JP2005159938A - Optical clock reproducing apparatus and optical clock reproducing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信技術で汎用的に用いられる光クロック再生装置及び光クロック再生方法に関するものである。 The present invention relates to an optical clock recovery device and an optical clock recovery method that are generally used in optical communication technology.
光ファイバ通信システムにおける再生中継器や光端局装置においては、送られてきた光信号と同期したクロック信号を再生する必要がある。近年の通信量の大容量化に伴い、光信号の高ビットレート化への要求はますます増大しており、より高速な光信号に対応する為に、光ゲート素子を位相比較器に用いたクロック再生装置が提案されている。 In a regenerative repeater or an optical terminal device in an optical fiber communication system, it is necessary to regenerate a clock signal synchronized with the transmitted optical signal. The demand for higher bit rates of optical signals has increased with the increase in communication capacity in recent years, and optical gate elements have been used for phase comparators to support higher speed optical signals. A clock recovery device has been proposed.
光ゲート素子として電界吸収型光変調器(EAM)を用いた従来のクロック再生装置(非特許文献1 C.Boemer, C. Schubert, C. Schmidt, E. Hilliger, V. Marembert, J. Berger, S. Ferber, E. Dietrich. R. Ludwig, B. Schmauss and H. G. Weber,“160 Gbit/s clock recovery with electro-optical PLL using bidirectionally operated electroabsorption modulator as phase comparator”, Electronics Letters, vol. 39, no. 14, pp. 1071-1073, 2003)を図5に示す。
A conventional clock recovery device using an electro-absorption optical modulator (EAM) as an optical gate element (Non-Patent
図5において、41は3dB結合器、42は光遅延器、43a,43bは光サーキュレータ、44はEAM、45a,45bはフォトダイオード(PD)、46は差動増幅器、47はローパスフィルタ、48は電圧制御発振器(VCO)、49は四逓倍器、50は入力光信号、51は再生分周クロック、52a,52bは分岐光信号、53は四逓倍クロック、61a,61bはそれぞれPD45a,45bの電気信号、62は位相比較信号である。
In FIG. 5, 41 is a 3 dB coupler, 42 is an optical delay device, 43a and 43b are optical circulators, 44 is EAM, 45a and 45b are photodiodes (PD), 46 is a differential amplifier, 47 is a low-pass filter, and 48 is Voltage controlled oscillator (VCO), 49 is a quadruplexer, 50 is an input optical signal, 51 is a reproduction frequency-divided clock, 52a and 52b are branched optical signals, 53 is a quadruple clock, 61a and 61b are the electric power of the
入力光信号50は、3dB結合器41により分岐光信号52a,52bに等しく分岐される。分岐光信号52aは光サーキュレータ43aによりEAM44の一方の入出力ポートに導かれ、分岐光信号52bは、光遅延器42で一定時間(Δt)遅延された後、光サーキュレータ43bにより、分岐光信号52aが導かれたEAM44のポートと反対側のEAM44の入出力ポートに導かれ、EAM44にて、印加された四逓倍クロック53によりそれぞれ変調され、それぞれ入力したポートと反対側の入出力ポートから出力され、それぞれ再び光サーキュレータ43a,43bを通り、それぞれPD45a,45bにて電気信号61a,61bに変換され、その差分が差動増幅器46により増幅され、ローパスフィルタ47により高周波成分を除去されて双極性の位相比較信号62になり、VCO48に印加される。
The input
ここで、VCO48では、基準周波数Fに対し、位相比較信号の極性と大きさに応じて周波数を増減させた正弦波を発振する。VCO48の出力を分岐した一方は、四逓倍器49により四逓倍クロック53(周波数:4F)になり、EAM44に印加される。ここで、入力光信号50のビットレートが4nFである場合においては、分岐光信号52a,52bと四逓倍クロック53との位相差が、EAM44の二つの入出力ポートを透過する光パワーを決定する。それゆえ、PD45a,45bから出力される電気信号61a,61bは、分岐光信号52a,52bと四逓倍クロック53との位相差に依存するので、電気信号61a,61bの電圧の差分を、ローパスフィルタ47により高周波成分を除去することで位相比較信号62として用いることができる。
Here, the
ここで、図6を用いて、入力光信号50と四逓倍クロック53との位相差と、位相比較信号62との関係を説明する。図6において、横軸は入力光信号50と四逓倍クロック53との相対的な位相差で、縦軸はPD45aの電気信号である61a、PD45bの電気信号である61b、位相比較信号である62のそれぞれの電圧である。電気信号61aの波形は電気信号61bの波形に対して、光遅延器42による遅延時間(Δt)の分だけ位相が遅れている。位相比較信号62は電気信号61aと電気信号61bの波形の差分に相当し、位相比較信号62はロックレンジの範囲内において位相差に比例する信号、すなわち位相比較信号になっている。最も振幅が大きく、かつ位相差0において直線的な位相比較信号62を得るためには、電気信号61aと電気信号61bの波形が正弦波状である場合は遅延時間Δtを入力光信号50のビット周期の半分にすると良い。
Here, the relationship between the phase difference between the input
このような構成とすることで、入力光信号50(ビットレート:4nF)と四逓倍クロック53(周波数:4F)の位相同期ループが構成され、VCO48の出力を分岐した他方を再生分周クロック51(周波数:F)として外部に取り出すことができ、例えばnが4の場合、入力光信号50のビットレートが160Gbit/s(ビット周期:6.25ps)、光遅延器42による遅延時間(Δt)が約3ps(ビット周期の約1/2)の時、10GHzの再生分周クロック51を取り出すことができる。
また、このような構成により、高速な光信号に同期したクロック信号を再生することができる。
With such a configuration, a phase-locked loop of the input optical signal 50 (bit rate: 4 nF) and the quadruple clock 53 (frequency: 4F) is formed, and the other of the outputs of the
Also, with such a configuration, a clock signal synchronized with a high-speed optical signal can be reproduced.
しかしながら、従来例による図5のクロック再生装置においては、光サーキュレータ43a,43bが必要である為に、モノリシック化が困難であり、装置の小型化の面で問題があった。また、従来例における光サーキュレータ43a,43bを3dB結合器で置き換えるとモノリシック化が可能であるが、入力光信号50がPD45aあるいはPD45bに至るまでには置き換えた二つの3dB結合器を通過しなければならず、原理的に損失が6dB増加するために感度が悪くなるという問題があった。さらに、EAM44から両方向に出力された光信号が、置き換えた3dB結合器によりPD45a,45bのみならず入力側の3dB結合器41にも分配され、本装置の入力側に一部の光信号が戻り、この戻り光を防ぐ為には入力信号光50が3dB結合器41に入射する前に光アイソレータを設ける必要があり、部品点数が増加し構成が複雑になるとともに小型化に反するという欠点があった。
However, the conventional clock recovery apparatus of FIG. 5 requires the
また、従来例の構成は、EAM44に他の光ゲート素子を適用することが可能であるが、両方向から光ゲート素子に光が進入するために、光の進行方向に依存しない光ゲート素子を用いなければならない。そのため、従来例のEAM44の代わりに、光の進行方向に依存するが高速な進行波型EAMなどの光ゲート素子を用いることができず、さらなる高速化が困難であるという問題点があった。 Further, in the configuration of the conventional example, other optical gate elements can be applied to the EAM 44. However, since light enters the optical gate element from both directions, an optical gate element that does not depend on the light traveling direction is used. There must be. Therefore, in place of the conventional EAM 44, an optical gate element such as a high-speed traveling wave type EAM, which depends on the traveling direction of light, cannot be used, and it is difficult to further increase the speed.
本発明の目的は、小型で、感度が高く、より高速な光信号に対応できる光クロック再生装置及び光クロック再生方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optical clock recovery device and an optical clock recovery method that are small in size, high in sensitivity, and capable of handling higher-speed optical signals.
上記の課題を解決する本発明の光クロック再生装置は、
符号化された入力光信号と同期した光クロック信号を出力する光クロック再生装置において、
入力光信号を分岐する第1の光分岐回路と、
前記第1の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続されて第1の分岐光信号が入力されると共に、電気クロック信号が印加され、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号の透過光パワーを変化させる第1の光変調器と、
前記第1の光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第1の光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第1の受光器と、
前記第1の光分岐回路の他方の出力側に光学的に接続されて第1の分岐光信号と同相の第2の分岐光信号が入力されると共に、電気クロック信号が印加され、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号の透過光パワーを変化させる第2の光変調器と、
前記第2の光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第2の光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第2の受光器と、
前記第1の受光器から出力された電気信号と、前記第2の受光器から出力された電気信号との電流差に対応した電圧信号が入力され、この電圧信号の電圧変化に応じて発生する正弦波信号の周波数が変化する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力側に接続され、前記電圧制御発振器の出力である正弦波信号に同期した光クロック信号を発生するレーザと、
前記レーザに接続され、前記光クロック信号を分岐する第2の光分岐回路と、
前記第2の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続され、前記光クロック信号を前記電気クロック信号に変換する第3の受光器とを有し、
前記電気クロック信号を前記第1の光変調器に入力する一方、第1の光変調器に入力する電気クロック信号に対して、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい電気長差を持たせた電気クロック信号を前記第2の光変調器に入力し、
前記第2の光分岐回路の他方の出力側から前記入力光信号に同期した光クロック信号を出力することを特徴とする。
An optical clock recovery device of the present invention that solves the above problems is
In an optical clock recovery device that outputs an optical clock signal synchronized with an encoded input optical signal,
A first optical branch circuit for branching an input optical signal;
The first optical branch signal is optically connected to one output side of the first optical branch circuit, and an electric clock signal is applied, and transmitted according to the electric field of the applied electric clock signal. A first optical modulator that changes a transmitted light power of an optical signal to be transmitted;
A first optical receiver optically connected to an output side of the first optical modulator and converting an optical signal transmitted through the first optical modulator into an electrical signal;
A second branch optical signal that is optically connected to the other output side of the first optical branch circuit and is in phase with the first branch optical signal is input, and an electrical clock signal is applied and applied. A second optical modulator that changes a transmitted light power of an optical signal that is transmitted according to an electric field of the electrical clock signal;
A second optical receiver optically connected to an output side of the second optical modulator and converting an optical signal transmitted through the second optical modulator into an electrical signal;
A voltage signal corresponding to the current difference between the electrical signal output from the first light receiver and the electrical signal output from the second light receiver is input, and is generated according to a voltage change of the voltage signal. A voltage controlled oscillator in which the frequency of the sine wave signal changes;
A laser that is connected to an output side of the voltage controlled oscillator and generates an optical clock signal synchronized with a sine wave signal that is an output of the voltage controlled oscillator;
A second optical branch circuit connected to the laser and branching the optical clock signal;
A third optical receiver optically connected to one output side of the second optical branch circuit and converting the optical clock signal into the electrical clock signal;
While the electrical clock signal is input to the first optical modulator, the electrical clock signal input to the first optical modulator is smaller than the length corresponding to the bit period of the input optical signal, and less than zero. An electrical clock signal having a large electrical length difference is input to the second optical modulator,
An optical clock signal synchronized with the input optical signal is output from the other output side of the second optical branch circuit.
また本発明の光クロック再生装置は、
符号化された入力光信号と同期した光クロック信号を出力する光クロック再生装置において、
入力光信号を分岐する第1の光分岐回路と、
前記第1の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続されて第1の分岐光信号が入力されると共に、電気クロック信号が印加され、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号の透過光パワーを変化させる第1の光変調器と、
前記第1の光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第1の光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第1の受光器と、
前記第1の光分岐回路の他方の出力側に光学的に接続されて第1の分岐光信号に対して、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい位相差を持たせた第2の分岐光信号が入力されると共に、電気クロック信号が印加され、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号の透過光パワーを変化させる第2の光変調器と、
前記第2の光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第2の光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第2の受光器と、
前記第1の受光器から出力された電気信号と、前記第2の受光器から出力された電気信号との電流差に対応した電圧信号が入力され、この電圧信号の電圧変化に応じて発生する正弦波信号の周波数が変化する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力側に接続され、前記電圧制御発振器の出力である正弦波信号に同期した光クロック信号を発生するレーザと、
前記レーザに接続され、前記光クロック信号を分岐する第2の光分岐回路と、
前記第2の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続され、前記光クロック信号を前記電気クロック信号に変換する第3の受光器とを有し、
前記電気クロック信号を前記第1の光変調器及び前記第2の光変調器に同相状態で入力し、
前記第2の光分岐回路の他方の出力側から前記入力光信号に同期した光クロック信号を出力することを特徴とする。
The optical clock recovery device of the present invention is
In an optical clock recovery device that outputs an optical clock signal synchronized with an encoded input optical signal,
A first optical branch circuit for branching an input optical signal;
The first optical branch signal is optically connected to one output side of the first optical branch circuit, and an electric clock signal is applied, and transmitted according to the electric field of the applied electric clock signal. A first optical modulator that changes a transmitted light power of an optical signal to be transmitted;
A first optical receiver optically connected to an output side of the first optical modulator and converting an optical signal transmitted through the first optical modulator into an electrical signal;
A phase difference which is optically connected to the other output side of the first optical branch circuit and is smaller than a length corresponding to the bit period of the input optical signal and larger than zero with respect to the first branched optical signal And a second optical modulation that changes the transmitted optical power of the optical signal transmitted according to the electric field of the applied electric clock signal. And
A second optical receiver optically connected to an output side of the second optical modulator and converting an optical signal transmitted through the second optical modulator into an electrical signal;
A voltage signal corresponding to the current difference between the electrical signal output from the first light receiver and the electrical signal output from the second light receiver is input, and is generated according to a voltage change of the voltage signal. A voltage controlled oscillator in which the frequency of the sine wave signal changes;
A laser that is connected to an output side of the voltage controlled oscillator and generates an optical clock signal synchronized with a sine wave signal that is an output of the voltage controlled oscillator;
A second optical branch circuit connected to the laser and branching the optical clock signal;
A third optical receiver optically connected to one output side of the second optical branch circuit and converting the optical clock signal into the electrical clock signal;
The electrical clock signal is input to the first optical modulator and the second optical modulator in an in-phase state,
An optical clock signal synchronized with the input optical signal is output from the other output side of the second optical branch circuit.
また本発明の光クロック再生装置は、
前記第2の光分岐回路の一方側から出力された前記光クロック信号を前記第1の光分岐回路に入力し、
前記入力光信号を前記第3の受光器に入力することを特徴とする。
The optical clock recovery device of the present invention is
The optical clock signal output from one side of the second optical branch circuit is input to the first optical branch circuit,
The input optical signal is input to the third light receiver.
また本発明の光クロック再生装置は、
符号化された入力光信号と同期した光クロック信号を出力する光クロック再生装置において、
入力光信号を分岐する第1の光分岐回路と、
前記第1の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続された第1の進行波型光変調器と、
前記第1の進行波型光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第1の進行波型光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第1の受光器と、
前記第1の光分岐回路の他方の出力側に光学的に接続された第2の進行波型光変調器と、
前記第2の進行波型光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第2の進行波型光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第2の受光器と、
前記第1の受光器の導電型電極と前記第2の受光器の第1の受光器とは反対の極性の導電型電極に電気的に接続され、電圧変化に応じて発生する正弦波信号の周波数が変化する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力側に接続され、前記電圧制御発振器の出力である正弦波信号に同期した光クロック信号を発生する能動モード同期レーザと、
前記能動モード同期レーザに接続され、前記光クロック信号を分岐する第2の光分岐回路と、
前記第2の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続され、前記光クロック信号を電気クロック信号に変換する第3の受光器と、
前記第3の受光器と前記第1及び第2の進行波型光変調器にそれぞれ接続され、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい電気長差を相互に有して前記電気クロック信号をそれぞれ伝搬させる二つの高周波電気線路と、
前記第1及び第2の進行波型光変調器にそれぞれ電気的に接続された二つの終端抵抗を有し、
前記第2の光分岐回路の他方の出力側から前記入力光信号に同期した光クロック信号を出力することを特徴とする。
The optical clock recovery device of the present invention is
In an optical clock recovery device that outputs an optical clock signal synchronized with an encoded input optical signal,
A first optical branch circuit for branching an input optical signal;
A first traveling-wave optical modulator optically connected to one output side of the first optical branch circuit;
A first optical receiver optically connected to an output side of the first traveling wave optical modulator and converting an optical signal transmitted through the first traveling wave optical modulator into an electrical signal;
A second traveling wave optical modulator optically connected to the other output side of the first optical branch circuit;
A second optical receiver optically connected to the output side of the second traveling wave optical modulator and converting an optical signal transmitted through the second traveling wave optical modulator into an electrical signal;
A sine wave signal generated in response to a voltage change is electrically connected to a conductive electrode of the opposite polarity to the conductive electrode of the first light receiver and the first light receiver of the second light receiver. A voltage controlled oscillator whose frequency changes;
An active mode-locked laser that is connected to the output side of the voltage controlled oscillator and generates an optical clock signal synchronized with a sine wave signal that is the output of the voltage controlled oscillator;
A second optical branch circuit connected to the active mode-locked laser and branching the optical clock signal;
A third optical receiver optically connected to one output side of the second optical branch circuit for converting the optical clock signal into an electrical clock signal;
An electrical length difference smaller than a length corresponding to the bit period of the input optical signal and larger than zero is connected to the third light receiver and the first and second traveling wave optical modulators, respectively. Two high frequency electrical lines that each propagate the electrical clock signal;
Two termination resistors electrically connected to the first and second traveling wave optical modulators, respectively;
An optical clock signal synchronized with the input optical signal is output from the other output side of the second optical branch circuit.
また本発明の光クロック再生装置は、
前記第1の光分岐回路の入力側に接続された第1の光導波路と、前記第1の光分岐回路の一方の出力側と前記第1の進行波型光変調器の入力側を接続する第2の光導波路と、前記第1の進行波型光変調器の出力側と前記第1の受光器を接続する第3の光導波路と、前記第1の光分岐回路の他方の出力側と前記第2の進行波型光変調器の入力側を接続する第4の光導波路と、前記第2の進行波型光変調器の出力側と前記第2の受光器を接続する第5の光導波路を有し、
前記第1,第2,第3,第4及び第5の光導波路と、前記第1の光分岐回路と、前記第1及び第2の進行波型光変調器と、前記第1,第2及び第3の受光器と、前記二つの高周波電気線路と、前記二つの終端抵抗が同一の半導体基板上にモノリシックに形成されていることを特徴とする。
The optical clock recovery device of the present invention is
The first optical waveguide connected to the input side of the first optical branch circuit, the one output side of the first optical branch circuit, and the input side of the first traveling wave optical modulator are connected. A second optical waveguide, an output side of the first traveling wave optical modulator, a third optical waveguide connecting the first optical receiver, and the other output side of the first optical branch circuit; A fourth optical waveguide connecting the input side of the second traveling wave type optical modulator, and a fifth optical waveguide connecting the output side of the second traveling wave type optical modulator and the second light receiver. Having a waveguide,
The first, second, third, fourth and fifth optical waveguides, the first optical branch circuit, the first and second traveling wave optical modulators, and the first and second optical waveguides The third light receiver, the two high-frequency electric lines, and the two termination resistors are monolithically formed on the same semiconductor substrate.
また本発明の光クロック再生装置は、
前記第1,第2,第3,第4及び第5の光導波路と、前記第1の光分岐回路と、前記第1及び第2の進行波型光変調器と、前記第1及び第2の受光器が同一のエピタキシャル層を用いて形成されていることを特徴とする。
The optical clock recovery device of the present invention is
The first, second, third, fourth and fifth optical waveguides, the first optical branch circuit, the first and second traveling wave optical modulators, and the first and second The light receiver is formed using the same epitaxial layer.
また本発明の光クロック再生方法は、
符号化された入力光信号と同期した光クロック信号を出力する光クロック再生方法において、
入力光信号を分岐してなる第1の分岐光信号を、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号のパワーを変化させる第1の光変調器と第1の受光器により、第1の電気信号に変換し、
入力光信号を分岐してなる第2の分岐光信号を、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号のパワーを変化させる第2の光変調器と第2の受光器により、第2の電気信号に変換し、
第1の電気信号と、第2の電気信号との電流差に対応した電圧信号を求め、
前記電圧信号の電圧変化に応じて周波数が変化する正弦波信号を求め、この正弦波信号に同期した光クロック信号を発生させ、
前記光クロック信号を分岐し、分岐した一方を電気クロック信号に変換して、前記第1及び第2の光変調器に入力すると共に、分岐した他方を、前記入力光信号に同期した光クロック信号として出力し、
しかも、第1の光変調器に入力される第1の分岐光信号の入力位相と、第2の光変調器に入力される第2の分岐光信号の入力位相とを一致させ、且つ、第1の光変調器に入力する電気クロック信号に対して、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい電気長差を持たせた電気クロック信号を前記第2の光変調器に入力することを特徴とする。
The optical clock recovery method of the present invention is
In an optical clock recovery method for outputting an optical clock signal synchronized with an encoded input optical signal,
A first optical modulator and a first optical receiver that change the power of the optical signal transmitted through the first optical signal branched from the input optical signal in accordance with the electric field of the applied electric clock signal. Converted into a first electrical signal,
A second optical modulator and a second optical receiver that change the power of the optical signal transmitted through the second optical signal branched from the input optical signal according to the electric field of the applied electric clock signal, Converted into a second electrical signal,
Find the voltage signal corresponding to the current difference between the first electrical signal and the second electrical signal,
Obtain a sine wave signal whose frequency changes according to the voltage change of the voltage signal, generate an optical clock signal synchronized with this sine wave signal,
The optical clock signal is branched, one of the branched light is converted into an electric clock signal and input to the first and second optical modulators, and the other of the branched light clock signals is synchronized with the input optical signal. Output as
Moreover, the input phase of the first branched optical signal input to the first optical modulator and the input phase of the second branched optical signal input to the second optical modulator are matched, and the first An electrical clock signal having an electrical length difference smaller than a length corresponding to the bit period of the input optical signal and greater than zero with respect to the electrical clock signal input to one optical modulator is the second optical signal. It inputs to a modulator, It is characterized by the above-mentioned.
また本発明の光クロック再生方法は、
符号化された入力光信号と同期した光クロック信号を出力する光クロック再生方法において、
入力光信号を分岐してなる第1の分岐光信号を、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号のパワーを変化させる第1の光変調器と第1の受光器により、第1の電気信号に変換し、
入力光信号を分岐してなる第2の分岐光信号を、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号のパワーを変化させる第2の光変調器と第2の受光器により、第2の電気信号に変換し、
第1の電気信号と、第2の電気信号との電流差に対応した電圧信号を求め、
前記電圧信号の電圧変化に応じて周波数が変化する正弦波信号を求め、この正弦波信号に同期した光クロック信号を発生させ、
前記光クロック信号を分岐し、分岐した一方を電気クロック信号に変換して、前記第1及び第2の光変調器に入力すると共に、分岐した他方を、前記入力光信号に同期した光クロック信号として出力し、
しかも、第1の光変調器に入力される第1の分岐光信号の入力位相に対して、第2の光変調器に入力される第2の分岐光信号の入力位相を、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい位相差を持たせ、且つ、電気クロック信号を第1の光変調器及び第2の光変調器に対して同相状態で入力することを特徴とする。
The optical clock recovery method of the present invention is
In an optical clock recovery method for outputting an optical clock signal synchronized with an encoded input optical signal,
A first optical modulator and a first optical receiver that change the power of the optical signal transmitted through the first optical signal branched from the input optical signal in accordance with the electric field of the applied electric clock signal. Converted into a first electrical signal,
A second optical modulator and a second optical receiver that change the power of the optical signal transmitted through the second optical signal branched from the input optical signal according to the electric field of the applied electric clock signal, Converted into a second electrical signal,
Find the voltage signal corresponding to the current difference between the first electrical signal and the second electrical signal,
Obtain a sine wave signal whose frequency changes according to the voltage change of the voltage signal, generate an optical clock signal synchronized with this sine wave signal,
The optical clock signal is branched, one of the branched light is converted into an electric clock signal and input to the first and second optical modulators, and the other of the branched light clock signals is synchronized with the input optical signal. Output as
In addition, the input optical signal has the input phase of the second branched optical signal input to the second optical modulator with respect to the input phase of the first branched optical signal input to the first optical modulator. Having a phase difference smaller than a length corresponding to a bit period of time and larger than zero, and inputting an electric clock signal to the first optical modulator and the second optical modulator in an in-phase state. Features.
本発明の構成を用いることで、小型で、感度が高く、より高速な光信号に対応できる光クロック再生装置及び光クロック再生方法を実現できるという効果がある。 By using the configuration of the present invention, there is an effect that it is possible to realize an optical clock recovery device and an optical clock recovery method that are small in size, high in sensitivity, and capable of handling higher-speed optical signals.
以下、実施の形態の詳細を図面を用いて説明する。 Hereinafter, the details of the embodiment will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の実施の形態である光クロック再生装置の構成を示す図であって、19は入力光信号(ビットレート:nF bit/s、但しnは自然数)、1はInP基板、2はInP/InGaAsP光導波路、3は光分岐回路で、InP/InGaAsP多モード干渉型(MMI)結合器である。4a,4bはInP/InGaAsP光導波路で、同一の長さとする。21a,21bは分岐光信号である。5a,5bは進行波型光変調器で、InAlGaAs/InAlAs多重量子井戸吸収層からなる進行波型EAMである。9a,9bはInP/InGaAsP光導波路である。10a,10bは受光器(PD)で、進行波型EAM5a,5bと同じエピタキシャル層を用いて作製するpin型のフォトダイオード(PD)である。ここで、10a,10bの帯域を低く設計することで従来例にあるローパスフィルタを不要にできる。11は電気配線で、PD10aのp型電極とPD10bのn型電極と電極パッド12を接続する。このような接続とすることで、PD10aとPD10bの出力電流極性は互いに反対の関係となる。また11bは終端抵抗であり、この終端抵抗11bにより、電流信号が電圧信号に変換される。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an optical clock recovery apparatus according to an embodiment of the present invention, in which 19 is an input optical signal (bit rate: nF bit / s, where n is a natural number), 1 is an InP substrate, 2 Is an InP / InGaAsP optical waveguide, 3 is an optical branch circuit, and is an InP / InGaAsP multimode interference type (MMI) coupler.
16は位相比較信号、17は電気配線、22は電圧制御発振器(VCO)、23は能動モード同期レーザ、24は光分岐回路、18a,18bは光クロック信号(周波数:F Hz)、25a,25bは光ファイバである。6は高速受光器で、高速性、高出力性に優れるInP/InGaAs UTC−PD(特開平9−275224号)である。7a,7bは高周波電気線路で、高周波電気線路7aの長さは、高周波電気線路7bよりも短くし、その電気長差は入力光信号19のビット周期(T=1/nF)の1/2の時間(T/2)に相当する長さに設定する。20a,20bは電気クロック信号である。8a,8bは、進行波型EAM5a,5b及び高周波電気線路7a,7bの特性インピーダンスと同じ抵抗値の終端抵抗である。
16 is a phase comparison signal, 17 is an electrical wiring, 22 is a voltage controlled oscillator (VCO), 23 is an active mode-locked laser, 24 is an optical branch circuit, 18a and 18b are optical clock signals (frequency: F Hz), 25a and 25b Is an optical fiber. Reference numeral 6 denotes a high-speed photoreceiver, which is an InP / InGaAs UTC-PD (Japanese Patent Laid-Open No. 9-275224) excellent in high speed and high output performance. Reference numerals 7a and 7b denote high-frequency electric lines. The length of the high-frequency electric line 7a is shorter than that of the high-frequency electric line 7b, and the difference in electric length is 1/2 of the bit period (T = 1 / nF) of the input optical signal 19. Is set to a length corresponding to the time (T / 2). Reference numerals 20a and 20b denote electric clock signals.
図2は、図1の光導波路2、MMI結合器3、光導波路4a、進行波型EAM5a、光導波路9a、PD10aの断面を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a cross section of the
図2において、InP基板上1にはn−InPクラッド層31、i−InGaAsPコア層32、i−InAlGaAs/AnAlAs多重量子井戸吸収層33、i−InGaAsPコア層34、p−InPクラッド層35及びp−InGaAsキャップ層36がエピタキシャル成長により順次積層されている。そして、p−InGaAsキャップ層36上には金属電極37が形成されている。そしてn−InPクラッド層31、i−InGaAsPコア層32、i−InAlGaAs/AnAlAs多重量子井戸吸収層33、i−InGaAsPコア層34、p−InPクラッド層35及びp−InGaAsキャップ層36により光導波路2,4a,4b,9a,9b及びMMI結合器3を、n−InPクラッド層31、i−InGaAsPコア層32、i−InAlGaAs/AnAlAs多重量子井戸吸収層33、p−InPクラッド層33、i−InGaAsPコア層34、p−InPクラッド層35、p−InGaAsキャップ層36及び金属電極37により進行波型EAM5a,5b及びPD10a,10bをそれぞれ構成することが出来る。
In FIG. 2, on an
次に、図1、図3及び図4を用いて本実施の形態の光クロック再生装置の動作について述べる。 Next, the operation of the optical clock recovery apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
図1において、InP基板1の側面から光導波路2に入射した入力光信号19はMMI結合器3で分岐光信号21a,21bに分岐され光導波路4a,4bを導波し、それぞれ同一のタイミングで進行波型EAM5a,5bに導かれる。一方、光クロック信号18aは光ファイバ25aを伝搬し、InP基板1の裏面から入射しUTC−PD6にて電気クロック信号20a,20bに変換され、それぞれ高周波電気線路7a,7bを伝搬した後、それぞれ進行波型EAM5a,5bを制御し、それぞれ終端抵抗8a,8bで終端される。ここで、高周波電気線路7aは、入力光信号19のビット周期(T)の1/2の時間(T/2)に相当する分だけ高周波電気線路7bよりも短い電気長に設定しているので、電気クロック信号20aが進行波型EAM5aに入力されるタイミングは、電気クロック信号20bが進行波型EAM5bに入力されるタイミングと比較してT/2だけ早い。
In FIG. 1, an input optical signal 19 incident on the
進行波型EAM5a,5bによってそれぞれ制御された分岐光信号21a,21bは、それぞれ光導波路9a,9bを導波してそれぞれPD10a,10bにて電気信号に変換される。ここで、PD10a,10bの応答は遅いので、PD10aとPD10bの出力はそれぞれの平均受光パワーに比例する電流となる。PD10aとPD10bの出力は合成されて電気線路11を通り、終端抵抗11bにより電圧信号となって、電極パッド12から位相比較信号16として取り出される。ここで、PD10aとPD10bの出力電流極性を反対に設定しているので、位相比較信号16はPD10aとPD10bの平均受光パワーの差分に比例し、双極性の電圧となる。この位相比較信号16は、電気配線17を流れてVCO22に与えられる。ここで、VCO22は、印加された位相比較信号16の電圧に応じて周波数をずらした正弦波信号を発振する。能動モード同期レーザ23は、VCO22の出力である正弦波信号に同期した光クロック信号を発生し、光クロック信号は光分岐回路24で二つに分岐され、光クロック信号18a,18bとして出力される。光クロック信号18aは、再び光ファイバ25aを伝搬してUTC−PD6に入力することで、位相同期ループを構成する。また、光クロック信号18bは、光ファイバ25bを伝搬し、入力光信号19に同期した光クロック信号として外部に取り出される。
The branched
図3に、入力光信号19(ビット周期:T)と光クロック信号18a(周期:nT、n=4)との位相差に相当する時間差τをT/4ずつ相対的に変化させた時の、進行波型EAM5a,5bに入力される分岐光信号21a,21b(ビット周期:T)の波形を点線で、電気クロック信号20a,20b(周期:nT、n=4)の波形を実線でそれぞれ示す。ここで簡単のため、分岐光信号21a,21bは正弦曲線で、電気クロック信号20a,20bは時間幅の十分狭いガウス曲線とした。進行波型EAM5aに入力される電気クロック信号20aは、進行波型EAM5bに入力される電気クロック信号20bよりも常にT/2だけ進んでいる。図3(b)は、進行波型EAM5aに入力される電気クロック信号20aのタイミングが分岐光信号21aに対してT/4進み、進行波型EAM5bに入力される電気クロック信号20bのタイミングが分岐光信号21bに対してT/4遅れている状態を表している。この図3(b)の状態を、入力光信号19と光クロック信号18aの時間差τ=0(位相差なし)と定義する。このようなτ=0の状態は、光ファイバ25aの長さを調整することにより実現できる。
In FIG. 3, the time difference τ corresponding to the phase difference between the input optical signal 19 (bit period: T) and the optical clock signal 18a (period: nT, n = 4) is relatively changed by T / 4. The waveforms of the branched
進行波型EAM5a,5bは、電気クロック信号20a,20bによって印加される電界に応じて分岐光信号21a,21bの透過光パワーを変化させる。ここで、τ=0の状態の分岐光信号21aの平均的な透過光パワーをPoとすると、τ=0の状態の分岐光信号21bの平均的な透過光パワーは同じくPoとなる。更に、図3(a)と(c)にはτ=−T/4の時とτ=+T/4の時の分岐光信号21a,21b、電気クロック信号20a,20b及び透過光パワーを示してある。図3(a),(b),(c)に示すように、進行波型EAM5aの透過光パワーは、τ=−T/4で0、τ=0でPo、τ=+T/4で2Poをとり、一方、進行波型EAM5bの透過光パワーは、τ=−T/4で2Po、τ=0でPo、τ=+T/4で0となる。
The traveling
図4に、上述した入力光信号19と光クロック信号18aの時間差τを連続的に変化させた時の、PD10a、PD10b及び位相比較信号16の各出力電流値の変化を示す(なお位相比較信号16は終端抵抗11bにより電圧信号に変換されているが、図4では理解を容易にするため、変換前の電流値により位相比較信号16の値を示している)。但し、出力電流極性はPD10aでは正、PD10bでは負である。透過光パワーPoをPD10a,10bで受けた時の出力電流をそれぞれ+Io、−Ioとした時の、PD10a,10bの出力電流をそれぞれ図4(a),(b)に示す。位相比較信号16は、PD10aとPD10bの出力電流の和であるので、図4(c)のようになる。即ち、入力光信号19と光クロック信号18aの時間差τが−T/2<τ<0で入力光信号19の位相が光クロック信号18aの位相より遅れている時、位相比較信号16の電流値は負になり、入力光信号19と光クロック信号18aの時間差τが0<τ<+T/2で入力光信号の位相が光クロック信号18aの位相より進んでいる時、位相比較信号16の電流値は正になり、τ=0で位相差無しの時、位相比較信号16の電流値は0になる。このようにして、位相比較信号16を得ることができる。
FIG. 4 shows changes in the output current values of the
VCO22は、位相比較信号16の電圧値が0の時に周波数F Hzの、正の時にFより高い周波数の、負の時にFより低い周波数の正弦波信号を発生する。位相比較信号16の電圧値が0(入力光信号19と光クロック信号18aの時間差τ=0)では光クロック信号18aを周波数F Hzで発生している。
The
入力光信号19の位相が遅れると、前述の通り位相比較信号16の電圧値が負となり、VCO22の出力信号の周波数がFより低くなるので、光クロック信号18aの周波数がFより低くなる。このとき、光クロック信号18aの位相が徐々に遅れるので、分岐光信号21a,21bと電気クロック信号20a,20bのそれぞれ位相差は徐々に縮まり、位相比較信号16の電圧値も0に近づき、ついには位相差が0となり、位相比較信号16の電圧値も0になって、VCO22の出力信号の周波数もFに戻り、光クロック信号18aの周波数もFに戻る。
When the phase of the input optical signal 19 is delayed, the voltage value of the phase comparison signal 16 becomes negative as described above, and the frequency of the output signal of the
逆に、入力光信号19の位相が進むと、前述の通り位相比較信号16の電圧値が正となり、VCO22の出力信号の周波数がFより高くなるので、光クロック信号18aの周波数がFより高くなる。このとき、光クロック信号18aの位相が徐々に進むので、分岐光信号21a,21bと電気クロック信号20a,20bのそれぞれ位相差は徐々に縮まり、位相比較信号16の電圧値も0に近づき、ついには位相差が0となり、位相比較信号16の電圧値も0になって、VCO22の出力信号の周波数もFに戻り、光クロック信号18aの周波数もFに戻る。このようにして、入力光信号19の位相の変化に対して光クロック信号18aの位相が追従することで位相同期ループが実現し、光クロック信号18bは能動モード同期レーザ23の出力を分岐したもう一方側であるから、入力光信号19に同期した光クロック信号18bを外部に取り出すことができる。
Conversely, when the phase of the input optical signal 19 advances, the voltage value of the phase comparison signal 16 becomes positive as described above, and the frequency of the output signal of the
本実施の形態では、位相比較信号16を得る為の部品2,3,4a,4b,5a,5b,6,7a,7b,8a,8b,9a,9b,10a,10b,11,12全てにInP基板1上にモノリシックに集積化できる部品を用いているので、光クロック再生装置を小型にすることが可能である。また、従来例にあるようなモノリシック化に伴う入力光信号の減衰量増加が無いので高感度である。また、光信号の流れが一方向であるため、入力光信号19が入力側に戻ることは無く、また、進行波型EAM5a,5bを用いることができる構成であるので、より高速な光信号に対しても動作することができる。
In the present embodiment, all the
なお、上述した実施の形態では、光分岐回路3として進行波型EAMと同じエピタキシャル層を用いたMMI結合器を記載したが、Y分岐合波器や方向性結合器などの他の公知の光分岐回路であってもよく、また、他のエピタキシャル構成の光分岐回路であっても良い。また、高速受光器6としてUTC−PDを記載したが、アバランシェフォトダイオードやpinフォトダイオード等の他の公知の受光器であっても良い。
In the above-described embodiment, the MMI coupler using the same epitaxial layer as the traveling wave type EAM is described as the optical branching
また、進行波型光変調器7a,7bとして進行波型EAMを記載したが、マッハ・ツェンダー型光スイッチ等の他の公知の光変調器であっても良い。また、進行波型光変調器7a,7bとしてInAIGaAs/InAlAs多重量子井戸吸収層からなる進行波型EAMを用いたが、InGaAs/InAlAs、InGaAs/InGaAsP、InGaAsP/InGaAsPなどの多重量子井戸吸収層を有する進行波型EAMや、InGaAsP/InPバルク吸収層を有する半導体の進行波型EAMであっても良い。 Further, although traveling wave type EAM has been described as traveling wave type optical modulators 7a and 7b, other known optical modulators such as Mach-Zehnder type optical switches may be used. The traveling wave type optical modulators 7a and 7b are traveling wave type EAMs composed of InAIGaAs / InAlAs multiple quantum well absorption layers, but multiple quantum well absorption layers such as InGaAs / InAlAs, InGaAs / InGaAsP, and InGaAsP / InGaAsP are used. It may be a traveling wave type EAM having a semiconductor, or a semiconductor traveling wave type EAM having an InGaAsP / InP bulk absorption layer.
また、受光器10a,10bとして進行波型EAMと同じエピタキシャル層を用いたpinフォトダイオードを記載したが、UTC−PDや他のエピタキシャル構成のpin−PDなどの基板1上に作製できる他の公知の受光器であってもよい。また、二つの受光器10a,10bの電気出力を補う為に、外部に電気増幅器を用いても良い。
Moreover, although pin photodiodes using the same epitaxial layer as the traveling wave type EAM have been described as the
また、受光器10aのp型電極と受光器10bのn型電極を電気配線11で接続する構成としたが、受光器10aのn型電極と受光器10bのp型電極を電気配線11で接続してもよい。この場合には、VCO22の前に反転増幅器を用いるか、あるいは周波数変化の印加電圧依存性が反対のVCOを用いる。
In addition, the p-type electrode of the
また、二つの受光器10a,10bの出力電流極性を反対となるように電気接続したが、極性が同一となるように電気接続しても良い。この場合には、外部の差動増幅器によりその差分をとる方法を用いる。
Further, although the output current polarities of the two
また、光クロック信号18aをUTC−PD6に、入力光信号19を光導波路2に入射する構成としたが、光クロック信号18aを光導波路2に、入力光信号19をUTC−PD6に入射する構成であっても良い。
In addition, the optical clock signal 18a is incident on the UTC-PD 6 and the input optical signal 19 is incident on the
また、高周波電気線路7a,7bの電気長差は入力光信号19のビット周期(T)の1/2の時間(T/2)に相当する長さとしたが、0より長くTより短い時間に相当する長さであっても良い。 The difference in electrical length between the high-frequency electrical lines 7a and 7b is a length corresponding to a time (T / 2) that is 1/2 of the bit period (T) of the input optical signal 19, but it is longer than 0 and shorter than T. The corresponding length may be sufficient.
また、高周波電気線路7a,7bの電気長を異なる長さとし、光導波路4a,4bを同一の光路長としたが、高周波電気線路7a,7bを同一の電気長とし、光導波路4a,4bの光路長を異なる長さとしても良い。
即ち、高周波電気線路7a,7bを同一の電気長とし、進行波型EAM5aに入力される分岐光信号21aの入力位相に対して、進行波型EAM5bに入力される分岐光信号21bの入力位相を、入力光信号19のビット周期(T)に相当する長さよりも小さくゼロよりも大きい位相差を持たせるように、光導波路4a,4bの光路長を異なる長さとしてもよい。
Further, the electrical lengths of the high-frequency electrical lines 7a and 7b are different lengths and the
That is, the high frequency electric lines 7a and 7b have the same electrical length, and the input phase of the branched
なお、従来技術及び実施の形態において、図面が煩雑になるのを避ける為に直流バイアス回路等の電気的な接続の記載を省略している。 In the prior art and the embodiment, the description of the electrical connection such as a DC bias circuit is omitted in order to avoid complicated drawings.
1 InP基板
2 光導波路
3 多モード干渉型(MMI)結合器
4a,4b 光導波路
5a,5b 進行波型電界吸収型光変調器(進行波型EAM)
6 単一走行キャリアフォトダイオード(UTC−PD)
7a,7b 高周波電気線路
8a,8b 終端抵抗
9a,9b 光導波路
10a,10b フォトダイオード(PD)
11 電気配線
11a 終端抵抗
12 電極パッド
16 位相比較信号
17 電気配線
18a,18b 光クロック信号
19 入力光信号
20a,20b 電気クロック信号
21a,21b 分岐光信号
22 電圧制御発振器(VCO)
23 能動モード同期レーザ
24 光分岐回路
25a,25b 光ファイバ
31 n−InPクラッド層
32 i−InGaAsPコア層
33 i−InAlGaAs/AnAlAs多重量子井戸吸収層
34 i−InGaAsPコア層
35 p−InPクラッド層
36 p−InGaAsキャップ層
37 金属電極
41 3dB結合器
42 光遅延器
43a,43b 光サーキュレータ
44 電界吸収型光変調器(EAM)
45a,45b フォトダイオード(PD)
46 差動増幅器
47 ローパスフィルタ
48 電圧制御発振器(VCO)
49 四逓倍器
50 入力光信号
51 分周再生クロック
52a,52b 分岐光信号
53 四逓倍クロック
61a フォトダイオード45aの電気信号
61b フォトダイオード45bの電気信号
62 位相比較信号
DESCRIPTION OF
6 Single running carrier photodiode (UTC-PD)
7a, 7b High-frequency
DESCRIPTION OF
23 Active mode-locked
45a, 45b Photodiode (PD)
46
49
Claims (8)
入力光信号を分岐する第1の光分岐回路と、
前記第1の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続されて第1の分岐光信号が入力されると共に、電気クロック信号が印加され、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号の透過光パワーを変化させる第1の光変調器と、
前記第1の光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第1の光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第1の受光器と、
前記第1の光分岐回路の他方の出力側に光学的に接続されて第1の分岐光信号と同相の第2の分岐光信号が入力されると共に、電気クロック信号が印加され、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号の透過光パワーを変化させる第2の光変調器と、
前記第2の光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第2の光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第2の受光器と、
前記第1の受光器から出力された電気信号と、前記第2の受光器から出力された電気信号との電流差に対応した電圧信号が入力され、この電圧信号の電圧変化に応じて発生する正弦波信号の周波数が変化する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力側に接続され、前記電圧制御発振器の出力である正弦波信号に同期した光クロック信号を発生するレーザと、
前記レーザに接続され、前記光クロック信号を分岐する第2の光分岐回路と、
前記第2の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続され、前記光クロック信号を前記電気クロック信号に変換する第3の受光器とを有し、
前記電気クロック信号を前記第1の光変調器に入力する一方、第1の光変調器に入力する電気クロック信号に対して、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい電気長差を持たせた電気クロック信号を前記第2の光変調器に入力し、
前記第2の光分岐回路の他方の出力側から前記入力光信号に同期した光クロック信号を出力することを特徴とする光クロック再生装置。 In an optical clock recovery device that outputs an optical clock signal synchronized with an encoded input optical signal,
A first optical branch circuit for branching an input optical signal;
The first optical branch signal is optically connected to one output side of the first optical branch circuit, and an electric clock signal is applied, and transmitted according to the electric field of the applied electric clock signal. A first optical modulator that changes a transmitted light power of an optical signal to be transmitted;
A first optical receiver optically connected to an output side of the first optical modulator and converting an optical signal transmitted through the first optical modulator into an electrical signal;
A second branch optical signal that is optically connected to the other output side of the first optical branch circuit and is in phase with the first branch optical signal is input, and an electric clock signal is applied and applied. A second optical modulator that changes a transmitted light power of an optical signal that is transmitted according to an electric field of the electrical clock signal;
A second optical receiver optically connected to an output side of the second optical modulator and converting an optical signal transmitted through the second optical modulator into an electrical signal;
A voltage signal corresponding to the current difference between the electrical signal output from the first light receiver and the electrical signal output from the second light receiver is input, and is generated according to a voltage change of the voltage signal. A voltage controlled oscillator in which the frequency of the sine wave signal changes;
A laser that is connected to an output side of the voltage controlled oscillator and generates an optical clock signal synchronized with a sine wave signal that is an output of the voltage controlled oscillator;
A second optical branch circuit connected to the laser and branching the optical clock signal;
A third optical receiver optically connected to one output side of the second optical branch circuit and converting the optical clock signal into the electrical clock signal;
While the electrical clock signal is input to the first optical modulator, the electrical clock signal input to the first optical modulator is smaller than a length corresponding to the bit period of the input optical signal, and less than zero. An electrical clock signal having a large electrical length difference is input to the second optical modulator,
An optical clock regenerator that outputs an optical clock signal synchronized with the input optical signal from the other output side of the second optical branching circuit.
入力光信号を分岐する第1の光分岐回路と、
前記第1の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続されて第1の分岐光信号が入力されると共に、電気クロック信号が印加され、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号の透過光パワーを変化させる第1の光変調器と、
前記第1の光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第1の光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第1の受光器と、
前記第1の光分岐回路の他方の出力側に光学的に接続されて第1の分岐光信号に対して、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい位相差を持たせた第2の分岐光信号が入力されると共に、電気クロック信号が印加され、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号の透過光パワーを変化させる第2の光変調器と、
前記第2の光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第2の光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第2の受光器と、
前記第1の受光器から出力された電気信号と、前記第2の受光器から出力された電気信号との電流差に対応した電圧信号が入力され、この電圧信号の電圧変化に応じて発生する正弦波信号の周波数が変化する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力側に接続され、前記電圧制御発振器の出力である正弦波信号に同期した光クロック信号を発生するレーザと、
前記レーザに接続され、前記光クロック信号を分岐する第2の光分岐回路と、
前記第2の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続され、前記光クロック信号を前記電気クロック信号に変換する第3の受光器とを有し、
前記電気クロック信号を前記第1の光変調器及び前記第2の光変調器に同相状態で入力し、
前記第2の光分岐回路の他方の出力側から前記入力光信号に同期した光クロック信号を出力することを特徴とする光クロック再生装置。 In an optical clock recovery device that outputs an optical clock signal synchronized with an encoded input optical signal,
A first optical branch circuit for branching an input optical signal;
The first optical branch signal is optically connected to one output side of the first optical branch circuit, and an electric clock signal is applied, and transmitted according to the electric field of the applied electric clock signal. A first optical modulator that changes a transmitted light power of an optical signal to be transmitted;
A first optical receiver optically connected to an output side of the first optical modulator and converting an optical signal transmitted through the first optical modulator into an electrical signal;
A phase difference which is optically connected to the other output side of the first optical branch circuit and is smaller than a length corresponding to the bit period of the input optical signal and larger than zero with respect to the first branched optical signal And a second optical modulation that changes the transmitted optical power of the optical signal transmitted according to the electric field of the applied electric clock signal. And
A second optical receiver optically connected to an output side of the second optical modulator and converting an optical signal transmitted through the second optical modulator into an electrical signal;
A voltage signal corresponding to the current difference between the electrical signal output from the first light receiver and the electrical signal output from the second light receiver is input, and is generated according to a voltage change of the voltage signal. A voltage controlled oscillator in which the frequency of the sine wave signal changes;
A laser that is connected to an output side of the voltage controlled oscillator and generates an optical clock signal synchronized with a sine wave signal that is an output of the voltage controlled oscillator;
A second optical branch circuit connected to the laser and branching the optical clock signal;
A third optical receiver optically connected to one output side of the second optical branch circuit and converting the optical clock signal into the electrical clock signal;
The electrical clock signal is input to the first optical modulator and the second optical modulator in an in-phase state,
An optical clock regenerator that outputs an optical clock signal synchronized with the input optical signal from the other output side of the second optical branching circuit.
前記第2の光分岐回路の一方側から出力された前記光クロック信号を前記第1の光分岐回路に入力し、
前記入力光信号を前記第3の受光器に入力することを特徴とする光クロック再生装置。 The optical clock regeneration apparatus according to claim 1 or 2,
The optical clock signal output from one side of the second optical branch circuit is input to the first optical branch circuit,
An optical clock regenerator that inputs the input optical signal to the third light receiver.
入力光信号を分岐する第1の光分岐回路と、
前記第1の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続された第1の進行波型光変調器と、
前記第1の進行波型光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第1の進行波型光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第1の受光器と、
前記第1の光分岐回路の他方の出力側に光学的に接続された第2の進行波型光変調器と、
前記第2の進行波型光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第2の進行波型光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第2の受光器と、
前記第1の受光器の導電型電極と前記第2の受光器の第1の受光器とは反対の極性の導電型電極に電気的に接続され、電圧変化に応じて発生する正弦波信号の周波数が変化する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力側に接続され、前記電圧制御発振器の出力である正弦波信号に同期した光クロック信号を発生する能動モード同期レーザと、
前記能動モード同期レーザに接続され、前記光クロック信号を分岐する第2の光分岐回路と、
前記第2の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続され、前記光クロック信号を電気クロック信号に変換する第3の受光器と、
前記第3の受光器と前記第1及び第2の進行波型光変調器にそれぞれ接続され、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい電気長差を相互に有して前記電気クロック信号をそれぞれ伝搬させる二つの高周波電気線路と、
前記第1及び第2の進行波型光変調器にそれぞれ電気的に接続された二つの終端抵抗を有し、
前記第2の光分岐回路の他方の出力側から前記入力光信号に同期した光クロック信号を出力することを特徴とする光クロック再生装置。 In an optical clock recovery device that outputs an optical clock signal synchronized with an encoded input optical signal,
A first optical branch circuit for branching an input optical signal;
A first traveling-wave optical modulator optically connected to one output side of the first optical branch circuit;
A first optical receiver optically connected to an output side of the first traveling wave optical modulator and converting an optical signal transmitted through the first traveling wave optical modulator into an electrical signal;
A second traveling wave optical modulator optically connected to the other output side of the first optical branch circuit;
A second optical receiver optically connected to the output side of the second traveling wave optical modulator and converting an optical signal transmitted through the second traveling wave optical modulator into an electrical signal;
A sine wave signal generated in response to a voltage change is electrically connected to a conductive electrode of the opposite polarity to the conductive electrode of the first light receiver and the first light receiver of the second light receiver. A voltage controlled oscillator whose frequency changes;
An active mode-locked laser that is connected to the output side of the voltage controlled oscillator and generates an optical clock signal synchronized with a sine wave signal that is the output of the voltage controlled oscillator;
A second optical branch circuit connected to the active mode-locked laser and branching the optical clock signal;
A third optical receiver optically connected to one output side of the second optical branch circuit for converting the optical clock signal into an electrical clock signal;
An electrical length difference smaller than a length corresponding to the bit period of the input optical signal and larger than zero is connected to the third light receiver and the first and second traveling wave optical modulators, respectively. Two high frequency electrical lines that each propagate the electrical clock signal;
Two termination resistors electrically connected to the first and second traveling wave optical modulators, respectively;
An optical clock regenerator that outputs an optical clock signal synchronized with the input optical signal from the other output side of the second optical branching circuit.
前記第1の光分岐回路の入力側に接続された第1の光導波路と、前記第1の光分岐回路の一方の出力側と前記第1の進行波型光変調器の入力側を接続する第2の光導波路と、前記第1の進行波型光変調器の出力側と前記第1の受光器を接続する第3の光導波路と、前記第1の光分岐回路の他方の出力側と前記第2の進行波型光変調器の入力側を接続する第4の光導波路と、前記第2の進行波型光変調器の出力側と前記第2の受光器を接続する第5の光導波路を有し、
前記第1,第2,第3,第4及び第5の光導波路と、前記第1の光分岐回路と、前記第1及び第2の進行波型光変調器と、前記第1,第2及び第3の受光器と、前記二つの高周波電気線路と、前記二つの終端抵抗が同一の半導体基板上にモノリシックに形成されていることを特徴とする光クロック再生装置。 The optical clock regeneration apparatus according to claim 4, wherein
The first optical waveguide connected to the input side of the first optical branch circuit, the one output side of the first optical branch circuit, and the input side of the first traveling wave optical modulator are connected. A second optical waveguide, an output side of the first traveling wave optical modulator, a third optical waveguide connecting the first optical receiver, and the other output side of the first optical branch circuit; A fourth optical waveguide connecting the input side of the second traveling wave type optical modulator, and a fifth optical waveguide connecting the output side of the second traveling wave type optical modulator and the second light receiver. Having a waveguide,
The first, second, third, fourth and fifth optical waveguides, the first optical branch circuit, the first and second traveling wave optical modulators, and the first and second optical waveguides And an optical clock recovery device, wherein the third light receiver, the two high-frequency electric lines, and the two termination resistors are monolithically formed on the same semiconductor substrate.
前記第1,第2,第3,第4及び第5の光導波路と、前記第1の光分岐回路と、前記第1及び第2の進行波型光変調器と、前記第1及び第2の受光器が同一のエピタキシャル層を用いて形成されていることを特徴とする光クロック再生装置。 The optical clock regeneration apparatus according to claim 5, wherein
The first, second, third, fourth and fifth optical waveguides, the first optical branch circuit, the first and second traveling wave optical modulators, and the first and second The optical clock recovery device is formed using the same epitaxial layer.
入力光信号を分岐してなる第1の分岐光信号を、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号のパワーを変化させる第1の光変調器と第1の受光器により、第1の電気信号に変換し、
入力光信号を分岐してなる第2の分岐光信号を、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号のパワーを変化させる第2の光変調器と第2の受光器により、第2の電気信号に変換し、
第1の電気信号と、第2の電気信号との電流差に対応した電圧信号を求め、
前記電圧信号の電圧変化に応じて周波数が変化する正弦波信号を求め、この正弦波信号に同期した光クロック信号を発生させ、
前記光クロック信号を分岐し、分岐した一方を電気クロック信号に変換して、前記第1及び第2の光変調器に入力すると共に、分岐した他方を、前記入力光信号に同期した光クロック信号として出力し、
しかも、第1の光変調器に入力される第1の分岐光信号の入力位相と、第2の光変調器に入力される第2の分岐光信号の入力位相とを一致させ、且つ、第1の光変調器に入力する電気クロック信号に対して、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい電気長差を持たせた電気クロック信号を前記第2の光変調器に入力することを特徴とする光クロック再生方法。 In an optical clock recovery method for outputting an optical clock signal synchronized with an encoded input optical signal,
A first optical modulator and a first optical receiver that change the power of the optical signal transmitted through the first optical signal branched from the input optical signal in accordance with the electric field of the applied electric clock signal. Converted into a first electrical signal,
A second optical modulator and a second optical receiver that change the power of the optical signal transmitted through the second optical signal branched from the input optical signal according to the electric field of the applied electric clock signal, Converted into a second electrical signal,
Find the voltage signal corresponding to the current difference between the first electrical signal and the second electrical signal,
Obtain a sine wave signal whose frequency changes according to the voltage change of the voltage signal, generate an optical clock signal synchronized with this sine wave signal,
The optical clock signal is branched, one of the branched light is converted into an electric clock signal and input to the first and second optical modulators, and the other of the branched light clock signals is synchronized with the input optical signal. Output as
Moreover, the input phase of the first branched optical signal input to the first optical modulator and the input phase of the second branched optical signal input to the second optical modulator are matched, and the first An electrical clock signal having an electrical length difference smaller than a length corresponding to the bit period of the input optical signal and greater than zero with respect to the electrical clock signal input to one optical modulator is the second optical signal. An optical clock recovery method comprising inputting to a modulator.
入力光信号を分岐してなる第1の分岐光信号を、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号のパワーを変化させる第1の光変調器と第1の受光器により、第1の電気信号に変換し、
入力光信号を分岐してなる第2の分岐光信号を、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号のパワーを変化させる第2の光変調器と第1の受光器により、第2の電気信号に変換し、
第1の電気信号と、第2の電気信号との電流差に対応した電圧信号を求め、
前記電圧信号の電圧変化に応じて周波数が変化する正弦波信号を求め、この正弦波信号に同期した光クロック信号を発生させ、
前記光クロック信号を分岐し、分岐した一方を電気クロック信号に変換して、前記第1及び第2の光変調器に入力すると共に、分岐した他方を、前記入力光信号に同期した光クロック信号として出力し、
しかも、第1の光変調器に入力される第1の分岐光信号の入力位相に対して、第2の光変調器に入力される第2の分岐光信号の入力位相を、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい位相差を持たせ、且つ、電気クロック信号を第1の光変調器及び第2の光変調器に対して同相状態で入力することを特徴とする光クロック再生方法。 In an optical clock recovery method for outputting an optical clock signal synchronized with an encoded input optical signal,
A first optical modulator and a first optical receiver that change the power of the optical signal transmitted through the first optical signal branched from the input optical signal in accordance with the electric field of the applied electric clock signal. Converted into a first electrical signal,
A second optical modulator and a first optical receiver that change the power of the optical signal transmitted through the second optical signal branched from the input optical signal according to the electric field of the applied electric clock signal, Converted into a second electrical signal,
Find the voltage signal corresponding to the current difference between the first electrical signal and the second electrical signal,
Obtain a sine wave signal whose frequency changes according to the voltage change of the voltage signal, generate an optical clock signal synchronized with this sine wave signal,
The optical clock signal is branched, one of the branched light is converted into an electric clock signal and input to the first and second optical modulators, and the other of the branched light clock signals is synchronized with the input optical signal. Output as
In addition, the input optical signal has the input phase of the second branched optical signal input to the second optical modulator with respect to the input phase of the first branched optical signal input to the first optical modulator. Having a phase difference smaller than a length corresponding to a bit period of time and larger than zero, and inputting an electric clock signal to the first optical modulator and the second optical modulator in an in-phase state. A characteristic optical clock recovery method.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009153107A (en) * | 2007-12-18 | 2009-07-09 | Korea Electronics Telecommun | Apparatus for restoring clock signal by using circulator |
CN102023455B (en) * | 2009-09-16 | 2012-08-08 | 中国科学院半导体研究所 | N-InP-based monolithic integrated optical logic gate and manufacturing method thereof |
CN104812652A (en) * | 2012-09-12 | 2015-07-29 | 勃姆巴迪尔运输有限公司 | Rail vehicle having acoustically optimised fastening of a current collector apparatus |
CN108761223A (en) * | 2018-03-09 | 2018-11-06 | 许昌开普检测研究院股份有限公司 | Traveling-wave protection test device exports the test system and test method of synchronism |
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- 2003-11-28 JP JP2003398515A patent/JP2005159938A/en not_active Withdrawn
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