JP2787898B2 - 光クロックパルス生成回路 - Google Patents
光クロックパルス生成回路Info
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
- H04L7/0075—Arrangements for synchronising receiver with transmitter with photonic or optical means
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Description
ータ信号列に直接的に応答してクロック周波数n・f
(nは2以上の整数)の光クロックパルスを生成する光
クロックパルス生成回路に関する。
信号に変換して信号処理を行う場合の処理速度の制限を
免れるため、光データ信号列から光クロックパルスを光
信号処理回路で直接生成する必要性に迫られている。
が、公開特許公報(特開平6−13981号,発明の名
称:光タイミング抽出回路)に開示されている。この光
クロックパルス生成回路は、光の伝搬路が可飽和吸収領
域と利得領域とで構成されている受動モード同期半導体
レーザを光クロックパルスの抽出素子に用い、クロック
周波数(ビットレート)Mの光データ信号列からクロッ
ク周波数M/m(mは自然数)の光クロックパルスを得
ている。即ち、この光クロックパルス生成回路は、クロ
ック周波数Mの光データ信号列からこのクロック周波数
Mを自然数分の1のレートで分周した光クロックパルス
を得ている。
は、もとの光データ信号列のクロック周波数と同じまた
はもとより低いクロック周波数の光クロックパルスしか
得られない。
ータ信号列を合波して伝送する場合等には、もとの光デ
ータ信号列より高いクロック周波数の光クロックパルス
を生成する必要が生じる。
ス生成回路は、クロック周波数fの光データ信号列を半
導体レーザ素子に入射してこの半導体レーザ素子からク
ロック周波数n・f(nは2以上の整数)の光クロック
パルスを出射する光クロックパルス生成回路であって、
前記半導体レーザ素子が、可飽和吸収領域と利得領域と
で構成されるほぼ長さ{c/(2nηf)}(但し、c
は光速,ηは光の群速度屈折率)の光伝搬路を有する共
振器を備え、前記共振器の一端を前記光データ信号列の
入射端とし、前記共振器の他端を前記光クロックパルス
の出射端とする。
る。
である。なお、実施例中の光クロック抽出素子1は、詳
細な断面図で示している。図2は第1の実施例のタイミ
ング図である。
ロックパルス生成回路を説明すると、光データ信号列S
1(図2参照)は、光ファイバ2a,レンズ3a,光ア
イソレータ4aおよびレンズ3bを介し、モード同期半
導体レーザ素子を用いた光クロック抽出素子1の端面2
0aに入射される。光データ信号列S1は“1”および
“0”の強度変調を受けたリターン・トゥ・ゼロ符号の
信号である。光データ信号列S1のクロック周波数をf
とする。光クロック抽出素子1は、長さLがほぼ{c/
(2nηf)}(但し、cは光速,ηは光の群速度屈折
率)の光伝搬路を有する共振器を備えている。この共振
器は、上記光伝搬路を光の可飽和吸収領域11と、光の
利得領域12とで構成し、端面20aと端面20bとを
それぞれ上記共振器の共振器端としている。光クロック
抽出素子1は、端面20bから光クロックパルスS2を
出射する。光クロックパルスS2はクロック周波数n・
fのパルス列である。図2には光クロックパルスのクロ
ック周波数を2f,つまりn=2で示している。光クロ
ックパルスS2は、レンズ3c,光アイソレータ4bお
よびレンズ3dを介し、光ファイバ2bに導かれる。
バ2aが出射する光データ信号列S1を光クロック抽出
素子1の端面20aに効率よく入射させるために用いら
れ、レンズ3cおよび3dは光クロック抽出素子1の端
面20bから出射する光クロックパルスS2を光ファイ
バ2bに効率よく入射させるために用いられる。また、
光アイソレータ4aは光データ信号列S1の端面20a
からの戻り光等を吸収等により除去し、光アイソレータ
4bは光ファイバ2bからの光クロックパルスS2の戻
り光を除去して素子1の動作を安定化させる。
に説明する。この光クロック抽出素子1には量子井戸を
有する半導体レーザ素子を使用する。素子1は、化合物
半導体を主材料とし、例えばレーザ発振波長0.8μm
帯用にはGaAsとAlGaAsの組み合わせ,波長
0.98μm帯用にはGaAsとInGaAsの組み合
わせ,1.3μm帯用および1.55μm帯用にはIn
PとInGaAsPの組み合わせが好適である。素子1
は、結晶構造をなす基板17,nクラッド層16,活性
層15,pクラッド層14およびキャップ層13a,1
3bを層状に配置している。キャップ層13aにはp側
電極20a,キャップ層13bにはp側電極20b,基
板17にはn側電極19を設けている。つまり、p側電
極20aと20bとは分離していることに留意された
い。また、活性層15に対して垂直な面である端面20
aおよび20bは、結晶構造をなす素子1の劈開面であ
る。
クラッド層14より屈折率が高く、端面20aおよび2
0bから入出射する光(光データ信号列S1および光ク
ロックパルスS2)の主伝搬路をなす。端面20aおよ
び20bは、結晶の劈開面であるので、光の一部を通過
させ一部を反射させる。従って、端面20aと活性層1
5を主体とする光の伝搬路と端面20bとが、レーザ発
振光の共振器を構成する。本実施例の素子1では、この
共振器の長さLを、上述のとおり、ほぼ{c/(2nη
f)}としている。なお、端面20aおよび20bに
は、光の反射係数を調整するためにコーティングを施し
てもよい。キャップ層13aはp側電極18aとpクラ
ッド層14とを接続するオーミック層であり、キャップ
層13bはp側電極18bとpクラッド層14とを接続
するオーミック層である。
接地電位とし、p側電極18aには負電圧,つまり逆バ
イアスを掛け、p側電極18bには正電圧,つまり順方
向バイアスを掛けてp側電極18bからn側電極19に
電流を注入する。すると、p側電極18aに対面する光
伝搬路は光の可飽和吸収領域11となり、p側電極18
bに対面する光伝搬路は光の利得領域12となる。可飽
和吸収領域11では、強度の強い光が通過すると吸収が
飽和し、強度の弱い光は吸収される。この光の吸収度合
は、逆バイアス電圧等によって変る。一方、利得領域1
2では通過光を増幅し、この利得領域12への注入電流
がしきい値より大きくなると、素子1はレーザ発振を開
始し、光データ信号列S1の入射のない場合には、繰り
返しパルス周波数がほぼ2fの光パルス列を端面20a
および20bから出射する。
モード同期半導体レーザである。モード同期動作を生じ
るバイアス条件の1つは、例えばレーザ発振波長1.5
5μm帯で素子1の共振器長Lが約4,100μm,可
飽和吸収領域11の長さが約200μmの場合、p側電
極18bからの注入電流が184mA,p側電極18a
への逆バイアス電圧が0.4Vである。このとき、クロ
ック周波数(繰り返し周波数)が約10.7GHzの光
クロックパルスS2が得られる。なお、光の群速度屈折
率ηはp側電極18aに加える逆バイアスおよびp側電
極18bからの注入電流によっても変化するので、光ク
ロックパルスS2のクロック周波数n・fが同じでも、
素子1の物理的な共振器長Lはこれらの条件によって変
える必要がある。逆に、素子1の共振器の物理的な長さ
が一定でも、p側電極18aおよび18bに加えるバイ
アスを変化することによって光の伝搬路長を変化させ、
適切にモード同期された光クロックパルスS2が生成で
きる。
ための図である。
施例の動作について説明する。
するようにバイアス等の動作条件を設定しておく。する
と、光データ信号列S1の入射がない場合にも、素子1
は、光の上記共振器を周回する時間(以下、共振器周回
時間)T/n(=1/(n・f),図2および図3では
n=2,以下、n=2で説明)に対応して、繰り返し周
波数2fの光パルスを発生する。
素子1にクロック周波数f(時間間隔T)の光データ信
号列S1(データ“1”)を共振器端の一つである端面
20aから時刻t0に入射すると、この光データ信号列
S1は時間T/4後に共振器端の別の一つである端面2
0bに達する。信号列S1により生じたこの光パルス
は、端面20bで反射され、時刻t0から時間T/2後
に端面20aに達する。この光パルスは、端面20aで
反射されて端面20bの方に進行し、あたかも時刻t0
から時間T/2後にデータ“1”の光データ信号列S1
が素子1に入射したかのように働く。光パルスは、続い
て上述のとおり、素子1の共振器内を周回するので、例
え光データ信号列S1にデータ“0”が長く続いても、
端面20aおよび20bで見ると繰り返し時間T/2
(繰り返し周波数2f)の光データ信号列S1が存在す
るように見える。
を反射するだけでなく通過もさせるので、この光パルス
は端面20bからは繰り返し周波数2fの光クロックパ
ルスS2として素子1から出射される。例えば、レーザ
発振波長1.55μm帯の場合、繰り返し周波数50G
Hzの光データ信号列S1を約440μmの共振器長L
を有する素子1に入射すると、100GHzの光パルス
列S2が素子1の端面20bから出射する。
収領域11は、強度の強い光の吸収飽和作用および強度
の弱い光の吸収作用によって自然放出光を抑制し、光パ
ルスの共振器内周回中にパルス幅の広がりや消失が生じ
るのを防ぐ役割を果している。従って、可飽和吸収領域
11の長さは、光クロックパルスS2の半値幅が最も狭
くなるように設定するのがよい。なお、光データ列S2
の強度が大きいほど、光クロックパルスS2のタイミン
グジッタは小さくなり、光クロックパルスS2の生成動
作は安定する。
周波数領域でも説明できる。即ち、光データ信号列S1
は、フーリエ変換すると分かるように、光の中心周波数
f0の両側帯波にクロック周波数fおよびその整数倍n
・fの周波数成分を含む。素子1の共振器長Lは光の縦
モード周波数間隔がほぼn・fになるように選んでい
る。従って、光データ信号列S1を素子1に入射する
と、モード同期によって上記縦モード周波数間隔がn・
fになるように引込まれ、このn・f周波数成分のみが
共振器内で増幅を受けることによってクロック周波数n
・fの光クロックパルスS2が素子1から出射されるこ
とになる。
である。
は、第1の実施例と同じ光ファイバ2a,2b,レンズ
3aないし3dおよび光アイソレータ4a,4bと、第
1の実施例の光クロック抽出素子1の構成を一部変更し
た光クロック抽出素子1Aとを構成要素とする。素子1
Aは、素子1において分割構成されたキャップ層13a
および13bとp側電極18aおよび18bとをそれぞ
れ一体化したキャップ層13とp側電極18とを有す
る。また、n側電極19を接地電位とし、p側電極18
には正電圧を印加して素子1Aに電流を注入している。
この素子1Aへの注入電流は、レーザ発振のしきい値あ
るいはそれ以上の電流値とする。従って、この素子1A
は、光の利得領域のみを有し、光の可飽和吸収領域を持
たない。なお、素子1Aの端面20aから20bまでの
長さLは、第1の実施例と同様に、Lをほぼ{c/(2
nηf)}としている。
1Aは、光データ信号列S1が入射されない場合には、
共振器長Lによって決まる縦モード周波数間隔がn・f
になるような多モードの光を端面20aおよび20bか
ら出射する。このとき出射する多モード光は、縦モード
どうしの位相間隔が揃っていないので、連続光となる。
しかし、データ“1”の光データ信号列S1が素子1の
端面20aに入射されると、上記多モード光は光データ
信号列S1のクロック周波数成分に引込まれ、端面20
bからはクロック周波数n・fの光クロックパルスS2
が出射される。本実施例の光クロック抽出素子1Aは、
可飽和吸収領域による光クロックパルスS2のパルス幅
増大を防ぐ作用はないが、共振器長Lによって決まる光
の縦モード周波数間隔がn・fに一致するような適正な
条件においては、光クロックパルスS2のパルス幅広が
りを十分小さくできる。また、光クロック抽出素子1A
は、第1の実施例に用いた光クロック抽出素子1より構
造が簡単であるという利点がある。
ーザ素子が、ほぼ長さ{c/(2nηf)}(但し、c
は光速,nは2以上の整数,ηは光の群速度屈折率)の
光伝搬路を有する共振器を備えるので、この半導体レー
ザ素子に入射されるクロック周波数fの光データ信号列
に直接的に応答したクロック周波数n・fの光クロック
パルスを得ることができるという効果がある。
ある。
Claims (1)
- 【請求項1】 クロック周波数fの光データ信号列を半
導体レーザ素子に入射してこの半導体レーザ素子からク
ロック周波数n・f(nは2以上の整数)の光クロック
パルスを出射する光クロックパルス生成回路であって、 前記半導体レーザ素子が、可飽和吸収領域と利得領域と
で構成されるほぼ長さ{c/(2nηf)}(但し、c
は光速,ηは光の群速度屈折率)の光伝搬路を有する共
振器を備え、前記共振器の一端を前記光データ信号列の
入射端とし、前記共振器の他端を前記光クロックパルス
の出射端とすることを特徴とする光クロックパルス生成
回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7004775A JP2787898B2 (ja) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | 光クロックパルス生成回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7004775A JP2787898B2 (ja) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | 光クロックパルス生成回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08195713A JPH08195713A (ja) | 1996-07-30 |
JP2787898B2 true JP2787898B2 (ja) | 1998-08-20 |
Family
ID=11593217
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7004775A Expired - Lifetime JP2787898B2 (ja) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | 光クロックパルス生成回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2787898B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11340954A (ja) * | 1998-05-28 | 1999-12-10 | Nec Corp | 光クロック抽出回路 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0613981A (ja) * | 1992-06-24 | 1994-01-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光タイミング抽出回路 |
JPH06265945A (ja) * | 1993-03-12 | 1994-09-22 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | 光中継装置 |
-
1995
- 1995-01-17 JP JP7004775A patent/JP2787898B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08195713A (ja) | 1996-07-30 |
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