JP2004361697A

JP2004361697A - Optical pulse train conversion device

Info

Publication number: JP2004361697A
Application number: JP2003160367A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Aomi; 恵之青海; Ikuo Yamashita; 育男山下
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-05
Also published as: JP4504634B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical pulse train conversion device capable of performing high speed optical signal processing without depending on polarization of the inputted optical signal, in an optical pulse train conversion method wherein the inputted optical pulse train is switched every fixed number of pulses. <P>SOLUTION: The optical pulse train conversion device converting arrangement of pulses of the optical pulse train by optical operation has a loop construction formed by connecting a 3dB optical coupler 201 having two optical wave input terminals 202 and 203 and and at least one optical wave output terminal 204, an optical phase adjusting device 206 capable of adjusting the phase of an optical wave so that the optical wave inputted from one (203) of the optical wave input terminals of the 3dB optical coupler 201 and outputted from the optical wave output terminal 204 is inputted in the other (202) of the optical wave input terminals with the same phase, an optical amplifier 209 optically amplifying the optical wave whose phase is adjusted so that the optical wave has prescribed optical power before the optical wave is inputted in the other (202) of the optical wave input terminals of the 3dB optical coupler 201 and an optical limiter 212. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光信号処理の分野に属する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
パルス信号処理では、一定周期でパルス列を交互にスイッチする場合がある。たとえば、１０ギガビット毎秒（Ｇｂｐｓと記す。）の信号を２．５Ｇｂｐｓの信号にデ・マルチプレックス（ＤＭＵＸと記す。）する場合、最初に続く１０ビットを第１の方路にスイッチし、次に続く１０ビットを第２の方路にスイッチし、次に続く１０ビットを第３の方路にスイッチし、次に続く１０ビットを第４の方路にスイッチし、次に続く１０ビットを第１の方路にスイッチし、以下同じことを繰り返し、各々の方路でビットの伸張を行うことにより、２．５Ｇｂｐｓの４チャンネルの光信号を得るというＤＭＵＸの方法がある。
【０００３】
電気信号については、種々の論理素子が実現しているので上記のような処理は容易に行えるが、信号速度が速くなると実現が困難になる。
【０００４】
光の信号のままで信号処理を行う方法は、一般的に処理速度が速く、電気信号処理では実現不可能な高速な信号に対しても、信号処理が可能となることが期待でき、種々研究開発がされているが、上記のような処理を光信号のままで信号処理（光演算）する方法は提案されていない。
【０００５】
高速な光パルス伝送では、光パルス列の繰り返し周波数をＦとするとき、周波数Ｆの信号に同期し、Ｆより周波数の低い光パルス列を得る必要がしばしばある。ここで、周波数とは、光波の強度変化の周波数である。光通信で、例えば、４０Ｇｂｐｓの光信号から１０ギガヘルツ（ＧＨｚと記す。）の光パルスを得てタイミング信号とするときには、４０ＧＨｚから１０ＧＨＺへの光パルス列変換技術が必要になる。このような一定周期の光パルス列への変換を以下では光周波数変換と言う。光周波数変換は単に周波数が小さくなるということではなく、もとの光パルス列の光強度変化の位相と周波数変換された光パルス列の光強度変化の位相が一定関係にあるということである。一定関係とは、一致するかもしくは一定の時間差をもつということを意味する。
【０００６】
光周波数変換のような光パルス列変換方法として、容易に考えられる方法は、光信号を一旦電気信号に変換し、電気信号で周波数変換した後、その電気信号で新たに電気光変換を行って周波数変換された光信号を得るという方法である。この場合には、電気信号の処理速度によって制限される周波数の上限があり、４０ＧＨｚ程度が上限である。そこで、光周波数変換の方法として、入力した光パルスを光演算して周波数変換する方法がいくつか提案されている。以下、それらについて説明する。
【０００７】
（従来例１）
周波数を小さくするように光演算して周波数変換する既知の方法の一つは、光変調器を駆動して、光パルスを間引く方法である。図６にその方法を実現できる装置構成のブロック図を示す。図６において、５０１は光変調器、５０２は光分岐、５０３は光電気変換器、５０４は電気狭帯域フィルタ、５０５は電気増幅器、５０６は光遅延器、５０７は信号光入力端子、５０８は信号光出力端子である。
【０００８】
光変調器５０１の駆動は、この光変調器５０１の出力の一部を光電気変換器５０３で光電気変換し、電気の狭帯域フィルタ５０４で所望の周波数を有する正弦波信号に変換した後、電気増幅器５０５によって増幅された信号によって行われる。光遅延器５０６は光パルスを間引くタイミングを調節する。
【０００９】
この方法では、電気信号の処理を含むが、狭帯域な電気信号であるので、比較的周波数を高くすることができる。光変調器５０１としては、光の干渉を用いる干渉型光変調器がよく知られている。この干渉型光変調器は駆動電気信号に対して線形に動作するので、実用的には周波数を半分にすることになる。特殊な光変調器である、電界吸収型光変調器（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ−ｔｙｐｅ−Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、以下ではＥＡＭと略す。）は、正弦波電気信号で駆動しても光が通過する時間幅は、正弦波の一周期の時間幅より十分狭いので、入力する光信号の一定パルス毎に光パルス透過させることができる。すなわち、この方法では、入力する光パルスの周波数の整数分の１の周波数への周波数変換が可能である。しかし、この方法では、ＥＡＭの構造に起因する動作特性から、周波数変換としては４０ＧＨｚから１０ＧＨｚ程度への変換が実用上の限界である。この場合には、ＥＡＭは４つの入力光パルスのうち、１つの光パルスを通過させる。
【００１０】
（従来例２）
入力した光パルスを光演算して周波数変換する既知の他の方法では、半導体のレーザ発振器を用いる。半導体光増幅器を光の共振器の光路中に挿入するとレーザ発振器となるが、同時に可飽和吸収体といわれる非線形素子を光路中に挿入すると光パルス発生器となることがよく知られている。その共振器の簡単な構成は凹面鏡を対向させたものである。光出力は鏡の透過率を適当に設計してとり出すようにしている。レーザ発振器の光パルスの繰り返し周波数は共振器の長さで決定され、繰り返し周波数が１０ＧＨｚであれば往復の等価的な光路長は約２センチメートル（以下ｃｍと記す。）である。
【００１１】
このような光の共振器に、繰り返し周期が１０ＧＨｚの整数倍の信号光を注入すると、レーザ共振器の光パルスが信号光に含まれる１０ＧＨｚ成分に同期するようになり、１０ＧＨｚの周波数をもつ光パルスが得られる。この方法では、構成部品が比較的少なく、小型になるという利点がある。しかし、この方法では、注入される入力信号光に必ず１０ＧＨｚの成分が必要であるという制約があり、使用に当たって大きな制約となる。さらに、この方法では、製作に高度な半導体製作技術や、超高精度な光共振器製作技術が必要であり、高価なものになるという欠点がある。
【００１２】
（従来例３）
入力した光パルスを光演算して周波数変換する既知のさらに他の方法は光干渉系を用いる方法である（特許文献１）。この方法では、光入力を２つの光路に分岐し、一方の分岐の光路に所定の遅延を与えて、再度合波する。合波される２つの光波の光の位相が同相であるか、逆相であるかにより出力がスイッチされることを利用している。このような回路によって、周波数がＦの光パルス列が入力すると、周波数が２Ｆの光パルス列が出力される。
【００１３】
しかし、この方法での光路は一般的には偏波分散を有する。光波の干渉は、光導波路の導波路長の波長オーダの差異によって動作するので、偏波分散があると偏波の方向によって、合波される２つの光波の位相が異なることになり、スイッチのされ方が異なってしまう。すなわち、この方法では、入力される光の偏波が一定方向でなければ安定な動作とはならないという欠点がある。
【００１４】
【特許文献１】
特開平１１−１０１９２２号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
光パルス列を一定パルス数ずつ取り出す方法はこれまで提案されていない。また、従来の光周波数変換方法の、光信号を電気信号に変換して新たな光信号を作り出す方法では、電気信号処理速度の上限により入力の周波数を上げられないという欠点があった。また、従来の光演算して周波数を変換する方法においても、動作周波数をあげられなかったり（従来例１）、入力の光信号に特別な条件が必要であったり（従来例２）、入力される光波の偏波状態に制約がある（従来例３）などの欠点があった。
【００１６】
このような状況に鑑み、本発明では、光パルス列から、これと同期して、一定数のパルスずつ取り出すことができ、あるいは、周波数の高い光パルス列に変換された光パルス列を得る光パルス列変換に関して、光パルスの繰り返し周波数を高くすることができ、あるいは、入力する光波の偏波への依存性をなくすことができる光パルス列変換装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光パルス列変換装置では、光パルス列のパルスの並び方の変換を光演算機能によって行っている。すなわち、連続するシンボル１の光パルス列がＮ個の「１」とＮ個の「０」が交互に現れる光パルス列に変換される。これにより、Ｎ＝１とすれば周波数１／２のダウンコンバートとして働く。またこのような動作は、新しい光信号の多重化や光分離に応用できる可能性がある。さらに、信号を光信号のままで信号処理するので、高速な信号処理に適した方法である。
【００１８】
請求項１に記載の発明は、光パルス列のパルスの並び方を光演算により変換する光パルス列変換装置であって、光波を２分する手段と、この２分岐された一方の光波に所定の遅延を与える手段と、この遅延を受けた光波と前記２分された他方の光波とを合波する手段とを備えた光干渉系の一端を、偏波分離器の一方の分離端子に接続し、かつ、前記光干渉系の他端を、前記偏波分離器の他方の分離端子にねじりを与えた光路で接続したループ構成を有することを特徴とするものである。
【００１９】
この構成では、例えば光干渉系は、光波を２分する手段としての光結合器と、その２分岐された一方の光波に遅延を与える手段としての光遅延器と、その遅延を受けた光波と２分された他方の光波とを合波する手段としての光結合器とからなる、２端子の双方向性の光学系である。偏波分離器は、入力された光波を直交する二つの偏波に分離して出力する３端子光デバイスで、作用は可逆である。光路のループは、光干渉系の一方の端子と偏波分離器の一方の分離端子を接続し、光干渉系の他端子を偏波分離器の他方の分離端子に接続して構成される。光干渉系の光論理演算機能により、一端から正弦波状に変化する光信号を入力すると周波数が２倍の光信号が得られることが既知であるが、従来の方法では入力される光信号の偏波方向が一定である必要があった。本発明では、偏波分離器を用い、この偏波分離器と干渉系との結線用の偏波保持光ファイバをねじって接続することにより、偏波無依存化を図っている。
【００２０】
請求項２に記載の発明は、光パルス列のパルスの並び方を光演算により変換する光パルス列変換装置であって、２つの光波入力端と少なくとも１つの光波出力端を有する光結合器と、前記光結合器の前記光波入力端の一方から入力されて前記光波出力端から出力される光波が同位相で前記光波入力端の他方に入力されるように該光波の位相を調節可能な光位相調節器と、この位相が調節された光波を前記光結合器の他方に入力される前に所定の光パワーとなるまで光増幅する光リミッタ増幅器とを光路で接続したループ構成を有することを特徴とするものである。
【００２１】
この構成では、光結合器は次に述べるように作用する。ただし、光結合器に２つの光波出力端子がある場合には、その一方の光波出力端子は空きの端子である。２つの光波入力端子のいずれかの端子から信号光が入力される場合には、その入力された光パワーの半分ずつが光波出力端子から出力される。２つの光波入力端子から同じ光パワーの信号光が入力された場合、両方の光の位相が逆位相の場合には全光パワーが一方の光波出力端子から出力され、同位相であれば全光パワーが他方の光波出力端子（空き端子）から出力される。本発明では、光結合器に同位相で入力されるように光位相調節器が調節され、この位相が調節された光波の光パワーが光リミッタ増幅器で所定の光パワーにまで増幅される。この光結合器の一つの光波入力端子から、周期がＴの光パルス列が入力されるとする。また、ループ状の光路を光波が伝搬するのに要する時間がＴ×Ｎとすると、光分岐の一端からは、Ｎ個の連続する光パルスと、Ｎ個相当時間のブランクとが、交互に現れる。例えば、１，１，１，１の入力光パルスに対して、Ｎ＝１とすると、出力は０，１，０，１に変換される。このような作用は、光パルスの１／２ダウンコンバートに適している。また、Ｎ＝２であれば、出力は０，０，１，１，０，０，１，１のようになる。Ｎ＝２以上については光周波数のダウンコンバートの他に、光信号の前記ＤＭＵＸへの応用が期待できる。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、光パルス列のパルスの並び方を光演算により変換する光パルス列変換装置であって、電気信号により光をオンオフする光スイッチの光波出力端に光電気変換器を光路で接続し、該光電気変換器の出力で前記光スイッチを駆動するループ構成を有し、該光スイッチの動作が、電気信号入力時には光を遮断し、電気信号がない時には光を通過させる動作であることを特徴とするものである。
【００２３】
この構成では、電気信号により光波をオンオフする光スイッチの光波出力端子に光電気変換器を光路で接続し、その光電気変換器の出力で前記の光スイッチを駆動するループ構成をとる。その場合、光スイッチの動作を、電気信号入力時には光波を遮断し、電気信号がない時には光波を通過させる。ここで、ループの長さを、信号が光信号や電気信号としてループを一周するのに要する時間が入力される光パルス列の時間周期Ｔの整数倍Ｎ×Ｔであるとする。このような光電気回路も請求項２に述べた周波数変換装置と同じ作用があり、連続した光パルス列が、連続するＮ個の光パルス列と連続するＮ個のブランクの繰り返しに変換される。
【００２４】
ところで、請求項１乃至３に述べた発明を高速な光パルスに適用する場合、光回路をかなり短くする必要があり、通常の導波路ではループの径が小さくなって大きな光損をひき起こすおそれがある。そこで請求項４に記載の発明のように、ループを構成する光路の曲がり部分の一部もしくは全部に、光の波長程度の周期的屈折率分布をもつフォトニック結晶で構成されたフォトニック結晶導波路を用いることとすれば、このフォトニック結晶導波路により、光導波路の微小な曲がりを低損失で実現することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の適用範囲は、これらの実施形態によって限定されるものではない。
【００２６】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る光パルス列変換装置の全体構成を示すブロック図である。
【００２７】
図１において、１０１は光干渉系、１０２は光結合器、１０３は光波に所定の遅延を与える光遅延器、１０４は光波に可変の遅延を与える可変遅延器、１０５は光結合器、１０６は光干渉系の一方の光端子、１０７は光干渉系の他方の光端子、１０８は偏波分離器、１０９は偏波分離器１０８の一方の分離端子、１１０は偏波分離器１０８の他方の光端子、１１１は偏波分離器１０８の光入出力端子、１１２は３端子光サーキュレータ、１１３は光サーキュレータ１１２の光入力端子、１１４は光サーキュレータ１１２の光出力端子、１１５は光サーキュレータ１１２の光入出力端子、１１６は端子間を接続する偏波保持光コード、１１７は端子間を接続する偏波保持光コード、１１８は端子間を接続する光コードである。なお、同図中の二重線は光波が伝搬する光路としての光コード（光ファイバ）を表している。
【００２８】
光干渉系１０１は既知のものであって、その動作は可逆となっている。すなわち、光パルスの繰り返し周波数がＦの光信号が光端子１０６から入射すると、光端子１０７からは２Ｆの周波数成分を有する光信号が出力される。光信号が光端子１０７から入射した場合も、同様に光端子１０６から２Ｆの周波数成分を有する信号光が出力される。
【００２９】
偏波分離器１０８は光干渉系１０１に接続されて、以下のように動作するようになっている。光入出力端子１１１から入力された信号光は任意の偏波状態とする。信号光が偏波分離器１０８を通過すると、光端子１０９と光端子１１０には、それぞれ、直交する偏波成分に分離されて現れる。
【００３０】
以下では、光端子１０９に現れる光信号をＡ信号と呼び、光端子１１０に現れる光信号をＢ信号と呼ぶ。Ａ信号の偏波の方向は紙面に平行な方向としこれをｘ方向とする。Ｂ信号の偏波方向は紙面に垂直方向としこれをｙ方向とする。
【００３１】
偏波分離器１０８は光入出力端子１１１から入力された信号光を偏波によって光端子１０９と光端子１１０に分離して出力する機能の他に、光端子１０９から入力されたｘ偏波の信号光と光端子１１０から入力されたｙ偏波の信号光を合波して光入出力端子１１１に出力するという機能を有している。すなわち、偏波分離器１０８についてもその動作は可逆である。
【００３２】
光干渉系１０１は、ｘ偏波で最適に動作するように調節されているものとする。干渉系がｘ偏波に対して最適に動作し、かつｙ偏波に対しても同様に最適な動作をするようにするように設計することは一般的には困難であるので、一方の偏波のみを用いるのが実用的である。
【００３３】
Ａ信号は光干渉系１０１に対して適切な偏波方向であるので、光端子１０７にはＡ信号の周波数成分の２倍の周波数成分を持つ光パルス列が現れる。この信号光をここではＣ信号と呼ぶ。Ｃ信号はｘ偏波であるので、そのままでは光端子１１０には入力できない。そこで、偏波保持光コード１１６に１／４回転の捻りを与えて光端子１０７と光端子１１０とを接続する。その結果、Ｃ信号は偏波保持光コード１１６を伝搬する間にｙ偏波に変換され、光端子１１０にはｙ偏波で入射するので、Ｃ信号は光入出力端子１１１にそのまま出力される。
【００３４】
光端子１１０に現れるＢ信号はｙ偏波であるが、偏波保持光コード１１６が捻られていることにより、光干渉系１０１にはｘ偏波に変換されて到達する。その結果、Ｂ信号も光干渉系１０１に対して適切な偏波となって光端子１０７から入射し、光端子１０６にはｘ偏波の状態で現れる。この信号光をここではＤ信号と呼ぶ。Ｄ信号はＢ信号の２倍の周波数成分をもつ光パルス列となっている。Ｄ信号はｘ偏波であるので、光端子１０９から入力されると光入出力端子１１１にそのまま出力される。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態１では、光入出力端子１１１に入力された信号光は、偏波分離器１０８で２つの偏波成分に分離された後、それぞれが周波数変換を受け、再度偏波分離器１０８で合成される。これら２つの偏波の信号光は、光干渉系１０１、偏波分離器１０８、偏波保持光コード１１６、偏波保持光コード１１７の光路のループを逆向きに伝搬するが、全く同一の光路を伝搬するので、２つの偏波の光波の光波位相関係は保たれたままである。すなわち、光入出力端子１１１に入力される信号光の偏波状態と光入出力端子１１１から出力される信号光の偏波状態は同一であるので、信号光の周波数変換は、偏波無依存であることになる。
【００３６】
光サーキュレータ１１２は、ここでは３端子の光サーキュレータであり、光入力端子１１３から入力された光波は光入出力端子１１５から出力され、光入出力端子１１５から入力された信号光は光出力端子１１３から出力される。偏波分離器１０８が、入力端と出力端が同一の端子であるので、この光サーキュレータ１１２が、その入力端と出力端とを分離するために通常用いられる。
【００３７】
なお、図１に例示の光パルス変換装置では、光端子を接続するために、光コードや偏波保持光コードを用いているが、光導波路を用いてもよい。ただし、光導波路の場合は、光端子１０７と光端子１１０の結線の途中に偏波変換器を挿入する必要がある。
【００３８】
（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２に係る光パルス列変換装置の構成の一例をブロック図で示したものである。図２において、２０１は光結合器としての３デシベル光結合器、２０２および２０３は３デシベル光結合器２０１の信号光入力端子、２０４および２０５は３デシベル光結合器２０１の信号光出力端子、２０６は光位相調節器、２０７は光位相調節器２０６の信号光入力端子、２０８は光位相調節器２０６の信号光出力端子、２０９は光増幅器、２１０は光増幅器２０９の信号光入力端子、２１１は光増幅器２０９の信号光出力端子、２１２は光リミッタ、２１３は光リミッタ２１２の信号光入力端子、２１４は光リミッタ２１２の信号光出力端子、２１５は光分岐、２１６は光分岐２１５の信号光入力端子、２１７は光分岐２１５の一方の信号光出力端子、２１８は光分岐２１５の他方の信号光出力端子、２１９は信号光入力端子、２２０は光分岐２１５の信号光出力端子、２２１は光端子である。なお、同図中の二重線は光波が伝搬する光路としての光ファイバを表している。
【００３９】
３デシベル光結合器２０１は次に述べるような動作をする。光端子２０２もしくは光端子２０３のいずれかの光入力端子から信号光が入力される場合には、入力された光パワーの半分ずつが光端子２０４および光端子２０５から出力される。光端子２０２と光端子２０３の両方に同じ光パワーの信号光が入力された場合、両方の光の位相が同相であれば全光パワーが光端子２０５から出力され、両方の光の位相が逆位相の場合には全光パワーが光端子２０４から出力される。
【００４０】
光位相調節器２０６は、波長オーダの微動機構により、伝搬する光波に波長オーダの遅延を与えることができる。本発明では光位相調節器２０６により、３デシベル光結合器２０１に入力される２つの信号光が同相で入力されるように調節される。
【００４１】
光増幅器２０９は、入力された信号光が、光リミッタ２１２の動作に適切な光パワーとなるように増幅する。この実施形態２では、２０９は半導体光増幅器である。
【００４２】
２１２は光リミッタであって、ある値以上の入力光パワーに対しては、一定の光パワーを出力する光デバイスである。本実施形態２では、光増幅器２０９を出力の飽和領域で用いることによりリミッタ動作を実現している。この場合には、光増幅器２０９と光リミッタ２１２とが同時に稼動されるので、光増幅器２０９と光リミッタ２１２は一体のものであるが、本発明では、光増幅器２０９と光リミッタ２１２とが別体であるものも含めて、両者を光リミッタ増幅器と総称する。光リミッタ機能は吸収型光変調器を用いても得られる。
【００４３】
本発明の光パルス変換装置の動作は以下の通りである。
【００４４】
光端子２１９から一定の周期で光パルスが入力される。この周期をＴとする。３デシベル光結合器２０１から出て、光位相調節器２０６、光増幅器２０９，光リミッタ２１２、および光分岐２１５を通過して、再度３デシベル光結合器２０１に入力される信号光の伝搬に要する時間はＴの整数倍Ｎ×Ｔ（Ｎは整数）となるように、結線のための光ファイバ長が決められる。本実施形態２ではＮ＝２である。図２中のＡは光ファイバの一点、Ｂも光ファイバの一点を示しており、光端子２１９から入力された信号光がＢ点に達するに要する時間がＴ、信号光が点Ｂから点Ａに達するに要する時間がＴ、信号光が、点Ａから点Ｂに達するに要する時間がＴである。
【００４５】
図３はある時刻Ｔ_０から始まって時間Ｔ毎の信号光の強度を示している。ただし、強度は光端子２１９での強度で正規化されている。光端子２１９からは周期Ｔで光パルスが入力されるのでその強度はつねに１である。また、３デシベル光結合器２０１は固有の一定の光損をともなうが、ここでは原理を説明するために光損はゼロとしている。信号光がＢ点からＡ点に伝搬する間には、光位相調節器２０６や光増幅器２０９や光リミッタ２１２を経過するが、その結果として、Ａ点での信号光強度が１であるように光増幅器２０９の利得が調整されているものとする。
【００４６】
ある時刻Ｔ_０での信号光の状態が光端子２１９，Ａ点，Ｂ点でそれぞれ１，０，０とするとＴ_０＋Ｔの時刻では、それぞれ１，０，０．５となる。これは、３デシベル光結合器２０１への入力が光端子２１９からの１のみであるので、３デシベル光結合器２０１からは２等分された信号光が出力されるからである。
【００４７】
Ｔ_０＋２Ｔでは、それぞれ、１，１，０．５となる。Ａ点での強度が１になるのは、Ｔ_０＋ＴでのＢ点の強度が０．５あったものが光増幅器２０９と光リミッタ２１２の作用で１となったことによる。
【００４８】
次にＴ_０＋３Ｔでは、それぞれ、１，１，０となる。Ａ点での強度が１となるのは、Ｔ_０＋２ＴでのＢ点での強度が０．５であることによる。Ｂ点での強度が０になるのは、光端子２０２と光端子２０３に同時に１の強度信号光が同相で入力されたために、全信号光が光端子２０５に出力されたためである。
【００４９】
次にＴ_０＋４Ｔでは、それぞれ、１，０，０となる。Ａ点の強度が０であるのは、Ｔ_０＋３ＴでのＢ点の起用度が０であるからであり、Ｂ点での強度が０であるのは、Ｔ_０＋３Ｔでの光端子２１９およびＡ点での強度がともに１であることによる。Ｔ_０＋４Ｔでの信号光強度はＴ_０での強度と同一であるので、以下の時刻ではこの信号強度の変化が繰り返される。
【００５０】
光端子２２０から出力される信号光はＡ点での強度と同じであるので、オール１の信号光パルス列が、０，０，１，１，０，０，１，１の信号光パルス列に変換されたことになる。
【００５１】
図２では、光のループを光が一周するために要する時間は、入力される信号光パルスの周期の２倍であったが、これをＮ倍（Ｎは整数）とすると、出力される信号光のパルス列は、連続するＮ個の１と連続するＮ個の０とが繰り返すパルス列となる。もっとも簡単な場合は、Ｎ＝１であって、この場合には、１と０の繰り返しとなる。
【００５２】
このような光パルス列には、元の周波数成分は含まれないかあるいは大きな減衰を受けている。たとえば１と０の繰り返しでは、元の周波数の半分の周波数成分が主たる周波数成分となる。あるいは、周期が２倍に変換されたと考えることができる。
【００５３】
Ｎ＝２の場合には、周期は４倍であるが、０，０，１，１の繰り返しであるので、時間波形は正弦波状ではない。正弦波状の信号光を得るには、例えば、エタロンと言われる狭帯域な光フィルタを通過させることにより実現する。
【００５４】
図２の光路は光コードであってもよいし、その他の光導波路であってもよい。
【００５５】
（実施形態３）
図４は本発明の実施形態３に係る光パルス列変換装置の構成の一例をブロック図で示したものである。３０１は電気信号の駆動による光スイッチ、３０２は光分岐、３０３は光電気変換器、３０４は電気増幅器、３０５は電気配線、３０６は信号光入力端子、３０７は信号光出力端子である。なお、図４中の二重線は光波が伝搬する光路としての光ファイバ、一重線は電気信号を伝播する電線を表す。
【００５６】
Ａは光分岐３０２と光電気変換器３０３との間の光ファイバ中の一点、Ｂは電気結線３０５中の一点、Ｃは光端子３０６と光分岐３０１との間の光ファイバ中の一点である。光端子３０６からは時間周期Ｔの光パルス列が入力される。信号光がＣ点から光スイッチ３０１まで伝搬するのに要する時間と、電気信号がＢ点から光スイッチ３０１に伝搬するために要する時間は同一であるように、Ｃ点は設定されている。
【００５７】
信号光がＡ点を出発して、光電気変換器３０３に到達し、３０３で電気信号に変換され、電気結線３０５を伝搬してＢ点に達するまでに要する時間がＴであるように、Ｂ点の位置が設定されている。Ｂ点から光スイッチ３０１まで電気信号が伝搬するのに要する時間と、信号光が光スイッチ３０１からＡ点まで伝搬するのに要する時間との和はＴであるように電気結線３０５の長さとＡ点の位置が設定されている。
【００５８】
光スイッチ３０１は、電気入力がオンのときは信号光を遮断し、電気入力がオフの時には信号光を通過させるように動作する。このような動作は、干渉型光変調器や前述のＥＡＭによって実現可能である。
【００５９】
光端子３０６から周期Ｔの光パルスが入力されるときの、Ａ点，Ｂ点，Ｃ点の信号の強度は図５のようになる。ただし、光強度および電気信号は、オンの状態を１で、オフの状態を０で表している。時刻Ｔ_０でＣ点，Ａ点，Ｂ点はそれぞれ、１，０，０であるとすると、時刻Ｔ_０＋Ｔでは１，１，０となる。Ａ点が１であるのは、時刻Ｔ_０でのＢ点が０であるので、光スイッチ３０１としてはオンの状態であるためＣ点の信号光が、Ａ点に現れたためである。Ｂ点が０であるのは、時刻Ｔ_０でのＡ点が０であるからである。
【００６０】
時刻Ｔ_０＋２Ｔでは、Ｃ点，Ａ点，Ｂ点は１，１，１となる。Ａ点が１であるのは、時刻Ｔ_０＋ＴでのＢ点が０であるので、光スイッチ３０１としてはオンの状態であるためＣ点の信号光がＡ点に現れたためである。Ｂ点が１であるのは、時刻Ｔ_０＋ＴでのＡ点が１であるからである。
【００６１】
時刻Ｔ_０＋３Ｔでは、Ｃ点，Ａ点，Ｂ点は１，０，１となる。Ａ点が０であるのは、時刻Ｔ_０＋２ＴでのＢ点が１であるので、光スイッチ３０１としてはオフの状態であるためＣ点の信号光が遮断されたためである。Ｂ点が１であるのは、時刻Ｔ_０＋２ＴでのＡ点が１であるからである。
【００６２】
時刻Ｔ_０＋４Ｔでは、Ｃ点，Ａ点，Ｂ点は１，０，０となる。Ａ点が０であるのは、時刻Ｔ_０＋３ＴでのＢ点が１であるので、光スイッチ３０１としてはオフの状態であるためＣ点の信号光が遮断されたためである。Ｂ点が０であるのは、時刻Ｔ_０＋３ＴでのＡ点が０であるからである。
【００６３】
時刻Ｔ_０＋４Ｔの信号の状態は時刻Ｔ_０と同じであるので、以後同じことが繰り返される。光端子３０７から出力される信号光はＡ点での強度と同じであるので、オール１の信号光パルス列が、０，０，１，１，０，０，１，１の信号光パルス列に変換されたことになる。
【００６４】
このような動作の結果は、図２で示したものと同じである。図４では、信号がループを一周するために要する時間は、電気増幅器３０４に入力信号光パルスの周期の２倍であったが、これをＮ倍（Ｎは整数）とすると、出力される信号光のパルス列は、連続するＮ個の１と連続するＮ個の０とが繰り返すパルス列となることも同様である。
【００６５】
本実施形態３は、装置の構成が既知の技術である図６に示した装置とほぼ同様である。ただし、本発明では、光路および電気結線の長さに対する条件および光スイッチ３０１の動作の条件により、論理回路として動作している点が異なる。従来の技術では、狭帯域な電気フィルタで正弦波電気信号を作り、その電気信号がオンの状態で信号光を通過させる動作により、入力された信号光を間引いているので、本発明のような０，０，１，１のような信号光を出力をすることはない。
【００６６】
以上述べたの本発明の実施形態１〜３では、光の伝送路として光ファイバを用いているが、光ファイバに限定されるものではない。一般にいわれる光導波路を用いることにより、装置の小型化を図ることができる。
【００６７】
しかし、従来より知られている導波路を用いたとしても、入力の光パルス列の周期が小さくなる、あるいは周波数が大きくなると光回路の設計が困難になる。たとえば、周波数が４０ＧＨｚとすると一周期は２５ピコセカンド（ｐｓと記す。）であり、光ファイバを伝搬する場合の長さは約２ｃｍである。
【００６８】
一例として、Ｎ＝８である光パルス列変換装置に４０ＧＨｚの光パルス列を入力すると１が８つ、０が８つ、と交互に出力され、これをエタロンフィルタを通過させると、２．５ＧＨｚの正弦波状の光パルス列が得られる。Ｎ＝８であるので、図３の光のループの長さは約１６ｃｍであり、ループの直径は約５ｃｍであり、この値は実現性のある値である。
【００６９】
別の例として、たとえば、４０ＧＨｚの光パルス列をＮ＝２である光パルス列変換装置に入力する場合を考えると、ループ長は約４ｃｍでその直径は１．２７ｃｍとなる。通常の光ファイバや光導波路では、曲がりの直径が２ｃｍ以下では大きな放射損が発生して実現が困難であるので、通常の光導波路ではこの例は現実的ではない。
【００７０】
このような場合、例えば既知のフォトニック結晶導波路（非特許文献：応用物理、第７１巻、第１１号（２００２）、フォトニック結晶による光子制御、野田・浅野・山本著参照）を用いることが有効である。フォトニック結晶導波路は、屈折率が３次元の周期構造をもった光デバイスであって、その特徴の一つは、急激な導波路の曲がりに対しても光損が微少なことである。
【００７１】
本発明において、光導波路の曲がりの部分をフォトニック結晶導波路で構成することにより、元の信号光パルスの周波数が、８０ＧＨｚや１６０ＧＨｚに対しても光パルス列変換が可能となる。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の光パルス変換装置によれば、従来はできなかった一定数のパルス列を交互にスイッチしたり、光パルスの変換を偏波無依存で行うことができたり、光回路の小型化により高速な光信号の処理が可能となるので、光信号処理の全光化や経済化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る光パルス列変換装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る光パルス列変換装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態２における光パルス列変換の状態を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態３に係る光パルス列変換装置の全体構成を示すブロック図である。
【図５】実施形態３における光パルス列変換の状態を示す説明図である。
【図６】従来例に係る光パルス列変換装置の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１光干渉系
１０２光結合器
１０３光遅延器
１０４可変遅延器
１０５光結合器
１０６，１０７，１０９，１１０光端子
１０８偏波分離器
１１１入出力端子
１１２光サーキュレータ
１１３光入力端子
１１４光出力端子
１１５光入出力端子
１１６偏波保持光コード
１１７偏波保持光コード
１１８光コード
２０１３デシベル光結合器
２０２〜２０５，２０７，２０８，２１０，２１１，２１３，２１４，２１６〜２２１光端子
２０６光位相調節器
２０９光増幅器
２１２光リミッタ
２１５光分岐
３０１光スイッチ
３０２光分岐
３０３光電気変換器
３０４電気増幅器
３０５電気結線
３０６，３０７光端子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is a technology belonging to the fields of optical communication and optical signal processing.
[0002]
[Prior art]
In the pulse signal processing, a pulse train may be alternately switched at a constant cycle. For example, when a signal of 10 gigabits per second (denoted by Gbps) is demultiplexed (denoted by DMUX) into a signal of 2.5 Gbps, the first 10 bits that follow are switched to the first route, and then The next 10 bits are switched to the second path, the next 10 bits are switched to the third path, the next 10 bits are switched to the fourth path, and the next 10 bits are switched to the fourth path. There is a DMUX method in which a switch is made to one path, the same is repeated thereafter, and bit expansion is performed in each path to obtain an optical signal of four channels of 2.5 Gbps.
[0003]
The above-described processing can be easily performed on the electric signal because various logic elements are realized, but it is difficult to realize the electric signal as the signal speed increases.
[0004]
The method of performing signal processing with optical signals as it is generally has a high processing speed, and it can be expected that signal processing will be possible even for high-speed signals that cannot be realized by electrical signal processing. Although development has been performed, no method has been proposed for performing signal processing (optical operation) with the above-described processing as an optical signal.
[0005]
In high-speed optical pulse transmission, when the repetition frequency of the optical pulse train is F, it is often necessary to obtain an optical pulse train synchronized with the signal of the frequency F and having a lower frequency than F. Here, the frequency is a frequency at which the intensity of the light wave changes. In optical communication, for example, when obtaining an optical pulse of 10 GHz (referred to as GHz) from an optical signal of 40 Gbps and using it as a timing signal, an optical pulse train conversion technology from 40 GHz to 10 GHZ is required. Such conversion into an optical pulse train having a constant period is hereinafter referred to as optical frequency conversion. The optical frequency conversion does not mean that the frequency simply decreases, but that the phase of the light intensity change of the original optical pulse train and the phase of the light intensity change of the frequency-converted optical pulse train have a fixed relationship. The constant relationship means that they match or have a certain time difference.
[0006]
An easily conceivable method for converting an optical pulse train such as optical frequency conversion is to convert an optical signal into an electrical signal once, convert the frequency with the electrical signal, and then perform a new electrical-optical conversion with the electrical signal to perform frequency conversion. This is a method of obtaining a converted optical signal. In this case, there is an upper limit of the frequency limited by the processing speed of the electric signal, and the upper limit is about 40 GHz. Therefore, as an optical frequency conversion method, there have been proposed some methods of performing an optical operation on an input optical pulse to perform frequency conversion. Hereinafter, these will be described.
[0007]
(Conventional example 1)
One of the known methods of performing optical calculations to reduce the frequency and performing frequency conversion is a method of driving an optical modulator and thinning out optical pulses. FIG. 6 shows a block diagram of an apparatus configuration that can realize the method. 6, reference numeral 501 denotes an optical modulator, 502 denotes an optical branch, 503 denotes an optical-electrical converter, 504 denotes an electric narrow band filter, 505 denotes an electric amplifier, 506 denotes an optical delay unit, 507 denotes a signal light input terminal, and 508 denotes a signal. Optical output terminal.
[0008]
The driving of the optical modulator 501 is performed by photoelectrically converting a part of the output of the optical modulator 501 with the photoelectric converter 503 and converting the output into a sine wave signal having a desired frequency with the electric narrow band filter 504. This is performed by the signal amplified by the electric amplifier 505. The optical delay unit 506 adjusts the timing for thinning out optical pulses.
[0009]
Although this method includes processing of an electric signal, since the electric signal has a narrow band, the frequency can be relatively increased. As the optical modulator 501, an interference type optical modulator using light interference is well known. Since the interferometric optical modulator operates linearly with respect to the drive electric signal, the frequency is practically halved. An electro-absorption-type-modulator (hereinafter, abbreviated as EAM), which is a special optical modulator, has a time width in which light passes even when driven by a sinusoidal electric signal. Since it is sufficiently narrower than the time width of one cycle of the wave, it is possible to transmit an optical pulse for each constant pulse of the input optical signal. That is, in this method, it is possible to convert the frequency of the input light pulse into a frequency that is a fraction of an integer. However, in this method, the frequency conversion from 40 GHz to about 10 GHz is the practical limit due to the operating characteristics caused by the EAM structure. In this case, the EAM passes one of the four input optical pulses.
[0010]
(Conventional example 2)
Another known method of performing frequency conversion by optically calculating an input optical pulse uses a semiconductor laser oscillator. It is well known that when a semiconductor optical amplifier is inserted into the optical path of an optical resonator, it becomes a laser oscillator. At the same time, when a nonlinear element called a saturable absorber is inserted into the optical path, it becomes an optical pulse generator. A simple configuration of the resonator is one in which concave mirrors face each other. The light output is obtained by appropriately designing the transmittance of the mirror. The repetition frequency of the optical pulse of the laser oscillator is determined by the length of the resonator. If the repetition frequency is 10 GHz, the equivalent optical path length of the round trip is about 2 cm (hereinafter referred to as cm).
[0011]
When signal light whose repetition period is an integral multiple of 10 GHz is injected into such a light resonator, the light pulse of the laser resonator is synchronized with the 10 GHz component included in the signal light, and light having a frequency of 10 GHz is obtained. A pulse is obtained. This method has the advantage that it has relatively few components and is compact. However, in this method, there is a restriction that a component of 10 GHz is always required for the input signal light to be injected, which is a great restriction in use. Furthermore, this method requires a high-level semiconductor manufacturing technique and an ultra-high-precision optical resonator manufacturing technique for manufacturing, and has the disadvantage of being expensive.
[0012]
(Conventional example 3)
Yet another known method for performing optical calculation on an input optical pulse and converting the frequency is to use an optical interference system (Patent Document 1). In this method, an optical input is split into two optical paths, a predetermined delay is given to one of the split optical paths, and the optical paths are combined again. The fact that the output is switched depending on whether the phases of the two light waves to be multiplexed are the same or opposite phases is used. With such a circuit, when an optical pulse train having a frequency of F is input, an optical pulse train having a frequency of 2F is output.
[0013]
However, the optical path in this method generally has polarization dispersion. Since light wave interference operates according to the difference in the wavelength order of the waveguide length of the optical waveguide, if there is polarization dispersion, the phases of the two light waves to be combined will differ depending on the polarization direction, and the switch It will be different. That is, this method has a disadvantage that stable operation is not achieved unless the polarization of the input light is in a fixed direction.
[0014]
[Patent Document 1]
JP-A-11-101922
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
A method of extracting an optical pulse train by a fixed number of pulses has not been proposed so far. Further, the method of converting a light signal into an electric signal to generate a new light signal in the conventional light frequency conversion method has a disadvantage that the input frequency cannot be increased due to the upper limit of the electric signal processing speed. Also, in the conventional method of converting the frequency by performing an optical operation, the operating frequency cannot be increased (conventional example 1), a special condition is required for the input optical signal (conventional example 2), There is a drawback such as that the polarization state of the light wave is limited (conventional example 3).
[0016]
In view of such a situation, the present invention relates to an optical pulse train conversion that can take out a fixed number of pulses from an optical pulse train in synchronization with the optical pulse train, or obtain an optical pulse train converted into a high-frequency optical pulse train. It is an object of the present invention to provide an optical pulse train conversion device capable of increasing the repetition frequency of an optical pulse or eliminating dependence on the polarization of an input optical wave.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In the optical pulse train conversion device of the present invention, the arrangement of the pulses in the optical pulse train is converted by the optical operation function. That is, the optical pulse train of the continuous symbol 1 is converted into an optical pulse train in which N “1” and N “0” appear alternately. Thereby, if N = 1, it works as a down-conversion of the frequency １／. Such an operation may be applicable to multiplexing and demultiplexing of new optical signals. Further, since the signal is processed as it is as an optical signal, this method is suitable for high-speed signal processing.
[0018]
The invention according to claim 1 is an optical pulse train conversion device for converting the arrangement of pulses of an optical pulse train by optical operation, wherein a means for dividing a light wave into two and a predetermined delay are given to one of the two branched light waves. Providing one end of an optical interference system including a means for providing the light and a means for multiplexing the delayed lightwave and the other lightwave divided into two, to one separation terminal of a polarization splitter, and And a loop configuration in which the other end of the optical interference system is connected by an optical path obtained by twisting the other separation terminal of the polarization splitter.
[0019]
In this configuration, for example, the optical interference system includes an optical coupler as a means for dividing a light wave into two, an optical delay device as a means for delaying one of the two branched light waves, and a light wave having received the delay. This is a two-terminal bidirectional optical system including an optical coupler as means for multiplexing the other two light waves. The polarization splitter is a three-terminal optical device that splits an input lightwave into two orthogonal polarizations and outputs the split light, and the operation is reversible. The optical path loop is configured by connecting one terminal of the optical interference system to one separation terminal of the polarization splitter, and connecting the other terminal of the optical interference system to the other separation terminal of the polarization splitter. It is known that when an optical signal that changes sinusoidally from one end is input by the optical logic operation function of the optical interference system, an optical signal having a frequency twice as high can be obtained. The wave direction had to be constant. According to the present invention, polarization independence is achieved by using a polarization splitter and twisting and connecting a polarization maintaining optical fiber for connecting the polarization splitter to the interference system.
[0020]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an optical pulse train conversion device for converting the arrangement of pulses of an optical pulse train by optical calculation, wherein the optical coupler has two light wave input terminals and at least one light wave output terminal; An optical phase adjuster capable of adjusting the phase of the light wave so that the light wave input from one of the light wave input terminals of the coupler and output from the light wave output terminal is input to the other of the light wave input terminals in the same phase; And an optical limiter amplifier for optically amplifying the lightwave whose phase has been adjusted until the lightwave reaches a predetermined optical power before being input to the other of the optical couplers. Things.
[0021]
In this configuration, the optical coupler operates as described below. However, when the optical coupler has two light wave output terminals, one of the light wave output terminals is an empty terminal. When signal light is input from any one of the two light wave input terminals, half of the input light power is output from the light wave output terminal. When signal light having the same optical power is input from two light wave input terminals, if both light phases are opposite phases, all light power is output from one light wave output terminal. Power is output from the other lightwave output terminal (empty terminal). In the present invention, the optical phase adjuster is adjusted so as to be input to the optical coupler in the same phase, and the optical power of the optical wave whose phase has been adjusted is amplified to a predetermined optical power by the optical limiter amplifier. It is assumed that an optical pulse train having a period of T is input from one light wave input terminal of the optical coupler. Further, assuming that the time required for the light wave to propagate through the loop-shaped optical path is T × N, N continuous light pulses and N blanks corresponding to N times alternately appear from one end of the optical branch. . For example, if N = 1 for an input optical pulse of 1,1,1,1 the output is converted to 0,1,0,1. Such an operation is suitable for 1/2 down-conversion of an optical pulse. If N = 2, the output will be 0,0,1,1,0,0,1,1. For N = 2 or more, in addition to down-conversion of the optical frequency, application of the optical signal to the DMUX can be expected.
[0022]
According to a third aspect of the present invention, there is provided an optical pulse train converter for converting the arrangement of pulses of an optical pulse train by optical operation, wherein an optical-electrical converter is connected to a lightwave output terminal of an optical switch for turning on and off light by an electric signal. Connected, and has a loop configuration for driving the optical switch with the output of the opto-electrical converter. The operation of the optical switch is an operation of blocking light when an electric signal is input and passing light when there is no electric signal. It is characterized by having.
[0023]
In this configuration, a loop configuration is used in which a photoelectric converter is connected to a light wave output terminal of an optical switch that turns on and off a light wave by an electric signal through an optical path, and the output of the photoelectric converter drives the optical switch. In this case, the operation of the optical switch is such that the light wave is cut off when an electric signal is input, and the light wave is passed when there is no electric signal. Here, it is assumed that the length of the loop is an integral multiple N × T of the time period T of the optical pulse train in which the time required for the signal to make one round of the loop as an optical signal or an electric signal is input. Such an opto-electric circuit has the same function as the frequency conversion device described in claim 2, and a continuous optical pulse train is converted into a continuous N optical pulse trains and a continuous N blanks.
[0024]
By the way, when the invention described in claims 1 to 3 is applied to a high-speed optical pulse, it is necessary to considerably shorten the optical circuit, and in a normal waveguide, the diameter of the loop becomes small, which may cause a large optical loss. There is. Therefore, according to the invention as set forth in claim 4, a part or the entirety of the bent portion of the optical path forming the loop is provided with a photonic crystal waveguide having a periodic refractive index distribution about the wavelength of light. If a waveguide is used, the photonic crystal waveguide can realize a small bending of the optical waveguide with low loss.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the scope of application of the present invention is not limited by these embodiments.
[0026]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing the entire configuration of the optical pulse train conversion device according to the first embodiment of the present invention.
[0027]
In FIG. 1, 101 is an optical interference system, 102 is an optical coupler, 103 is an optical delay that gives a predetermined delay to an optical wave, 104 is a variable delay that gives a variable delay to an optical wave, 105 is an optical coupler, and 106 is an optical coupler. One optical terminal of the optical interference system, 107 is the other optical terminal of the optical interference system, 108 is a polarization separator, 109 is one separation terminal of the polarization separator 108, and 110 is the other terminal of the polarization separator 108. An optical terminal, 111 is an optical input / output terminal of the polarization separator 108, 112 is a three-terminal optical circulator, 113 is an optical input terminal of the optical circulator 112, 114 is an optical output terminal of the optical circulator 112, and 115 is an optical output terminal of the optical circulator 112. Input / output terminals, 116 is a polarization maintaining optical cord for connecting the terminals, 117 is a polarization maintaining optical code for connecting the terminals, and 118 is an optical cord for connecting the terminals. The double line in the figure represents an optical cord (optical fiber) as an optical path through which the light wave propagates.
[0028]
The optical interference system 101 is known, and its operation is reversible. That is, when an optical signal whose optical pulse repetition frequency is F enters from the optical terminal 106, an optical signal having a frequency component of 2F is output from the optical terminal 107. Similarly, when an optical signal enters from the optical terminal 107, a signal light having a frequency component of 2F is output from the optical terminal 106.
[0029]
The polarization splitter 108 is connected to the optical interference system 101 and operates as follows. The signal light input from the optical input / output terminal 111 is in an arbitrary polarization state. When the signal light passes through the polarization splitter 108, it appears at the optical terminal 109 and the optical terminal 110 after being separated into orthogonal polarization components.
[0030]
Hereinafter, the optical signal appearing at the optical terminal 109 is referred to as an A signal, and the optical signal appearing at the optical terminal 110 is referred to as a B signal. The direction of the polarization of the A signal is a direction parallel to the plane of the paper, and this is the x direction. The polarization direction of the B signal is perpendicular to the plane of the paper, and this is the y direction.
[0031]
The polarization separator 108 separates the signal light input from the optical input / output terminal 111 into an optical terminal 109 and an optical terminal 110 by polarization and outputs the separated signal light. It has a function of multiplexing the signal light and the y-polarized signal light input from the optical terminal 110 and outputting the multiplexed signal light to the optical input / output terminal 111. That is, the operation of the polarization splitter 108 is also reversible.
[0032]
It is assumed that the optical interference system 101 is adjusted to operate optimally with x polarization. Since it is generally difficult to design an interference system to operate optimally for x polarization and similarly for y polarization, it is difficult to design one of the polarizations. It is practical to use only waves.
[0033]
Since the A signal has an appropriate polarization direction with respect to the optical interference system 101, an optical pulse train having a frequency component that is twice the frequency component of the A signal appears at the optical terminal 107. This signal light is referred to as a C signal here. Since the C signal is x-polarized, it cannot be input to the optical terminal 110 as it is. Thus, the optical terminal 107 and the optical terminal 110 are connected by giving a 1/4 turn of twist to the polarization maintaining optical cord 116. As a result, the C signal is converted into a y-polarized wave while propagating through the polarization maintaining optical code 116 and enters the optical terminal 110 with the y-polarized wave, so that the C signal is directly output to the optical input / output terminal 111. .
[0034]
The B signal appearing at the optical terminal 110 is a y-polarized wave, but reaches the optical interference system 101 after being converted into an x-polarized wave because the polarization maintaining optical code 116 is twisted. As a result, the B signal also enters the optical interference system 101 from the optical terminal 107 as an appropriately polarized wave, and appears at the optical terminal 106 in an x-polarized state. This signal light is herein referred to as a D signal. The D signal is an optical pulse train having twice the frequency component of the B signal. Since the D signal is x-polarized, if it is input from the optical terminal 109, it is output to the optical input / output terminal 111 as it is.
[0035]
As described above, in the first embodiment, the signal light input to the optical input / output terminal 111 is separated into two polarization components by the polarization splitter 108, each of which undergoes frequency conversion, and The signals are synthesized by the polarization splitter 108. These two polarized signal lights propagate in opposite directions through the optical path loop of the optical interference system 101, the polarization splitter 108, the polarization maintaining optical code 116, and the polarization maintaining optical code 117. , The light wave phase relationship between the two polarized light waves is maintained. That is, since the polarization state of the signal light input to the optical input / output terminal 111 and the polarization state of the signal light output from the optical input / output terminal 111 are the same, the frequency conversion of the signal light is polarization independent. It will be.
[0036]
Here, the optical circulator 112 is a three-terminal optical circulator. The optical wave input from the optical input terminal 113 is output from the optical input / output terminal 115, and the signal light input from the optical input / output terminal 115 is the optical output terminal 113. Output from Since the polarization separator 108 has the same terminal at the input terminal and the output terminal, the optical circulator 112 is usually used to separate the input terminal and the output terminal.
[0037]
In the optical pulse converter illustrated in FIG. 1, an optical cord or a polarization maintaining optical cord is used to connect the optical terminals, but an optical waveguide may be used. However, in the case of an optical waveguide, it is necessary to insert a polarization converter in the middle of the connection between the optical terminal 107 and the optical terminal 110.
[0038]
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the optical pulse train conversion device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 2, 201 is a 3 dB optical coupler as an optical coupler, 202 and 203 are signal light input terminals of the 3 dB optical coupler 201, 204 and 205 are signal light output terminals of the 3 dB optical coupler 201, 206 Is an optical phase adjuster, 207 is a signal light input terminal of the optical phase adjuster 206, 208 is a signal light output terminal of the optical phase adjuster 206, 209 is an optical amplifier, 210 is a signal light input terminal of the optical amplifier 209, and 211 is A signal light output terminal of the optical amplifier 209, 212 is an optical limiter, 213 is a signal light input terminal of the optical limiter 212, 214 is a signal light output terminal of the optical limiter 212, 215 is a light branch, and 216 is a signal light input of the light branch 215. A terminal 217 is one signal light output terminal of the optical branch 215, 218 is another signal light output terminal of the optical branch 215, 219 is a signal light input terminal, 220 The signal light output terminal of the optical branching 215, 221 is an optical terminal. The double line in the figure represents an optical fiber as an optical path through which a light wave propagates.
[0039]
The 3-dB optical coupler 201 operates as described below. When signal light is input from either the optical input terminal of the optical terminal 202 or the optical terminal 203, half of the input optical power is output from the optical terminal 204 and the optical terminal 205. When signal light having the same optical power is input to both the optical terminal 202 and the optical terminal 203, if the phases of both lights are the same, the entire optical power is output from the optical terminal 205, and the phases of both lights are reversed. In the case of the phase, the total optical power is output from the optical terminal 204.
[0040]
The optical phase adjuster 206 can apply a wavelength-order delay to the propagating light wave by a wavelength-order fine movement mechanism. In the present invention, the optical phase adjuster 206 adjusts the two signal lights input to the 3-dB optical coupler 201 so that they are input in the same phase.
[0041]
The optical amplifier 209 amplifies the input signal light so as to have an optical power appropriate for the operation of the optical limiter 212. In the second embodiment, reference numeral 209 denotes a semiconductor optical amplifier.
[0042]
Reference numeral 212 denotes an optical limiter, which is an optical device that outputs a constant optical power with respect to an input optical power of a certain value or more. In the second embodiment, the limiter operation is realized by using the optical amplifier 209 in the output saturation region. In this case, since the optical amplifier 209 and the optical limiter 212 are operated simultaneously, the optical amplifier 209 and the optical limiter 212 are integrated, but in the present invention, the optical amplifier 209 and the optical limiter 212 are separate. Are collectively referred to as an optical limiter amplifier. The optical limiter function can also be obtained by using an absorption type optical modulator.
[0043]
The operation of the optical pulse converter according to the present invention is as follows.
[0044]
An optical pulse is input from the optical terminal 219 at a constant cycle. This cycle is T. It is required for the propagation of the signal light that exits from the three-dB optical coupler 201, passes through the optical phase adjuster 206, the optical amplifier 209, the optical limiter 212, and the optical branch 215, and is again input to the three-dB optical coupler 201. The optical fiber length for connection is determined so that the time is an integral multiple of T × N (N is an integer). In the second embodiment, N = 2. 2A indicates one point of the optical fiber, and B indicates one point of the optical fiber. The time T required for the signal light input from the optical terminal 219 to reach the point B is T, and the signal light is transferred from the point B to the point A. And the time required for the signal light to reach point B from point A is T.
[0045]
FIG. 3 shows a certain time T. ₀ , The intensity of the signal light at each time T is shown. However, the intensity is normalized by the intensity at the optical terminal 219. Since an optical pulse is input at a period T from the optical terminal 219, its intensity is always 1. Although the 3 dB optical coupler 201 has an inherent constant light loss, the light loss is assumed to be zero in order to explain the principle here. While the signal light propagates from the point B to the point A, the signal light passes through the optical phase adjuster 206, the optical amplifier 209, and the optical limiter 212. As a result, the signal light intensity at the point A is set to 1 It is assumed that the gain of the optical amplifier 209 has been adjusted.
[0046]
A certain time T ₀ Assuming that the state of the signal light at the optical terminal 219 is 1, 0, 0 at point A and point B, respectively, T ₀ At the time of + T, they are 1, 0, and 0.5, respectively. This is because the input to the 3 dB optical coupler 201 is only 1 from the optical terminal 219, and the 3 dB optical coupler 201 outputs the signal light divided into two.
[0047]
T ₀ At + 2T, they are 1, 1, and 0.5, respectively. The intensity at point A becomes 1 because T ₀ This is because the optical amplifier 209 and the optical limiter 212 have a value of 1 when the intensity at the point B at + T is 0.5.
[0048]
Then T ₀ At + 3T, they are 1, 1, 0, respectively. The intensity at point A becomes 1 because T ₀ This is because the intensity at point B at + 2T is 0.5. The intensity at point B becomes 0 because all the signal lights were output to the optical terminal 205 because the intensity signal lights of 1 were simultaneously input to the optical terminals 202 and 203 in the same phase.
[0049]
Then T ₀ At + 4T, they are 1, 0, and 0, respectively. The intensity at point A is 0 because T ₀ This is because the degree of appointment at point B at + 3T is 0, and the intensity at point B is 0 because T ₀ This is because the optical terminal 219 at + 3T and the intensity at point A are both 1. T ₀ The signal light intensity at + 4T is T ₀ Therefore, this change in signal intensity is repeated at the following times.
[0050]
Since the signal light output from the optical terminal 220 has the same intensity as that at the point A, the all-one signal light pulse train is converted into the 0,0,1,1,0,0,1,1 signal light pulse train. It was done.
[0051]
In FIG. 2, the time required for the light to make one round of the light loop is twice the period of the input signal light pulse. However, if this time is N times (N is an integer), the output signal The light pulse train is a pulse train in which N consecutive 1s and N consecutive 0s are repeated. In the simplest case, N = 1, in which case 1 and 0 are repeated.
[0052]
Such an optical pulse train does not contain the original frequency component or is greatly attenuated. For example, in the repetition of 1 and 0, a half frequency component of the original frequency becomes a main frequency component. Alternatively, it can be considered that the period has been doubled.
[0053]
In the case of N = 2, the period is four times, but since it is a repetition of 0, 0, 1, 1, the time waveform is not sinusoidal. To obtain a sinusoidal signal light, for example, it is realized by passing through a narrow band optical filter called an etalon.
[0054]
The optical path in FIG. 2 may be an optical code or another optical waveguide.
[0055]
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the optical pulse train conversion device according to the third embodiment of the present invention. Reference numeral 301 denotes an optical switch driven by an electric signal, 302 denotes an optical branch, 303 denotes a photoelectric converter, 304 denotes an electric amplifier, 305 denotes an electric wiring, 306 denotes a signal light input terminal, and 307 denotes a signal light output terminal. In FIG. 4, a double line represents an optical fiber as an optical path through which a light wave propagates, and a single line represents an electric wire through which an electric signal propagates.
[0056]
A is a point in the optical fiber between the optical branch 302 and the photoelectric converter 303, B is a point in the electrical connection 305, and C is a point in the optical fiber between the optical terminal 306 and the optical branch 301. . An optical pulse train having a time period T is input from the optical terminal 306. Point C is set so that the time required for signal light to propagate from point C to optical switch 301 is the same as the time required for an electrical signal to propagate from point B to optical switch 301.
[0057]
The signal light departs from the point A, reaches the photoelectric converter 303, is converted into an electric signal at 303, and propagates through the electric connection 305 to reach the point B. The position of the point has been set. The sum of the time required for the electric signal to propagate from the point B to the optical switch 301 and the time required for the signal light to propagate from the optical switch 301 to the point A is T such that the length of the electrical connection 305 and A The position of the point has been set.
[0058]
The optical switch 301 operates to block the signal light when the electric input is on, and to pass the signal light when the electric input is off. Such an operation can be realized by an interferometric optical modulator or the aforementioned EAM.
[0059]
When an optical pulse having a period T is input from the optical terminal 306, the signal intensities at points A, B, and C are as shown in FIG. However, the light intensity and the electric signal are represented by 1 for the ON state and 0 for the OFF state. Time T ₀ Assuming that the points C, A and B are 1, 0 and 0, respectively, the time T ₀ At + T, it is 1, 1, 0. Point A is 1 at time T ₀ This is because the optical switch 301 is in the ON state since the point B in the above is 0, so that the signal light at the point C appears at the point A. The point B is 0 at time T ₀ This is because the point A is zero.
[0060]
Time T ₀ At + 2T, points C, A, and B are 1, 1, 1 respectively. Point A is 1 at time T ₀ This is because the signal light at the point C appears at the point A because the optical switch 301 is on because the point B at + T is 0. Point B is 1 at time T ₀ This is because the point A at + T is 1.
[0061]
Time T ₀ At + 3T, points C, A, and B are 1, 0, and 1, respectively. Point A is 0 at time T ₀ Since the point B at + 2T is 1, the signal light at the point C is cut off because the optical switch 301 is off. Point B is 1 at time T ₀ This is because the point A at + 2T is 1.
[0062]
Time T ₀ At + 4T, points C, A, and B are 1, 0, 0. Point A is 0 at time T ₀ This is because the point B at + 3T is 1, and the signal light at the point C is cut off because the optical switch 301 is off. The point B is 0 at time T ₀ This is because the point A at + 3T is 0.
[0063]
Time T ₀ The state of the + 4T signal is time T ₀ And the same is repeated hereafter. Since the signal light output from the optical terminal 307 has the same intensity as that at the point A, an all-one signal light pulse train is converted into a 0,0,1,1,0,0,1,1 signal light pulse train. It was done.
[0064]
The result of such an operation is the same as that shown in FIG. In FIG. 4, the time required for the signal to make one round of the loop is twice as long as the period of the input signal light pulse to the electric amplifier 304. If this is N times (N is an integer), the signal to be output is Similarly, the pulse train of light is a pulse train in which N consecutive 1s and N consecutive 0s are repeated.
[0065]
The third embodiment is almost the same as the apparatus shown in FIG. 6 in which the configuration of the apparatus is a known technique. However, the present invention differs in that it operates as a logic circuit depending on the conditions for the length of the optical path and the electrical connection and the operation conditions of the optical switch 301. In the prior art, a sine wave electric signal is created by a narrow band electric filter, and the input signal light is thinned out by an operation of passing the signal light in a state where the electric signal is turned on. No signal light such as 0, 0, 1, 1 is output.
[0066]
In the above-described first to third embodiments of the present invention, an optical fiber is used as a light transmission path, but the present invention is not limited to the optical fiber. By using an optical waveguide generally referred to, the size of the device can be reduced.
[0067]
However, even if a conventionally known waveguide is used, it becomes difficult to design an optical circuit if the period of the input optical pulse train is reduced or the frequency is increased. For example, if the frequency is 40 GHz, one cycle is 25 picoseconds (denoted as ps), and the length when propagating through an optical fiber is about 2 cm.
[0068]
As an example, when an optical pulse train of 40 GHz is input to an optical pulse train converter with N = 8, eight 1s and eight zeros are output alternately, and when this is passed through an etalon filter, a sine of 2.5 GHz is obtained. A wavy optical pulse train is obtained. Since N = 8, the length of the light loop of FIG. 3 is about 16 cm and the diameter of the loop is about 5 cm, which is a feasible value.
[0069]
As another example, for example, when a 40 GHz optical pulse train is input to an optical pulse train conversion device in which N = 2, the loop length is about 4 cm and its diameter is 1.27 cm. In a normal optical fiber or an optical waveguide, if the diameter of the bend is 2 cm or less, a large radiation loss occurs and it is difficult to realize the bending. Therefore, this example is not realistic in a normal optical waveguide.
[0070]
In such a case, for example, a known photonic crystal waveguide (Non-Patent Document: Applied Physics, Vol. 71, No. 11 (2002), photon control by photonic crystal, see Noda, Asano, Yamamoto) Is valid. The photonic crystal waveguide is an optical device having a three-dimensional periodic structure with a three-dimensional refractive index. One of its features is that light loss is small even when the waveguide is sharply bent.
[0071]
In the present invention, by forming the bent portion of the optical waveguide with the photonic crystal waveguide, the optical pulse train can be converted even when the frequency of the original signal light pulse is 80 GHz or 160 GHz.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical pulse conversion device of the present invention, it is possible to alternately switch a fixed number of pulse trains, which can not be performed conventionally, to perform optical pulse conversion independently of polarization, Since high-speed processing of an optical signal becomes possible by miniaturization of a circuit, it contributes to all-optical and economical optical signal processing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an overall configuration of an optical pulse train conversion device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an overall configuration of an optical pulse train conversion device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an optical pulse train conversion state according to a second embodiment.
FIG. 4 is a block diagram illustrating an overall configuration of an optical pulse train conversion device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an optical pulse train conversion state according to a third embodiment.
FIG. 6 is a block diagram showing an entire configuration of an optical pulse train conversion device according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
101 Optical interference system
102 Optical coupler
103 Optical delay
104 Variable delay device
105 Optical coupler
106, 107, 109, 110 optical terminals
108 Polarization separator
111 I / O terminal
112 Optical Circulator
113 Optical input terminal
114 Optical output terminal
115 Optical input / output terminal
116 Polarization-maintaining optical code
117 Polarization-maintaining optical code
118 optical cord
201 3dB optical coupler
202 to 205, 207, 208, 210, 211, 213, 214, 216 to 221 Optical terminal
206 Optical phase adjuster
209 Optical amplifier
212 Optical limiter
215 Optical branching
301 Optical switch
302 light branch
303 photoelectric converter
304 electrical amplifier
305 Electrical connection
306,307 Optical terminal

Claims

An optical pulse train conversion device for converting the arrangement of pulses of an optical pulse train by optical calculation, means for dividing a light wave into two, means for giving a predetermined delay to one of the two branched light waves, and receiving the delay One end of an optical interference system having means for multiplexing the light wave and the other light wave divided into two is connected to one separation terminal of a polarization separator, and the other end of the optical interference system is An optical pulse train conversion device having a loop configuration in which the other separation terminal of the polarization splitter is connected by a twisted optical path.

An optical pulse train conversion device for converting the arrangement of pulses of an optical pulse train by optical operation, comprising: an optical coupler having two light wave input terminals and at least one light wave output terminal; and one of the light wave input terminals of the optical coupler. An optical phase adjuster capable of adjusting the phase of the lightwave so that the lightwave input from the lightwave output terminal and output from the lightwave output terminal are input to the other of the lightwave input terminals in the same phase; and the lightwave whose phase has been adjusted. An optical pulse train converter having an optical path connected to an optical limiter amplifier for optically amplifying light to a predetermined optical power before being input to the other of the optical couplers.

An optical pulse train conversion device that converts the arrangement of pulses of an optical pulse train by optical calculation, wherein an optical / electrical converter is connected to an optical wave output end of an optical switch for turning on / off light by an electric signal via an optical path. An optical pulse train converter having a loop configuration for driving the optical switch with an output, wherein the operation of the optical switch is an operation of blocking light when an electric signal is input and passing light when there is no electric signal. apparatus.

A photonic crystal waveguide made of a photonic crystal having a periodic refractive index distribution about the wavelength of light is used for part or all of a bent portion of an optical path constituting a loop. 4. The optical pulse train conversion device according to any one of 3.