JPH05341332A - 光識別再生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光通信装置および光信号処理装置において、
電気信号に変換することなく、光のままでリタイミン
グ、識別再生を行う全光型の光識別再生装置を得ること
を目的とする。 【構成】 本装置は、入力光信号パルス列１と、これに
同期した光クロックパルス列３を入力し、入力信号パル
スの光強度に依存して屈折率が変化する光カー媒質８を
干渉計内に組み込んだ光カースイッチと、該光カースイ
ッチの出力光信号と、光カー媒質の屈折率を変化させる
入力光信号とを分離する手段とを備え、該光カー媒質に
おいて、入力光信号パルスと光クロックパルスの伝ぱん
速度を異ならしめ、かつ光カー媒質の中央で双方のパル
スが時間的に重なるように時間位置を調整し、入力信号
パルスによる光クロックパルスの位相変化の最大値をほ
ぼπにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光通信装置および光信号
処理装置に関する。特に伝送路を伝ぱんしてきた微弱な
時分割多重信号に対し、光領域でリタイミング、識別再
生を行う全光型の光識別再生装置に関するものである。

【０００２】

【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、中継器に
おいては、光信号は一旦電気信号に変換されてから、電
子回路によって、等化増幅、リタイミング、識別再生の
各処理を施され、その後再び光信号に戻されて伝送され
ている。このような構成をとっているため、光電変換に
より装置が複雑化しているばかりでなく、動作速度が電
子回路により制限される。このような電気的処理が介在
することによる装置の複雑化、処理速度制限の問題を解
決するためには、光信号を電気信号に変換することな
く、光信号のままで高速に処理する光中継器が必要とな
る。

【０００３】このような全光型の光中継器としては、従
来より、半導体レーザやエルビウム添加ファイバ中の誘
導放出を利用した光線形増幅器が用いられてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の光線形
増幅器は長距離多段中継時には、雑音、ジッタの累積、
分散による波形劣化が生ずるという欠点を有していた。
これらの問題点を解決するためには、光領域で等化増
幅、リタイミング、識別再生の処理を行う光再生中継器
が必要不可欠である。本発明は以上の問題に鑑みてなさ
れたもので、電子回路的な速度制限を受けず、超高速動
作が可能な全光型の光識別再生器を提供するものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の光識別再生器
は、入力光信号パルスと、これに同期した光クロックパ
ルスとを入力し、入力信号パルスの光強度に依存して、
その構成要素である干渉計内に入力光信号パルスに依存
して屈折率が変化する光カー媒質を組み込んだ光カース
イッチと、該光カースイッチの出力光信号と入力光信号
とを分離する手段とを備え、入力光信号パルスは該光カ
ー媒質内において、光クロックパルスと伝ぱん速度が異
なり、光カー媒質のほぼ中央で入力光信号パルスと光ク
ロックパルスとが時間的に重なるように両者の時間位置
が調整されており、入力信号パルスによって生じる光ク
ロックパルスの位相変化の最大値がおよそπであること
を特徴としている。

【０００６】

【作用】光強度変調された２値ディジタル光信号パルス
は、光強度の減衰、時間位置の変動、波形歪み、雑音の
蓄積を受けながら光伝送路を伝ぱんし、本発明の光識別
器を含む光再生中継器に入力される。この光信号パルス
は光増幅器により増幅され、光タイミング抽出器により
作成された光クロックパルスと共に、光カースイッチに
入力される。光クロックパルスは、入力信号に同期して
いるがジッタを含まず、パルス間隔は一定である。光ク
ロックパルスは、入力信号に同期しておりかつジッタを
含まず、パルス間隔は一定である。また、入力光信号パ
ルスと同程度のパルス幅を有する。光カースイッチにお
いて、増幅された入力光信号パルスは、制御光信号とし
て作用し、入力光信号が持つ２値データに応じて光クロ
ックパルスを変調する。変調された光クロックパルス
は、再生された光信号として、本発明の光識別再生器か
ら出力される。

【０００７】光信号パルスと光クロックパルスは、波長
あるいは偏波面が異なるため、光カースイッチ中の光カ
ー媒質中では伝ぱん速度が異なる。入力光信号パルスは
ジッタを有するので時間位置はある分布を持つが、平均
的な時間位置を持つ信号パルスは、光カー媒質のほぼ中
央で光クロックパルスと時間的に重なる（出会う）よう
に両者の平均時間位置を調整する。このようにすれば、
入力光信号パルスの時間位置がばらついていても、平均
位置からのずれが光カー媒質の伝ぱん時間の半分より短
かければ、入力光信号パルスは光カー媒質中のどこかで
光クロックパルスと時間的に重なり、光カー効果により
位相変化を与えることができ、光クロックパルスを変調
することができる。以上が本発明の光識別再生器がジッ
タを抑圧できる原理である。

【０００８】さらに、入力光信号パルスに比例して生じ
る光クロックパルスの位相変化Δφの最大値がほぼπで
あるように入力光信号パルスのピークパワーを調整する
と、変調された光クロックパルス（再生信号パルス）の
出力強度は１−cos(Δφ) に比例するので（図３参
照）、入力光信号パルスのピークパワーに対してしきい
値特性を持つことになり、入力光信号パルスのピークパ
ワー変動や、光増幅器により発生した自然放出光雑音を
抑制することができる。

【０００９】以下、図面に基づき、本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の一実施例の構成を示す図であ
って、入力光信号パルス列１が光増幅器２に入力され、
入力光信号パルス列１に同期した光クロックパルス列３
は分岐比が50：50の光カプラ４に加えられる。５は分岐
比50：50の光カプラ、６と７は入力光信号パルス列と光
クロックパルス列を合波／分波する光合分波器であり、
８は入力信号パルスの光強度に依存して屈折率が変化す
る光カー媒質であり、９は光再生信号列である。２つの
光カプラ４および５によりマッハツェンダ干渉計が構成
されており、干渉計は一方にアーム10、他方にアーム11
を有している。干渉計の一方のアーム10には光カー媒質
８が挿入されている。

【００１１】光クロックパルス列３は第１の光カプラ４
で２分割され、それぞれ干渉計の２つのアームを伝ぱん
する。本干渉計は、入力光信号パルス列１が存在しない
場合には、両アームを伝ぱんした後の２つの光クロック
パルスの位相差が２πあるいは（２ｎ＋１）πであるよ
うに光路長差を調整しておく。ここでｎは整数である。
その結果、第２の光カプラ５の一方の出力にのみ光クロ
ックパルスがそのまま出力される。入力光信号パルス列
１は光増幅器２で増幅され、第１の光合分波器６により
干渉計の一方のアーム10に入力される。入力光信号パル
ス列１は光カー媒質を伝ぱんする間に、光カー効果によ
り屈折率を局所的に変化させる。この屈折率変化は一方
のクロックパルスに位相変化Δφを与える。光カー媒質
を伝ぱん後の入力光信号パルス列１と光クロックパルス
列３を光合分波器７で分離するため、両者は波長、ある
いは偏波面が異なるように設定される。また光カー媒質
８には波長あるいは偏波面の差により伝ぱん速度が異な
るものを用い、入力光信号パルス列１と光クロックパル
ス列３が光カー媒質８のほぼ中央で時間的に重なるよう
に、入射時における両者の時間位置を調整する。光カー
効果による位相変化Δφがπになるように入力光信号パ
ルス列１のピーク光強度を調整すると、入力光信号パル
スが１の時は光クロックパルスが光カプラ５の一方の出
力端子に出力され、入力光信号パルスが０の時は光クロ
ックパルスは光カプラ５の他方の出力端子に出力され
る。換言すれば、光クロックパルスは光入力信号パルス
列の持つ２値データにより変調されることになる。

【００１２】次に、入力信号パルス１の時間位置が平均
的な位置を中心として前後に揺らぐ（ジッタ）場合を考
えてみる。この場合、光クロックパルスとの相対的な時
間位置も揺らぐが、揺らぎが入力光信号パルスと光クロ
ックパルスの光カー媒質中のウォークオフ時間（光カー
媒質の長さ／伝ぱん速度差）よりも短ければ、入力光信
号パルスと光クロックパルスは光カー媒質中のどこかで
重なり、光クロックパルスは位相変化を受けて変調され
る。光クロックパルスの時間位置の揺らぎがないとする
と、光カプラ５から出力された光パルス９は入力光信号
パルス１のジッタの影響を受けることなく、入力光信号
パルス１の持つデータを受け継ぐことになる。この様子
を図２に示す。図２（ａ）は光クロックパルス列であ
る。図２（ｂ）は一例として“１０１１”のデータを持
つ入力光信号パルス列が示されており、12, 13は光カー
媒質の入力端と出力端の相対的な時間位置を光クロック
パルスを基準として示している。入力光信号パルス列に
ジッタがあっても、入力光信号パルスと光クロックパル
スのウォークオフにより、揺らぎが入力光信号パルスと
光クロックパルスの光カー媒質中のウォークオフ時間よ
りも短ければ、入力光信号パルスと光クロックパルスは
光カー媒質中のどこかで重なり、これによる位相変化の
ため、光クロックパルスは変調され、図２（Ｃ）に示さ
れているように再生信号出力14となる。

【００１３】さらに、光カプラ５の出力は１−cos(Δ
φ) に比例し、位相差Δφは入力光信号パルス列１の光
強度に比例するため、光カー効果による位相変化Δφが
πになるように入力光信号パルス列１の光強度を調整す
ると、図３に示すように入力光強度の変化に対する出力
光強度の変化が小さくなるので、入力光信号パルス列１
の光強度揺らぎ、あるいは光増幅器の自然放出光を抑圧
することができる。以上が本発明の光識別再生器の動作
原理である。

【００１４】入力信号光パルスと光クロックパルスを合
分波するためには、図１に示す構成以外にも図４
（ａ），（ｂ）のようにしてもよい。同図（ａ）中の1
5, 16は分岐比が光クロックパルスに対しては50：50、
入力信号光パルスに対しては 100：０となるような光合
分波器である。第１の光合分波器15により入力信号光パ
ルス１は全て、光カー媒質８が挿入されている干渉計の
アームに導かれ、光カー効果による位相差を光クロック
に与えた後、第２の光合分波器16により光クロックパル
スと分離される。また、同図（ｂ）中の17, 18は光入力
信号光パルスのみをカットする光フィルタである。これ
には波長フィルタ、あるいは偏波フィルタを用いること
ができる。また、以上述べた入力信号光パルスと光クロ
ックパルスを合分波するための手段はそれぞれ単独で用
いるだけでなく、組み合わせて用いてもよい。

【００１５】図５は本発明の第２の実施例の構成を示す
図であって、同図中で構成要素の参照記号は第１の実施
例で図１から図４までに用いた構成要素と同じ参照記号
のものと同じ動作をする。本実施例は光カースイッチに
用いる干渉計として、サグナック干渉計を用いたところ
に特徴がある。本構成では干渉計の２つのアームは光カ
ー媒質８を互いに逆向きに伝ぱんする光路である。この
ため、光カー媒質中の温度変化、振動等の影響をキャン
セルすることができ、安定な動作が期待できる。入力信
号パルス列のジッタ、光強度揺らぎ、および光増幅器の
自然放出光が抑制される機構は第１の実施例で述べたも
のと同様である。

【００１６】図６は本発明の第３の実施例の構成を示す
図であり、同図中の構成要素の参照記号は第１の実施例
で図１から図４までに用いた構成要素と同じ参照記号の
ものと同じ動作をする。まず、図６（ａ）に示す構成図
を用いてその動作を説明する。本実施例は光カースイッ
チに用いる干渉計として、偏波回転型干渉計を用いたと
ころに特徴を有する。本構成では、干渉計の２つのアー
ムは、光カー媒質８を伝ぱんする直交した２つの偏波で
ある。入力光信号パルス列１は光増幅器２で増幅された
後、光クロックパルス列３と第１の光合分波器６により
合波される。この時、入力光信号パルス列１と光クロッ
クパルス列３は直線偏光であり、その向きは図６（ｂ）
に示すように互いに45度傾いている。両者は光カー媒質
８に入力され、伝ぱん後、第２の光合分波器７により分
波される。偏光補償器19と検光子20は、入力光信号パル
ス列１がない場合に、検光子20から光が出力されないよ
う調整されている。光クロックパルス列３の内、入力光
信号パルス列１と同じ偏光成分の光は、光カー媒質を伝
ぱんする間に入力光信号パルス列１による位相変化を大
きく受けるため、これと直交する偏波成分との間に位相
差が生じ、これがπとなるように入力光信号パルス列１
の光強度を調整すれば、検光子入力端では偏波が90度回
転するため、入力光信号パルス列１の持つ２値データに
対応して光パルスが出力される。入力信号パルス列のジ
ッタ、光強度揺らぎ、および光増幅器の自然放出光が抑
制される機構は第１の実施例で述べたものと同様であ
る。

【００１７】光カー媒質８が複屈折特性を持つ場合に
は、これが周囲温度、振動等により変化するため、動作
が不安定になることがある。これを防ぐためには、図６
（ｃ）に示すように、等しい長さの２つの光カー媒質を
複屈折の主軸を90度傾けて縦続に接続し、入力光信号パ
ルス列１は直線偏光の向きを複屈折の主軸に合わせて入
力し、光クロックパルス３の直線偏光の向きはこれと45
度ずらせばよい。また図６（ｄ）に示すように、入力光
信号パルス列１は直線偏光の向きを複屈折の主軸に合わ
せて入力し、光クロックパルス３の直線偏光の向きはこ
れと45度ずらせて偏光ビームスプリッタ21を介して光カ
ー媒質８に入力し、一旦光カー媒質８を出た光を、偏波
を45度回転させる素子22と全反射鏡23を用いて、偏波面
を90度回転させて再び光カー媒質８に入射させてもよ
い。偏波を45度回転させる素子22には１／４波長板ある
いはファラデー回転子を用いることができる。また図６
（ｅ）に示すように偏光ビームスプリッタ24と偏波保存
ファイバ25を用いてもよい。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光識別再
生器を用いれば、ジッタ、光強度揺らぎ、自然放出光雑
音を含む非常に高速な入力光信号パルス列から、これら
を含まない光信号パルス列を再生することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例の構成を示す図であ
る。

【図２】図２は本発明の動作を説明する光強度波形のタ
イムチャートである。

【図３】図３は光カースイッチのしきい値特性を示す図
である。

【図４】図４は本発明の光カースイッチとして用いるこ
とができるマッハテンダー干渉計を用いた構成図であ
る。

【図５】図５は本発明の光カースイッチとして用いるこ
とができるサグナック干渉計を用いた構成を示す図であ
る。

【図６】図６は本発明の光カースイッチとして用いるこ
とができる偏波回転型干渉計を用いた構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 入力光信号パルス列 ２ 光増幅器 ３ 光クロツクパルス列 ４ 光カプラ ５ 光カプラ ６ 光合分波器 ７ 光合分波器 ８ 光カー媒質 ９ 再生光信号パルス列 10 アーム 11 アーム 12 時間位置 13 時間位置 14 再生信号出力 15 光合分波器 16 光合分波器 17 光フィルタ 18 光フィルタ 19 偏光補償器 20 検光子 21 偏光ビームスプリッタ 22 45度回転素子 23 全反射鏡 24 偏光ビームスプリッタ 25 偏波保存ファイバ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力光信号パルスを増幅する手段と、 この入力光信号パルスと、これに同期した光クロックパ
   ルスとを合波する手段と、 上記の入力光信号パルスと光クロックパルスを入力し、
   その構成要素である干渉計内に入力信号パルスの光強度
   に依存して屈折率が変化する光カー媒質を組み込んだ光
   カースイッチと、 該光カースイッチの出力光信号と、光カー媒質の屈折率
   を変化させる入力光信号パルスとを分波する手段とを備
   え、 該光カー媒質内において、偏光面あるいは波長について
   入力光信号パルスと光クロックパルスの伝ぱん速度を異
   ならしめ、かつ前記光カー媒質のほぼ中央で入力光信号
   パルスと光クロックパルスが時間的に重なるように両者
   の時間位置を調整し、 入力信号パルスによって生じる光クロックパルスの位相
   変化の最大値をほぼπにすること、を特徴とする光識別
   再生器。
2. 【請求項２】 前記光クロックパルスと入力光信号パル
   スの波長が異なり、前記光クロックパルスと入力信号パ
   ルスとを合分波する手段が波長フィルタであることを特
   徴とする請求項１に記載の光識別再生器。
3. 【請求項３】 前記光クロックパルスと入力光信号パル
   スは偏波面が直交しており、前記光クロックパルスと入
   力光信号パルスを合分波する手段が偏光フィルタである
   ことを特徴とする請求項１に記載の光識別再生器。