JP2001094199A - Optical clock sampling circuit and optical communication system - Google Patents

Optical clock sampling circuit and optical communication system

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JP2001094199A
JP2001094199A JP26956499A JP26956499A JP2001094199A JP 2001094199 A JP2001094199 A JP 2001094199A JP 26956499 A JP26956499 A JP 26956499A JP 26956499 A JP26956499 A JP 26956499A JP 2001094199 A JP2001094199 A JP 2001094199A
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light
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Hiroyuki Yokoyama
弘之 横山
Yoichi Hashimoto
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a superhigh-speed optical clock sampling circuit useful to a large-capacity optical communication. SOLUTION: An input signal optical pulse train 21 is injected in a first mode synchronous semiconductor laser 1 to sample the same frequency sampling clock optical pulse train 22, which has a frequency equal to the clock frequency of the pulse train 21 and a timing synchronized with that of the pulse train 21. This optical pulse train 22 is injected in a second mode synchronous semiconductor laser 2, having a repeat frequency of 1/integer of the clock frequency of the optical pulse train 22 via an optical gate 3 and a dividing sampling clock optical pulse train 23, which is a synchronous clock optical pulse train of a repetition frequency of 1/integer of the clock frequency of the injected clock optical pulse train 22, is generated. One part of this clock optical pulse train 23 is extracted by an optical coupler 11 and is incident in the gate 3 via an optical delay device 13, a light amplifier 4 and the coupler 11 to change the transmissivity of the gate 3 and the pulse train 22, which enters the laser 2 is modulated in intensity in a divided clock frequency.

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、光通信システムに
関し、特に、超高速光通信においてデータ光信号列から
データのクロック周波数を抽出する方式に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical communication system, and more particularly to a system for extracting a data clock frequency from a data optical signal train in ultra-high-speed optical communication.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在の光通信システムにおいては、光信
号の処理の上で、光信号をいったん電気信号に変換する
構成が用いられている。このようなシステムで問題にな
るのはエレクトロニクス部品構成の複雑さに加えて、電
気的な処理による速度が通常は数ギガビット/毎秒(G
b/s)以下に制限されることである。
2. Description of the Related Art In a current optical communication system, a configuration is used in which an optical signal is temporarily converted to an electric signal after processing the optical signal. The problem with such a system, in addition to the complexity of the electronics components, is that the speed of the electrical processing is typically several gigabits per second (G).
b / s).

【0003】このような装置の複雑さや処理速度の制限
を解決するためには、少なくとも部分的には電気を介さ
ず光信号のままで処理する技術が必要となり、特に、光
データ信号列からその信号に同期した光クロック信号列
を抽出する技術の重要性が増している。この背景の中
で、最近モード同期レーザへの光データ列の注入により
直接光クロックを注出する方法が注目を浴びている。
[0003] In order to solve the complexity of the device and the limitation of the processing speed, it is necessary to at least partially process the optical signal without using electricity. The importance of a technique for extracting an optical clock signal sequence synchronized with a signal is increasing. In this background, a method of directly outputting an optical clock by injecting an optical data stream into a mode-locked laser has recently attracted attention.

【0004】この光クロック抽出素子や方法について
は、例えば橋本と横山による特願平10‐124852
号の中でモード同期半導体レーザを用いた手法およびそ
の光通信での応用について記載されている。このモード
同期半導体レーザを用いた方法は、簡単な構成で高速の
クロック抽出機能が実現できるが、光通信応用において
は、さらに受信端で最終的に高速度の光信号列の速度
を、電気的に処理が可能な速度に落とすための機能も必
要となる。
[0004] The optical clock extracting element and method are described in, for example, Japanese Patent Application No. 10-124852 by Hashimoto and Yokoyama.
In this publication, a method using a mode-locked semiconductor laser and its application in optical communication are described. The method using the mode-locked semiconductor laser can realize a high-speed clock extraction function with a simple configuration.However, in optical communication applications, the speed of the high-speed optical signal train is further reduced at the receiving end. In addition, a function for reducing the processing speed to a minimum is also required.

【0005】そこで、受信端で光クロック周波数を整数
分の1に分周し、これを利用して光信号列を時間的に分
割する手法の開発が進められている。ここで重要になる
のは、伝送される光信号列のクロック周波数の整数分の
1の分周クロック光パルスを生成させる際に、光信号と
の位相関係を確定して、タイミングが光信号列のクロッ
ク周期で離散的にずれるのを防止することである。
[0005] Therefore, a method of dividing the optical clock frequency by a factor of 1 at the receiving end and dividing the optical signal sequence in time using this frequency has been developed. What is important here is that when generating a frequency-divided clock light pulse that is an integer fraction of the clock frequency of the transmitted optical signal train, the phase relationship with the optical signal is determined, and the timing is adjusted. To prevent discrete deviation in the clock cycle.

【0006】この目的のためには、エレクトロニクスを
併用した位相同期ループが多く用いられるが、この方法
では系がある程度複雑になるのを免れない。そこで、全
光学的に分周クロックを生成する方法として、光クロッ
クを光ゲートで間引く方法が提案された。この方法につ
いては、LeeおよびKimによるIEEE Photonics Technolog
y Letters、第11巻4号の469−471頁に記載の
論文中に、一例が記載されている。
For this purpose, a phase locked loop using electronics is often used, but this method inevitably complicates the system to some extent. Therefore, as a method of generating a frequency-divided clock all-optically, a method of thinning out an optical clock with an optical gate has been proposed. See IEEE Photonics Technolog by Lee and Kim on how to do this.
An example is described in the paper described in y Letters, Vol. 11, No. 4, pp. 469-471.

【0007】図6はその手法の原理を示したものであ
る。クロック光パルス列25が半導体レーザ増幅器35
を経て光整形増幅回路51に入射し、その出力の一部が
光遅延器13による適当な時間遅延の後に半導体レーザ
増幅器35に戻される光回路が構成されている。
FIG. 6 shows the principle of the method. The clock light pulse train 25 is a semiconductor laser amplifier 35
Then, the light enters the light shaping / amplifying circuit 51 via the optical delay circuit 13, and a part of the output is returned to the semiconductor laser amplifier 35 after an appropriate time delay by the optical delay device 13.

【0008】この構成のもとでは、1つの光パルスが光
整形増幅回路61に入ると、その出力が戻されて半導体
レーザ増幅器35の利得を消費することで次の光パルス
の透過率を大きく低下させるために、光整形増幅回路6
1からの出力をなくすことが可能になる。すると、次の
光パルスに対しては、半導体レーザ増幅器35の利得低
下が生じず、再び光パルスが光整形増幅回路61に到達
することができる。
In this configuration, when one light pulse enters the light shaping amplifier circuit 61, its output is returned and the gain of the semiconductor laser amplifier 35 is consumed, thereby increasing the transmittance of the next light pulse. The optical shaping amplifier circuit 6
1 can be eliminated. Then, for the next optical pulse, the gain of the semiconductor laser amplifier 35 does not decrease, and the optical pulse can reach the optical shaping amplifier 61 again.

【0009】このようにして、最終的に周波数が1/2
になった分周クロック光パルス列26が出力として得ら
れる。この様子を、タイミングチャートに示すと図7の
ようになる。つまり、半導体レーザ増幅器の利得107
が、当初のクロック光パルス列105の周期の2倍の周
期で大きく変動することによって、分周クロック光パル
ス106が得られる。
In this way, the frequency is finally reduced to 1/2.
Is obtained as an output. FIG. 7 shows this state in a timing chart. That is, the gain 107 of the semiconductor laser amplifier
Greatly fluctuates at twice the period of the initial clock light pulse train 105, so that a divided clock light pulse 106 is obtained.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上記の、分周クロック
光パルス発生方法においては、処理できる入力のクロッ
ク光パルスの周波数が半導体レーザ増幅器内のキャリア
の応答時間程度に制限され、10GHz程度以上のクロ
ック光パルス列に対しての分周動作ができない。そのた
めに、当初の目的とした、全光学的手法による電気的な
速度制限を越えた超高速光信号処理という点では、その
目的は十分には達成できない。
In the above-described method of generating the divided clock light pulse, the frequency of the input clock light pulse that can be processed is limited to about the response time of the carrier in the semiconductor laser amplifier, and the frequency is about 10 GHz or more. The frequency division operation cannot be performed on the clock light pulse train. Therefore, the purpose cannot be sufficiently achieved in terms of the ultra-high-speed optical signal processing that exceeds the electrical speed limitation by the all-optical method, which was the original purpose.

【0011】本発明の目的は、電気的な速度制限によら
ず数十Gb/s以上の信号光パルス列から高安定な分周
クロック光パルスを生成可能な光クロック抽出回路を提
供することにある。
An object of the present invention is to provide an optical clock extracting circuit capable of generating a highly stable frequency-divided clock light pulse from a signal light pulse train of several tens Gb / s or more regardless of the electric speed limitation. .

【0012】さらには、そのような光クロック抽出回路
を受信器の一部として用いた光通信システムを提供する
ことにある。
Still another object of the present invention is to provide an optical communication system using such an optical clock extracting circuit as a part of a receiver.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の光クロック抽出
回路は、信号光パルス列の入射に対して、そのクロック
周波数と同一周波数の第1の抽出クロック光パルス列を
信号光パルス列と同期して発生する第1のモード同期半
導体レーザと、第1のモード同期半導体レーザから出力
される第1の抽出クロック光パルス列の入射に対して、
そのクロック周波数の整数分の1の周波数の第2の抽出
クロック光パルス列を前記第1の抽出クロック光パルス
列と同期して発生し、分周抽出クロック光パルスとして
出力する第2のモード同期半導体レーザと、この第1及
び第2のモード同期半導体レーザの間に光学的に結合さ
れ、第1の同期半導体レーザから出力される第1の抽出
クロック光パルス列を変調する光変調手段と、この光変
調手段に供給する変調信号を、第2のモード同期半導体
レーザから出力される第2の抽出クロック光パルス列か
ら抽出する変調信号抽出手段とによって構成したことを
特徴とする。
An optical clock extracting circuit according to the present invention generates a first extracted clock optical pulse train having the same frequency as the clock frequency in synchronization with a signal optical pulse train in response to the incidence of a signal optical pulse train. A first mode-locked semiconductor laser to be transmitted and a first extracted clock light pulse train output from the first mode-locked semiconductor laser,
A second mode-locked semiconductor laser that generates a second extracted clock light pulse train having a frequency that is a fraction of the clock frequency in synchronism with the first extracted clock light pulse train and outputs it as a frequency-divided extracted clock light pulse A light modulating means optically coupled between the first and second mode-locked semiconductor lasers for modulating a first extracted clock light pulse train output from the first synchronous semiconductor laser; And a modulation signal extracting means for extracting a modulation signal to be supplied to the means from a second extracted clock pulse train output from the second mode-locked semiconductor laser.

【0014】また、前記の光変調手段は、光入射によっ
て光透過率が変調を受ける動作をする光ゲートによって
構成され、前記の変調信号抽出手段は、第2のモード同
期半導体レーザからの光出力の一部を外部に取り出す第
1の光カプラと、該第1の光カプラからの光出力に光学
的遅延を与える光遅延器と、該光遅延器からの光出力を
増幅する光増幅器と、該光増幅器によって増幅された光
出力を前記の光ゲートに入射するための第2の光カプラ
によって構成されていることを特徴とする。
The light modulating means is constituted by an optical gate which operates to modulate the light transmittance by the incidence of light, and the modulating signal extracting means comprises an optical output from the second mode-locked semiconductor laser. A first optical coupler for extracting a part of the light to the outside, an optical delay unit for providing an optical delay to the optical output from the first optical coupler, an optical amplifier for amplifying the optical output from the optical delay unit, The optical amplifier is characterized by being constituted by a second optical coupler for inputting the optical output amplified by the optical amplifier to the optical gate.

【0015】または、前記の光変調手段は、電気信号に
よって光透過率が変調を受ける動作をする光変調器によ
って構成され、前記の変調信号抽出手段は、第2のモー
ド同期半導体レーザからの光出力の一部を外部に取り出
す光カプラと、該光カプラからの光出力に光学的遅延を
与える光遅延器と、該光遅延器からの光出力を増幅する
光増幅器と、該光増幅器からの光出力を受光するための
高光耐力光検出器と、該光検出器からの電気信号を前記
光変調器に加える手段によって構成されていることを特
徴とする。
Alternatively, the light modulating means is constituted by an optical modulator which operates to modulate the light transmittance by an electric signal, and the modulated signal extracting means comprises a light from a second mode-locked semiconductor laser. An optical coupler for extracting a part of the output to the outside, an optical delay unit for providing an optical delay to the optical output from the optical coupler, an optical amplifier for amplifying the optical output from the optical delay unit, and an optical amplifier from the optical amplifier. It is characterized by comprising a high light-tolerance photodetector for receiving an optical output, and means for applying an electric signal from the photodetector to the optical modulator.

【0016】または、前記の光変調手段は、電気信号に
よって光透過率が変調を受ける動作をする光変調器によ
って構成され、前記の変調信号抽出手段は、第2のモー
ド同期半導体レーザからの光出力の一部を外部に取り出
す光カプラと、該光カプラからの光出力に光学的遅延を
与える光遅延器と、該光遅延器からの光出力を受光する
ための光検出器と、該光検出器からの電気信号出力を増
幅する高周波増幅器と、該高周波増幅器からの電気信号
を前記光変調器に加える手段によって構成されているこ
とを特徴とする。
Alternatively, the light modulating means is constituted by an optical modulator operable to modulate light transmittance by an electric signal, and the modulated signal extracting means is configured to modulate light from the second mode-locked semiconductor laser. An optical coupler for extracting a part of the output to the outside, an optical delay device for providing an optical delay to the optical output from the optical coupler, a photodetector for receiving the optical output from the optical delay device, It is characterized by comprising a high-frequency amplifier for amplifying an electric signal output from a detector, and means for applying an electric signal from the high-frequency amplifier to the optical modulator.

【0017】また、上記の光クロック抽出回路におい
て、光クロック抽出回路中の第1のモード同期半導体レ
ーザおよび第2のモード同期半導体レーザは、可飽和吸
収領域と利得領域を有しており、各々のモード同期半導
体レーザ単体では受動モード同期することを特徴とす
る。
In the above-mentioned optical clock extracting circuit, the first mode-locked semiconductor laser and the second mode-locked semiconductor laser in the optical clock extracting circuit have a saturable absorption region and a gain region, respectively. The mode-locked semiconductor laser alone performs passive mode locking.

【0018】また、上記の光クロック抽出回路を、光通
信用受信機の一部として用いることにより、光通信シス
テムを構築することができる。
Further, by using the above-described optical clock extracting circuit as a part of an optical communication receiver, an optical communication system can be constructed.

【0019】本発明における光クロック抽出において
は、可飽和吸収効果によって受動モード同期する半導体
レーザに、その光パルス繰り返し周波数もしくはその整
数倍の周波数とほぼ等しいクロック周波数の信号光パル
ス列を注入した際に、モード同期半導体レーザの動作が
タイミング同期する作用を利用する。
In the optical clock extraction of the present invention, when a signal light pulse train having a clock frequency substantially equal to the light pulse repetition frequency or a frequency that is an integral multiple of the light pulse repetition frequency is injected into a semiconductor laser which is passively mode-locked by the saturable absorption effect. The operation of the mode-locked semiconductor laser is synchronized with the timing.

【0020】また、このタイミング同期の際に、整数分
の1の周波数の光クロック抽出においては、最終的に得
られる光クロックの周波数でモード同期半導体レーザに
入射する光を強度変調することで、タイミングのずれを
抑制する作用を用いる。
At the time of this timing synchronization, in the extraction of the optical clock having a frequency that is a fraction of an integer, the intensity of the light incident on the mode-locked semiconductor laser is modulated at the frequency of the optical clock finally obtained. The effect of suppressing the timing deviation is used.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の第1の実施の形
態を示す光クロック抽出回路の構成図である。図1にお
いて、第1のモード同期半導体レーザ1では、まず、入
力信号光パルス列21の注入によって、そのクロック周
波数と周波数が等しくタイミング同期した、同一周波数
抽出クロック光パルス列22が抽出される。
FIG. 1 is a configuration diagram of an optical clock extraction circuit showing a first embodiment of the present invention. In the first mode-locked semiconductor laser 1 shown in FIG. 1, an input signal light pulse train 21 is first injected to extract a same-frequency-extracted clock light pulse train 22 whose clock frequency is equal to and synchronized in timing.

【0022】次に、この光パルス列を、そのクロック周
波数のほぼ整数分の1の繰り返し周波数を有する第2の
モード同期半導体レーザ2に光ゲート3を経由して注入
することにより、注入された同一周波数抽出クロック光
パルス列22のクロック周波数の整数分の1に分周され
た繰り返し周波数の同期クロック光パルスである、分周
抽出クロック光パルス列23を発生する。
Next, the optical pulse train is injected via the optical gate 3 into the second mode-locked semiconductor laser 2 having a repetition frequency that is approximately one-integral of the clock frequency. A frequency-divided extracted clock light pulse train 23 is generated, which is a synchronous clock light pulse having a repetition frequency divided by a fraction of the clock frequency of the frequency-extracted clock light pulse train 22.

【0023】このクロック光パルス列の一部の光出力を
第1の光カプラ11によって分けて取り出し、取り出し
た光パルスに適当な時間遅延を与える光遅延器13を介
して、さらに光増幅器4によって適切な強度に増幅した
後、第2の光カプラ12を介して光ゲート3に入射す
る。光遅延器13の遅延時間は、分周抽出クロック光パ
ルス列23が最も安定して出力されるように調整するこ
とができる。一般的には、注入された同一周波数抽出ク
ロック光パルス列22のクロック周期程度あるいはそれ
より多少短めに設定される。
An optical output of a part of the clock light pulse train is divided and taken out by the first optical coupler 11, passed through an optical delay device 13 for giving an appropriate time delay to the taken out light pulse, and furthermore by an optical amplifier 4. After being amplified to an appropriate intensity, the light enters the optical gate 3 via the second optical coupler 12. The delay time of the optical delay unit 13 can be adjusted so that the frequency-divided extracted clock optical pulse train 23 is output most stably. Generally, it is set to be about the clock cycle of the injected same-frequency extracted clock light pulse train 22 or slightly shorter.

【0024】その結果、光ゲート3の透過率は、分周抽
出クロック光パルス列23が有する分周されたクロック
周波数で変調を受ける。これにより、第1のモード同期
半導体レーザ1からの同一周波数抽出クロック光パルス
列22は、分周されたクロック周波数で強度変調され
る。
As a result, the transmittance of the optical gate 3 is modulated by the divided clock frequency of the frequency-divided extracted clock optical pulse train 23. Thus, the same frequency extracted clock light pulse train 22 from the first mode-locked semiconductor laser 1 is intensity-modulated at the divided clock frequency.

【0025】従って、第2のモード同期半導体レーザ2
には、この分周されたクロック周波数で強度変調を受け
た第1のモード同期半導体レーザ1からの同一周波数抽
出クロック光パルス列22が入射するようになる。この
帰還過程により、第2のモード同期半導体レーザ2にお
ける、第1のモード同期半導体レーザ1からの同一周波
数抽出クロック光パルス列22に対する分周周波数での
同期の際に、高強度の光パルスへの選択的同期が生じ
る。
Therefore, the second mode-locked semiconductor laser 2
, The same frequency extracted clock light pulse train 22 from the first mode-locked semiconductor laser 1 that has been intensity-modulated at the divided clock frequency is incident. By this feedback process, when the second mode-locked semiconductor laser 2 synchronizes with the same frequency-extracted clock light pulse train 22 from the first mode-locked semiconductor laser 1 at the divided frequency, the second mode-locked semiconductor laser 2 changes to a high-intensity light pulse. Selective synchronization occurs.

【0026】それゆえ、分周周波数同期過程で、第1の
モード同期半導体レーザ1からのクロック光パルス列の
周期単位の離散的かつ偶発的に同期のタイミングがずれ
るのを防止できる。
Therefore, in the frequency division frequency synchronization process, it is possible to prevent the timing of the synchronization from being discretely and accidentally shifted in the cycle unit of the clock light pulse train from the first mode-locked semiconductor laser 1.

【0027】図2は、図1における、入力信号光パルス
列および各抽出クロック光パルス列の時間波形の相互の
タイミングを示す図である。入力信号光パルス列波形1
01と同一周波数抽出クロック光パルス列波形102は
同期しているが、光ゲート3の後では、同一周波数抽出
クロック光パルス列22は、同一周波数抽出クロック光
パルス列変調波形103のように強度変調される。これ
を反映して、分周抽出クロック光パルス列23は、高強
度の注入光パルスに同期して、最終的に分周抽出クロッ
ク光パルス列波形104が得られる。
FIG. 2 is a diagram showing the mutual timing of the time waveforms of the input signal light pulse train and each extracted clock light pulse train in FIG. Input signal light pulse train waveform 1
01 and the same frequency extraction clock light pulse train waveform 102 are synchronized, but after the optical gate 3, the same frequency extraction clock light pulse train 22 is intensity-modulated like the same frequency extraction clock light pulse train modulation waveform 103. Reflecting this, the frequency-divided extracted clock light pulse train 23 finally obtains the frequency-divided extracted clock light pulse train waveform 104 in synchronization with the high-intensity injected light pulse.

【0028】本実施の形態においては、第1のモード同
期半導体レーザ1および第2のモード同期半導体レーザ
2として、InGaAsP系のバルク活性層構造を持ち
可飽和吸収領域と利得領域、ならびに分布帰還型反射構
造を有する半導体レーザデバイスを、光学結合が容易で
あるように、光学的アイソレータやレンズ等の光学部品
を内蔵するモジュール構造にしたものを用いた。
In the present embodiment, the first mode-locked semiconductor laser 1 and the second mode-locked semiconductor laser 2 each have an InGaAsP-based bulk active layer structure and have a saturable absorption region and a gain region, and a distributed feedback type. A semiconductor laser device having a reflection structure having a module structure in which optical components such as an optical isolator and a lens are incorporated to facilitate optical coupling was used.

【0029】各々受動モード同期状態において、第1の
モード同期半導体レーザ1は80GHz、第2のモード
同期半導体レーザ2は10GHzのモード同期動作を行
い、両者とも、波長約1.55μm、5ps時間幅のコ
ヒーレントな光パルスを発生するようにした。したがっ
て、入力信号光パルス列21の速度はここでは80Gb
/sとした。
In each of the passive mode-locked states, the first mode-locked semiconductor laser 1 performs a mode-locked operation at 80 GHz and the second mode-locked semiconductor laser 2 performs a mode-locked operation at 10 GHz. To generate a coherent light pulse. Therefore, the speed of the input signal light pulse train 21 is 80 Gb here.
/ S.

【0030】また、光ゲート3としては、半導体レーザ
と同様の半導体層構造を有する導波路チップをやはりモ
ジュール構造にしたものを用い、電気的に逆バイアスを
印加して使用した。光増幅器4にはエルビウムファイバ
増幅器を用いた。これらのコンポーネントを含む光クロ
ック抽出回路はすべて光ファイバによって光学的な結合
を行った。
As the optical gate 3, a waveguide chip having a semiconductor layer structure similar to that of a semiconductor laser, also having a module structure, was used by applying a reverse bias electrically. An erbium fiber amplifier was used for the optical amplifier 4. All optical clock extraction circuits including these components were optically coupled by optical fibers.

【0031】以上の構成により、最終的に、分周クロッ
ク光パルス列23として、タイミングずれのない10G
Hzの光パルス列を得ることができた。
With the above configuration, finally, the frequency-divided clock pulse train 23 becomes 10G without any timing shift.
Hz optical pulse train was obtained.

【0032】図3は、本発明の第2の実施の形態を示す
構成図である。この実施の形態では、図1における光ク
ロック抽出回路中の光ゲート3に代えて、電気信号によ
って光透過率が変調を受ける動作をする光変調器31を
用いており、また、光増幅器4に代えて、光検出器32
とその電気信号出力を増幅する高周波増幅器33とを光
クロック抽出回路中に配置した。
FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, instead of the optical gate 3 in the optical clock extraction circuit in FIG. 1, an optical modulator 31 whose light transmittance is modulated by an electric signal is used. Instead, the light detector 32
And a high-frequency amplifier 33 for amplifying the electric signal output are arranged in the optical clock extracting circuit.

【0033】基本的な分周抽出クロック光パルス列の発
生の動作原理は、図1の場合と同様である。ただし、第
1のモード同期半導体レーザ1から生成する同一周波数
抽出クロック光パルス列22は、分周抽出クロック光パ
ルス列23を光検出器32により光電変換しこの電気信
号により光変調器31を駆動することで、強度変調され
る。この構成においても、最終的に、分周クロック光パ
ルス列23として、タイミングずれのない10GHzの
光パルス列を得ることができる。
The basic operation principle of generating the frequency-divided extracted clock light pulse train is the same as that of FIG. However, the same frequency extracted clock optical pulse train 22 generated from the first mode-locked semiconductor laser 1 is obtained by photoelectrically converting the frequency-divided extracted clock optical pulse train 23 by the photodetector 32 and driving the optical modulator 31 by this electric signal. Is intensity modulated. Also in this configuration, it is possible to finally obtain a 10 GHz optical pulse train without any timing shift as the divided clock optical pulse train 23.

【0034】図4は、本発明の第3の実施の形態を示す
構成図である。この実施の形態では、図1の光クロック
抽出回路において、光ゲート3に代えて、電気信号によ
って光透過率が変調を受ける動作をする光変調器31を
設け、また、光増幅器4によって増幅された第2のモー
ド同期半導体レーザ2からの光出力を受光するための高
光耐力光検出器34が用いられている。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, in the optical clock extraction circuit of FIG. 1, an optical modulator 31 is provided in place of the optical gate 3 and operates so that the light transmittance is modulated by an electric signal. In addition, a high light tolerance photodetector 34 for receiving the optical output from the second mode-locked semiconductor laser 2 is used.

【0035】この例では、図3の構成と同様に、第1の
モード同期半導体レーザ1から生成する同一周波数抽出
クロック光パルス列22は、分周抽出クロック光パルス
列23を高光耐力光検出器34により光電変換した電気
信号により光変調器31を駆動することで、強度変調さ
れる。
In this example, as in the configuration of FIG. 3, the same frequency extracted clock light pulse train 22 generated from the first mode-locked semiconductor laser 1 is obtained by dividing the frequency-divided extracted clock light pulse train 23 by the high light tolerance photodetector 34. Driving the optical modulator 31 with the photoelectrically converted electric signal performs intensity modulation.

【0036】図5は、本発明による光クロック抽出回路
を適用した光通信システムの一実施の形態を示すブロッ
ク図であり、受信側のデータ復調部におけるクロックタ
イミング抽出回路として本発明による光クロック抽出回
路が用いられる。
FIG. 5 is a block diagram showing an embodiment of an optical communication system to which the optical clock extracting circuit according to the present invention is applied. The optical clock extracting circuit according to the present invention is used as a clock timing extracting circuit in a data demodulating unit on the receiving side. A circuit is used.

【0037】図5(a)に示すように、送信側からは、
短パルス光源51からの光出力をデータ変調器52によ
り信号多重された、例えば100Gb/sの光データが
送信される。この光データは、光ファイバ53、光増幅
器54、再生中継器55等を経由して受信側のデータ復
調器56で、多重された光信号が例えば10Gb/sの
出力信号群として分離され、出力される。
As shown in FIG. 5A, from the transmitting side,
Optical data of, for example, 100 Gb / s, in which the optical output from the short pulse light source 51 is signal-multiplexed by the data modulator 52, is transmitted. This optical data is passed through an optical fiber 53, an optical amplifier 54, a regenerative repeater 55, etc., and received by a data demodulator 56 on the receiving side, where the multiplexed optical signals are separated as an output signal group of, for example, 10 Gb / s, and output. Is done.

【0038】また、図5(b)に示すように、このデー
タ復調器56には、受信した100Gb/sの光データ
から10Gb/s出力信号群を光ゲート57によって分
離するために、受信した100Gb/sの光データから
10GHzの光クロックを抽出する本発明による光クロ
ック抽出回路58が用いられる。
Further, as shown in FIG. 5B, the data demodulator 56 receives the 10 Gb / s output signal group from the received 100 Gb / s optical data by the optical gate 57 in order to separate the group. An optical clock extraction circuit 58 according to the present invention that extracts a 10 GHz optical clock from 100 Gb / s optical data is used.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明によれば、2つのモード同期半導
体レーザを利用して、電気的な速度制限によらず数十G
b/s以上の信号光パルス列からタイミングずれのない
高安定な分周クロック光パルスを生成可能な光クロック
抽出回路を提供することができる。
According to the present invention, by using two mode-locked semiconductor lasers, several tens G
It is possible to provide an optical clock extracting circuit capable of generating a stable frequency-divided clock light pulse having no timing shift from a signal light pulse train of b / s or more.

【0040】さらに、本発明の光クロック抽出回路によ
って、受信端での電気的な速度制限を受けることなく、
波長あたり数十Gb/s以上の速度の光信号を伝送可能
な、光通信システムを構築することができる。
Further, the optical clock extracting circuit of the present invention does not limit the electric speed at the receiving end.
An optical communication system capable of transmitting an optical signal at a speed of several tens Gb / s or more per wavelength can be constructed.

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

【図1】本発明による光クロック抽出回路の第1の実施
の形態を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an optical clock extraction circuit according to the present invention.

【図2】本発明による光クロック抽出回路の、入力信号
光パルス列および各抽出クロック光パルス列の時間波形
の相互のタイミングを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing mutual timings of time waveforms of an input signal light pulse train and each extracted clock light pulse train in the optical clock extraction circuit according to the present invention.

【図3】本発明による光クロック抽出回路の第2の実施
の形態を示す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the optical clock extraction circuit according to the present invention.

【図4】本発明による光クロック抽出回路の第3の実施
の形態を示す構成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing a third embodiment of the optical clock extraction circuit according to the present invention.

【図5】本発明による光クロック抽出回路を適用した光
通信システムを示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing an optical communication system to which the optical clock extraction circuit according to the present invention is applied.

【図6】従来例における分周光クロック生成回路の構成
図である。
FIG. 6 is a configuration diagram of a frequency-divided optical clock generation circuit in a conventional example.

【図7】従来例の分周光クロック生成回路における半導
体レーザ増幅器の利得の時間変化と分周クロック光パル
ス生成との関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a time change of a gain of a semiconductor laser amplifier and generation of a divided clock optical pulse in a divided optical clock generation circuit of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1のモード同期半導体レーザ 2 第2のモード同期半導体レーザ 3 光ゲート 4 光増幅器 11 第1の光カプラ 12 第2の光カプラ 13 光遅延器 21 入力信号光パルス列 22 同一周波数抽出クロック光パルス列 23 分周抽出クロック光パルス列 25 クロック光パルス列 26 分周クロック光パルス列 31 光変調器 32 光検出器 33 高周波増幅器 34 高光耐力光検出器 51 短パルス光源 52 データ変調器 53 光ファイバ 54 光増幅器 55 再生中継器 56 データ復調器 57 光ゲート 58 光クロック抽出回路 61 光整形増幅器 101 入力信号光パルス列波形 102 同一周波数抽出クロック光パルス列波形 103 同一周波数抽出クロック光パルス列変調波形 104 分周抽出クロック光パルス列波形 105 クロック光パルス列波形 106 分周クロック光パルス列波形 107 半導体レーザ増幅器利得時間変化 108 半導体レーザ増幅器透過クロック光パルス列波
REFERENCE SIGNS LIST 1 first mode-locked semiconductor laser 2 second mode-locked semiconductor laser 3 optical gate 4 optical amplifier 11 first optical coupler 12 second optical coupler 13 optical delay unit 21 input signal light pulse train 22 same frequency extraction clock light pulse train 23 Frequency-divided extracted clock optical pulse train 25 Clock optical pulse train 26 Frequency-divided clock optical pulse train 31 Optical modulator 32 Photodetector 33 High-frequency amplifier 34 High light tolerance photodetector 51 Short pulse light source 52 Data modulator 53 Optical fiber 54 Optical amplifier 55 Reproduction Repeater 56 data demodulator 57 optical gate 58 optical clock extraction circuit 61 optical shaping amplifier 101 input signal optical pulse train waveform 102 identical frequency extracted clock optical pulse train waveform 103 identical frequency extracted clock optical pulse train modulated waveform 104 frequency-divided extracted clock optical pulse train waveform 105 Clock Optical pulse train waveform 106 frequency-divided clock pulse train waveform 107 semiconductor laser amplifier gain time change 108 the semiconductor laser amplifier transmitting optical clock pulse train waveform

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F073 AB25 AB28 AB30 BA01 CA12 EA14 GA38 5K002 BA02 BA04 BA13 CA13 CA17 DA07 FA01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F073 AB25 AB28 AB30 BA01 CA12 EA14 GA38 5K002 BA02 BA04 BA13 CA13 CA17 DA07 FA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 信号光パルス列の入射に対して、そのク
ロック周波数と同一周波数の第1の抽出クロック光パル
ス列を前記信号光パルス列と同期して発生する第1のモ
ード同期半導体レーザと、 前記第1のモード同期半導体レーザから出力される第1
の抽出クロック光パルス列の入射に対して、そのクロッ
ク周波数の整数分の1の周波数の第2の抽出クロック光
パルス列を前記第1の抽出クロック光パルス列と同期し
て発生し、分周抽出クロック光パルスとして出力する第
2のモード同期半導体レーザと、 前記第1及び第2のモード同期半導体レーザの間に光学
的に結合され、前記第1の同期半導体レーザから出力さ
れる第1の抽出クロック光パルス列を変調する光変調手
段と、 前記光変調手段に供給する変調信号を、前記第2のモー
ド同期半導体レーザから出力される第2の抽出クロック
光パルス列から抽出する変調信号抽出手段と、を備えて
いることを特徴とする光クロック抽出回路。
A first mode-locked semiconductor laser that generates a first extracted clock light pulse train having the same frequency as the clock frequency thereof in synchronization with the signal light pulse train when the signal light pulse train is incident; 1st mode-locked semiconductor laser
In response to the input of the extracted clock light pulse train, a second extracted clock light pulse train having a frequency that is a fraction of an integer of the clock frequency is generated in synchronization with the first extracted clock light pulse train, and the frequency-divided extracted clock light train is generated. A second mode-locked semiconductor laser outputting as a pulse; and a first extracted clock light optically coupled between the first and second mode-locked semiconductor lasers and output from the first synchronous semiconductor laser. Light modulation means for modulating a pulse train; and modulation signal extraction means for extracting a modulation signal to be supplied to the light modulation means from a second extracted clock light pulse train output from the second mode-locked semiconductor laser. An optical clock extraction circuit, comprising:
【請求項2】 前記光変調手段は、光入射によって光透
過率が変調を受ける動作をする光ゲートによって構成さ
れ、 前記変調信号抽出手段は、前記第2のモード同期半導体
レーザからの光出力の一部を外部に取り出す第1の光カ
プラと、該第1の光カプラからの光出力に光学的遅延を
与える光遅延器と、該光遅延器からの光出力を増幅する
光増幅器と、該光増幅器によって増幅された光出力を前
記の光ゲートに入射するための第2の光カプラによって
構成されていることを特徴とする請求項1記載の光クロ
ック抽出回路。
2. The light modulating means is constituted by an optical gate which operates so that light transmittance is modulated by incidence of light, and the modulation signal extracting means operates on a light output of the second mode-locked semiconductor laser. A first optical coupler for extracting a part to the outside, an optical delay unit for providing an optical delay to the optical output from the first optical coupler, an optical amplifier for amplifying the optical output from the optical delay unit, 2. The optical clock extracting circuit according to claim 1, further comprising a second optical coupler for inputting the optical output amplified by the optical amplifier to the optical gate.
【請求項3】 前記光変調手段は、電気信号によって光
透過率が変調を受ける動作をする光変調器によって構成
され、 前記変調信号抽出手段は、前記第2のモード同期半導体
レーザからの光出力の一部を外部に取り出す光カプラ
と、該光カプラからの光出力に光学的遅延を与える光遅
延器と、該光遅延器からの光出力を増幅する光増幅器
と、該光増幅器からの光出力を受光するための高光耐力
光検出器と、該光検出器からの電気信号を前記光変調器
に加える手段によって構成されていることを特徴とする
請求項1記載の光クロック抽出回路。
3. The optical modulator according to claim 1, wherein the optical modulator comprises an optical modulator that operates to modulate light transmittance by an electric signal, and the modulated signal extractor comprises an optical output from the second mode-locked semiconductor laser. An optical coupler for extracting a part of the optical signal to the outside, an optical delay unit for giving an optical delay to the optical output from the optical coupler, an optical amplifier for amplifying the optical output from the optical delay unit, and a light from the optical amplifier. 2. The optical clock extracting circuit according to claim 1, further comprising a high light-tolerance photodetector for receiving an output, and means for applying an electric signal from the photodetector to the optical modulator.
【請求項4】 前記光変調手段は、電気信号によって光
透過率が変調を受ける動作をする光変調器によって構成
され、 前記変調信号抽出手段は、前記第2のモード同期半導体
レーザからの光出力の一部を外部に取り出す光カプラ
と、該光カプラからの光出力に光学的遅延を与える光遅
延器と、該光遅延器からの光出力を受光するための光検
出器と、該光検出器からの電気信号出力を増幅する高周
波増幅器と、該高周波増幅器からの電気信号を前記光変
調器に加える手段によって構成されていることを特徴と
する請求項1記載の光クロック抽出回路。
4. The optical modulation means comprises an optical modulator which operates to modulate light transmittance by an electric signal, and wherein the modulation signal extracting means comprises an optical output from the second mode-locked semiconductor laser. An optical coupler for extracting a part of the optical output to the outside, an optical delay unit for providing an optical delay to the optical output from the optical coupler, a photodetector for receiving the optical output from the optical delay unit, and the photodetector 2. The optical clock extracting circuit according to claim 1, further comprising a high-frequency amplifier for amplifying an electric signal output from the optical amplifier, and a unit for applying an electric signal from the high-frequency amplifier to the optical modulator.
【請求項5】 前記第1のモード同期半導体レーザおよ
び第2のモード同期半導体レーザは、可飽和吸収領域と
利得領域を有しており、各々のモード同期半導体レーザ
単体では受動モード同期することを特徴とする請求項1
〜4のいずれかに記載の光クロック抽出回路。
5. The first mode-locked semiconductor laser and the second mode-locked semiconductor laser have a saturable absorption region and a gain region, and each mode-locked semiconductor laser alone performs passive mode locking. Claim 1.
The optical clock extraction circuit according to any one of claims 1 to 4.
【請求項6】 入射された信号光パルス列から分周され
た基準クロックパルス光を抽出する手段として、請求項
1〜5のいずれかに記載の光クロック抽出回路を用いた
ことを特徴とする光通信システム。
6. An optical clock using the optical clock extraction circuit according to claim 1 as means for extracting a frequency-divided reference clock pulse light from an incident signal light pulse train. Communications system.
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WO2007108592A1 (en) * 2006-03-21 2007-09-27 Electronics And Telecommunications Research Institute Optical communication system and method using manchester encoded signal remodulation
US7508852B2 (en) 2005-12-14 2009-03-24 Oki Electric Industry Co., Ltd. Passive mode-locked semiconductor laser diode, and optical clock signal extracting device
CN103928837A (en) * 2014-04-21 2014-07-16 中国科学院上海光学精密机械研究所 Multi-pass amplifying system for high-power laser separation chirp pulses

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