JP4502500B2 - 光時分割多重化信号処理装置および処理方法、光時分割多重化信号受信装置 - Google Patents
光時分割多重化信号処理装置および処理方法、光時分割多重化信号受信装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に光信号処理装置に係り、特に光時分割多重化信号処理装置に関する。
【０００２】
光時分割多重化技術は、波長多重化技術と並んで今日の超高速光通信系において必須の技術である。光時分割多重化技術においては各チャネルの信号成分が異なったタイミングでサンプリングされ、重ね合わされて多重化光信号が形成される。その結果、単一の光ファイバを介して複数チャネルの光信号を伝送することが可能になる。
【０００３】
【従来の技術】
光時分割多重化技術では、入来する光時分割多重化信号の速度が一般にフォトダイオード等の高速光検出器の応答速度よりもはるかに高速であるため、受信装置においては入来した光時分割多重化信号を電気光学変調器により各チャネルの光信号成分にいったん分離し、これをフォトダイオードにより検出することが行われている。
【０００４】
図１は、従来の光時分割多重化信号受信装置１０の一例を示す。
【０００５】
図１を参照するに、光ファイバ１１中を伝送される光時分割多重信号ＯＴＤＭは電気光学変調器１２に供給されるが、前記電気光学変調器１２はクロック信号源１３から指定のチャネルに対応したクロック電圧信号を供給され、透過率を前記クロック電圧信号に応じて変化させる。その結果、前記電気光学変調器１２では前記入来光時分割多重信号に対して、前記クロック電圧信号に対応したタイミングで光学的なサンプリングがなされ、所望のチャネルの光信号成分が抽出される。このようにして抽出された光信号成分は光ファイバあるいは光導波路を介してフォトダイオード１４に供給され、電気信号に変換される。
【０００６】
図２は、別の従来の光時分割多重化信号受信装置２０の構成を示す。
【０００７】
図２を参照するに、光ファイバ２１中を伝送される光時分割多重化信号ＯＴＤＭは、光導波路２２を介して光クロック信号を供給される全光ゲート２３に供給され、全光ゲート２３は前記光クロック信号に応じて透過率を変化させる。その結果、前記全光ゲート２３の出射側に形成された光導波路２４には、前記光クロック信号に対応したチャネルの光信号成分が抽出・出力され、フォトダイオード２５により検出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１の構成では、電気光学変調器１２の応答速度はフォトダイオードの応答速度よりは速いものの、限界があり、光時分割多重化信号の伝送速度がさらに向上した場合には、もはや有効でなくなる。
【０００９】
一方図２の構成では、全光ゲート２３は高速光時分割多重化信号に応答可能な速度を有するが、かかる全光ゲート２３は光クロック信号による光吸収飽和をその動作原理としているため、オンオフ駆動するのに強力な光クロック信号を必要とし、構成が大掛かりになってしまう問題点を有する。
【００１０】
そこで本発明は上記の課題を解決した、新規で有用な光時分割多重化信号処理装置を提供することを概括的課題とする。
【００１１】
本発明のより具体的な課題は、簡単な構成で高速光時分割多重化信号から各チャネルの光信号成分を抽出できる光時分割多重化信号処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を、光時分割多重化信号と光クロック信号とを供給され、これらに同一の分散特性で光分散を与える光分散部と、前記光分散部に光学的に結合され、前記光時分割多重化信号と前記光クロック信号とを重畳して受光する光検出器と、前記光検出器の出力端子に接続され、前記光検出器の出力電気信号から所望の周波数帯域の電気信号を抽出するフィルタとを備えたことを特徴とする光時分割多重化信号処理装置により、解決する。
【００１３】
本発明によれば、前記光時分割多重化信号と光クロック信号とは前記光分散部によりチャープを与えられ、その結果、それぞれのスペクトルは時間と共に波長が変化するように変化する。その際、各々の光信号は入来時には非常に短い光インパルスであっても、チャープの結果、より長い時間持続する波形を有する光信号に変化する。本発明ではかかるチャープを与えられた光信号が重畳される結果、前記光時分割多重信号と光クロック信号との間には干渉により、前記光時分割多重信号と光クロック信号との間のタイミング差に対応した周波数のビートが発生する。そこで、かかるビートを光検出器により検出し、所望の周波数帯域をフィルタにより切り出すことにより、前記光時分割多重化信号から所望のチャネルの信号成分を抽出することが可能になる。
【００１４】
すなわち本発明により、非常に簡単な構成により高速光時分割多重化信号を各チャネルに分離する信号処理装置、および受信装置が可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
図３は本発明の第１実施例による光時分割多重化信号の受信装置３０の構成を、図４は前記受信装置３０の動作原理を説明する図である。
【００１６】
図３を参照するに、前記受信装置３０では入来光時分割多重化信号ＯＴＤＭを導波する光ファイバ３１と光クロック信号ＣＬＫを導波する光ファイバ３２とが光結合器３３において光学的に結合される構成を有し、前記光結合器３３においては前記時分割多重化信号ＯＴＤＭと光クロック信号ＣＬＫとが合波される。かかる合波の結果形成された光信号は、光ファイバループなどよりなる分散媒質３４中に出射される。光時分割多重化信号ＯＴＤＭおよび光クロック信号ＣＬＫは、図３中（ａ），（ｂ）に示すように光パルス列よりなるが、以下図４で詳細に説明するように、前記分散媒質中３４中において前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭおよび光クロック信号ＣＬＫを構成する光パルスは各々がチャープを受ける。
【００１７】
このようにしてチャープを受けた光時分割多重化信号ＯＴＤＭおよび光クロック信号ＣＬＫはフォトダイオード３５において電気信号に変換され、さらにフィルタを含む復調回路３６により、図３中、（ｃ）に示すように所望のチャネルの信号成分が前記フォトダイオード３５の出力電気信号から抽出される。
【００１８】
図４を参照するに、前記光ファイバ３１中を伝送される光時分割多重化信号ＯＴＤＭでは、図４中（ｂ）に示すようにチャネル１〜４の光信号パルスが順次繰り返されており、各々の光信号パルスは、インパルスに特有の広がった周波数スペクトルを有するのがわかる。前記光ファイバ３２中の光クロック信号ＣＬＫも、図４中（ａ）に示すように同様な広がった周波数スペクトルを有し、前記光結合器３３において前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭと光クロック信号ＣＬＫとが合波される結果、前記光結合器３３から前記分散媒質３４に入射する光信号は、図４中（ｃ）に示すように、前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭと前記光クロック信号ＣＬＫとを重畳したスペクトルを有する。図示の例では、前記光クロック信号ＣＬＫのタイミングは、チャネル１の光信号パルスのタイミングよりもやや遅れている。
【００１９】
このようにして前記分散媒質３４に入来した光信号は、先に説明したように前記分散媒質３４中における分散の結果チャープを生じ、前記光信号中のそれぞれの光パルスでは、当初のスペクトルが、図４中（ｄ）に示すように周波数が時間と共に低周波から高周波へと変化するチャープを含む特徴的なスペクトルへと変化する。このようなチャープを含む光信号では、任意の時間においてチャネル１〜４の光信号パルスと光クロック信号パルスＣＬＫとが同時に存在することになり、従ってこれらの信号の相互干渉によりビートが生じる。
【００２０】
例えば、前記チャネル１の光パルススペクトルと光クロックの光パルススペクトルとの間には、前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭと光クロック信号ＣＬＫとが同一の分散媒質３４中において同一のチャープを受けることに起因して、図４中に示すように一定の周波数差Δｆが存在し、その結果前記分散媒質３４を出射する光信号中には、図４中（ｅ）に示すようにビート周波数Δｆのビート信号が含まれるようになる。前記ビート周波数Δｆのビート信号は、前記チャネル１の光信号成分と光クロック信号との干渉により生じたものであり、従って前記チャネル１の情報を保持している。
【００２１】
そこで、前記分散媒質３４の出射光信号をフォトダイオード３５により検出することにより、図４中（ｅ）に示すように前記ビート周波数Δｆのビート信号を電気信号として検出することが可能になる。さらに前記フォトダイオード３５の出力端子には、チャネル２〜４の光信号成分と前記光信号成分ＣＬＫとの干渉によるビート信号や、前記チャネル１〜４の光信号成分同士の干渉によるビート信号に対応する信号成分が含まれる。これらの追加のビート信号成分は、前記ビート周波数Δｆよりも高いビート周波数を有する。
【００２２】
そこで、前記フォトダイオード３５の出力信号を適当なフィルタ回路を通し、前記ビート周波数Δｆのビート信号を抽出することにより、チャネル１を介して伝送された情報を再生することが可能になる。その際、前記フォトダイオード３５は、高速光時分割多重化信号ＯＴＤＭ自体ではなく、前記周波数Δｆのビート信号を検出すればよいため、信号検出に十分な応答特性を有している。
【００２３】
図５（Ａ）は、図３の光時分割多重信号処理装置３０の可能性を検証するために構築された光信号処理装置の構成を示す。従って図５（Ａ）中、先に図３で説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００２４】
図５（Ａ）を参照するに、前記光ファイバ３２の入射端には光パルス発振器３１Ａが設けられ、前記光パルス発振器３１Ａはパルス幅が約３００ｆｓの光パルスを８０ＭＨｚの繰り返し周波数で前記光ファイバ３２中に注入する。
【００２５】
前記光ファイバ３２中には前記光結合器３３との間に光遅延素子３１Ｂと偏波コントローラ３１Ｃとが設けられ、先に前記光パルス発振器３１Ａから注入された光パルスは、前記光遅延素子３１Ｂにより遅延時間を与えられ、さらに前記偏波コントローラ３１Ｃにより偏波面が制御された後、前記光結合器３３において分散媒質として使われるシングルモードファイバループ３４中に注入される。前記偏波コントローラ３１Ｃは、図５（Ｂ）に示すように１／４波長板３１Ｃ1と１／２波長板３１Ｃ2とを光軸上に配置した構成を有し、入射光が入射した場合に光軸回りで回転させることによりその偏波面を制御することができる。図５（Ａ）の構成では、前記シングルモードファイバループ３４として、長さが１ｋｍの通常のシングルモードファイバを使っている。かかるシングルモード光ファイバは、例えば１．３μｍの波長帯域において分散がゼロ、１．５５μｍの波長帯域において最大で１０ｐｓ／ｋｍの分散を有するものであってもよい。
【００２６】
一方、前記光パルス発振器３１Ａの出力光パルスは前記光遅延素子３１Ｂと光パルス発振器３１Ａとの間に設けられた結合器３１Ｄにより分岐され、ハーフミラーとプリズムを組み合わせた光多重反射素子３１Ｅにより、間隔が約２．５ｐｓの光パルス列に変換される。図５の構成では、このようにして形成された光パルス列は前記光ファイバ３１の端部に、前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭの代わりに光多重化信号として注入される。
【００２７】
図１７は、前記光遅延素子３１Ｂの具体的な構成例を示す。
【００２８】
図１７を参照するに、前記光遅延素子３１Ｂは前記光結合器３１Ｄより延在する入力側光ファイバ３１ｄに結合されたレンズ３１Ｂ1と前記偏波コントローラ３１Ｃへと延在する出力側光ファイバ３１ｃに結合されたレンズ３１Ｂ2とを含み、前記レンズ３１Ｂ1と３１Ｂ2との間には、直角プリズム３１Ｂ3と３１Ｂ4とが、前記プリズム３１Ｂ3と３１Ｂ4との間の距離が可変となるように配設されている。前記光ファイバ３１ｄを介して入射した光ビームは前記直角プリズム３１Ｂ3の一のミラー面で前記直角プリズム３１Ｂ4へと反射され、一方前記直角プリズム３１Ｂ4では前記直角プリズム３１Ｂ3から入射した光ビームを互いに直角な二つのミラー面で順次反射して前記直角プリズム３１Ｂ3に戻す。前記直角プリズム３１Ｂ3に戻った光は前記一のミラー面に対して直角な別のミラー面で反射され、前記レンズ３１Ｂ2により前記出力側光ファイバ３１ｃ中に注入される。かかる構成の光遅延素子３１Ｂでは、前記プリズム３１Ｂ3と３１Ｂ4との間の間隔を変化させることで、所望の光遅延を実現することができる。
【００２９】
図６は、前記光パルス発振器３１Ａで形成されたパルス半値幅が３００ｆｓの光パルスを前記光ファイバ３４中を通した場合に得られる波形を示す。
【００３０】
図６を参照するに、光パルスはパルス半値幅が２７０ｐｓ程度まで広がっており、前記光ファイバ３４中において実質的な分散が生じていることを示している。
【００３１】
図７は、前記フォトダイオード３５の出力電気信号をスペクトルアナライザで分析した結果を示す。
【００３２】
図７を参照するに、前記フォトダイオード３５の出力電気信号中には前記光ファイバ３４中を伝播した各々の光パルスに対応して、０ＧＨｚ近傍にスペクトルのピークが存在するのがわかる。図７では、さらに９ＧＨｚ近傍にも別のスペクトルピークが存在するのが見られるが、この別のスペクトルピークが、先に図４で説明した、前記光ファイバ３１に注入された信号光パルスと光ファイバ３２に注入された光クロックパルスとの間に形成される、ビート周波数Δｆのビート信号に対応する。
【００３３】
そこで図５（Ａ）の構成において、前記光学遅延素子３１Ｂによる遅延時間を増加させると、前記ビート周波数Δｆは増大し、図７において前記ビート信号は高周波側にシフトする。一方前記遅延時間を減少させると前記ビート周波数Δｆは減少し、前記ビート信号は低周波側にシフトする。当然のことながら、前記遅延時間をゼロとした場合には、図７において前記ビート信号のスペクトルピークは光パルス自体のスペクトルピークと重なる。
【００３４】
さらに図８は、図５（Ａ）の構成において前記光学遅延素子３１Ｂの遅延時間を変化させた場合の前記フォトダイオード３５の出力電気信号を、７ＧＨｚのビート周波数成分について取り出し観測した結果を示す。
【００３５】
図８を参照するに、遅延時間３ｐｓ近傍の最初のピーク対は、前記光ファイバ３１からの前記ＯＴＤＭ信号のうち最初の光パルスと、光ファイバ３２からの光クロックパルスとの間のビートに対応しており、前記光クロックパルスのタイミングが前記ＯＴＤＭ信号パルスのタイミングよりも前にある場合と後にある場合とに対応して前記ピーク対を構成する二つのピークが、前記フォトダイオード３５の出力電気信号中に現れる。続くピーク対は、二番目のＯＴＤＭ信号パルスと前記光クロックパルスとの間のビートに対応し、以下同様である。
【００３６】
このように、図３の構成により、入来する光時分割多重化信号ＯＴＤＭと光クロック信号との間においてビート信号を形成し、これを検出することが可能であることが立証された。
【００３７】
図９は、前記フォトダイオード３５の出力電圧信号を、図１０に示す復調回路３６においてフィルタ３６Ａによりフィルタして取り出したチャネル１の信号成分の波形を示す。かかる出力電圧信号を包絡線検波器３６Ｂにより検波することにより、前記チャネル１の情報を再生することができる。
【００３８】
図１１は図３の受信装置３０の一変形例を示す。
【００３９】
図１１の構成では、無偏波化装置３２Ａが設けられ、前記光ファイバ３２中に注入された光クロック信号ＣＬＫを無偏波化する。また前記無偏波化装置３２Ａは前記光結合器３３の出射端に設けてもよい。
［第２実施例］
図１２は本発明の第２実施例による光時分割多重化信号の受信装置４０の構成を示す。ただし図１２中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４０】
図１２を参照するに、本実施例の受信装置４０では光時分割多重化信号ＯＴＤＭがシングルモードファイバ等よりなる第１の分散媒質３４Ａに入来し、さらに光クロック信号ＣＬＫが同じくシングルモードファイバ等よりなる第２の分散媒質３４Ｂに入来する。光ファイバ３４Ａと３４Ｂとは光結合器３３において光学的に結合され、前記光結合器３３において合波された前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭと光クロック信号ＣＬＫとはフォトダイオード３５に供給され、光電変換される。
【００４１】
さらに前記フォトダイオード３５の出力電気信号は図１０に示した復調回路３６により処理され、所望のチャネルの情報が電気信号の形で再生される。
【００４２】
このように本実施例では光時分割多重化信号ＯＴＤＭと光クロック信号ＣＬＫとが別々の分散媒質３４Ａ，３４Ｂにおいて分散を受けチャープを生じるが、分散媒質３４Ａ，３４Ｂとして、実質的に同一の分散特性を有する媒質を使うことにより、先の図３の受信装置４０と同等の動作を実現することができる。
［第３実施例］
図１３は本発明の第３実施例による多チャンネル光時分割多重化信号受信装置５０の構成を示す。ただし図１３中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４３】
図１３を参照するに、前記分散媒質３４Ａの出射端側には光結合器３４ａが設けられ、前記分散媒質３４Ａを通った光時分割多重化信号ＯＴＤＭは複数の光導波路３４1〜３４nに分岐され、それぞれの光導波路３４1〜３４nは対応する光結合器３３1〜３３nへと延在する。
【００４４】
前記光結合器３３1〜３３nにはさらに前記分散媒質３４Ｂが光学的に結合され、従って各々の光結合器３３1〜３３nにおいてはチャープを受けた光時分割多重化信号ＯＴＤＭと、同じくチャープを受けた光クロック信号ＣＬＫとが合波される。
【００４５】
このようにして合波された光信号は、前記光結合器３３1〜３３nから対応するフォトダイオード３５1〜３５nへと伝送され、電気信号に変換される。
【００４６】
前記フォトダイオード３５1〜３５nの出力電気信号はぞれぞれの復調回路３６1〜３６nにより処理される。すなわち、前記復調回路３６1〜３６nにおいてはそれぞれ所望チャネルＣｈ1〜Ｃｈnに対応したビート信号成分がフィルタリングにより抽出され、包絡線検波される。
【００４７】
図１４は、図１３の構成において各チャネルの信号を分離するために前記復調回路３６1〜３６nで使われるフィルタの特性を示す。
【００４８】
図１４よりわかるように、前記復調回路３６1〜３６nにおいて異なった通過帯域を有するフィルタを設けることにより、先に図４（ｅ）で説明した光クロック信号ＣＬＫと任意のチャネルＣｈ1〜Ｃｈnの光信号成分との間のビート信号を取り出すことが可能になる。
［第４実施例］
図１５は本発明の第４実施例による多チャンネル光時分割多重化信号受信装置６０の構成を示す。ただし図１５中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４９】
図１５を参照するに、前記受信装置６０では前記分散媒体３４Ｂと光結合器３３1との間、分散媒体３４Ｂと光結合器３３2との間、・・・分散媒体３４Ｂと光結合器３３nとの間に光遅延素子３４ｂ1，３４ｂ2，・・・３４ｂnがそれぞれ挿入され、前記光遅延素子３４ｂ1は前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭ中のチャネル１の光信号成分が前記光クロック信号ＣＬＫとの間に周波数が例えば７ＧＨｚ帯域のビート信号を生じるように設定された遅延時間τ1を有する。同様に前記光遅延素子３４ｂ2は前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭ中のチャネル２の光信号成分が前記光クロック信号ＣＬＫとの間に周波数が同じく７ＧＨｚ帯域のビート信号を生じるように設定された遅延時間τ2を有し、光遅延素子３４ｂnも、前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭ中のチャネルｎの光信号成分が前記光クロック信号ＣＬＫとの間に７ＧＨｚ帯域のビート信号を生じるように設定された遅延時間τnを有する。
【００５０】
かかる構成の受信機６０では、前記フォトダイオード３５1〜３５nの出力電気信号を協働する復調回路３６1〜３６nにおいて、図１６に示すようにビート周波数に対応した実質的に同一の通過帯域でフィルタすることにより、前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭ中の各チャネルの光信号を再生することが可能になる。
【００５１】
図１５の構成では、前記復調回路３６1〜３６nがいずれも同一の周波数帯域、例えば７ＧＨｚ帯域の信号を処理するため、図１３の構成に比べてフォトダイオード３５1〜３５nに対する応答特性の要求が緩和される。
【００５２】
以上の各実施例において、前記分散媒質３４あるいは３４Ａ，３４Ｂはシングルモード光ファイバループに限定されるものではなく、プリズムや回折格子等を使うことも可能である。
【００５３】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
（付記）
（付記１） 光時分割多重化信号と光クロック信号とを供給され、これらに光分散を与える光分散部と、
前記光分散部に光学的に結合され、前記光分散部中において前記光時分割多重化信号と前記光クロック信号とを重畳して受光する光検出器と、
前記光検出器の出力端に接続され、前記光検出器の出力電気信号から所望の周波数帯域の電気信号を抽出するフィルタとを備えたことを特徴とする光時分割多重化信号処理装置。
【００５４】
（付記２） 前記光分散部は、前記光時分割多重化信号を供給される第１の入射端と光クロック信号を供給される第２の入射端とを備え前記光時分割多重化信号と光クロック信号とを光学的に結合する光結合器と、前記光結合器の出射端に光学的に結合され、前記光時分割多重化信号と光クロック信号とに光分散を与える分散媒質とよりなることを特徴とする付記１記載の光時分割多重化信号処理装置。
【００５５】
（付記３） 前記分散媒質はシングルモード光ファイバ、あるいは回折格子、あるいはプリズムよりなることを特徴とする付記２記載の光時分割多重化信号処理装置。
【００５６】
（付記４） 前記光結合器は、前記第２の入射端に無偏波化素子を含むことを特徴とする付記２記載の光時分割多重化信号処理装置。
【００５７】
（付記５） 前記光分散部は、前記光時分割多重化信号を供給される第１の分散媒質と、前記光クロック信号を供給される第２の分散媒質と、前記第１の分散媒質を通過した前記光時分割多重化信号と前記第２の分散媒質を通過した前記光クロック信号とを合波する光結合器とよりなることを特徴とする付記１記載の光時分割多重化信号処理装置。
【００５８】
（付記６） 光時分割多重化信号と光クロック信号とに、それぞれチャープを与える工程と、
前記チャープを与えられた光時分割多重化信号と光クロック信号との間のビート成分を検出する工程とよりなることを特徴とする、光時分割多重化信号の処理方法。
【００５９】
（付記７） 光時分割多重化信号と光クロック信号とを供給され、これらに光分散を与える光分散部と、
前記光分散部に光学的に結合され、前記光時分割多重化信号と前記光クロック信号とを重畳して受光する光検出器と、
前記光検出器の出力端に接続され、前記光検出器の出力電気信号から所望の周波数帯域の電気信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタの出力信号を供給される包絡線検波器とを備えたことを特徴とする光時分割多重化信号受信装置。
【００６０】
（付記８） 光時分割多重化信号を供給され、これに光分散を与える第１の光分散部と、
光クロック信号を供給され、これに光分散を与える第２の光分散部と、
各々前記第１および第２の光分散部に光学的に結合され、前記時分割多重化信号と前記光クロック信号とを重畳して受光する複数の光検出器と、
前記複数の光検出器の出力信号をそれぞれ供給される複数の帯域通過フィルタと、
前記複数の帯域通過フィルタの出力信号をそれぞれ供給される複数の包絡線検波器とよりなり、
前記複数の帯域通過フィルタは、互いに異なった通過帯域を有することを特徴とする光時分割多重化信号受信装置。
【００６１】
（付記９） 前記複数の帯域通過フィルタの各々は、前記時分割多重化光信号中に含まれる光信号成分と前記光クロック信号との間のビート成分の周波数に同調した通過帯域を有することを特徴とする付記８記載の光時分割多重化信号受信装置。
【００６２】
（付記１０） 光時分割多重化信号を供給され、これに光分散を与える第１の光分散部と、
光クロック信号を供給され、これに光分散を与える第２の光分散部と、
各々前記光分散部に光学的に結合され、前記光分散を与えられた前記光クロック信号をそれぞれの遅延時間で遅延させる複数の光遅延素子と、
各々前記第１の光分散部と前記複数の光遅延素子の一つとに光学的に結合され、前記時分割多重化信号と前記光クロック信号とを重畳して受光する複数の光検出器と、
前記複数の光検出器の出力信号をそれぞれ供給される複数の帯域通過フィルタと、
前記複数の帯域通過フィルタの出力信号をそれぞれ供給される複数の包絡線検波器とよりなることを特徴とする光時分割多重化信号受信装置。
【００６３】
（付記１１） 前記複数の光遅延素子は、実質的に同一の通過帯域を有することを特徴とする付記１０記載の光時分割多重化信号受信装置。
【００６４】
（付記１２） 前記複数の光遅延素子は、前記光時分割多重化信号中の各チャネルに対応して設けられ、各々の光遅延素子は、対応するチャネルの光信号と前記光クロック信号との間に、前記通過帯域に対応する周波数のビート信号が形成されるように設定された遅延時間を有することを特徴とする付記１１記載の光時分割多重化信号受信装置。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、チャープを与えた光時分割多重化信号と光クロック信号とを重畳することにより前記光時分割多重信号と光クロック信号との間のタイミング差に対応した周波数のビート信号を形成し、かかるビート信号を光検出器により検出し、さらに所望の周波数帯域をフィルタにより切り出すことにより、前記光時分割多重化信号から所望のチャネルの信号成分を抽出することが可能になる。すなわち本発明により、非常に簡単な構成により高速光時分割多重化信号を各チャネルに分離する信号処理装置、および受信装置が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光時分割多重化信号受信装置の構成を示す図である。
【図２】従来の別の光時分割多重化信号受信装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例による光時分割多重化信号受信装置の構成を示す図である。
【図４】図３の光時分割多重化信号受信装置の動作原理を説明する図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は、図３の光時分割多重化信号受信装置に関する実験を説明する図である。
【図６】図３の光時分割多重化信号受信装置に関する実験を説明する別の図である。
【図７】図３の光時分割多重化信号受信装置に関する実験を説明するさらに別の図である。
【図８】図３の光時分割多重化信号受信装置に関する実験を説明するさらに別の図である。
【図９】図３の光時分割多重化信号受信装置に関する実験を説明するさらに別の図である。
【図１０】図３の光時分割多重化信号受信装置で使われる復調回路の構成を示す図である。
【図１１】図３の光時分割多重化信号受信装置の一変形例を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施例による光時分割多重化信号受信装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第３実施例による多チャンネル光時分割多重化信号受信装置の構成を示す図である。
【図１４】図１３の受信装置中の復調回路で使われる帯域通過特性を示す図である。
【図１５】本発明の第４実施例による多チャンネル光時分割多重化信号受信装置の構成を示す図である。
【図１６】図１５の受信装置中の復調回路で使われる帯域通過特性を示す図である。
【図１７】本発明で使われる光遅延素子の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０，２０ 時分割多重化光信号受信装置
１１，２１，２２，２４，３１，３１ｃ，３１ｄ，３２ 光ファイバ
１２ 電気光学変調器
１３ クロック信号源
２３ 全光ゲート
２５，３５，３５1〜３５n フォトダイオード
３１Ａ 光パルス発振器
３１Ｂ，３４ｂ1〜３４ｂn 光遅延素子
３１Ｂ1，３１Ｂ2 レンズ
３１Ｂ3，３１Ｂ4 プリズム
３１Ｃ 偏波コントローラ
３１Ｃ1，３１Ｃ2 位相補償板
３１Ｄ，３３，３３1〜３３n，３４ａ 光結合器
３１Ｅ 光多重反射素子
３２Ａ 偏波無依存化素子
３４，３４Ａ，３４Ｂ 分散媒質
３６，３６1〜３６n 復調器
３６Ａ 帯域フィルタ
３６Ｂ 包絡線検波器
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に光信号処理装置に係り、特に光時分割多重化信号処理装置に関する。
【０００２】
光時分割多重化技術は、波長多重化技術と並んで今日の超高速光通信系において必須の技術である。光時分割多重化技術においては各チャネルの信号成分が異なったタイミングでサンプリングされ、重ね合わされて多重化光信号が形成される。その結果、単一の光ファイバを介して複数チャネルの光信号を伝送することが可能になる。
【０００３】
【従来の技術】
光時分割多重化技術では、入来する光時分割多重化信号の速度が一般にフォトダイオード等の高速光検出器の応答速度よりもはるかに高速であるため、受信装置においては入来した光時分割多重化信号を電気光学変調器により各チャネルの光信号成分にいったん分離し、これをフォトダイオードにより検出することが行われている。
【０００４】
図１は、従来の光時分割多重化信号受信装置１０の一例を示す。
【０００５】
図１を参照するに、光ファイバ１１中を伝送される光時分割多重信号ＯＴＤＭは電気光学変調器１２に供給されるが、前記電気光学変調器１２はクロック信号源１３から指定のチャネルに対応したクロック電圧信号を供給され、透過率を前記クロック電圧信号に応じて変化させる。その結果、前記電気光学変調器１２では前記入来光時分割多重信号に対して、前記クロック電圧信号に対応したタイミングで光学的なサンプリングがなされ、所望のチャネルの光信号成分が抽出される。このようにして抽出された光信号成分は光ファイバあるいは光導波路を介してフォトダイオード１４に供給され、電気信号に変換される。
【０００６】
図２は、別の従来の光時分割多重化信号受信装置２０の構成を示す。
【０００７】
図２を参照するに、光ファイバ２１中を伝送される光時分割多重化信号ＯＴＤＭは、光導波路２２を介して光クロック信号を供給される全光ゲート２３に供給され、全光ゲート２３は前記光クロック信号に応じて透過率を変化させる。その結果、前記全光ゲート２３の出射側に形成された光導波路２４には、前記光クロック信号に対応したチャネルの光信号成分が抽出・出力され、フォトダイオード２５により検出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１の構成では、電気光学変調器１２の応答速度はフォトダイオードの応答速度よりは速いものの、限界があり、光時分割多重化信号の伝送速度がさらに向上した場合には、もはや有効でなくなる。
【０００９】
一方図２の構成では、全光ゲート２３は高速光時分割多重化信号に応答可能な速度を有するが、かかる全光ゲート２３は光クロック信号による光吸収飽和をその動作原理としているため、オンオフ駆動するのに強力な光クロック信号を必要とし、構成が大掛かりになってしまう問題点を有する。
【００１０】
そこで本発明は上記の課題を解決した、新規で有用な光時分割多重化信号処理装置を提供することを概括的課題とする。
【００１１】
本発明のより具体的な課題は、簡単な構成で高速光時分割多重化信号から各チャネルの光信号成分を抽出できる光時分割多重化信号処理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を、光時分割多重化信号と光クロック信号とを供給され、これらに同一の分散特性で光分散を与える光分散部と、前記光分散部に光学的に結合され、前記光時分割多重化信号と前記光クロック信号とを重畳して受光する光検出器と、前記光検出器の出力端子に接続され、前記光検出器の出力電気信号から所望の周波数帯域の電気信号を抽出するフィルタとを備えたことを特徴とする光時分割多重化信号処理装置により、解決する。
【００１３】
本発明によれば、前記光時分割多重化信号と光クロック信号とは前記光分散部によりチャープを与えられ、その結果、それぞれのスペクトルは時間と共に波長が変化するように変化する。その際、各々の光信号は入来時には非常に短い光インパルスであっても、チャープの結果、より長い時間持続する波形を有する光信号に変化する。本発明ではかかるチャープを与えられた光信号が重畳される結果、前記光時分割多重信号と光クロック信号との間には干渉により、前記光時分割多重信号と光クロック信号との間のタイミング差に対応した周波数のビートが発生する。そこで、かかるビートを光検出器により検出し、所望の周波数帯域をフィルタにより切り出すことにより、前記光時分割多重化信号から所望のチャネルの信号成分を抽出することが可能になる。
【００１４】
すなわち本発明により、非常に簡単な構成により高速光時分割多重化信号を各チャネルに分離する信号処理装置、および受信装置が可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
図３は本発明の第１実施例による光時分割多重化信号の受信装置３０の構成を、図４は前記受信装置３０の動作原理を説明する図である。
【００１６】
図３を参照するに、前記受信装置３０では入来光時分割多重化信号ＯＴＤＭを導波する光ファイバ３１と光クロック信号ＣＬＫを導波する光ファイバ３２とが光結合器３３において光学的に結合される構成を有し、前記光結合器３３においては前記時分割多重化信号ＯＴＤＭと光クロック信号ＣＬＫとが合波される。かかる合波の結果形成された光信号は、光ファイバループなどよりなる分散媒質３４中に出射される。光時分割多重化信号ＯＴＤＭおよび光クロック信号ＣＬＫは、図３中（ａ），（ｂ）に示すように光パルス列よりなるが、以下図４で詳細に説明するように、前記分散媒質中３４中において前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭおよび光クロック信号ＣＬＫを構成する光パルスは各々がチャープを受ける。
【００１７】
このようにしてチャープを受けた光時分割多重化信号ＯＴＤＭおよび光クロック信号ＣＬＫはフォトダイオード３５において電気信号に変換され、さらにフィルタを含む復調回路３６により、図３中、（ｃ）に示すように所望のチャネルの信号成分が前記フォトダイオード３５の出力電気信号から抽出される。
【００１８】
図４を参照するに、前記光ファイバ３１中を伝送される光時分割多重化信号ＯＴＤＭでは、図４中（ｂ）に示すようにチャネル１〜４の光信号パルスが順次繰り返されており、各々の光信号パルスは、インパルスに特有の広がった周波数スペクトルを有するのがわかる。前記光ファイバ３２中の光クロック信号ＣＬＫも、図４中（ａ）に示すように同様な広がった周波数スペクトルを有し、前記光結合器３３において前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭと光クロック信号ＣＬＫとが合波される結果、前記光結合器３３から前記分散媒質３４に入射する光信号は、図４中（ｃ）に示すように、前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭと前記光クロック信号ＣＬＫとを重畳したスペクトルを有する。図示の例では、前記光クロック信号ＣＬＫのタイミングは、チャネル１の光信号パルスのタイミングよりもやや遅れている。
【００１９】
このようにして前記分散媒質３４に入来した光信号は、先に説明したように前記分散媒質３４中における分散の結果チャープを生じ、前記光信号中のそれぞれの光パルスでは、当初のスペクトルが、図４中（ｄ）に示すように周波数が時間と共に低周波から高周波へと変化するチャープを含む特徴的なスペクトルへと変化する。このようなチャープを含む光信号では、任意の時間においてチャネル１〜４の光信号パルスと光クロック信号パルスＣＬＫとが同時に存在することになり、従ってこれらの信号の相互干渉によりビートが生じる。
【００２０】
例えば、前記チャネル１の光パルススペクトルと光クロックの光パルススペクトルとの間には、前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭと光クロック信号ＣＬＫとが同一の分散媒質３４中において同一のチャープを受けることに起因して、図４中に示すように一定の周波数差Δｆが存在し、その結果前記分散媒質３４を出射する光信号中には、図４中（ｅ）に示すようにビート周波数Δｆのビート信号が含まれるようになる。前記ビート周波数Δｆのビート信号は、前記チャネル１の光信号成分と光クロック信号との干渉により生じたものであり、従って前記チャネル１の情報を保持している。
【００２１】
そこで、前記分散媒質３４の出射光信号をフォトダイオード３５により検出することにより、図４中（ｅ）に示すように前記ビート周波数Δｆのビート信号を電気信号として検出することが可能になる。さらに前記フォトダイオード３５の出力端子には、チャネル２〜４の光信号成分と前記光信号成分ＣＬＫとの干渉によるビート信号や、前記チャネル１〜４の光信号成分同士の干渉によるビート信号に対応する信号成分が含まれる。これらの追加のビート信号成分は、前記ビート周波数Δｆよりも高いビート周波数を有する。
【００２２】
そこで、前記フォトダイオード３５の出力信号を適当なフィルタ回路を通し、前記ビート周波数Δｆのビート信号を抽出することにより、チャネル１を介して伝送された情報を再生することが可能になる。その際、前記フォトダイオード３５は、高速光時分割多重化信号ＯＴＤＭ自体ではなく、前記周波数Δｆのビート信号を検出すればよいため、信号検出に十分な応答特性を有している。
【００２３】
図５（Ａ）は、図３の光時分割多重信号処理装置３０の可能性を検証するために構築された光信号処理装置の構成を示す。従って図５（Ａ）中、先に図３で説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００２４】
図５（Ａ）を参照するに、前記光ファイバ３２の入射端には光パルス発振器３１Ａが設けられ、前記光パルス発振器３１Ａはパルス幅が約３００ｆｓの光パルスを８０ＭＨｚの繰り返し周波数で前記光ファイバ３２中に注入する。
【００２５】
前記光ファイバ３２中には前記光結合器３３との間に光遅延素子３１Ｂと偏波コントローラ３１Ｃとが設けられ、先に前記光パルス発振器３１Ａから注入された光パルスは、前記光遅延素子３１Ｂにより遅延時間を与えられ、さらに前記偏波コントローラ３１Ｃにより偏波面が制御された後、前記光結合器３３において分散媒質として使われるシングルモードファイバループ３４中に注入される。前記偏波コントローラ３１Ｃは、図５（Ｂ）に示すように１／４波長板３１Ｃ1と１／２波長板３１Ｃ2とを光軸上に配置した構成を有し、入射光が入射した場合に光軸回りで回転させることによりその偏波面を制御することができる。図５（Ａ）の構成では、前記シングルモードファイバループ３４として、長さが１ｋｍの通常のシングルモードファイバを使っている。かかるシングルモード光ファイバは、例えば１．３μｍの波長帯域において分散がゼロ、１．５５μｍの波長帯域において最大で１０ｐｓ／ｋｍの分散を有するものであってもよい。
【００２６】
一方、前記光パルス発振器３１Ａの出力光パルスは前記光遅延素子３１Ｂと光パルス発振器３１Ａとの間に設けられた結合器３１Ｄにより分岐され、ハーフミラーとプリズムを組み合わせた光多重反射素子３１Ｅにより、間隔が約２．５ｐｓの光パルス列に変換される。図５の構成では、このようにして形成された光パルス列は前記光ファイバ３１の端部に、前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭの代わりに光多重化信号として注入される。
【００２７】
図１７は、前記光遅延素子３１Ｂの具体的な構成例を示す。
【００２８】
図１７を参照するに、前記光遅延素子３１Ｂは前記光結合器３１Ｄより延在する入力側光ファイバ３１ｄに結合されたレンズ３１Ｂ1と前記偏波コントローラ３１Ｃへと延在する出力側光ファイバ３１ｃに結合されたレンズ３１Ｂ2とを含み、前記レンズ３１Ｂ1と３１Ｂ2との間には、直角プリズム３１Ｂ3と３１Ｂ4とが、前記プリズム３１Ｂ3と３１Ｂ4との間の距離が可変となるように配設されている。前記光ファイバ３１ｄを介して入射した光ビームは前記直角プリズム３１Ｂ3の一のミラー面で前記直角プリズム３１Ｂ4へと反射され、一方前記直角プリズム３１Ｂ4では前記直角プリズム３１Ｂ3から入射した光ビームを互いに直角な二つのミラー面で順次反射して前記直角プリズム３１Ｂ3に戻す。前記直角プリズム３１Ｂ3に戻った光は前記一のミラー面に対して直角な別のミラー面で反射され、前記レンズ３１Ｂ2により前記出力側光ファイバ３１ｃ中に注入される。かかる構成の光遅延素子３１Ｂでは、前記プリズム３１Ｂ3と３１Ｂ4との間の間隔を変化させることで、所望の光遅延を実現することができる。
【００２９】
図６は、前記光パルス発振器３１Ａで形成されたパルス半値幅が３００ｆｓの光パルスを前記光ファイバ３４中を通した場合に得られる波形を示す。
【００３０】
図６を参照するに、光パルスはパルス半値幅が２７０ｐｓ程度まで広がっており、前記光ファイバ３４中において実質的な分散が生じていることを示している。
【００３１】
図７は、前記フォトダイオード３５の出力電気信号をスペクトルアナライザで分析した結果を示す。
【００３２】
図７を参照するに、前記フォトダイオード３５の出力電気信号中には前記光ファイバ３４中を伝播した各々の光パルスに対応して、０ＧＨｚ近傍にスペクトルのピークが存在するのがわかる。図７では、さらに９ＧＨｚ近傍にも別のスペクトルピークが存在するのが見られるが、この別のスペクトルピークが、先に図４で説明した、前記光ファイバ３１に注入された信号光パルスと光ファイバ３２に注入された光クロックパルスとの間に形成される、ビート周波数Δｆのビート信号に対応する。
【００３３】
そこで図５（Ａ）の構成において、前記光学遅延素子３１Ｂによる遅延時間を増加させると、前記ビート周波数Δｆは増大し、図７において前記ビート信号は高周波側にシフトする。一方前記遅延時間を減少させると前記ビート周波数Δｆは減少し、前記ビート信号は低周波側にシフトする。当然のことながら、前記遅延時間をゼロとした場合には、図７において前記ビート信号のスペクトルピークは光パルス自体のスペクトルピークと重なる。
【００３４】
さらに図８は、図５（Ａ）の構成において前記光学遅延素子３１Ｂの遅延時間を変化させた場合の前記フォトダイオード３５の出力電気信号を、７ＧＨｚのビート周波数成分について取り出し観測した結果を示す。
【００３５】
図８を参照するに、遅延時間３ｐｓ近傍の最初のピーク対は、前記光ファイバ３１からの前記ＯＴＤＭ信号のうち最初の光パルスと、光ファイバ３２からの光クロックパルスとの間のビートに対応しており、前記光クロックパルスのタイミングが前記ＯＴＤＭ信号パルスのタイミングよりも前にある場合と後にある場合とに対応して前記ピーク対を構成する二つのピークが、前記フォトダイオード３５の出力電気信号中に現れる。続くピーク対は、二番目のＯＴＤＭ信号パルスと前記光クロックパルスとの間のビートに対応し、以下同様である。
【００３６】
このように、図３の構成により、入来する光時分割多重化信号ＯＴＤＭと光クロック信号との間においてビート信号を形成し、これを検出することが可能であることが立証された。
【００３７】
図９は、前記フォトダイオード３５の出力電圧信号を、図１０に示す復調回路３６においてフィルタ３６Ａによりフィルタして取り出したチャネル１の信号成分の波形を示す。かかる出力電圧信号を包絡線検波器３６Ｂにより検波することにより、前記チャネル１の情報を再生することができる。
【００３８】
図１１は図３の受信装置３０の一変形例を示す。
【００３９】
図１１の構成では、無偏波化装置３２Ａが設けられ、前記光ファイバ３２中に注入された光クロック信号ＣＬＫを無偏波化する。また前記無偏波化装置３２Ａは前記光結合器３３の出射端に設けてもよい。
［第２実施例］
図１２は本発明の第２実施例による光時分割多重化信号の受信装置４０の構成を示す。ただし図１２中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４０】
図１２を参照するに、本実施例の受信装置４０では光時分割多重化信号ＯＴＤＭがシングルモードファイバ等よりなる第１の分散媒質３４Ａに入来し、さらに光クロック信号ＣＬＫが同じくシングルモードファイバ等よりなる第２の分散媒質３４Ｂに入来する。光ファイバ３４Ａと３４Ｂとは光結合器３３において光学的に結合され、前記光結合器３３において合波された前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭと光クロック信号ＣＬＫとはフォトダイオード３５に供給され、光電変換される。
【００４１】
さらに前記フォトダイオード３５の出力電気信号は図１０に示した復調回路３６により処理され、所望のチャネルの情報が電気信号の形で再生される。
【００４２】
このように本実施例では光時分割多重化信号ＯＴＤＭと光クロック信号ＣＬＫとが別々の分散媒質３４Ａ，３４Ｂにおいて分散を受けチャープを生じるが、分散媒質３４Ａ，３４Ｂとして、実質的に同一の分散特性を有する媒質を使うことにより、先の図３の受信装置４０と同等の動作を実現することができる。
［第３実施例］
図１３は本発明の第３実施例による多チャンネル光時分割多重化信号受信装置５０の構成を示す。ただし図１３中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４３】
図１３を参照するに、前記分散媒質３４Ａの出射端側には光結合器３４ａが設けられ、前記分散媒質３４Ａを通った光時分割多重化信号ＯＴＤＭは複数の光導波路３４1〜３４nに分岐され、それぞれの光導波路３４1〜３４nは対応する光結合器３３1〜３３nへと延在する。
【００４４】
前記光結合器３３1〜３３nにはさらに前記分散媒質３４Ｂが光学的に結合され、従って各々の光結合器３３1〜３３nにおいてはチャープを受けた光時分割多重化信号ＯＴＤＭと、同じくチャープを受けた光クロック信号ＣＬＫとが合波される。
【００４５】
このようにして合波された光信号は、前記光結合器３３1〜３３nから対応するフォトダイオード３５1〜３５nへと伝送され、電気信号に変換される。
【００４６】
前記フォトダイオード３５1〜３５nの出力電気信号はぞれぞれの復調回路３６1〜３６nにより処理される。すなわち、前記復調回路３６1〜３６nにおいてはそれぞれ所望チャネルＣｈ1〜Ｃｈnに対応したビート信号成分がフィルタリングにより抽出され、包絡線検波される。
【００４７】
図１４は、図１３の構成において各チャネルの信号を分離するために前記復調回路３６1〜３６nで使われるフィルタの特性を示す。
【００４８】
図１４よりわかるように、前記復調回路３６1〜３６nにおいて異なった通過帯域を有するフィルタを設けることにより、先に図４（ｅ）で説明した光クロック信号ＣＬＫと任意のチャネルＣｈ1〜Ｃｈnの光信号成分との間のビート信号を取り出すことが可能になる。
［第４実施例］
図１５は本発明の第４実施例による多チャンネル光時分割多重化信号受信装置６０の構成を示す。ただし図１５中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００４９】
図１５を参照するに、前記受信装置６０では前記分散媒体３４Ｂと光結合器３３1との間、分散媒体３４Ｂと光結合器３３2との間、・・・分散媒体３４Ｂと光結合器３３nとの間に光遅延素子３４ｂ1，３４ｂ2，・・・３４ｂnがそれぞれ挿入され、前記光遅延素子３４ｂ1は前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭ中のチャネル１の光信号成分が前記光クロック信号ＣＬＫとの間に周波数が例えば７ＧＨｚ帯域のビート信号を生じるように設定された遅延時間τ1を有する。同様に前記光遅延素子３４ｂ2は前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭ中のチャネル２の光信号成分が前記光クロック信号ＣＬＫとの間に周波数が同じく７ＧＨｚ帯域のビート信号を生じるように設定された遅延時間τ2を有し、光遅延素子３４ｂnも、前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭ中のチャネルｎの光信号成分が前記光クロック信号ＣＬＫとの間に７ＧＨｚ帯域のビート信号を生じるように設定された遅延時間τnを有する。
【００５０】
かかる構成の受信機６０では、前記フォトダイオード３５1〜３５nの出力電気信号を協働する復調回路３６1〜３６nにおいて、図１６に示すようにビート周波数に対応した実質的に同一の通過帯域でフィルタすることにより、前記光時分割多重化信号ＯＴＤＭ中の各チャネルの光信号を再生することが可能になる。
【００５１】
図１５の構成では、前記復調回路３６1〜３６nがいずれも同一の周波数帯域、例えば７ＧＨｚ帯域の信号を処理するため、図１３の構成に比べてフォトダイオード３５1〜３５nに対する応答特性の要求が緩和される。
【００５２】
以上の各実施例において、前記分散媒質３４あるいは３４Ａ，３４Ｂはシングルモード光ファイバループに限定されるものではなく、プリズムや回折格子等を使うことも可能である。
【００５３】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
（付記）
（付記１） 光時分割多重化信号と光クロック信号とを供給され、これらに光分散を与える光分散部と、
前記光分散部に光学的に結合され、前記光分散部中において前記光時分割多重化信号と前記光クロック信号とを重畳して受光する光検出器と、
前記光検出器の出力端に接続され、前記光検出器の出力電気信号から所望の周波数帯域の電気信号を抽出するフィルタとを備えたことを特徴とする光時分割多重化信号処理装置。
【００５４】
（付記２） 前記光分散部は、前記光時分割多重化信号を供給される第１の入射端と光クロック信号を供給される第２の入射端とを備え前記光時分割多重化信号と光クロック信号とを光学的に結合する光結合器と、前記光結合器の出射端に光学的に結合され、前記光時分割多重化信号と光クロック信号とに光分散を与える分散媒質とよりなることを特徴とする付記１記載の光時分割多重化信号処理装置。
【００５５】
（付記３） 前記分散媒質はシングルモード光ファイバ、あるいは回折格子、あるいはプリズムよりなることを特徴とする付記２記載の光時分割多重化信号処理装置。
【００５６】
（付記４） 前記光結合器は、前記第２の入射端に無偏波化素子を含むことを特徴とする付記２記載の光時分割多重化信号処理装置。
【００５７】
（付記５） 前記光分散部は、前記光時分割多重化信号を供給される第１の分散媒質と、前記光クロック信号を供給される第２の分散媒質と、前記第１の分散媒質を通過した前記光時分割多重化信号と前記第２の分散媒質を通過した前記光クロック信号とを合波する光結合器とよりなることを特徴とする付記１記載の光時分割多重化信号処理装置。
【００５８】
（付記６） 光時分割多重化信号と光クロック信号とに、それぞれチャープを与える工程と、
前記チャープを与えられた光時分割多重化信号と光クロック信号との間のビート成分を検出する工程とよりなることを特徴とする、光時分割多重化信号の処理方法。
【００５９】
（付記７） 光時分割多重化信号と光クロック信号とを供給され、これらに光分散を与える光分散部と、
前記光分散部に光学的に結合され、前記光時分割多重化信号と前記光クロック信号とを重畳して受光する光検出器と、
前記光検出器の出力端に接続され、前記光検出器の出力電気信号から所望の周波数帯域の電気信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタの出力信号を供給される包絡線検波器とを備えたことを特徴とする光時分割多重化信号受信装置。
【００６０】
（付記８） 光時分割多重化信号を供給され、これに光分散を与える第１の光分散部と、
光クロック信号を供給され、これに光分散を与える第２の光分散部と、
各々前記第１および第２の光分散部に光学的に結合され、前記時分割多重化信号と前記光クロック信号とを重畳して受光する複数の光検出器と、
前記複数の光検出器の出力信号をそれぞれ供給される複数の帯域通過フィルタと、
前記複数の帯域通過フィルタの出力信号をそれぞれ供給される複数の包絡線検波器とよりなり、
前記複数の帯域通過フィルタは、互いに異なった通過帯域を有することを特徴とする光時分割多重化信号受信装置。
【００６１】
（付記９） 前記複数の帯域通過フィルタの各々は、前記時分割多重化光信号中に含まれる光信号成分と前記光クロック信号との間のビート成分の周波数に同調した通過帯域を有することを特徴とする付記８記載の光時分割多重化信号受信装置。
【００６２】
（付記１０） 光時分割多重化信号を供給され、これに光分散を与える第１の光分散部と、
光クロック信号を供給され、これに光分散を与える第２の光分散部と、
各々前記光分散部に光学的に結合され、前記光分散を与えられた前記光クロック信号をそれぞれの遅延時間で遅延させる複数の光遅延素子と、
各々前記第１の光分散部と前記複数の光遅延素子の一つとに光学的に結合され、前記時分割多重化信号と前記光クロック信号とを重畳して受光する複数の光検出器と、
前記複数の光検出器の出力信号をそれぞれ供給される複数の帯域通過フィルタと、
前記複数の帯域通過フィルタの出力信号をそれぞれ供給される複数の包絡線検波器とよりなることを特徴とする光時分割多重化信号受信装置。
【００６３】
（付記１１） 前記複数の光遅延素子は、実質的に同一の通過帯域を有することを特徴とする付記１０記載の光時分割多重化信号受信装置。
【００６４】
（付記１２） 前記複数の光遅延素子は、前記光時分割多重化信号中の各チャネルに対応して設けられ、各々の光遅延素子は、対応するチャネルの光信号と前記光クロック信号との間に、前記通過帯域に対応する周波数のビート信号が形成されるように設定された遅延時間を有することを特徴とする付記１１記載の光時分割多重化信号受信装置。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、チャープを与えた光時分割多重化信号と光クロック信号とを重畳することにより前記光時分割多重信号と光クロック信号との間のタイミング差に対応した周波数のビート信号を形成し、かかるビート信号を光検出器により検出し、さらに所望の周波数帯域をフィルタにより切り出すことにより、前記光時分割多重化信号から所望のチャネルの信号成分を抽出することが可能になる。すなわち本発明により、非常に簡単な構成により高速光時分割多重化信号を各チャネルに分離する信号処理装置、および受信装置が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光時分割多重化信号受信装置の構成を示す図である。
【図２】従来の別の光時分割多重化信号受信装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例による光時分割多重化信号受信装置の構成を示す図である。
【図４】図３の光時分割多重化信号受信装置の動作原理を説明する図である。
【図５】（Ａ），（Ｂ）は、図３の光時分割多重化信号受信装置に関する実験を説明する図である。
【図６】図３の光時分割多重化信号受信装置に関する実験を説明する別の図である。
【図７】図３の光時分割多重化信号受信装置に関する実験を説明するさらに別の図である。
【図８】図３の光時分割多重化信号受信装置に関する実験を説明するさらに別の図である。
【図９】図３の光時分割多重化信号受信装置に関する実験を説明するさらに別の図である。
【図１０】図３の光時分割多重化信号受信装置で使われる復調回路の構成を示す図である。
【図１１】図３の光時分割多重化信号受信装置の一変形例を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施例による光時分割多重化信号受信装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の第３実施例による多チャンネル光時分割多重化信号受信装置の構成を示す図である。
【図１４】図１３の受信装置中の復調回路で使われる帯域通過特性を示す図である。
【図１５】本発明の第４実施例による多チャンネル光時分割多重化信号受信装置の構成を示す図である。
【図１６】図１５の受信装置中の復調回路で使われる帯域通過特性を示す図である。
【図１７】本発明で使われる光遅延素子の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０，２０ 時分割多重化光信号受信装置
１１，２１，２２，２４，３１，３１ｃ，３１ｄ，３２ 光ファイバ
１２ 電気光学変調器
１３ クロック信号源
２３ 全光ゲート
２５，３５，３５1〜３５n フォトダイオード
３１Ａ 光パルス発振器
３１Ｂ，３４ｂ1〜３４ｂn 光遅延素子
３１Ｂ1，３１Ｂ2 レンズ
３１Ｂ3，３１Ｂ4 プリズム
３１Ｃ 偏波コントローラ
３１Ｃ1，３１Ｃ2 位相補償板
３１Ｄ，３３，３３1〜３３n，３４ａ 光結合器
３１Ｅ 光多重反射素子
３２Ａ 偏波無依存化素子
３４，３４Ａ，３４Ｂ 分散媒質
３６，３６1〜３６n 復調器
３６Ａ 帯域フィルタ
３６Ｂ 包絡線検波器
Claims (7)
- 光時分割多重化信号と光クロック信号とを供給され、これらに同一の分散特性で光分散を与える光分散部と、
前記光分散部に光学的に結合され、前記光時分割多重化信号と前記光クロック信号とを重畳して受光する光検出器と、
前記光検出器の出力端子に接続され、前記光検出器の出力電気信号から所望の周波数帯域の電気信号を抽出するフィルタとを備えたことを特徴とする光時分割多重化信号処理装置。 - 前記光分散部は、前記光時分割多重化信号を供給される第１の入射端と光クロック信号を供給される第２の入射端とを備え前記光時分割多重化信号と光クロック信号とを光学的に結合する光結合器と、前記光結合器の出射端に光学的に結合され、前記光時分割多重化信号と光クロック信号とに光分散を与える分散媒質とよりなることを特徴とする請求項１記載の光時分割多重化信号処理装置。
- 前記光分散部は、前記光時分割多重化信号を供給される第１の分散媒質と、前記光クロック信号を供給される第２の分散媒質と、前記第１の分散媒質を通過した前記光時分割多重化信号と前記第２の分散媒質を通過した前記光クロック信号とを合波する光結合器とよりなることを特徴とする請求項１記載の光時分割多重化信号処理装置。
- 光時分割多重化信号と光クロック信号とに、それぞれ同一の分散特性でチャープを与える工程と、
前記チャープを与えられた光時分割多重化信号と光クロック信号との間のビート成分を検出する工程とよりなることを特徴とする、光時分割多重化信号の処理方法。 - 光時分割多重化信号と光クロック信号とを供給され、これらに同一の分散特性で光分散を与える光分散部と、
前記光分散部に光学的に結合され、前記光時分割多重化信号と前記光クロック信号とを重畳して受光する光検出器と、
前記光検出器の出力端に接続され、前記光検出器の出力電気信号から所望の周波数帯域の電気信号を抽出するフィルタと、
前記フィルタの出力信号を供給される包絡線検波器とを備えたことを特徴とする光時分割多重化信号受信装置。 - 光時分割多重化信号を供給され、これに光分散を与える第１の光分散部と、
光クロック信号を供給され、これに光分散を与える第２の光分散部と、
各々前記第１および第２の光分散部に光学的に結合され、前記時分割多重化信号と前記光クロック信号とを重畳して受光する複数の光検出器と、
前記複数の光検出器の出力信号をそれぞれ供給される複数の帯域通過フィルタと、
前記複数の帯域通過フィルタの出力信号をそれぞれ供給される複数の包絡線検波器とよりなり、
前記複数の帯域通過フィルタは、互いに異なった通過帯域を有し、
前記第１の光分散部と前記第２の光分散部が同一の分散特性を有することを特徴とする光時分割多重化信号受信装置。 - 光時分割多重化信号を供給され、これに光分散を与える第１の光分散部と、
光クロック信号を供給され、これに光分散を与える第２の光分散部と、
各々前記光分散部に光学的に結合され、前記光分散を与えられた前記光クロック信号をそれぞれの遅延時間で遅延させる複数の光遅延素子と、
各々前記第１の光分散部と前記複数の光遅延素子の一つとに光学的に結合され、前記時分割多重化信号と前記光クロック信号とを重畳して受光する複数の光検出器と、
前記複数の光検出器の出力信号をそれぞれ供給される複数の帯域通過フィルタと、
前記複数の帯域通過フィルタの出力信号をそれぞれ供給される複数の包絡線検波器とよりなり、
前記第１の光分散部と前記第２の光分散部が同一の分散特性を有することを特徴とする光時分割多重化信号受信装置。
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