse train, and the remaining M −
An optical pulse train split from a plurality of systems is used as a signal pulse train, and a polarization beam splitter (PB) for the number of branches (M) in which the reference pulse train and the signal pulse train overlap each other.
S) and a sum frequency light receiver for the number of branches (M) including a sum frequency light generating crystal, a lens, and an optical receiver for inputting the output light of each optical multiplexer 73. Pulse cross-correlation receiver 100 and optical pulse cross-correlation receiver 100
Signal comparing sections (optical pulse timing detecting circuits) 101 for the number of branches (M) for detecting the pulse timing based on the cross-correlation signal output from the CPU, and variable delay for performing feedback control based on the position detection signals output from the signal comparing section 101 With the provision of the circuit 76, a plurality of optical pulse trains are time-multiplexed at equal intervals.

【0107】本実施例においては、偏光ビームスプリッ
タからなる各光合波器73により基準パルス列と、信号
パルス列とを互いに直交する偏光方向により合波するた
め、2倍高調波を発生させる手段として、主軸が異なる
光の和周波で2倍高調波を発生させるタイプ2型の結晶
(たとえばAANP)を上記和周波光発生結晶として用
いている。その場合、第5の実施例の場合に問題となっ
た重なり成分が無い場合のSHG(2次高調波)信号出
力を原理的に0にできる。さらに、光合波器73でフィ
ルタにより基本パルス列の信号を遮断した場合は、直交
するパルス間の相互相関成分しか受信しないため、高い
信号・雑音比のモニタ信号を得ることができる。
In this embodiment, since the reference pulse train and the signal pulse train are multiplexed by the respective optical multiplexers 73 composed of polarization beam splitters in the polarization directions orthogonal to each other, the main axis is used as a means for generating the second harmonic. Uses a type 2 type crystal (for example, AANP) that generates a second harmonic at a sum frequency of different lights as the sum frequency light generation crystal. In that case, the output of the SHG (second harmonic) signal when there is no overlapping component, which is a problem in the fifth embodiment, can be set to 0 in principle. Furthermore, when the signal of the basic pulse train is cut off by the filter in the optical multiplexer 73, only the cross-correlation component between the orthogonal pulses is received, so that a monitor signal with a high signal-to-noise ratio can be obtained.

【0108】図13に本構成における、基準・信号パル
ス列間の重なり時間位置関係と2つの受信器A、Bにお
ける出力強度の関係を示す。本構成においては基準パル
ス列と信号パルス列を合波する際に、直交する異なる偏
光を用いているため、偏光ビームスプリッタを用いて合
波した場合、結合損失は原理的に0にすることができ
る。
FIG. 13 shows the relationship between the overlapping time position between the reference and signal pulse trains and the output intensity of the two receivers A and B in this configuration. In this configuration, when the reference pulse train and the signal pulse train are combined, different polarizations orthogonal to each other are used. Therefore, when combining using a polarization beam splitter, the coupling loss can be reduced to zero in principle.

【0109】その場合、位相整合条件により高い信号・
雑音比のモニタ信号を得ることができる。なぜなら、第
5の実施例においては、タイプI位相整合条件(入射す
る2つの基本光パルスの偏光が互いに平行の場合に効率
よく和周波光または第2次高調波光(SHG)が発生す
ること)の非線形光学材料を用いているため、基準光パ
ルスと信号光パルスの重なりあわせが無くても基準光パ
ルス(または信号光パルス)の第2次高調波光が発生す
る。この第2次高調波光が背景雑音光となり、信号比較
部101から得られる比較信号の検出精度およびタイミ
ング制御の確度を劣化させる。しかし、第6の実施例の
構成においては、タイプII位相整合条件(入射する2
つの基本光パルスの偏光が互いに直交の場合に効率よく
和周波光または第2次高調波光(SHG)が発生するこ
と)の非線形光学材料を光パルス相互相関部100に用
いている。そのため、光パルス相互相関部100に偏光
方向が直交する基準光パルスと信号光パルスの両方が入
射する場合は和周波光が発生するが、基準光パルスまた
は信号光パルスの一方のみが入射する場合は和周波光も
SHGも発生しない。従って、第6の実施例の構成で
は、パルス間重なり成分が無い場合、タイプ1では無視
できなかった各単独パルス毎に発生するSHG出力信号
による雑音が格段に抑圧され、高S/N比の検出が可能
となる。
In this case, a higher signal
A monitor signal having a noise ratio can be obtained. This is because in the fifth embodiment, the type I phase matching condition (the sum frequency light or the second harmonic light (SHG) is generated efficiently when the polarization of the two incident basic light pulses is parallel to each other) Is used, the second harmonic light of the reference light pulse (or the signal light pulse) is generated even if there is no overlap between the reference light pulse and the signal light pulse. The second harmonic light becomes background noise light, and deteriorates the detection accuracy of the comparison signal obtained from the signal comparison unit 101 and the accuracy of the timing control. However, in the configuration of the sixth embodiment, the type II phase matching condition
A nonlinear optical material of efficiently generating sum frequency light or second harmonic light (SHG) when the polarizations of two basic light pulses are orthogonal to each other is used for the light pulse cross-correlation unit 100. Therefore, when both the reference light pulse and the signal light pulse whose polarization directions are orthogonal to the light pulse cross-correlation unit 100 are incident, the sum frequency light is generated. However, when only one of the reference light pulse or the signal light pulse is incident. Generates neither sum frequency light nor SHG. Therefore, in the configuration of the sixth embodiment, when there is no inter-pulse overlap component, noise due to the SHG output signal generated for each individual pulse which cannot be ignored in type 1 is remarkably suppressed, and a high S / N ratio is obtained. Detection becomes possible.

【0110】また、波長フィルタによる基準光パルス列
及び信号光パルス列の遮断により、2光子吸収の効果を
考慮する必要が無いため、量子効率はAPDよりも小さ
いが電子増倍率がきわめて大きい光電子増倍管(フォト
マルチプライヤー:PM)などの高感度な受光素子を光
パルス相互相関受信部100に用いることができる。ま
た、本構成においては基準パルス列と信号パルス列を合
波する際に、直交する異なる偏光を用いるため、結合損
失は原理的に0にすることができるので、この点におい
ても第5の実施例よりも光パワー損失が少なく、高S/
N比が得られる。このような部品の巧みな構成により本
実施例に示すような高い信号・雑音比を持った受信器は
初めて実現する。
Since the wavelength filter cuts off the reference light pulse train and the signal light pulse train, it is not necessary to consider the effect of two-photon absorption. Therefore, the photomultiplier tube has a smaller quantum efficiency than the APD but has a very large electron multiplication factor. A high-sensitivity light receiving element such as a photomultiplier (PM) can be used for the optical pulse cross-correlation receiving unit 100. Also, in this configuration, when combining the reference pulse train and the signal pulse train, different orthogonal polarizations are used, so that the coupling loss can be reduced to zero in principle. Has low optical power loss and high S /
An N ratio is obtained. The receiver having the high signal-to-noise ratio as shown in the present embodiment is realized for the first time by such a clever configuration of the parts.

【0111】第5、第6のいずれの実施例においても、
光パルス相互相関受信部100から出力する時間遅延を
示す信号は超高速の光起電力であるが、繰り返すパルス
列相互の位置関係はビットごとには変動しないので、受
信部100の帯域は信号の長時間平均値を観測し、光路
長制御回路の信号比較部101に信号を出せる程度の1
00Hz以下の出力で十分である。よって、本実施例の
回路および装置は、低速ではあるが受信感度の高い光電
子増倍管やAPD受信器など廉価な部品で構成すること
が容易である。
In any of the fifth and sixth embodiments,
The signal indicating the time delay output from the optical pulse cross-correlation receiving unit 100 is an ultra-high-speed photovoltaic power, but the positional relationship between repeated pulse trains does not change for each bit, so that the bandwidth of the receiving unit 100 is equal to the length of the signal. The time average value is observed and the signal is output to the signal comparing unit 101 of the optical path length control circuit.
An output of 00 Hz or less is sufficient. Therefore, the circuit and the device of the present embodiment can be easily constituted by inexpensive components such as a photomultiplier tube and an APD receiver having a low speed but high receiving sensitivity.

【0112】和周波生成に用いられる光非線形材料は高
い変換効率を得るためには結晶内を長く伝搬する必要が
ある。一般にはもっとも効率の良い面方位であるD33
方向においては伝搬常数のミスマッチにより急速な位相
不整合が生じ、長く相互作用させることは難しい。そこ
で、イオン注入などの処理により周期的に群速度分散を
補正してやることにより、高い効率を保ったまま長い相
互作用長を維持できる。このような疑似位相整合(QP
M)処理を施した結晶を用いて、入射光に対して閉じこ
めの良い光導波路を構成すれば第5の実施例などで説明
した平板を用いる場合よりも高い相互作用効率と光密度
が得られる。
The optical nonlinear material used for sum frequency generation needs to propagate long in the crystal in order to obtain high conversion efficiency. Generally, the most efficient plane orientation is D33.
In the direction, the propagation constant mismatch causes a rapid phase mismatch and is difficult to interact long. Therefore, a long interaction length can be maintained while maintaining high efficiency by periodically correcting the group velocity dispersion by a process such as ion implantation. Such quasi-phase matching (QP
M) If an optical waveguide with good confinement to incident light is formed by using the treated crystal, higher interaction efficiency and light density can be obtained than in the case of using the flat plate described in the fifth embodiment and the like. .

【0113】上記QPM結晶を時間分解計測を行うオー
トコリレータ等で利用する場合は、パルスを空間的に異
なる方向から交差させて、その重なり部分の出力を検出
する。その場合、QPM結晶では相互作用時間が長いた
め、計測パルスの重なり位置タイミングの曖昧さにより
波形劣化が起こり時間分解能が著しく低下する。しか
し、本実施例のようにパルス間の時間位置を光結合器7
3で固定した後、同じ光軸でパルスを注入して相対位置
関係に依存した和周波出力強度の増減を比較する場合に
は、その時間分解能の低下は著しくない。一方、光感度
は結晶の長尺化に伴い著しく増強される。このような非
線形素子を用いることによって、ネットワークに用いら
れる光ファイバに対してもモード結合効率がよく、受信
感度も良好な選別光受信器の実現が可能となる。
When the QPM crystal is used in an autocorrelator or the like for performing time-resolved measurement, pulses are crossed from spatially different directions, and the output of the overlapping portion is detected. In this case, since the interaction time is long in the QPM crystal, the waveform is deteriorated due to the ambiguity of the overlapping position timing of the measurement pulse, and the time resolution is significantly reduced. However, as in this embodiment, the time position between the pulses is determined by the optical coupler 7.
After fixing at 3, if a pulse is injected on the same optical axis to compare the increase / decrease of the sum frequency output intensity depending on the relative positional relationship, the time resolution is not significantly reduced. On the other hand, the photosensitivity is significantly enhanced as the crystal lengthens. By using such a nonlinear element, it becomes possible to realize a selective optical receiver having good mode coupling efficiency and good receiving sensitivity even for an optical fiber used in a network.

【0114】(第7の実施例)さらに、複数の系統ごと
に個々のパルスタイミング検出回路を設置する場合は、
同様の系統を増設する際の冗長性には優れる。しかし、
分岐数、構成規模が大きくなった場合に、検出装置相互
の光感度やファイバ長誤差、電気的しきい値のばらつき
など個体差や部品点数の増加が問題になってくる。この
点を解決する具体例としての本発明の第7の実施例を図
14を参照して説明する。
(Seventh Embodiment) Further, when an individual pulse timing detection circuit is provided for each of a plurality of systems,
The redundancy when adding a similar system is excellent. But,
When the number of branches and the configuration scale increase, individual differences such as optical sensitivity between the detection devices, fiber length errors, and variations in the electrical threshold value, and an increase in the number of components become problems. A seventh embodiment of the present invention as a specific example for solving this point will be described with reference to FIG.

【0115】図14において、前述の図9と同様な構成
要素には同一符号を付した。ここで104は光パルス分
離部、105は光パルス相互相関受信部である。
In FIG. 14, the same components as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals. Here, reference numeral 104 denotes an optical pulse separation unit, and reference numeral 105 denotes an optical pulse cross-correlation receiving unit.

【0116】本実施例では、信号パルス1.2.
3...Mのパルスタイミング揺らぎをそれぞれ検出す
るため、光パルスタイミング検出手段として1組の光パ
ルス相互相関受信部105を使用する。光分岐部84に
より分岐された光パルス信号のうち1系統を基準パルス
列として用いる。比較すべき2系統のパルス列が光チャ
ンネル選択回路(多対1光スイッチ)87により選択さ
れ、光結合部87で基準パルス列とその選択された1系
統のパルスとを結合し、結合されたパルス光が複数の和
周波光受信器を持つ光パルス相互相関受信部105に到
達する。
In this embodiment, the signal pulses 1.2.
3. . . In order to detect each of the M pulse timing fluctuations, a set of optical pulse cross-correlation receiving units 105 is used as optical pulse timing detection means. One of the optical pulse signals split by the optical splitter 84 is used as a reference pulse train. Two pulse trains to be compared are selected by an optical channel selection circuit (many-to-one optical switch) 87, the reference pulse train and the selected one pulse are combined by an optical coupling unit 87, and the combined pulse light is output. Arrives at the optical pulse cross-correlation receiving unit 105 having a plurality of sum frequency optical receivers.

【0117】光パルス相互相関受信部105からの出力
信号により信号比較部91で、光チャンネル選択回路8
7で選択された系統のパルスタイミングの揺らぎが観測
される。信号比較部91での検出結果は、選択タイミン
グ制御器95のタイミング制御により電気選択回路92
を介して当該チャンネルの遅延制御信号として可変遅延
回路93へフィードバックされる。この選択タイミング
制御器95のタイミング制御に応じて、順に3.
4...M系統の遅延揺らぎの検出、補正を繰り返す。
The signal comparing section 91 uses the output signal from the optical pulse cross-correlation receiving section 105 to output the signal to the optical channel selecting circuit 8.
The fluctuation of the pulse timing of the system selected in 7 is observed. The detection result of the signal comparing section 91 is output to the electric selection circuit 92 by the timing control of the selection timing controller 95.
Is fed back to the variable delay circuit 93 as a delay control signal for the channel. In accordance with the timing control of the selection timing controller 95, the order of 3.
4. . . The detection and correction of the delay fluctuation of the M system are repeated.

【0118】温度変化等に起因する光路の伸縮、タイミ
ングの変動は、一般に光チャンネル選択回路87の動作
速度よりも十分にゆっくりしているので、選択されてい
ない系統の遅延揺らぎの変動は順次回ってくる制御によ
り十分早く補正できる。これにより、光時分割多重装置
の構成と部品点数を簡略化することができる。この光チ
ャンネル選択回路87としては半導体光増幅器アレーを
ゲートとして用いたスイッチアレーを一例として用いて
いるが、ほかにもPLC導波回路の結合率変化による選
択光スイッチなど様々なものが考えられる。また、本構
成では、光結合部89だけでなく、信号比較部91、光
増幅器(図示しない)などの周辺装置も1組あれば十分
であり、この点でも省力化の効果が大きい。半導体光増
幅器アレーを光チャンネル選択回路87として用いる場
合は、光増幅器の機能も兼ねることができる。
The expansion and contraction of the optical path and the fluctuation of the timing due to the temperature change and the like are generally sufficiently slower than the operation speed of the optical channel selection circuit 87. Therefore, the fluctuation of the delay fluctuation of the non-selected system goes around sequentially. It can be corrected sufficiently quickly by the coming control. Thereby, the configuration and the number of components of the optical time division multiplexing device can be simplified. As the optical channel selection circuit 87, a switch array using a semiconductor optical amplifier array as a gate is used as an example, but various other devices such as a selection optical switch based on a change in the coupling ratio of a PLC waveguide circuit are also conceivable. In this configuration, not only the optical coupling unit 89 but also a single set of peripheral devices such as a signal comparing unit 91 and an optical amplifier (not shown) is sufficient. In this respect, the effect of labor saving is great. When a semiconductor optical amplifier array is used as the optical channel selection circuit 87, it can also serve as an optical amplifier.

【0119】(その他の実施例)光パルスの相互相関成
分を時間位置計測に用いるという原理は同じであるが、
パルス間の重なり成分の増減を受信する手段は、前述し
た本発明の各実施例で例示した和周波光発生や2光子吸
収電力の発生に限らない。例えば、信号パルス列とは別
に基準パルス列を設ける場合で、その基準パルス列の波
長が信号パルス列の波長と異なるならば、光結合部でパ
ルス間合成を行った後、半導体光増幅器などの光非線形
媒質(図示しない)に信号パルス列と基準パルス列の両
パルス列を入射することによって、相互のパルスの波長
関係で決まる一定波長(例えば、基準パルス波長l(w
1)、信号パルス波長l(w2)の場合は4光波混合出
力波長l(2w1−w2)、またはl(2w2−w
1))に相関信号が得られる。波長選択フィルタ(図示
しない)で4光波混合出力のみを受信すると、和周波光
と同じ信号の増減の特性をもつため、和周波光発生や2
光子吸収電力の発生の場合と同様の効果が期待できる。
(Other Embodiments) The principle of using the cross-correlation component of an optical pulse for time position measurement is the same,
The means for receiving the increase / decrease of the overlap component between the pulses is not limited to the generation of the sum frequency light or the generation of the two-photon absorption power as exemplified in the above-described embodiments of the present invention. For example, in the case where a reference pulse train is provided separately from a signal pulse train, if the wavelength of the reference pulse train is different from the wavelength of the signal pulse train, after performing pulse-to-pulse synthesis in an optical coupling unit, an optical non-linear medium such as a semiconductor optical amplifier ( By injecting both a signal pulse train and a reference pulse train into a not-shown pulse train, a fixed wavelength (for example, a reference pulse wavelength l (w
1) In the case of the signal pulse wavelength l (w2), the four-wave mixing output wavelength l (2w1-w2) or l (2w2-w)
In 1)), a correlation signal is obtained. If only a four-wave mixing output is received by a wavelength selection filter (not shown), it has the same signal increase / decrease characteristics as the sum frequency light.
The same effect as in the case of generating photon absorption power can be expected.

【0120】最後に、受信回路の高感度化のために利得
を与える手段としては、受信前段階での光増幅器の組み
込みなども考えられ、電気信号段階での増幅に限ったこ
とではない。ここで、ファイバ型光増幅器や長尺の電気
配線などの組み込みは、通常の光パルス受信においてそ
れ自身が遅延揺らぎ要因となり、タイミング検出の誤差
要因となるのが一般的であるが、本発明では複数のパル
ス間の時間タイミングは光結合部(光カプラや偏光ビー
ムスプリッタ)を通った時点で固定され、その後に光路
長伸縮のある増幅器を経由して受信器に導いても両者の
時間位置の相対関係は変化しない。よって、本発明によ
ればファイバ型光増幅器などの組み込みがタイミング検
出精度に誤差要因を与えない。
Finally, as a means for giving a gain to increase the sensitivity of the receiving circuit, an optical amplifier may be incorporated at a stage before reception, and the invention is not limited to amplification at an electric signal stage. Here, the incorporation of a fiber-type optical amplifier or a long electrical wiring or the like generally causes delay fluctuation itself in normal optical pulse reception and causes an error in timing detection, but in the present invention, The time timing between a plurality of pulses is fixed when passing through an optical coupling unit (optical coupler or polarization beam splitter), and thereafter, even if the time is guided to a receiver via an amplifier having an optical path length expansion / contraction, the time position of the two is determined. The relative relationship does not change. Therefore, according to the present invention, the incorporation of a fiber type optical amplifier or the like does not cause an error factor in the timing detection accuracy.

【0121】[0121]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、計測
位置で2つに分離した基準光パルス列と信号光パルス列
の相互の重なり成分の増減をもって、基準位置からのず
れ量とその方向を特定できるので、2次の光非線型効果
に起因するただ1つの信号値を評価するだけで、あるい
は2つの相互相関信号値を比較するだけで、補正すべき
遅延量、補正方向(遅延を増やすか減らすか)を高精度
に特定することができる。
As described above, according to the present invention, the amount of displacement from the reference position and its direction are specified by increasing or decreasing the mutual overlapping components of the reference light pulse train and the signal light pulse train separated into two at the measurement position. Since it is possible to evaluate only one signal value caused by the second-order optical nonlinear effect or to compare two cross-correlation signal values, the delay amount to be corrected and the correction direction (whether to increase the delay or not) Can be specified with high accuracy.

【0122】本発明の第1の形態によれば、高速の繰返
しパルスに対して、パルス列間の時間位置をパルス幅の
1/10以下で検出できるが、繰り返し信号各々から得
られる非線形信号の平均電力を読取ればよいので、高速
の光受信器や電気回路で構成する必要はない。よって、
構成する光受信器や電気回路の応答速度にはタイミング
検出精度は依存しない。また、本発明の第2の形態によ
れば、評価すべきパルス列の光強度が運用形態の変化で
変動して各受信光起電力が変動しても、2つの受信器電
力の相対比較をおこなっているので、タイミング検出の
誤りは起きない。また、高速の繰り返しパルスに対し
て、パルス列間の時間位置を光パルス幅の1/10以下
で分離できる高い時間分解能をもつが、繰り返し信号各
々から得られる非線形信号の平均電力を読みとればよい
ので、高速の光受信器や電気回路で構成する必要は無
い。よって、構成する光受信器や電気回路の応答速度に
はタイミング検出精度は依存しない。
According to the first embodiment of the present invention, for a high-speed repetitive pulse, the time position between pulse trains can be detected at 1/10 or less of the pulse width, but the average of nonlinear signals obtained from each repetitive signal can be detected. Since it suffices to read the power, there is no need to configure a high-speed optical receiver or electric circuit. Therefore,
The timing detection accuracy does not depend on the response speed of the optical receiver and the electric circuit to be configured. Further, according to the second embodiment of the present invention, even when the light intensity of the pulse train to be evaluated fluctuates due to a change in the operation mode and each received photovoltaic power fluctuates, a relative comparison between the two receiver powers is performed. Therefore, no error in timing detection occurs. In addition, for a high-speed repetitive pulse, it has a high time resolution that can separate the time position between pulse trains by 1/10 or less of the optical pulse width, but it is sufficient to read the average power of the nonlinear signal obtained from each repetitive signal. It does not need to be constituted by a high-speed optical receiver or an electric circuit. Therefore, the timing detection accuracy does not depend on the response speed of the optical receiver and the electric circuit to be configured.

【0123】また、本発明は、和周波を発生する非線形
材料や、2光子吸収電力を発生する受光素子の光学応答
に依存するので非常に高精度である。より広帯域の光伝
送に用いられる光パルス列ほどパルス幅が短く、非線形
感度や時間分解能はより向上するという拡張性を有す
る。
Further, the present invention is extremely accurate because it depends on the optical response of a light-receiving element that generates a two-photon absorption power and a nonlinear material that generates a sum frequency. An optical pulse train used for wider band optical transmission has a shorter pulse width, and has expandability such that nonlinear sensitivity and time resolution are further improved.

【0124】このように、本発明によれば、簡便で、低
速で廉価な光・電気回路とわずかの受動光部品による構
成で、高繰り返しの光パルスに対して高精度の時間位置
の計測と揺らぎの補償ができる。また、本発明によれ
ば、異なるビットレートにも同様な構成で容易に対応で
きるため、順次拡張される光時分割多重装置内で、光パ
ルスの相対時間位置が揺らぐことのないようにフィード
バック制御ができ、複数系統の光パルス列の等間隔多重
配置を容易に維持することができる。
As described above, according to the present invention, a simple, low-speed and inexpensive optical / electrical circuit and a small number of passive optical components are used, and a highly accurate time position measurement for a highly repetitive optical pulse can be performed. Fluctuation can be compensated. Further, according to the present invention, different bit rates can be easily coped with the same configuration, so that feedback control is performed so that the relative time position of the optical pulse does not fluctuate in the optical time division multiplexing device which is sequentially expanded. Therefore, it is possible to easily maintain the equidistant multiplex arrangement of the optical pulse trains of a plurality of systems.

【0125】従って、本発明によれば、誤り率の低い良
好な光通信システムを長期間安定に運用することがで
き、また、ビットレート、多重度や光パワーの変化にも
対応可能なため、将来の装置内の系統数増加、伝送レー
ト高速化等の拡張時にも安定して運用継続が容易である
等の効果が得られる。
Therefore, according to the present invention, a good optical communication system having a low error rate can be stably operated for a long period of time, and a change in bit rate, multiplicity and optical power can be handled. Even when expansion such as an increase in the number of systems in the apparatus and an increase in transmission rate in the future, effects such as stable and easy operation continuation can be obtained.

【0126】なお、本発明の概念は、短パルスになるほ
ど有効で、繰り返しの高低によらず適用可能なので、光
通信のみならず計測用短パルスの発生、制御等にも応用
が容易である。
The concept of the present invention becomes more effective as the pulse becomes shorter, and can be applied regardless of the level of repetition. Therefore, it can be easily applied not only to optical communication but also to generation and control of a short pulse for measurement.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の光パルスタイミング検出回路の原理構
成の第1の実施形態を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a principle configuration of an optical pulse timing detection circuit of the present invention.

【図2】本発明の光パルスタイミング検出回路の原理構
成の第2の実施形態を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the principle configuration of the optical pulse timing detection circuit of the present invention.

【図3】時間的に2つに分離した基準光パルス列と信号
パルス列の相関の信号変動に対する応答を説明する概念
図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a response to signal fluctuation of the correlation between a reference optical pulse train and a signal pulse train separated into two temporally.

【図4】本発明の第1の実施例の光パルスタイミング検
出回路の構成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of an optical pulse timing detection circuit according to a first example of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施例における基準パルス列と
信号パルス列間の重なり時間位置関係と受信器出力強度
の関係を示すタイミング図である。
FIG. 5 is a timing chart showing a relationship between an overlapping time position relationship between a reference pulse train and a signal pulse train and a receiver output intensity in the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施例の光時分割多重装置の構
成を示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of an optical time division multiplexing device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】タイプ2和周波結晶を用いた本発明の第3の実
施例の光時分割多重装置の構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an optical time division multiplexing device according to a third embodiment of the present invention using a type 2 sum frequency crystal.

【図8】本発明の第3の実施例における基準パルス列と
信号パルス列間の重なり時間位置関係と受信器出力強度
の関係を示すタイミング図である。
FIG. 8 is a timing chart showing a relationship between an overlapping time position relationship between a reference pulse train and a signal pulse train and a receiver output intensity in the third embodiment of the present invention.

【図9】QPM導波路と2光子吸収と出力固定光増幅器
(光パワー補償増幅器)を用いた本発明の第4の実施例
の光時分割多重装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an optical time division multiplexing device according to a fourth embodiment of the present invention using a QPM waveguide, a two-photon absorption and fixed output optical amplifier (optical power compensation amplifier).

【図10】本発明の第5の実施例の光パルスタイミング
検出回路および制御回路の構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of an optical pulse timing detection circuit and a control circuit according to a fifth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第5の実施例における基準パルス列
と信号パルス列間の重なり時間位置関係と受信器出力強
度の関係を示すタイミング図である。
FIG. 11 is a timing chart showing a relationship between an overlapping time position relationship between a reference pulse train and a signal pulse train and a receiver output intensity in the fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第6の実施例の光時分割多重装置の
構成を示すブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of an optical time division multiplexing device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第6の実施例における基準パルス列
と信号パルス列間の重なり時間位置関係と受信器出力強
度の関係を示すタイミング図である。
FIG. 13 is a timing chart showing a relationship between an overlapping time position relationship between a reference pulse train and a signal pulse train and a receiver output intensity in the sixth embodiment of the present invention.

【図14】QPM導波路と2光子吸収と選択器を用いた
本発明の第7の実施例の光時分割多重装置の構成を示す
ブロック図である。
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of an optical time division multiplexing device according to a seventh embodiment of the present invention using a QPM waveguide, two-photon absorption, and a selector.

【図15】従来の光時分割多重装置の構成例とそのタイ
ミング揺らぎ要因を示すブロック図である。
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration example of a conventional optical time division multiplexing apparatus and a factor of timing fluctuation thereof.

【図16】電気的位相検出回路(PLL等)を多数組込
んだ従来の光時分割多重装置の構成を示すブロック図で
ある。
FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a conventional optical time-division multiplexing device incorporating a number of electrical phase detection circuits (PLLs and the like).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 信号短パルス列発生回路 2 パルス幅圧縮回路 3 光増幅回路(EDFA) 4 分岐部 5 変調部 6 遅延調整器 7 1系統 8 M系統 9 光多重部 10 ピッグテール 11 光分岐部 12 可変遅延回路 13 位相制御回路 15 位相比較制御回路 16 位相差比較器 17 位相検出器 18 周波数フィルタ 19 電気増幅器 20 光受信器 21 信号短パルス列発生回路 22 長尺光学経路&部品(温度変動部) 22−1 パルス幅圧縮回路 22−2 光増幅回路(EDFA) 23 基準光パルス列発生回路 24 光分岐部 25 半固定遅延部 26 光結合部 27 和周波光受信器 27−1 光学結晶 27−2 集光レンズ 27−3 半導体受信器 28 信号識別回路 29 光パルス相互相関受信部 31 光遅延制御回路 32 光パルス相互相関受信部 33 光分離部 34 光結合部 35 分離部 36、37 和周波光受信器 38 信号比較部 40 チャンネル分岐・変調・相互遅延制御・合波部 41 タイミングドリフト 42 信号光パルス列 43 基準光パルス列 45 光パルスタイミング検出回路 48 光分岐部 49 変調器 50 遅延調整器 51 光分岐部 52 ピッグテール 53 光結合器 54 和周波光受信器 54−1 誘電体結晶 54−2 集光レンズ 54−3 半導体受信器 55 半固定遅延部 56 可変遅延回路 57 光多重部 58 光パルスタイミング検出回路 60 光分岐部 61 長尺部品 62 可変遅延回路 63 光分岐部 64 半固定遅延部 65 遅延制御回路 66 和周波光受信器 66−1 誘電体結晶 66−2 光フィルタ 66−3 半導体受信器 67 光合波器(PBS) 68 光分岐部 69 変調器 70 遅延調整器(半固定遅延部) 71 光分岐部 72 ピッグテール 73 光合波器(PBS) 74 和周波光受信器 74−1 誘電体結晶 74−2 光フィルタ 74−3 半導体受信器 75 半固定遅延部 76 可変遅延回路 77 光多重部 78 光パルスタイミング検出回路 80 光増幅回路(EDFA) 81 分岐部 82 変調器 83 遅延調整器(半固定遅延部) 84 光分岐部 85 ピッグテール 86 半固定遅延部 87 光チャンネル選択回路 88 出力固定光増幅器 89 光結合部 90 和周波光受信器 90−1 誘電体結晶 90−2 集光レンズ 90−3 半導体受信器 91 信号比較部 92 電気選択回路 93 可変遅延回路 94 遅延制御回路 95 選択タイミング制御器 96 光多重部 97 光パルス相互相関受信部 98 光パルスタイミング検出回路 100 光パルス相互相関受信部 101 信号比較部 102 和周波光受信部 104 光パルス分離部 105 光パルス相互相関受信部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Signal short pulse train generation circuit 2 Pulse width compression circuit 3 Optical amplification circuit (EDFA) 4 Branch unit 5 Modulation unit 6 Delay adjuster 7 1 system 8 M system 9 Optical multiplexing unit 10 Pigtail 11 Optical branching unit 12 Variable delay circuit 13 Phase Control circuit 15 Phase comparison control circuit 16 Phase difference comparator 17 Phase detector 18 Frequency filter 19 Electric amplifier 20 Optical receiver 21 Signal short pulse train generation circuit 22 Long optical path & parts (temperature fluctuation part) 22-1 Pulse width compression Circuit 22-2 Optical amplification circuit (EDFA) 23 Reference optical pulse train generation circuit 24 Optical branching unit 25 Semi-fixed delay unit 26 Optical coupling unit 27 Sum frequency optical receiver 27-1 Optical crystal 27-2 Condensing lens 27-3 Semiconductor Receiver 28 Signal identification circuit 29 Optical pulse cross-correlation receiving unit 31 Optical delay control circuit 32 Optical pulse cross-correlation receiving unit 33 Demultiplexing unit 34 Optical coupling unit 35 Demultiplexing unit 36, 37 Sum frequency optical receiver 38 Signal comparing unit 40 Channel branching / modulation / mutual delay control / multiplexing unit 41 Timing drift 42 Signal light pulse train 43 Reference light pulse train 45 Light pulse timing detection Circuit 48 Optical branching unit 49 Modulator 50 Delay adjuster 51 Optical branching unit 52 Pigtail 53 Optical coupler 54 Sum frequency optical receiver 54-1 Dielectric crystal 54-2 Condensing lens 54-3 Semiconductor receiver 55 Semi-fixed delay Unit 56 variable delay circuit 57 optical multiplexing unit 58 optical pulse timing detection circuit 60 optical branch unit 61 long component 62 variable delay circuit 63 optical branch unit 64 semi-fixed delay unit 65 delay control circuit 66 sum frequency optical receiver 66-1 dielectric Body crystal 66-2 Optical filter 66-3 Semiconductor receiver 67 Optical multiplexer (PBS) 68 Optical branching unit 6 Modulator 70 Delay adjuster (semi-fixed delay unit) 71 Optical branch unit 72 Pigtail 73 Optical multiplexer (PBS) 74 Sum frequency optical receiver 74-1 Dielectric crystal 74-2 Optical filter 74-3 Semiconductor receiver 75 Half Fixed delay section 76 Variable delay circuit 77 Optical multiplexing section 78 Optical pulse timing detection circuit 80 Optical amplifier circuit (EDFA) 81 Branch section 82 Modulator 83 Delay adjuster (semi-fixed delay section) 84 Optical branch section 85 Pigtail 86 Semi-fixed delay Unit 87 optical channel selection circuit 88 fixed output optical amplifier 89 optical coupling unit 90 sum frequency optical receiver 90-1 dielectric crystal 90-2 condenser lens 90-3 semiconductor receiver 91 signal comparison unit 92 electric selection circuit 93 variable delay Circuit 94 Delay control circuit 95 Selection timing controller 96 Optical multiplexing unit 97 Optical pulse cross-correlation receiving unit 98 Optical pulse Timing detection circuit 100 optical pulse correlation receiver 101 signal comparator 102 sum frequency light receiving unit 104 the light pulse separator 105 optical pulse correlation receiver

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // G01B 11/16 (72)発明者 高良 秀彦 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 Fターム(参考) 2F065 DD04 EE00 FF32 FF49 GG08 HH09 JJ01 JJ18 LL00 LL02 LL26 LL37 QQ00 QQ11 QQ25 QQ27 5K002 BA02 CA11 CA12 CA14 DA03 FA01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // G01B 11/16 (72) Inventor Hidehiko Takara 2-3-1 Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Japan F term (reference) in Telegraph and Telephone Corporation 2F065 DD04 EE00 FF32 FF49 GG08 HH09 JJ01 JJ18 LL00 LL02 LL26 LL37 QQ00 QQ11 QQ25 QQ27 5K002 BA02 CA11 CA12 CA14 DA03 FA01

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 時間基準となる繰り返し周波数f0/N
の基準光パルス列と、該基準光パルス列と同じ繰り返し
周波数またはN倍の繰り返し周波数f0の信号光パルス
列を入力する光パルスタイミング検出回路において、 前記信号光パルス列を分岐する分岐手段と、 前記分岐手段の一方の出力を入力し、前記基準光パルス
列と前記信号光パルス列の時間位置関係が一部重なるよ
うに設定する半固定遅延手段とを具備し、 前記半固定遅延手段の出力と前記基準光パルス列を合波
する光結合手段と、 前記光結合手段の出力を受信して光パルス列間の重なり
成分を観測する光受信器と、 前記光受信器の出力の増減を検出する識別回路とから構
成される光パルス相互相関受信手段を具備することを特
徴とする光パルスタイミング検出回路。
1. A repetition frequency f 0 / N serving as a time reference
A reference light pulse train, and an optical pulse timing detection circuit for inputting a signal light pulse train having the same repetition frequency or N times the repetition frequency f 0 as the reference light pulse train, a branching means for branching the signal light pulse train, And a semi-fixed delay unit that sets the reference light pulse train and the signal light pulse train to partially overlap in time position. The output of the semi-fixed delay means and the reference light pulse train An optical receiver for receiving the output of the optical coupler and observing an overlapping component between the optical pulse trains, and an identification circuit for detecting an increase or decrease in the output of the optical receiver. An optical pulse timing detection circuit comprising: an optical pulse cross-correlation receiving means.
【請求項2】 請求項1に記載の光パルスタイミング検
出回路において、 前記光受信器は複数パルスの重なりによって発生する和
周波光の発生部と、該和周波光の波長に感度の高い受信
器とを含む和周波光受信器であり、前記識別回路は該和
周波光受信器の信号出力の増減を用いて前記信号光パル
ス列の時間位置関係の変動を計測することを特徴とする
光パルスタイミング検出回路。
2. The optical pulse timing detection circuit according to claim 1, wherein the optical receiver is a generating section of a sum frequency light generated by overlapping a plurality of pulses, and a receiver having high sensitivity to the wavelength of the sum frequency light. And a discrimination circuit that measures a change in the time positional relationship of the signal light pulse train using an increase or decrease in the signal output of the sum frequency light receiver. Detection circuit.
【請求項3】 請求項1に記載の光パルスタイミング検
出回路において、 前記光結合手段は前記基準光パルス列と前記信号光パル
ス列の両パルス列を同一直線偏光方向で結合し、 前記光受信器は同一直線偏光方向のパルス列間の相互作
用により光信号を発生するタイプ1型の和周波光発生材
料と、入力光波長よりも短波長に感度を持つ受信器とを
含み、 前記識別回路は比較する2つの光パルス列間の重なり成
分による和周波光の発生出力の増減を用いて前記信号光
パルス列の時間位置関係の変動を計測することを特徴と
する光パルスタイミング検出回路。
3. The optical pulse timing detection circuit according to claim 1, wherein the optical coupling means couples both the pulse trains of the reference optical pulse train and the signal light pulse train in the same linear polarization direction. A type 1 sum frequency light generating material that generates an optical signal by interaction between pulse trains in a linear polarization direction, and a receiver that is sensitive to a wavelength shorter than the input light wavelength; An optical pulse timing detection circuit for measuring a change in a time position relationship of the signal light pulse train by using an increase or decrease in a generation output of a sum frequency light due to an overlap component between two light pulse trains.
【請求項4】 請求項3に記載の光パルスタイミング検
出回路において、 前記光受信器は基本光波長には感度が低く、入力光波長
よりも短波長に高い感度を持つ受信器を使用し、 前記識別回路は比較する2つの光パルス列間の重なり成
分による2光子吸収電力の増減を用いて前記信号光パル
ス列の時間位置関係の変動を計測することを特徴とする
光パルスタイミング検出回路。
4. The optical pulse timing detection circuit according to claim 3, wherein the optical receiver uses a receiver having low sensitivity to a fundamental light wavelength and having high sensitivity to a shorter wavelength than an input light wavelength; An optical pulse timing detection circuit, wherein the discrimination circuit measures a change in a time positional relationship of the signal light pulse train by using an increase / decrease of two-photon absorption power due to an overlap component between two light pulse trains to be compared.
【請求項5】 請求項4に記載のパルスタイミング検出
回路において、 前記光受信器は同一直線偏光方向のパルス列間の相互作
用により光信号を発生するタイプ1型の和周波発生材料
と、基本光波長には感度が低く、入力光波長よりも短波
長に高い感度を持つアバランシェホトダイオード受信器
とを含み、 前記識別回路は比較する2つの光パルス列間の重なり成
分による和周波光出力の増減と2光子吸収電力の増減の
両者の和を用いて前記信号光パルス列の時間位置関係の
変動を計測することを特徴とする光パルスタイミング検
出回路。
5. The pulse timing detection circuit according to claim 4, wherein the optical receiver is a type 1 sum frequency generating material that generates an optical signal by an interaction between pulse trains having the same linear polarization direction, and a basic light. An avalanche photodiode receiver having a low sensitivity to wavelengths and a high sensitivity to wavelengths shorter than the input light wavelength, wherein the discriminating circuit increases and decreases the sum frequency light output by an overlap component between two light pulse trains to be compared. An optical pulse timing detection circuit for measuring a change in a time positional relationship of the signal light pulse train using a sum of both increases and decreases in photon absorption power.
【請求項6】 請求項1に記載の光パルスタイミング検
出回路において、 前記光結合手段は複数の入出力ポートをもつ偏光ビーム
スプリッタを用い、該偏光ビームスプリッタの異なる面
から前記基準光パルス列と前記信号光パルス列を入射し
て互いに直交する直線偏光で両パルス列の合波を行い、 前記光受信器は前記信号光パルス列および前記基準光パ
ルス列の偏光方向が互いに直交しているときに位相整合
して和周波光を発生するタイプ2型の和周波光発生材料
と、該和周波波長を透過して基本波長を遮断するフィル
タと、基本光波長には感度が低く、入力光波長よりも短
波長に高い感度を持つ受信器とを含み、 前記識別回路は比較する2つの光パルス列間の重なり成
分による和周波光の発生出力の増減を検出することを特
徴とする光パルスタイミング検出回路。
6. The optical pulse timing detection circuit according to claim 1, wherein the optical coupling means uses a polarization beam splitter having a plurality of input / output ports, and the reference optical pulse train and the reference light pulse are output from different planes of the polarization beam splitter. The signal light pulse train is incident and the two pulse trains are multiplexed with linearly polarized light orthogonal to each other, and the optical receiver performs phase matching when the polarization directions of the signal light pulse train and the reference light pulse train are orthogonal to each other. A type 2 sum frequency light generating material that generates sum frequency light, a filter that transmits the sum frequency wavelength and blocks the fundamental wavelength, and has a low sensitivity to the fundamental light wavelength and a wavelength shorter than the input light wavelength. A receiver having high sensitivity, wherein the identification circuit detects an increase or decrease in the generation output of the sum frequency light due to an overlap component between the two optical pulse trains to be compared. Timing detection circuit.
【請求項7】 請求項6に記載の光パルスタイミング検
出回路において、 前記分岐手段は前記基準光パルス列および前記信号光パ
ルス列の一部をモニタ用に分岐し、 前記信号光パルス列の強度の変動を補償する出力強度固
定光増幅器と、前記識別回路の出力信号値に対応して遅
延制御信号を出力する遅延制御手段と、を有すことを特
徴とする光パルスタイミング検出回路。
7. The optical pulse timing detection circuit according to claim 6, wherein the branching unit branches a part of the reference light pulse train and the signal light pulse train for monitoring, and monitors a variation in the intensity of the signal light pulse train. An optical pulse timing detection circuit comprising: a fixed output intensity optical amplifier for compensating; and delay control means for outputting a delay control signal corresponding to an output signal value of the identification circuit.
【請求項8】 請求項1に記載の光パルスタイミング検
出回路において、 前記信号光パルス列(光周波数w1)と異なる光周波数
(w2)を持ち時間的に同期した繰り返し周波数f0
Nの光パルス列を前記基準光パルス列として用い、 前記光結合手段は前記基準光パルス列と前記信号光パル
ス列を同一直線偏光方向で結合することで両光パルス列
を合波し、 前記光受信器は入射した2つの光パルス列間の相互作用
により4光波混合信号光を発生する3次の非線形光学材
料と、基準光周波数w1と信号光周波数w2を透過せず
に、両者の位相共役波光周波数((2×w1−w2)ま
たは(2×w2−w1))を透過する波長フィルタと、
基本波長の近傍で感度が高い受信器とを含み、 前記識別回路は比較する2つの光パルス列の重なり成分
による前記4光波混合信号光の発生出力の増減を用いて
前記信号光パルス列の時間位置関係の変動を計測するこ
とを特徴とする光パルスタイミング検出回路。
8. The optical pulse timing detection circuit according to claim 1, wherein an optical frequency (w2) different from the signal light pulse train (optical frequency w1) and a repetition frequency f 0 / temporally synchronized.
N light pulse trains are used as the reference light pulse trains, and the optical coupling means combines the two light pulse trains by combining the reference light pulse trains and the signal light pulse trains in the same linear polarization direction. A third-order nonlinear optical material that generates four-wave mixing signal light by the interaction between the two optical pulse trains, and a phase conjugate optical frequency ((2) of the two without transmitting the reference optical frequency w1 and the signal optical frequency w2. × w1-w2) or (2 × w2-w1));
A receiver having high sensitivity in the vicinity of a fundamental wavelength, wherein the discriminating circuit uses the increase or decrease of the output of the four-wave mixing signal light due to the overlapping component of the two light pulse trains to be compared, and the time position relationship of the signal light pulse train. An optical pulse timing detection circuit for measuring fluctuations in the light pulse timing.
【請求項9】 複数系統の信号光パルス列をそれぞれ分
岐する分岐手段と、 前記分岐手段で分岐されたうちの一つの繰り返し光パル
ス信号、または別途用意したパルス列を基準光パルス列
とし、残りの複数系統の光パルス信号を前記信号光パル
ス列として前記信号光パルス列のタイミングを各々検出
する請求項1ないし8のいずれかに記載の複数の光パル
スタイミング検出回路と、 前記複数系統の前記信号光パルス列が時間多重された場
合に該複数系統の光パルス列が等間隔で配置されるよう
に、前記残りの複数系統の光パルス列のパルスタイミン
グを各々制御する遅延制御手段と、 前記遅延制御手段でタイミングを制御された前記複数系
統の前記信号光パルス列を時間的に合成する光多重手段
とを有し、 前記光パルスタイミング検出回路は、前記基準光パルス
列と前記信号光パルス列間の重なり時間位置の比較によ
り検出した前記残りの複数系統の光パルス信号のタイミ
ング検出結果に応じて、前記遅延制御手段のそれぞれに
付与すべき遅延時間をフィードバック制御するための遅
延制御信号を出力することを特徴とする光時分割多重装
置。
9. A branching means for branching a plurality of signal light pulse trains, and one of the repeated light pulse signals or a pulse train separately prepared by the branching means is used as a reference light pulse train. The plurality of optical pulse timing detection circuits according to any one of claims 1 to 8, wherein each of the plurality of optical pulse timing detection circuits detects the timing of the signal light pulse train as the signal light pulse train. Delay control means for controlling the pulse timings of the remaining plurality of optical pulse trains, respectively, such that the optical pulse trains of the plurality of systems are arranged at equal intervals when multiplexed, and the timing is controlled by the delay control means. Optical multiplexing means for temporally combining the signal light pulse trains of the plurality of systems, the optical pulse timing detection circuit A delay time to be given to each of the delay control means according to a timing detection result of the remaining plurality of optical pulse signals detected by comparing the overlap time positions between the reference optical pulse train and the signal optical pulse train. An optical time division multiplexing device for outputting a delay control signal for feedback control.
【請求項10】 請求項9に記載の光時分割多重装置に
おいて、 前記光パルスタイミング検出回路は1個だけ1系統のみ
に設けられ、 前記分岐手段で分岐された前記複数系統の光パルス列を
順次選択するためのタイミング信号を発生する選択タイ
ミング制御器と、 前記複数系統の光パルス列の分岐を収容し、前記選択タ
イミング制御器の前記タイミング信号を用いて時間的に
1つの入力を選択する光チャンネル選択スイッチとを有
し、 前記分岐手段で分岐された前記複数系統の光パルス列を
前記光チャンネル選択スイッチを介して時分割で順次選
択して前記光パルスタイミング検出回路に供給し、該光
パルスタイミング検出回路の出力が遅延制御信号として
前記光チャンネル選択スイッチと連動した電気信号選択
スイッチによりそれぞれの対象系列の前記遅延制御手段
に分配されて、順次当該遅延制御手段にフィードバック
されることを特徴とする光時分割多重装置。
10. The optical time-division multiplexing apparatus according to claim 9, wherein the optical pulse timing detection circuit is provided only in one system, and the optical pulse trains of the plurality of systems branched by the branching unit are sequentially arranged. A selection timing controller for generating a timing signal for selection; an optical channel for accommodating the branches of the plurality of optical pulse trains and for selecting one input temporally using the timing signal of the selection timing controller A selection switch, wherein the plurality of optical pulse trains branched by the branching means are sequentially selected in a time division manner through the optical channel selection switch and supplied to the optical pulse timing detection circuit, The output of the detection circuit is used as a delay control signal by an electric signal selection switch linked to the optical channel selection switch. It is distributed to the delay control unit elephant series, when the light characterized in that it is fed back sequentially said delay control means division multiplexing apparatus.
【請求項11】 時間基準となる繰り返し周波数f0
Nの基準光パルス列と、前記基準光パルス列と同じ繰り
返し周波数またはそのN倍の繰り返し周波数f0の信号
光パルス列を入力する光パルスタイミング検出回路にお
いて、 前記信号光パルス列を分岐する分岐手段と、 前記基準光パルス列を偏光方向が直交し一定の遅延時間
差を持つ2つの基準光パルス列に分離する光分離手段
と、 前記分岐手段の一方の出力を入力し、同期すべき前記信
号光パルス列の時間位置が前記光分離手段で分離した前
記2つの基準光パルス列の時間位置の中間となるように
設定する半固定遅延手段とを具備し、 前記光分離手段で分離した前記2つの基準光パルス列の
一方と前記半固定遅延手段で遅延処理された前記信号光
パルス列の光パワーの一部とを合波し、前記光分離手段
で分離した前記2つの基準光パルス列の他方と前記半固
定遅延手段で遅延処理された前記信号光パルス列の光パ
ワーの残りとを合波する光合成手段と、 前記光合成手段の出力を受信して各々の光パルス列間の
重なり成分を独立に観測する2つの光パルス相互相関受
信手段と、 前記2つの光パルス相互相関受信手段の出力の増減を検
出することにより前記信号光パルス列の時間位置の前後
への変動を計測する信号比較手段とから構成されるタイ
ミング識別手段を具備することを特徴とする光パルスタ
イミング検出回路。
11. Repetition frequency f 0 / time reference
An optical pulse timing detection circuit for inputting N reference light pulse trains and a signal light pulse train having the same repetition frequency as the reference light pulse train or a repetition frequency f 0 which is N times as large as the reference light pulse train; A light separating means for separating the reference light pulse train into two reference light pulse trains having orthogonal polarization directions and having a certain delay time difference; and inputting one output of the branching means, and the time position of the signal light pulse train to be synchronized is A semi-fixed delay unit that is set to be in the middle of the time position of the two reference light pulse trains separated by the light separation unit, and one of the two reference light pulse trains separated by the light separation unit and the The two reference light pulses which are combined with a part of the optical power of the signal light pulse train delayed by the semi-fixed delay means and separated by the light separating means. An optical synthesizing unit that multiplexes the other of the optical pulse trains with the rest of the optical power of the signal light pulse train delayed by the semi-fixed delay unit. Two optical pulse cross-correlation receiving means for observing the signal light; and a signal comparing means for measuring a change in the time position of the signal light pulse train before and after by detecting an increase or decrease in the output of the two light pulse cross-correlation receiving means. 1. An optical pulse timing detection circuit comprising: a timing identification unit configured by:
【請求項12】 請求項11に記載の光パルスタイミン
グ検出回路において、 前記光分離手段は複屈折性を持つ光学材料の主軸に対し
て45度の偏光方向またはそれと等価の円偏光に光パル
スを入射することを特徴とする光パルスタイミング検出
回路。
12. The optical pulse timing detection circuit according to claim 11, wherein the light separating means converts the light pulse into a polarization direction of 45 degrees with respect to a main axis of the birefringent optical material or a circular polarization equivalent thereto. An optical pulse timing detection circuit, which is incident.
【請求項13】 請求項11に記載の光パルスタイミン
グ検出回路において、 前記2つの光パルス相互相関受信手段はそれぞれ複数パ
ルスの重なりによって発生する和周波光の発生部と、該
和周波光の波長に感度の高い光受信器とを含む和周波光
受信器であり、 前記信号比較手段は2つの前記光受信器の信号出力の増
減により前記信号光パルス列の時間位置関係の変動を計
測することを特徴とする光パルスタイミング検出回路。
13. The optical pulse timing detection circuit according to claim 11, wherein the two optical pulse cross-correlation receiving units each generate a sum frequency light generated by overlapping a plurality of pulses, and a wavelength of the sum frequency light. And a high-sensitivity optical receiver, wherein the signal comparing means measures a change in the time positional relationship of the signal light pulse train by increasing or decreasing the signal outputs of the two optical receivers. Characteristic light pulse timing detection circuit.
【請求項14】 請求項13に記載の光パルスタイミン
グ検出回路において、 前記光合成手段は2つの入力ポートと1つまたは2つの
出力ポートを持つ偏光保持型の光結合手段と、1つまた
は2つの入力ポートと2つの出力ポートを持つ偏光分離
手段とを含み、 偏光方向が直交し一定の遅延時間差を持つ前記2つの基
準光パルス列を、直交する偏光方向が前記光合成手段の
偏光主軸方向(X軸方向とY軸方向)に一致するように
一方の入力ポートから入射し、前記信号光パルス列を、
偏光方向が前記偏光保持型の光合成手段の偏光主軸方向
に対して約45度の直線偏光またはそれと等価の円偏光
になるように他方の入力ポートから入射して、基準光パ
ルス列と信号光パルス列の合成光を出力ポートから取り
出し、 該合成光を、基準光パルス列の偏光方向が前記偏光分離
手段の偏光主軸方向(X'軸方向とY'軸方向)に一致す
るように入力ポートから入射し、該合成光のX'軸方向
成分とY'軸方向成分を分離して、それぞれ2つの異な
る出力ポートから取り出すことを特徴とする光パルスタ
イミング検出回路。
14. The optical pulse timing detection circuit according to claim 13, wherein the light synthesizing unit is a polarization maintaining type optical coupling unit having two input ports and one or two output ports, and one or two or more polarization maintaining type optical coupling units. A polarization separation unit having an input port and two output ports, wherein the two reference light pulse trains whose polarization directions are orthogonal to each other and have a fixed delay time difference are converted into a polarization main axis direction (X axis Direction and the Y-axis direction) from one of the input ports so that the signal light pulse train is
The polarization direction is incident from the other input port such that the polarization direction becomes linearly polarized light of about 45 degrees with respect to the principal axis direction of polarization of the polarization maintaining type light combining means or circularly polarized light equivalent thereto, and the reference light pulse train and the signal light pulse train are input. Taking out the combined light from the output port, and entering the combined light from the input port such that the polarization direction of the reference light pulse train matches the main polarization direction (X′-axis direction and Y′-axis direction) of the polarization separation means; An optical pulse timing detection circuit, wherein an X'-axis direction component and a Y'-axis direction component of the combined light are separated and taken out from two different output ports.
【請求項15】 請求項14に記載の光パルスタイミン
グ検出回路において、 前記光パルス相互相関受信手段は基本光波長には感度が
低く、入力光波長より短波長に高い感度を持つアバラン
シェホトダイオード受信器を含み、 前記信号比較手段は比較する2パルスの重なり成分によ
る2光子吸収電力の増減を用いて前記信号光パルス列の
時間位置関係の変動を計測することを特徴とする光パル
スタイミング検出回路。
15. The avalanche photodiode receiver according to claim 14, wherein said optical pulse cross-correlation receiving means has low sensitivity to a fundamental light wavelength and has high sensitivity to a shorter wavelength than an input light wavelength. An optical pulse timing detection circuit, wherein the signal comparison means measures a change in a time position relationship of the signal light pulse train by using an increase or a decrease in two-photon absorption power due to an overlapping component of two pulses to be compared.
【請求項16】 請求項15に記載のパルスタイミング
検出回路において、前記光パルス相互相関受信手段は同
一直線偏光方向のパルス間の相互作用により光信号を発
生するタイプ1型の和周波光発生材料と、基本光波長に
は感度が低く、入力光波長よりも短波長に高い感度を持
つ受信器とを含み、 前記信号比較手段は比較する2つの光パルス列の重なり
成分による和周波光出力の増減と2光子吸収電力の増減
の両者の和を用いて前記信号光パルス列の時間位置関係
の変動を計測することを特徴とする光パルスタイミング
検出回路。
16. The type 1 sum frequency light generating material according to claim 15, wherein said optical pulse cross-correlation receiving means generates an optical signal by an interaction between pulses having the same linear polarization direction. And a receiver having low sensitivity to the fundamental light wavelength and having high sensitivity to shorter wavelengths than the input light wavelength, wherein the signal comparing means increases or decreases the sum frequency light output due to the overlapping component of the two optical pulse trains to be compared. An optical pulse timing detection circuit for measuring a change in a time positional relationship of the signal light pulse train by using a sum of the two and the increase and decrease of the two-photon absorption power.
【請求項17】 請求項16に記載の光パルスタイミン
グ検出回路において、 前記光合成手段は2つの入力ポートと2つの出力ポート
をもつ偏光合成手段を含み、 前記偏光方向が直交し一定の遅延時間差を持つ前記2つ
の基準光パルス列を、直交する偏光方向が前記偏光合成
手段の偏光主軸方向(X軸方向とY軸方向)に一致する
ように一方の入力ポートから入射し、前記信号光パルス
列を、偏光方向が前記偏光合成手段の偏光主軸方向に対
して約45度の直線偏光またはそれと等価の円偏光にな
るように他方の入力ポートから入射して、基準光パルス
列と信号光パルス列の合成光を前記偏光合成手段の2つ
の出力ポートから取り出すことによって、基準パルス列
と信号パルス列の合成と、2つの異なる偏光方向の光パ
ルス間の合成と分離を同時に行うことを特徴とする光パ
ルスタイミング検出回路。
17. The optical pulse timing detection circuit according to claim 16, wherein said light combining means includes a polarization combining means having two input ports and two output ports, wherein said polarization directions are orthogonal and a fixed delay time difference is provided. The two reference light pulse trains are input from one of the input ports such that the orthogonal polarization directions coincide with the main polarization direction (X-axis direction and Y-axis direction) of the polarization combining means. The polarization direction is incident from the other input port such that the polarization direction becomes linear polarization of about 45 degrees with respect to the main polarization direction of the polarization combining means or circular polarization equivalent thereto, and the combined light of the reference light pulse train and the signal light pulse train is formed. By taking out from two output ports of the polarization combining means, the combination of the reference pulse train and the signal pulse train and the combination and separation between the light pulses of two different polarization directions can be performed. Light pulse timing detection circuit, which comprises carrying out at.
【請求項18】 請求項17に記載の光パルスタイミン
グ検出回路において、 前記光パルス相互相関受信手段は、前記基準光パルス列
と前記信号パルス列の偏光方向が互いに直交していると
きに位相整合して和周波光を発生するタイプ2型の和周
波光発生材料と、該和周波光の波長を透過し基本光波長
を遮断する波長フィルタと、基本光波長には感度が低く
入力光波長よりも短波長に感度が高い光受信器とを含
み、 前記信号比較手段は比較する2つの光パルス列の重なり
成分による和周波光の増減を検出することを特徴とする
光パルスタイミング検出回路。
18. The optical pulse timing detection circuit according to claim 17, wherein the optical pulse cross-correlation receiving means performs phase matching when the polarization directions of the reference optical pulse train and the signal pulse train are orthogonal to each other. A type 2 sum frequency light generating material that generates sum frequency light, a wavelength filter that transmits the sum frequency light wavelength and blocks the basic light wavelength, and has low sensitivity to the basic light wavelength and is shorter than the input light wavelength. An optical pulse timing detection circuit comprising: an optical receiver having high sensitivity to a wavelength; wherein the signal comparison means detects an increase or decrease in sum frequency light due to an overlapping component of two optical pulse trains to be compared.
【請求項19】 請求項11に記載の光パルスタイミン
グ検出回路において、 前記信号光パルス列(光周波数w1)と異なる光周波数
(w2)を持ち時間的に同期した繰り返し周波数f0
Nの光パルス光源を前記基準光パルス列として用い、 前記光合成手段は基準パルス列と信号パルス列との合波
は、両パルスを同一直線偏光方向で結合し、 前記2つの光パルス相互相関受信手段はそれぞれ、入射
した2つの光パルス列間の相互作用により4光波混合信
号光を発生する3次の非線形光学材料と、基準光周波数
w1と信号光周波数w2を透過せずに、両者の位相共役
波光周波数((2×w1−w2)または(2×w2−w
1))を透過する波長フィルタと、基本波長の近傍で感
度が高い光受信器をとを含み、 前記信号比較手段は比較する2つの光パルス列の重なり
成分による前記4光波混合信号光の発生出力の増減を用
いて前記信号光パルス列の時間位置関係の変動を計測す
ることを特徴とする光パルスタイミング検出回路。
19. The optical pulse timing detection circuit according to claim 11, wherein an optical frequency (w2) different from the signal light pulse train (optical frequency w1) and a temporally synchronized repetition frequency f 0 /
N light pulse light sources are used as the reference light pulse train. The light synthesizing means combines the reference pulse train and the signal pulse train in the same linear polarization direction, and the two light pulse cross-correlation receiving means A third-order nonlinear optical material that generates four-wave mixing signal light by the interaction between two incident light pulse trains, and a phase conjugate wave light frequency of both without transmitting the reference light frequency w1 and the signal light frequency w2 ( (2 × w1-w2) or (2 × w2-w)
1)) including a wavelength filter that transmits light and an optical receiver having high sensitivity in the vicinity of a fundamental wavelength, wherein the signal comparing unit generates and outputs the four-wave mixing signal light by an overlapping component of two optical pulse trains to be compared. An optical pulse timing detection circuit for measuring a change in a time positional relationship of the signal light pulse train by using an increase or decrease of the signal light pulse train.
【請求項20】 請求項19に記載の光パルスタイミン
グ検出回路において、 前記タイミング識別手段は各々のパルス列との重なり成
分の変動を比較する前記2つの光パルス相互相関受信手
段の電気出力を並列に接続した並列光受信器を含み、両
該並列光受信器の出力の差分を時間位置変動方向の識別
に用いることを特徴とする光パルスタイミング検出回
路。
20. The optical pulse timing detection circuit according to claim 19, wherein said timing discriminating means parallelly outputs electric outputs of said two optical pulse cross-correlation receiving means for comparing a variation of an overlapping component with each pulse train. An optical pulse timing detection circuit including a connected parallel optical receiver, wherein a difference between outputs of the two parallel optical receivers is used for identifying a time position fluctuation direction.
【請求項21】 請求項20に記載の光パルスタイミン
グ検出回路において、 前記タイミング識別手段は各々のパルス列との重なり成
分の変動を比較する前記2つの光パルス相互相関受信手
段の電気出力の差分または分数をとることにより時間位
置変動方向の識別に用い、該電気出力の和算をとること
により信号平均パワーを類推し、該電気出力の両者の割
算をすることにより時間位置方向と変動量の両者を検出
することを特徴とする光パルスタイミング検出回路。
21. The optical pulse timing detection circuit according to claim 20, wherein the timing discriminating means compares a difference between electric outputs of the two optical pulse cross-correlation receiving means for comparing a variation of an overlapping component with each pulse train. The fractional fraction is used to identify the temporal position variation direction, the signal output power is estimated by summing the electric outputs, and the temporal position direction and the variation amount are calculated by dividing both of the electric outputs. An optical pulse timing detection circuit for detecting both.
【請求項22】 繰り返し周波数f0のM系統(Mは2
以上の整数)の光パルス列のそれぞれのタイミングを制
御する遅延制御手段と、該M系統の光パルス列を合波す
る光多重手段を用いて、該M系統の光パルス列を時間軸
上で等間隔に多重して繰り返し周波数f0の光パルス列
を生成する光時分割多重装置において、 前記M系統の光パルス列をそれぞれ分岐する分岐手段
と、 前記分岐手段で分岐された前記光パルス列のうちの一系
統、または別途用意した光パルス列を基準光パルス列と
し、残りの系統の光パルス列のタイミングを検出する請
求項11ないし21のいずれかに記載の光パルスタイミ
ング検出回路とを具備し、 前記M系統の光パルス列のそれぞれの時間位置の変動を
前記光パルスタイミング検出回路で検出し、該検出結果
に応じて前記遅延制御手段により各系統の時間位置変動
を除去するようにフィードバック制御することを特徴と
する光時分割多重装置。
22. An M system having a repetition frequency f 0 (M is 2
Using the delay control means for controlling the respective timings of the optical pulse trains of the above (integer) and the optical multiplexing means for multiplexing the optical pulse trains of the M system, the optical pulse trains of the M system are equally spaced on the time axis. In an optical time-division multiplexing apparatus that multiplexes and generates an optical pulse train having a repetition frequency f 0 , a branching unit that branches each of the M optical pulse trains, one of the optical pulse trains branched by the branching unit, 22. An optical pulse train of the M system, comprising: an optical pulse train separately prepared as a reference optical pulse train, and detecting a timing of an optical pulse train of the remaining system. Of the respective time positions are detected by the optical pulse timing detection circuit, and the delay control means detects the time position fluctuations of the respective systems in accordance with the detection results. Optical time division multiplexing apparatus characterized by a feedback control so that removed by.
【請求項23】 請求項22の光時分割多重装置におい
て、 前記光パルスタイミング検出回路は1個だけ1系統のみ
に設けられ、 前記分岐された複数系統の光パルス列を順次選択するた
めのタイミング信号を発生する選択タイミング制御器
と、 前記複数系統の光パルス列を収容し、前記選択タイミン
グ制御器の前記タイミング信号を用いて該複数系統の光
パルス列を時分割で順次選択して、前記光パルスタイミ
ング検出回路に供給する光チャンネル選択スイッチとを
有し、 前記光パルス相互相関受信手段の出力が遅延制御信号と
して前記光チャンネル選択スイッチと連動した電気信号
選択スイッチによりそれぞれの対象系列に分配されて、
順次該当の前記遅延制御手段にフィードバックされるこ
とを特徴とする光時分割多重装置。
23. The optical time division multiplexing device according to claim 22, wherein only one optical pulse timing detection circuit is provided in one system, and a timing signal for sequentially selecting the branched optical pulse trains. A selection timing controller that generates the plurality of optical pulse trains, and sequentially selects the plurality of optical pulse trains in a time-division manner using the timing signal of the selection timing controller; An optical channel selection switch to be supplied to a detection circuit, wherein the output of the optical pulse cross-correlation receiving means is distributed to each target series by an electric signal selection switch interlocked with the optical channel selection switch as a delay control signal,
An optical time division multiplexing device which is sequentially fed back to the corresponding delay control means.
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