JP2004289863A - Method and apparatus for processing optical signal - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new method, an apparatus, and a system for processing an optical signal, independently of the bit rate of the optical signal, pulse shape or the like. <P>SOLUTION: In the apparatus provided with an optical divider to divide an input optical signal into a first optical signal and a second optical signal, a waveform forming unit into which the first optical signal is input, a timing extracting unit which generates a clock pulse based on the second optical signal, an optical AND circuit into which an optical signal output from the waveform forming unit and a clock pulse output from the timing extracting are input, the timing extracting unit includes an optical waveguide structure which provides nonlinear optical effects so that chirping occurs in the second optical signal and an optical bandpass filter, into which an output optical signal output from the optical waveguide structure is supplied for extracting components other than the small components of the chirping; and the optical bandpass filter has a pass band which includes wavelength different from the wavelength of the optical signal. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光信号を処理するための方法、装置及びシステムに関する。       The present invention relates to a method, apparatus and system for processing an optical signal.

近年実用化されている光ファイバ通信システムにおいては、伝送路損失や分岐損失等による信号パワーの低下を、エルビウムドープファイバ増幅器(EDFA)等の光増幅器を用いて補償している。光増幅器はアナログ増幅器であり、信号を線形増幅するものである。この種の光増幅器においては、増幅に伴って発生する自然放出光(ASE)雑音の付加により信号対雑音比(S/N比)が低下するので、中継数ひいては伝送距離に限界が生じる。また、光ファイバの持つ波長分散やファイバ内の非線形光学効果による波形劣化も伝送限界を与える要因である。こうした限界を打破するためには、信号をデジタル的に処理する再生中継器が必要であり、その実現が望まれている。特に、全ての処理を光レベルにおいて行う全光再生中継器は、信号のビットレートやパルス形状等に依存しないトランスペアレントな動作を実現する上で重要である。   In an optical fiber communication system that has been put into practical use in recent years, a decrease in signal power due to a transmission line loss, a branch loss, or the like is compensated for using an optical amplifier such as an erbium-doped fiber amplifier (EDFA). The optical amplifier is an analog amplifier and linearly amplifies a signal. In this type of optical amplifier, the signal-to-noise ratio (S / N ratio) is reduced due to the addition of spontaneous emission (ASE) noise generated with the amplification, so that the number of relays and the transmission distance are limited. In addition, chromatic dispersion of an optical fiber and waveform deterioration due to nonlinear optical effects in the fiber are also factors that give a transmission limit. In order to overcome these limitations, a regenerative repeater that processes signals digitally is required, and its realization is desired. In particular, an all-optical regenerative repeater that performs all processing at an optical level is important in realizing a transparent operation that does not depend on a signal bit rate, a pulse shape, or the like.

全光再生中継器に必要な機能は、振幅再生又はリアンプリフィケーション(Reamplification)と、タイミング再生又はリタイミング(Retiming)と、波形整形又はリシェイピング(Reshaping)とである。本発明は、これらの機能に着目して、光ファイバ等の光導波構造内を光パルスが伝搬する際に受ける自己位相変調(SPM)効果によるチャーピングを用いて、光通信システムにおける全光再生中継器や光ネットワークの各種ノードポイントにおける信号再生器等を提供するものである。   The functions required for the all-optical regenerative repeater are amplitude reproduction or re-amplification, timing reproduction or re-timing, and waveform shaping or re-shaping. Focusing on these functions, the present invention uses all-optical regeneration in an optical communication system by using chirping due to a self-phase modulation (SPM) effect received when an optical pulse propagates in an optical waveguide structure such as an optical fiber. It is intended to provide a repeater and a signal regenerator at various node points of an optical network.

光信号再生装置のタイミング抽出回路として最も一般的なものは、入力光信号をフォトダイオード等の受光器により一旦電気信号に変換し、電気的に基本周波数を抽出した後、この周波数でレーザ光を強度変調するタイプ(OEタイプ)である。OEタイプのタイミング抽出回路は、従来の光通信システムにおける再生中継器で用いられている。しかし、OEタイプのタイミング抽出回路の動作速度は信号処理のための電子回路によって制限されるので、入力信号のビットレートが低いレートで固定されてしまうという問題がある。   The most common timing extraction circuit of an optical signal reproducing device is to convert an input optical signal into an electrical signal once by a photodetector such as a photodiode, electrically extract a fundamental frequency, and then generate a laser beam at this frequency. This is a type of intensity modulation (OE type). OE type timing extraction circuits are used in regenerative repeaters in conventional optical communication systems. However, since the operation speed of the OE type timing extraction circuit is limited by the electronic circuit for signal processing, there is a problem that the bit rate of the input signal is fixed at a low rate.

また、従来の他のタイミング抽出回路として、内部にLN(リチウムナイオベート)変調器及びEA(電界吸収)変調器等の光変調器を挿入した能動MLL(モードロックレーザ)において、前述と同様に電気的に再生した基本周波数でその光変調器を変調してクロックパルスを再生するタイプも知られている。   As another conventional timing extraction circuit, an active MLL (mode-locked laser) in which an optical modulator such as an LN (lithium niobate) modulator and an EA (electroabsorption) modulator is inserted inside in the same manner as described above. There is also known a type in which the optical modulator is modulated with a fundamental frequency reproduced electrically to reproduce a clock pulse.

一方、全て光レベルで処理する全光タイプのタイミング抽出器としては、可飽和吸収体で構成されるファブリ・ぺロ・レーザ、反射及び位相変調機能部を集積化したDFB−LD(分布帰還レーザダイオード)による自己パルセーションレーザ、及び信号光で非線形媒質にAM又はFM変調をかける能動MLL等がある。   On the other hand, as an all-optical type timing extractor that performs processing at all optical levels, a Fabry-Perot laser composed of a saturable absorber and a DFB-LD (distributed feedback laser) integrating a reflection and phase modulation function unit are used. Diode) and an active MLL that applies AM or FM modulation to a nonlinear medium with signal light.

しかし、従来のタイミング抽出器による光信号の処理を波長分割多重(WDM)に適用する場合、波長チャネル分だけタイミング抽出器が必要になり、装置規模が大きくなる等の問題がある。   However, when the processing of an optical signal by a conventional timing extractor is applied to wavelength division multiplexing (WDM), there is a problem that a timing extractor is required for each wavelength channel and the device scale is increased.

よって、本発明の目的は、光信号のビットレートやパルス形状等に依存しない新規な光信号を処理するための方法、装置及びシステムを提供することである。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method, apparatus and system for processing a novel optical signal that does not depend on the bit rate, pulse shape, and the like of the optical signal.

本発明の他の目的は、WDM(波長分割多重)に適した光信号を処理するための方法、装置及びシステムを提供することである。本発明の更に他の目的は以下の説明から明らかになる。   It is another object of the present invention to provide a method, apparatus and system for processing an optical signal suitable for WDM (wavelength division multiplexing). Still other objects of the present invention will become apparent from the following description.

本発明の第1の側面によると、入力された光信号を第1の光信号及び第2の光信号に分岐する光分岐器と、上記第1の光信号が入力される波形整形器と、上記第2の光信号に基づいてクロックパルスを生成するタイミング抽出器と、上記波形整形器から出力された光信号及び上記タイミング抽出器から出力されたクロックパルスが入力される光AND回路とを備えた装置であって、上記タイミング抽出器は、上記第2の光信号にチャーピングが生じるように非線形光学効果を提供する光導波構造と、上記光導波構造から出力された出力光信号が供給され上記チャーピングの小さい成分以外の成分を抽出する光帯域通過フィルタとを含み、上記光帯域通過フィルタは上記光信号の波長と異なる波長を含む通過帯域を有している装置が提供される。   According to a first aspect of the present invention, an optical splitter that splits an input optical signal into a first optical signal and a second optical signal, a waveform shaper that receives the first optical signal, A timing extractor for generating a clock pulse based on the second optical signal; and an optical AND circuit to which the optical signal output from the waveform shaper and the clock pulse output from the timing extractor are input. The timing extractor is provided with an optical waveguide structure providing a non-linear optical effect such that chirping occurs in the second optical signal, and an output optical signal output from the optical waveguide structure. An optical band-pass filter for extracting a component other than the low-chirping component, wherein the optical band-pass filter has a pass band including a wavelength different from the wavelength of the optical signal.

本発明の第2の側面によると、入力信号光に基づき単一波長を有するクロックパルスを生成するステップと、非線形光学効果を提供する光導波構造に上記クロックパルスを供給して上記クロックパルスのスペクトルを拡散させるステップと、複数の通過帯域を有する光フィルタに上記スペクトルが拡散されたクロックパルスを供給して複数の波長を有する複数のクロックパルスを生成するステップとを備えた方法が提供される。   According to a second aspect of the present invention, a step of generating a clock pulse having a single wavelength based on an input signal light; and supplying the clock pulse to an optical waveguide structure providing a nonlinear optical effect, thereby providing a spectrum of the clock pulse. And providing a clock pulse having the spectrum spread to an optical filter having a plurality of pass bands to generate a plurality of clock pulses having a plurality of wavelengths.

本発明の第3の側面によると、異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたWDM信号光を第1のWDM信号光と第2のWDM信号光とに分岐する光分岐器と、入力ポート及び複数の出力ポートを有し、上記入力ポートには上記第1のWDM信号光が供給され、上記複数の出力ポートからは異なる波長を有する複数の光信号が出力される光デマルチプレクサと、上記第2のWDM信号光を受け、複数の波長を有する複数のクロックパルスを生成する多波長クロック発生器と、上記光デマルチプレクサの複数の出力ポートに接続され、上記複数のクロックパルスに基づき上記複数の光信号の波形整形を行う複数の波形整形器とを備え、上記多波長クロック発生器は、上記第2のWDM信号光に基づき単一波長を有するクロックパルスを生成するクロック抽出器と、上記クロックパルスを供給されて非線形光学効果により上記クロックパルスのスペクトルを拡散させる光導波構造と、複数の通過帯域を有し、上記スペクトルが拡散されたクロックパルスを供給されて複数の波長を有する複数のクロックパルスを生成する光フィルタとを備えている装置が提供される。   According to the third aspect of the present invention, an optical splitter for splitting a WDM signal light obtained by wavelength division multiplexing a plurality of optical signals having different wavelengths into a first WDM signal light and a second WDM signal light. A first WDM signal light is supplied to the input port, and a plurality of optical signals having different wavelengths are output from the plurality of output ports. A demultiplexer; a multi-wavelength clock generator for receiving the second WDM signal light and generating a plurality of clock pulses having a plurality of wavelengths; and a plurality of clocks connected to a plurality of output ports of the optical demultiplexer. A plurality of waveform shapers for shaping the waveforms of the plurality of optical signals based on a pulse, wherein the multi-wavelength clock generator has a clock having a single wavelength based on the second WDM signal light. A clock extractor that generates a pulse, an optical waveguide structure that is supplied with the clock pulse and spreads the spectrum of the clock pulse by a non-linear optical effect, and has a plurality of passbands. An optical filter provided to generate a plurality of clock pulses having a plurality of wavelengths.

本発明によると、光信号のビットレートやパルス形状等に依存しない新規な光信号の処理のための方法、装置及びシステムの提供が可能になるという効果が生じる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the effect that it becomes possible to provide the method, apparatus, and system for novel optical signal processing which does not depend on the bit rate, pulse shape, etc. of an optical signal is produced.

以下、添付図面を参照して本発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

いま、幅T0、ピークパワーP0の光パルスU(z,T)が光ファイバ中を伝搬する場合を考える。ここに、Tは光パルスとともに動く座標系での時間である。この光ファイバの波長分散βがあまり大きくなく、分散長LD=T0 2/|β2|が光パルスに対する非線形長LNL=1/γP0(γは3次非線形定数)に比べて十分長い(LD≫LNL)場合には、SPM(自己位相変調)による位相シフトφNL(z,L)は以下のように表せる。 Now, consider a case where an optical pulse U (z, T) having a width T 0 and a peak power P 0 propagates through an optical fiber. Here, T is the time in the coordinate system that moves with the light pulse. The chromatic dispersion β 2 of this optical fiber is not so large, and the dispersion length L D = T 0 2 / | β 2 | is smaller than the nonlinear length L NL = 1 / γP 0 (γ is a third-order nonlinear constant) for an optical pulse. If sufficiently long (L D »L NL) is, SPM phase shift by (self phase modulation) φ NL (z, L) can be expressed as follows.

Figure 2004289863
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ここに、zeff=[1−exp(−αz)]/αは有効(非線形)相互作用長である。 Here, z eff = [1-exp (−αz)] / α is an effective (non-linear) interaction length.

このとき、チャープδωNLは以下で与えられる。 At this time, the chirp δω NL is given by:

Figure 2004289863
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|U(0,T)|2はピークパワーに相当するから、(2)式によれば、光パルスの各部分におけるチャーピングは、パワー傾斜がきつい部分ほど大きくなる。また、伝搬距離zが長くなり非線形長LNLが短くなる(γP0が大きくなる)とともに大きくなる。こうして、SPMによるチャーピングは新しい周波数成分を光パルスに与え、結果としてスペクトルを拡大する。 Since | U (0, T) | 2 corresponds to the peak power, according to the equation (2), the chirping in each part of the optical pulse increases as the power gradient becomes steeper. Further, the propagation distance z becomes longer and the nonlinear length L NL becomes shorter (γP 0 becomes larger) and becomes larger. Thus, chirping by SPM imparts new frequency components to the light pulse and consequently broadens the spectrum.

特に、用いるパルスが数ps或いはそれより短いパルスであり、しかもピークパワーが数ワット或いはそれよりも大きい場合には、チャープδωNLは非常に大きなものとなり、所謂スーパーコンティニューム(Supercontinuum:SC)と称される広帯域スペクトルを有する光(SC光)となる。例えば光ファイバ中の3次非線形効果の応答時間はフェムト秒オーダであるため、SC光の各スペクトル成分はもとの入力信号パルスにほぼ完全に同期している。従って、光帯域通過フィルタを用いてSC光の一部を取り出すと、入力信号パルスに同期した1つ又は複数のパルスを抽出することができる。このことは、SC光の帯域内の任意の波長の入力信号パルスに同期したパルスを生成可能であることを示している。 In particular, when the pulse to be used is a pulse of several ps or shorter, and the peak power is several watts or more, the chirp δω NL becomes very large, which is a so-called supercontinuum (SC). Light (SC light) having a so-called broadband spectrum. For example, since the response time of the third-order nonlinear effect in an optical fiber is on the order of femtoseconds, each spectral component of the SC light is almost completely synchronized with the original input signal pulse. Therefore, when a part of the SC light is extracted using the optical band-pass filter, one or a plurality of pulses synchronized with the input signal pulse can be extracted. This indicates that a pulse synchronized with an input signal pulse of an arbitrary wavelength in the band of the SC light can be generated.

一例として、m次のスーパーガウシアン(Super−Gaussian)型の光パルス   As an example, a super-Gaussian light pulse of the m-th order is used.

Figure 2004289863
Figure 2004289863

を光ファイバに入力する場合を考えると、(2)式より、 When inputting into the optical fiber, from the equation (2),

Figure 2004289863
Figure 2004289863

である。特に、通常のガウシアン(Gaussian)パルス(m=1)については、 It is. In particular, for a normal Gaussian pulse (m = 1),

Figure 2004289863
Figure 2004289863

である。(3)−(5)式の様子を図1の(A)及び(B)に示す。図1の(A)及び(B)において、実線はガウシアンパルス(m=1)の場合を示しており、破線はm=3のときのスーパーガウシアンパルスの場合を示している。パルスのスロープに沿ってチャープが発生し、先頭部分では、δω<0、後尾部分ではδω>0となる(アップチャープ)。また、ガウシアンパルスにおいては、パルスのピーク付近ではほぼ線形なチャープとなっている。 It is. (A) and (B) in FIG. 1 show the states of the equations (3) to (5). In FIGS. 1A and 1B, a solid line shows a case of a Gaussian pulse (m = 1), and a broken line shows a case of a super Gaussian pulse when m = 3. Chirp occurs along the slope of the pulse, and δω <0 at the beginning and δω> 0 at the tail (up chirp). The Gaussian pulse has a substantially linear chirp near the peak of the pulse.

図1の(A)及び(B)は、光パルスにSPMによるチャープを与えることによって、パルスの時間成分をスペクトル上で分解できることを示している。特に重要なのは、チャープの大きなスロープ中央付近とチャープの小さなピーク付近及び裾部分とを区別できる点である。このことを用いて、例えばピーク及び裾付近の微小なパワー変動や累積した雑音を光フィルタを用いて除去することができる。   FIGS. 1A and 1B show that the time component of the pulse can be resolved on the spectrum by giving the chirp of the light pulse by SPM. What is particularly important is that it is possible to distinguish between the vicinity of the large slope of the chirp and the vicinity of the small peak and the bottom of the chirp. By using this, for example, minute power fluctuations near the peak and the tail and accumulated noise can be removed using an optical filter.

即ち、先ず光パルスを光ファイバ中を伝搬させ、強制的にSPMを発生させ、チャープの大きな部分と小さな部分に周波数的に分離した後、チャープの小さな(δω〜0)付近のスペクトル成分を光バンドストップフィルタ(BSP)を用いて集中的に除去する。   That is, first, an optical pulse is propagated through an optical fiber to forcibly generate an SPM, and frequency-separated into a large portion and a small portion of the chirp. The band-stop filter (BSP) is used to remove intensively.

このようにして、全光2R(リアンプリフィケイション及びリシェイピング)再生を行う方法については既に特願2000―34454号(平成12年2月14日出願)において示した。もし、信号パルスが十分にピークパワーの大きな短パルスであるとすると、SPMによるチャーピングによりSC光が発生する。このようなSC光においても、スペクトルの中心波長(入力信号光の波長)付近には、上述と同様に比較的小さなチャープの雑音成分が集中する。従って、このように雑音が多く含まれる帯域よりも外側のスペクトル成分から光帯域通過フィルタにより抽出すれば、雑音が除去されたクロックパルスを再生することができる。   The method of performing all-optical 2R (lean pre-figuration and reshaping) reproduction in this manner has already been described in Japanese Patent Application No. 2000-34454 (filed on Feb. 14, 2000). If the signal pulse is a short pulse having sufficiently large peak power, SC light is generated by chirping by SPM. Even in such SC light, relatively small chirp noise components are concentrated near the center wavelength of the spectrum (wavelength of the input signal light) as described above. Therefore, if the optical band-pass filter is used to extract from the spectral components outside the band including much noise, the clock pulse from which the noise has been removed can be reproduced.

SPMによるチャープを効果的に発生させるためには、波長に依存しない小さな正常分散を与える分散フラットファイバ(DFF)を用いたり、光ファイバのγ値を大きくすることが有効である。DFFは例えばコア径や比屈折率差を適切に制御することにより得ることができる。一方、光ファイバのγは、   In order to effectively generate chirp due to SPM, it is effective to use a dispersion flat fiber (DFF) that gives a small normal dispersion independent of wavelength and to increase the γ value of the optical fiber. The DFF can be obtained, for example, by appropriately controlling the core diameter and the relative refractive index difference. On the other hand, γ of the optical fiber is

Figure 2004289863
Figure 2004289863

で表される。ここに、ωは光角周波数、cは真空中の光速を表し、n2とAeffはファイバの非線形屈折率と有効コア断面積をそれぞれ表す。従来のDSF(分散シフトファイバ)の非線形係数はγ=2.6W-1km-1程度と小さいので、十分なチャープを得るためには数km〜10km以上の長さが必要であった。より短尺で十分大きなチャープを発生するためには、(6)式においてn2を大きくするかモード・フィールド径(MFD)、従ってAeffを小さくして光強度を高くするのが有効である。n2を大きくする手段としては、クラッドにフッ素等を添加し、コアにGeO2等をかなり高濃度に添加するなどの方法がある。GeO2の添加濃度が25〜30mol%の場合で5×10-20m/W以上の大きなn2値が得られている(通常のシリカファイバではn2〜3.2×10-20m/W)。一方、MFDを小さくすることは、コアとクラッドの比屈折率差やコア形状の設計により可能である。上記GeO2添加ファイバにおいて比屈折率差Δが2.5〜3%程度の場合に、MFD〜4μm程度のものが得られている。これらの効果の総合効果として15W-1km-1以上の大きなγ値のファイバが得られている。 Is represented by Here, ω represents the optical angular frequency, c represents the speed of light in a vacuum, and n 2 and A eff represent the nonlinear refractive index and effective core area of the fiber, respectively. The nonlinear coefficient of a conventional DSF (dispersion-shifted fiber) is as small as about γ = 2.6 W −1 km −1 , so that a length of several km to 10 km or more is required to obtain a sufficient chirp. In order to generate a short and sufficiently large chirp, it is effective to increase the light intensity by increasing n 2 or decreasing the mode field diameter (MFD), that is, A eff in the equation (6). As a means for increasing n 2 , there is a method of adding fluorine or the like to the clad and adding GeO 2 or the like to the core at a considerably high concentration. When the additive concentration of GeO 2 is 25 to 30 mol%, a large n 2 value of 5 × 10 −20 m 2 / W or more is obtained (n 2 to 3.2 × 10 −20 m in a normal silica fiber). 2 / W). On the other hand, it is possible to reduce the MFD by designing the relative refractive index difference between the core and the clad and the design of the core shape. When the relative refractive index difference Δ in the GeO 2 -doped fiber is about 2.5 to 3%, a fiber having an MFD of about 4 μm is obtained. As a total effect of these effects, a fiber having a large γ value of 15 W -1 km -1 or more has been obtained.

また、分散長を非線形長に比べて十分長くしたり、チャープ補償をするためには、こうしたファイバのGVDを任意に調整可能であることが望まれる。この点に関しても上記パラメータを以下のように設定することにより可能である。先ず、通常のDCFにおいて、一般にMFDを一定にした条件でΔを大きくすると分散値は正常分散領域で大きくなる。一方、コア径を大きくすると分散は減少し、逆にコア径を小さくすると分散は大きくなる。従って、与えられた波長帯においてMFDをある値に設定した状態で、コア径を大きくしていくと分散を零とすることが可能となる。逆に所望の正常分散ファイバを得ることも可能である。   In addition, in order to make the dispersion length sufficiently longer than the nonlinear length or to perform chirp compensation, it is desired that the GVD of such a fiber be arbitrarily adjustable. This point can also be set by setting the above parameters as follows. First, in a normal DCF, when Δ is generally increased under the condition that the MFD is fixed, the variance value increases in the normal variance region. On the other hand, as the core diameter increases, the dispersion decreases, and conversely, as the core diameter decreases, the dispersion increases. Therefore, when the MFD is set to a certain value in a given wavelength band, the dispersion can be made zero by increasing the core diameter. Conversely, it is also possible to obtain a desired normal dispersion fiber.

このような方法により、γ=15W-1km-1以上の高非線形分散シフトファイバ(HNL−DSF)やDCF(分散補償ファイバ)が実現している。例えば、γ=15W-1km-1のファイバは通常のDSFに比べて2.6/15〜1/5.7程度の長さで同じ効率を達成可能である。上記のように通常のDSFでは10km程度の長さが必要であるが、このようなファイバでは1〜2km程度の長さで同様の効果が達成できる。実際には、短くなる分損失が少なくなるから更に短い長さでよい。 By such a method, a highly nonlinear dispersion-shifted fiber (HNL-DSF) or DCF (dispersion compensating fiber) having γ = 15 W −1 km −1 or more is realized. For example, a fiber with γ = 15 W −1 km −1 can achieve the same efficiency with a length of about 2.6 / 15 to 1 / 5.7 as compared with a normal DSF. As described above, a normal DSF requires a length of about 10 km, but with such a fiber, the same effect can be achieved with a length of about 1 to 2 km. In practice, the shorter the length, the shorter the loss.

図2は本発明による装置の第1実施形態を示すブロック図である。非線形光学効果を提供する光導波構造として、光ファイバ2が用いられている。光ファイバ2のGVDはβであり、光ファイバ2は例えば供給された光信号に正常分散及び3次の非線形光学効果を与える。 FIG. 2 is a block diagram showing a first preferred embodiment of the device according to the present invention. An optical fiber 2 is used as an optical waveguide structure that provides a nonlinear optical effect. GVD of the optical fiber 2 is beta 2, the optical fiber 2 gives normal dispersion and third-order nonlinear optical effects, for example, the supplied optical signal.

中心波長λSを有する光信号としての信号パルス4は、光増幅器6により所要のチャーピングを発生させるのに十分な程度のパワーまで増幅された後、光ファイバ2に入力される。光ファイバ2内においては、SPMによりチャーピングが発生し、スペクトルが拡大(拡散)される。チャーピングが与えられて光ファイバ2から出力された出力光信号は、通過帯域の中心波長がλの光帯域通過フィルタ(BPF)8を通過してチャーピングの小さい成分以外の成分が抽出されて、中心波長λを有する再生パルス10が出力される。 The signal pulse 4 as an optical signal having the center wavelength λ S is input to the optical fiber 2 after being amplified by the optical amplifier 6 to a power sufficient to generate required chirping. In the optical fiber 2, chirping occurs due to SPM, and the spectrum is expanded (spread). The output optical signal output from the optical fiber 2 given the chirping passes through an optical band-pass filter (BPF) 8 having a passband center wavelength of λ S ′, and components other than the component having a small chirp are extracted. Then, the reproduction pulse 10 having the center wavelength λ S ′ is output.

チャーピングの小さな成分には、主にオフパワー(0符合)成分の零点からの変動分(例えばGVDによる波形劣化)やパルスのピーク付近のスロープの小さな成分が含まれる。これらの成分は光信号対雑音比(OSNR)を決定付けるものであるので、この部分をBPFにより除去することにより、これらの成分のパワー変動、消光比劣化、雑音累積等によるOSNRの低下を改善することができる。従って、本発明により、OSNRの改善を伴う波長変換及びクロックパルスの抽出が可能になる。   The small chirping component mainly includes a variation (for example, waveform deterioration due to GVD) from the zero point of the off-power (0 sign) component and a small slope component near the peak of the pulse. Since these components determine the optical signal-to-noise ratio (OSNR), by removing these portions by the BPF, the OSNR reduction due to power fluctuation, extinction ratio degradation, noise accumulation, etc. of these components is improved. can do. Therefore, the present invention enables wavelength conversion and clock pulse extraction with an improvement in OSNR.

BPF8の通過帯域の中心波長λは、雑音を含むチャープの小さい成分が出力信号パルス10に含まれないように、信号パルスの中心波長λSから十分にしておくことが望ましい。また、BPF8の通過帯域の幅及び形状は、必要とされるパルスの幅及び形状に応じて適宜設定しておくことが望ましい。基本的には、入力信号パルス4のスペクトル形状とほぼ等しく設定される。 The center wavelength λ S ′ of the pass band of the BPF 8 is desirably set sufficiently from the center wavelength λ S of the signal pulse so that a component having a small chirp including noise is not included in the output signal pulse 10. Further, it is desirable that the width and shape of the pass band of the BPF 8 are appropriately set according to the required pulse width and shape. Basically, it is set substantially equal to the spectrum shape of the input signal pulse 4.

ここで、本発明の実施可能性を評価するために、チャープの程度を見積っておく。例えばT0=5psのパルスがβ2=1ps2/km、γ=20W-1km-1の正常分散ファイバを伝搬する場合を考える。P0=1W程度で入力するとすると、LD=25km、LNL=0.05kmであるから、LD≫LNLが成り立つ。従って、ここではチャープに対する分散の影響は無視する。 Here, in order to evaluate the feasibility of the present invention, the degree of chirp is estimated. For example, consider a case where a pulse of T 0 = 5 ps propagates through a normal dispersion fiber of β 2 = 1 ps 2 / km and γ = 20 W −1 km −1 . If input is made at about P 0 = 1 W, L D = 25 km and L NL = 0.05 km, so that L D ≫L NL holds. Therefore, the effect of dispersion on chirp is ignored here.

このときチャープδωは、L=0.5kmのとき1.68THz(13nm)である。同様の条件でP0=2Wとすれば、3.33THz(26nm)となる。5〜10psの短パルスに対しては、例えば40Gb/s程度の信号であっても、1W程度のピークパワーは比較的容易に実現可能であり、上記見積もりを考慮しても本発明は実施可能である。 At this time, the chirp δω is 1.68 THz (13 nm) when L = 0.5 km. Assuming that P 0 = 2 W under the same conditions, it is 3.33 THz (26 nm). For a short pulse of 5 to 10 ps, a peak power of about 1 W can be relatively easily realized even with a signal of about 40 Gb / s, for example, and the present invention can be implemented even in consideration of the above estimation. It is.

図3は本発明による装置の第2実施形態を示すブロック図である。この実施形態では、複数の(図では2つの)通過帯域を有する光帯域通過フィルタ8が用いられている。これらの通過帯域の中心波長は、λS´及びλS´´である。このように多峰性のBPFを用いることによって、中心波長λS´及びλS´´を有する2つの光信号を含む出力WDM信号パルスを得ることができる。多峰性のBPFとしては、AWG(アレイドウエイブガイド)やインターリーバフィルタ、或いはタンデム接続されたファイバグレーティング等を用いることができる。 FIG. 3 is a block diagram showing a second preferred embodiment of the device according to the present invention. In this embodiment, an optical bandpass filter 8 having a plurality of (two in the figure) passbands is used. The center wavelength of the passband is lambda S'and λ S''. By using a multimodal BPF in this manner, an output WDM signal pulse including two optical signals having center wavelengths λ S ′ and λ S ″ can be obtained. As the multimodal BPF, an AWG (arrayed waveguide), an interleaver filter, a tandem-connected fiber grating, or the like can be used.

次に、図4を用いて、本発明による雑音除去の原理について説明する。   Next, the principle of noise removal according to the present invention will be described with reference to FIG.

図4は本発明による処理前の信号パルス内の強度揺らぎを示しており、その横軸は時間(T)である。このパルスの各部分のSPMによるチャーピングを考えると、先ず、a及びa´の部分は光増幅器の自然放出光(ASE)雑音或いはファイバ伝送による波形歪等に由来するものである。a及びa´で示される部分は本来零レベルにあるべきであり、従って強度が低い。従って、a及びa´で示される部分は、光ファイバ内で受けるチャープも小さい。   FIG. 4 shows the intensity fluctuation in the signal pulse before processing according to the present invention, and the horizontal axis is time (T). Considering the chirping of each part of this pulse by SPM, first, the parts a and a 'are derived from spontaneous emission (ASE) noise of the optical amplifier or waveform distortion due to fiber transmission. The parts indicated by a and a 'should originally be at zero level and therefore have low intensity. Therefore, the portions indicated by a and a 'receive less chirp in the optical fiber.

次に、b及びb´で示されるように、パルスのピーク付近及びスロープ上の揺らぎは主に信号パルスと光増幅器のASEとのビート雑音、光ファイバ伝送による波形歪み等によるものであり、信号の帯域と同等或いは若干広い帯域を持つものであるから、傾斜はパルス自体の傾斜と同等か或いは若干きつい程度である。この場合の強度の変動の山と谷の部分では、傾斜が零となるため、その付近のチャープは小さい。   Next, as shown by b and b ', fluctuations near the pulse peak and on the slope are mainly caused by beat noise between the signal pulse and the ASE of the optical amplifier, waveform distortion due to optical fiber transmission, and the like. Since the band has a band equal to or slightly wider than the band, the slope is equal to or slightly greater than the slope of the pulse itself. In the peak and valley portions of the intensity fluctuation in this case, the inclination becomes zero, and the chirp in the vicinity is small.

但し、c及びc´で示されるように、極端にピーキーな変動成分も存在するであろう。このような特異点では、チャープがパルス自体のスロープにおけるものよりも大きく、スペクトルはメインスロープのそれよりも外側に位置する。   However, as shown by c and c ′, there will be extremely peaky fluctuation components. At such a singular point, the chirp is larger than on the slope of the pulse itself, and the spectrum is located outside that of the main slope.

従って、比較的チャープの小さな成分及び特異点の部分から発生するような極端にチャープの大きなチャープ成分を除いたスペクトル成分からBPFにより抽出した光パルスは、雑音による強度揺らぎが抑圧されたものとなる。   Accordingly, the light pulse extracted by the BPF from the spectral component excluding the chirp component having a relatively small chirp and the chirp component having an extremely large chirp generated from the singular point portion has the intensity fluctuation due to noise suppressed. .

図5は本発明により抽出される全体の透過帯域(通過帯域)を示している。ここでは、中心波長λSの信号スペクトルに対して波長λSに関して対象な2つの透過帯域が与えられている。2つの透過帯域の間の阻止帯域は例えば光バンドストップフィルタによって与えられ、2つの透過帯域の外側の阻止帯域は例えば光バンドパスフィルタによって与えられる。この場合、光バンドストップフィルタによる阻止帯域のほうが光バンドパスフィルタの通過帯域よりも狭い。2つの透過帯域の間の阻止帯域によって図4にa,a´,b及びb´で示される雑音成分を除去することができ、2つの透過帯域の外側の阻止帯域によってc及びc´で示される雑音成分を除去することができる。 FIG. 5 shows the entire transmission band (pass band) extracted according to the present invention. Here, two transmission bands of interest for the wavelength λ S are given to the signal spectrum of the center wavelength λ S. The stop band between the two transmission bands is provided, for example, by an optical band stop filter, and the stop band outside the two transmission bands is provided, for example, by an optical band pass filter. In this case, the stop band of the optical band stop filter is narrower than the pass band of the optical band pass filter. A stop band between the two transmission bands can remove noise components indicated by a, a ', b, and b' in FIG. 4, and can be indicated by c and c 'by a stop band outside the two transmission bands. Noise components can be removed.

光バンドストップフィルタとしては、例えば狭帯域のファイバグレーティングを用いることができる。また、光バンドパスフィルタとしては、ファイバグレーティングによる反射を用いたり或いはダブルキャビティ型の多層膜フィルタ等の高次フィルタを用いることができる。   As the optical band stop filter, for example, a narrow band fiber grating can be used. As the optical bandpass filter, reflection by a fiber grating can be used, or a higher-order filter such as a double-cavity type multilayer filter can be used.

ところで、図5においては、中心付近の強度が最も大きな形でスペクトルが表示されているが、分散やパルスのパワーを適当に設定すると、スペクトルの形状をフラットにすることが可能である。正常分散(β2>0)に設定した場合などがそうであるし、(この場合パルスは矩形状に広がりつつチャープしていく)、極端な場合には、スーパーコンティニューム(Supercontinuum)と称される超広帯域の白色スペクトルになる(この場合にはSPMだけでなく四光波混合等の寄与が大きい)。こうしたフラットなチャープスペクトルに本発明を適用すれば、入力ピークパワーに依存しない一定の出力が得られるので、ピーク付近の揺らぎを効果的に抑圧することができる。 By the way, in FIG. 5, the spectrum is displayed in a form in which the intensity near the center is the largest, but it is possible to flatten the shape of the spectrum by appropriately setting the dispersion and the power of the pulse. This is the case when the normal dispersion (β 2 > 0) is set (in this case, the pulse chirps while spreading in a rectangular shape), and in the extreme case, it is called a supercontinuum (Supercontinuum). (In this case, the contribution of not only SPM but also four-wave mixing is large). If the present invention is applied to such a flat chirp spectrum, a constant output independent of the input peak power can be obtained, so that the fluctuation near the peak can be effectively suppressed.

図6は本発明による装置の第3実施形態を示すブロック図である。中心波長λSを有する入力信号光12は、タイミング抽出光回路14に供給され、中心波長λS’を有するクロックパルス16が抽出される。クロックパルス16は、光増幅器6により所要のチャーピングを発生させるのに十分な程度のパワーまで増幅された後、非線形光学効果を提供する光導波構造としての光ファイバ2に入力される。光ファイバ2内においては、SPMによりチャーピングが発生し、スペクトルが拡大される。チャーピングが与えられて光ファイバ2から出力された出力光信号は、通過帯域の中心波長がλS’’の光帯域通過フィルタ8を通過してチャーピングの小さい成分以外の成分が抽出されて、中心波長λS’’の出力クロックパルス18が出力される。 FIG. 6 is a block diagram showing a third preferred embodiment of the device according to the present invention. The input signal light 12 having the center wavelength λ S is supplied to the timing extracting optical circuit 14, and the clock pulse 16 having the center wavelength λ S ′ is extracted. The clock pulse 16 is amplified by the optical amplifier 6 to a power sufficient to generate the required chirping, and then input to the optical fiber 2 as an optical waveguide structure for providing a nonlinear optical effect. In the optical fiber 2, chirping occurs due to SPM, and the spectrum is expanded. The output optical signal output from the optical fiber 2 given the chirping passes through the optical band-pass filter 8 having the center wavelength of the pass band λ S ″, and the components other than the component having a small chirping are extracted. , An output clock pulse 18 having a center wavelength λ S ″ is output.

この実施形態によると、タイミング抽出光回路により発生させたクロックパルス16に各種の雑音や波形歪がある場合でも、それらを抑圧し、より品質の高いクロックパルスを得ることができる。また、タイミング抽出光回路により発生したクロックパルスの波長が元の信号波長と異なる場合(λS≠λS’)であっても、λS’’=λSとなるように光帯域通過フィルタ8の通過帯域の中心波長を設定することによって、もとの信号波長と同じ波長を有するクロックパルスを発生することができる。更に、光帯域通過フィルタ8の通過帯域の中心波長を適宜設定することによって、任意の波長を有するクロックパルスを発生することができる。 According to this embodiment, even when the clock pulse 16 generated by the timing extraction optical circuit has various noises and waveform distortions, they can be suppressed and a higher quality clock pulse can be obtained. Also, even when the wavelength of the clock pulse generated by the timing extraction optical circuit is different from the original signal wavelength (λ S ≠ λ S ′ ), the optical bandpass filter 8 is set so that λ S = λ S. By setting the center wavelength of the pass band, a clock pulse having the same wavelength as the original signal wavelength can be generated. Further, by appropriately setting the center wavelength of the pass band of the optical band-pass filter 8, a clock pulse having an arbitrary wavelength can be generated.

図7は本発明によるシステムの実施形態を示すブロック図である。このシステムは、光信号を伝送する第1の光ファイバ伝送路20と、第1の光ファイバ伝送路により伝送された光信号が入力される光中継器22と、光中継器22から出力された光信号を伝送する第2の光ファイバ伝送路24とを備えている。   FIG. 7 is a block diagram showing an embodiment of the system according to the present invention. In this system, a first optical fiber transmission line 20 for transmitting an optical signal, an optical repeater 22 to which an optical signal transmitted by the first optical fiber transmission line is input, and an output from the optical repeater 22 And a second optical fiber transmission line 24 for transmitting an optical signal.

第1の光ファイバ伝送路20から光中継器22に供給される光信号は、波長λSの入力信号光26であり、光中継器22から第2の光ファイバ伝送路24に供給される光信号は、波長λS’の出力信号光28である。 The optical signal supplied from the first optical fiber transmission line 20 to the optical repeater 22 is the input signal light 26 having the wavelength λ S , and the optical signal supplied from the optical repeater 22 to the second optical fiber transmission line 24. The signal is an output signal light 28 having a wavelength λ S ′ .

光中継器22は本発明による装置の構成を含むことができる。より特定的には次の通りである。   The optical repeater 22 can include the configuration of the device according to the present invention. More specifically, it is as follows.

入力信号光26は、光増幅器30により増幅された後、光分岐器32により第1及び第2の光信号に分岐される。第1の光信号は波形成形器38に入力され、本発明によるタイミング抽出器34が第2の光信号に基づいてクロックパルス36を生成する。クロックパルス36の波長はλS’である。波形成形器38から出力された光信号及びタイミング抽出器34から出力されたクロックパルス36は光AND回路40に入力される。その結果、光AND回路40から出力信号光28が出力される。タイミング抽出器34は例えば図2に示される実施形態によって提供され得る。 After being amplified by the optical amplifier 30, the input signal light 26 is split by the optical splitter 32 into first and second optical signals. The first optical signal is input to a waveform shaper 38, and the timing extractor 34 according to the present invention generates a clock pulse 36 based on the second optical signal. The wavelength of the clock pulse 36 is λ S ′ . The optical signal output from the waveform shaper 38 and the clock pulse 36 output from the timing extractor 34 are input to the optical AND circuit 40. As a result, the output signal light 28 is output from the optical AND circuit 40. Timing extractor 34 may be provided, for example, by the embodiment shown in FIG.

この実施形態によると、本発明による装置をタイミング抽出器34に適用しているので、雑音や波形歪が抑圧された品質の高いクロックパルスを得ることができ、効果的な3R再生が実現可能である。尚、光AND回路40としてNOLM(非線形光学ループミラー)やマッハツェンダ干渉器等の光ゲートを用いる場合には、信号光の持つ情報はクロックパルスに転化されるので、出力信号光28の波長はクロックパルス36の波長に一致する。また、このような光ゲートを用いることによって、光AND動作と共に波形成形効果も得られる。   According to this embodiment, since the device according to the present invention is applied to the timing extractor 34, a high-quality clock pulse in which noise and waveform distortion are suppressed can be obtained, and effective 3R reproduction can be realized. is there. When an optical gate such as a NOLM (nonlinear optical loop mirror) or a Mach-Zehnder interferometer is used as the optical AND circuit 40, the information of the signal light is converted into a clock pulse. It matches the wavelength of the pulse 36. Also, by using such an optical gate, a waveform shaping effect can be obtained together with the optical AND operation.

図7に示される実施形態では、タイミング抽出器34に本発明による装置を適用しているが、波形整形器38に本発明による装置を適用することもできる。   In the embodiment shown in FIG. 7, the device according to the present invention is applied to the timing extractor 34, but the device according to the present invention may be applied to the waveform shaper 38.

光ファイバ伝送路20及び24の各々としては、単一モードのシリカファイバ(SMF)を用いることができ、その例としては、1.3μm零分散ファイバや1.55μm分散シフトファイバ(DSF)がある。光ファイバ伝送路20及び24の各々は、少なくとも1つの光増幅器を含む光増幅中継伝送路であり得る。この場合、光信号の減衰を光増幅器により補償することができるので、長距離伝送が可能になる。   As each of the optical fiber transmission lines 20 and 24, a single mode silica fiber (SMF) can be used, and examples thereof include a 1.3 μm zero dispersion fiber and a 1.55 μm dispersion shift fiber (DSF). . Each of the optical fiber transmission lines 20 and 24 may be an optical amplification relay transmission line including at least one optical amplifier. In this case, since the attenuation of the optical signal can be compensated for by the optical amplifier, long-distance transmission becomes possible.

本発明を実施するに際しては、効果的にチャープを発生させるために、伝送路のGVDや非線形効果による波形歪は予め補償しておくことが望ましい。従って、光ファイバ伝送路20及び24の各々には、適当な分散補償器或いは光位相共益器等が含まれる場合がある他、光ソリトン伝送が行われる場合もある。   In practicing the present invention, in order to generate chirp effectively, it is desirable to compensate in advance for waveform distortion due to GVD or non-linear effects in the transmission path. Therefore, each of the optical fiber transmission lines 20 and 24 may include an appropriate dispersion compensator or an optical phase concentrator, or may perform optical soliton transmission.

本発明によれば、高品質なタイミング再生が可能であるので、本発明を中継器に適用する場合には伝送路途中でのS/N比の改善が、また本発明を受信機に適用する場合には、受信感度の改善等が可能となる。   According to the present invention, high-quality timing reproduction is possible. Therefore, when the present invention is applied to a repeater, the S / N ratio can be improved in the middle of a transmission path, and the present invention can be applied to a receiver. In such a case, the reception sensitivity can be improved.

ところで、従来、光クロックを発生するには、入力信号光を一旦光/電気変換機により電気信号に変換した後、電気的にクロックを抽出し、再びレーザで光信号に変換することによりクロックを発生する方法が最も一般的である。しかし、この発生方法では、第1に電気的帯域制限により入力信号光の伝送速度が制限される。その上、複数波長の光クロックを発生するには、クロック発生用レーザが波長数分だけ必要になる。従って、波長分割多重用の光クロック発生装置の構成規模は、概ね波長数に比例して大きくなる。また、電気回路は信号光のフォーマットに依存するので、入力信号光の波形等に対する柔軟性が殆ど無い。   By the way, conventionally, in order to generate an optical clock, an input signal light is once converted into an electric signal by an optical / electrical converter, then the clock is electrically extracted, and the clock is converted again into an optical signal by a laser. The method that occurs is most common. However, in this generation method, first, the transmission speed of the input signal light is limited by the electrical band limitation. In addition, in order to generate an optical clock having a plurality of wavelengths, lasers for clock generation are required for the number of wavelengths. Therefore, the configuration scale of the optical clock generator for wavelength division multiplexing becomes larger in proportion to the number of wavelengths. Further, since the electric circuit depends on the format of the signal light, there is almost no flexibility with respect to the waveform of the input signal light.

一方、全て光段で処理する全光型クロック発生方法によると、電気的な帯域制限は無くなる。図8を参照すると、全光型クロック発生方法によるタイミング調整器の構成の一例が示されている。異なる波長λ1,…,λnの光信号を波長分割多重して得られるWDM信号光(多波長の入力信号光)は光デマルチプレクサ42によって各波長の光信号に分けられる。各光信号はタイミング調整器44に供給される。タイミング調整器44は、入力光信号に基きクロックを抽出するクロック抽出回路48と、抽出されたクロック及び入力光信号が供給される光AND回路46とを含む。光AND回路46によりタイミング調整された光信号は光マルチプレクサ50により再び波長分割多重され、光マルチプレクサ50からWDM信号光(多波長の出力信号光)が出力される。 On the other hand, according to the all-optical clock generation method in which all processing is performed in the optical stage, there is no electrical band limitation. FIG. 8 shows an example of the configuration of a timing adjuster according to the all-optical clock generation method. The WDM signal light (multi-wavelength input signal light) obtained by wavelength division multiplexing the optical signals of different wavelengths λ 1 ,..., Λ n is divided by the optical demultiplexer 42 into optical signals of each wavelength. Each optical signal is supplied to the timing adjuster 44. The timing adjuster 44 includes a clock extraction circuit 48 for extracting a clock based on the input optical signal, and an optical AND circuit 46 to which the extracted clock and the input optical signal are supplied. The optical signal whose timing has been adjusted by the optical AND circuit 46 is again subjected to wavelength division multiplexing by the optical multiplexer 50, and the optical multiplexer 50 outputs a WDM signal light (multi-wavelength output signal light).

この従来技術によると、全光型クロック発生方法が適用されているので電気的帯域制限は無くなるものの、依然波長数分だけ光クロックが必要なため、WDM信号光の波長数に概ね比例して装置規模が大きくなる。   According to this conventional technique, although the electrical band limitation is eliminated because the all-optical clock generation method is applied, since the optical clock is still required for the number of wavelengths, the device is almost in proportion to the number of wavelengths of the WDM signal light. The scale increases.

このように、WDMにおける波長数が増大するとそれだけ光クロックの数が必要になるのが光クロック発生装置における現状であり、一括して多波長のクロックを発生することができる方法及び装置の提供が期待されている。   As described above, as the number of wavelengths in the WDM increases, the number of optical clocks becomes necessary as the number of wavelengths increases in the current state of the optical clock generator, and a method and apparatus capable of collectively generating a multi-wavelength clock are provided. Expected.

よって、本発明の以下の実施形態の目的は、単一波長の信号光を基に多波長の光クロックを一括して発生する方法を提供することである。   Therefore, an object of the following embodiments of the present invention is to provide a method of collectively generating multi-wavelength optical clocks based on single-wavelength signal light.

この目的を達成するために、本発明によると、複数のクロックパルスを得るための方法が提供される。この方法では、先ず、入力信号光に基づき単一波長を有するクロックパルスが生成される。次いで、非線形光学効果を提供する光導波構造にクロックパルスが供給され、クロックパルスのスペクトルが拡散させられる。そして、複数の通過帯域を有する光フィルタにスペクトルが拡散されたクロックパルスが供給され、複数の波長を有する複数のクロックパルスが生成される。   To this end, according to the present invention, there is provided a method for obtaining a plurality of clock pulses. In this method, first, a clock pulse having a single wavelength is generated based on an input signal light. Then, a clock pulse is supplied to the optical waveguide structure that provides the nonlinear optical effect, and the spectrum of the clock pulse is spread. Then, a clock pulse having a spread spectrum is supplied to an optical filter having a plurality of pass bands, and a plurality of clock pulses having a plurality of wavelengths are generated.

以下、スペクトルの拡散を中心にこの方法における原理を詳細に説明する。   Hereinafter, the principle of this method will be described in detail focusing on spectrum spreading.

信号光の強度に比例した位相変化を生じる非線形効果γ(カー効果)と波長分散β2を有する中心対称の非線形光導波路中を伝搬する光パルスの電界との関係は、次式の非線形シュレディンガー方程式で記述できる。 The relationship between the nonlinear effect γ (Kerr effect) that causes a phase change proportional to the intensity of signal light and the electric field of an optical pulse propagating in a centrally symmetric nonlinear optical waveguide having chromatic dispersion β 2 is expressed by the following nonlinear Schrodinger equation: Can be described by

Figure 2004289863
Figure 2004289863

ここで、Ld,Ln1はそれぞれ次式で定義される分散長及び非線形長を表している。また、光Uは光パルスのピークパワーで規格化した光電界、ξは分散長で規格化した非線形光導波路長、τは入射パルス幅T0で規格化した時間をそれぞれ表している。 Here, L d and L n1 respectively represent a dispersion length and a nonlinear length defined by the following equation. Further, the light U represents an optical electric field standardized by the peak power of the optical pulse, ξ represents a nonlinear optical waveguide length standardized by the dispersion length, and τ represents a time standardized by the incident pulse width T 0 .

Figure 2004289863
Figure 2004289863

波長分散よりこの方程式の解は大きく異なるので、次の三通りに分けて説明する。(a)波長分散が正(正常分散領域:β2>0)、(b)波長分散が零(零分散領域:β2=0)、(c)波長分散が負(異常分散領域:β2<0)。 Since the solution of this equation is significantly different from chromatic dispersion, it will be described in the following three ways. (A) chromatic dispersion is positive (normal dispersion region: β 2 > 0), (b) chromatic dispersion is zero (zero dispersion region: β 2 = 0), and (c) chromatic dispersion is negative (abnormal dispersion region: β 2 <0).

(a) 波長分散が正(正常分散領域:β2>0)
正常分散領域では、非線形効果が大きい条件のとき(Ld>>Ln1)、非線形光導波路の入射端付近では非線形効果のカー効果が支配的になり、非線形周波数チャープが生じる。この周波数チャープは、やがて群速度分散により線形化されると共に蓄積される。この蓄積したチャープにより、スペクトルが平坦に拡散する。Ld/Ln1でスペクトル拡散率が規定され、この値が大きいほど大きなスペクトル拡散率を達成できる。
(A) Wavelength dispersion is positive (normal dispersion region: β 2 > 0)
In the normal dispersion region, when the nonlinear effect is large (L d >> L n1 ), the Kerr effect of the nonlinear effect becomes dominant near the incident end of the nonlinear optical waveguide, and a nonlinear frequency chirp occurs. This frequency chirp is eventually linearized and accumulated by the group velocity dispersion. This accumulated chirp causes the spectrum to spread flat. L d / L n1 defines the spectral spread rate, and the larger this value is, the higher the spectral spread rate can be achieved.

この原理の詳細は、文献「OSA, J. Opt. Soc. Am. B(vol.1, no.2, pp.139-149, 1984)」等で参照できる。   Details of this principle can be referred to in the literature “OSA, J. Opt. Soc. Am. B (vol. 1, no. 2, pp. 139-149, 1984)” and the like.

(b)波長分散が零(零分散波長:β2=0)
波長分散が無い場合、信号光パルスはパルス波形を全く変化させずに非線形光導波路中を伝搬し、非線形カー効果により生じる非線形周波数チャープが蓄積する。この蓄積量は入射パルスがガウス型の場合、解析的に求められ、次式で与えられる。
(B) Zero chromatic dispersion (zero dispersion wavelength: β 2 = 0)
When there is no chromatic dispersion, the signal light pulse propagates in the nonlinear optical waveguide without changing the pulse waveform at all, and the nonlinear frequency chirp caused by the nonlinear Kerr effect accumulates. When the incident pulse is of a Gaussian type, this accumulated amount is obtained analytically and is given by the following equation.

Figure 2004289863
Figure 2004289863

ここで、zは非線形光導波路の実効長を示す。非線形長が小さい(γPが大きい)程、大きなチャープが生じるのでよりスペクトルが拡散する。同様に、実効長が大きいほどスペクトルが拡散することも分かる。   Here, z indicates the effective length of the nonlinear optical waveguide. The smaller the nonlinear length (the larger γP), the greater the spread of the spectrum since a larger chirp occurs. Similarly, it can be seen that the spectrum becomes more diffuse as the effective length becomes larger.

詳細は、文献「Phys. Rev. A, (vol.17, no.4, pp.1448-1453, 1978)」等で参照できる。   For details, reference can be made to the literature “Phys. Rev. A, (vol. 17, no. 4, pp. 1448-1453, 1978)” and the like.

(c)波長分散が負(異常分散領域:β2<0)
異常分散領域では、解析解が存在する。非線形光導波路に入射する光パルスがLd/Ln1=1を満たすとき、固有値が唯一存在し、その固有解は次式になる。
(C) Negative wavelength dispersion (abnormal dispersion region: β 2 <0)
In the anomalous dispersion region, an analytical solution exists. When the light pulse incident on the nonlinear optical waveguide satisfies L d / L n1 = 1, there is only one eigenvalue, and the eigen solution is as follows.

Figure 2004289863
Figure 2004289863

これは、基本光ソリトンと呼ばれ、非線形光導波路中で波形及びスペクトルが変化しない。また、Ld/Ln1>1では、複数の固有値が存在するので複数の固有解の重ね合わせが、解析解として求まる。これらは、高次光ソリトンと呼ばれる。異常分散領域では、次の二通りの方法でスペクトルを拡散できる。 This is called a fundamental optical soliton, and its waveform and spectrum do not change in the nonlinear optical waveguide. When L d / L n1 > 1, there are a plurality of eigenvalues, and thus a superposition of a plurality of eigensolutions is obtained as an analytical solution. These are called higher order optical solitons. In the anomalous dispersion region, the spectrum can be spread in the following two ways.

(i)ソリトン断熱圧縮
基本光ソリトンは、長手方向の波長分散値の大きさが小さくなる非線形光導波路中で、伝搬中チャープすることなくパルス圧縮される。この過程で、スペクトルが拡散する。スペクトル拡散効率は、非線形光導波路の出力端の分散値に対する入力端の分散値の比で求められる。
(I) Soliton adiabatic compression The basic optical soliton is pulse-compressed without chirp during propagation in a nonlinear optical waveguide in which the magnitude of chromatic dispersion in the longitudinal direction is small. In this process, the spectrum is spread. The spread spectrum efficiency is obtained by the ratio of the dispersion value at the input end to the dispersion value at the output end of the nonlinear optical waveguide.

この原理の詳細は、例えば文献「OSA, J. Opt. Soc. Am. B(vol.5, no.3, pp.709-713, 1988)」で参照できる。   Details of this principle can be referred to, for example, in the document “OSA, J. Opt. Soc. Am. B (vol. 5, no. 3, pp. 709-713, 1988)”.

(ii)高次ソリトン圧縮
非線形光導波路を伝搬中、高次光ソリトンはソリトン長と呼ばれる長さを一周期として周期的な変化をする。非線形光導波路の入射端付近では、非線形効果により必ずパルス圧縮が生じるので、スペクトルは拡散する。非線形光導波路長をスペクトルが最も拡散する長さに調節すれば、スペクトル拡散が可能となる。
(Ii) High-order soliton compression During propagation in a nonlinear optical waveguide, high-order optical solitons periodically change with a period called a soliton length as one cycle. Near the entrance end of the nonlinear optical waveguide, pulse compression always occurs due to the nonlinear effect, so that the spectrum is spread. If the length of the nonlinear optical waveguide is adjusted to the length at which the spectrum spreads the most, the spectrum can be spread.

この原理は、文献「OSA, Opt. Lett.(vol.8, no.5, pp.289-291, 1983)」で参照できる。   This principle can be referred to in the document “OSA, Opt. Lett. (Vol. 8, no. 5, pp. 289-291, 1983)”.

図9は本発明による装置の第4実施形態を示すブロック図である。この装置は、クロック抽出部52、光増幅部54、スペクトル拡散部56及び多波長光クロック発生部58を備えている。クロック抽出部52は、入力信号光に基づき単一波長(λS)を有するクロックパルスを生成する。光増幅部54は、クロック抽出部52から出力されたクロックパルスを増幅する光増幅器60と、光増幅器60により増幅されたクロックパルスが通過する光帯域通過フィルタ(BPF)62とを含む。光帯域通過フィルタ62は光増幅器60で付加された雑音を除去するために設けられており、その通過帯域の中心波長はλSに設定されている。 FIG. 9 is a block diagram showing a fourth preferred embodiment of the device according to the present invention. This device includes a clock extraction unit 52, an optical amplification unit 54, a spread spectrum unit 56, and a multi-wavelength optical clock generation unit 58. The clock extracting unit 52 generates a clock pulse having a single wavelength (λ S ) based on the input signal light. The optical amplifier 54 includes an optical amplifier 60 that amplifies the clock pulse output from the clock extractor 52, and an optical bandpass filter (BPF) 62 through which the clock pulse amplified by the optical amplifier 60 passes. The optical bandpass filter 62 is provided for removing noise added by the optical amplifier 60, and the center wavelength of the passband is set to λ S.

光増幅部54から出力されたクロックパルスはスペクトル拡散部56に供給される。スペクトル拡散部56は、非線形光学効果によりクロックパルスのスペクトルを拡散させる非線形光導波路64を含む。非線形光導波路64としては、光ファイバ、半導体光増幅器等を用いることができる。非線形光導波路64として光ファイバが用いられている場合、光ファイバは正常分散、異常分散及び零分散の何れかを提供する。何れの場合であっても、前述した原理に従ってクロックパルスのスペクトルが拡散させられる。   The clock pulse output from the optical amplifier 54 is supplied to the spread spectrum unit 56. The spectrum spreading section 56 includes a nonlinear optical waveguide 64 that spreads the spectrum of the clock pulse by the nonlinear optical effect. As the nonlinear optical waveguide 64, an optical fiber, a semiconductor optical amplifier, or the like can be used. When an optical fiber is used as the nonlinear optical waveguide 64, the optical fiber provides one of normal dispersion, anomalous dispersion, and zero dispersion. In either case, the spectrum of the clock pulse is spread according to the principle described above.

スペクトルが拡散したクロックパルスは多波長光クロック発生部58に供給される。クロック発生部58は、複数の通過帯域を有する多峰性光波長フィルタ66を含む。複数の通過帯域の中心波長はλ1,…,λnである。スペクトルが拡散したクロックパルスが多峰性光波長フィルタ66を通過することによって、複数の波長を有する複数のクロックパルスが発生する。 The clock pulse having the spread spectrum is supplied to the multi-wavelength optical clock generator 58. The clock generator 58 includes a multimodal optical wavelength filter 66 having a plurality of pass bands. The center wavelengths of the plurality of pass bands are λ 1 ,..., Λ n . When the clock pulse having the spread spectrum passes through the multi-peak optical wavelength filter 66, a plurality of clock pulses having a plurality of wavelengths are generated.

このように、本実施形態によると、複数の波長を有する複数のクロックパルスを一括して得ることができるので、WDMが適用される装置の規模を小さくすることができる。   As described above, according to the present embodiment, a plurality of clock pulses having a plurality of wavelengths can be collectively obtained, so that the scale of a device to which WDM is applied can be reduced.

図10は本発明による装置の第5実施形態を示すブロック図である。この装置においては、図8に示される従来技術における各タイミング調整器44に代えて、クロック抽出器48が除去されたタイミング調整器68が用いられている。その代わりに、この実施形態では、本発明が適用される多波長クロック抽出器70が用いられている。多波長クロック抽出器70は例えば図9に示される装置によって提供される。   FIG. 10 is a block diagram showing a fifth preferred embodiment of the device according to the present invention. In this apparatus, a timing adjuster 68 from which the clock extractor 48 is removed is used in place of the timing adjusters 44 in the prior art shown in FIG. Instead, in this embodiment, a multi-wavelength clock extractor 70 to which the present invention is applied is used. The multi-wavelength clock extractor 70 is provided by, for example, the apparatus shown in FIG.

光デマルチプレクサ42に供給されるWDM信号光の一部は光カプラ72により分岐されて光帯域通過フィルタ74に供給される。光帯域通過フィルタ74は、波長λ1,…,λnから選択される任意の波長λiの光信号を通過させる。フィルタ74を通過した光信号は多波長クロック抽出器70に供給される。 A part of the WDM signal light supplied to the optical demultiplexer 42 is branched by the optical coupler 72 and supplied to the optical bandpass filter 74. Optical band-pass filter 74, the wavelength lambda 1, ..., passing optical signals of any wavelength lambda i is selected from lambda n. The optical signal passing through the filter 74 is supplied to the multi-wavelength clock extractor 70.

多波長クロック抽出器70は本発明に従って複数の波長をλ1,…,λnを有する複数のクロックパルスを発生する。これらのクロックパルスはそれぞれ対応するタイミング調整器68に供給される。各タイミング調整器68では、光デマルチプレクサ42から供給された光信号とクロックパルスとが光AND回路46に供給され、これにより各光信号のタイミング調整が行われる。タイミング調整が行われた光信号は光マルチプレクサ50により波長分割多重され、その結果得られたWDM信号光が光マルチプレクサ50から出力される。 The multi-wavelength clock extractor 70 generates a plurality of clock pulses having a plurality of wavelengths λ 1 ,..., Λ n according to the present invention. These clock pulses are supplied to the corresponding timing adjusters 68, respectively. In each timing adjuster 68, the optical signal and the clock pulse supplied from the optical demultiplexer 42 are supplied to the optical AND circuit 46, whereby the timing of each optical signal is adjusted. The optical signal subjected to the timing adjustment is wavelength division multiplexed by the optical multiplexer 50, and the WDM signal light obtained as a result is output from the optical multiplexer 50.

光デマルチプレクサ42及び光マルチプレクサ50の各々としては、例えばアレイ導波路格子(AWG)を用いることができる。また、光AND回路46としては、非線形ループミラーやマッハツェンダ構成の光スイッチを用いることができる。   As each of the optical demultiplexer 42 and the optical multiplexer 50, for example, an arrayed waveguide grating (AWG) can be used. As the optical AND circuit 46, a non-linear loop mirror or an optical switch having a Mach-Zehnder configuration can be used.

この実施形態によると、WDMの波長数が増大した場合であっても1つの多波長クロック抽出器70でクロックパルスの供給が間に合うので、装置構成を簡単にすることができる。   According to this embodiment, even if the number of wavelengths of WDM is increased, the supply of clock pulses can be completed by one multi-wavelength clock extractor 70, so that the device configuration can be simplified.

図11は本発明による装置の第6実施形態を示すブロック図である。この装置は光クロックパルスの監視方法に関連している。従来方法による場合、光クロックは波長毎に発生するので、それぞれの光クロックパルスを監視しなくてはならない。   FIG. 11 is a block diagram showing a sixth preferred embodiment of the device according to the present invention. The device relates to a method for monitoring an optical clock pulse. According to the conventional method, since the optical clock is generated for each wavelength, each optical clock pulse must be monitored.

本発明が適用される多波長クロック抽出器70にあっては、発生した複数のクロックパルスの中から最低1波長のクロックパルスを監視するだけで、残り全てのクロックパルスの波形、スペクトル形状及び品質が分かる。そのために、この実施形態では、多波長クロック抽出器70にクロック監視装置76が接続されており、クロック監視装置76は、複数の波長λ1,…,λnから選択される任意のモニタリング波長λmonのクロックパルスを受け、そのクロックパルスを監視している。この監視方法が可能になる理由は、本発明ではクロック抽出した単一波長のクロックパルスのスペクトルを拡散しているので、そのクロックパルスの複製がそれぞれの波長で発生していることに基づく。 In the multi-wavelength clock extractor 70 to which the present invention is applied, only the clock pulse of at least one wavelength is monitored from the generated clock pulses, and the waveform, spectrum shape and quality of all the remaining clock pulses are monitored. I understand. Therefore, in this embodiment, the multiwavelength clock extractor 70 and the clock monitoring device 76 is connected, a clock monitoring device 76, a plurality of wavelengths lambda 1, ..., any monitoring wavelength selected from lambda n lambda It receives mon clock pulse and monitors the clock pulse. The reason that this monitoring method becomes possible is that the present invention spreads the spectrum of a single-wavelength clock pulse extracted by a clock, so that the clock pulse is duplicated at each wavelength.

図12は本発明による装置の第7実施形態を示すブロック図である。この実施形態は図10に示される実施形態の具体例に相当し、図10に示される各タイミング調整器68に代えて3Rリジェネレータ78が用いられている。3Rリジェネレータ78は、リアンプリフィケーションのための光増幅器80と、リシェーピング及びリタイミングのための波形整形器81とを含む。   FIG. 12 is a block diagram showing a seventh preferred embodiment of the device according to the present invention. This embodiment corresponds to a specific example of the embodiment shown in FIG. 10, and a 3R regenerator 78 is used instead of each timing adjuster 68 shown in FIG. The 3R regenerator 78 includes an optical amplifier 80 for re-amplification and a waveform shaper 81 for reshaping and retiming.

光増幅器80は光デマルチプレクサ42から出力された各波長の光信号を増幅する。増幅された光信号は波形整形器81に供給される。波形成形器81は、光増幅器80からの光信号と本発明による多波長クロック抽出器70からのクロックパルスとが供給される非線形光ループミラー(NOLM)82と、NOLM82から出力された光信号が通過する光帯域通過フィルタ84とを含む。フィルタ84は対応する光信号の波長を中心波長とする通過帯域を有している。NOLM82においては、その非線形性により光信号の波形が成形されると共に、クロックパルスとの同期によって光信号の位相雑音が除去される。   The optical amplifier 80 amplifies the optical signal of each wavelength output from the optical demultiplexer 42. The amplified optical signal is supplied to the waveform shaper 81. The waveform shaper 81 includes a nonlinear optical loop mirror (NOLM) 82 to which the optical signal from the optical amplifier 80 and the clock pulse from the multi-wavelength clock extractor 70 according to the present invention are supplied, and an optical signal output from the NOLM 82 And an optical bandpass filter 84 that passes. The filter 84 has a pass band centered on the wavelength of the corresponding optical signal. In the NOLM 82, the waveform of the optical signal is shaped by the nonlinearity, and the phase noise of the optical signal is removed by synchronization with the clock pulse.

3Rリジェネレータ78から出力された光信号は光マルチプレクサ50によって波長分割多重され、その結果得られたWDM信号光が光マルチプレクサ50から出力される。   The optical signal output from the 3R regenerator 78 is wavelength division multiplexed by the optical multiplexer 50, and the resulting WDM signal light is output from the optical multiplexer 50.

図13は本発明による装置の第8実施形態を示すブロック図である。異なる波長λ1,…,λnを有する複数の光信号を波長分割多重して得られたWDM信号光がこの装置に供給されると、先ず、WDM信号光は光カプラ等からなる光分岐器72により第1及び第2のWDM信号光に分けられる。第1のWDM信号光は、光増幅器86により増幅された後WDM−TDM変換器88に供給される。変換器88は供給されたWDM信号光を時分割多重信号(TDM信号)に変換する。 FIG. 13 is a block diagram showing an eighth embodiment of the device according to the present invention. When WDM signal light obtained by wavelength division multiplexing a plurality of optical signals having different wavelengths λ 1 ,..., Λ n is supplied to this apparatus, first, the WDM signal light is converted into an optical splitter comprising an optical coupler or the like. The light is divided into first and second WDM signal lights by 72. The first WDM signal light is supplied to a WDM-TDM converter 88 after being amplified by an optical amplifier 86. The converter 88 converts the supplied WDM signal light into a time division multiplexed signal (TDM signal).

光分岐器72からの第2のWDM信号光が光帯域通過フィルタ74を通過することによって、複数の波長λ1,…,λnから選択される任意の波長λiの光信号が得られ、その光信号は本発明が適用される多波長クロック抽出器70に供給される。多波長クロック抽出器70は、供給された光信号に基き、複数の波長λ1,…,λnを有する複数のクロックパルスを生成する。 By the second WDM signal light from the optical splitter 72 is passed through the optical bandpass filter 74, a plurality of wavelengths lambda 1, ..., the optical signals of any wavelength lambda i is selected from lambda n are obtained, The optical signal is supplied to a multi-wavelength clock extractor 70 to which the present invention is applied. The multi-wavelength clock extractor 70 generates a plurality of clock pulses having a plurality of wavelengths λ 1 ,..., Λ n based on the supplied optical signal.

WDM−TDM変換器88からのTDM信号及び多波長クロック抽出器70からの複数のクロックパルスは、TDM−WDM変換器90に供給される。変換器90は、供給された複数のクロックパルスに基づきTDM信号をWDM信号光に変換して出力する。   The TDM signal from the WDM-TDM converter 88 and the plurality of clock pulses from the multi-wavelength clock extractor 70 are supplied to a TDM-WDM converter 90. The converter 90 converts the TDM signal into a WDM signal light based on the supplied plurality of clock pulses and outputs the WDM signal light.

WDM−TDM変換器88は、中間波長λiのCW(連続波)光を出力する光源92と、光源92からの光と光増幅器86により増幅されたWDM信号光とが供給されるNOLM94とを含む。WDM信号光及びCW光がNOLM94に供給されることによって、WDM信号光は中間波長λiを有する時分割多重信号に変換される。この変換に際しては、NOLM94の作用によって信号の波形成形が行われる。得られたTDM信号は、中間波長λiを通過帯域の中心波長とする光帯域通過フィルタ96を通過して出力される。 The WDM-TDM converter 88 includes a light source 92 that outputs CW (continuous wave) light having an intermediate wavelength λ i , and a NOLM 94 to which the light from the light source 92 and the WDM signal light amplified by the optical amplifier 86 are supplied. Including. By WDM signal light and the CW light is supplied to the NOLM94, WDM signal light is converted into time-division multiplexed signal having an intermediate wavelength lambda i. At the time of this conversion, the waveform of the signal is shaped by the operation of the NOLM 94. TDM signal obtained is output through the optical bandpass filter 96 centered wavelength of the passband of the intermediate wavelength lambda i.

TDM−WDM変換器90は、WDM−TDM変換器88からのTDM信号が供給されるNOLM98を含む。NOLM98には、多波長クロック抽出器70からの複数のクロックパルスが遅延回路100を介して供給される。遅延回路100は、複数のクロックパルスが波長毎にタイミングをずらしてTDM信号に同期するように作用する。   TDM-WDM converter 90 includes a NOLM 98 to which the TDM signal from WDM-TDM converter 88 is supplied. A plurality of clock pulses from the multi-wavelength clock extractor 70 are supplied to the NOLM 98 via the delay circuit 100. The delay circuit 100 acts so that the plurality of clock pulses are shifted in timing for each wavelength and are synchronized with the TDM signal.

TDM信号及び複数のクロックパルスがNOLM98に供給されることによって、TDM信号がWDM信号光に変換されると共に信号の位相雑音が除去される。このようにして得られたWDM信号光はこの装置から出力される。   By supplying the TDM signal and the plurality of clock pulses to the NOLM 98, the TDM signal is converted into the WDM signal light and the phase noise of the signal is removed. The WDM signal light thus obtained is output from this device.

この実施形態によると、基本的には本発明による多波長クロック抽出器及び2つのNOLMのみにより、電気信号を介すことなく多波長の信号を一括して再生することができる。その結果、装置構成を簡単にすることができると共に、波長数増大に柔軟に対応することができる。   According to this embodiment, basically, only a multi-wavelength clock extractor and two NOLMs according to the present invention can collectively reproduce multi-wavelength signals without passing through electric signals. As a result, it is possible to simplify the device configuration and flexibly cope with an increase in the number of wavelengths.

図14は本発明による装置の第9実施形態を示すブロック図である。ここでは、本発明による装置110が光アッド/ドロップ装置における多波長光源として用いられている。具体的には次の通りである。   FIG. 14 is a block diagram showing a ninth embodiment of the device according to the present invention. Here, the device 110 according to the invention is used as a multi-wavelength light source in an optical add / drop device. Specifically, it is as follows.

この装置に供給されたWDM信号光は、光デマルチプレクサ102により波長λ1,…,λnの光信号に分けられ、各光信号は光アッド/ドロップのための光スイッチ104に供給される。 The WDM signal light supplied to this device is divided into optical signals of wavelengths λ 1 ,..., Λ n by an optical demultiplexer 102, and each optical signal is supplied to an optical switch 104 for optical add / drop.

光スイッチ104に挿入すべき光信号を供給するために、挿入信号処理装置106が設けられている。挿入信号処理装置106から出力された信号により光変調器108が動作する。光変調器108は波長数分だけ設けられており、これらには本発明による装置110からそれぞれクロックパルスが供給されている。挿入信号により光変調器108が動作することによって得られた光信号は、光スイッチ104により伝送路に挿入される。   An insertion signal processing device 106 is provided to supply an optical signal to be inserted into the optical switch 104. The optical modulator 108 operates according to the signal output from the insertion signal processing device 106. The light modulators 108 are provided for the number of wavelengths, and are supplied with clock pulses from the device 110 according to the present invention. The optical signal obtained by operating the optical modulator 108 by the insertion signal is inserted into the transmission line by the optical switch 104.

一方、光スイッチ104で分岐した光信号を処理するために、分岐信号処理装置112が設けられている。また、光スイッチ104から出力された光信号は、光マルチプレクサ114により波長分割多重され、その結果得られたWDM信号光がこの装置から出力される。   On the other hand, a branch signal processing device 112 is provided to process the optical signal branched by the optical switch 104. The optical signal output from the optical switch 104 is wavelength division multiplexed by the optical multiplexer 114, and the resulting WDM signal light is output from this device.

従来の光アッド/ドロップ装置では、複数の光変調器に供給すべきクロックパルス或いはCW光を得るために、複数の光源が必要になる。そのために、装置の小型化が困難であった。これに対して、図14に示される実施形態によると、複数のクロックパルスを得るために本発明による装置110が1台あれば足りるので、装置の小型化や低価格化が可能になると共に、信頼性の向上が可能になる。   In a conventional optical add / drop device, a plurality of light sources are required to obtain a clock pulse or CW light to be supplied to a plurality of optical modulators. Therefore, it has been difficult to reduce the size of the device. On the other hand, according to the embodiment shown in FIG. 14, since only one device 110 according to the present invention is required to obtain a plurality of clock pulses, the device can be reduced in size and cost, and Reliability can be improved.

図15は図9に示される装置の具体的構成例を示すブロック図である。より特定的には、図9に示されるクロック抽出部52の内部構成が示されており、スペクトル拡散のための非線形光導波路64として光ファイバ116が用いられている。クロック抽出部52は、フォトディテクタ(PD)118、電気的な帯域通過フィルタ120及びモードロックレーザ(MLL)122を含む。フォトディテクタ118は、入力信号光としての単一の任意波長を有する光信号を受け、これを電気信号に変換する。この電気信号が帯域通過フィルタ120を通過することにより、光信号のビットレート成分が抽出される。このようにして、ビットレートに対応する単一周波数の電気信号を得ることができる。得られた電気信号によりモードロックレーザ122が変調され、単一の波長λを有する光クロックパルスが得られる。 FIG. 15 is a block diagram showing a specific configuration example of the device shown in FIG. More specifically, FIG. 9 shows the internal configuration of the clock extracting unit 52 shown in FIG. 9, in which an optical fiber 116 is used as the nonlinear optical waveguide 64 for spread spectrum. The clock extracting unit 52 includes a photo detector (PD) 118, an electric band-pass filter 120, and a mode-locked laser (MLL) 122. The photodetector 118 receives an optical signal having a single arbitrary wavelength as input signal light, and converts this into an electric signal. When the electric signal passes through the band-pass filter 120, the bit rate component of the optical signal is extracted. In this manner, a single-frequency electric signal corresponding to the bit rate can be obtained. Mode-locked laser 122 by the resulting electrical signal is modulated, the optical clock pulses having a single wavelength lambda i is obtained.

このように本実施形態では、電気的に抽出されたビットレート成分に基づきモードロックレーザ122により光クロックパルスを再生しているので、よりクリアーな複数のクロックパルスを発生させることができる。   As described above, in the present embodiment, since the optical clock pulse is reproduced by the mode-locked laser 122 based on the bit rate component extracted electrically, a plurality of clearer clock pulses can be generated.

本発明は以下の付記を含むものである。   The present invention includes the following supplementary notes.

(付記1)
異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたWDM信号光を第1のWDM信号光と第2のWDM信号光とに分岐する光分岐器と、
入力ポート及び複数の出力ポートを有し、上記入力ポートには上記第1のWDM信号光が供給され、上記複数の出力ポートからは異なる波長を有する複数の光信号が出力される光デマルチプレクサと、
上記第2のWDM信号光を受け、複数の波長を有する複数のクロックパルスを生成する多波長クロック発生器と、
上記光デマルチプレクサの複数の出力ポートに接続され、上記複数のクロックパルスに基づき上記複数の光信号の波形整形を行う複数の波形整形器とを備え、
上記多波長クロック発生器は、
上記第2のWDM信号光に基づき単一波長を有するクロックパルスを生成するクロック抽出器と、
上記クロックパルスを供給されて非線形光学効果により上記クロックパルスのスペクトルを拡散させる光導波構造と、
複数の通過帯域を有し、上記スペクトルが拡散されたクロックパルスを供給されて複数の波長を有する複数のクロックパルスを生成する光フィルタとを備えている装置。
(Appendix 1)
An optical splitter for splitting a WDM signal light obtained by wavelength division multiplexing a plurality of optical signals having different wavelengths into a first WDM signal light and a second WDM signal light;
An optical demultiplexer having an input port and a plurality of output ports, the first WDM signal light being supplied to the input port, and a plurality of optical signals having different wavelengths being output from the plurality of output ports; ,
A multi-wavelength clock generator that receives the second WDM signal light and generates a plurality of clock pulses having a plurality of wavelengths;
A plurality of waveform shapers that are connected to the plurality of output ports of the optical demultiplexer and perform waveform shaping of the plurality of optical signals based on the plurality of clock pulses;
The multi-wavelength clock generator,
A clock extractor for generating a clock pulse having a single wavelength based on the second WDM signal light;
An optical waveguide structure that is supplied with the clock pulse and spreads the spectrum of the clock pulse by a nonlinear optical effect;
An apparatus comprising: an optical filter having a plurality of pass bands and supplied with a clock pulse in which the spectrum is spread to generate a plurality of clock pulses having a plurality of wavelengths.

(付記2)
付記1に記載の装置であって、
上記波形整形された光信号を波長分割多重する光マルチプレクサを更に備えた装置。
(Appendix 2)
The apparatus according to claim 1, wherein
An apparatus further comprising an optical multiplexer that performs wavelength division multiplexing on the optical signal whose waveform has been shaped.

(付記3)
付記1に記載の装置であって、
上記複数の波形整形器の各々は非線形ループミラーを含む装置。
(Appendix 3)
The apparatus according to claim 1, wherein
An apparatus wherein each of said plurality of waveform shapers includes a non-linear loop mirror.

(付記4)
異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたWDM信号光を第1のWDM信号光と第2のWDM信号光とに分岐する光分岐器と、
上記第1のWDM信号光を時分割多重信号に変換する第1の変換器と、
上記第2のWDM信号光を受け、複数の波長を有する複数のクロックパルスを生成する多波長クロック発生器と、
上記複数のクロックパルスに基づき上記時分割多重信号をWDM信号光に変換する第2の変換器とを備え、
上記多波長クロック発生器は、
上記第2のWDM信号光に基づき単一波長を有するクロックパルスを生成するクロック抽出器と、
上記クロックパルスを供給されて非線形光学効果により上記クロックパルスのスペクトルを拡散させる光導波構造と、
複数の通過帯域を有し、上記スペクトルが拡散されたクロックパルスを供給されて複数の波長を有する複数のクロックパルスを生成する光フィルタとを備えている装置。
(Appendix 4)
An optical splitter for splitting a WDM signal light obtained by wavelength division multiplexing a plurality of optical signals having different wavelengths into a first WDM signal light and a second WDM signal light;
A first converter for converting the first WDM signal light into a time division multiplexed signal,
A multi-wavelength clock generator that receives the second WDM signal light and generates a plurality of clock pulses having a plurality of wavelengths;
A second converter for converting the time-division multiplexed signal into a WDM signal light based on the plurality of clock pulses,
The multi-wavelength clock generator,
A clock extractor for generating a clock pulse having a single wavelength based on the second WDM signal light;
An optical waveguide structure that is supplied with the clock pulse and spreads the spectrum of the clock pulse by a nonlinear optical effect;
An apparatus comprising: an optical filter having a plurality of pass bands and supplied with a clock pulse in which the spectrum is spread to generate a plurality of clock pulses having a plurality of wavelengths.

(付記5)
付記4に記載の装置であって、
上記第1及び第2の変換器の各々は非線形ループミラーを含む装置。
(Appendix 5)
The apparatus according to claim 4, wherein
The apparatus wherein each of the first and second transducers includes a non-linear loop mirror.

図1の(A)及び図1の(B)はガウシアンパルス及びスーパーガウシアンパルスが光ファイバ中を伝搬する際のチャーピングを説明するための図である。FIGS. 1A and 1B are diagrams for explaining chirping when a Gaussian pulse and a super Gaussian pulse propagate in an optical fiber. 図2は本発明による装置の第1実施形態を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a first preferred embodiment of the device according to the present invention. 図3は本発明による装置の第2実施形態を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a second preferred embodiment of the device according to the present invention. 図4は本発明に従って除去されるパルス内の強度揺らぎを説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining intensity fluctuation in a pulse removed according to the present invention. 図5は本発明の実施形態における光フィルタによる雑音の除去の様子を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing how noise is removed by the optical filter according to the embodiment of the present invention. 図6は本発明による装置の第3実施形態を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a third preferred embodiment of the device according to the present invention. 図7は本発明によるシステムの実施形態を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing an embodiment of the system according to the present invention. 図8は全光型クロック発生器を用いた従来のタイミング調整器の構成例を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of a conventional timing adjuster using an all-optical clock generator. 図9は本発明による装置の第4実施形態を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing a fourth preferred embodiment of the device according to the present invention. 図10は本発明による装置の第5実施形態を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a fifth preferred embodiment of the device according to the present invention. 図11は本発明による装置の第6実施形態を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a sixth preferred embodiment of the device according to the present invention. 図12は本発明による装置の第7実施形態を示すブロック図である。FIG. 12 is a block diagram showing a seventh preferred embodiment of the device according to the present invention. 図13は本発明による装置の第8実施形態を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing an eighth embodiment of the device according to the present invention. 図14は本発明による装置の第9実施形態を示すブロック図である。FIG. 14 is a block diagram showing a ninth embodiment of the device according to the present invention. 図15は図9に示される装置の具体的構成を示すブロック図である。FIG. 15 is a block diagram showing a specific configuration of the device shown in FIG.

符号の説明Explanation of reference numerals

8 光帯域通過フィルタ
20 光ファイバ
32 光分岐器
38 タイミング抽出器
40 光AND回路
Reference Signs List 8 optical band-pass filter 20 optical fiber 32 optical splitter 38 timing extractor 40 optical AND circuit

Claims (11)

入力された光信号を第1の光信号及び第2の光信号に分岐する光分岐器と、
上記第1の光信号が入力される波形整形器と、
上記第2の光信号に基づいてクロックパルスを生成するタイミング抽出器と、
上記波形整形器から出力された光信号及び上記タイミング抽出器から出力されたクロックパルスが入力される光AND回路とを備えた装置であって、
上記タイミング抽出器は、
上記第2の光信号にチャーピングが生じるように非線形光学効果を提供する光導波構造と、
上記光導波構造から出力された出力光信号が供給され上記チャーピングの小さい成分以外の成分を抽出する光帯域通過フィルタとを含み、
上記光帯域通過フィルタは上記光信号の波長と異なる波長を含む通過帯域を有している装置。
An optical splitter for splitting an input optical signal into a first optical signal and a second optical signal;
A waveform shaper to which the first optical signal is input;
A timing extractor for generating a clock pulse based on the second optical signal;
An optical AND circuit to which an optical signal output from the waveform shaper and a clock pulse output from the timing extractor are input,
The timing extractor is
An optical waveguide structure that provides a nonlinear optical effect so that chirping occurs in the second optical signal;
An output optical signal output from the optical waveguide structure is supplied, and an optical band-pass filter that extracts components other than the small component of the chirping,
The apparatus wherein the optical bandpass filter has a passband including a wavelength different from the wavelength of the optical signal.
請求項1に記載の装置であって、
上記波形整形器は、
上記第1の光信号にチャーピングが生じるように非線形光学効果を提供する光導波構造と、
上記光導波構造から出力された出力光信号が供給され上記チャーピングの小さい成分以外の成分を抽出する光帯域通過フィルタとを含み、
上記光帯域通過フィルタは上記光信号の波長と異なる波長を含む通過帯域を有している装置。
The apparatus according to claim 1, wherein
The waveform shaper is
An optical waveguide structure for providing a nonlinear optical effect such that chirping occurs in the first optical signal;
An output optical signal output from the optical waveguide structure is supplied, and an optical band-pass filter that extracts components other than the small component of the chirping,
The apparatus wherein the optical bandpass filter has a passband including a wavelength different from the wavelength of the optical signal.
入力信号光に基づき単一波長を有するクロックパルスを生成するステップと、
非線形光学効果を提供する光導波構造に上記クロックパルスを供給して上記クロックパルスのスペクトルを拡散させるステップと、
複数の通過帯域を有する光フィルタに上記スペクトルが拡散されたクロックパルスを供給して複数の波長を有する複数のクロックパルスを生成するステップとを備えた方法。
Generating a clock pulse having a single wavelength based on the input signal light;
Supplying the clock pulse to an optical waveguide structure providing a nonlinear optical effect to spread the spectrum of the clock pulse;
Supplying the spectrally spread clock pulses to an optical filter having a plurality of passbands to generate a plurality of clock pulses having a plurality of wavelengths.
請求項3に記載の方法であって、
上記光導波構造に供給されるクロックパルスを増幅するステップを更に備えた方法。
4. The method according to claim 3, wherein
The method further comprising amplifying a clock pulse provided to the optical waveguide structure.
請求項3に記載の方法であって、
上記光導波構造は光ファイバである方法。
4. The method according to claim 3, wherein
The method wherein the optical waveguide structure is an optical fiber.
請求項5に記載の方法であって、
上記光ファイバは正常分散、異常分散及び零分散の何れかを提供する方法。
The method of claim 5, wherein
A method wherein the optical fiber provides one of normal dispersion, anomalous dispersion and zero dispersion.
入力信号光に基づき単一波長を有するクロックパルスを生成するクロック抽出器と、
上記クロックパルスを供給されて非線形光学効果により上記クロックパルスのスペクトルを拡散させる光導波構造と、
複数の通過帯域を有し、上記スペクトルが拡散されたクロックパルスを供給されて複数の波長を有する複数のクロックパルスを生成する光フィルタとを備えた装置。
A clock extractor that generates a clock pulse having a single wavelength based on the input signal light;
An optical waveguide structure that is supplied with the clock pulse and spreads the spectrum of the clock pulse by a nonlinear optical effect;
An optical filter that has a plurality of pass bands and is supplied with a clock pulse in which the spectrum is spread to generate a plurality of clock pulses having a plurality of wavelengths.
請求項7に記載の装置であって、
上記光導波構造に供給されるクロックパルスを増幅する光増幅器を更に備えた装置。
The apparatus according to claim 7, wherein:
An apparatus further comprising an optical amplifier for amplifying a clock pulse supplied to the optical waveguide structure.
請求項7に記載の装置であって、
上記光導波構造は光ファイバである装置。
The apparatus according to claim 7, wherein:
The device wherein the optical waveguide structure is an optical fiber.
請求項9に記載の装置であって、
上記光ファイバは正常分散、異常分散及び零分散の何れかを提供する装置。
The device according to claim 9,
An apparatus in which the optical fiber provides one of normal dispersion, anomalous dispersion, and zero dispersion.
異なる波長を有する複数の光信号を波長分割多重して得られたWDM信号光を第1のWDM信号光と第2のWDM信号光とに分岐する光分岐器と、
入力ポート及び複数の出力ポートを有し、上記入力ポートには上記第1のWDM信号光が供給され、上記複数の出力ポートからは異なる波長を有する複数の光信号が出力される光デマルチプレクサと、
上記第2のWDM信号光を受け、複数の波長を有する複数のクロックパルスを生成する多波長クロック発生器と、
上記光デマルチプレクサの複数の出力ポートに接続され、上記複数のクロックパルスに基づき上記複数の光信号の波形整形を行う複数の波形整形器とを備え、
上記多波長クロック発生器は、
上記第2のWDM信号光に基づき単一波長を有するクロックパルスを生成するクロック抽出器と、
上記クロックパルスを供給されて非線形光学効果により上記クロックパルスのスペクトルを拡散させる光導波構造と、
複数の通過帯域を有し、上記スペクトルが拡散されたクロックパルスを供給されて複数の波長を有する複数のクロックパルスを生成する光フィルタとを備えている装置。
An optical splitter for splitting a WDM signal light obtained by wavelength division multiplexing a plurality of optical signals having different wavelengths into a first WDM signal light and a second WDM signal light;
An optical demultiplexer having an input port and a plurality of output ports, wherein the first WDM signal light is supplied to the input port, and a plurality of optical signals having different wavelengths are output from the plurality of output ports; ,
A multi-wavelength clock generator that receives the second WDM signal light and generates a plurality of clock pulses having a plurality of wavelengths;
A plurality of waveform shapers connected to a plurality of output ports of the optical demultiplexer and performing waveform shaping of the plurality of optical signals based on the plurality of clock pulses;
The multi-wavelength clock generator,
A clock extractor for generating a clock pulse having a single wavelength based on the second WDM signal light;
An optical waveguide structure that is supplied with the clock pulse and spreads the spectrum of the clock pulse by a nonlinear optical effect;
An apparatus comprising: an optical filter having a plurality of pass bands and being supplied with a clock pulse in which the spectrum is spread to generate a plurality of clock pulses having a plurality of wavelengths.
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