JP4515400B2

JP4515400B2 - 光パルス列発生方法および光パルス列発生装置

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Publication number: JP4515400B2
Application number: JP2006058464A
Authority: JP
Inventors: 達志中原; 亮高橋; 博之鈴木
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2026-03-03
Also published as: JP2007243233A

Description

本発明は、光パルス列発生方法および光パルス列発生装置に関し、より詳細には、光通信ネットワークにおいて光データを送受信するために用いる光クロックパルス列であって、特に、高速、非同期で任意のパケット長を有する光パケットデータを送受信するために用いる光クロックパルス列の発生方法およびその装置に関する。

一定の繰り返し周期を有する光パルス列、特に、光通信ネットワークにおいて光データを送受信するために用いる光クロックパルス列を発生するための方法として、電子回路による発振器と半導体モードロックレーザダイオード（ＬＤ）とを用いる方法等が知られている。データの送信側においては、電子回路による発振器、または発振器に同期して動作するパルスパターンジェネレータを、半導体ＬＤ、半導体モードロックＬＤ、または光変調器の駆動用として用いることにより、正確な周波数（ビットレート）の光クロック、光データを生成する。また、データの受信側においては、受信したデータの周波数と位相にロックされた周波数と位相を出力するクロック発生回路、すなわちクロック抽出回路を備える。クロック抽出回路には、電子回路による周波数可変型の発振器を用いたフェーズロックループ構成の回路、半導体モードロックＬＤを用いた全光型の回路等が知られている。

従来の光クロックパルス列の発生方法は、時間的に途切れのないストリームデータに対して有効である。しかしながら、時間的に途切れのあるバーストデータ、特に、短いデータ長（固定または可変）を基本単位として、時間的に細かく分割された光パケットデータに対しては、以下のような欠点を有する。すなわち、データの受信側においてクロック抽出回路を正常に動作させるためには、一定の長さ以上のクロック抽出用のプリアンブルを、データの先頭部分にあらかじめ挿入する必要がある。このプリアンブルは、クロック抽出のための無意味なデータであり、データ長が短くなるほど、光パケットデータの中に占める割合が大きくなる。この結果、データ長が短くなるほど、情報伝送効率が悪くなってしまうという問題があった。

そこで、クロック抽出用のプリアンブルを用いない方法、または１ビットのプリアンブルのみを用いる方法が提案されている。すなわち、データの受信側において、入力された光パケットのマーカパルス（多くの場合、先頭の１ビット）を抽出し、または、マーカパルスに同期した光パルスを発生し、抽出した光パルスまたは発生した単一の光パルスを、受信側のシステムのタイミング用として用いる（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された方法は、非同期で任意のパケット長を有する光パケットの先頭の１ビットのマーカパルスの入力によりステップ状の電気信号を発生し、ステップ電気信号の立ち上がりタイミングを検出する。そして、２ビット目以降の入力パルスに影響されることなく、先頭の１ビットのマーカパルスのみに同期した単一のタイミング光パルスを、パケット毎ごとに発生する。

特開２００５−１４２７４９号公報

光パケットのマーカパルスに同期した単一の光パルスを発生する方法によれば、１ビットのマーカパルスを除き、クロック抽出用のプリアンブルは不要である。従って、データ長が短い場合であっても、情報伝送効率を向上させることができる。しかしながら、受信した光パケットデータの全体を処理するためには、単一のタイミングパルスのみの発生では不十分であり、パケットデータのビットレートに適合した周波数を有し、かつ、パケット長に対応した持続時間を有する、クロックパルス列を発生させることが望ましい。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光パケットのマーカパルスに同期した単一の光パルスを元にして、パルス幅と周波数とを独立に設定することができ、任意の持続時間を有する光パルス列を発生する光パルス列発生方法および光パルス列発生装置を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、閉ループ光回路を周回する光パルスを分岐して、一方を出力光パルスとして出力し、他方を前記閉ループ光回路に出力して周回させ、前記閉ループ光回路を周回する時間で決定される繰返し周期を有する出力光パルス列を出力する光パルス列発生方法であって、前記閉ループ光回路を周回する光パルスを分岐して、制御用光パルスを出力し、前記制御用光パルスを遅延させ、前記閉ループ光回路を周回する光パルスと遅延された前記制御用光パルスとを同時に、前記閉ループ光回路のループ利得を動的に変化させる利得変調部に入力させ、前記閉ループ光回路を周回する光パルスに対してのみ、前記制御用光パルスにより前記利得変調部がループ利得を動的に変化させることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、入力光パルスを閉ループ光回路に入力する光入力部と、前記閉ループ光回路に入力された光パルスを増幅する光増幅器と、前記閉ループ光回路を周回する光パルスを分岐して、一方を出力光パルスとして出力し、他方を前記閉ループ光回路に出力する光出力部とを含み、前記閉ループ光回路を周回する時間で決定される繰返し周期を有する出力光パルス列を出力する光パルス列発生装置であって、前記閉ループ光回路に挿入され、前記閉ループ光回路を周回する光パルスを分岐して、制御用光パルスを出力する光分岐回路と、前記閉ループ光回路のループ利得を動的に変化させる利得変調部と、前記制御用光パルスを遅延させ、前記閉ループ光回路を周回する光パルスと遅延された前記制御用光パルスとを同時に前記利得変調部に入力させる遅延線とを備え、前記閉ループ光回路を周回する光パルスに対してのみ、前記制御用光パルスにより前記利得変調部がループ利得を動的に変化させることを特徴とする。

前記利得変調部は、前記閉ループ光回路に挿入された光強度変調器であり、該光強度変調器における強度変調率を、前記制御用光パルスにより制御することができる。また、前記利得変調部を、光出力部を含む１ｘ２型の光スイッチとしたり、光入力部と光出力部とを含む２ｘ２型光スイッチとすることができる。このとき、前記利得変調部は、前記制御用光パルスにより、出力光パルスと再入力光パルスとの分岐比を動的に変化させる。さらに、前記利得変調部は、前記周回する光パルスに対するループ利得が、前記周回する光パルス以外の光パルスに対するループ利得より大きくなるように制御される。

光パルス列発生装置に加えて、入力光パケットの中の単一の光パルスに同期した光パルスを発生し、前記入力光パケットのパケット長に対応した持続時間を有する信号を発生し、前記包絡線信号として出力する光クロックパルス発生器をさらに備えることもできる。

本発明によれば、光パケットのマーカパルスに同期した単一の光パルスを元にして、パルス幅と周波数とを独立に設定することができ、任意の持続時間を有する光パルス列を発生することができる。また、本発明によれば、閉ループ光回路に含まれる光増幅器から出力されるＡＳＥ光によって出力光パルス列のＳＮＲが劣化することを回避し、良質で安定した出力光パルス列を得ることができる。

さらに、本発明によれば、プリアンブルの無い非同期で任意のパケット長を有する入力光パケットを入力し、先頭の１ビットのマーカパルスに同期した出力光パルス列を得ることができ、受信側における効果的なクロック抽出が可能となり、送信側における光クロックの発生にも適用することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態にかかる光パルス列発生装置の構成を示す。光パルス列発生装置は、２ｘ２型光スイッチ１０１と光増幅器１０２とにより閉ループ光回路を構成する。２ｘ２型光スイッチ１０１は、光入力ポート（ＩＮ１）に入力された光パルスを閉ループ光回路に出力（ＯＵＴ２）する光入力部と、閉ループ光回路から入力（ＩＮ２）された光パルスを光出力ポート（ＯＵＴ１）に出力する光出力部としての機能を備える。また、制御用光パルスを分岐するための光分岐回路１０３が、閉ループ光回路に挿入されている。制御用光パルスは、遅延線１０４を介して、動的制御信号として２ｘ２型光スイッチ１０１に入力される。

光入力ポートＩＮ１より入力された光パルスは、光出力ポートＯＵＴ２を介して閉ループ光回路に導入され、光分岐回路１０３と光増幅器１０２とを経て、光入力ポートＩＮ２に入力される。光入力ポートＩＮ２に入力された光パルスは、２ｘ２型光スイッチ１０１の光分岐機能により光出力ポートＯＵＴ１と光出力ポートＯＵＴ２とに分岐して出力される。光出力ポートＯＵＴ１から出力された光パルスは、光パルス列発生装置の出力光パルスとなる。一方で、光出力ポートＯＵＴ２から出力された光パルスは、再び閉ループ光回路に導入され、周回動作を繰り返す。このようにして、分岐を伴う周回動作の繰り返しによって、光パルスが閉ループ光回路を周回する時間で決定される繰返し周期を有する出力光パルス列を、光出力ポートＯＵＴ１より得られる。

次に、光分岐回路１０３によって分岐された光パルスを、動作安定化のための制御用光パルスとして用いる方法について説明する。最初に、制御用光パルスを用いない場合に生じる、光パルス列発生装置の不安定動作について説明する。上述のような周回動作を繰り返すためには、閉ループ光回路での伝播損失、光出力ポートへの分岐損失を補い、なおかつ、導入された光パルスを消滅させることなく、閉ループ光回路内で多周回させるための、光利得を与える光増幅器１０２が必須である。光増幅器１０２は、増幅すべき信号の入力非入力に関わらず、ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）光を連続波として出力する。このＡＳＥ光は、周回する光パルスと同一の伝播経路に沿って閉ループ光回路を周回するため、周回する光パルスと同様に、充分なループ利得を得、ループを多周回する。この結果、閉ループ光回路内にＡＳＥ光が蓄積され、出力光パルス列にＡＳＥ光がノイズとして混入されてしまう。同時に、光増幅器１０２におけるＡＳＥ光の多重増幅は、周回する光パルスに対する光増幅率の低下と不安定化を招き、出力光パルス信号の強度が不安定になる。従って、出力光パルス列のＳＮＲ（Signal to Noise Ratio)が著しく劣化し、最悪の場合には、ＡＳＥ光が発振に至り、出力光パルス列が全く得られなくなる。このように、光増幅器１０２の利得の調整のみによって、光パルス列発生装置を制御する場合、不安定動作を起すという問題があった。

そこで、本実施形態においては、光分岐回路１０３によって分岐された光パルスを、２ｘ２型光スイッチ１０１の光出力分岐比を動的に制御するための、パルス状の動的制御信号として用いる。このとき、制御用光パルスと閉ループ光回路を周回した光パルスの伝播遅延時間を合致させる。すなわち、制御用光パルスが、光分岐回路１０３で分岐され、動的制御信号として２ｘ２型光スイッチ１０１に入力されるまでの所要時間（制御用光パルスの伝播遅延時間）と、光パルスが、光分岐回路１０３で分岐され、閉ループ光回路を周回して２ｘ２型光スイッチ１０１に入力されるまでの所要時間（周回する光パルスの伝播遅延時間）とが一致するように、遅延線１０４の遅延量を調整する。このようにして、閉ループ光回路を周回した光パルスが２ｘ２型光スイッチ１０１を通過するタイミングに合わせて、閉ループ光回路を周回した光パルスに対してのみパルス状の動的制御信号を作用させる（第１の要件）。

次に、動的制御信号による２ｘ２型光スイッチ１０１の光出力分岐比を、以下のように設定する。光入力ポートＩＮ２に入力された光パルスを、光出力ポートＯＵＴ１と光出力ポートＯＵＴ２とに分岐する比を、
（ＯＵＴ２への出力強度）／（ＯＵＴ１への出力強度＋ＯＵＴ２への出力強度）
と定義する。そして、
・２ｘ２型光スイッチ１０１に動的制御信号が入力された時：
閉ループ光回路のループ利得＝１となる分岐比Ｋｏｎ（０％＜Ｋｏｎ＜１００％）
・２ｘ２型光スイッチ１０１に動的制御信号が入力されない時：
分岐比Ｋｏｆｆ（０％≦Ｋｏｆｆ＜Ｋｏｎ）
とする。このように、動的制御信号が入力されない時の閉ループ光回路のループ利得を、入力された時のループ利得よりも小さく設定する（第２の要件）。

ただし、光増幅器１０２の利得を、閉ループ光回路内での損失Ｌ、および２ｘ２型光スイッチ１０１の分岐損失（１００−Ｋ）％を補い、なおかつ、ループ利得を１とするために、少なくとも（１００／Ｋ）よりも大きな値に設定する必要がある。

上述した２つの要件を満たすことにより、光パルス列発生装置の不安定動作を回避することができる。閉ループ光回路を周回する光パルス（以下、周回光パルスという）に対してのみ動的制御信号が作用して、閉ループ光回路は、利得１の閉ループとなり、周回光パルス以外の光パルスに対しては、開ループ、または多周回することができない利得１未満の閉ループとなる。

図２に、２ｘ２型光スイッチ１０１の動的制御信号にかかるタイミングチャートを示す。動的制御信号は、周回光パルスによってのみ１対１で生成され、周回光パルスと同時に２ｘ２型光スイッチ１０１に供給される。従って、入力光パルスの無い待機期間中、入力光パルスの有る時であっても、周回光パルスの存在しない期間中においては、動的制御信号は作用しない。Ｋｏｆｆ＝０％とすると、閉ループ光回路は、完全な開ループである（状態Ａ）。周回光パルスの存在しない期間中は、常時光入力ポートＩＮ２から入力され続け、動作不安定の要因となるＡＳＥ光は、１００％の分岐比で光出力ポートＯＵＴ１に出力され、閉ループ光回路外に出力される。

一方、周回光パルスが存在する期間中においては、動的制御信号が作用し、その結果、周回光パルスのみが、一定の比率（Ｋｏｎ＝１０％とする）で光出力ポートＯＵＴ２から閉ループ光回路内に再導入される。周回光パルスに対しては、利得１の閉ループとなる。すなわち、ループ利得が１となるように、Ｋｏｎの値に応じて、光増幅器１０２の利得をあらかじめ設定する。周回光パルスは、同時に、光出力ポートＯＵＴ１から閉ループ光回路外にも一定の比率（１００−Ｋｏｎ＝９０％）で出力され、出力光パルス列を構成する（状態Ｂ）。

このように、周回光パルスのみにタイミングを合わせて、利得１の閉ループを構成し、それ以外のタイミングにおいては開ループとする動的制御を行う。周回光パルス以外の不要な光、すなわちＡＳＥ光の多周回に起因する不安定動作を回避することができる。上述したように、ＡＳＥ光の発振、ＡＳＥ光ノイズの蓄積による周回光パルスに対する光増幅率の低下、出力パルス信号のＳＮＲの劣化を回避し、強度の安定した出力光パルス列を得ることができる。

（第２の実施形態）
図３に、本発明の第２の実施形態にかかる光パルス列発生装置の構成を示す。第１の実施形態の光パルス列発生装置に、出力光パルス列の出力期間を制御するための構成を付加する。光パルス列発生装置は、２ｘ２型光スイッチ２０１と光増幅器２０２とにより閉ループ光回路を構成する。制御用光パルスを分岐するための光分岐回路２０３が、閉ループ光回路に挿入されている。制御用光パルスは、遅延線２０４を介して、乗算器２０５に入力され、包絡線信号と乗算されて、動的制御信号として２ｘ２型光スイッチ２０１に入力される。乗算器２０５は、制御用光パルスに包絡線信号を重畳させるための、光変調器、光スイッチまたは光増幅器とすることができる。

第２の実施形態では、包絡線信号を入力する期間内のみ動的制御信号を有効とし、包絡線信号を入力する期間中は、第１の実施形態と同じ動作をする。すなわち、動的制御信号によって安定に制御され、光パルスを多周回させながら出力光パルス列を出力し続ける。包絡線信号を入力しない期間中は、乗算器２０５から２ｘ２型光スイッチ２０１に動的制御信号が出力されないため、閉ループ光回路は開ループのままである。従って、周回光パルスは、周回を中止し、閉ループ光回路外に出力される。

このようにして、包絡線信号により、出力光パルス列の出力期間が制御される（第３の要件）。包絡線信号は、光パルスが閉ループ光回路を１周回する時間よりも時間幅の長い矩形状の信号である。第２の実施形態では、包絡線信号を付与しない限り、たとえ周回光パルスが存在したとしても、動的制御信号が２ｘ２型光スイッチ２０１に入力されず、閉ループ光回路は開ループのままである。従って、周回中の光パルスは周回を中断し、閉ループ光回路外に出力される。なお、第３の実施形態と同様に、矩形状の包絡線信号により、光増幅器の利得を直接制御する構成とすることもできる。

（第３の実施形態）
図４に、本発明の第３の実施形態にかかる光パルス列発生装置の構成を示す。光パルス列発生装置は、１ｘ２型光スイッチ３０１と光増幅器３０２とにより閉ループ光回路を構成する。１ｘ２型光スイッチ３０１は、閉ループ光回路に接続された光入力ポート（ＩＮ）に入力された光パルスを、光出力ポート（ＯＵＴ１、ＯＵＴ２）に分岐して出力する光出力部としての機能を備える。入力光パルスを挿入するための光分岐回路３０５（光入力部）と、制御用光パルスを分岐するための光分岐回路３０３が、閉ループ光回路に挿入されている。制御用光パルスは、遅延線３０４を介して、動的制御信号として１ｘ２型光スイッチ３０１に入力される。また、光増幅器３０２は、矩形状の包絡線信号により、利得が制御される。

第２の実施形態にかかる光パルス列発生装置と同様に、上述した第１〜３の要件を全て満たし、包絡線信号により、出力光パルス列の出力期間が制御される。包絡線信号を入力する期間は、出力光パルス列が出力され、動的制御信号によって安定に制御される。包絡線信号を付与しない期間は、光利得が小さく設定される。包絡線信号を付与しない限り、たとえ動的制御信号が生成されたとしても、周回光パルス自体が消滅させられ、周回が強制的に中止させられる。なお、第２の実施形態と同様に、包絡線信号を制御用光パルスに重畳させる構成とすることもできる。

（第４の実施形態）
図５に、本発明の第４の実施形態にかかる光パルス列発生装置の構成を示す。光パルス列発生装置は、光増幅器４０２と光強度変調器４０６とにより閉ループ光回路を構成する。入力光パルスを閉ループ光回路に挿入するための光分岐回路４０５（光入力部）と、閉ループ光回路の光パルスを出力する光分岐回路４０７（光出力部）と、制御用光パルスを分岐するための光分岐回路４０３とが、閉ループ光回路に挿入されている。制御用光パルスは、遅延線４０４を介して、動的制御信号として光強度変調器４０６に入力される。また、光増幅器４０２は、矩形状の包絡線信号により、利得が制御される。

本実施形態においては、制御用光パルスが、光分岐回路４０３で分岐され、動的制御信号として光強度変調器４０６に入力されるまでの所要時間（制御用光パルスの伝播遅延時間）と、光パルスが、光分岐回路４０３で分岐され、閉ループ光回路を周回して光強度変調器４０６に入力されるまでの所要時間（周回する光パルスの伝播遅延時間）とが一致するように、遅延線４０４の遅延量を調整する。このようにして、閉ループ光回路を周回した光パルスに対してのみパルス状の動的制御信号を作用させる（第１の要件）。

次に、動的制御信号による光強度変調器４０６の強度変調率を、
・光強度変調器４０６に動的制御信号が入力された時：
閉ループ光回路のループ利得＝１となる強度変調率Ｍｏｎ（０％＜Ｍｏｎ≦１００％）
・光強度変調器４０６に動的制御信号が入力されない時：
強度変調率Ｍｏｆｆ（０％≦Ｍｏｆｆ＜Ｍｏｎ）
とする。このように、動的制御信号が入力されない時の閉ループ光回路のループ利得を、入力された時のループ利得よりも小さく設定する（第２の要件）。上述した２つの要件を満たすことにより、光パルス列発生装置の不安定動作を回避することができる。周回光パルスに対してのみ動的制御信号が作用して、閉ループ光回路は、利得１の閉ループとなり、周回光パルス以外の光パルスに対しては、開ループ、または、多周回することができない利得１未満の閉ループとなる。

また、光増幅器４０２は、矩形状の包絡線信号により利得が制御され、出力光パルス列の出力期間が制御される（第３の要件）。このようにして、第１〜３の要件を全て満たすことにより、光パルス列発生装置は、包絡線信号を付与する期間、安定な出力光パルス列を出力することができる。

（実施例）
図６に、図３に示した第２の実施形態の具体的な実施例を示す。光パルス列発生装置は、２ｘ２型光スイッチ５０１と光増幅器５０２とにより閉ループ光回路を構成する。２ｘ２型光スイッチ５０１は、１０Ｇｂｉｔ／ｓ対応の高速ＬＮ（Lithium Niobate）光スイッチであり、光増幅器５０２は、ＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）を用いる。閉ループ光回路内には、逆方向に周回する光をカットするアイソレータ５０８と、周回光パルスと異なる波長を有する光パルスをカットする波長フィルタ５０９と、２ｘ２型光スイッチ５０１への入力偏波の制御を行う偏波コントローラ５１０とを備えている。

制御用光パルスを分岐するための光分岐回路５０３が、閉ループ光回路に挿入されている。制御用光パルスは、遅延線５０４を介して、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）からなる乗算器５０５に入力される。包絡線信号は、ＳＯＡの電流駆動信号として与えられる。乗算器５０５には、光電変換用の受光器（ＰＤ：Photodiode）５０６と電気リミティングアンプ５０７とが接続されている。制御用光パルスは、パルス状の電気信号に変換された後、動的制御信号として２ｘ２型光スイッチ５０１に入力される。

包絡線信号を付与する期間においては、ＳＯＡに光利得を発生させ、制御用光パルスを増幅する。増幅された制御用光パルスは、ＰＤ５０６で光電変換され、電気リミティングアンプ５０７で一定の電圧値まで増幅されて、２ｘ２型光スイッチ５０１に入力される。包絡線信号を付与しない期間においては、ＳＯＡを光吸収媒体として作用させ、制御用光パルスを終端させ、２ｘ２型光スイッチ５０１に動的制御信号を入力しない。このようにして、上述した第１の要件および第３の要件を満足する。

次に、図７を参照して、動的制御信号による２ｘ２型光スイッチ５０１の光出力分岐比の制御法を説明する。図７の横軸は、高速ＬＮ光スイッチの制御電圧を示し、縦軸は、各入出力ポート間の光透過率を示す。高速ＬＮ光スイッチの基本的特性として、透過率特性は、制御電圧に対して正弦波状の曲線となる。光入力ポートＩＮ１→光出力ポートＯＵＴ１および光入力ポートＩＮ２→光出力ポートＯＵＴ２をストレート出力といい、それぞれ同一の曲線ａとなる。光入力ポートＩＮ１→光出力ポートＯＵＴ２および光入力ポートＩＮ２→光出力ポートＯＵＴ１をクロス出力といい、それぞれが同一の曲線ｂとなる。ストレート出力の曲線ａとクロス出力の曲線ｂは、同一の形状であり、互いに位相の反転した（位相が１８０度異なる）曲線である。

次に、動的制御信号が入力されない時の動作点を、２ｘ２型光スイッチ５０１がクロス出力のとき、すなわち曲線ａの透過率が０で、曲線ｂの透過率が最大のときのＤＣバイアス点に設定する（完全クロス状態、Ｋｏｆｆ＝０％）。そして、動的制御信号の電圧振幅値を、所定の分岐比となるように、スイッチ点を設定する。このスイッチ点に遷移した際に、閉ループ光回路のループ利得が１となるように設定する。図８の例では、動的制御信号を付与した時のスイッチ点が、ストレート出力：クロス出力が１：９の中間状態（Ｋｏｎ＝１０％とする）となる。すなわち、閉ループ光回路内への出力（ＯＵＴ２）と閉ループ光回路外への出力（ＯＵＴ１）とが、１：９の分岐比で出力される。ここで、光出力ポートＯＵＴ２から出力される光パルスは、同じ光強度で光入力ポートＩＮ２に入力されるように、すなわちループ利得が１となるように光増幅器５０２の利得を設定する。

図６に示した光パルス列発生装置は、入力光パルスの無い待機期間中、２ｘ２型光スイッチ５０１は、動的制御信号は作用せず、完全クロス状態にある。閉ループ光回路は、完全な開ループであり、動作不安定の要因となるＡＳＥ光は、１００％の分岐比で光出力ポートＯＵＴ１に出力され、閉ループ光回路外に出力される。この待機期間中、光入力ポートＩＮ１に入力された入力光パルスは、１００％の分岐比で光出力ポートＯＵＴ２から閉ループ光回路に入力される。周回光パルスは、光増幅器５０２で増幅されて、光入力ポートＩＮ２に入力される。このとき、光増幅器５０２の利得は、光入力ポートＩＮ２における周回光パルスの強度が、光出力ポートＯＵＴ２から出力された光パルスの強度の１０倍となるように設定する。

一方、周回光パルスの分岐によって生成される制御用光パルスがＳＯＡに達する以前に、ＳＯＡに包絡線信号を入力し、ＳＯＡに光利得を発生させる。なお、包絡線信号を入力するタイミングは、制御用光パルスがＳＯＡに達する以前であれば、入力光パルスが光入力ポートＩＮ１に入力される前後のどちらでも構わない。制御用光パルスは、ＳＯＡで増幅され、ＰＤ５０６で光電変換され、所定の分岐比となるスイッチ点に遷移させる電圧値まで、電気リミティングアンプ５０７により増幅されて、動的制御信号としてスイッチ５０１に入力される。

動的制御信号が入力された２ｘ２型光スイッチ５０１は、ストレート出力：クロス出力が１：９の中間状態に遷移する。光出力ポートＯＵＴ２から出力された光パルスの強度の１０倍の強度を有する周回光パルスが光入力ポートＩＮ２から入力され、その１０分の１、すなわち最初に光出力ポートＯＵＴ２から出力された光パルスと同一の強度を有する光パルスが、光出力ポートＯＵＴ２から閉ループ光回路内に再導入される。なお、ここでは説明の便宜上、２ｘ２型光スイッチ５０１の挿入損失は、ゼロと仮定する。

同時に、光出力ポートＯＵＴ２から出力された光パルスの強度の１０倍の強度を有する周回光パルスは、その１０分の９が光出力ポートＯＵＴ１から出力される。すなわち、最初に光出力ポートＯＵＴ２から出力された光パルスの９倍の強度を有する光パルスが、閉ループ光回路から出力される。ループ利得が１のため、同一の周回動作が繰り返され、光パルスの強度が、入力光パルスの強度の９倍に揃えられた、安定な出力光パルス列が出力される。

最後に、ＳＯＡに入力する包絡線信号がオフすると、動的制御信号は、２ｘ２型光スイッチ５０１に入力されず、完全クロスの状態に戻る。オフした瞬間に閉ループ光回路内に残った周回光パルスは、１００％の分岐比で光出力ポートＯＵＴ１より出力され、最初に光出力ポートＯＵＴ２から出力された光パルスの１０倍の強度を有する最終出力光パルスとして出力される。光出力ポートＯＵＴ２への分岐比は０％となり、周回動作は終了し、待機状態に戻る。

第２の実施形態にかかる光パルス列発生装置と同様に、上述した第１〜３の要件を全て満たし、包絡線信号により、出力光パルス列の出力期間が制御される。包絡線信号を付与する期間は、出力光パルス列が出力され、動的制御信号によって安定に制御される。包絡線信号を入力しない期間中は、２ｘ２型光スイッチ５０１に動的制御信号が出力されないため、閉ループ光回路は開ループのままである。従って、周回光パルスは、周回を中止し、閉ループ光回路外に出力される。

なお、乗算器５０５として、ＳＯＡの代替の構成として、制御用光パルスを光電変換し、制御用電気パルスとした後に、この電気領域の制御用電気パルスに対して包絡線信号を重畳することもできる。例えば、制御用電気パルス信号の伝達のオン・オフを、包絡線信号によってスイッチする、電気スイッチを用いることができる。

（受信側のシステム）
図８に、光クロックパルス発生器と光パルス列発生器とを組み合わせた受信側のシステムの構成を示す。光クロックパルス発生器６０２は、プリアンブルの無い非同期で任意のパケット長を有する入力光パケット６１１を入力する。光クロックパルス発生器６０２は、光伝導型サンプル／ホールド回路を含み、光伝導型サンプル／ホールド回路は、先頭の１ビットのマーカパルスにより、一定のバイアス電圧値をサンプルホールドしたステップ状の電気信号を発生する。このステップ状の電気信号の立ち上がりタイミングを検出することにより、２ビット目以降の入力光パルスに影響されることなく、先頭の１ビットのマーカパルスのみに同期した単一のタイミング電気パルスを、パケットごとに発生する。このタイミング電気パルスを電気−光変換した単一のタイミング光パルスを、入力光パルス６１２として、光パルス列発生装置６０１に入力する。

光クロックパルス発生器６０２は、適当な応答速度を有した光受信器を含み、光受信器は、入力光パケットの入力期間中持続する矩形信号、すなわち入力光パケットの包絡線信号６１３を発生する。この光受信器は、光パケット内の比較的短いゼロ連続パターン（最大許容ゼロビット連続長により規定する）には応答しないが、光パケット間の比較的長いゼロ連続パターン（パケット間のガードバンド）には応答するような、適当な応答速度を有する。包絡線信号６１３は、入力光パケット６１１の入力により立ち上がり、入力光パケットのビットが連続する限り出力され、入力光パケット６１１の終了により立ち下がる。このようにして、光受信器は、入力光パケット６１１の形状を表現する包絡線信号６１３を、パケットごとに発生して、光パルス列発生装置６０１に入力する。

光パルス列発生装置６０１として、図６に示した光パルス列発生装置を適用する。入力光パルス６１２を２ｘ２型光スイッチ５０１の光入力ポートＩＮ１に入力し、包絡線信号６１３を乗算器５０５（ＳＯＡ）に入力する。光パルス列発生装置６０１は、入力光パケット６１１に同期し、かつ、そのパケット長に等しい持続時間を有する出力光パルス列６１４を出力することができる。

ここで、出力光パルス列６１４のパルス幅は、光パルス列発生装置６０１の発生する入力光パルス６１２のパルス幅に等しい。光パルス列発生装置６０１の内部において発生するタイミング電気パルスを、光パルスに変換する方法として、半導体レーザの利得スイッチ法と光パルス線形圧縮法とを適用する。この方法によれば、入力光パルス６１２のパルス幅を、最小値３ｐｓから最大値数十ｐｓ以上の大きな値にわたり所望の値に設定することができる。このパルス幅は、入力光パケット６１１のビットレートにも、光パルス幅にも依存しない。従って、入力光パケット６１１のビットレートをあらかじめ知り、そのビットレートに適したパルス幅に設定すればよい。例えば、２５ｐｓのビット間隔を有する４０Ｇｂｉｔ／ｓのビットレートを有する入力光パケット６１１を受信する場合には、出力光パルス列６１４のパルス幅を８〜９ｐｓに設定すればよい。

一方、出力光パルス列６１４の周波数は、光パルス列発生装置における光ループ回路のループ周回時間（ループ回路の空間的長さ）により決定する。この出力周波数も、入力光パケット６１１に依存しない。従って、入力光パケット６１１のビットレートをあらかじめ知り、そのビットレートに適した出力周波数に設定すればよい。例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓのビットレートの光パケットを受信する場合には、光ループ回路のループ周回時間を３．２ｎｓに設定すれば、入力光パケット６１１のビットレートの３２分の１のレートを有する出力光パルス列６１４を得ることができる。この出力光パルス列６１４は、例えば、１：３２ＤＵＭＵＸ（Demultiplexing）処理に適用することができる。

このようにして、プリアンブルの無い非同期で任意のパケット長を有する入力光パケット６１１のマーカパルスに同期した単一の光パルスを元にして、パルス幅と周波数とを独立に設定することができ、任意のパケット長に応じた持続時間を有する出力光パルス列６１４を発生することができる。

本発明の第１の実施形態にかかる光パルス列発生装置の構成を示す図である。２ｘ２型光スイッチの動的制御信号にかかるタイミングチャートである。本発明の第２の実施形態にかかる光パルス列発生装置の構成を示す図である。本発明の第３の実施形態にかかる光パルス列発生装置の構成を示す図である。本発明の第４の実施形態にかかる光パルス列発生装置の構成を示す図である。第２の実施形態の具体的な実施例を示す図である。２ｘ２型光スイッチの出力分岐比の制御法を説明するための図である。光クロックパルス発生器と光パルス列発生器とを組み合わせた受信側のシステムの構成を示す図である。

符号の説明

１０１，２０１，５０１２ｘ２型光スイッチ
１０２，２０２，３０２，４０２，５０２光増幅器
１０３，２０３，３０３，３０５，４０３，４０５，４０７，５０３光分岐回路
１０４，２０４，３０４，４０４，５０４遅延線
２０５，５０５乗算器
３０１１ｘ２型光スイッチ
４０６光強度変調器
５０６受光器（ＰＤ）
５０７電気リミティングアンプ
５０８アイソレータ
５０９波長フィルタ
５１０偏波コントローラ
６０１光パルス列発生装置
６０２光クロックパルス発生器
６１１入力光パケット
６１２入力光パルス
６１３包絡線信号
６１４出力光パルス列

Claims

閉ループ光回路を周回する光パルスを分岐して、一方を出力光パルスとして出力し、他方を前記閉ループ光回路に出力して周回させ、前記閉ループ光回路を周回する時間で決定される繰返し周期を有する出力光パルス列を出力する光パルス列発生方法であって、
前記閉ループ光回路を周回する光パルスを分岐して、制御用光パルスを出力し、
前記制御用光パルスを遅延させ、前記閉ループ光回路を周回する光パルスと遅延された前記制御用光パルスとを同時に、前記閉ループ光回路のループ利得を動的に変化させる利得変調部に入力させ、
前記閉ループ光回路を周回する光パルスに対してのみ、前記制御用光パルスにより前記利得変調部がループ利得を動的に変化させることを特徴とする光パルス列発生方法。
前記閉ループ光回路を光パルスが１周回する時間よりも長い時間幅の包絡線信号により、前記制御用光パルスとは独立に、前記利得変調部がループ利得を制御することを特徴とする請求項１に記載の光パルス列発生方法。
前記閉ループ光回路を光パルスが１周回する時間よりも長い時間幅の包絡線信号を、前記制御用光パルスに重畳させることを特徴とする請求項１に記載の光パルス列発生方法。
入力光パルスを閉ループ光回路に入力する光入力部と、前記閉ループ光回路に入力された光パルスを増幅する光増幅器と、前記閉ループ光回路を周回する光パルスを分岐して、一方を出力光パルスとして出力し、他方を前記閉ループ光回路に出力する光出力部とを含み、前記閉ループ光回路を周回する時間で決定される繰返し周期を有する出力光パルス列を出力する光パルス列発生装置であって、
前記閉ループ光回路に挿入され、前記閉ループ光回路を周回する光パルスを分岐して、制御用光パルスを出力する光分岐回路と、
前記閉ループ光回路のループ利得を動的に変化させる利得変調部と、
前記制御用光パルスを遅延させ、前記閉ループ光回路を周回する光パルスと遅延された前記制御用光パルスとを同時に前記利得変調部に入力させる遅延線とを備え、
前記閉ループ光回路を周回する光パルスに対してのみ、前記制御用光パルスにより前記利得変調部がループ利得を動的に変化させることを特徴とする光パルス列発生装置。
前記利得変調部は、前記閉ループ光回路に挿入された光強度変調器であり、
該光強度変調器における強度変調率が、前記制御用光パルスにより制御されることを特徴とする請求項４に記載の光パルス列発生装置。
前記光強度変調器は、前記周回する光パルスに対して、前記閉ループ光回路のループ利得が１となるように、前記閉ループ光回路内の損失と前記光増幅器の利得とから決められる強度変調率Ｍｏｎを有し、
前記周回する光パルス以外の光パルスに対して、強度変調率Ｍｏｎより小さくループ利得が１未満となる強度変調率Ｍｏｆｆを有することを特徴とする請求項５に記載の光パルス列発生装置。
入力光パルスを閉ループ光回路に入力する光入力部と、前記閉ループ光回路を周回する光パルスを分岐して、一方を出力光パルスとして出力し、他方を前記閉ループ光回路に出力する光出力部とを含み、前記閉ループ光回路を周回する時間で決定される繰返し周期を有する出力光パルス列を出力する光パルス列発生装置であって、
前記閉ループ光回路に挿入され、前記閉ループ光回路を周回する光パルスを分岐して、制御用光パルスを出力する光分岐回路と、
前記閉ループ光回路に入力された光パルスを増幅する光増幅器を含み、該光増幅器の利得を制御して、前記閉ループ光回路のループ利得を動的に変化させる利得変調部と、
前記制御用光パルスを遅延させ、前記閉ループ光回路を周回する光パルスと遅延された前記制御用光パルスとを同時に前記利得変調部に入力させる遅延線とを備え、
前記閉ループ光回路を周回する光パルスに対してのみ、前記制御用光パルスにより前記利得変調部がループ利得を動的に変化させることを特徴とする光パルス列発生装置。
入力光パルスを閉ループ光回路に入力する光入力部と、前記閉ループ光回路に入力された光パルスを増幅する光増幅器とを含み、前記閉ループ光回路を周回する時間で決定される繰返し周期を有する出力光パルス列を出力する光パルス列発生装置であって、
前記閉ループ光回路に挿入され、前記閉ループ光回路を周回する光パルスを分岐して、制御用光パルスを出力する光分岐回路と、
前記閉ループ光回路を周回する光パルスを分岐して、一方を出力光パルスとして出力し、他方を再入力光パルスとして前記閉ループ光回路に出力する光出力部を含み、前記出力光パルスと前記再入力光パルスとの分岐比を動的に変化させる利得変調部と、
前記制御用光パルスを遅延させ、前記閉ループ光回路を周回する光パルスと遅延された前記制御用光パルスとを同時に前記利得変調部に入力させる遅延線とを備え、
前記閉ループ光回路を周回する光パルスに対してのみ、前記制御用光パルスにより前記利得変調部の分岐比を動的に変化させることを特徴とする光パルス列発生装置。
前記光入力部は、固定の分岐比を有する光分岐手段であり、
前記利得変調部は、１ｘ２型の光スイッチであることを特徴とする請求項８に記載の光パルス列発生装置。
閉ループ光回路に入力された光パルスを増幅する光増幅器を含み、前記閉ループ光回路を周回する時間で決定される繰返し周期を有する出力光パルス列を出力する光パルス列発生装置であって、
前記閉ループ光回路に挿入され、前記閉ループ光回路を周回する光パルスを分岐して、制御用光パルスを出力する光分岐回路と、
入力光パルスを前記閉ループ光回路に入力する光入力部と、前記閉ループ光回路を周回する光パルスを分岐して、一方を出力光パルスとして出力し、他方を再入力光パルスとして前記閉ループ光回路に出力する光出力部を含み、前記出力光パルスと前記再入力光パルスとの分岐比を動的に変化させる利得変調部と、
前記制御用光パルスを遅延させ、前記閉ループ光回路を周回する光パルスと遅延された前記制御用光パルスとを同時に前記利得変調部に入力させる遅延線とを備え、
前記閉ループ光回路を周回する光パルスに対してのみ、前記制御用光パルスにより前記利得変調部の分岐比を動的に変化させることを特徴とする光パルス列発生装置。
前記利得変調部は、２ｘ２型光スイッチであることを特徴とする請求項１０に記載の光パルス列発生装置。
前記光出力部における分岐比は、（前記再入力光パルスの出力強度）／（前記出力光パルスの出力強度＋前記再入力光パルスの出力強度）で定義され、
前記利得変調部は、前記周回する光パルスに対して、前記閉ループ光回路のループ利得が１となるように、前記閉ループ光回路内の損失と前記光増幅器の利得とから決められる分岐比Ｋｏｎを有し、
前記周回する光パルス以外の光パルスに対して、分岐比Ｋｏｎより小さくループ利得が１未満となる分岐比Ｋｏｆｆを有することを特徴とする請求項８ないし１１のいずれかに記載の光パルス列発生装置。
前記閉ループ光回路を光パルスが１周回する時間よりも長い時間幅の包絡線信号を、前記制御用光パルスに重畳させる手段をさらに備えたことを特徴とする請求項４ないし１２のいずれかに記載の光パルス列発生装置。
前記閉ループ光回路を光パルスが１周回する時間よりも長い時間幅の包絡線信号により、前記光増幅器の利得を制御することを特徴とする請求項４ないし１２のいずれかに記載の光パルス列発生装置。
入力光パケットの中の単一の光パルスに同期した光パルスを発生する光クロックパルス発生器をさらに備え、前記光パルスを前記入力光パルスとして前記光入力部に出力することを特徴とする請求項４ないし１４のいずれかに記載の光パルス列発生装置。
入力光パケットの中の単一の光パルスに同期した光パルスを発生し、前記入力光パケットのパケット長に対応した持続時間を有する信号を発生し、前記包絡線信号として出力する光クロックパルス発生器をさらに備え、前記光パルスを前記入力光パルスとして前記光入力部に出力することを特徴とする請求項４ないし１４のいずれかに記載の光パルス列発生装置。
前記利得変調部は、前記周回する光パルスに対するループ利得が、前記周回する光パルス以外の光パルスに対するループ利得より大きくなるように制御されることを特徴とする請求項４ないし１６のいずれかに記載の光パルス列発生装置。
前記利得変調部は、前記周回する光パルスに対するループ利得が１であり、前記周回する光パルス以外の光パルスに対するループ利得が１未満になるように制御されることを特徴とする請求項４ないし１６のいずれかに記載の光パルス列発生装置。
前記利得変調部は、前記周回する光パルスに対して前記閉ループ光回路がループ利得１の閉ループとなり、前記周回する光パルス以外の光パルスに対して前記閉ループ光回路が開ループとなるように制御されることを特徴とする請求項４ないし１６のいずれかに記載の光パルス列発生装置。