JPH0425826A - 光タイミング抽出回路 - Google Patents

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、光通信装置に利用され、特に、光信号から電
気信号に変換することなく、直接光クロックを抽出する
光タイミング抽出回路に関する。

〔従来の技術〕

現在の光通信装置において、実際に光信号が流れている
のは伝送路の部分のみであり、中継器、多重分離装置、
および交換機においては、光信号は−たん電気信号に変
換され、電子回路的な処理を施されてから、再び光信号
に戻されて伝送されている。このような、光／電気変換
、電気／光変換を行うため装置構成が非常に複雑になっ
ている。

また、電子回路による処理では、１０〜数１０Ｇｂ／ｓ
あたりのビットレートに原理的な処理速度限界が存在す
る。

以上述べたような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の適用分野の一つとして、光信号
列の中から、その光信号に同期した光クロツク信号を抽
出する技術がある。これを実現するための従来技術とし
ては、光共振器のフィルタ特性を利用して、入力光信号
の中から、クロック成分のみを抜き出して光クロックを
得る光タイミング抽出回路がある。

第４図はこの光タイミング抽出回路の構成図であり、本
出願人らにより発明されたものである（特願昭６２−２
８００６８号参照）。

第４図において、４１は光共振器、４２はリターン・ツ
ー・ゼロ符号で強度変調された人力光信号１を光共振器
４１へ入力するための人力手段、ならびに４３は抽出さ
れた光クロツク信号３を光共振器４１から出力するため
の出力手段である。

第５図（ａ）、（ｂ）および（Ｃ）はそれぞれ入力光信
号のスペクトル、光共振器の共振特性、および抽出さレ
タ光クロック信号のスペクトルを示す特性図である。

クロック周波数Ｆのリターン・ツー・ゼロ符号で強度変
調された入力光信号１のスペクトルは光中心周波数ｆ。

のまわりにサイド・バンドを持つ。

サイド・バンド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Ｆ１およびその高調波成分、２Ｆ、３
Ｆ、４Ｆ、　　を含んでいる。従って、光信号スペクト
ルとしては、ｆｏ、ｆｏ　±ＦＳ　ｆ。

±２Ｆ、ｆｏ　±３Ｆ、　の輝線スペクトル成分が存在
する。このような人力光信号１を、光出力が周期的な共
振特性を持ち（その共振ピークの周波数間隔を以下ＦＳ
Ｒ（フリー・スペクトル・レンジ）という。）　ＦＳＲ
が入力光信号１のクロック周波数Ｆに等しい光共振器４
１に人力し、光共振器４１の周期的な共振ピークの一つ
を、光入力信号の中心光周波数ｆ。に一致させる。ただ
し、建設的な干渉を起こさせるためには、光入力信号１
の中心光周波数ｆ。における光スペクトル半値全幅は、
光共振器４１の共振ピークの半値全幅より小さくなけれ
ばならない。以上の操作により、入力光信号１の中から
、クロック成分、およびその高調波成分のみを抜き取り
、連続した光クロツク信号３を得ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した従来の光タイミング抽出回路は、能動光学部品
を用いていないので共振器長を短くすることで原理的に
はいくらでも高速化が可能であるという利点を有するが
、これにより、光クロツク信号を抽出するためには、光
共振器の周期的な共振ピークの一つを安全に光入力信号
の中心光周波数に一致させる必要があるが、その設定は
簡単ではない課題があった。

本発明の目的は、前記の課題を解決し、光共振器の周期
的な共振ピークの一つが、常に、光入力信号の中心光周
波数に一致するように制御され、高安定、超高速度で、
直接光クロック信号を抽出できる光タイミング抽出回路
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、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前記クロック周波数
の実質的に等しい光共振器と、前記入力光信号を前記ク
ロック周波数よりも十分に低い周波数の低周波信号で位
相変調を行い前記光共振器に入射する位相変調手段と、
この位相変調された入力光信号が前記光共振器を通過す
ることにより生成された光信号を検出し電気信号に変換
する光信号検出手段と、前記電気信号と前記低周波信号
とにより誤差信号を生成し前記光共振器の制御部に印加
する誤差信号生成手段とを備えたことを特徴とする。

〔作用〕

位相変調手段により低周波信号で位相変調された人力光
信号は、輝線スペクトルの左右に低周波のサイドバンド
が立つ。このため光信号検出手段により検出される光共
振器からの光信号は、共振周波数の近傍で大きく位相が
変化し、この位相変化はこの光信号を受光器により電気
信号に変換してもそのまま現れる。そして、誤差信号生
成手段により、この電気信号から位相変調周波数成分（
中心周波数とサイドバンドとのビート）を検出すると、
共振周波数と人力光信号周波数とのずれに比例した位相
変化が誤差信号として生成され、この誤差信号が光共振
器の制御部に印加され、光共振器のＦＳＲを僅かに変化
させ誤差信号が零になるように調整する。

この結果、光共振器のＦＳＲと人力光信号のクロック周
波数Ｆとは一致（Ｆ＝、＝ＦＳＲ）Ｌ、さらに、光共振
周波数の一つと人力光信号の中心周波数ｆ。も一致（ｆ
ｏ＝ｎ−ＦＳＲ）Ｌ、人力光信号のうち輝線スペクトル
成分だけを抽出することができ、これにより光クロツク
信号を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の第一実施例を示すブロック構成図であ
る。

本実−実施例は、ディジタル信号により変調された入力
光信号１からクロック周波数を抽出しそれに同期した光
クロツク信号３を出力する光タイミング抽出回路におい
て、 本発明の特徴とするところの、 共振ピークの周波数間隔（Ｆ　Ｓ　Ｒ）が前記クロック
周波数の実質的に等しい光共振器としての、制御部とし
てピエゾトランスデユーサ１７を有するファブリ・ペロ
共振器２０と、入力光信号１を前記クロック周波数より
も十分に低い周波数の低周波信号で位相変調を行いファ
ブリ・ペロ共振器２０に入射する位相変調手段としての
光位相変調器１１および低周波発振器１２と、この位相
変調された位相変調入力光信号４がファブリ・ペロ共振
器２０により反射された反射光信号２を検出し電気信号
５に変換する反射光信号検出手段としての偏光ビームス
プリッタ１８．２波長板１９および受光器１６と、電気
信号５と前記低周波信号とにより誤差信号６を生成しフ
ァブリ・ペロ共振器２０のピエゾトランスデユーサ１７
に印加する誤差信号生成手段としての位相シフタ１３、
ミキサ１４および低域ろ波器１５とを備えている。

次に、本実−実施例の動作について第２図（ａ）〜（（
至）に示す特性図を参照して説明する。

第２図（ａ）に示すように、クロック周波数Ｆのリター
ン・ツー・ゼロ符号で強度変調された入力光信号１のス
ペクトル光中心周波数ｆ。のまわりにサイド・バンドを
持つ。サイド・バンド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Ｆ１およびその高調波成分、２
Ｆ、３Ｆ、４Ｆ。

を含んでいる。従って、人力光信号スペクトルとしては
、ｆｏ、ｆｏ　±Ｆ、ｆｏ　±２ＦＳ　ｆｏ　±３Ｆ、
　の輝線スペクトル成分が存在する。

このような輝線スペクトル成分を有する人力光信号１は
、光位相変調器１１に入射され、低周波発振器１２から
出力されるクロック周波数よりも十分低い周波数の低周
波信号で浅い位相変調が加えられる。この結果、第２図
（ｄ）に示すように、輝線スペクトルの左右に低周波の
サイドバンドが立つ。

この位相変調入力光信号４は、偏光ビームスプリッタ１
Ｂと％波長板１９を通って、入力光信号のクロック周波
数と等しいＦＳＲを持つファブリ・ペロ共振器２０に入
射される。ここで、偏光ビームスプリッタ１８の向きは
入射光がそのまま通過するように調整され、また各波長
板は入射光が円偏波となるように調整される。ファブリ
・ペロ共振器２０からの反射光は各波長板１９を再度通
過することにより、入射光に対して９０度傾いた直線偏
波となり偏光ビームスプリッタ１８で反射され反射光信
号２となる。この反射光信号２は、ファブリ・ペロ共振
器２０の反射率特性が第２図（ｅ）に示すようになって
いるため、第２図（ｆ）に示すように、共振周波数のご
く近傍で大きく位相が変化する。

この反射光信号２は受光器１６で受光され電気信号５と
なる。この場合前述のファブリ・ペロ共振器２０によっ
て生じる位相変化はそのまま保たれる。

この電気信号５と、低周波発振器１２からの低周波信号
を位相シフタ１３で位相調整した低周波信号とをミキサ
１４に人力し混合し、さらに低周波ろ波器１５を通すこ
とにより、位相変調周波数成分（中心周波数とサイドバ
ンドとのビート）を検出することにより第２図（ｇ）に
示す誤差信号６が得られる。

この誤差信号６は、ファブリ・ベロ共振器２０の共振周
波数と入力光信号１の中心周波数ｆ。とのずれ量に応じ
たものとなる。

そこで、この誤差信号６でファブリ・ベロ共振器２０の
ピエゾトランスデユーサ１７を駆動することにより、誤
差信号６が零になるように、共振器間隔を僅かに変化さ
せ、共振周波数を変化させ、ファブリ・ベロ共振器２０
の共振周波数と人力光信号の中心周波数とを一致させる
。

このとき、ファブリ・ベロ共振器２０からは、第２図（
６）に示した光共振器の透過率特性に対応した透過モー
ド光として、第２図（Ｃ）に示す光クロツク信号３が出
力される。

以上は、入力光信号１の偏波が直線偏波の場合の説明で
あるが、入射偏波は必ずしも直線偏波である必要はなく
、その場合には、偏光ビームスプリッタ１８とし２波長
板１９とハーフミラ−等の部分透過ミラーに変えればよ
い。

また、光共振器としてファブリ・ベロ共振器を用し）で
説明したが、光共振器としては、他のいろいろな型式の
光共振器を用いることができる（特願昭６３〜２８００
６８号参照）。また、光ファイバや、平面導波路を用い
て、光共振器を構成することもできる。その場合、共振
周波数の調整には、熱光学効果、電気光学効果、光弾性
効果、機械的な弓っ張りおよび圧縮等により導波路の実
効的な長さを変化させればよい。

第３図は本発明の第二実施例を示すブロック構成図であ
る。

本第二実施例は、第１図の第一実施例のファブリ・ベロ
共振器２０に代えてピエゾトランスデユーサ２３を存す
るリング共振器２１を用い、それにつれて、偏光ビーム
スプリッタ１８および２波長板１９をなくし、４個の光
カプラ２２ａ〜２２ｄを設けたものである。

次に、本第二実施例の動作について説明する。

入力光信号１はまず光カプラ２２ａにより２分され、一
方はポー）Ａ３０からリング共振器２１に導かれ、光ル
ープを時計回りに伝搬する。他方は低周波発振器１２に
より駆動される光位相変調器１１に導かれて位相変調を
受けた後、光カプラ２２Ｃを介しポートＣ３２からリン
グ共振器２１に導かれ、光ループを反時計回りに伝搬し
、ボー）　Ｄ３３から反射モードの反射光信号２として
出力し、受光器１６で光電気変換され、電気信号５とな
る。

この電気信号５と低周波発振器１２からの低周波信号は
位相シフタ１３で位相を調整された後、ミキサ１４にそ
れぞれ入力され、低域ろ波器１５を通すことにより、リ
ング光共振器２１の共振周波数と入力光信号１の中心周
波数のずれ量に応じた誤差信号６を作り出す。そして、
この誤差信号６によりピエゾトランスデユーサ２３を駆
動し、共振器間隔をわずかに変化させ、共振周波数を変
化させ、リング共振器の共振周波数と人力光信号１の中
心周波数を一致させる。

このとき、ポートＡ３０からリング共振器２１に入力し
、光ループを時計回りに伝搬した光はポートＣ３２から
透過モード光として出力され、光クロツク信号３となる
。

本第二実施例では、光クロツク信号として取り出される
光は位相変調の影響を受けないという利点を有している
。

本第二実施例の光タイミング抽出回路は、バルク光学系
および光ファイバや、平面導波路を用いて構成すること
ができる。その場合、共振周波数の調整には、熱光学効
果、電気光学効果、光弾性効果、機械的な引っ張りおよ
び圧縮等により導波路の実効的な長さを変化させればよ
し）。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明によれば、光共振器の周
期的な共振ピークの一つが、常に、人力光信号の中心光
周波数に一致するように制御され、高安定、超高速度で
、直接、光クロツク信号を抽昌する光タイミング抽出回
路が提供できる効果がある。また、本発明の光タイミン
グ抽出回路は能動光学部品を用いてないので共振器長を
短くすることて、原理的にはいくらでも高速化が可能で
あリ、その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例を示すブロック構成図。 第２図（ａ）〜（ｇ）はその動作を示す特性図。 第３図は本発明の第二実施例を示すブロック構成図。 第４図は従来例を示すブロック構成図。 第５図（ａ）〜（Ｃ）はその動作を示す特性図。 １・・・入力光信号、２・・・反射光信号、３・・・光
クロツク信号、４・・・位相変調人力光信号、５・・・
電気信号、６・・・誤差信号、１１・・・光位相変調器
、１２・・・低周波発振器、１３・・・位相シフタ、１
４・・・ミキサ、１５・・・低域ろ波器、１６・・・受
光器、１７．２３・・・ピエゾトランスデユーサ、１８
・・・偏光ビームスプリッタ、１９・・・Ｚ波長板、２
０・・・ファブリ・ペロ共振器、２１・・・リング共振
器、２２ａ〜２２ｄ・・・光カプラ、３０・・・ポート
Ａ、３１・・・ボー）Ｂ、３２・・・ポートＣ１３３・
・・ポートＤ１４１・・・光共振器、４２・・・人力手
段、４３・・・出力手段。 。。、入力光信号 スダクトル 第 図 従来例／ｌ橋べ 。。）充ｇロック信尾 スペクトル 第 図

Claims (1)

1. 【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前記クロック周波数の実質的
   に等しい光共振器と、 前記入力光信号を前記クロック周波数よりも十分に低い
   周波数の低周波信号で位相変調を行い前記光共振器に入
   射する位相変調手段と、 この位相変調された入力光信号が前記光共振器を通過す
   ることにより生成された光信号を検出し電気信号に変換
   する光信号検出手段と、 前記電気信号と前記低周波信号とにより誤差信号を生成
   し前記光共振器の制御部に印加する誤差信号生成手段と を備えたことを特徴とする光タイミング抽出回路。