JP4214224B2 - 光クロック抽出装置および光クロック抽出方法 - Google Patents
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Description
本発明は、振幅ジッタ、時間ジッタが加わった光データ信号を入力することで、入力された光データ信号の位相に同期した振幅の揃った光クロック信号を生成することのできる光クロック抽出装置および光クロック抽出方法に関するものであり、特に、高ビットレートの光ファイバ通信システムの信号受信部やネットワークノードにおいて信号再生技術に必要とされる光クロック信号を再生するための光クロック抽出装置および光クロック抽出方法に関するものである。
高ビットレートで通信を行う光ファイバ通信システムにおいては、信号受信部やネットワークノードにおいて光信号を再生するために、高速の光クロック信号を再生する技術が必要とされる。
従来における光クロック信号の生成技術としては、振幅ジッタ、時間ジッタが加わった光データ信号を入力することで、入力された光データ信号の位相に同期した振幅の揃った光クロック信号を生成することが行われる。この種の技術として、従来からモード同期半導体レーザやモード同期ファイバレーザといったパルスレーザを用いる研究開発が進められているが、これらの技術を用いる装置は、システム自体が高価であり、また、その調整が難しく拡張性が低いものであった。
高速の光パルス列を発生させるため、光学的に信号処理が行われる位相同期ループ回路（Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ＰＬＬ；光電子ＰＬＬ）の研究開発も一部で行われてはいるが、そこでの回路は、多くの場合、電子回路で構成されており、光デバイスを用いる回路部分は、例えば、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路における位相比較器の部分だけであり、ＶＣＯ（周波数制御発振器：電圧制御発振器）部分については、全ての部分が電子回路を使用して構成されているものであった。
例えば、特許文献１には、入力信号光パルス列とビット位相が同期した局発光パルス列を生成させる超高速クロック抽出回路が提案されているが、ここにおいても、ＶＣＯ部分については完全な電子回路を使用している。特許文献２に記載されている「超高速クロック抽出回路」においては、電子回路で構成しているＶＣＯからのＶＣＯ出力を光に変換することなく、超高速光パルス信号からクロック信号を抽出することができる超高速クロック抽出回路を提案している。また、特許文献３において、クロックパルス用の光パルスを発生する光源を不要とした構造が簡単な光クロック抽出回路が提案されているが、ここにおいても、ＶＣＯ部分については電子回路が用いられている。
特開２００３−１４３０７３号公報
特開平９−２３０２９１号公報
特開平９−１０２７７６号公報
ところで、高ビットレートの光ファイバ通信システムでは、信号の受信部やネットワークノードにおける信号再生技術において高速の光クロック信号再生技術が必要とされる。電気回路の帯域等の限界から、例えば４０Ｇｂｉｔ／ｓの超高速伝送においては、電子回路を用いた構成とすることは困難である。
ＰＬＬ回路のＶＣＯ部分に、従来のように、電子回路により構成されたＶＣＯを用いると、安定的に動作して、生成可能なクロック信号の周波数は、１０ＧＨｚ程度に制限される。また、光クロック信号の生成には電気から光へのクロック信号の変換装置が必要となり、システムも複雑となる。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、高ビットレートの光ファイバ通信システムに適用可能な光クロック信号の再生技術を提供することにあり、具体的には、振幅ジッタ、時間ジッタが加わった光データ信号を入力することで、入力された光データ信号の位相に同期した振幅の揃った光クロック信号を生成することのできる光クロック抽出装置および光クロック抽出方法を提供することにある。
上記のような目的を達成するため、本発明による光クロック抽出装置および光クロック抽出方法においては、基本的な構成として、電子回路のＶＣＯの代わりに、光クロック発振器であるオプトエレクトロニック・オシレータ（Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を用いてＶＣＯとして動作させる構成とする。これにより、直接、４０ＧＨｚの光クロック信号を生成することができる光クロック抽出装置および光クロック抽出方法が提供される。
すなわち、本発明による光クロック抽出装置は、入力された光データ信号に対して位相の同期した振幅の揃った光クロック信号を生成する光クロック抽出装置であって、出力端から出力される光クロック信号および入力端から入力される光データ信号を２つの光路に分けて２つの半導体光増幅器にそれぞれ入力することにより信号に位相変調を生じさせ、２つの光路の光信号を干渉させるマッハツェンダー干渉計と、前記マッハツェンダー干渉計から出力される信号および前記光データ信号を比較して誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、前記誤差信号生成回路から出力される誤差信号により発振周波数が制御される光クロック信号を出力する光クロック発振器とを備えることを特徴とするものである。
この場合に、光クロック発振器は、光源からの連続光を強度変調器に入力し、前記強度変調器からの出力の一部を出力すると共に、残りの出力を電気信号に変換して狭帯域バンドパスフィルタを介して前記強度変調器に正帰還させる正帰還ループを構成して光クロック信号を発振させるものであり、正帰還量を誤差信号生成回路により生成された誤差信号により制御して発振周波数を変化させることを特徴とするものである。
また、本発明による光クロック抽出方法においては、入力端から入力された光データ信号に対して位相の同期した振幅の揃った光クロック信号を生成する光クロック抽出方法であって、光クロック発振器から出力される光クロック信号および入力端から入力される光データ信号を２つの光路に分けて２つの半導体光増幅器にそれぞれ入力することにより信号に位相変調を生じさせて２つの光路の光信号を干渉させ、前記干渉させた信号および光データ信号を比較して誤差信号を生成し、前記誤差信号により発振周波数が制御された光クロック信号を出力することにより、入力された光データ信号に対して位相の同期した振幅の揃った光クロック信号を生成する。
本発明の光クロック抽出装置および光クロック抽出方法においては、ＰＬＬ回路のＶＣＯ部分として、従来用いられている電子回路による構成のＶＣＯを用いることなく、光信号による光クロック発振器をＶＣＯとして動作させるようにして用いるので、生成可能なクロック信号が１０ＧＨｚ程度に制限されることなく、高ビットレートの光ファイバ通信システムに適用が可能な光クロック抽出装置および光クロック抽出方法が提供される。光クロック信号の生成を行う光クロック発振器は、電気から光へのクロック信号の変換装置が必要でなく、システム構成が複雑となることはない。
以下、本発明を実施する場合の一形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明にかかる光クロック抽出装置の概略を説明する図であり、図２は、位相同期ループ回路の位相比較器部の構成を説明する図であり、また、図３は、位相同期ループ回路のＶＣＯ部の構成を説明する図である。
図１に示すように、本発明にかかる光クロック抽出装置１０は、振幅ジッタ、時間ジッタが加わった光データ信号１１を入力することで、入力された光データ信号の位相に同期した振幅の揃った光クロック信号２２を生成する。
本発明にかかる光クロック抽出装置は、従来の電気的制御によるＶＣＯに変えて、光信号技術によるＶＣＯ（Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を用いた構成とされる。光クロック抽出装置のＰＬＬ回路（光電子ＰＬＬ回路：Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ＰＬＬ）は、位相比較器部とＶＣＯ部を主な構成要素として構成されるので、これらの要素について説明する。
位相比較器部は、図２に示すように、２台の半導体光増幅器（ＳＯＡ）を含むマッハツェンダー干渉計（ＭＺＩ）を主要部として構成される。
図２において、１１は光データ信号を入力する入力端、１２は光データ信号の振幅値を調節するアッテネータ、１３はフォトダイオードから構成される第１の光電気変換器、１４は第１の半導体光増幅器（ＳＯＡ）、１５は第２の半導体光増幅器（ＳＯＡ）、１６は位相シフタ、１７はバンドパスフィルタ、１８は第２の光電気変換器、１９は誤差信号を検出する差動増幅器、２０は雑音成分を除去するローパスフィルタ、２１は光クロック発振器（光ＶＣＯ）、２２は光クロック信号を出力する出力端である。
次に、位相比較器部の動作を説明する。入力端１１から入力された光データ信号と光クロック発振器２１から出力された光クロック信号が２つ光路により分けられて、第１の半導体光増幅器１４と第２の半導体光増幅器１５に入力される。第２の半導体光増幅器１５の側を通過する光路には位相シフタ１６が挿入されており、第２の半導体光増幅器１５により、光データ信号の有無に応じて光クロック信号に位相変調がかけられた後、光クロック信号は干渉計（マッハツェンダー干渉計）に入力される。ここでは、位相変調に応じて干渉計での干渉に変化が生じ、一方端から位相差、周波数差の誤差信号として干渉後のクロック信号が出力される。
干渉計から出力された光クロック信号は、バンドパスフィルタ１７を介して、フォトダイオードの第２の光電気変換器１８により電気信号に変換された後、差動増幅器１９の一方の入力端子から入力される。また、差動増幅器１９の他方の入力端子には第１の光電気変換器１３により電気信号に変換された光データ信号が入力されており、その差の信号が差動増幅器１９から出力される。差動増幅器１９から出力された信号はローパスフィルタ２０を通過させることで、光データ信号と光クロック信号の位相差、周波数差に対応する誤差信号として光クロック発振器２１に入力される。このような制御ループの回路構成により、光クロック信号抽出のための位相同期ループ回路（ＰＬＬ回路）が構成される。
図３は、光クロック発振器の構成を説明する図である。図３において、３１はレーザ光源、３２は強度変調器、３３は光ファイバ、３４は遅延要素、３５はフォトダイオード、３６は第１の増幅器、３７は狭帯域バンドパスフィルタ、３８は第２の増幅器、３９は信号の振幅値を調節するアッテネータ、４０は誤差信号と共に直流バイアス電圧を加えて強度変調器３２を制御するバイアスティーである。
光クロック発振器２１は、図３に示すように、レーザ光源３１により発生されたレーザの連続光を強度変調器３２に入力して、繰り返し４０ＧＨｚの光クロック信号を生成する。出力の一部は光分岐要素を介して光クロック信号として出力されるが、残りは光ファイバ３３および遅延要素３４により所定時間遅延された後、フォトダイオード３５により電気信号に変換され、第１の増幅器３６、狭帯域バンドパスフィルタ３７，第２の増幅器３８，アッテネータ３９を介して、バイアスティー４０に入力される。バイアスティー４０は誤差信号が加えられており、誤差信号と共に直流バイアス電圧を加えて強度変調器３２を制御する。このような構成により、光クロック発振器２１は、中心４０ＧＨｚの狭帯域バンドパスフィルタ３７による信号の通過と強度変調器３２による振幅制御を行って、４０ＧＨｚの変調を行う正帰還ループを構成しており、４０ＧＨｚの光クロック信号を発振する発振器を構成している。
本発明においては、繰り返し４０ＧＨｚの光クロック信号を発生する光クロック発振器をＶＣＯに用いることで、従来の電気のＶＣＯを用いることでは不可能であった周波数帯域のＰＬＬ回路を実現できる。また、電気から光への変換回路も不要になり、システムを簡素化できるので、高ビットレートの光ファイバ通信システムに適用が可能な光クロック抽出装置および光クロック抽出方法が提供される。
１０ 光クロック信号抽出装置
１１ 入力端
１２ アッテネータ
１３ 第１の光電気変換器
１４ 第１の半導体光増幅器（ＳＯＡ）
１５ 第２の半導体光増幅器（ＳＯＡ）
１６ 位相シフタ
１７ バンドパスフィルタ
１８ 第２の光電気変換器
１９ 差動増幅器
２０ 雑音成分を除去するローパスフィルタ
２１ 光クロック発振器（光ＶＣＯ）
２２ 出力端
３１ レーザ光源
３２ 強度変調器
３３ 光ファイバ
３４ 遅延要素
３５ フォトダイオード
３６ 第１の増幅器
３７ 狭帯域バンドパスフィルタ
３８ 第２の増幅器
３９ アッテネータ
４０ バイアスティー
１１ 入力端
１２ アッテネータ
１３ 第１の光電気変換器
１４ 第１の半導体光増幅器（ＳＯＡ）
１５ 第２の半導体光増幅器（ＳＯＡ）
１６ 位相シフタ
１７ バンドパスフィルタ
１８ 第２の光電気変換器
１９ 差動増幅器
２０ 雑音成分を除去するローパスフィルタ
２１ 光クロック発振器（光ＶＣＯ）
２２ 出力端
３１ レーザ光源
３２ 強度変調器
３３ 光ファイバ
３４ 遅延要素
３５ フォトダイオード
３６ 第１の増幅器
３７ 狭帯域バンドパスフィルタ
３８ 第２の増幅器
３９ アッテネータ
４０ バイアスティー
Claims (4)
- 入力端から入力された光データ信号に対して位相の同期した振幅の揃った光クロック信号を生成する光クロック抽出装置であって、
出力端に出力される光クロック信号および入力端から入力される光データ信号を２つの光路に分けて２つの半導体光増幅器にそれぞれ入力することにより信号に位相変調を生じさせ、２つの光路の光信号を干渉させるマッハツェンダー干渉計と、
前記マッハツェンダー干渉計から出力される信号および光データ信号を比較して誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、
前記誤差信号生成回路から出力される誤差信号により発振周波数が制御される光クロック信号を出力端に出力する光クロック発振器と
を備えることを特徴とする光クロック信号抽出装置。 - 請求項１に記載の光クロック信号抽出装置において、
光クロック発振器は、光源からの連続光を強度変調器に入力し、前記強度変調器からの出力の一部を出力すると共に、残りの出力を電気信号に変換して狭帯域バンドパスフィルタを介して前記強度変調器に正帰還させる正帰還ループを構成して光クロック信号を発振させるものであり、正帰還量を誤差信号生成回路により生成された誤差信号により制御して発振周波数を変化させる
ことを特徴とする光クロック信号抽出装置。 - 入力端から入力された光データ信号に対して位相の同期した振幅の揃った光クロック信号を生成する光クロック抽出方法であって、
光クロック発振器から出力される光クロック信号および入力端から入力される光データ信号を２つの光路に分けて２つの半導体光増幅器にそれぞれ入力することにより信号に位相変調を生じさせて２つの光路の光信号を干渉させ、
前記干渉させた信号および光データ信号を比較して誤差信号を生成し、
前記誤差信号により発振周波数が制御され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信号抽出方法。 - 光源からの連続光を強度変調器に入力し、前記強度変調器からの出力の一部を出力すると共に、残りの出力を電気信号に変換して狭帯域バンドパスフィルタを介して前記強度変調器に正帰還させる正帰還ループを構成して光クロック信号を発振させ、正帰還量を誤差信号生成回路により生成された誤差信号により制御して発振周波数を変化させる光クロック発振器を用いて、入力端から入力された光データ信号に対して位相の同期した振幅の揃った光クロック信号を生成する光クロック抽出方法であって、
前記光クロック発振器から出力される光クロック信号および入力端から入力される光データ信号を２つの光路に分けて２つの半導体光増幅器にそれぞれ入力することにより信号に位相変調を生じさせて２つの光路の光信号を干渉させ、
前記干渉させた信号および光データ信号を比較して誤差信号を生成し、
前記誤差信号により発振周波数が制御され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信号抽出方法。
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| JP2003403731A JP4214224B2 (ja) | 2003-12-02 | 2003-12-02 | 光クロック抽出装置および光クロック抽出方法 |
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| JP2003403731A JP4214224B2 (ja) | 2003-12-02 | 2003-12-02 | 光クロック抽出装置および光クロック抽出方法 |
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