JP4392162B2

JP4392162B2 - Optical down converter

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Publication number: JP4392162B2
Application number: JP2002335658A
Authority: JP
Inventors: 恵之青海; 育男山下
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2022-11-19
Also published as: JP2004170641A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光信号処理の分野で用いられる光ダウンコンバートの技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
８０Ｇbit/sのような高速な光パルスのままで信号処理などを施す場合、全ての処理を光パルス信号に対して行うことはできないため、その光パルス信号を一旦電気信号に変換して電気的に処理してやらなければならない。このとき変換された電気信号も、もとの光パルス信号と同様に高速であり、電気信号を処理するための装置は、このような高速な電気信号を取り扱うことができないのが一般的である。そのため、光通信や光信号処理の分野では、高速な光パルス信号を例えば１０Ｇbit/s程度の低速な光信号にダウンコンバートすることがしばしば行われている。
【０００３】
ここで、ダウンコンバートは単に周波数を低くするということではなく、もとの光パルス信号の位相とコンバートされた光パルス信号の位相とが一定関係にあるということである。一定関係とは、一致するかもしくは一定の時間差をもつということを意味する。
【０００４】
従来の光ダウンコンバータとして、光パルス発生用に半導体レーザ発振器を用いたものが存在する。この光ダウンコンバータは、凹面鏡が所定距離離間して対向配設された光共振器に半導体光増幅器を挿入して半導体レーザ発振器とし、さらに、この光共振器間に可飽和吸収体といわれる非線形素子を挿入したものである。半導体レーザ発振器が出力する光パルス信号の周波数は光共振器間の光路長で決定され、例えば、光共振器間の往復の光路長を約３センチメートルに設定すれば、周波数が１０ＧＨｚの光パルス信号が出力される。
【０００５】
このような光ダウンコンバータに、周波数が１０ＧＨｚの整数倍の高速の光パルス信号を注入すると、半導体レーザ発振器が、注入された光パルス信号に含まれる１０ＧＨｚ成分と同期して１０ＧＨｚの周波数の光パルス信号が出力される。
【０００６】
また、従来の光ダウンコンバータとして、電圧制御発振器とよばれる高周波発振器を用いたものがある（非特許文献１）。図５は従来の光ダウンコンバータのブロック図である。この光ダウンコンバータは、基本の発振周波数がＦ０の電圧制御発振器６０１、発振周波数がｆ０の電気信号発生器６０２、電気位相比較器６０３、光パルス発生器６０４、光混合器６０５、光電気変換器６０６、電気混合器６０７、出力光パルス発生器６０８、逓倍数がｎの電気信号逓倍器６０９、光入力端６１０及び光出力端６１１を備えている。
【０００７】
電圧制御発振器６０１は、基本周波数Ｆ０に対して、制御電圧によって周波数もしくは位相を変化させることが可能な発振器である。電圧制御発振器６０１とは別に、Ｆ０よりは十分に小さい周波数ｆ０の電気信号を発生する電気信号発生器６０２と電気混合器６０７とを用いて、周波数Ｆ０＋ｆ０の電気信号を作り、この電気信号により光パルス発生器６０４を駆動して、周波数ｎ×(Ｆ０+ｆ０)の光パルス信号が生成される。この光パルス信号を光混合器６０５に入力し、さらに周波数Ｆ１(=ｎ×Ｆ０)の光パルス信号を同時に入力すると、光混合器６０５からは、それらの差分である周波数ｎ×ｆ０の成分を含む光信号が出力される。
【０００８】
光混合器６０５としては、例えば半導体光増幅器が用いられており、この半導体光増幅器による非線形光学作用により、光混合器６０５からは、入力された光パルス信号の周波数の差分である周波数ｎ×ｆ０の成分を含む光信号が出力される。この光信号を光電気変換器６０６により電気信号に変換して電気位相比較器６０３に入力する。さらに、電気位相比較器６０３には、電気信号発生器６０２の出力をｎ逓倍した周波数ｎ×ｆ０の電気信号が入力される。電気位相比較器６０３は、これらの２つの電気信号の位相差を誤差信号ｅとして、電圧制御発振器６０１に出力する。
【０００９】
この誤差信号ｅが電圧制御発振器６０１に入力されて、電圧制御発振器６０１の位相が変化し、誤差信号ｅが０の平衡状態では位相差がなくなり、電圧制御発振器６０１から出力される電気信号の位相は、もとの光パルス信号の位相と一定の関係を有した状態となり、ダウンコンバートされた電気信号となっている。この電気信号は、出力光パルス発生器６０８により光パルス信号に変換され、光出力端６１１から、ダウンコンバートされた光パルス信号が得られる。
【００１０】
【非特許文献１】
著者osamu kamatani and Satoki Kawanishi「Ultrahigh-Speed Clock recovery with Phase Lock Loop Based on Four-Wave Mixing in a Traveling-Wave Laser Diode Amplifier」出典journal of lightwave technology vol.14.NO.8,augusut 1996、p1758~p1765 （「進行波レーザダイオード増幅器における４波混合に基づく位相ロックループを備えた超高速クロック修復装置」出典光波技術ジャーナル出版日１９９６年８月）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の半導体レーザ発振器を用いる方法では、注入される入力信号光に必ず１０ＧＨｚの成分が含まれていなければならず、使用に当たって大きな制約となる。さらに、その製作にあたって、光共振器に対して、非線形素子などを正確に位置決めして挿入するとともに、所望する周波数の光パルス信号を出力するためには、光共振器間の距離を正確に設定しなければならず、高度な半導体製作技術や、超高精度な光共振器製作技術が要求される。
【００１２】
また、図５に示す光ダウンコンバータでは、ｎ×Ｆ０の光パルスを得るのに、光パルス発生器６０４から発生した光波形の持つ高調波成分を用いており、その高調波成分の強度は非常に弱いため、光混合部から出力される光信号の強度は弱く、十分な強度を有するダウンコンバート光を取り出すことができなくなり、その結果、動作が不安定になるという問題がある。また、位相比較をするために、低周波の電気信号発生器６０２や電気信号逓倍器６０９を用いなければならず、構成が複雑化するという問題もある。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、従来の光ダウンコンバータに比べて簡略化された構成でありながら、高度な半導体製作技術を用いることなく、安定した動作を行うことができる光ダウンコンバータを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る光ダウンコンバータは、光混合部と、同期光パルス発生部と、光カプラと、光信号の周波数をｎ（ｎは整数）倍する光多重器とを環状に接続し、前記光混合部に対して、周波数Ｆ１がＦ０×(ｎ＋１)である光信号を入力するとともに、前記光多重器から出力された周波数ｎ×Ｆ０の光信号を入力し、これらの光信号の周波数の差を周波数成分として含む電気信号を出力させ、前記光カプラから、周波数がＦ０でかつその位相が周波数Ｆ１の光信号の位相と一定関係にある光信号を取り出す光ダウンコンバータであって、前記光混合部は、光電気変換器と、中心周波数がＦ０である狭帯域電気フィルタとを含み、前記同期光パルス発生部は、中心周波数がＦ０である狭帯域電気フィルタによる帰還手段を備えるリミッタ型電気増幅器と、前記リミッタ型電気増幅器から出力された電気信号を光信号に変換する電気光変換器とを含むことを特徴とする。
【００１５】
本光ダウンコンバータによれば、光混合部は、周波数Ｆ１の光信号と光多重器が出力する周波数ｎ×Ｆ０の光信号とを受信して、これらの光信号の周波数の差分である周波数Ｆ０の成分を含む光信号又は電気信号を生成し、同期光パルス発生部に出力する。同期光パルス発生部は、受信した電気信号又は光信号に含まれる周波数Ｆ０の信号と同期する周波数Ｆ０の光パルス信号を生成し、光カプラに出力する。光カプラは、受信した光パルス信号を２分岐して、一方を出力信号とし、他方を光多重器に出力する。光多重器は、受信した光パルス信号の周波数Ｆ０をｎ倍して、周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号を生成して、光混合部に出力する。
【００１６】
すなわち、本光ダウンコンバータは、光混合部に入力される光パルス信号を生成するにあたり、光多重器が出力する光パルス信号を用いている。光多重器は、例えば入力された光パルス信号を複数に分岐させ、分岐された光パルス信号をそれぞれ異なる時間遅延させ、これらの光パルス信号を重畳することにより、周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号を生成している。そのため、光多重器から出力される光パルス信号は、周波数ｎ×Ｆ０の成分が多く含まれ、他の周波数成分はほとんど含まれておらず、出力される周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号の強度の減衰量は小さい。一方、従来の光ダウンコンバータでは、光混合部が出力する光信号は、光パルス発生器が生成する光パルス信号の高調波成分を利用しているため、その強度は大きく減衰している。したがって、本光ダウンコンバータの光混合部が出力する光パルス信号の強度は、従来の光ダウンコンバータの光混合部が出力する光パルス信号の強度に比べて著しく大きくなり、光カプラから取り出されるダウンコンバート光の強度は従来の光ダウンコンバータに比べて大きく、その結果、光ダウンコンバータの動作が安定することとなる。加えて、本光ダウンコンバータは、光混合部、同期光パルス発生部、光カプラ及び光多重器を組み合わせにより構成されているため、高度な半導体製作技術を用いなくともよい。
【００１８】
また、この場合、光電気変換器から出力された電気信号は、狭帯域電気フィルタにより、周波数Ｆ０以外の不要な周波数成分が除去されて、光混合部から出力されるため、出力されるダウンコンバート光のノイズ成分が低減される。
【００２０】
また、この場合、リミッタ型電気増幅器は、中心周波数がＦ０である狭帯域電気回路による帰還手段を備えているため、リミッタ型電気増幅器は、光混合部が出力する電気信号に含まれる周波数Ｆ０成分の電気信号を基準信号とする自励発振回路となり、周波数Ｆ０の電気パルス信号を生成する。したがって、所定の電気パルス信号を生成する発振器を用いなくとも、同期光パルス発生部からは、電気パルス信号を得ることが可能となり、回路構成を簡略化することができる。リミッタ型電気増幅器は、増幅器への入力電力の幅広い変化に対して一定の電力を出力する機能を持つ電気増幅器であり、多くの市販品がある。このリミッタ型電気増幅器に関しては、一般的な電気増幅器と、リミッタ作用のあるダイオードとの組み合わせによっても同じ機能を実現できる。
【００２１】
また、本発明の別の光コンバータは、光混合部と、同期光パルス発生部と、光カプラと、光信号の周波数をｎ（ｎは整数）倍する光多重器とを環状に接続し、前記光混合部に対して、周波数Ｆ１がＦ０×(ｎ＋１)である光信号を入力するとともに、前記光多重器から出力された周波数ｎ×Ｆ０の光信号を入力し、これらの光信号の周波数の差を周波数成分として含む電気信号を出力させ、前記光カプラから、周波数がＦ０でかつその位相が周波数Ｆ１の光信号の位相と一定関係にある光信号を取り出す光ダウンコンバータであって、前記光混合部は、光電気変換器と、中心周波数がＦ０である狭帯域電気フィルタとを含み、前記同期光パルス発生部は、周波数Ｆ０の電気信号を発生する電圧制御発振器と、前記光混合部から出力された電気信号と、前記電圧制御発振器から出力された電気信号との位相差に応じた誤差信号を生成し、前記電圧制御発振器に出力する電気位相比較器と、前記電圧制御発振器から出力された電気信号を光信号に変換する電気光変換器とを含むことを特徴とする。
【００２２】
この場合、光電気変換器から出力された電気信号は、狭帯域電気フィルタにより、周波数Ｆ０以外の不要な周波数成分が除去されて、光混合部から出力されるため、出力されるダウンコンバート光のノイズ成分が低減される。
また、この場合、電圧制御発振器は、位相比較器から出力された誤差信号が０となるように、位相を変えて周波数Ｆ０の電気信号を生成するため、入力された光パルス信号の位相に対してダウンコンバートされた光パルス信号の位相をより正確に一致させることができる。
【００２３】
また、本発明の別の光ダウンコンバータは、光混合部と、同期光パルス発生部と、光カプラと、光信号の周波数をｎ（ｎは整数）倍する光多重器とを環状に接続し、前記光混合部に対して、周波数Ｆ１がＦ０×(ｎ＋１)である光信号を入力するとともに、前記光多重器から出力された周波数ｎ×Ｆ０の光信号を入力し、これらの光信号の周波数の差を周波数成分として含む光信号を出力させ、前記光カプラから、周波数がＦ０でかつその位相が周波数Ｆ１の光信号の位相と一定関係にある光信号を取り出す光ダウンコンバータであって、前記光混合部は、半導体光増幅器又は吸収型光変調器であり、前記同期光パルス発生部は、注入半導体レーザであることを特徴とする。
この場合、強度の弱い光によっても駆動可能な注入半導体レーザを用いたため、光混合器から出力されるレーザ光の強度が小さくとも、同期光発生部からは、高い強度の光パルス信号が出力されることとなり、動作がより安定することとなる。
また、前記光多重器は、分散性光導波路又は平面導波路により構成されることが好ましい。この場合、分散性光導波路や平面導波路のように公知の部材を用いて光多重器は構成されているため、光ダウンコンバータを容易に製作することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る光ダウンコンバータのブロック構成図を示している。本光ダウンコンバータは、光混合部１０１、同期光パルス発生部１０２、２分岐光カプラ１０３、光多重器１０４、光入力端１０５及び光出力端１０６を備えている。なお、図の太い実線は電気の結線を示し、二重線は光の結線を示し、三重線は光若しくは電気の結線を示している。このことは以下の図面でも同様である。
【００２５】
光入力端１０５から、光出力端１０６に向けて、光混合部１０１、同期光パルス発生部１０２及び２分岐光カプラ１０３が順番に接続されている。また、光混合部１０１と２分岐光カプラ１０３との間には、フィードバックループＦＢが接続されており、光多重器１０４は、フィードバックループＦＢ上に接続されている。
【００２６】
光入力端１０５から入力された周波数Ｆ１（＝（ｎ＋１）Ｆ０）の光パルス信号は、光混合部１０１に入力される。光混合部１０１には、光多重器１０４から周波数がｎ×Ｆ０の光パルス信号も入力される。光混合部１０１は、非線形光学効果により、光入力端１０５から入力された光パルス信号の位相と一定の関係を有し、かつ、入力された２つの光パルス信号の周波数の差である周波数Ｆ０（＝Ｆ１−ｎ×Ｆ０）の成分を含む光信号又は電気信号を生成する。光混合部１０１はこの光信号又は電気信号を同期光パルス発生部１０２に送出する。
【００２７】
同期光パルス発生部１０２は光混合部１０１から入力された光信号又は電気信号に含まれる周波数Ｆ０の成分の信号に同期した光パルス信号を生成する。２分岐光カプラ１０３は、同期光パルス発生部１０２が出力した光パルス信号を２分岐させ、一方を光出力端１０６に出力し、他方を光多重器１０４に出力する。光多重器１０４は、受信した光パルス信号の周波数をｎ倍してｎ×Ｆ０の光パルス信号を生成し、光混合部１０１に出力する。
【００２８】
以上の動作により、図１に示す回路は、光入力端１０５から入力された光パルス信号の周波数を１／（ｎ＋１）して、光出力端１０６から周波数Ｆ０の光パルス信号を出力する光パルス発振器としての機能を有するとともに、出力する光パルス信号の位相は、入力される光パルス信号の位相と一定の関係を有しているため、光ダウンコンバータとなる。
【００２９】
本光ダウンコンバータの特徴は、光多重器１０４を用いて、周波数ｎ×Ｆ０を主成分とする光パルス信号を光混合部１０１に入力している点である。図５に示す従来の光ダウンコンバータでは、光混合器６０５に周波数ｎ×（ｆ０＋Ｆ０）の光パルス信号が入力されているが、この光パルス信号は、光パルス発生器６０４が生成したものである。光パルス発生器６０４は、入力された周波数Ｆ０＋ｆ０の光パルス信号の第ｎ高調波である周波数ｎ×（Ｆ０＋ｆ０）の光パルス信号を出力しており、この第ｎ高調波の強度は、入力された周波数Ｆ０＋ｆ０の光パルス信号の強度に対して大きく減衰されているため弱い。したがって、光混合器６０５から出力される周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号の強度は、小さくなり、電気位相比較器６０３による位相比較動作が正確に行われず、ダウンコンバート動作が不安定となる。そこで、本光ダウンコンバータでは、光多重器１０４が出力した、強度の強い光パルス信号を光混合部１０１に入力し、光混合部１０１から強度の強い光パルス信号を出力させることにより、安定なダウンコンバート動作を実現している。
【００３０】
次に、光多重器１０４に入力された光パルス信号をｎ逓倍する原理について説明する。光多重器１０４としては、所定の長さを有する分散性光導波路や平面導波路などが用いられる。なお、分散性光導波路としては、簡単には通信用の光ファイバを用いることができる。
【００３１】
以下に、光ファイバを用いた光パルス逓倍について説明する。光ファイバは分散という特性を有しており、この特性によって、波長に毎に光の伝搬時間が異なる現象が生じる。光パルスは、有限な時間幅を有しており、光パルスの周波数スペクトルは、多くの波長成分を含んでいる。また、光パルス列の周波数スペクトルは、パルスの周波数の間隔をもった線スペクトルの集まりとなる。したがって、光パルス列が光ファイバを伝搬すると時間波形が広がると共に、一つのパルスの先頭部分から末尾部分まで波長が分布するようになる。光パルス列が光ファイバを長距離進むと、広がった光パルスは重なるようになる。重なった部分では、光の干渉がおこり、同位相の部分は光パルスが重畳されるが、逆位相の部分では光パルスが消滅する。光パルスの重なっている部分は波長が異なるので、一様に光パルスが消滅するのではなく、重なった部分の一部分が消滅する。このことによって、元の一つの光パルスを２つ以上に分裂させることが出来る。
【００３２】
上述の光パルス逓倍の原理は、文献Electronics Letters, 16th, April, 1998, Vol.34, No8, PP.792-793に述べられており、必要な光ファイバ長は同文献の式(1)と式(2)と式(3)とを用いて決定される。
【００３３】
また、分散性導波路としては、光ファイバの他に光ファイバブラッググレーティングがよく知られている。光ファイバの場合にはその長さが数百メートルのオーダであるのに対して、光ファイバブラッググレーティングの場合はセンチメートルのオーダの長さでよいという特徴がある。そのため、短い導波路が必要な場合は、分散性光導波路として、光ファイバブラッググレーティングが適している。
【００３４】
平面導波路で光パルス逓倍を行うことが可能なこともよく知られている。図２はその原理を示す図である。平面導波路は、光入力端２０１、光出力端２０２、入力側光２分岐部２０３、出力側光２分岐部２０４、第１の光経路２０５及び第２の光経路２０６を備えている。
【００３５】
光入力端２０１から入力された光パルス列は、入力側光２分岐部２０３によってその強度が２分岐される。第２の光経路２０６の光路長は第１の光経路２０５の光路長より大きいので、２分岐された光パルス列は、出力側光２分岐部２０４に時間差をもって到達する。そして、到達した２つの光パルス列は、出力側光２分岐部２０４で重畳されて出力される。その結果、一方の光パルス列の各パルスの間に、もう一方の光パルス列が入り込み、単位時間の光パルスの数は２倍となって光出力端２０２から出力される。
【００３６】
さらに、第１及び第２の光経路２０５及び２０６の各々の長さを適当に設定して、光パルスの時間差を任意に選択するとともに、この平面導波路を縦列接続すれば、任意の数に逓倍された光パルス列を得ることができる。ただし、逓倍した光パルス列同士が重ならないように、元の光パルス列のパルス幅を、光パルスの時間間隔よりも十分に狭く設定する必要がある。
【００３７】
図３は、図１に示す光ダウンコンバータの光混合部１０１及び同期光パルス発生部１０２のより詳細な構成を示したブロック図であり、３０１は光混合部を示し３０２は同期光パルス発生部を示している。図１に示すように、光混合部３０１は、光電気変換器３０７及び狭帯域電気フィルタ３０８を備え、同期光パルス発生部３０２は、リミッタ型電気増幅器３０９、狭帯域電気フィルタ３１０及び電気光変換器３１１を備えている。また、３０３は２分岐光カプラ、３０４は逓倍数がｎの光多重器、３０５は光入力端及び３０６は光出力端を示している。
【００３８】
光電気変換器３０７の入力側には、光入力端３０５及び光多重器３０４が接続され、狭帯域電気フィルタ３０８は光電気変換器３０７の出力側に接続されている。リミッタ型電気増幅器３０９は、狭帯域電気フィルタ３０８の出力側に接続されるとともに、その出力端と入力端との間は、フィードバックループＦＢ１が接続され、狭帯域電気フィルタ３１０は、フィードバックループＦＢ１上に接続されている。電気光変換器３１１は、リミッタ型電気増幅器３０９の出力側に接続され、２分岐光カプラ３０３は、電気光変換器３１１の出力側に接続されている。
【００３９】
光電気変換器３０７は、単一走行キャリアフォトダイオードが適している。このダイオードの持つ非線形光学的効果により、光電気変換器３０７に２つの光パルス信号が入力されると、これらの光パルス信号の周波数の差の成分をもつ電気信号が出力される。
【００４０】
光電気変換器３０７に、光入力端３０５を介して周波数Ｆ１の光パルス信号が入力されるとともに、光多重器３０４から周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号が入力されると、光電気変換器３０７からは、周波数Ｆ１−ｎ×Ｆ０の電気信号が出力される。ここで、Ｆ１=(ｎ＋１)×Ｆ０の関係を満たすように整数ｎ、周波数Ｆ０及び周波数Ｆ１の設定を行うと、光電気変換器３０７からは、周波数Ｆ０の成分を含む電気信号が出力されることとなる。
【００４１】
狭帯域電気フィルタ３０８の中心周波数はＦ０であるため、狭帯域電気フィルタ３０８からは、周波数Ｆ０の電気信号が抽出され、同期光パルス発生部３０２に出力される。
【００４２】
リミッタ型電気増幅器３０９の出力の大部分は電気光変換器３１１に送出されるが、一部の出力は狭帯域電気フィルタ３１０を介してリミッタ型電気増幅器３０９の入力端にフィードバックされる。ここで、フィードバックループＦＢ１により帰還される電気信号の大きさをリミッタ型電気増幅器３０９が弱い自励発振状態となる大きさに設定する。また、狭帯域電気フィルタ３１０の中心周波数はＦ０である。そのため、リミッタ型電気増幅器３０９からは、周波数Ｆ０の電気信号が発振されて、電気光変換器３１１に出力される。
【００４３】
電気光変換器３１１は半導体レーザであり、周波数Ｆ０の電気信号に駆動されて周波数Ｆ０の光パルス信号を発生する。周波数Ｆ０の光パルス信号は、光多重器３０４に入力されると、ｎ逓倍されて周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号に変換され、光混合部３０１に送出される。
【００４４】
以上の動作により、図３の回路は周波数がＦ０の発振回路となり、その位相は光入力端３０５に入力される光パルス信号の位相と一定の関係をもつ。すなわち、２分岐光カプラ３０３を介して光出力端３０６から出力される光パルス信号は、周波数Ｆ１の光パルス信号がダウンコンバートされた光パルス信号となっている。なお、図３の光混合部３０１と同期光パルス発生部３０２との区分は便宜的なものであるので、例えばリミッタ型電気増幅器３０９が光混合部３０１に含まれても何ら問題はない。
【００４５】
このように、図３に示す光ダウンコンバータでは、同期光パルス発生部３０２を自励発振回路として機能するリミッタ型電気増幅器３０９とリミッタ型電気増幅器３０９の入力端及び出力端に接続された狭帯域電気フィルタ３１０とを用いて構成したため、パルス信号を生成するための発振器を別個に備えなくとも、所望の電気パルス信号を得ることができることとなり、回路構成を簡略化することができる。
【００４６】
なお、光電気変換器３０７としては、偏波依存性のない素子で構成することが好ましく、これにより、本光ダウンコンバータの偏波依存性をなくすことができる。
【００４７】
また、図１に示す光ダウンコンバータは、図３に示す構成に限定されず、例えば、光混合部１０１を半導体光増幅器又は吸収型光変調器、同期光パルス発生部１０２を注入同期発振レーザにより構成してもよい。この場合、光混合部１０１が出力する信号は光であるため、光混合部１０１及び同期光パルス発生部１０２の間は光の結線とされる。半導体光増幅器及び吸収型光変調器は、素子内に注入される光強度によってキャリア密度が変動され、非線形動作をするので、２つの光パルス信号が同時に入力されると、それらの周波数の和や差の周波数分を持つ光パルス信号が出力される。また、半導体光増幅器かもしくは吸収型光変調器は偏波依存性がないため、本光ダウンコンバータの偏波依存性を無くすことができる。
【００４８】
また、同期光パルス発生部１０２として、注入同期発振レーザを用いており、この注入同期発振レーザは、特定の周波数を有し、かつ、その発振出力に比べて十分に小さい強度の光信号が入力された場合であっても、入力された光信号と同期し、かつ同一の周波数の光パルス信号を発振するものである。そのため、光混合部１０１から出力される光信号の強度が弱い場合であっても、同期光パルス発生部１０２からは高い強度の光パルス信号が出力される。
【００４９】
図４は、図１に示す光ダウンコンバータの他の詳細な構成例を示すブロック図である。図４に示す光ダウンコンバータは、同期光パルス発生部１０２が、図３に示す自励の発振機構を有するものではなく、電圧制御発振器を備えることを特徴としている。
【００５０】
４０１は光混合部、４０２は同期光パルス発生部、４０３は２分岐光カプラ、４０４は光多重器、４０５は光入力端、４０６は光出力端を示しており、光混合部４０１は、光電気変換器４０７及び狭帯域電気フィルタ４０８を備え、同期光パルス発生部４０２は、電気増幅器４０９、電気位相比較器４１０、電圧制御発振器４１１、電気増幅器４１２及び電気光変換器４１３を備えている。
【００５１】
電気増幅器４０９は、狭帯域電気フィルタ４０８の出力側に接続され、電気位相比較器４１０は、電気増幅器４０９の出力側及び電圧制御発振器４１１の出力側に接続されている。また、電圧制御発振器４１１は、電気位相比較器４１０と誤差信号ライン４１０ａを介して接続され、電気位相比較器４１０から出力された誤差信号ｅは、この誤差信号ライン４１０ａを通って、電圧制御発振器４１１に入力される。さらに、電気増幅器４１２は電圧制御発振器４１１の出力側に接続され、電気光変換器４１３は、電気増幅器４１２の出力側に接続され、電気光変換器４１３の出力側には、２分岐光カプラ４０３が接続されている。
【００５２】
光電気変換器４０７には、光入力端４０５を介して周波数Ｆ１の光パルス信号が入力されるともに、光多重器４０４から周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号が入力されると、周波数Ｆ０の光パルス信号を出力する。ここで、Ｆ１＝(ｎ＋１)×Ｆ０の関係を満足するように整数ｎ、周波数Ｆ０及び周波数Ｆ１を設定しているため、光電気変換器４０７からは周波数Ｆ０（＝Ｆ１−ｎ×Ｆ０）の成分を含む電気信号が出力される。
【００５３】
光電気変換器４０７から出力された電気信号は、中心周波数がＦ０の狭帯域電気フィルタ４０８を通過すると、Ｆ０の周波数成分が抽出され、同期光パルス発生部４０２に送出される。
【００５４】
光混合部４０１から出力された周波数Ｆ０の電気信号は電気増幅器４０９で増幅された後、電気位相比較器４１０に入力される。電気位相比較器４１０には、電圧制御発振器４１１から出力される周波数Ｆ０の電気パルス信号も入力され、両電気信号の位相差に対応する誤差信号ｅを発生する。
【００５５】
この誤差信号ｅは、電圧制御発振器４１１の制御電圧として電圧制御発振器４１１に入力される。電圧制御発振器４１１は、入力された誤差信号ｅがゼロになるように、位相を変えるので、誤差信号ｅが０である定常状態においては、光混合部４０１から出力される電気信号の位相と、電圧制御発振器４１１から発生する電気信号の位相とは一定の関係を保持する。
【００５６】
電圧制御発振器４１１から出力された電気信号は、電気増幅器４１２によって増幅された後、電気光変換器４１３に入力され、電気光変換器４１３を構成する半導体レーザを駆動させる。これにより、電気光変換器４１３からは、周波数Ｆ０の光パルス信号が出力される。この光パルス信号は、２分岐光カプラ４０３によって分岐されて、一方は光出力端４０６へ、もう一方は、光多重器４０４に出力される。光多重器４０４に入力された光パルス信号は周波数がｎ逓倍され、周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号に変換され、光電気変換器４０７へと出力される。
【００５７】
なお、図４に示す光混合部４０１と同期光パルス発生部４０２との区分は便宜的なものであるため、例えば電気増幅器４０９が光混合部４０１に含ましても何ら問題はない。
【００５８】
図４に示す光ダウンコンバータによれば、電気位相比較器４１０が出力する誤差信号ｅが０となるように電圧制御発振器４１１は、周波数Ｆ０の電気信号を生成し、生成された電気信号を光パルス信号に変換してダウンコンバート光を生成しているため、光入力端４０５から入力された光パルス信号とダウンコンバート光との位相を正確に一致させることができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る光ダウンコンバータによれば、光混合部が光混合を行う場合、従来の光ダウンコンバータのように光波形に含まれる高調波の成分を利用するのではなく、光多重器が出力する、周波数Ｆ０の光パルス信号をｎ逓倍することにより生成した周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号を利用して光混合を行っているため、光混合部からは高い強度の光パルス信号が出力され、その結果、高い強度のダウンコンバート光を得ることができ、ダウンコンバート動作が安定される。また、光混合部等の部品を組み合わせにより回路が構成されているため、高度な半導体製作技術が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ダウンコンバータの構成を示すブロック図である。
【図２】平面導波路による光パルス逓倍の原理を説明するための図である。
【図３】図１に係る光ダウンコンバータの詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】図１に係る光ダウンコンバータの詳細な構成を示すブロック図である。
【図５】従来の光ダウンコンバータの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１３０１４０１光混合部
１０２３０２４０２同期光パルス発生部
１０３３０３４０３２分岐光カプラ
１０４３０４４０４光多重器
１０５２０１３０５４０５光入力端
１０６２０２３０６４０６光出力端
２０３２０４光２分岐部
２０５第１の光経路
２０６第２の光経路
３０７４０７光電気変換器
３０８３１０４０８狭帯域電気フィルタ
３０９リミッタ型電気増幅器
３１１電気光変換器
４０９電気増幅器
４１０電気位相比較器
４１１電圧制御発振器
４１２電気増幅器
４１３電気光変換器
６０１電圧制御発振器
６０２電気信号発生器
６０３電気位相比較器
６０４光パルス発生器
６０５光混合器
６０６光電気変換器
６０７電気混合器
６０８出力光パルス発生器
６０９電気信号低倍器
６１０光入力端
６１１光出力端[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical down-conversion technique used in the fields of optical communication and optical signal processing.
[0002]
[Prior art]
When signal processing or the like is performed with a high-speed optical pulse such as 80 Gbit / s, all processing cannot be performed on the optical pulse signal. It must be processed. The electrical signal converted at this time is also as fast as the original optical pulse signal, and the device for processing the electrical signal generally cannot handle such a high-speed electrical signal. . Therefore, in the fields of optical communication and optical signal processing, it is often performed to down-convert a high-speed optical pulse signal into a low-speed optical signal of about 10 Gbit / s, for example.
[0003]
Here, down-conversion does not simply mean lowering the frequency, but it means that the phase of the original optical pulse signal and the phase of the converted optical pulse signal are in a fixed relationship. A constant relationship means that they match or have a certain time difference.
[0004]
As a conventional optical down converter, there is one using a semiconductor laser oscillator for generating an optical pulse. This optical downconverter is a semiconductor laser oscillator in which a semiconductor optical amplifier is inserted into an optical resonator in which concave mirrors are arranged to face each other at a predetermined distance, and a non-linear element called a saturable absorber between the optical resonators. Is inserted. The frequency of the optical pulse signal output from the semiconductor laser oscillator is determined by the optical path length between the optical resonators. For example, if the round-trip optical path length between the optical resonators is set to about 3 centimeters, an optical pulse with a frequency of 10 GHz is used. A signal is output.
[0005]
When a high-speed optical pulse signal whose frequency is an integral multiple of 10 GHz is injected into such an optical downconverter, the semiconductor laser oscillator is synchronized with the 10 GHz component included in the injected optical pulse signal and has an optical pulse with a frequency of 10 GHz. A signal is output.
[0006]
Further, as a conventional optical down converter, there is one using a high-frequency oscillator called a voltage controlled oscillator (Non-patent Document 1). FIG. 5 is a block diagram of a conventional optical down converter. This optical down converter includes a voltage-controlled oscillator 601 whose basic oscillation frequency is F0, an electrical signal generator 602 whose oscillation frequency is f0, an electrical phase comparator 603, an optical pulse generator 604, an optical mixer 605, and an optical / electrical converter. 606, an electric mixer 607, an output optical pulse generator 608, an electric signal multiplier 609 having a multiplication number n, an optical input terminal 610, and an optical output terminal 611.
[0007]
The voltage controlled oscillator 601 is an oscillator capable of changing the frequency or phase with the control voltage with respect to the basic frequency F0. In addition to the voltage controlled oscillator 601, an electric signal generator 602 that generates an electric signal having a frequency f0 that is sufficiently smaller than F0 and an electric mixer 607 are used to create an electric signal having a frequency F0 + f0. The pulse generator 604 is driven to generate an optical pulse signal having a frequency of n × (F0 + f0). When this optical pulse signal is input to the optical mixer 605 and further an optical pulse signal having the frequency F1 (= n × F0) is input at the same time, the optical mixer 605 generates a component of the frequency n × f0 that is the difference between them. The optical signal containing is output.
[0008]
As the optical mixer 605, for example, a semiconductor optical amplifier is used. Due to the nonlinear optical action of this semiconductor optical amplifier, the optical mixer 605 has a frequency n × f0 that is a difference between the frequencies of the input optical pulse signals. An optical signal including the above components is output. This optical signal is converted into an electrical signal by the photoelectric converter 606 and input to the electrical phase comparator 603. Furthermore, an electrical signal having a frequency of n × f0 obtained by multiplying the output of the electrical signal generator 602 by n is input to the electrical phase comparator 603. The electrical phase comparator 603 outputs the phase difference between these two electrical signals to the voltage controlled oscillator 601 as an error signal e.
[0009]
When the error signal e is input to the voltage controlled oscillator 601, the phase of the voltage controlled oscillator 601 changes. When the error signal e is in an equilibrium state of 0, there is no phase difference, and the phase of the electric signal output from the voltage controlled oscillator 601 Is in a state having a certain relationship with the phase of the original optical pulse signal, and is a down-converted electrical signal. This electrical signal is converted into an optical pulse signal by the output optical pulse generator 608, and a down-converted optical pulse signal is obtained from the optical output terminal 611.
[0010]
[Non-Patent Document 1]
Authors osamu kamatani and Satoki Kawanishi `` Ultrahigh-Speed Clock recovery with Phase Lock Loop Based on Four-Wave Mixing in a Traveling-Wave Laser Diode Amplifier '' Source of journal of lightwave technology vol.14. ("Ultra-high-speed clock recovery device with phase-locked loop based on four-wave mixing in a traveling-wave laser diode amplifier" Source: Lightwave Technology Journal, published August 1996)
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the method using the semiconductor laser oscillator described above, the input signal light to be injected must always contain a component of 10 GHz, which is a great limitation in use. Furthermore, when manufacturing the optical resonator, the nonlinear element is accurately positioned and inserted, and in order to output the optical pulse signal of the desired frequency, the distance between the optical resonators is set accurately. Therefore, advanced semiconductor manufacturing technology and ultra-high precision optical resonator manufacturing technology are required.
[0012]
Further, in the optical down converter shown in FIG. 5, the harmonic component of the optical waveform generated from the optical pulse generator 604 is used to obtain an n × F0 optical pulse, and the intensity of the harmonic component is extremely high. Therefore, the intensity of the optical signal output from the optical mixing unit is weak, and it is impossible to extract down-converted light having a sufficient intensity. As a result, the operation becomes unstable. In addition, in order to perform phase comparison, a low-frequency electric signal generator 602 and an electric signal multiplier 609 must be used, and there is a problem that the configuration becomes complicated.
[0013]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and can perform a stable operation without using advanced semiconductor manufacturing technology while having a simplified configuration as compared with a conventional optical down converter. An object of the present invention is to provide an optical downconverter that can be used.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, an optical downconverter according to the present invention includes an optical mixing unit, a synchronous optical pulse generation unit, an optical coupler, and an optical multiplexer that multiplies the frequency of an optical signal by n (n is an integer). An optical signal having a frequency F1 of F0 × (n + 1) is input to the optical mixing unit, and an optical signal of frequency n × F0 output from the optical multiplexer is input to the optical mixing unit. Difference in frequency of optical signal is included as frequency componentElectricalAn optical downconverter that outputs a signal and extracts from the optical coupler an optical signal whose frequency is F0 and whose phase is in a fixed relationship with the phase of the optical signal having the frequency F1,The optical mixing unit includes a photoelectric converter and a narrow band electric filter having a center frequency of F0, and the synchronous light pulse generation unit includes a feedback unit using a narrow band electric filter having a center frequency of F0. And an electro-optic converter that converts an electric signal output from the limiter-type electric amplifier into an optical signal..
[0015]
According to the present optical downconverter, the optical mixing unit receives the optical signal having the frequency F1 and the optical signal having the frequency n × F0 output from the optical multiplexer, and the frequency F0 that is a difference between the frequencies of these optical signals. An optical signal or an electrical signal including the above component is generated and output to the synchronous optical pulse generator. The synchronous optical pulse generator generates an optical pulse signal having a frequency F0 that is synchronized with a signal having a frequency F0 included in the received electrical signal or optical signal, and outputs the optical pulse signal to the optical coupler. The optical coupler divides the received optical pulse signal into two, and outputs one as an output signal and the other to the optical multiplexer. The optical multiplexer multiplies the frequency F0 of the received optical pulse signal by n, generates an optical pulse signal having a frequency of n × F0, and outputs the optical pulse signal to the optical mixing unit.
[0016]
That is, the present optical down converter uses the optical pulse signal output from the optical multiplexer when generating the optical pulse signal input to the optical mixing unit. The optical multiplexer, for example, splits an input optical pulse signal into a plurality of signals, delays the branched optical pulse signals for different times, and superimposes these optical pulse signals, whereby an optical pulse signal of frequency n × F0 Is generated. Therefore, the optical pulse signal output from the optical multiplexer includes many components of frequency n × F0 and hardly includes other frequency components, and the intensity of the output optical pulse signal of frequency n × F0. The amount of attenuation is small. On the other hand, in the conventional optical down-converter, the optical signal output from the optical mixing unit uses the harmonic component of the optical pulse signal generated by the optical pulse generator, and therefore its intensity is greatly attenuated. Therefore, the intensity of the optical pulse signal output from the optical mixing unit of the present optical down converter is significantly larger than the intensity of the optical pulse signal output from the optical mixing unit of the conventional optical down converter, and the down-converted light is extracted from the optical coupler. The intensity of the converted light is larger than that of the conventional optical down converter, and as a result, the operation of the optical down converter is stabilized. In addition, the present optical down-converter is configured by combining an optical mixing unit, a synchronous optical pulse generation unit, an optical coupler, and an optical multiplexer, so that it is not necessary to use advanced semiconductor manufacturing technology.
[0018]
  Also,In this case, since the electrical signal output from the photoelectric converter is output from the optical mixing unit after unnecessary frequency components other than the frequency F0 are removed by the narrow band electrical filter, the output of the down-converted light to be output Noise component is reduced.
[0020]
  Also,In this case, since the limiter type electric amplifier includes feedback means using a narrow band electric circuit whose center frequency is F0, the limiter type electric amplifier has an electric frequency F0 component included in the electric signal output from the optical mixing unit. It becomes a self-excited oscillation circuit using the signal as a reference signal, and generates an electric pulse signal of frequency F0. Therefore, it is possible to obtain an electric pulse signal from the synchronous light pulse generator without using an oscillator that generates a predetermined electric pulse signal, and the circuit configuration can be simplified. The limiter type electric amplifier is an electric amplifier having a function of outputting a constant power with respect to a wide change in input power to the amplifier, and there are many commercially available products. With regard to this limiter type electric amplifier, the same function can be realized by a combination of a general electric amplifier and a diode having a limiter action.
[0021]
  In another optical converter of the present invention, an optical mixing unit, a synchronous optical pulse generation unit, an optical coupler, and an optical multiplexer that multiplies the frequency of an optical signal by n (n is an integer) are connected in a ring shape. An optical signal having a frequency F1 of F0 × (n + 1) is input to the optical mixing unit, and an optical signal of frequency n × F0 output from the optical multiplexer is input, and the frequency of these optical signals An optical down converter that outputs an electrical signal including the difference between the two as a frequency component and extracts from the optical coupler an optical signal having a frequency of F0 and a phase having a fixed relationship with the phase of the optical signal having the frequency F1. The light mixing unit includes a photoelectric converter and a narrow band electric filter having a center frequency of F0, and the synchronous light pulse generation unit includes a voltage controlled oscillator that generates an electric signal having a frequency F0, and the light mixing unit. Electric signal output from Generating an error signal corresponding to the phase difference from the electric signal output from the voltage controlled oscillator, and outputting the error signal to the voltage controlled oscillator; and the electric signal output from the voltage controlled oscillator as an optical signal. And an electro-optic converter that converts the light into an electric light.
[0022]
  In this case, since the electrical signal output from the photoelectric converter is output from the optical mixing unit after unnecessary frequency components other than the frequency F0 are removed by the narrow band electrical filter, the output of the down-converted light to be output Noise component is reduced.
  Also,In this case, the voltage controlled oscillator changes the phase so that the error signal output from the phase comparator becomes zero, and generates an electric signal having the frequency F0, so that the phase of the input optical pulse signal is reduced. The phase of the converted optical pulse signal can be matched more accurately.
[0023]
  Another optical down-converter according to the present invention includes an optical mixing unit, a synchronous optical pulse generation unit, an optical coupler, and an optical multiplexer that multiplies the frequency of the optical signal by n (n is an integer) in a ring shape. In addition, an optical signal having a frequency F1 of F0 × (n + 1) is input to the optical mixing unit, and an optical signal having a frequency of n × F0 output from the optical multiplexer is input. An optical down converter that outputs an optical signal including a frequency difference as a frequency component, and extracts from the optical coupler an optical signal whose frequency is F0 and whose phase is in a fixed relationship with the phase of the optical signal of frequency F1,The optical mixing unit is a semiconductor optical amplifier or an absorption optical modulator, and the synchronous optical pulse generator is an injection semiconductor laser.It is characterized by that.
  In this case, since an injection semiconductor laser that can be driven by light of low intensity is used, even if the intensity of the laser light output from the optical mixer is small, a high-intensity optical pulse signal is output from the synchronous light generator. Therefore, the operation becomes more stable.
  The optical multiplexer is preferably composed of a dispersive optical waveguide or a planar waveguide. In this case, since the optical multiplexer is configured using a known member such as a dispersive optical waveguide or a planar waveguide, an optical down converter can be easily manufactured.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram of an optical down converter according to the present invention. This optical down converter includes an optical mixing unit 101, a synchronous optical pulse generation unit 102, a two-branch optical coupler 103, an optical multiplexer 104, an optical input end 105, and an optical output end 106. In the figure, a thick solid line indicates an electrical connection, a double line indicates an optical connection, and a triple line indicates an optical or electrical connection. The same applies to the following drawings.
[0025]
From the optical input end 105 to the optical output end 106, an optical mixing unit 101, a synchronous optical pulse generation unit 102, and a two-branch optical coupler 103 are connected in order. Also, a feedback loop FB is connected between the optical mixing unit 101 and the two-branch optical coupler 103, and the optical multiplexer 104 is connected on the feedback loop FB.
[0026]
The optical pulse signal having the frequency F <b> 1 (= (n + 1) F <b> 0) input from the optical input terminal 105 is input to the optical mixing unit 101. The optical mixing unit 101 also receives an optical pulse signal having a frequency of n × F 0 from the optical multiplexer 104. The optical mixing unit 101 has a fixed relationship with the phase of the optical pulse signal input from the optical input terminal 105 due to the nonlinear optical effect, and the frequency F0 that is the difference between the frequencies of the two input optical pulse signals. An optical signal or an electric signal including the component (= F1-n × F0) is generated. The optical mixing unit 101 sends this optical signal or electrical signal to the synchronous optical pulse generator 102.
[0027]
The synchronous optical pulse generator 102 generates an optical pulse signal synchronized with the signal of the component of the frequency F0 included in the optical signal or electrical signal input from the optical mixer 101. The two-branch optical coupler 103 splits the optical pulse signal output from the synchronous optical pulse generator 102 into two, outputs one to the optical output terminal 106, and outputs the other to the optical multiplexer 104. The optical multiplexer 104 multiplies the frequency of the received optical pulse signal by n to generate an n × F 0 optical pulse signal, and outputs the optical pulse signal to the optical mixing unit 101.
[0028]
With the above operation, the circuit shown in FIG. 1 divides the frequency of the optical pulse signal input from the optical input terminal 105 by 1 / (n + 1) and outputs the optical pulse signal having the frequency F0 from the optical output terminal 106. Since it has a function as an oscillator and the phase of the output optical pulse signal has a certain relationship with the phase of the input optical pulse signal, it becomes an optical down converter.
[0029]
The feature of this optical down-converter is that an optical pulse signal mainly having a frequency of n × F 0 is input to the optical mixing unit 101 using the optical multiplexer 104. In the conventional optical down converter shown in FIG. 5, an optical pulse signal having a frequency of n × (f0 + F0) is input to the optical mixer 605. This optical pulse signal is generated by the optical pulse generator 604. . The optical pulse generator 604 outputs an optical pulse signal of frequency n × (F0 + f0), which is the nth harmonic of the input optical pulse signal of frequency F0 + f0, and the intensity of this nth harmonic is input. It is weak because it is greatly attenuated with respect to the intensity of the optical pulse signal of frequency F0 + f0. Therefore, the intensity of the optical pulse signal having the frequency n × F0 output from the optical mixer 605 is reduced, the phase comparison operation by the electric phase comparator 603 is not accurately performed, and the down-conversion operation becomes unstable. Therefore, in the present optical down converter, the optical pulse signal output from the optical multiplexer 104 is input to the optical mixing unit 101, and the optical mixing unit 101 outputs the optical pulse signal having high intensity, thereby stabilizing the optical pulse converter. Down conversion operation is realized.
[0030]
Next, the principle of multiplying the optical pulse signal input to the optical multiplexer 104 by n will be described. As the optical multiplexer 104, a dispersive optical waveguide or a planar waveguide having a predetermined length is used. As the dispersive optical waveguide, a communication optical fiber can be used simply.
[0031]
Hereinafter, optical pulse multiplication using an optical fiber will be described. An optical fiber has a characteristic of dispersion. Due to this characteristic, a phenomenon occurs in which the propagation time of light differs depending on the wavelength. The optical pulse has a finite time width, and the frequency spectrum of the optical pulse includes many wavelength components. In addition, the frequency spectrum of the optical pulse train is a collection of line spectra having pulse frequency intervals. Therefore, when the optical pulse train propagates through the optical fiber, the time waveform is widened and the wavelength is distributed from the head portion to the tail portion of one pulse. As the optical pulse train travels through the optical fiber for a long distance, the spread optical pulses overlap. In the overlapped portion, light interference occurs, and the light pulse is superimposed on the in-phase portion, but the light pulse disappears in the opposite phase portion. Since the overlapping portions of the light pulses have different wavelengths, the light pulses do not disappear uniformly, but part of the overlapping portions disappear. This allows the original single light pulse to be split into two or more.
[0032]
The principle of optical pulse multiplication described above is described in the document Electronic Letters, 16th, April, 1998, Vol.34, No8, PP.792-793, and the required optical fiber length is given by the equation (1) in the document. It is determined using Equation (2) and Equation (3).
[0033]
In addition to optical fibers, optical fiber Bragg gratings are well known as dispersive waveguides. In the case of an optical fiber, the length is on the order of several hundred meters, whereas in the case of an optical fiber Bragg grating, the length may be on the order of centimeters. Therefore, when a short waveguide is required, an optical fiber Bragg grating is suitable as a dispersive optical waveguide.
[0034]
It is also well known that optical pulse multiplication can be performed in a planar waveguide. FIG. 2 is a diagram illustrating the principle. The planar waveguide includes an optical input end 201, an optical output end 202, an input side light bifurcation portion 203, an output side light bifurcation portion 204, a first optical path 205, and a second optical path 206.
[0035]
The intensity of the optical pulse train input from the optical input terminal 201 is bifurcated by the input side optical bifurcation unit 203. Since the optical path length of the second optical path 206 is larger than the optical path length of the first optical path 205, the optical pulse train branched into two reaches the output side optical branching section 204 with a time difference. The two optical pulse trains that have arrived are superimposed and output by the output-side optical bifurcation unit 204. As a result, the other optical pulse train enters between each pulse of one optical pulse train, and the number of optical pulses per unit time is doubled and output from the optical output terminal 202.
[0036]
Furthermore, the length of each of the first and second optical paths 205 and 206 is set appropriately, the time difference of the optical pulse is arbitrarily selected, and if this planar waveguide is connected in cascade, the number can be arbitrarily set. A multiplied optical pulse train can be obtained. However, it is necessary to set the pulse width of the original optical pulse train sufficiently narrower than the time interval of the optical pulses so that the multiplied optical pulse trains do not overlap each other.
[0037]
FIG. 3 is a block diagram showing a more detailed configuration of the optical mixing unit 101 and the synchronous optical pulse generator 102 of the optical downconverter shown in FIG. 1, where 301 indicates an optical mixer and 302 indicates a synchronous optical pulse generator. Is shown. As shown in FIG. 1, the light mixing unit 301 includes a photoelectric converter 307 and a narrow band electrical filter 308, and the synchronous light pulse generation unit 302 includes a limiter type electric amplifier 309, a narrow band electrical filter 310, and an electrical light conversion. A container 311 is provided. Reference numeral 303 denotes a two-branch optical coupler, 304 denotes an optical multiplexer having a multiplication factor of n, 305 denotes an optical input end, and 306 denotes an optical output end.
[0038]
An optical input terminal 305 and an optical multiplexer 304 are connected to the input side of the photoelectric converter 307, and the narrow-band electrical filter 308 is connected to the output side of the photoelectric converter 307. The limiter type electric amplifier 309 is connected to the output side of the narrow band electric filter 308, and a feedback loop FB1 is connected between the output end and the input end thereof, and the narrow band electric filter 310 is connected to the feedback loop FB1. It is connected to the. The electro-optic converter 311 is connected to the output side of the limiter type electric amplifier 309, and the two-branch optical coupler 303 is connected to the output side of the electro-optic converter 311.
[0039]
As the photoelectric converter 307, a single traveling carrier photodiode is suitable. Due to the nonlinear optical effect of the diode, when two optical pulse signals are input to the photoelectric converter 307, an electrical signal having a frequency difference component between these optical pulse signals is output.
[0040]
When the optical pulse signal having the frequency F1 is input to the photoelectric converter 307 via the optical input terminal 305 and the optical pulse signal having the frequency n × F0 is input from the optical multiplexer 304, the photoelectric converter 307 is input. Outputs an electric signal of frequency F1-n × F0. Here, when the integer n, the frequency F0, and the frequency F1 are set so as to satisfy the relationship of F1 = (n + 1) × F0, the photoelectric converter 307 outputs an electrical signal including the component of the frequency F0. It will be.
[0041]
Since the center frequency of the narrowband electrical filter 308 is F0, an electrical signal having the frequency F0 is extracted from the narrowband electrical filter 308 and output to the synchronous light pulse generator 302.
[0042]
Most of the output of the limiter type electric amplifier 309 is sent to the electro-optical converter 311, but part of the output is fed back to the input terminal of the limiter type electric amplifier 309 via the narrow band electric filter 310. Here, the magnitude of the electrical signal fed back by the feedback loop FB1 is set to a magnitude at which the limiter type electric amplifier 309 is in a weak self-excited oscillation state. The center frequency of the narrow band electric filter 310 is F0. For this reason, the limiter type electric amplifier 309 oscillates an electric signal having a frequency F 0 and outputs it to the electro-optical converter 311.
[0043]
The electro-optical converter 311 is a semiconductor laser and is driven by an electric signal having a frequency F0 to generate an optical pulse signal having a frequency F0. When the optical pulse signal having the frequency F 0 is input to the optical multiplexer 304, the optical pulse signal is multiplied by n to be converted into an optical pulse signal having a frequency of n × F 0 and transmitted to the optical mixing unit 301.
[0044]
With the above operation, the circuit of FIG. 3 becomes an oscillation circuit having a frequency of F0, and the phase thereof has a fixed relationship with the phase of the optical pulse signal input to the optical input terminal 305. That is, the optical pulse signal output from the optical output terminal 306 via the two-branch optical coupler 303 is an optical pulse signal obtained by down-converting the optical pulse signal having the frequency F1. Since the division between the light mixing unit 301 and the synchronous light pulse generation unit 302 in FIG. 3 is convenient, there is no problem even if the limiter type electric amplifier 309 is included in the light mixing unit 301, for example.
[0045]
As described above, in the optical down-converter shown in FIG. 3, the limiter type electric amplifier 309 that functions as the self-excited oscillation circuit with the synchronous optical pulse generator 302 and the narrow band connected to the input end and the output end of the limiter type electric amplifier 309. Since it is configured using the electric filter 310, a desired electric pulse signal can be obtained without separately providing an oscillator for generating a pulse signal, and the circuit configuration can be simplified.
[0046]
Note that the photoelectric converter 307 is preferably configured with an element having no polarization dependency, whereby the polarization dependency of the present optical down converter can be eliminated.
[0047]
The optical downconverter shown in FIG. 1 is not limited to the configuration shown in FIG. 3. For example, the optical mixing unit 101 is a semiconductor optical amplifier or an absorption optical modulator, and the synchronous light pulse generator 102 is an injection-locked oscillation laser. It may be configured. In this case, since the signal output from the light mixing unit 101 is light, the light mixing unit 101 and the synchronized light pulse generation unit 102 are connected to each other by light. In the semiconductor optical amplifier and the absorption optical modulator, the carrier density varies depending on the light intensity injected into the element and operates in a non-linear manner. Therefore, when two optical pulse signals are input simultaneously, the sum of their frequencies An optical pulse signal having a frequency difference is output. Further, since the semiconductor optical amplifier or the absorption optical modulator has no polarization dependency, the polarization dependency of the present optical downconverter can be eliminated.
[0048]
In addition, an injection-locked oscillation laser is used as the synchronous light pulse generator 102. This injection-locked oscillation laser has a specific frequency and receives an optical signal having a sufficiently small intensity compared to its oscillation output. Even in this case, the optical pulse signal having the same frequency is oscillated in synchronization with the input optical signal. Therefore, even if the intensity of the optical signal output from the optical mixing unit 101 is weak, the synchronous optical pulse generation unit 102 outputs a high intensity optical pulse signal.
[0049]
FIG. 4 is a block diagram showing another detailed configuration example of the optical down converter shown in FIG. The optical down converter shown in FIG. 4 is characterized in that the synchronous optical pulse generator 102 does not have the self-excited oscillation mechanism shown in FIG. 3 but includes a voltage-controlled oscillator.
[0050]
Reference numeral 401 denotes an optical mixing unit, 402 denotes a synchronous optical pulse generation unit, 403 denotes a two-branch optical coupler, 404 denotes an optical multiplexer, 405 denotes an optical input end, and 406 denotes an optical output end. The synchronous optical pulse generator 402 includes an electrical amplifier 409, an electrical phase comparator 410, a voltage controlled oscillator 411, an electrical amplifier 412, and an electrical optical converter 413.
[0051]
The electric amplifier 409 is connected to the output side of the narrow band electric filter 408, and the electric phase comparator 410 is connected to the output side of the electric amplifier 409 and the output side of the voltage controlled oscillator 411. The voltage controlled oscillator 411 is connected to the electric phase comparator 410 via the error signal line 410a, and the error signal e output from the electric phase comparator 410 passes through the error signal line 410a to be a voltage controlled oscillator. 411 is input. Further, the electric amplifier 412 is connected to the output side of the voltage controlled oscillator 411, the electro-optical converter 413 is connected to the output side of the electric amplifier 412, and the two-branch optical coupler 403 is connected to the output side of the electro-optical converter 413. Is connected.
[0052]
When the optical pulse signal having the frequency F1 is input to the photoelectric converter 407 via the optical input terminal 405 and the optical pulse signal having the frequency n × F0 is input from the optical multiplexer 404, the optical pulse having the frequency F0 is input. Outputs a pulse signal. Here, since the integer n, the frequency F0, and the frequency F1 are set so as to satisfy the relationship of F1 = (n + 1) × F0, the photoelectric converter 407 has a frequency F0 (= F1−n × F0). An electrical signal including the component is output.
[0053]
When the electrical signal output from the photoelectric converter 407 passes through the narrow-band electrical filter 408 having a center frequency of F0, the frequency component of F0 is extracted and sent to the synchronous optical pulse generator 402.
[0054]
The electric signal having the frequency F0 output from the optical mixing unit 401 is amplified by the electric amplifier 409 and then input to the electric phase comparator 410. The electric phase comparator 410 also receives an electric pulse signal having a frequency F0 output from the voltage controlled oscillator 411, and generates an error signal e corresponding to the phase difference between the two electric signals.
[0055]
The error signal e is input to the voltage controlled oscillator 411 as a control voltage for the voltage controlled oscillator 411. Since the voltage controlled oscillator 411 changes the phase so that the input error signal e becomes zero, in a steady state where the error signal e is zero, the phase of the electric signal output from the optical mixing unit 401, The electric signal generated from the voltage controlled oscillator 411 maintains a certain relationship with the phase.
[0056]
The electric signal output from the voltage controlled oscillator 411 is amplified by the electric amplifier 412 and then input to the electro-optical converter 413 to drive the semiconductor laser that constitutes the electro-optical converter 413. As a result, the electro-optical converter 413 outputs an optical pulse signal having the frequency F0. This optical pulse signal is branched by the two-branch optical coupler 403, one being output to the optical output terminal 406 and the other being output to the optical multiplexer 404. The optical pulse signal input to the optical multiplexer 404 is multiplied by n, converted to an optical pulse signal having a frequency of n × F 0, and output to the photoelectric converter 407.
[0057]
Note that the division between the light mixing unit 401 and the synchronous light pulse generation unit 402 shown in FIG. 4 is convenient, and there is no problem even if the electric amplifier 409 is included in the light mixing unit 401, for example.
[0058]
According to the optical down-converter shown in FIG. 4, the voltage controlled oscillator 411 generates an electric signal having the frequency F0 so that the error signal e output from the electric phase comparator 410 becomes zero, and the generated electric signal is converted into an optical signal. Since the down-converted light is generated by converting into the pulse signal, the phase of the optical pulse signal input from the optical input terminal 405 and the down-converted light can be made to coincide with each other accurately.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical down converter according to the present invention, when the optical mixing unit performs optical mixing, the harmonic component included in the optical waveform is not used as in the conventional optical down converter. Since the optical mixing is performed using the optical pulse signal of frequency n × F0 generated by multiplying the optical pulse signal of frequency F0 output from the optical multiplexer, the optical mixing unit has high intensity. An optical pulse signal is output. As a result, high-intensity down-converted light can be obtained, and the down-conversion operation is stabilized. In addition, since the circuit is configured by combining components such as the light mixing section, an advanced semiconductor manufacturing technique is not required.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an optical down converter according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of optical pulse multiplication by a planar waveguide.
FIG. 3 is a block diagram showing a detailed configuration of the optical down converter according to FIG. 1;
4 is a block diagram showing a detailed configuration of the optical down converter according to FIG. 1;
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a conventional optical down converter.
[Explanation of symbols]
101 301 401 Light mixing section
102 302 402 Synchronous optical pulse generator
103 303 403 Two-branch optical coupler
104 304 404 Optical multiplexer
105 201 305 405 Optical input terminal
106 202 306 406 Optical output end
203 204 Optical bifurcation
205 First optical path
206 Second optical path
307 407 photoelectric converter
308 310 408 Narrow band electrical filter
309 Limiter type electric amplifier
311 Electro-optical converter
409 Electric amplifier
410 Electrical phase comparator
411 Voltage controlled oscillator
412 Electric amplifier
413 electro-optic converter
601 Voltage controlled oscillator
602 Electric signal generator
603 Electric phase comparator
604 Optical pulse generator
605 Optical mixer
606 photoelectric converter
607 Electric mixer
608 Output optical pulse generator
609 Electric signal multiplier
610 Optical input terminal
611 Optical output terminal

Claims

An optical mixing unit, a synchronous optical pulse generation unit, an optical coupler, and an optical multiplexer that multiplies the frequency of the optical signal by n (n is an integer) are connected in a ring, and the frequency F1 is relative to the optical mixing unit. An optical signal of F0 × (n + 1) is input, an optical signal of frequency n × F0 output from the optical multiplexer is input, and an electrical signal including a frequency difference between these optical signals as a frequency component is output. An optical downconverter that extracts an optical signal having a constant relationship with the phase of an optical signal having a frequency of F0 and a phase of F1 from the optical coupler,
The light mixing section is
A photoelectric converter,
A narrow band electrical filter having a center frequency of F0,
The synchronous light pulse generator is
A limiter type electric amplifier provided with a feedback means by a narrow band electric filter whose center frequency is F0;
An optical down-converter comprising: an electro-optical converter that converts an electric signal output from the limiter-type electric amplifier into an optical signal.

An optical mixing unit, a synchronous optical pulse generation unit, an optical coupler, and an optical multiplexer that multiplies the frequency of the optical signal by n (n is an integer) are connected in a ring, and the frequency F1 is relative to the optical mixing unit. An optical signal of F0 × (n + 1) is input, an optical signal of frequency n × F0 output from the optical multiplexer is input, and an electrical signal including a frequency difference between these optical signals as a frequency component is output. An optical downconverter that extracts an optical signal having a constant relationship with the phase of an optical signal having a frequency of F0 and a phase of F1 from the optical coupler,
The light mixing unit includes a photoelectric converter,
A narrow band electrical filter having a center frequency of F0,
The synchronous light pulse generator is
A voltage controlled oscillator that generates an electrical signal of frequency F0;
An electrical phase comparator that generates an error signal according to a phase difference between the electrical signal output from the optical mixing unit and the electrical signal output from the voltage controlled oscillator, and outputs the error signal to the voltage controlled oscillator;
An optical down converter comprising: an electro-optical converter that converts an electric signal output from the voltage-controlled oscillator into an optical signal .

An optical mixing unit, a synchronous optical pulse generation unit, an optical coupler, and an optical multiplexer that multiplies the frequency of the optical signal by n (n is an integer) are connected in a ring, and the frequency F1 is relative to the optical mixing unit. An optical signal of F0 × (n + 1) is input, an optical signal of frequency n × F0 output from the optical multiplexer is input, and an optical signal including a frequency difference between these optical signals as a frequency component is output. An optical downconverter that extracts an optical signal having a constant relationship with the phase of an optical signal having a frequency of F0 and a phase of F1 from the optical coupler,
The optical mixing unit is a semiconductor optical amplifier or an absorption optical modulator,
The optical down converter, wherein the synchronous light pulse generator is an injection semiconductor laser .

It said optical multiplexer, the optical-down converter according to claim 1, characterized in that it is constituted by a dispersive optical waveguide or a planar waveguide.