JP3635557B2 - 光信号処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のチャネルの光信号を光領域で時分割多重した 100Ｇbit/s を越える超高速光信号を入力し、各チャネルごとに通過または分岐／挿入する光信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、 100Ｇbit/s を越える超高速光信号の処理は、電気信号処理速度限界を越えるので、光非線形現象を利用した方法を用いて電気信号処理可能な低速度の光信号に時分割分離した上で処理する方法がとられている。例えば、１チャネル当たり10Ｇbit/s の光信号を10チャネル時分割多重して 100Ｇbit/s とした超高速光信号に対しては、この超高速光信号に同期した10ＧHzのタイミングクロックを抽出し、このタイミングクロックを用いて10Ｇbit/s 、10チャネルの光信号を時分割分離する。そのために、超高速光信号に同期したタイミングクロックを抽出する回路および超高速光信号の時分割分離回路が用いられる。
【０００３】
超高速光信号に同期したタイミングクロックの抽出回路としては、例えば特開平７−２８７２６４号公報（光相関検出回路および光クロック位相同期ループ回路）に記載のものがある。これには、光領域で時分割多重された超高速光信号から、その光信号に同期し、そのビットレートの整数分の１の周波数のタイミングクロックを抽出する回路構成が開示されている。
【０００４】
また、超高速光信号から任意のチャネルの光信号を時分割分離する光パルス時分割分離回路としては、光信号とそのチャネルに同期したクロック光パルスとの相互作用による光非線形現象を用いる構成が知られている。この構成では、位相シフタや光遅延線等を用いて選択するチャネルごとに所定の遅延量を有するクロック光パルスを生成する光源と、光非線形処理部と、光非線形処理部で光非線形現象を生じさせるのに十分な光パワーを得るための高出力光増幅器が必要になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来構成では、時分割分離するチャネル数が増えるに従ってクロック光パルスの数も増え、クロック光パルス光源の構成が複雑になるとともに、動作が不安定になる問題があった。すなわち、複数のクロック光パルスにそれぞれ所定の遅延量を設定しても、その後の複数の光非線形処理部を安定に動作させることが難しく、同期外れを起こす問題点があった。したがって、 100Ｇbit/s を越える超高速光信号を入力し、光非線形現象を利用して各チャネルの光信号を時分割分離することは容易ではなかった。
【０００６】
本発明は、超高速光信号とクロック光パルスの光非線形現象を用いて時分割分離する構成ではなく、超高速光信号のビットレートの半分以下のクロック周波数で動作可能な光変調器を用い、安定に 100Ｇbit/s を越える超高速光信号を時分割分離することができ、さらに時分割分離したチャネルの光信号を通過または分岐／挿入する光信号処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光信号処理装置は、光分岐器と、タイミング抽出回路と、時分割分離部と、クロックトラッキング手段と、光遅延制御部と、クロック光源と、時分割多重部とにより構成される。タイミング抽出回路は、各チャネルごとに所定のビットレートを有するＮチャネル（Ｎは２以上の整数）の光信号を時分割多重してビットレートｆとなった超高速光信号を入力し、その超高速光信号に同期した周波数ｆ／ｋ（ｋは自然数）のタイミングクロックを出力する。
クロック生成手段は、クロックトラッキング手段から与えられる位相制御された周波数ｆ／ｋのタイミングクロックを分配し、各チャネルの位相に合わせたタイミングクロックおよび位相調整用クロックを生成する。
クロックトラッキング手段は、クロック生成手段から与えられる位相調整用のタイミングクロックにより駆動される光変調器で時分割分離された光信号を電気信号に変換し、その電気信号とタイミング抽出回路から出力される周波数ｆ／ｋのタイミングクロックとを位相比較し、両者が一致するようにタイミングクロックの位相を制御してクロック生成手段に与える。
【０００８】
時分割分離部は、クロック生成手段から与えられる各チャネルの位相に合わせたタイミングクロックに応じて駆動される光変調器により、超高速光信号から分岐チャネルの光信号と通過チャネルの光信号とを時分割分離して出力する。すなわち、クロック生成手段から与えられる各チャネルの位相に合わせたタイミングクロックから分岐チャネルの光信号および通過チャネルの光信号にそれぞれ応じたタイミングクロックを生成し、各タイミングクロックで駆動される光変調器に超高速光信号を入力し、各光変調器から分岐チャネルの光信号および通過チャネルの光信号をそれぞれ時分割分離して出力する。
また、クロック生成手段から与えられる各チャネルに位相を合わせた分岐チャネルの光信号または通過チャネルの光信号に応じたタイミングクロックのうち、いづれか一方のタイミングクロックのみで駆動される方向性結合器型光変調器に超高速光信号を入力し、分岐チャネルの光信号および通過チャネルの光信号を相補的に時分割分離して出力する。また、クロック生成手段で生成される分岐チャネルの光信号に応じたタイミングクロックによりサーキュレータを介して逆バイアスで駆動される光変調器に、超高速光信号を入力し、光変調器から通過チャネルの光信号を出力するとともに、分岐チャネルの電気信号を前記サーキュレータを介して出力する
【０００９】
光遅延制御部は、時分割分離部で時分割分離された通過チャネルの光信号と、分岐チャネルに新たに挿入する光信号とを入力し、その間の時間スロットの入れ替えを制御する。クロック光源は、クロック生成手段から与えられる周波数ｆ／ｋのタイミングクロックに同期した周波数ｆのクロック光パルスを出力し、時分割多重部はこのクロック光パルスと光遅延制御部から出力される各チャネルの光信号のアンドをとり、時分割多重されたビットレートｆの超高速光信号を出力する。
【００１０】
また、時分割分離部で時分割分離された分岐チャネルの光信号と、新たに挿入する光信号とを入力し、その一方を選択して光遅延制御部に出力するチャネル選択回路を備えてもよい。また光分岐器からタイミング抽出回路および時分割分離部の光変調器へ分配される各光信号遅延量を等しく設定してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１の参考例）
図１は、本発明の光信号処理装置の第１の参考例を示す。本参考例では,20Gbit/s の光信号が５チャネル時分割多重された 100Ｇbit/s のビットレートを有する超高速光信号を入力し、分岐信号として１チャネル、通過信号として４チャネルの光信号を時分割分離し、さらに４チャネルの通過信号と１チャネルの挿入信号を時分割多重して出力するものとする。
【００１３】
図において、ビットレートｆ（＝ 100Ｇbit/s ）の超高速光信号は、光分岐器１１によりタイミング抽出回路１２および光変調器１３−１，１３−２へ分配される。タイミング抽出回路１２では、超高速光信号に同期した周波数ｆ／ｋ（ｋは自然数、ここではｋ＝５、ｆ／ｋ＝20ＧHz）のタイミングクロックを出力する。このタイミングクロックは、クロック分配器１４、光変調器駆動回路１５を介して光変調器１３−１，１３−２の駆動信号となる。なお、クロック分配器１４、光変調器駆動回路１５および光変調器１３−１，１３−２は、時分割分離部を構成する。
【００１４】
クロック分配器１４は周波数ｆ／ｋのタイミングクロックを等分配する。光変調器駆動回路１５は、このタイミングクロックから分岐チャネルの光信号および通過チャネルの光信号の時分割分離に用いるタイミングクロックを生成し、所定のバイアス電圧を付加して光変調器１３−１，１３−２に入力する。ここでは、光変調器として駆動するクロックに対して透過光信号特性が高速である電界吸収型光変調器を用い、バイアス電圧を−Ｖ（通過阻止）とし、タイミングクロックの入力で０（通過）となるように設定する。光変調器１３−１では、タイミングクロックに応じて４チャネルの光信号を通過させる。また、光変調器１３−２では、タイミングクロックに応じて１チャネルの光信号を通過させ、これが分岐信号として出力される。
【００１５】
光変調器１３−１を通過した４チャネルの光信号は、挿入ポートから入力された挿入信号とともに光遅延制御部１６に入力される。光遅延制御部１６は、タイミング抽出回路１２から出力されたタイミングクロックに同期して動作し、チャネル間の時間スロットの入れ替えを行う際には、超高速光信号のビットレートで決まるチャネル間隔時間の整数倍の遅延を各チャネルの光信号に与える。光遅延制御部１６から出力される各チャネルの光信号は時分割多重部１７に入力される。時分割多重部１７は光アンド回路（例えば四光波混合回路）で構成され、クロック光源１８から出力されるクロック光パルスと各チャネルの光信号のアンドをとり、各チャネルの光信号が時分割多重して出力される。なお、クロック光源１８も、タイミング抽出回路１２から出力されたタイミングクロックに同期して動作する。
【００１６】
（第２の参考例）
図２は、本発明の光信号処理装置の第２の参考例を示す。
本参考例の構成は第１の参考例と同様であるが、光変調器１３−１，１３−２のバイアス電圧を０（通過）とし、タイミングクロックの入力で−Ｖ（通過阻止）となるように設定するところが異なる。光変調器１３−１では、タイミングクロックに応じて１チャネルの光信号が通過阻止され、４チャネルの光信号が通過する。また、光変調器１３−２では、タイミングクロックに応じて４チャネルの光信号が通過阻止され、１チャネルの光信号が通過して分岐信号として出力される。その他の機能および動作は第１の参考例と同様である。
【００１７】
（第３の参考例）
図３は、本発明の光信号処理装置の第３の参考例を示す。
本参考例の特徴は、第１の参考例の構成において、光変調器１３−２で時分割分離された１チャネルの光信号をチャネル選択回路１９に入力し、そのまま通過させて光遅延制御部１６に入力するか、挿入ポートから入力された挿入信号と入れ替えに分岐ポートへ分岐信号として出力するかを選択できる構成にある。なお、本参考例におけるチャネル選択回路１９は、第２の参考例にも同様に用いることができる。
【００１８】
（第４の参考例）
図４は、本発明の光信号処理装置の第４の参考例を示す。
第１〜第３の参考例では光変調器として電界吸収型光変調器が用いられる。本参考例では、光変調器として方向性結合器型光変調器２０を用いることを特徴とする。例えば分岐チャネルの光信号の時分割分離に用いるタイミングクロックで方向性結合器型光変調器２０を駆動すると、一方のポートに通過信号として４チャネルの光信号が出力され、他方のポートに分岐信号として１チャネルの光信号が出力される。その他の構成は第１の参考例と同様である。また、本参考例においても、第３の参考例と同様にチャネル選択回路１９を用いた構成とすることも可能である。
【００１９】
（第５の参考例）
図５は、本発明の光信号処理装置の第５の参考例を示す。
第２の参考例の光変調器１３−１では、タイミングクロックに応じて１チャネルの光信号を通過阻止し、４チャネルの光信号が通過する。本参考例は、光変調器１３−１で１チャネルの光信号を通過阻止するためにタイミングクロックが逆バイアスで入力されているときに、光変調器１３−１が光検出器として機能することに着目したものである（参考文献：R.J.Helkey et al.,"Repetition frequency stabilisation of passively mode-locked semiconductor Lasers", Electronics Letters, vol.28, 1992)。すなわち、その１チャネルの光信号は、光検出器として動作する光変調器１３−１から電気信号として出力され、サーキュレータ２１を介して駆動クロックから分離して取り出す。これを分岐信号として出力する。
【００２０】
（本発明の実施形態）
図６は、本発明の光信号処理装置の実施形態を示す。
本実施形態は、第１に参考例の構成に本発明の特徴であるクロックトラッキング手段を付加したものである。このクロックトラッキング手段は、安定な時分割分離動作のために必要に応じて設けられるものである。なお、このクロックトラッキング手段は、第２〜第５の参考例にも同様に適用することができる。
【００２１】
タイミング抽出回路１２から出力される周波数ｆ／ｋのタイミングクロックは、位相制御器２２、クロック分配器１４、光変調器駆動回路１５を介して各光変調器１３−０〜１３−２の駆動信号となる。光変調器１３−０で時分割分離された光信号は光検出器２３で電気信号に変換され、その電気信号とタイミング抽出回路１２から出力されるタイミングクロックが位相比較器２４で位相比較され、両者が一致するように位相制御器２２によってクロック分配器１４へのタイミングクロック位相を制御する。すなわち、クロックトラッキング手段により、タイミング抽出回路１２で抽出されたタイミングクロックが各光変調器へ分配される際に受ける遅延ゆらぎが補償される。これにより、装置内温度等の変化により、分配されるタイミングクロックに遅延ゆらぎが生じても、安定な光変調器出力を得ることができる。
【００２２】
本実施形態と参考例の組み合わせにおいて、光変調器１３−１，１３−２または方向性結合器型光変調器２０で、通過チャネルの光信号と分岐チャネルの光信号を時分割分離する場合には、光分岐器１１の入力からタイミング抽出回路１２および各光変調器への光信号遅延を等しく設定することが望ましい。
【００２３】
また、本実施形態におけるチャネル数およびビットレートの値は一例であり、その他の値に設定しても同様である。また、光分岐器１１としては、光ファイバカプラまたは石英系光導波路を用いることができる。また、時分割多重部１７は光アンド回路として動作するものであるが、四光波混合を用いる構成の他に、干渉型光スイッチを用いる構成、非線形ループミラーを用いる構成が可能であり、それらの機能素子として光ファイバ、半導体レーザ増幅器、非線形光導波路、電界吸収型光変調器等の光非線形素子を用いることができる。
【００２４】
また、本実施形態において、位相比較器２４では、種々の公知技術により各信号を低周波信号に変換した後に位相比較する構成としてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光信号処理装置は、超高速光信号に同期し、周波数がそのビットレートの整数分の一のタイミングクロックを出力するタイミング抽出回路と、超高速光信号のビットレートの半分以下のクロック周波数で動作可能な光変調器を用いることにより、簡単な構成で安定に 100Ｇbit/s を越える超高速光信号を分岐チャネルの光信号と通過チャネルの光信号に時分割分離することができる。さらに、時分割分離した光信号を通過または分岐／挿入して時分割多重し、超高速光信号として出力することができる。また、各チャネルを光信号を時分割多重する際に、各チャネル間で時間スロットの入れ替えを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光信号処理装置の第１の参考例を示すブロック図。
【図２】本発明の光信号処理装置の第２の参考例を示すブロック図。
【図３】本発明の光信号処理装置の第３の参考例を示すブロック図。
【図４】本発明の光信号処理装置の第４の参考例を示すブロック図。
【図５】本発明の光信号処理装置の第５の参考例を示すブロック図。
【図６】本発明の光信号処理装置の実施形態を示すブロック図。
【符号の説明】
１１ 光分岐器
１２ タイミング抽出回路
１３ 光変調器
１４ クロック分配器
１５ 光変調器駆動回路
１６ 光遅延制御部
１７ 時分割多重部
１８ クロック光源
１９ チャネル選択回路
２０ 方向性結合器型光変調
２１ サーキュレータ
２２ 位相制御器
２３ 光検出器
２４ 位相比較器

Claims (4)

1. 各チャネルごとに所定のビットレートを有するＮチャネル（Ｎは２以上の整数）の光信号を時分割多重してビットレートｆとなった超高速光信号を入力して分配する光分岐器と、
   前記光分岐器で分配されたビットレートｆの超高速光信号を入力し、その超高速光信号に同期した周波数ｆ／ｋ（ｋは自然数）のタイミングクロックを出力するタイミング抽出回路と、
   クロックトラッキング手段から与えられる位相制御された周波数ｆ／ｋのタイミングクロックを分配し、各チャネルの位相に合わせたタイミングクロックおよび位相調整用クロックを生成するクロック生成手段と、
   前記クロック生成手段から与えられる各チャネルの位相に合わせたタイミングクロックに応じて駆動される光変調器により、前記超高速光信号から分岐チャネルの光信号と通過チャネルの光信号とを時分割分離して出力する時分割分離部と、
   前記クロック生成手段から与えられる位相調整用のタイミングクロックにより駆動される光変調器で超高速光信号から所定のチャネルの光信号を時分割分離し、その光信号を電気信号に変換し、その電気信号とタイミング抽出回路から出力される周波数ｆ／ｋのタイミングクロックとを位相比較し、両者が一致するようにタイミングクロックの位相を制御して前記クロック生成手段に与える前記クロックトラッキング手段と、
   前記時分割分離部で時分割分離された通過チャネルの光信号と、分岐チャネルに新たに挿入する光信号とを入力し、その間の時間スロットの入れ替えを制御する光遅延制御部と、
   前記クロック生成手段から与えられる周波数ｆ／ｋのタイミングクロックに同期した周波数ｆのクロック光パルスを出力するクロック光源と、
   前記クロック光パルスと前記光遅延制御部から出力される各チャネルの光信号のアンドをとり、時分割多重されたビットレートｆの超高速光信号を出力する時分割多重部とを備え、
   前記時分割分離部は、前記クロック生成手段で生成される分岐チャネルの光信号または通過チャネルの光信号に応じたタイミングクロックのうち、いずれか一方のタイミングクロックのみで駆動される方向性結合器型光変調器に超高速光信号を入力し、分岐チャネルの光信号および通過チャネルの光信号を相補的に時分割分離して出力する構成であり、
   前記方向性結合器型光変調器は１つの入力ポートと２つの出力ポートを有し、前記２つの出力ポートから分岐チャネルの光信号と通過チャネルの光信号とを各々出力すること
   を特徴とする光信号処理装置。
2. 各チャネルごとに所定のビットレートを有するＮチャネル（Ｎは２以上の整数）の光信号を時分割多重してビットレートｆとなった超高速光信号を入力して分配する光分岐器と、
   前記光分岐器で分配されたビットレートｆの超高速光信号を入力し、その超高速光信号に同期した周波数ｆ／ｋ（ｋは自然数）のタイミングクロックを出力するタイミング抽出回路と、
   クロックトラッキング手段から与えられる位相制御された周波数ｆ／ｋのタイミングクロックを分配し、各チャネルの位相に合わせたタイミングクロックおよび位相調整用クロックを生成するクロック生成手段と、
   前記クロック生成手段から与えれられる各チャネルの位相に合わせたタイミングクロックに応じて駆動される光変調器により、前記超高速光信号から分岐チャネルの光信号と通過チャネルの光信号とを時分割分離して出力する時分割分離部と、
   前記クロック生成手段から与えられる位相調整用のタイミングクロックにより駆動される光変調器で超高速光信号から所定のチャネルの光信号を時分割分離し、その光信号を電気信号に変換し、その電気信号とタイミング抽出回路から出力される周波数ｆ／ｋのタイミングクロックとを位相比較し、両者が一致するようにタイミングクロックの位相を制御して前記クロック生成手段に与える前記クロックトラッキング手段と、
   前記時分割分離部で時分割分離された通過チャネルの光信号と、分岐チャネルに新たに挿入する光信号とを入力し、その間の時間スロットの入れ替えを制御する光遅延制御部と、
   前記クロック生成手段から与えられる周波数ｆ／ｋのタイミングクロックに同期した周波数ｆのクロック光パルスを出力するクロック光源と、
   前記クロック光パルスと前記光遅延制御部から出力される各チャネルの光信号のアンドをとり、時分割多重されたビットレートｆの超高速光信号を出力する時分割多重部とを備え、
   前記時分割分離部は、前記クロック生成手段で生成される分岐チャネルの光信号に応じたタイミングクロックによりサーキュレータを介して逆バイアスで駆動される光変調器に、超高速光信号を入力し、光変調器から通過チャネルの光信号を出力するとともに、分岐チャネルの電気信号を前記サーキュレータを介して出力すること、
   を特徴とする光信号処理装置。
3. 時分割分離部で時分割分離された分岐チャネルの光信号と、新たに挿入する光信号とを入力し、その一方を選択して光遅延制御部に出力するチャネル選択回路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
4. 光分岐器からタイミング抽出回路および時分割分離部の光変調器へ分配される各光信号遅延量を等しく設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光信号処理装置。

Images