JPH02126243A

JPH02126243A - 光タイミング抽出回路

Info

Publication number: JPH02126243A
Application number: JP63280068A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Jinno; 正彦神野; Takao Matsumoto; 松本　隆男; Masabumi Koga; 正文古賀
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1988-11-04
Filing date: 1988-11-04
Publication date: 1990-05-15
Anticipated expiration: 2012-10-15
Also published as: JP2662805B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は光通信に利用する。特に、光信号を電気信号に
変換することなく処理するために、ディジタル信号によ
り変調された光信号に同期した光クロツクパルス列をそ
の信号自身から抽出する光タイミング抽出回路に関する
。

本発明は、入力光信号のクロック周波数と等しい周波数
間隔で複数の光を出力することにより、入力光信号に同
期した光クロツクパルス列を得るものである。

〔従来の技術〕

現在の光通信装置では、実際に光信号が流れるのは伝送
路の部分だけであり、中継器、多重・分離装置、および
交換機では、光信号を一旦電気信号に変換し、電子回路
による処理を施してから再び光信号に戻して伝送してい
る。このような光電気変換、電気光変換を行うための装
置構成は非常に複雑であり、また、電子回路による処理
では、１０〜数１０Ｇｂ／ｓ程度のビット速度に原理的
な処理速度の限界が存在する。

電気的処理が介在することによる装置構成の複雑化、処
理速度の制限の問題を解決するためには、光信号を電気
信号に変換することなく、光信号のままで処理する光信
号処理の技術が必要である。

このような光信号処理を行うには、光信号列からそれに
同期した光クロツク信号を抽出することが必要不可欠で
ある。

これを実現するため、注入同期によるタイミング抽出方
法が提案されている。この方法では、自励パルス発振に
より周期的に光パルス列を出力している光発振器に、そ
のパルス発振周波数とほぼ等しいビット速度のリターン
・ツー・ゼロ符号により強度変調された光信号を入射す
る。これにより、光発振器のパルス発振周波数が入射光
信号のビット速度に同期し、光クロツクパルス列が得ら
れる。

第１９図は注入同期によるタイミング抽出方法を用いた
従来例光タイミング抽出回路の構成を示す。

この回路は、エレクトロニクス・レターズ第２４巻（１
９８８年）、「オール・オプティカル・リジェネレータ
Ｊ　（［Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　
Ｖｏｌ、２４　（１９８８）。

”Ａｌｌ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ’
）　　に示されたものであり、ＬＣ並列共振回路を外付
けした５ＥＥＤ　（５ｅｌｆ［１ｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉ
ｃ　１ｅｖｉｃｅ）を用いた回路である。

ポンピング用光源１９１は、ビーム・スプリッタ１９２
を介して、ＳεεＤ１９３に連続波ポンプ光１９５を入
射する。５ＢＥＤ１９３は、光・電気混合型量子井戸構
造の負性抵抗素子であり、そのバイアス回路にＬＣ並列
共振回路１９４が接続されている。ＬＣ並列共振回路１
９４を介して５ＥＩＥＤ１９３をバイアスし、この５Ｅ
ＢＤ１９３に連続波ポンプ光１９５を入射すると、ＳＥ
εＤ１９３は、１／２（πｆｆ）の自励発振周波数で発
振する。このため、入射された連続波ポンプ光１９５が
その周波数で強度変調され、５ＥＥ０１９３の出力に周
期的なパルス列が得られる。

この状態で、５ＥＥＤ１９３の自励発振周波数とほぼ等
しいビット速度のリターン・ツー・ゼロ符号で強度変調
された光信号１９６を５ＥＥＤ１９３に入射する。

このためにビームスプリッタ１９２を用いる。これによ
り５ＥＥＤ１９３の自励発振周波数が光信号１９６０ビ
ット速度に引き込まれ、５ＢＥＤ１９３の出力に、光信
号１９６のビット速度と等しい速度の光クロツク信号１
９７が得られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、５ＥＥＤのような能動素子を用いると、タイミ
ング抽出可能なビット速度はその能動素子の応答速度で
制限される欠点があった。この欠点のために、電気的信
号処理に対する光信号処理の優位性が顕著になるような
数Ｇ）ｌｚ以上の領域での利用が困難であった。例えば
、上述した従来例では、５ＥＥＤの応答速度が高々数Ｉ
Ｑｎｓであり、動作可能なビット速度は数１０Ｍｂ／ｓ
が限界である。

本発明は、以上の問題点を解決し、受動型の光共振器を
用いて入力光信号に同期した高速の光クロツクパルス列
を抽出する光タイミング抽出回路を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光タイミング抽出回路は、共振ピークの周波数
間隔が人力光信号のクロック周波数と実質的に等しい光
共振器を備え、この光共振器の共振周波数のひとつが入
力光信号の中心光周波数と実質的に等しい値に設定され
たことを特徴とする。

光共振器内に光増幅器を含むこともできる。

〔作　用〕

リターン・ツー・ゼロ符号、ＣＭＩ符号その他によりデ
ィジタル変調された光信号は、中心光周波数ｆ０のまわ
りに、クロック周波数成分およびその高調波成分を側波
帯として含む。このような光信号をそのクロック周波数
Ｆと等しい周波数間隔で共振ピークを示す光共振器に入
射する。このとき、光信号の中心光周波数ｆ０を光共振
器の共振周波数のひとつに一致させておく。これにより
光共振器は、中心光周波数１０だけでなく、この中心光
周波数ｆ。からクロック周波数Ｆだけずれた光周波数ｆ
０±Ｆ１および高調波周波数２Ｆ。

３Ｆ、・・・だけずれた光周波数ｆ。±２ＦＳ　ｆａ±
３Ｆ、・・・で共振する。このような共振スペクトルは
、光周波数ｆ０を周波数Ｆで強度変調したスペクトルに
対応している。したがって、光共振器の出力には、クロ
ック周波数と等しい繰り返し周波数で、連続した光クロ
ツクパルス列が得られる。

光共振器の共振特性は干渉により生じるので、上述のよ
うな共振特性を得るためには、入力光信号のコヒーレン
シーが高いことが必要である。したがって、入力光信号
の中心光周波数のスペクトル半値全幅は、光共振器の共
振ピークの半値全幅より小さいことが必要である。

〔実施例〕

第１図は本発明実施例光タイミング抽出回路の構成を示
す。

この回路は、ディジタル信号により変調された人力光信
号からクロック周波数を抽出する光タイミング抽出回路
であり、共振ピークの周波数間隔がクロック周波数と実
質的に等しい光共振器１を備え、この光共振器１の共振
周波数のひとつが人力光信号の中心光周波数と実質的に
等しい値に設定されていることを特徴とする。

光共振器１には、クロック周波数成分を含む人力光信号
が供給される大刃先導波路２と、抽出された光クロツク
パルス列が出力される出刃先導波路３とが接続される。

第２図は入力光信号のスペクトルと、光共振器１の共振
特性と、抽出された光クロックのスペクトルとの関係を
示す。

クロック周波数成分を含む入力光信号、例えばクロック
周波数Ｆのリターン・ツー・ゼロ符号により強度変調さ
れた光信号のスペクトルは、第２図（ａ）に示すように
、中心光周波数ｆｏのまわりに側波帯を含む。この側波
帯の形状は符号パターンに依存するが、必ず、クロック
周波数Ｆおよびその高調波成分２Ｆ、３Ｆ、４Ｆを含ん
でいる。したがってそのスペクトルには、ｆｏ±２Ｆ、
ｆ。

±３Ｆ、・・・の成分が存在する。このような光信号を
光共振器１に入力する。

光共振器１は、第２図（ｂ）に示すように、その共振特
性に周期性をもつ。この周期はフリー・スペクトラル・
レンジ（ＦＳＲ）と呼ばれる。光共振器１のフリー・ス
ベクトラル・レンジは入力光信号のクロック周波数Ｆと
等しい。また、光共振器１の共振周波数のひとつが、入
力光信号の中心光周波数ｆａに一致している。ただし、
入力光信号の中心光周波数ｆ。の光スペクトル半値全幅
は、共振ピークの半値全幅より狭い。

このとき、光共振器１の出力には、第２図（Ｃ）に示し
たスペクトルの光出力、すなわち、中心光周波数ｆｏだ
けでなく、この中心光周波数ｆ０からクロック周波数Ｆ
だけずれた光周波数ｆ。±Ｆ、および高調波周波数２Ｆ
、３Ｆ、・・・だけずれた光周波数ｆ０±２Ｆ、ｆｏ±
３Ｆ、・・・が得られる。

したがって光共振器１の出力には、入力光信号のクロッ
ク周波数と等しい繰り返し周波数で、連続した光クロツ
クパルス列が得られる。

また、この光共振器１は、共振特性によるフィルタ作用
があるため、電気の領域における狭帯域帯域通過フィル
タの場合と同様に、入力光信号に含まれるジッタを吸収
することができる。

以上の実施例では、入力光信号がディジタル信号により
強度変調されている場合について説明したが、位相変調
または周波数変調されている場合でも本発明を同様に実
施できる。

第３図ないし第１７図は光共振器１０例を示す。

第３図はファプリ・ペロー共振器を示す。この共振器は
、二枚の高反射率ミラー３１３２を互いに平行に向かい
合わせた構造をもつ。この共振器に連続光を入射すると
、その透過特性は入力光周波数に対して周期的となる。

ここで、高反射率ミラー３１．３２のパワー反射率をＲ
１高反射率ミラー３１．３２の距離をＬとする。また、
真空中の光速を０１媒質の屈折率をｎとする。このとき
、この共振器のフリー・スペクトラル・レンジＦＳＲは
、ＦＲ５＝ｃ／２ｎＬとなる。また、共振の鋭さを表すために、共振ピークの
半値全幅Δｆをフリー・スペクトラル・レンジで割った
値で表す。この値をフィネスｆｉｎｅｓｓｅという。こ
の値は、ｆｉｎｅｓｓｅ＝π−ＪＲ／　（１−Ｒ）となり、高反
射率ミラー３１．３２０反射率Ｒが１に近づくほど共振
が鋭くなる。

このフィネスは、電気の領域におけるタンク回路の性能
を表す指数Ｑに相当し、フィネスが大きいほど、零の連
続に対する耐性およびジッタ抑圧能力が大きくなる。

第４図は導波路構造のファブリ・ベロー共振器を示す。

この共振器は、導波路４０の両端面を高反射率膜４１．
４２で被覆したものである。導波路４０としては、光フ
ァイバ、石英系導波路、Ｌ＋ＮｂＬ導波路その他を用い
ることができ、その材料および形状はついては種々のも
のがある。

第５図および第６図は、光共振器中に部分反射ミラーを
挿入した横方向結合型ファブリ・ベロー共振器を示す。

この構造は、導波路構造との整合性に優れている。第５
図に示した共振器は、高反射率ミラー５１．５２の間に
部分反射ミラー５３が挿入され、入力光と反対方向に出
力光を出射するものである。また、第６図に示した共振
器は、高反射率ミラー５１．５２の間の光路が部分反射
ミラー５３により折り曲げられた構造をもつ。

第７図、第８図は、それぞれ第５図、第６図に示した共
振器を導波路構造化したものを示す。部分反射ミラー５
３は方向性結合器７３により置き換えられ、共振器を構
成する導波路の端面ば高反射率膜７１．７２により被覆
される。

第９図、第１０図は、光クロプクパルス列を出力するた
め、第７図、第８図に示した共振器にそれぞれタップ用
方向性結合器９１を設けた例を示す。

横方向結合型ファブリ・ベロー共振器のフリー・スペク
トラル・レンジは、その共振器を構成するアームのそれ
ぞぞれの長さをＬ＋　、Ｌ２　とすると、ＦＳＲ＝　ｃ／　２　ｎ　　（Ｌ＋　＋　Ｌ２　）とな
る。また、高反射率膜７１．７２のパワー反射率を１、
方向性結合器７３の損失および導波路損失を無視した理
想的な場合のフィネスは、方向性結合器７３のパワー分
岐比をＫとすると、第７図に示した共振器の場合には、ｆｉｎｅｓｓｅ　＝　ｙｒ　／　ｆＫ：’／　（１−Ｋ
）第８図に示した共振器の場合には、ｆｉｎｅｓｓｅ　＝　ｙｒ　／　　　　−／　Ｋとなる
。

第１１図ないし第１４図は、部分反射ミラーまたは方向
性結合器を二個用いたリング共振器を示す。

第１１図に示した例では、部分反射ミラー１１１、高反
射率ミラー１１２、部分反射ミラー１１３および高反射
率ミラー１１４によりリング共振器が形成される。入力
光は部分反射ミラー１１１により共振器内に取り込まれ
、出力光は部分反射ミラー１１３により共振器外に取り
出される。第１２図に示した例では、部分反射ミラー１
２１、高反射率ミラー１２２．１２３、部分反射ミラー
１２４および高反射率ミラー１２５によりリング共振器
が形成される。入力光はお分反射ミラー１２１により共
振器内に取り込まれ、出力光は部分反射ミラー１２４に
より共振器外に取り出される。

第１３図に示した例では、リング状の導波路１３１に二
つの方向性結合器１３２．１３３が設けられ、その一方
から入力光が共振器内に取り込まれ、他方から出力光が
共振器外に取り出される。また、第１４図に示した例で
は、導波路１４１０両端が方向性結合器１４２により結
合されてリングを形成し、この方向性結合器１４２から
共振器内に入力光が取り込まれる。また、導波路１４１
にはもう一個の方向性結合器１４３が設けられ、ここか
ら出力光が取り出される。

リング共振器のフリー・スペクトラル・レンジは、リン
グの全長をＬとすると、ＦＳＲ＝ｃ／ｎＬとなる。方向性結合器１３２．１３３．１４２．１４３
の損失および導波路１３１．１４１の損失を無視した理
想的な場合のフィネスは、第１３図に示した構造では方
向性結合器１３２．１３３のパワー分岐比をＫとし、第
１４図に示した構造では方向性結合器１４２．１４３の
パワー分岐比をそれぞれ１−に、にとすると、いずれの
場合にも、ｆｌｎｅｓｓｅ　＝　π／　Ｊτ丁””ＫＴ／にとなる
。

第１５図ないし第１７図は、光共振器内に光増幅器を挿
入した例を示す。第１５図は、第３図に示したファブリ
・ベロー共振器中に光増幅器１５１を挿入した例を示す
。また、第１６図は、第１３図に示したリング共振器中
に、光増幅器として半導体レーザ増幅器１６１を挿入し
た例を示す。第１７図は、光共振器を構成する先導波路
を光増幅媒体１７１で製造した例を示す。このようなレ
ーザ媒質としては、Ｅｒのような希土類をドープしたフ
ァイバや、半導体導波路を用いることができる。また、
ファイバ中におけるラマン増幅や、プリルアン増幅を利
用してもよい。

光共振器内に光増幅器を挿入することにより、共振器損
失を補うことができ、高いフィネスの共振器が得られる
。また、光クロツクパルスを増幅できる。

第１８図は光タイミング抽出回路の実験結果を示す。こ
の実験では、光共振器として、第３図に示したファブリ
・ペロー共振器を用いた。ただし、この共振器のフリー
・スペクトル幅成分ジＦＳＲおよび共振ピークの半値全
幅Δｆは、ＦＳＲ＝１５０ＭＨｚ Δｆ　＝ｌＯＭＨｚである。第１８図（ａ）は人力光信号を示し、スペクト
ル幅が２００ｋＨｚ　（（Δｆ）の光を１５０Ｍｂ／ｓ
のリターン・ツー・ゼロ符号の固定パターンｒｌｌｌｌ
ｌｌｌｌｏ０００００００　Ｊで強度変調したものの波
形を示す。第１８図（ｂ）は、光共振器から出力された
連続した光クロックの波形を示す。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光タイミング抽出回路は
、光受動回路のみを使用しているため、動作速度の原理
的な限界は存在せず、人力光信号が超高速のビット速度
で変調されている場合でも、その入力光信号からクロッ
ク周波数を抽出することができる効果がある。

４、

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例光タイミング抽出回路の構成を示
す図。第２図は入力光信号のスペクトノペ光共振器の共振特性
および抽出された光クロックのスペクトルの関係を示す
図。第３図は光共振器の一例を示す図。第４図は光共振器の一例を示す図。第５図は光共振器の一例を示す図。第６図は光共振器の一例を示す図。第７図は光共振器の一例を示す図。第８図は光共振器の一例を示す図。第９図は光共振器の一例を示す図。第１０図は光共振器の一例を示す図。第１１図は光共振器の一例を示す図。第１２図は光共振器の一例を示す図。第１３図は光共振器の一例を示す図。第１４図は光共振器の一例を示す図。第１５図は光共振器の一例を示す図。第１６図は光共振器の一例を示す図。第１７図は光共振器の一例を示す図。第１８図は光タイミング抽出回路の実験結果を示す図。第１９図は従来例光タイミング抽出回路の構成を示す図
。１・・・光共振器、２・・・入力光導波路、３・・・出
力光導波路、３１．３２．５１．５２．１１２．１１４
・・・高反射率ミラー、４０．１３１．１４１・・・導
波路、４１．４２．７１．７２．１２２．１２３．１２
５・・・高反射率膜、５３．１１１．１１３．１２１．
１２４・・・部分反射ミラー、７３．１３２．１３３．
１４２．１４３・・・方向性結合器、９１・・・タップ
用方向性結合器、１５１・・・光増幅器、１６１・・・
半導体レーザ増幅器、１７１・・・光増幅媒体、１９１
・・・ポンピング用光源、１９２・・・ビーム・スプリ
ッタ、１９３・・・ＳεεＤ、１９４・・・ＬＣ並列共
振回路。特許出願人　日本電信電話株式会社代理人　弁理士　井　出　直　孝拠菖図に菖回扇に回扇図菖図肩図菖菖図肩回肩図烹１つ回

Claims

【特許請求の範囲】１、ディジタル信号により変調された入力光信号からク
ロック周波数を抽出する光タイミング抽出回路において
、共振ピークの周波数間隔が上記クロック周波数と実質的
に等しい光共振器を備え、この光共振器の共振周波数のひとつが上記入力光信号の
中心光周波数と実質的に等しい値に設定されたことを特徴とする光タイミング抽出回路。