JP3923494B2 - 光信号再生中継器 - Google Patents

Description

この発明は、光通信システムにおいて使用される、光信号再生中継器に関する。この発明は、例えば全光３Ｒ信号再生中継器に適用される。

光信号伝送では、伝送媒体である光ファイバの波長分散、偏波モード分散(Polarization mode dispersion)および各種非線形効果に起因して信号品質が低下する。この品質低下は、伝送距離が長くなるほど顕著になり、また、伝送速度が速くなるほど顕著になる。このため、一般的な信号伝送では、所定の伝送距離ごとに光信号再生中継器を設けて、信号光の再生を行っている。

光信号再生中継器としては、例えば、全光３Ｒ信号再生中継器が知られている。全光３Ｒ信号再生とは、品質劣化した信号光を元の品質に復元する技術であり、再増幅(Re-amplification)、タイミング再生(Retiming)、波形整形(Reshaping) の処理が施される。全光３Ｒ信号再生中継器を開示する文献としては、例えば、本発明者等による非特許文献１が知られている。非特許文献１に係る全光３Ｒ信号再生中継器は、電界吸収型半導体光変調器（Electro-absorption modulator；以下、ＥＡ変調器）の相互吸収変調(Cross-absorption modulation;XAM) 効果を利用して、信号光の再生を行っている。

図７に、非特許文献１の図１で開示された全光３Ｒ信号再生中継器の構成を示す。図７の全光３Ｒ信号再生中継器７００には、通信レート８０ＧＨｚの信号光が入力される。この信号光は、二分岐されて、クロック抽出器７０１および遅延器７０７に入力される。

クロック抽出器７０１は、入力された８０ＧＨｚ信号光から、４０ＧＨｚの電気クロック信号を抽出する。この電気クロック信号は、増幅器７０２で増幅された後、モード同期レーザダイオード(Mode-locked laser diode;MLLD)７０３によって４０ＧＨｚの光クロックパルス列に変換される。かかる光クロックパルス列は、光逓倍器７０４（例えば光時分割多重回路）で、８０ＧＨｚの光クロックパルス列に変換される。８０ＧＨｚの光クロックパルス列は、光サーキュレータ７０５を介して、ＥＡ変調器７０６の一方の出入力端面に供給される。

一方、遅延器７０７に入力された信号光は、この遅延器７０７で所定時間τだけ遅延された後、光増幅器７０８で増幅される。増幅後の信号光は、光サーキュレータ７０９を介して、ＥＡ変調器７０６の他方の出入力端面に供給される。遅延器７０７の遅延時間τは、光サーキュレータ７０５からＥＡ変調器７０６に供給される光クロックパルス列と、光サーキュレータ７０９からＥＡ変調器７０６に供給される信号光との衝突タイミングが一致するように、設定される。

これにより、ＥＡ変調器７０６の上記他方の出入力端面からは、信号光によって変調された光クロックパルス列（３Ｒ再生光信号）が出力される。この３Ｒ再生光信号は、光サーキュレータ７０９および光フィルタ７１０を通過して、外部に出力される。

なお、ＥＡ変換器７０６の上記一方の出入力端面からは光クロックパルス列で強度変調された信号光が出力されることになるが、かかる信号光は光サーキュレータ７０５によって、無反射終端７１１に廃棄される。かかる信号光が光逓倍器７０４側に出力されると、この信号光が光クロックパルス列と干渉して、光クロックパルス列の品質を損なうからである。

ここで、ＥＡ変調器とは、本来は、印加電界に応じて光吸収係数が変化する特性を利用して、入力光に強度変調を施すデバイスである。しかし、ＥＡ変調器の光吸収係数は、入力光の強度にも依存する。すなわち、入力光の強度が大きいほど、ＥＡ変調器の光吸収量は小さくなる。そして、入力光の強度が所定値より大きい場合、光吸収量の低下は飽和する。図７のＥＡ変調器７０６は、この性質を利用して、信号光の再生を行っている。

図８は、ＥＡ変調器７０６の動作原理を説明するための概念図である。

上述したように、ＥＡ変調器７０６には、一方の出入力端面８０１から光クロックパルス列が入力され、且つ、他方の出入力端面８０２から信号光が入力される。

出入力端面８０２から信号光の‘１’（すなわち、光強度の大きい部分）が入力されたとき、ＥＡ変調器７０６内の光吸収量は小さくなる。ここで、図８に示したように、信号光の光強度ピークには、伝送媒体を伝送されるときの信号劣化によって、ばらつきが発生している。しかしながら、信号光は、光増幅器７０８（図７参照）によって十分な光強度レベルまで増幅されている。したがって、光強度ピークの大小に拘わらず、‘１’が入力されたときは常にＥＡ変調器７０６の光吸収量が最低レベルに飽和する。このため、信号光の‘１’に対応する光クロックパルスＣ１，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ５は、あまり吸収されることなく、出入力端面８０２から出力される。

一方、出入力端面８０２から信号光の‘０’（すなわち、光強度の小さい部分）が入力されたとき、ＥＡ変調器７０６内の光吸収量は大きくなる。したがって、‘０’が入力されたときは、光クロックパルスに対して非常に大きい光吸収が生じる。このため、信号光の‘０’に対応する光クロックパルスＣ３は、強度が非常に小さい光に変換されて、出入力端面８０２から出力される。

このようにして、図７の全光３Ｒ信号再生中継器によれば、原理的には、信号光に応じた強度変調を受け、時間ジッタや強度揺らぎが抑制され、且つ、信号対雑音比（ＳＮＲ）が高い、３Ｒ再生光信号を得ることができる。

ここで、ＥＡ変調器７０６内の出入力端面８０１，８０２には、無反射膜が蒸着される（図示せず）。出入力端面で光反射が発生すると、出力信号光に入力信号光の一部がクロストーク成分となって含まれてしまい、信号品質が損なわれるからである。しかしながら、無反射膜と言っても、反射率を完全に零にすることは不可能であり、高品質の無反射膜でも高々０．１％程度までしか反射率を下げることはできない。加えて、図７の全光３Ｒ信号再生中継器では、上述のように、光増幅器７０８が信号光を非常に高い強度レベルまで増幅する。例えば、出入力端面８０２に入力される信号光の強度レベルを１８ｄＢｍとし、無反射膜の反射率を０．１％とすると、３Ｒ再生光信号には約−１２ｄＢｍのクロストーク成分が含まれることになる。これに対して、３Ｒ再生光信号の光強度レベルは、ＥＡ変調器７０６の光損失の影響で−５ｄＢｍ程度である。したがって、かかるクロストーク成分の強度レベルは、３Ｒ再生光信号の強度レベルと比較して、無視できない。このため、図７の全光３Ｒ信号再生中継器では、十分な信号品質を得られなかった。

反射入力光に基づくクロストーク成分を除去する方法としては、例えば、光クロックパルス列と信号光とを異なる波長に設定する方法が考えられる。この方法によれば、光バンドパスフィルタを使用して３Ｒ再生光信号から信号光の波長成分を除去し、さらに当該３Ｒ再生光信号の波長を元の信号光と同じ波長に変換することによって、所望の３Ｒ再生光信号を得ることができる。しかしながら、このような方法では、波長の変換が必要になるので、装置構成が複雑になり、加えてコスト高の原因にもなる。
"All-optical 3R-signal regeneration at 80 Gbit/s using high-speed electro-absorption modulator",H.Murai et al., OAA2003, Paper

この発明の課題は、電界吸収型半導体光変調器の出入力端面で反射した入力光に起因する再生光信号の品質低下を、簡単な構成および低コストで防止する点にある。

この発明に係る光信号再生中継器は、特定の一つの偏光面における光強度の大／小によって二値化された光信号を再生する光信号再生中継器に関する。
そして、受信された信号光から特定の一つの偏光面における光強度の大／小によってパルス化された光クロックパルスを再生する光クロックパルス再生部と、信号光または光クロックパルスの一方を信号光または光クロックパルスの他方の偏光面と直交する偏光面の直線偏光に偏波する偏波面コントローラと、偏光面が互いに直交する信号光および光クロックパルスを入力して相互吸収変調を行うことにより光クロックパルスと同一の一つの偏光面を有し且つ信号光と同じ信号値を有する再生光信号を生成する電界吸収型半導体光変調器と、電界吸収型半導体光変調器から出力された再生光信号から信号光の偏光面に対応する成分を除去する偏光子とを備える。

この発明では、偏光面が互いに直交する信号光および光クロックパルスを電界吸収型半導体光変調器に入力させることにより光クロックパルスと同一の一つの偏光面を有し且つ信号光と同じ信号値を有する再生光信号を生成し、さらに、再生光信号から信号光の偏光面に対応する成分を偏光子で除去することとした。これにより、電界吸収型半導体光変調器の出入力端面で反射した信号光成分或いは該電界吸収型半導体光変調器を通過した信号光成分を、簡単に、再生光信号から除去することができる。したがって、この発明によれば、簡単な構成および低コストで、再生光信号の品質を向上させることができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎない。

第１実施形態
この発明の第１実施形態に係る光信号再生中継器について、図１および図２を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る全光３Ｒ信号再生中継器を概略的に示す構成図である。

図１に示したように、本実施形態に係る全光３Ｒ信号再生中継器１００は、光入力端子１０１と、光出力端子１０２と、光クロックパルス再生部１１０と、光信号再生部１２０とを備えている。ここで、光クロックパルス再生部１１０は、クロック抽出器１１１、可変遅延線１１２、電気増幅器１１３、モード同期レーザダイオード１１４、光増幅器１１５，１１７および光逓倍器１１６を備えている。また、光信号再生部１２０は、光増幅器１２１，１２７，１３０、偏波面コントローラ１２２、光フィルタ１２３，１２８、光サーキュレータ１２４，１２５、ＥＡ変調器１２６、偏光子１２９および無反射終端１３１を備えている。

光入力端子１０１は、光ファイバ等の光伝送媒体（図示せず）から入力された信号光（本実施形態では８０ＧＨｚとする）を、光クロックパルス再生部１１０および光信号再生部１２０に供給する。

光出力端子１０２は、光信号再生部１２０から出力された３Ｒ再生光信号を、光伝送媒体（図示せず）に出力する。

クロック抽出器１１１は、光入力端子１０１から入力された信号光から、４０ＧＨｚの電気クロック信号を抽出する。

可変遅延線１１２は、クロック抽出器１１１から電気クロック信号を入力し、所定時間τだけ遅延させて出力する。可変遅延線１１２の遅延時間τは、ＥＡ変調器１２６に入力される信号光および光クロックパルスの衝突タイミングが揃うような値に設定される。

電気増幅器１１３は、可変遅延線１１２から入力された電気クロック信号を増幅するためのラジオ周波数用電気増幅器である。

モード同期レーザダイオード１１４は、電気増幅器１１３から入力された電気クロック信号を、４０ＧＨｚの光クロックパルス列に変換する。

光増幅器１１５は、モード同期レーザダイオード１１４から入力された光クロックパルス列を増幅する。

光逓倍器１１６は、光増幅器１１５から入力された４０ＧＨｚの光クロックパルス列を、８０ＧＨｚの光クロックパルス列に変換する。光逓倍器１１６は、例えば、光時分割多重回路等を用いて構成することができる。

光増幅器１１７は、光逓倍器１１６から入力された光クロックパルス列を増幅して、光信号再生部１２０に出力する。

光増幅器１２１は、光入力端子１０１から入力された信号光を増幅するための、高出力光増幅器である。

偏波面コントローラ１２２は、光増幅器１２１から入力された信号光の偏光面を、光クロックパルス再生部１１０から出力される光クロックパルスの偏光面と直交する、直線偏光の偏光面に変換する。偏波面コントローラ１２２としては、例えば、市販の偏波面コントローラを使用することができる。

光フィルタ１２３は、信号光内に累積した自然放出光(Amplified Spontaneous Emission;ASE)を除去するための狭帯域光フィルタである。

光サーキュレータ１２４は、光フィルタ１２３から入力した信号光をＥＡ変調器１２６の一方の出入力端面に供給し、且つ、ＥＡ変調器１２６の当該一方の出入力端面から出力された３Ｒ再生光信号を光増幅器１２７に供給する。

光サーキュレータ１２５は、光クロックパルス再生部１１０から入力した光クロックパルス列をＥＡ変調器１２６の他方の出入力端面に供給し、且つ、ＥＡ変調器１２６の当該他方の出入力端面から出力された信号光を無反射終端１３１に廃棄する。

ＥＡ変調器１２６は、非特許文献１（図７参照）と同様、通常のＥＡ変調器である。ＥＡ変調器１２６の制御電極には、適当な値のバイアス電位Ｖｂが印加されるとともに、例えば５０Ω程度の終端抵抗を介して接地される。

光増幅器１２７は、光サーキュレータ１２４から入力した３Ｒ再生光信号を、増幅して出力する。

光フィルタ１２８は、信号光内に累積した自然放出光を除去するための狭帯域光フィルタである。

偏光子１２９は、光フィルタ１２８が出力した３Ｒ再生光信号から、信号光の偏光面に対応する成分を除去する。すなわち、偏光子１２９からは、かかる３Ｒ再生光信号のうち、光クロックパルス列の偏光面に対応する成分のみが出力される。これにより、ＥＡ変調器１２６の上記一方の出入力端面で反射した信号光が除去されるので、クロストーク成分の含まれない、高品質の３Ｒ再生光信号を得ることができる（後述）。

光増幅器１３０は、偏光子１２９から出力された３Ｒ再生光信号を増幅して、光出力端子１０２に出力する。

無反射終端１３１は、サーキュレータ１２５から出力された信号光を廃棄するための無反射膜である。

次に、全光３Ｒ信号再生中継器１００の動作について、図１および図２を用いて説明する。図２は、光信号再生部１２０の動作を説明するための概念図である。

光入力端子１０１は、通信レート８０ＧＨｚの信号光を入力する。この信号光は、二分岐されて、光クロックパルス再生部１１０および光信号再生部１２０に入力される。

光クロックパルス再生部１１０は、以下のようにして、入力された信号光から、光クロックパルスを再生する。

まず、クロック抽出器１１１が、入力された８０ＧＨｚ信号光から、４０ＧＨｚの電気クロック信号を抽出する。この電気クロック信号は、可変遅延線１１２によって、所定時間の遅延を与えられた後、増幅器１１３で増幅される。そして、かかる電気クロック信号は、モード同期レーザダイオード１１４によって、４０ＧＨｚの光クロックパルス列に変換される。かかる光クロックパルス列は、光増幅器１１５で増幅された後、光逓倍器１１６で８０ＧＨｚの光クロックパルス列に変換される。８０ＧＨｚの光クロックパルス列は、光増幅器１１７で増幅されて、光信号再生部１２０に送られる。

光信号再生部１２０は、光入力端子１０１から信号光を入力するとともに、光クロックパルス再生部１１０から光クロックパルス列を入力する。そして、かかる信号光および光クロックパルス列を用い、以下のようにして、３Ｒ再生光信号を生成する。

信号光は、高出力の光増幅器１２１で増幅された後、偏波面コントローラ１２２に送られる（図２（ａ）参照）。偏波面コントローラ１２２は、上述のように、信号光の偏光面を、光クロックパルス再生部１１０から出力される光クロックパルスの偏光面と直交する、直線偏光の偏光面に変換する（図２（ｂ）参照）。変換後の信号光は、光フィルタ１２３および光サーキュレータ１２４を介して、ＥＡ変調器１２６の一方の出入力端面に供給される。このとき、この信号光の一部が、該一方の出入力端面で反射して、ＥＡ変調器１２６から出力される。

一方、光クロックパルス列は、光サーキュレータ１２５を介して、ＥＡ変調器１２６の他方の出入力端面に供給される（図２（ｃ）参照）。

ＥＡ変調器１２６は、非特許文献１の全光３Ｒ信号再生中継器と同様、光クロックパルス列を、信号光による相互変調効果を利用して強度変調する（図２（ｄ）参照）。この強度変調後の光クロックパルス列が、３Ｒ再生光信号である。３Ｒ再生光信号は、ＥＡ変調器１２６の上記一方の出入力端面から出力される。このとき、該一方の出入力端面で反射した信号光成分が、３Ｒ再生光信号に重畳される。したがって、ＥＡ変調器１２６から光サーキュレータ１２４に送られる３Ｒ再生光信号は、反射信号光を、クロストーク成分として含んでいる（図２（ｅ）参照）。なお、従来と同様、ＥＡ変調器１２６から光サーキュレータ１２５に出力された信号光は、無反射終端１３１を用いて廃棄される。

光サーキュレータ１２４は、ＥＡ変調器１２６から入力された３Ｒ再生光信号を、光増幅器１２７に出力する。光増幅器１２７で増幅された３Ｒ再生光信号は、光フィルタ１２８を通過して、偏光子１２９に送られる。

偏光子１２９は、この３Ｒ再生光信号から、クロストーク成分を除去する。すなわち、偏光子１２９からは、かかる３Ｒ再生光信号のうち、光クロックパルス列の偏光面に対応する成分のみが出力される。本実施形態では、偏波面コントローラ１２２を用いて光クロックパルス列の偏光面と信号光の偏光面（したがってクロストーク成分の偏光面）とを直交させたので、偏光子１２９を用いてクロストーク成分のみを除去することが可能になる。これにより、ＥＡ変調器１２６の上記一方の出入力端面で反射した信号光が除去されるので、クロストーク成分の含まれない、高品質の３Ｒ再生光信号を得ることができる（図２（ｆ）参照）。

クロストーク成分が除去された３Ｒ再生光信号は、光増幅器１３０で増幅された後、光出力端子１０２から、次の光伝送媒体（図示せず）に出力される。

以上説明したように、本実施形態の全光３Ｒ信号再生中継器１００によれば、偏波面コントローラ１２２を用いて、信号光の偏光面を光クロックパルス列の偏光面に対して直交させたので、偏光子１２９を用いて、ＥＡ変調器１２６で生成された３Ｒ再生光信号からクロストーク成分（すなわちＥＡ変調器１２６の出入力端面で反射した信号光成分）のみを除去することが可能になる。これにより、本実施形態によれば、クロストーク成分の無い高品質の３Ｒ再生光信号を得ることができる。

なお、本実施形態では、光クロックパルス再生部１１０で再生される光クロックパルスの波長を光入力端子１０１から入力される信号光の波長と同一にしたが、これらの波長が異なっている光信号再生中継器にも、この発明を適用することができる。但し、これらの波長が一致しない場合には、３Ｒ再生光信号の波長（ＥＡ変調器１２６から出力されたときには光クロックパルスと同じ波長となる）を信号光の波長と一致させるための波長変換処理が必要になる。したがって、装置構成の簡単化や低コスト化の観点からは、光クロックパルスと信号光とを同一の波長にすることが望ましい。

偏波面コントローラ１２２の位置は、光入力端子１０１と光サーキュレータ１２４との間であれば、特に限定されない。例えば、光フィルタ１２３と光サーキュレータ１２４との間や、光入力端子１０１と光増幅器１２１との間に、偏波面コントローラ１２２を配置してもよい。

また、偏光子１２９の位置は、光サーキュレータ１２４と光出力端子１０２との間であれば、特に限定されない。例えば、光サーキュレータ１２４と光増幅器１２７との間や、光増幅器１３０と光出力端子１０２との間に、偏光子１２９を配置してもよい。

光フィルタ１２３、１２８は、自然放出光の影響が少ない場合には、必ずしも必要ではない。

加えて、可変遅延線１１２に代えて、図７の遅延器７０７と同様の遅延器を設けてもよい。

第２実施形態
次に、この発明の第２実施形態に係る光信号再生中継器について、図３を用いて説明する。

本実施形態は、偏波面コントローラを用いた偏波を、信号光に対してではなく、光クロックパルス列に対して施す点で、上述の第１実施形態と異なる。

図３は、本実施形態に係る全光３Ｒ信号再生中継器３００を概略的に示す構成図である。図３において、図１と同じ符号を付した構成要素は、それぞれ図１と同じものを示している。

本実施形態の全光３Ｒ信号再生中継器３００は、偏波面コントローラ３０１および偏光子３０２を備えている。

偏波面コントローラ３０１は、光クロックパルス再生部１１０の光増幅器１１７から入力された光クロックパルス列の偏光面を、光入力端子１０１から入力された信号光の偏光面と直交する、直線偏光の偏光面に変換する。第１実施形態と同様、偏波面コントローラ３０１としては、例えば、市販の偏波面コントローラを使用することができる。

偏光子３０２は、光フィルタ１２８が出力した３Ｒ再生光信号から、信号光の偏光面に対応する成分を除去する。第２実施形態では、光クロックパルス列と信号光とで偏光面の面方向の関係が逆になっているので、偏光子３０２は、第１実施形態の偏光子１２９とは逆の偏光面の光のみを通過させることになる。これにより、ＥＡ変調器１２６の上記一方の出入力端面で反射した信号光が除去され、クロストーク成分の含まれない、高品質の３Ｒ再生光信号を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態の全光３Ｒ信号再生中継器３００によっても、第１実施形態と同様、クロストーク成分の無い高品質の３Ｒ再生光信号を得ることができる。

なお、光クロックパルス再生部１１０で再生される光クロックパルスの波長と光入力端子１０１から入力される信号光の波長とが同一でない全光３Ｒ信号再生中継器に適用できる点も、第１実施形態と同様である。

偏波面コントローラ３０１の位置は、モード同期レーザダイオード１１４と光サーキュレータ１２５との間であれば、特に限定されない。また、偏光子３０２の位置は、第１実施形態と同様、光サーキュレータ１２４と光出力端子１０２との間であれば、特に限定されない。

第１実施形態と同様、光フィルタ１２３、１２８は、自然放出光の影響が少ない場合には、必ずしも必要ではない。

加えて、可変遅延線１１２に代えて、図７の遅延器７０７と同様の遅延器を設けてもよい。

第３実施形態
次に、この発明の第３実施形態に係る光信号再生中継器について、図４を用いて説明する。

本実施形態は、信号光および光クロックパルス列を偏波面コントローラの同じ出入力端面から入力させるように、全光３Ｒ信号再生中継器を構成した例である。

図４は、本実施形態に係る全光３Ｒ信号再生中継器４００を概略的に示す構成図である。図４において、図１と同じ符号を付した構成要素は、それぞれ図１と同じものを示している。

本実施形態に係る全光３Ｒ信号再生中継器４００は、光クロックパルス再生部１１０と光信号再生部４１０とを備えている。光クロックパルス再生部１１０の内部構成は、第１実施形態に係る全光３Ｒ信号再生中継器１００と同じである。光信号再生部４１０は、光増幅器４１１，４１７と、偏波面コントローラ４１２と、光フィルタ４１３，４１８と、光結合子４１４と、ＥＡ変調器４１５と、偏光子４１６とを備えている。

光増幅器４１１は、光入力端子１０１から入力された信号光を増幅するための、高出力光増幅器である。

偏波面コントローラ４１２は、光増幅器４１１から入力された信号光の偏光面を、光クロックパルス再生部１１０から出力される光クロックパルスの偏光面と直交する、直線偏光の偏光面に変換する。偏波面コントローラ４１２としては、例えば、市販の偏波面コントローラを使用することができる。

光フィルタ４１３は、信号光内に累積した自然放出光を除去するための狭帯域光フィルタである。

光結合子４１４は、光フィルタ４１３から出力された信号光と、光クロックパルス再生部１１０から出力された光クロックパルス列とを結合して、ＥＡ変調器４１５の一方の出入力端面に供給する。本実施形態では、信号光と光クロックパルス列とが光結合子４１４で結合されるときのタイミングが一致するように、可変遅延線１１２の遅延時間が調整される。

ＥＡ変調器４１５は、非特許文献１（図７参照）と同様、通常のＥＡ変調器である。ＥＡ変調器４１５の制御電極には、適当な値のバイアス電位Ｖｂが印加されるとともに、例えば５０Ω程度の終端抵抗を介して接地される。

偏光子４１６は、ＥＡ変調器４１５が出力した３Ｒ再生光信号から、信号光の偏光面に対応する成分を除去する。すなわち、偏光子４１６からは、かかる３Ｒ再生光信号のうち、光クロックパルス列の偏光面に対応する成分のみが出力される。

光増幅器４１７は、偏光子４１６から出力された３Ｒ再生光信号を増幅する。

光フィルタ４１８は、光増幅器４１７から入力された３Ｒ再生光信号から自然放出光を除去して、光出力端子１０２に出力する。

次に、全光３Ｒ信号再生中継器４００の動作について、図４および図５を用いて説明する。図５は、光信号再生部４１０の動作を説明するための概念図である。

光入力端子１０１は、通信レート８０ＧＨｚの信号光を入力する。この信号光は、二分岐されて、光クロックパルス再生部１１０および光信号再生部４１０に入力される。

光クロックパルス再生部１１０は、入力された信号光から光クロックパルスを再生する。この光クロックパルス再生部１１０の動作は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

光信号再生部４１０は、光入力端子１０１から信号光を入力するとともに、光クロックパルス再生部１１０から光クロックパルス列を入力する。そして、かかる信号光および光クロックパルス列を用い、以下のようにして、３Ｒ再生光信号を生成する。

信号光は、高出力の光増幅器４１１で増幅された後、偏波面コントローラ４１２に送られる（図５（ａ）参照）。偏波面コントローラ４１２は、上述のように、信号光の偏光面を、光クロックパルス再生部１１０から出力される光クロックパルスの偏光面と直交する、直線偏光の偏光面に変換する（図５（ｂ）参照）。変換後の信号光は、光フィルタ４１３を介して、光結合子４１４に供給される。

光結合子４１４は、この信号光を入力するとともに、光クロックパルス列を光クロックパルス再生部１１０から入力する（図５（ｃ）参照）。上述したように、光クロックパルス列の出力タイミングは可変遅延線１１２によって調整されているので、これらの光の位相は一致している。

光結合子４１４で結合された光は、ＥＡ変調器４１５の一方の出入力端面に供給される。

ＥＡ変調器４１５内で、光クロックパルス列は、信号光による相互変調効果によって強度変調される。この強度変調後の光クロックパルス列が、３Ｒ再生光信号である。なお、このとき、信号光も、光クロックパルス列による相互変調効果によって強度変調されることになる。したがって、ＥＡ変調器４１５の他方の出入力端面からは、３Ｒ再生光信号と強度変調された信号光とが、一体となって出力される（図５（ｄ）参照）。

偏光子４１６は、ＥＡ変調器４１５の出力光から、信号光成分を除去する。すなわち、偏光子４１６からは、かかる出力光のうち、光クロックパルス列の偏光面に対応する成分のみが出力される。本実施形態では、偏波面コントローラ４１２を用いて光クロックパルス列の偏光面と信号光の偏光面とを直交させたので、このように信号光成分のみを除去することが可能になる。これにより、信号光成分の含まれない、高品質の３Ｒ再生光信号を得ることができる（図２（ｅ）参照）。

その後、３Ｒ再生光信号は、光増幅器４１７で増幅され、光フィルタ４１８を通過し、光出力端子１０２から次の光伝送媒体（図示せず）に出力される。

信号光および光クロックパルス列を偏波面コントローラの同じ出入力端面から入力させる場合、光サーキュレータや無反射終端を使用する必要がないので、装置構成を簡単にすることができ、さらには装置コストを低下させることができる。

ここで、従来の光信号再生中継器（すなわち、偏波面コントローラ４１２および偏光子４１６を使用しない光信号再生中継器）では、信号光および光クロックパルス列を偏波面コントローラの同じ出入力端面から入力させる場合、当該信号光および光クロックパルス列を互いに異なる波長に設定する必要がある。これらの光を異なる波長に設定しておけば、光フィルタを用いて、ＥＡ変調器の出力光から信号光成分を取り除くことができるからである。すなわち、従来の技術では、入力された信号光が８０ＧＨｚの場合、非８０ＧＨｚの光クロックパルス列を再生することになる。しかしながら、３Ｒ再生光信号の波長は光クロックパルス列の波長と一致するので、非８０ＧＨｚの光クロックパルス列を使用する場合には、当該３Ｒ再生光信号を８０ＧＨｚに変換するための機構が新たに必要になる。これでは、光信号再生中継器の構成の簡単化や低コスト化を十分に達成できない。これに対して、本実施形態に係る全光３Ｒ信号再生中継器４００では、信号光と光クロックパルス列を互いに直交させるので、偏光子４１６によって両光を分離でき、このため、当該信号光と当該光クロックパルス列とが同じ波長であってもよい。したがって、波長（したがって周波数）を変換する機構が不要なので、装置の簡単化および低コスト化を図ることが容易になる。

但し、信号光および光クロックパルス列を異なる波長に設定した光信号再生中継器であっても、この発明を適用することは可能である。この場合にも、高品質の３Ｒ再生光信号を得ることができるという効果が得られる。

以上説明したように、本実施形態の全光３Ｒ信号再生中継器４００によれば、偏波面コントローラ４１２を用いて、信号光の偏光面を光クロックパルス列の偏光面に対して直交させたので、偏光子４１６を用いて、ＥＡ変調器４１５で生成された３Ｒ再生光信号から信号光成分のみを除去することが可能になる。これにより、本実施形態によれば、高品質の３Ｒ再生光信号を得ることができる。

加えて、本実施形態の全光３Ｒ信号再生中継器４００によれば、光サーキュレータが不要なので、第１、第２実施形態に係る全光３Ｒ信号再生中継器１００，３００よりもさらに装置の簡単化および低コスト化を図ることができる。

偏波面コントローラ４１２の位置は、光入力端子１０１と光結合子４１４との間であれば、特に限定されない。また、偏光子４１６の位置は、ＥＡ変調器４１５と光出力端子１０２との間であれば、特に限定されない。

第１、第２実施形態と同様、光フィルタ４１３、４１８は、自然放出光の影響が少ない場合には、必ずしも必要ではない。

第４実施形態
次に、この発明の第４実施形態に係る光信号再生中継器について、図６を用いて説明する。

本実施形態は、上述の第３実施形態と同様、信号光および光クロックパルス列を偏波面コントローラの同じ出入力端面から入力させるように、全光３Ｒ信号再生中継器を構成した例である。その一方で、本実施形態は、偏波面コントローラを用いた偏波を、信号光に対してではなく、光クロックパルス列に対して施す点で、第４実施形態と異なる。

図６は、本実施形態に係る全光３Ｒ信号再生中継器６００を概略的に示す構成図である。図６において、図４と同じ符号を付した構成要素は、図４と同じものを示している。

本実施形態の全光３Ｒ信号再生中継器６００は、偏波面コントローラ６０１および偏光子６０２を備えている。

偏波面コントローラ６０１は、光クロックパルス再生部１１０の光増幅器１１７から入力された光クロックパルス列の偏光面を、光入力端子１０１から入力された信号光の偏光面と直交する、直線偏光の偏光面に変換する。第１〜第３実施形態と同様、偏波面コントローラ６０１としては、例えば、市販の偏波面コントローラを使用することができる。

偏光子６０２は、ＥＡ変調器４１５が出力した３Ｒ再生光信号から、信号光の偏光面に対応する成分を除去する。第４実施形態では、光クロックパルス列と信号光とで偏光面の面方向の関係が第３実施形態の場合とは逆になっているので、偏光子６０２は、第３実施形態の偏光子４１６とは逆の偏光面の光のみを通過させることになる。これにより、信号光成分が含まれない、高品質の３Ｒ再生光信号を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態の全光３Ｒ信号再生中継器６００によっても、第３実施形態と同様、クロストーク成分の無い高品質の３Ｒ再生光信号を得ることができるとともに、第１、第２の実施形態よりもさらに装置の簡単化および低コスト化を図ることができる。

偏波面コントローラ６０１の位置は、モード同期レーザダイオード１１４と光結合子４１４との間であれば、特に限定されない。また、偏光子６０２の位置は、ＥＡ変調器４１５と光出力端子１０２との間であれば、特に限定されない。

第３実施形態と同様、光フィルタ４１３、４１８は、自然放出光の影響が少ない場合には、必ずしも必要ではない。

第１実施形態に係る光信号再生中継器の構成を示す概略図である。 第１実施形態に係る光信号再生中継器の動作を説明するための概念図である。 第２実施形態に係る光信号再生中継器の構成を示す概略図である。 第３実施形態に係る光信号再生中継器の構成を示す概略図である。 第３実施形態に係る光信号再生中継器の動作を説明するための概念図である。 第４実施形態に係る光信号再生中継器の構成を示す概略図である。 従来の光信号再生中継器の構成を示す概略図である。 従来の光信号再生中継器の動作を説明するための概念図である。

符号の説明

１００ 全光３Ｒ信号再生中継器
１１０ 光クロックパルス再生部
１１１ クロック抽出器
１１２ 可変遅延線
１１３ 電気増幅器
１１４ モード同期レーザダイオード
１１５，１１７，１２１，１２７，１３０ 光増幅器
１１６ 光逓倍器
１２０ 光信号再生部
１２２ 偏波面コントローラ
１２３，１２８ 光フィルタ
１２４，１２５ 光サーキュレータ
１２６ ＥＡ変調器
１２９ 偏光子
１３１ 無反射終端

Claims (5)

1. 特定の一つの偏光面における光強度の大／小によって二値化された信号光を再生する光信号再生中継器であって、
   受信された前記信号光から、特定の一つの偏光面における光強度の大／小によってパルス化された光クロックパルスを再生する光クロックパルス再生部と、
   前記信号光または前記光クロックパルスの一方を、当該信号光または当該光クロックパルスの他方の偏光面と直交する偏光面の直線偏光に偏波する偏波面コントローラと、
   偏光面が互いに直交する前記信号光および前記光クロックパルスを入力して相互吸収変調を行うことにより、前記光クロックパルスと同一の一つの偏光面を有し且つ前記信号光と同じ信号値を有する再生光信号を生成する電界吸収型半導体光変調器と、
   当該電界吸収型半導体光変調器から出力された前記再生光信号から、前記信号光の偏光面に対応する成分を除去する偏光子と、
   を備えることを特徴とする光信号再生中継器。
2. 前記偏波面コントローラが、前記信号光を偏波し、
   前記電界吸収型半導体光変調器が、偏波後の前記信号光を一方の出入力端面から入力し、前記光クロックパルスを他方の出入力端面から入力し、且つ、前記再生光信号を前記一方の出入力端面から出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光信号再生中継器。
3. 前記偏波面コントローラが、前記光クロックパルスを偏波し、
   前記電界吸収型半導体光変調器が、前記信号光を一方の出入力端面から入力し、偏波後の前記光クロックパルスを他方の出入力端面から入力し、且つ、前記再生光信号を前記一方の出入力端面から出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光信号再生中継器。
4. 前記偏波面コントローラが、前記信号光を偏波し、
   前記電界吸収型半導体光変調器が、偏波後の前記信号光を前記光クロックパルスとともに一方の出入力端面から入力し、且つ、前記再生光信号を他方の出入力端面から出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光信号再生中継器。
5. 前記偏波面コントローラが、前記光クロックパルスを偏波し、
   前記電界吸収型半導体光変調器が、前記信号光を偏波後の前記光クロックパルスとともに一方の出入力端面から入力し、且つ、前記再生光信号を他方の出入力端面から出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光信号再生中継器。