JP3252946B2 - 光分周器および光サンプリング装置 - Google Patents
光分周器および光サンプリング装置Info
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- JP3252946B2 JP3252946B2 JP31443895A JP31443895A JP3252946B2 JP 3252946 B2 JP3252946 B2 JP 3252946B2 JP 31443895 A JP31443895 A JP 31443895A JP 31443895 A JP31443895 A JP 31443895A JP 3252946 B2 JP3252946 B2 JP 3252946B2
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- signal light
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
- H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
- H04B10/69—Electrical arrangements in the receiver
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
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- H04B10/67—Optical arrangements in the receiver
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- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超高速光通信シス
テムにおける通常の電気回路を上回る速度の光信号を受
信するのに必要な光分周器および繰り返し入射する高速
光信号を観測するのに使用される光サンプリング装置に
関する。
テムにおける通常の電気回路を上回る速度の光信号を受
信するのに必要な光分周器および繰り返し入射する高速
光信号を観測するのに使用される光サンプリング装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の光分周および光サンプリング技術
としては、例えば光ファイバ中の非線形効果を用いた超
高速スイッチ（以下、非線形スイッチと称する）があ
る。この非線形スイッチの詳細な動作は、例えば文献
（１）："Nonlinear Sagnac Interferometer Switch an
d its Applications" （M.Jinno 他，IEEE.Journal of
Quantum Electronics,Vol.28,No.4,pp.875-882（199
2））に記載されている。
としては、例えば光ファイバ中の非線形効果を用いた超
高速スイッチ（以下、非線形スイッチと称する）があ
る。この非線形スイッチの詳細な動作は、例えば文献
（１）："Nonlinear Sagnac Interferometer Switch an
d its Applications" （M.Jinno 他，IEEE.Journal of
Quantum Electronics,Vol.28,No.4,pp.875-882（199
2））に記載されている。
【０００３】この非線形スイッチは、光ファイバによっ
て構成された干渉計に信号光とともに強度の大きなポン
プパルス光が入力され、ポンプパルス光によって誘発さ
れる相互位相変調効果によって信号光の位相が変化し、
信号光の中でポンプパルス光と時間的に重なった部分の
みが干渉計の作用によってスイッチされるものである。
光ファイバの非線形効果の応答速度はフェムト秒程度と
非常に高速であるため、非線形スイッチは１００Ｇｂｉ
ｔ／ｓを越える超高速な光信号の分周もしくはサンプリ
ングに利用できる。原理的には非線形スイッチの時間分
解能は、使用するポンプパルス光のパルス幅と同等であ
る。
て構成された干渉計に信号光とともに強度の大きなポン
プパルス光が入力され、ポンプパルス光によって誘発さ
れる相互位相変調効果によって信号光の位相が変化し、
信号光の中でポンプパルス光と時間的に重なった部分の
みが干渉計の作用によってスイッチされるものである。
光ファイバの非線形効果の応答速度はフェムト秒程度と
非常に高速であるため、非線形スイッチは１００Ｇｂｉ
ｔ／ｓを越える超高速な光信号の分周もしくはサンプリ
ングに利用できる。原理的には非線形スイッチの時間分
解能は、使用するポンプパルス光のパルス幅と同等であ
る。
【０００４】従来技術として知られている第２のもの
は、非線形光学結晶中の和周波混合現象を用いるもので
あって、例えば文献（２）：”サブピコ秒光パルスを用
いた光サンプリングによる数１００Ｇｂｉｔ／ｓ信号光
波形測定”（高良他、電子情報通信学会技術研究報告 V
ol.95,No.65,pp.9-16 (1995)）（以下、和周波混合技術
と称する）に記載されている。
は、非線形光学結晶中の和周波混合現象を用いるもので
あって、例えば文献（２）：”サブピコ秒光パルスを用
いた光サンプリングによる数１００Ｇｂｉｔ／ｓ信号光
波形測定”（高良他、電子情報通信学会技術研究報告 V
ol.95,No.65,pp.9-16 (1995)）（以下、和周波混合技術
と称する）に記載されている。
【０００５】この和周波混合技術においては、信号光は
ポンプパルス光とともに非線形光学結晶に入力され、そ
こで発生した和周波光を観測することによって光サンプ
リングを行う。
ポンプパルス光とともに非線形光学結晶に入力され、そ
こで発生した和周波光を観測することによって光サンプ
リングを行う。
【０００６】また、本発明に関連する従来の別の技術と
しては、図３に示す光受信装置が提案されている（Fumi
hiko Ito and Ken-ichi Kitayama,"Interferometric ap
proach for the detection/storage of very fastoptic
al signals,"Proceedings ofJapan-U.S.workshop on fu
nctional fronts in advanced cermics,pp.161-164（De
c.6-8,1994）参照）。この従来の光受信装置では、信号
光と、空間的にスペクトル成分を分解した局部発振光と
の干渉パターンをアナライザによって分析し、高速信号
の受信を行うことができる。
しては、図３に示す光受信装置が提案されている（Fumi
hiko Ito and Ken-ichi Kitayama,"Interferometric ap
proach for the detection/storage of very fastoptic
al signals,"Proceedings ofJapan-U.S.workshop on fu
nctional fronts in advanced cermics,pp.161-164（De
c.6-8,1994）参照）。この従来の光受信装置では、信号
光と、空間的にスペクトル成分を分解した局部発振光と
の干渉パターンをアナライザによって分析し、高速信号
の受信を行うことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術に
は以下に示す問題がある。第１に、非線形光スイッチで
はポンプパルス光として非常に大きな強度が必要であ
る。また、和周波技術では、発生する和周波光強度はポ
ンプパルス光強度と信号光強度の積に比例するため、信
号光にもポンプパルス光にも一定の強度が要求される。
文献（２）で用いられているポンプパルス光パワーは１
Ｗ程度、信号光パワーは数百ｍＷ程度である。従って、
長距離の光ファイバ伝送路を伝搬した後の微弱光の観測
などは不可能である。
は以下に示す問題がある。第１に、非線形光スイッチで
はポンプパルス光として非常に大きな強度が必要であ
る。また、和周波技術では、発生する和周波光強度はポ
ンプパルス光強度と信号光強度の積に比例するため、信
号光にもポンプパルス光にも一定の強度が要求される。
文献（２）で用いられているポンプパルス光パワーは１
Ｗ程度、信号光パワーは数百ｍＷ程度である。従って、
長距離の光ファイバ伝送路を伝搬した後の微弱光の観測
などは不可能である。
【０００８】第２の問題は、非線形スイッチに対するも
のであり、光ファイバ中のWalk off現象が実際のスイッ
チング時間を制限する問題である。非線形スイッチで
は、ポンプパルス光と信号光を後で分離する必要性か
ら、両者は異なる波長を持つものでなければならない。
互いに異なる波長を有する信号光とポンプパルス光は光
ファイバ中を伝搬する速度が異なるため、時間的な重な
り部分がずれてゆくというWalk off現象が生じる。非線
形スイッチの時間分解能は実際にはこの現象によって制
限されてしまう。
のであり、光ファイバ中のWalk off現象が実際のスイッ
チング時間を制限する問題である。非線形スイッチで
は、ポンプパルス光と信号光を後で分離する必要性か
ら、両者は異なる波長を持つものでなければならない。
互いに異なる波長を有する信号光とポンプパルス光は光
ファイバ中を伝搬する速度が異なるため、時間的な重な
り部分がずれてゆくというWalk off現象が生じる。非線
形スイッチの時間分解能は実際にはこの現象によって制
限されてしまう。
【０００９】また、上述した従来の光受信装置では、ス
ペクトル分解手段であるグレーティングやそれをアナラ
イザに投影するためのレンズ光学系を高精度に配置する
必要があり、装置の小型化や経済化を図ることが困難で
あるという問題がある。
ペクトル分解手段であるグレーティングやそれをアナラ
イザに投影するためのレンズ光学系を高精度に配置する
必要があり、装置の小型化や経済化を図ることが困難で
あるという問題がある。
【００１０】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、低パワーの信号光を検出で
き、強度の大きなポンプ光を必要とせず、高感度で時間
分解能に優れた光分周器および光サンプリング装置を提
供することにある。
その目的とするところは、低パワーの信号光を検出で
き、強度の大きなポンプ光を必要とせず、高感度で時間
分解能に優れた光分周器および光サンプリング装置を提
供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明は、高速な信号光をそのビッ
ト速度の逆数の整数倍である周期で分周する光分周器で
あって、前記ビット速度の逆数の整数倍の周期で、前記
光信号の中心周波数との周波数差が１ビット時間長の逆
数以内の中心光周波数を有する光パルスを発生する光パ
ルス発生手段と、前記光パルスと信号光を光ハイブリッ
ドに入力し、該光ハイブリッドからの複数の出力光をバ
ランス型光受信器によって受信し、該バランス型受信器
の出力信号を２乗したのち互いに加え合わせ、その干渉
信号を検出する干渉信号検出手段とを有することを要旨
とする。
め、請求項１記載の本発明は、高速な信号光をそのビッ
ト速度の逆数の整数倍である周期で分周する光分周器で
あって、前記ビット速度の逆数の整数倍の周期で、前記
光信号の中心周波数との周波数差が１ビット時間長の逆
数以内の中心光周波数を有する光パルスを発生する光パ
ルス発生手段と、前記光パルスと信号光を光ハイブリッ
ドに入力し、該光ハイブリッドからの複数の出力光をバ
ランス型光受信器によって受信し、該バランス型受信器
の出力信号を２乗したのち互いに加え合わせ、その干渉
信号を検出する干渉信号検出手段とを有することを要旨
とする。
【００１２】請求項１記載の本発明にあっては、高速な
信号光のビット速度の整数倍の周期で、光信号の中心周
波数との周波数差が１ビット時間長の逆数以内の中心光
周波数を有する光パルスを発生し、光パルスと信号光を
光ハイブリッドに入力し、該光ハイブリッドからの複数
の出力光をバランス型光受信器によって受信し、該バラ
ンス型受信器の出力信号を２乗したのち互いに加え合わ
せ、その干渉信号を検出する。
信号光のビット速度の整数倍の周期で、光信号の中心周
波数との周波数差が１ビット時間長の逆数以内の中心光
周波数を有する光パルスを発生し、光パルスと信号光を
光ハイブリッドに入力し、該光ハイブリッドからの複数
の出力光をバランス型光受信器によって受信し、該バラ
ンス型受信器の出力信号を２乗したのち互いに加え合わ
せ、その干渉信号を検出する。
【００１３】
【００１４】
【００１５】更に、請求項２記載の本発明は、請求項１
記載の発明において、前記信号光または光パルスの経路
上に遅延制御手段を有することを要旨とする。
記載の発明において、前記信号光または光パルスの経路
上に遅延制御手段を有することを要旨とする。
【００１６】請求項３記載の本発明は、請求項１または
２記載の発明において、前記信号光または光パルスの経
路上にスペクトル制御手段および分散制御手段の一方ま
たは両方を有することを要旨とする。
２記載の発明において、前記信号光または光パルスの経
路上にスペクトル制御手段および分散制御手段の一方ま
たは両方を有することを要旨とする。
【００１７】また、請求項４記載の本発明は、繰り返し
入力される高速な信号光を観測する光サンプリング装置
であって、前記光信号の繰返し周期とわずかに異なる周
期で、光パルス幅が信号光の周波数変動の逆数よりも短
い光パルスを発生する光パルス発生手段と、前記光パル
スと信号光を光ハイブリッドに入力し、該光ハイブリッ
ドからの複数の出力光をバランス型光受信器によって受
信し、該バランス型受信器の出力信号を２乗したのち互
いに加え合わせ、その干渉信号を前記パルス発生周期で
検出する干渉信号検出手段とを有し、前記光パルス発生
手段の出力光と前記光信号光の中心周波数との差が、前
記光パルスの出力光のパルス幅の逆数よりも小さいこと
を要旨とする。
入力される高速な信号光を観測する光サンプリング装置
であって、前記光信号の繰返し周期とわずかに異なる周
期で、光パルス幅が信号光の周波数変動の逆数よりも短
い光パルスを発生する光パルス発生手段と、前記光パル
スと信号光を光ハイブリッドに入力し、該光ハイブリッ
ドからの複数の出力光をバランス型光受信器によって受
信し、該バランス型受信器の出力信号を２乗したのち互
いに加え合わせ、その干渉信号を前記パルス発生周期で
検出する干渉信号検出手段とを有し、前記光パルス発生
手段の出力光と前記光信号光の中心周波数との差が、前
記光パルスの出力光のパルス幅の逆数よりも小さいこと
を要旨とする。
【００１８】請求項４記載の本発明にあっては、信号光
の繰り返し周期と僅かに異なる周期で、光パルス幅が信
号光の周波数変動の逆数よりも短い光パルスを発生し、
光パルスと信号光を光ハイブリッドに入力し、該光ハイ
ブリッドからの複数の出力光をバランス型光受信器によ
って受信し、該バランス型受信器の出力信号を２乗した
のち互いに加え合わせ、その干渉信号をパルス発生周期
で検出し、光パルス発生手段の出力光との信号光の中心
光周波数の差が光パルス発生手段の出力の繰り返し周期
の逆数より小さい。
の繰り返し周期と僅かに異なる周期で、光パルス幅が信
号光の周波数変動の逆数よりも短い光パルスを発生し、
光パルスと信号光を光ハイブリッドに入力し、該光ハイ
ブリッドからの複数の出力光をバランス型光受信器によ
って受信し、該バランス型受信器の出力信号を２乗した
のち互いに加え合わせ、その干渉信号をパルス発生周期
で検出し、光パルス発生手段の出力光との信号光の中心
光周波数の差が光パルス発生手段の出力の繰り返し周期
の逆数より小さい。
【００１９】
【００２０】
【００２１】請求項５記載の本発明は、請求項４記載の
発明において、信号光の経路上に信号光の一部を時間的
に抜き出す手段を有することを要旨とする。
発明において、信号光の経路上に信号光の一部を時間的
に抜き出す手段を有することを要旨とする。
【００２２】請求項５記載の本発明にあっては、信号光
の経路上に信号光の一部を時間的に抜き出している。
の経路上に信号光の一部を時間的に抜き出している。
【００２３】また、請求項６記載の本発明は、請求項４
または５記載の発明において、電気信号への変換後に電
気信号の一部を時間的に抜き出す手段を有することを要
旨とする。
または５記載の発明において、電気信号への変換後に電
気信号の一部を時間的に抜き出す手段を有することを要
旨とする。
【００２４】請求項６記載の本発明にあっては、電気信
号への変換後に電気信号の一部を時間的に抜き出してい
る。
号への変換後に電気信号の一部を時間的に抜き出してい
る。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。
の形態について説明する。
【００２６】図１は、本発明の第１の実施形態に係る光
分周器の構成を示す図である。同図において、１は信号
光の波長に等しい波長を持つ光パルスを発生する光パル
ス発生手段であり、例えばモードロックレーザ、利得ス
イッチ、外部変調器等を利用することができる。スペク
トル制御手段２および分散制御手段３は、光パルス発生
手段１によって得られた光パルスのスペクトル幅および
分散（チャーピング）を調整する手段であり、スペクト
ル制御手段２としては光フィルタ、分散制御手段３とし
ては分散を持つ光ファイバを利用することができる。９
は、分周したい信号光の特定のビットに同期光パルスを
重ねるための遅延制御手段である。４−１〜４−４は光
カプラであり、これらによって光９０度ハイブリッド８
が構成される。
分周器の構成を示す図である。同図において、１は信号
光の波長に等しい波長を持つ光パルスを発生する光パル
ス発生手段であり、例えばモードロックレーザ、利得ス
イッチ、外部変調器等を利用することができる。スペク
トル制御手段２および分散制御手段３は、光パルス発生
手段１によって得られた光パルスのスペクトル幅および
分散（チャーピング）を調整する手段であり、スペクト
ル制御手段２としては光フィルタ、分散制御手段３とし
ては分散を持つ光ファイバを利用することができる。９
は、分周したい信号光の特定のビットに同期光パルスを
重ねるための遅延制御手段である。４−１〜４−４は光
カプラであり、これらによって光９０度ハイブリッド８
が構成される。
【００２７】光９０度ハイブリッド８においては、図中
の光路長Ａと光路長Ｃの光路長差が、光路長Ｂと光路長
Ｄの差よりもλ／４（λは光波長）だけ大きいかもしく
は小さくなるように配置される。光９０度ハイブリッド
（以下、これを単に光ハイブリッドという）８は、ハー
フミラーによる空間光学系や集積された光回路によって
実現できる。
の光路長Ａと光路長Ｃの光路長差が、光路長Ｂと光路長
Ｄの差よりもλ／４（λは光波長）だけ大きいかもしく
は小さくなるように配置される。光９０度ハイブリッド
（以下、これを単に光ハイブリッドという）８は、ハー
フミラーによる空間光学系や集積された光回路によって
実現できる。
【００２８】また、５−１，５−２はバランス型光受信
器、６−１，６−２は自乗回路、７は加算器、１０−
１，１０−２は波形等化を行うための低域濾波フィルタ
であって、その遮断周波数９は分周間隔Ｔの逆数程度に
設定される。なお、バランス型光受信器５−１，５−２
の代わりに通常の受光器を使用してもよい。
器、６−１，６−２は自乗回路、７は加算器、１０−
１，１０−２は波形等化を行うための低域濾波フィルタ
であって、その遮断周波数９は分周間隔Ｔの逆数程度に
設定される。なお、バランス型光受信器５−１，５−２
の代わりに通常の受光器を使用してもよい。
【００２９】また、前記光ハイブリッド８としては、１
２０度ハイブリッドもほぼ同様に使用することができ
る。この１２０度ハイブリッドでは、次式に示す恒等式
を使用している。
２０度ハイブリッドもほぼ同様に使用することができ
る。この１２０度ハイブリッドでは、次式に示す恒等式
を使用している。
【数１】
【００３０】図１に示す光分周器の動作時には、信号光
が光ハイブリッド８より入射する。本実施形態では信号
光は振幅変調されている必要がある。単一の光パルス波
形を Ｐ（ｔ−τ）ｅｘｐ（ｊω0 ｔ） （τ：パルスの中心位置、ω0 ：光角周波数）と書く
と、信号光波形はこのパルスによって形成されるパルス
列であるから、その時間波形は、
が光ハイブリッド８より入射する。本実施形態では信号
光は振幅変調されている必要がある。単一の光パルス波
形を Ｐ（ｔ−τ）ｅｘｐ（ｊω0 ｔ） （τ：パルスの中心位置、ω0 ：光角周波数）と書く
と、信号光波形はこのパルスによって形成されるパルス
列であるから、その時間波形は、
【数２】 と書くことができる。１つのパルスが信号の１ビットに
対応している。
対応している。
【００３１】一方、光パルス発生手段１は、信号光パル
スとほぼ同じ波長の光パルスを発生する。以下ではこれ
を局発パルスという。局発パルスは信号光のビットの整
数倍を周期として発生される。局発パルスの波形は
スとほぼ同じ波長の光パルスを発生する。以下ではこれ
を局発パルスという。局発パルスは信号光のビットの整
数倍を周期として発生される。局発パルスの波形は
【数３】 Ｌ（ｔ）＝ＰL （ｔ）ｅｘｐ（ｊωL ｔ＋φ） （２） と書くことができる。但し、φは信号光との相対的な位
相差であり、信号光と局発パルスが別々のレーザから発
生する場合はランダムに変化する。
相差であり、信号光と局発パルスが別々のレーザから発
生する場合はランダムに変化する。
【００３２】上記信号光と局発パルスは光ハイブリッド
８を介してバランス型光受信器５−１，５−２に入力さ
れる。このときバランス型光受信器５−１，５−２に生
じる電流は、各々、
８を介してバランス型光受信器５−１，５−２に入力さ
れる。このときバランス型光受信器５−１，５−２に生
じる電流は、各々、
【数４】 である。但し、Δω＝ω0 −ωL である。また、＊は複
素共役を表している。
素共役を表している。
【００３３】簡単化のため、Ｐ（ｔ），ＰL （ｔ）が実
数であると仮定すると（この仮定はパルス波形がフーリ
エ変換限界にある場合に対応する）、
数であると仮定すると（この仮定はパルス波形がフーリ
エ変換限界にある場合に対応する）、
【数５】 Ｉ1 （ｔ）＝ａ0 Ｐ（ｔ）ＰL （ｔ）ｃｏｓ［Δωｔ＋φ］ Ｉ2 （ｔ）＝ａ0 Ｐ（ｔ）ＰL （ｔ）ｓｉｎ［Δωｔ＋φ］ （４） である。
【００３４】低域濾波フィルタ１０−１，１０−２、自
乗回路６−１，６−２、および加算器７によって最終的
な出力は、
乗回路６−１，６−２、および加算器７によって最終的
な出力は、
【数６】 となり、光分周器の出力には、位相差φのランダムな変
動に関わらず局発パルスと重なったビットの振幅ａ0 に
比例した出力が得られることがわかる。オーバライン
「￣」は低域濾波フィルタ１０−１，１０−２による時
間Ｔ程度に渡る平均化作用を示す。
動に関わらず局発パルスと重なったビットの振幅ａ0 に
比例した出力が得られることがわかる。オーバライン
「￣」は低域濾波フィルタ１０−１，１０−２による時
間Ｔ程度に渡る平均化作用を示す。
【００３５】ここで、スペクトル制御手段２、分散制御
手段３の必要性について言及しておく。前記式（５）に
よって与えられる光分周器の出力は、所望の通り信号光
の振幅ａ0 2 に比例すると同時に、信号光パルスと局発
パルスの波形の相関Ｃにも比例している。
手段３の必要性について言及しておく。前記式（５）に
よって与えられる光分周器の出力は、所望の通り信号光
の振幅ａ0 2 に比例すると同時に、信号光パルスと局発
パルスの波形の相関Ｃにも比例している。
【外１】 このため、本光分周器において最大の信号振幅を得るた
めには、両者のパルス波形（Ｐ(t) 及びＰＬ(t) ）を可
能な限り一致させることが望ましい。このために本実施
形態では局発パルスのスペクトルと分散の制御手段２，
３を設けており、局発パルスの経路上において、そのス
ペクトル幅と分散を信号光パルスのそれと一致するよう
に制御することによって最大の信号振幅が実現できる。
すなわち、これらの手段は本光分周器の受信感度を改善
するためのものであって、受信感度が要求されない場合
はこれらを省略することも可能である。また、これらの
手段は信号光経路上に置かれ、信号光のスペクトルと分
散を制御しても効果は同じである。
めには、両者のパルス波形（Ｐ(t) 及びＰＬ(t) ）を可
能な限り一致させることが望ましい。このために本実施
形態では局発パルスのスペクトルと分散の制御手段２，
３を設けており、局発パルスの経路上において、そのス
ペクトル幅と分散を信号光パルスのそれと一致するよう
に制御することによって最大の信号振幅が実現できる。
すなわち、これらの手段は本光分周器の受信感度を改善
するためのものであって、受信感度が要求されない場合
はこれらを省略することも可能である。また、これらの
手段は信号光経路上に置かれ、信号光のスペクトルと分
散を制御しても効果は同じである。
【００３６】次に、信号光と局発パルスの波長の一致に
対する要求について説明する。両者の波長差もしくは周
波数差は、式（４）に見られるようにバランス型光受信
器５−１，５−２の出力に影響を与える。周波数差Δω
＝ω0 −ωL による信号振幅の変化が１ビットの長さよ
りも短い時間で生じると、等価的に信号振幅が低下して
しまう。従って、両者の波長差は
対する要求について説明する。両者の波長差もしくは周
波数差は、式（４）に見られるようにバランス型光受信
器５−１，５−２の出力に影響を与える。周波数差Δω
＝ω0 −ωL による信号振幅の変化が１ビットの長さよ
りも短い時間で生じると、等価的に信号振幅が低下して
しまう。従って、両者の波長差は
【数７】Δω＝ω0 −ωL ＜１／τ （τは１ビッ
ト時間長） を満たすように設定する必要がある。このことは伝送速
度が大きいほど波長の制御は粗くてよいことを意味して
おり、本実施形態を高速光信号に適用する際には有利で
ある。
ト時間長） を満たすように設定する必要がある。このことは伝送速
度が大きいほど波長の制御は粗くてよいことを意味して
おり、本実施形態を高速光信号に適用する際には有利で
ある。
【００３７】図２は、本発明の第２の実施形態に係る光
サンプリング装置の構成を示す図である。同図に示す光
サンプリング装置は、正弦波発生器２１から出力される
正弦波電気信号によって駆動されて、繰り返し入力され
る光信号の繰り返し周期にオフセットΔｆを加えた周期
のサンプリング光パルスを発生するサンプリング光パル
ス発生手段１２を有する。なお、図２において、図１と
同じ構成要素には同じ符号が付されているが、その他の
構成要素のうち、１１は強度変調器、１０−３，１０−
４は低域濾波フィルタ、１３−１，１３−２は電気スイ
ッチである。
サンプリング装置の構成を示す図である。同図に示す光
サンプリング装置は、正弦波発生器２１から出力される
正弦波電気信号によって駆動されて、繰り返し入力され
る光信号の繰り返し周期にオフセットΔｆを加えた周期
のサンプリング光パルスを発生するサンプリング光パル
ス発生手段１２を有する。なお、図２において、図１と
同じ構成要素には同じ符号が付されているが、その他の
構成要素のうち、１１は強度変調器、１０−３，１０−
４は低域濾波フィルタ、１３−１，１３−２は電気スイ
ッチである。
【００３８】波形等化のための低域濾波フィルタ１０−
３，１０−４の遮断周波数は、サンプリング周期１／
（ｆ＋Δｆ）の逆数程度に設定される。サンプリング光
パルス発生手段１２は、図１の光パルス発生手段１と同
様にモードロックレーザなどを用いて発生できるが、本
実施形態で用いるサンプリング光パルスは以下の条件を
満足する必要がある。
３，１０−４の遮断周波数は、サンプリング周期１／
（ｆ＋Δｆ）の逆数程度に設定される。サンプリング光
パルス発生手段１２は、図１の光パルス発生手段１と同
様にモードロックレーザなどを用いて発生できるが、本
実施形態で用いるサンプリング光パルスは以下の条件を
満足する必要がある。
【００３９】（１）パルス幅がサンプリング装置に要求
される時間分解能よりも短いこと。 （２）パルス幅は信号光の周波数の変動の逆数よりも小
さいこと。 （３）光パルスの中心周波数は信号光のそれとほぼ一致
していること。 上記条件が満足される場合には、本光サンプリング装置
によって信号の振幅が正しく検出されることを以下に示
す。
される時間分解能よりも短いこと。 （２）パルス幅は信号光の周波数の変動の逆数よりも小
さいこと。 （３）光パルスの中心周波数は信号光のそれとほぼ一致
していること。 上記条件が満足される場合には、本光サンプリング装置
によって信号の振幅が正しく検出されることを以下に示
す。
【００４０】信号光並びにサンプリング光パルスの波形
は次式で表される。
は次式で表される。
【数８】 Ｓｉｇ（ｔ）＝Ａ（ｔ）ｅｘｐ｛ｊ［ω0 ＋ωM （ｔ）］ｔ｝ （信号光） （６） Ｓａｍ（ｔ）＝δ（ｔ−τ）ｅｘｐ（ｊω0 ｔ＋φ） （サンプリング光パルス） （７） ここでＡ（ｔ）は信号光の振幅、ωM （ｔ）は信号光の
周波数変調成分、δ（ｔ−τ）はパルスの波形であり、
τはパルスの中心位置である。φは信号光との相対的な
位相差であり、信号光と光パルスが別々のレーザから発
生する場合はランダムに変化する。このランダムな位相
差は、光ハイブリッドの作用によって最終的に加算器７
の出力に影響しない点は図１の実施形態と同じである。
周波数変調成分、δ（ｔ−τ）はパルスの波形であり、
τはパルスの中心位置である。φは信号光との相対的な
位相差であり、信号光と光パルスが別々のレーザから発
生する場合はランダムに変化する。このランダムな位相
差は、光ハイブリッドの作用によって最終的に加算器７
の出力に影響しない点は図１の実施形態と同じである。
【００４１】加算器７からの出力は以下のようになる。
【数９】 但し、Δτはサンプリング光パルスのパルス幅である。
従って、ωM （τ）Δτ＜＜１の場合は、 Ｉ＝Ａ2 （τ） となり、出力Ｉは、サンプリング光パルスが存在する時
刻τにおける信号光の瞬時の振幅の２乗に比例し、サン
プリング操作が正しく行われることがわかる。このωM
（τ）Δτ＜＜１の条件が先に述べた条件（２）に対応
している。
従って、ωM （τ）Δτ＜＜１の場合は、 Ｉ＝Ａ2 （τ） となり、出力Ｉは、サンプリング光パルスが存在する時
刻τにおける信号光の瞬時の振幅の２乗に比例し、サン
プリング操作が正しく行われることがわかる。このωM
（τ）Δτ＜＜１の条件が先に述べた条件（２）に対応
している。
【００４２】なお、図１の実施形態と同様に本実施形態
でも光サンプリングパルスの中心周波数は信号光のそれ
と一致している必要がある。式（６），（７）を記述し
た際にはこれを暗黙のうちに仮定したが、本実施形態の
場合は両者の間のずれの許容度は、 Δω＜１／Δτ である。すなわち、両光の周波数差はサンプリングパル
スのパルス幅の逆数よりも小さくなくてはならない。
でも光サンプリングパルスの中心周波数は信号光のそれ
と一致している必要がある。式（６），（７）を記述し
た際にはこれを暗黙のうちに仮定したが、本実施形態の
場合は両者の間のずれの許容度は、 Δω＜１／Δτ である。すなわち、両光の周波数差はサンプリングパル
スのパルス幅の逆数よりも小さくなくてはならない。
【００４３】図２の信号光経路上に設けられている強度
変調器１１は、サンプリング装置の時間分解能Δτより
は遅いが、信号繰り返し時間よりは速い速度で信号光の
一部を切り出すためのもので、これによってＳ／Ｎ比の
改善が可能である。同様なことは強度変調器１１を用い
る代わりに電気信号に変換された後に電流のある時間幅
の部分をスイッチングによって切り出してもよく、電気
のスイッチ１３−１，１３−２はこのために設けられて
いる。
変調器１１は、サンプリング装置の時間分解能Δτより
は遅いが、信号繰り返し時間よりは速い速度で信号光の
一部を切り出すためのもので、これによってＳ／Ｎ比の
改善が可能である。同様なことは強度変調器１１を用い
る代わりに電気信号に変換された後に電流のある時間幅
の部分をスイッチングによって切り出してもよく、電気
のスイッチ１３−１，１３−２はこのために設けられて
いる。
【００４４】上述した両実施形態は、いずれも受信器に
よる線形な光強度の検出を用いるものであるので、和周
波混合を用いる方式に比べその受信感度は極めて高い。
このことは光通信システムに使われる光分周器では、光
通信システム自体の感度向上に寄与し、また光サンプリ
ング装置では、平均処理なくして正しい振幅の検出を可
能にするため微弱光のアイパターンの検出を可能にす
る。また、局発パルスおよびサンプリング光パルスに要
求される強度も、非線形効果を生じせしめるような強力
なものは必要ないため、低パワー化が可能である。ま
た、その時間分解能は、光サンプリングパルスのパルス
幅によってのみ制限され、モードロックレーザなどの短
パルス光源を用いることによって、１ｐｓ以下の分解能
を実現することができる。
よる線形な光強度の検出を用いるものであるので、和周
波混合を用いる方式に比べその受信感度は極めて高い。
このことは光通信システムに使われる光分周器では、光
通信システム自体の感度向上に寄与し、また光サンプリ
ング装置では、平均処理なくして正しい振幅の検出を可
能にするため微弱光のアイパターンの検出を可能にす
る。また、局発パルスおよびサンプリング光パルスに要
求される強度も、非線形効果を生じせしめるような強力
なものは必要ないため、低パワー化が可能である。ま
た、その時間分解能は、光サンプリングパルスのパルス
幅によってのみ制限され、モードロックレーザなどの短
パルス光源を用いることによって、１ｐｓ以下の分解能
を実現することができる。
【００４５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
信号光とパルス光の線形な相関である干渉効果を検出す
ることにより光分周または光サンプリングを実現してお
り、光非線形効果を介在しないため、信号光、パルス光
ともに比較的小さな強度でよく、受信感度が高いととも
に、また時間分解能を制限する要因はパルス光のパルス
幅だけであるので、時間分解能、消費電力にも優れてい
る。
信号光とパルス光の線形な相関である干渉効果を検出す
ることにより光分周または光サンプリングを実現してお
り、光非線形効果を介在しないため、信号光、パルス光
ともに比較的小さな強度でよく、受信感度が高いととも
に、また時間分解能を制限する要因はパルス光のパルス
幅だけであるので、時間分解能、消費電力にも優れてい
る。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光分周器の構成
を示す図である。
を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る光サンプリング
装置の構成を示す図である。
装置の構成を示す図である。
【図３】本発明に関連する従来の光受信装置の構成を示
す図である。
す図である。
１ 光パルス発生手段 ２ スペクトル制御手段 ３ 分散制御手段 ４−１〜４−４ 光カプラ ５−１，５−２ バランス型光受信器 ６−１，６−２ 自乗回路 ７ 加算器 ８ 光ハイブリッド １０−１〜１０−４ 低域濾波フィルタ １１ 強度変調器 １２ サンプリング光パルス発生手段 １３−１，１３−２ 電気スイッチ ２１ 正弦波発生器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/142 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28 H04J 14/00 - 14/08 G01J 11/00 G02F 2/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (6)
- 【請求項１】 高速な信号光をそのビット速度の逆数の
整数倍である周期で分周する光分周器であって、 前記ビット速度の逆数の整数倍の周期で、前記光信号の
中心周波数との周波数差が１ビット時間長の逆数以内の
中心光周波数を有する光パルスを発生する光パルス発生
手段と、 前記光パルスと信号光を光ハイブリッドに入力し、該光
ハイブリッドからの複数の出力光をバランス型光受信器
によって受信し、該バランス型受信器の出力信号を２乗
したのち互いに加え合わせ、その干渉信号を検出する干
渉信号検出手段とを有することを特徴とする光分周器。 - 【請求項２】 前記信号光または光パルスの経路上に遅
延制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の光
分周器。 - 【請求項３】 前記信号光または光パルスの経路上にス
ペクトル制御手段および分散制御手段の一方または両方
を有することを特徴とする請求項１または２のいずれか
に記載の光分周器。 - 【請求項４】 繰り返し入力される高速な信号光を観測
する光サンプリング装置であって、 前記光信号の繰返し周期とわずかに異なる周期で、光パ
ルス幅が信号光の周波数変動の逆数よりも短い光パルス
を発生する光パルス発生手段と、 前記光パルスと信号光を光ハイブリッドに入力し、該光
ハイブリッドからの複数の出力光をバランス型光受信器
によって受信し、該バランス型受信器の出力信号を２乗
したのち互いに加え合わせ、その干渉信号を前記パルス
発生周期で検出する干渉信号検出手段とを有し、 前記光パルス発生手段の出力光と前記光信号光の中心周
波数との差が、前記光パルスの出力光のパルス幅の逆数
よりも小さいことを特徴とする光サンプリング装置。 - 【請求項５】 信号光の経路上に信号光の一部を時間的
に抜き出す手段を有することを特徴とする請求項４記載
の光サンプリング装置。 - 【請求項６】 電気信号への変換後に電気信号の一部を
時間的に抜き出す手段を有することを特徴とする請求項
４または５記載の光サンプリング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31443895A JP3252946B2 (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 光分周器および光サンプリング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31443895A JP3252946B2 (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 光分周器および光サンプリング装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09162808A JPH09162808A (ja) | 1997-06-20 |
| JP3252946B2 true JP3252946B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=18053364
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31443895A Expired - Lifetime JP3252946B2 (ja) | 1995-12-01 | 1995-12-01 | 光分周器および光サンプリング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3252946B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008275514A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光サンプリング装置および光サンプリング方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3808820B2 (ja) * | 2002-10-08 | 2006-08-16 | 日本電信電話株式会社 | 光サンプリング方法、装置およびプログラム |
| CN100383571C (zh) * | 2006-05-08 | 2008-04-23 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 双折射自由空间光桥接器 |
| JP5202015B2 (ja) * | 2008-02-13 | 2013-06-05 | 日本電信電話株式会社 | 光９０度ハイブリッド機能補正方法、光９０度ハイブリッド機能補正装置及び光９０度ハイブリッド機能補正プログラム |
| JP5271791B2 (ja) * | 2009-04-27 | 2013-08-21 | 日本電信電話株式会社 | 光信号波形測定方法、装置及びプログラム |
-
1995
- 1995-12-01 JP JP31443895A patent/JP3252946B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008275514A (ja) * | 2007-05-01 | 2008-11-13 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 光サンプリング装置および光サンプリング方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09162808A (ja) | 1997-06-20 |
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