JPH08191268A - 光同期回路 - Google Patents
光同期回路Info
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- JPH08191268A JPH08191268A JP7001510A JP151095A JPH08191268A JP H08191268 A JPH08191268 A JP H08191268A JP 7001510 A JP7001510 A JP 7001510A JP 151095 A JP151095 A JP 151095A JP H08191268 A JPH08191268 A JP H08191268A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光の損失を生じることなく信号光に同期した
同期クロック信号を再生する光同期回路を実現する。 【構成】 所定の繰り返し周波数のクロック信号で駆動
され、第１の波長のクロック光を出力するクロック光源
と、クロック光と第２の波長の信号光とを入力し、信号
光を増幅するとともに第３の波長の光を発生させる光非
線形・増幅媒質と、光非線形・増幅媒質の出力から信号
光と第３の波長の光を分離する分離手段と、第３の波長
の光に応じて前記クロック信号の繰り返し周波数を制御
し、前記信号光のビットレートもしくはその整数分の１
の周波数に同期した同期クロック信号を再生する光タイ
ミング抽出回路とを備える。
同期クロック信号を再生する光同期回路を実現する。 【構成】 所定の繰り返し周波数のクロック信号で駆動
され、第１の波長のクロック光を出力するクロック光源
と、クロック光と第２の波長の信号光とを入力し、信号
光を増幅するとともに第３の波長の光を発生させる光非
線形・増幅媒質と、光非線形・増幅媒質の出力から信号
光と第３の波長の光を分離する分離手段と、第３の波長
の光に応じて前記クロック信号の繰り返し周波数を制御
し、前記信号光のビットレートもしくはその整数分の１
の周波数に同期した同期クロック信号を再生する光タイ
ミング抽出回路とを備える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超高速光通信に用いら
れる光中継装置、光端局装置、あるいは光信号処理シス
テムにおいて、高速時分割多重ディジタル光信号の多重
分離に必要な同期クロック信号を再生する光同期回路に
関する。
れる光中継装置、光端局装置、あるいは光信号処理シス
テムにおいて、高速時分割多重ディジタル光信号の多重
分離に必要な同期クロック信号を再生する光同期回路に
関する。
【０００２】
【従来の技術】図１１は、従来の光受信回路の構成を示
す（参考文献： S.Kawanishi et al.,"100 Gbit/s, 200
km optical transmission experiment using extremel
y lowjitter PLL timing extraction and all-optica
l demultiplexing based onpolarisation insensitive
four-wave mixing", Electron. Lett., vol.30, pp.80
0-801,1994) 。
す（参考文献： S.Kawanishi et al.,"100 Gbit/s, 200
km optical transmission experiment using extremel
y lowjitter PLL timing extraction and all-optica
l demultiplexing based onpolarisation insensitive
four-wave mixing", Electron. Lett., vol.30, pp.80
0-801,1994) 。
【０００３】図において、入力端子９１に入力された信
号光は、光増幅器９２で増幅されたのちに光分岐手段９
３で２分岐され、一方はタイミング抽出回路９４に、他
方は光多重分離回路９５に入力される。従来の光同期回
路は、光分岐手段９３とタイミング抽出回路９４により
構成される。タイミング抽出回路９４は、進行波型半導
体レーザ増幅器の利得をクロックで変調して信号光とク
ロックの相関を検出し、その位相誤差出力をクロックに
フィードバックしてクロックの周波数を信号光の繰り返
し周波数に同期させる位相同期ループ（ＰＬＬ）を構成
している。光パルス発生器９６は、この同期クロック信
号を制御光に変換して光多重分離回路９５に与える。光
多重分離回路９５は、例えば非線形ループミラースイッ
チ（非線形サニャック干渉計）で構成され、時分割多重
された信号光から制御光に同期したチャネルが分離され
る。ここで分離された信号光は受光回路９７に入力され
て識別再生される。
号光は、光増幅器９２で増幅されたのちに光分岐手段９
３で２分岐され、一方はタイミング抽出回路９４に、他
方は光多重分離回路９５に入力される。従来の光同期回
路は、光分岐手段９３とタイミング抽出回路９４により
構成される。タイミング抽出回路９４は、進行波型半導
体レーザ増幅器の利得をクロックで変調して信号光とク
ロックの相関を検出し、その位相誤差出力をクロックに
フィードバックしてクロックの周波数を信号光の繰り返
し周波数に同期させる位相同期ループ（ＰＬＬ）を構成
している。光パルス発生器９６は、この同期クロック信
号を制御光に変換して光多重分離回路９５に与える。光
多重分離回路９５は、例えば非線形ループミラースイッ
チ（非線形サニャック干渉計）で構成され、時分割多重
された信号光から制御光に同期したチャネルが分離され
る。ここで分離された信号光は受光回路９７に入力され
て識別再生される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の光同期回路は、
信号光に同期した同期クロック信号を再生するタイミン
グ抽出回路９４が独立した構成になっている。したがっ
て、信号光のパワーをタイミング抽出回路９４と光多重
分離回路９５に２分岐する必要があり、光の損失による
受光感度の低下が避けられなかった。
信号光に同期した同期クロック信号を再生するタイミン
グ抽出回路９４が独立した構成になっている。したがっ
て、信号光のパワーをタイミング抽出回路９４と光多重
分離回路９５に２分岐する必要があり、光の損失による
受光感度の低下が避けられなかった。
【０００５】本発明は、光の損失を生じることなく信号
光に同期した同期クロック信号を再生することができる
光同期回路を提供することを目的とする。
光に同期した同期クロック信号を再生することができる
光同期回路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光同期回路は、
所定の繰り返し周波数のクロック信号で駆動され、第１
の波長のクロック光を出力するクロック光源と、クロッ
ク光と第２の波長の信号光とを入力し、信号光を増幅す
るとともに第３の波長の光を発生させる光非線形・増幅
媒質と、光非線形・増幅媒質の出力から信号光と第３の
波長の光を分離する分離手段と、第３の波長の光に応じ
て前記クロック信号の繰り返し周波数を制御し、前記信
号光のビットレートもしくはその整数分の１の周波数に
同期した同期クロック信号を再生する光タイミング抽出
回路とを備えた構成である（請求項１）。
所定の繰り返し周波数のクロック信号で駆動され、第１
の波長のクロック光を出力するクロック光源と、クロッ
ク光と第２の波長の信号光とを入力し、信号光を増幅す
るとともに第３の波長の光を発生させる光非線形・増幅
媒質と、光非線形・増幅媒質の出力から信号光と第３の
波長の光を分離する分離手段と、第３の波長の光に応じ
て前記クロック信号の繰り返し周波数を制御し、前記信
号光のビットレートもしくはその整数分の１の周波数に
同期した同期クロック信号を再生する光タイミング抽出
回路とを備えた構成である（請求項１）。
【０００７】また、光非線形・増幅媒質が半導体レーザ
増幅器であることを特徴とする（請求項２）。また、光
非線形・増幅媒質が希土類ドープ光ファイバ増幅器であ
ることを特徴とする（請求項３）。また、第３の波長の
光は、クロック光と信号光の４光波混合により発生する
４光波混合光であることを特徴とする（請求項４）。
増幅器であることを特徴とする（請求項２）。また、光
非線形・増幅媒質が希土類ドープ光ファイバ増幅器であ
ることを特徴とする（請求項３）。また、第３の波長の
光は、クロック光と信号光の４光波混合により発生する
４光波混合光であることを特徴とする（請求項４）。
【０００８】
【作用】本発明の光同期回路では、光受信回路の光前置
増幅器に信号光とクロック光を入力し、信号光を増幅す
るとともに、信号光とクロック光の４光波混合によって
生じた相互相関成分である第３の波長の光を発生させ
る。この第３の波長の光を誤差信号として位相同期ルー
プを構成することにより、信号光の繰り返し周波数に同
期した同期クロック信号を生成することができる。
増幅器に信号光とクロック光を入力し、信号光を増幅す
るとともに、信号光とクロック光の４光波混合によって
生じた相互相関成分である第３の波長の光を発生させ
る。この第３の波長の光を誤差信号として位相同期ルー
プを構成することにより、信号光の繰り返し周波数に同
期した同期クロック信号を生成することができる。
【０００９】
【実施例】図１は、本発明の光同期回路の実施例構成を
示す。図において、入力端子１１に入力された信号光
（波長λs)は、光合波器１２、光増幅器１３、光分波器
１４を介して出力端子１５に出力される。光タイミング
抽出回路１６から出力されたクロック光（波長λc)は、
光合波器１２で信号光に合波されて光増幅器１３に入力
される。光増幅器１３で発生した第３の波長の光は、ク
ロック光とともに光分波器１４で分波されて光バンドパ
スフィルタ（ＯＢＰＦ）１７に入力され、第３の波長の
光のみが光タイミング抽出回路１６に入力される。光タ
イミング抽出回路１６から出力される同期クロック信号
はクロック出力端子１８に取り出される。
示す。図において、入力端子１１に入力された信号光
（波長λs)は、光合波器１２、光増幅器１３、光分波器
１４を介して出力端子１５に出力される。光タイミング
抽出回路１６から出力されたクロック光（波長λc)は、
光合波器１２で信号光に合波されて光増幅器１３に入力
される。光増幅器１３で発生した第３の波長の光は、ク
ロック光とともに光分波器１４で分波されて光バンドパ
スフィルタ（ＯＢＰＦ）１７に入力され、第３の波長の
光のみが光タイミング抽出回路１６に入力される。光タ
イミング抽出回路１６から出力される同期クロック信号
はクロック出力端子１８に取り出される。
【００１０】本実施例の光増幅器１３には、希土類ドー
プ光ファイバ増幅器あるいは半導体レーザ増幅器を用い
ることができる。以下、希土類ドープ光ファイバ増幅器
を用いる場合について説明する。希土類ドープ光ファイ
バ増幅器では、光ファイバの有する非線形光学効果によ
り、媒質中で信号光とクロック光の強度の積に比例した
第３の波長λFWM を有する４光波混合光が発生する。信
号光、クロック光、４光波混合光の各波長は、 １／λFWM＝２／λs−１／λc …(1) の関係を有する。信号光の波長λs として1.55μｍ帯を
想定すると、希土類ドープ光ファイバ増幅器として一般
的にエルビウム(Er)ドープ光ファイバ増幅器、あるいは
イットリビウム(Yb)などを同時にドープした光ファイバ
増幅器が用いられる。なお、この希土類ドープ光ファイ
バ増幅器を用いるときには、図２に示すように信号光と
別の波長の励起光（波長λp が例えば1.48μｍ，0.98μ
ｍ）を同時に入射して増幅器を励起する。
プ光ファイバ増幅器あるいは半導体レーザ増幅器を用い
ることができる。以下、希土類ドープ光ファイバ増幅器
を用いる場合について説明する。希土類ドープ光ファイ
バ増幅器では、光ファイバの有する非線形光学効果によ
り、媒質中で信号光とクロック光の強度の積に比例した
第３の波長λFWM を有する４光波混合光が発生する。信
号光、クロック光、４光波混合光の各波長は、 １／λFWM＝２／λs−１／λc …(1) の関係を有する。信号光の波長λs として1.55μｍ帯を
想定すると、希土類ドープ光ファイバ増幅器として一般
的にエルビウム(Er)ドープ光ファイバ増幅器、あるいは
イットリビウム(Yb)などを同時にドープした光ファイバ
増幅器が用いられる。なお、この希土類ドープ光ファイ
バ増幅器を用いるときには、図２に示すように信号光と
別の波長の励起光（波長λp が例えば1.48μｍ，0.98μ
ｍ）を同時に入射して増幅器を励起する。
【００１１】ここで、信号光の波長λs とクロック光の
波長λc を適当に選ぶことにより、例えば図２に示すよ
うに第３の波長λFWM の４光波混合光を発生させ、光バ
ンドパスフィルタ１７で分離して取り出すことができ
る。実際に隣接する光の波長差が10ｎｍ以上あれば、現
在市販されている波長分離フィルタで容易に分離するこ
とができる。
波長λc を適当に選ぶことにより、例えば図２に示すよ
うに第３の波長λFWM の４光波混合光を発生させ、光バ
ンドパスフィルタ１７で分離して取り出すことができ
る。実際に隣接する光の波長差が10ｎｍ以上あれば、現
在市販されている波長分離フィルタで容易に分離するこ
とができる。
【００１２】図３は、光タイミング抽出回路１６の構成
例を示す。(a) において、光バンドパスフィルタ１７で
分離された４光波混合光(λFWM)は受光器２１で電気信
号に変換されて位相比較器２２に入力される。位相比較
器２２の出力により制御される電圧制御発振器（ＶＣ
Ｏ）２３の出力は、ミキサ２４に入力されるとともに、
同期クロック信号としてクロック出力端子１８に出力さ
れる。低周波発振器２５の出力は、ミキサ２４に入力さ
れるとともに、周波数逓倍器（×ｎ）２６を介して位相
比較器２２に入力される。ミキサ２４の出力は光パルス
発生器２７に入力され、その出力光パルスがクロック光
として光タイミング抽出回路１６から出力される。
例を示す。(a) において、光バンドパスフィルタ１７で
分離された４光波混合光(λFWM)は受光器２１で電気信
号に変換されて位相比較器２２に入力される。位相比較
器２２の出力により制御される電圧制御発振器（ＶＣ
Ｏ）２３の出力は、ミキサ２４に入力されるとともに、
同期クロック信号としてクロック出力端子１８に出力さ
れる。低周波発振器２５の出力は、ミキサ２４に入力さ
れるとともに、周波数逓倍器（×ｎ）２６を介して位相
比較器２２に入力される。ミキサ２４の出力は光パルス
発生器２７に入力され、その出力光パルスがクロック光
として光タイミング抽出回路１６から出力される。
【００１３】以下、光タイミング抽出回路１６の動作原
理について説明する。電圧制御発振器２３の発振周波数
をf0とする。f0の値としては、入力される信号光のビッ
トレートがｎf0（ｎは１以上の整数）となるように設定
する。電圧制御発振器２３の出力はミキサ２４で低周波
発振器２５の周波数Δf だけシフトされて光パルス発生
器２７を駆動し、繰り返し周波数がf0＋Δf(またはf0−
Δf,またはf0±Δf ）の光パルスを発生させる。この光
パルスの波形は正弦波状ではなく、パルス幅が狭く高調
波成分を含んでいることが必要である。
理について説明する。電圧制御発振器２３の発振周波数
をf0とする。f0の値としては、入力される信号光のビッ
トレートがｎf0（ｎは１以上の整数）となるように設定
する。電圧制御発振器２３の出力はミキサ２４で低周波
発振器２５の周波数Δf だけシフトされて光パルス発生
器２７を駆動し、繰り返し周波数がf0＋Δf(またはf0−
Δf,またはf0±Δf ）の光パルスを発生させる。この光
パルスの波形は正弦波状ではなく、パルス幅が狭く高調
波成分を含んでいることが必要である。
【００１４】いま、光パルス列の時間波形Ｐc(t)がガウ
ス状であるとすると、
ス状であるとすると、
【００１５】
【数１】
【００１６】と表すことができる。ここで、Ａ，αは定
数、Ｔ＝1／(f0＋Δf)である。この時間波形Ｐc(t)をフ
ーリエ級数に展開すると、
数、Ｔ＝1／(f0＋Δf)である。この時間波形Ｐc(t)をフ
ーリエ級数に展開すると、
【００１７】
【数２】
【００１８】となる。 (3)式の第２項には、ｎ倍高調波
成分ｎ(f0+Δf)が存在する。この第ｎ次高調波成分はｎ
が大きくなるにつれて係数が小さくなるので減少する
が、パルス幅が狭い（αが小さい）ときには、係数が大
きくなって十分な強度の第ｎ高調波を発生させることが
可能である。高ビットレートの信号光に対して十分なレ
ベルの相関信号（４光波混合光）を発生させるために
は、発生するクロック光のパルス幅が狭い必要がある。
現在の超短光パルス光源では、スイッチ半導体レーザや
モード同期レーザなどを用いれば、５ｐｓ以下のパルス
幅の光パルスを発生させることは比較的容易である。こ
の超短光パルス光源を用いれば、 100Ｇbit/s 以上の信
号光に対しても相関検出を行うことができる。
成分ｎ(f0+Δf)が存在する。この第ｎ次高調波成分はｎ
が大きくなるにつれて係数が小さくなるので減少する
が、パルス幅が狭い（αが小さい）ときには、係数が大
きくなって十分な強度の第ｎ高調波を発生させることが
可能である。高ビットレートの信号光に対して十分なレ
ベルの相関信号（４光波混合光）を発生させるために
は、発生するクロック光のパルス幅が狭い必要がある。
現在の超短光パルス光源では、スイッチ半導体レーザや
モード同期レーザなどを用いれば、５ｐｓ以下のパルス
幅の光パルスを発生させることは比較的容易である。こ
の超短光パルス光源を用いれば、 100Ｇbit/s 以上の信
号光に対しても相関検出を行うことができる。
【００１９】いま、簡単のために信号光のエンベロープ
を正弦波とすると、信号光Ｐs(t)とクロック光の第ｎ高
調波Ｐc(t)は、 Ｐs(t)＝Ｐs｛１＋sin ｎ(2πf0ｔ＋φ(t))｝ …(4) Ｐc(t)＝Ｐc｛１＋sin 2ｎπ(f0＋Δf)t ｝ …(5) と表される。ここで、Ｐs,Ｐc は定数である。また、φ
(t) は信号光とクロック光の位相差（パルス位置の相対
時間差）であり、これが位相同期ループによって０ある
いは一定値に制御する量である。
を正弦波とすると、信号光Ｐs(t)とクロック光の第ｎ高
調波Ｐc(t)は、 Ｐs(t)＝Ｐs｛１＋sin ｎ(2πf0ｔ＋φ(t))｝ …(4) Ｐc(t)＝Ｐc｛１＋sin 2ｎπ(f0＋Δf)t ｝ …(5) と表される。ここで、Ｐs,Ｐc は定数である。また、φ
(t) は信号光とクロック光の位相差（パルス位置の相対
時間差）であり、これが位相同期ループによって０ある
いは一定値に制御する量である。
【００２０】この信号光とクロック光によって生じた４
光波混合光が光バンドパスフィルタ１７で分離されて受
光器２１に入力されるが、受光器２１として PINフォト
ダイオードを用いたときのフォトカレントＯs(t)は、 Ｏs(t)＝（ｅη／ｈν）ＧＰs〔１＋ｍ(Ｐc)sin｛2ｎπ(f0＋Δf)t＋π｝ ＋｛sin ｎ(2πf0ｔ＋φ(t))｝ −(1／2)ｍ(Ｐc)cos｛2ｎπ(f0＋Δf)t＋ｎφ(t)＋π｝ ＋(1／2)ｍ(Ｐc)cos(2ｎπΔft−ｎφ(t)＋π)〕 …(6) となる。ここで、ｅは電子の電荷、ηは PINフォトダイ
オードの量子効率、ｈνはフォトンのエネルギーであ
る。 (6)式の最後の項がクロック光との相関によって生
じたｎΔf 成分であり、信号光とクロック光の位相差φ
(t) の相対的な変動が低周波のΔf 成分に含まれる位相
変動ｎφ(t) に置き換えられることがわかる。このΔf
成分と、もとの低周波発振器２５の出力（Δf)を周波数
逓倍器２６でｎ倍した信号との位相比較を位相比較器２
２を用いて行えば、位相差φ(t) の変動すなわち位相誤
差成分が検出される。これを電圧制御発振器２３にフィ
ードバックすることにより位相同期ループ動作が達成さ
れる。
光波混合光が光バンドパスフィルタ１７で分離されて受
光器２１に入力されるが、受光器２１として PINフォト
ダイオードを用いたときのフォトカレントＯs(t)は、 Ｏs(t)＝（ｅη／ｈν）ＧＰs〔１＋ｍ(Ｐc)sin｛2ｎπ(f0＋Δf)t＋π｝ ＋｛sin ｎ(2πf0ｔ＋φ(t))｝ −(1／2)ｍ(Ｐc)cos｛2ｎπ(f0＋Δf)t＋ｎφ(t)＋π｝ ＋(1／2)ｍ(Ｐc)cos(2ｎπΔft−ｎφ(t)＋π)〕 …(6) となる。ここで、ｅは電子の電荷、ηは PINフォトダイ
オードの量子効率、ｈνはフォトンのエネルギーであ
る。 (6)式の最後の項がクロック光との相関によって生
じたｎΔf 成分であり、信号光とクロック光の位相差φ
(t) の相対的な変動が低周波のΔf 成分に含まれる位相
変動ｎφ(t) に置き換えられることがわかる。このΔf
成分と、もとの低周波発振器２５の出力（Δf)を周波数
逓倍器２６でｎ倍した信号との位相比較を位相比較器２
２を用いて行えば、位相差φ(t) の変動すなわち位相誤
差成分が検出される。これを電圧制御発振器２３にフィ
ードバックすることにより位相同期ループ動作が達成さ
れる。
【００２１】このようにしてタイミング抽出されたクロ
ックによって光パルス発生器２７が駆動され、出力され
るクロック光によって生じた４光波混合光をフィードバ
ックする位相同期ループを構成することにより、信号光
のビットレートの１／ｎの周波数に同期した同期クロッ
ク信号を再生することができる。なお、ｎ＝１の場合、
すなわちクロック周波数と信号光のビットレートが同じ
場合には、周波数逓倍器２６は不要である。
ックによって光パルス発生器２７が駆動され、出力され
るクロック光によって生じた４光波混合光をフィードバ
ックする位相同期ループを構成することにより、信号光
のビットレートの１／ｎの周波数に同期した同期クロッ
ク信号を再生することができる。なお、ｎ＝１の場合、
すなわちクロック周波数と信号光のビットレートが同じ
場合には、周波数逓倍器２６は不要である。
【００２２】以上示した光タイミング抽出回路１７は、
クロック光の高調波を利用して信号光との相関を検出す
る構成であるが、図３(b) に示すように光パルス発生器
２７の後段に光パルス逓倍器２８を配置し、クロック光
の繰り返し周波数を光学的にｎ倍しても同様に信号光と
の相関をとることができる。図４は、光パルス逓倍器２
８の構成例を示す。
クロック光の高調波を利用して信号光との相関を検出す
る構成であるが、図３(b) に示すように光パルス発生器
２７の後段に光パルス逓倍器２８を配置し、クロック光
の繰り返し周波数を光学的にｎ倍しても同様に信号光と
の相関をとることができる。図４は、光パルス逓倍器２
８の構成例を示す。
【００２３】図４(a) に示す光パルス逓倍器は、光ファ
イバを用いた２倍多重回路であり、光ファイバカプラ３
１−１，３１−２間に光ファイバ遅延線３２を配置した
構成である。光ファイバカプラ３１−１に入力されたク
ロック光は２分岐され、その一方に光ファイバ遅延線３
２によってＴ／２＋ｍＴ（Ｔは入力クロック光のタイム
スロット＝１／f0、ｍは整数）の遅延が加えられたの
ち、光ファイバカプラ３１−２で再び合波され、繰り返
し周波数が２倍のクロック光が生成される。このとき生
成されるクロック光の繰り返し周波数は２×(f0＋Δf)
となる。クロックの多重度を２より大きくするには本多
重回路を多段に接続すればよい。ｋ段の接続によりクロ
ックの多重度は２k となる。ただし、このとき入力側か
らｋ番目の多重回路に用いる光ファイバ遅延線の遅延量
は（Ｔ／2k＋ｍＴ）である。
イバを用いた２倍多重回路であり、光ファイバカプラ３
１−１，３１−２間に光ファイバ遅延線３２を配置した
構成である。光ファイバカプラ３１−１に入力されたク
ロック光は２分岐され、その一方に光ファイバ遅延線３
２によってＴ／２＋ｍＴ（Ｔは入力クロック光のタイム
スロット＝１／f0、ｍは整数）の遅延が加えられたの
ち、光ファイバカプラ３１−２で再び合波され、繰り返
し周波数が２倍のクロック光が生成される。このとき生
成されるクロック光の繰り返し周波数は２×(f0＋Δf)
となる。クロックの多重度を２より大きくするには本多
重回路を多段に接続すればよい。ｋ段の接続によりクロ
ックの多重度は２k となる。ただし、このとき入力側か
らｋ番目の多重回路に用いる光ファイバ遅延線の遅延量
は（Ｔ／2k＋ｍＴ）である。
【００２４】図４(b) に示す光パルス逓倍器は、光導波
路を用いた３段８多重の多重回路である。上述のｋ＝３
の場合に対応する。光合分波器３３−１〜３３−４間に
それぞれ所定の光路長差を有する光導波路３４−１〜３
４−６を配置した構成である。ただし、本構成は石英基
板上に集積化したものであり、機能は(a) に示すものと
同じであるが、モノリシック集積化により小型で温度等
の変動を受けない安定した動作が可能になっている（参
考文献：S.Kawanishi et al., " 100 Gbit/s,50km, and
Non-Repeated Optical Transmission Employing All-O
ptical Multi/Demultiplexing and PLL Timing",Electr
on. Lett.,vol.29,pp.1075-1076,1993)。
路を用いた３段８多重の多重回路である。上述のｋ＝３
の場合に対応する。光合分波器３３−１〜３３−４間に
それぞれ所定の光路長差を有する光導波路３４−１〜３
４−６を配置した構成である。ただし、本構成は石英基
板上に集積化したものであり、機能は(a) に示すものと
同じであるが、モノリシック集積化により小型で温度等
の変動を受けない安定した動作が可能になっている（参
考文献：S.Kawanishi et al., " 100 Gbit/s,50km, and
Non-Repeated Optical Transmission Employing All-O
ptical Multi/Demultiplexing and PLL Timing",Electr
on. Lett.,vol.29,pp.1075-1076,1993)。
【００２５】図５は、本発明の光同期回路と光多重分離
回路を組み合わせた光受信回路の第１の構成例を示す。
図において、１０は図１に示す光同期回路であり、光合
波器１４から出力される信号光が光多重分離回路４１に
入力される。また、光タイミング抽出回路１６から出力
される同期クロック信号は、光パルス発生器４２で制御
光に変換されて光多重分離回路４１に入力される。
回路を組み合わせた光受信回路の第１の構成例を示す。
図において、１０は図１に示す光同期回路であり、光合
波器１４から出力される信号光が光多重分離回路４１に
入力される。また、光タイミング抽出回路１６から出力
される同期クロック信号は、光パルス発生器４２で制御
光に変換されて光多重分離回路４１に入力される。
【００２６】光多重分離回路４１に入力される制御光の
繰り返し周波数は、信号光のビットレートに相当する周
波数（f0) の整数分の１（f0／Ｎ）に設定されている。
ただし、Ｎは１以上の整数であり、本回路による時分割
多重分離数に相当する。図６は、光多重分離回路４１の
第１の構成例を示す。図において、本光多重分離回路
は、光合波器５１、光非線形媒質５２、光フィルタ５３
により構成される。信号光と制御光は、光合波器５１で
合波器されて光非線形媒質５２に入力される。このと
き、信号光と制御光には数ｎｍから数十ｎｍ程度の波長
差が設けられる。光非線形媒質５２では、その非線形光
学効果により、媒質中で信号光とクロック光の強度の積
に比例した第３の波長の光（４光波混合光あるいは和周
波光）を発生させる。この第３の波長の光を光フィルタ
５３で分離して出力光とする。この光フィルタ５３で分
離された第３の波長成分は、時分割多重された信号光か
ら所定のチャネルを分離した信号光である。
繰り返し周波数は、信号光のビットレートに相当する周
波数（f0) の整数分の１（f0／Ｎ）に設定されている。
ただし、Ｎは１以上の整数であり、本回路による時分割
多重分離数に相当する。図６は、光多重分離回路４１の
第１の構成例を示す。図において、本光多重分離回路
は、光合波器５１、光非線形媒質５２、光フィルタ５３
により構成される。信号光と制御光は、光合波器５１で
合波器されて光非線形媒質５２に入力される。このと
き、信号光と制御光には数ｎｍから数十ｎｍ程度の波長
差が設けられる。光非線形媒質５２では、その非線形光
学効果により、媒質中で信号光とクロック光の強度の積
に比例した第３の波長の光（４光波混合光あるいは和周
波光）を発生させる。この第３の波長の光を光フィルタ
５３で分離して出力光とする。この光フィルタ５３で分
離された第３の波長成分は、時分割多重された信号光か
ら所定のチャネルを分離した信号光である。
【００２７】図７は、光多重分離回路４１の第２の構成
例を示す。図において、本光多重分離回路は、光カプラ
５４、光ファイバループ５５、光合波器５６を用いた非
線形ループミラー（非線形サニャック干渉計）により構
成される。信号光は光カプラ５４で２等分され、それぞ
れ光ファイバループ５５内を逆回りに伝搬し、再び光カ
プラ５４で合流して元の入力ポートから出力される。一
方、制御光は光合波器５６を介して光ファイバループ５
５に入力され、光ファイバループ５５内を一方向に伝搬
する。このとき制御光と同一方向に伝搬する信号光が、
制御光による光カー効果によって位相シフトを受ける。
したがって、ループ中を互いに逆方向に伝搬した信号光
が再び光カプラ５４に戻ってきたときの位相のバランス
が崩れ、位相差がπになったときに信号光が完全にスイ
ッチングされて他方のポートに出力される。すなわち、
図に示すように、制御光と一致した信号光のみが分離し
て出力光となる。
例を示す。図において、本光多重分離回路は、光カプラ
５４、光ファイバループ５５、光合波器５６を用いた非
線形ループミラー（非線形サニャック干渉計）により構
成される。信号光は光カプラ５４で２等分され、それぞ
れ光ファイバループ５５内を逆回りに伝搬し、再び光カ
プラ５４で合流して元の入力ポートから出力される。一
方、制御光は光合波器５６を介して光ファイバループ５
５に入力され、光ファイバループ５５内を一方向に伝搬
する。このとき制御光と同一方向に伝搬する信号光が、
制御光による光カー効果によって位相シフトを受ける。
したがって、ループ中を互いに逆方向に伝搬した信号光
が再び光カプラ５４に戻ってきたときの位相のバランス
が崩れ、位相差がπになったときに信号光が完全にスイ
ッチングされて他方のポートに出力される。すなわち、
図に示すように、制御光と一致した信号光のみが分離し
て出力光となる。
【００２８】なお、本実施例では、光ファイバループ５
５における光非線形効果を利用した構成になっている
が、光ファイバループ中に進行波型半導体レーザ増幅器
などの光非線形媒質を挿入しても同様である。進行波型
半導体レーザ増幅器の非線形性は光ファイバよりも106
倍程度大きいので、長さ１ｍｍ程度の大きさで対応する
ことができる。これにより、光多重分離回路４１を小型
化することができる。
５における光非線形効果を利用した構成になっている
が、光ファイバループ中に進行波型半導体レーザ増幅器
などの光非線形媒質を挿入しても同様である。進行波型
半導体レーザ増幅器の非線形性は光ファイバよりも106
倍程度大きいので、長さ１ｍｍ程度の大きさで対応する
ことができる。これにより、光多重分離回路４１を小型
化することができる。
【００２９】図８は、光多重分離回路４１の第３の構成
例を示す（参考文献：盛岡他，「全光処理を用いた超高
速光パルス分離技術」,NTT R&D, vol.42, pp.669-678,1
993)。図において、本光多重分離回路は、光合波器５
７、偏光子５８−１，５８−２、光カー媒質５９により
構成される。光カー媒質５９は、光強度に比例して媒質
の屈折率が変化する媒質である。この屈折率変化は偏波
方向が一致した制御光の下で、 Δｎ(t) ＝ｎ2｛Is(t)＋2Ip(t)｝ …(7) となる。ここで、ｎ2 は非線形屈折率、Is，Ipはそれぞ
れ信号光と制御光の強度波形である。したがって、信号
光が受ける位相シフト量Δφs(t)は、 Δφs(t)＝ｋΔｎ(t) Ｌ …(8) と表される。ここで、ｋ（＝２π／λ）は波数、Ｌは非
線形媒質長である。Is，Ipによる効果はそれぞれ自己位
相変調、相互位相変調と呼ばれている。この自己位相変
調、相互位相変調によって信号光の位相を回転させて光
のスイッチングを行うことができる。
例を示す（参考文献：盛岡他，「全光処理を用いた超高
速光パルス分離技術」,NTT R&D, vol.42, pp.669-678,1
993)。図において、本光多重分離回路は、光合波器５
７、偏光子５８−１，５８−２、光カー媒質５９により
構成される。光カー媒質５９は、光強度に比例して媒質
の屈折率が変化する媒質である。この屈折率変化は偏波
方向が一致した制御光の下で、 Δｎ(t) ＝ｎ2｛Is(t)＋2Ip(t)｝ …(7) となる。ここで、ｎ2 は非線形屈折率、Is，Ipはそれぞ
れ信号光と制御光の強度波形である。したがって、信号
光が受ける位相シフト量Δφs(t)は、 Δφs(t)＝ｋΔｎ(t) Ｌ …(8) と表される。ここで、ｋ（＝２π／λ）は波数、Ｌは非
線形媒質長である。Is，Ipによる効果はそれぞれ自己位
相変調、相互位相変調と呼ばれている。この自己位相変
調、相互位相変調によって信号光の位相を回転させて光
のスイッチングを行うことができる。
【００３０】信号光のうち、制御光の偏波と平行および
垂直な成分の位相シフトをΔφ1(t)およびΔφ2(t)とす
ると、主な光非線形媒質である光ファイバなどの電子的
な非線形分極が寄与する等方媒質では、 Δφ2(t)＝Δφ1(t)／３ …(9) となる。したがって、偏波成分間の位相差Δφk(t)は、 Δφk(t)＝Δφ1(t)−Δφ2(t) ＝ｋｎ2BIp(t) Ｌ …(10) となる。ｎ2B（＝4ｎ2／３）は光カー定数である。信号
光の両偏波成分が等しい場合は、偏波素子を透過する光
強度透過率Ｔは、 Ｔ＝ sin2(Δφk(t)／２） …(11) となり、Δφk(t)が０からπに変化するときに、Ｔが０
から１(100%)に変化して光のスイッチングが行われる。
垂直な成分の位相シフトをΔφ1(t)およびΔφ2(t)とす
ると、主な光非線形媒質である光ファイバなどの電子的
な非線形分極が寄与する等方媒質では、 Δφ2(t)＝Δφ1(t)／３ …(9) となる。したがって、偏波成分間の位相差Δφk(t)は、 Δφk(t)＝Δφ1(t)−Δφ2(t) ＝ｋｎ2BIp(t) Ｌ …(10) となる。ｎ2B（＝4ｎ2／３）は光カー定数である。信号
光の両偏波成分が等しい場合は、偏波素子を透過する光
強度透過率Ｔは、 Ｔ＝ sin2(Δφk(t)／２） …(11) となり、Δφk(t)が０からπに変化するときに、Ｔが０
から１(100%)に変化して光のスイッチングが行われる。
【００３１】図８に示す構成では、光合波器５７で合波
された信号光および制御光が光カー媒質５９に入力され
ると、上記の原理により光カー媒質５９中で位相変化を
生じ、制御光によって偏波が90度回転された信号光のみ
が偏光子５８−２を通過してスイッチング動作が行われ
る。なお、通常、偏光子５８−１，５８−２は主軸が直
交して配置されているので、制御光が存在しないときに
は信号光は出力されない。したがって、本構成によれば
消光比の良好なスイッチングが可能となる。
された信号光および制御光が光カー媒質５９に入力され
ると、上記の原理により光カー媒質５９中で位相変化を
生じ、制御光によって偏波が90度回転された信号光のみ
が偏光子５８−２を通過してスイッチング動作が行われ
る。なお、通常、偏光子５８−１，５８−２は主軸が直
交して配置されているので、制御光が存在しないときに
は信号光は出力されない。したがって、本構成によれば
消光比の良好なスイッチングが可能となる。
【００３２】図９は、光多重分離回路４１の第４の構成
例を示す（参考文献：盛岡他，「全光処理を用いた超高
速光パルス分離技術」,NTT R&D, vol.42, pp.669-678,1
993)。図において、本光多重分離回路は、光合波器５
７、偏光子５８、光カー媒質５９、光分波器６０により
構成される。図８の第３の構成例で説明したように、信
号光が受ける位相シフト量Δφs(t)は制御光の強度波形
I(t)に比例する。位相シフト量Δφs(t)の時間微分は瞬
時光周波数シフトΔf(t)を与えるので、制御光と時間的
に重なる信号光パルス列が順次異なった瞬時光周波数シ
フトを受ける。したがって、光カー媒質５９の出力端に
回折格子などの光分波器６０を配置することにより、信
号光パルス列を一括して互いに分離することができる。
本構成例の特徴は、同時に多チャネルを分離できるとこ
ろにある。
例を示す（参考文献：盛岡他，「全光処理を用いた超高
速光パルス分離技術」,NTT R&D, vol.42, pp.669-678,1
993)。図において、本光多重分離回路は、光合波器５
７、偏光子５８、光カー媒質５９、光分波器６０により
構成される。図８の第３の構成例で説明したように、信
号光が受ける位相シフト量Δφs(t)は制御光の強度波形
I(t)に比例する。位相シフト量Δφs(t)の時間微分は瞬
時光周波数シフトΔf(t)を与えるので、制御光と時間的
に重なる信号光パルス列が順次異なった瞬時光周波数シ
フトを受ける。したがって、光カー媒質５９の出力端に
回折格子などの光分波器６０を配置することにより、信
号光パルス列を一括して互いに分離することができる。
本構成例の特徴は、同時に多チャネルを分離できるとこ
ろにある。
【００３３】図１０は、本発明の光同期回路と光多重分
離回路を組み合わせた光受信回路の第２の構成例を示
す。図において、１０は図１に示す光同期回路であり、
光合波器１４から出力された信号光が光変調器を用いた
光多重分離回路４３に入力される。また、光タイミング
抽出回路１６から出力される同期クロック信号が光多重
分離回路４３の制御端子に入力される。光変調器の制御
端子に同期クロック信号が入力されている間は、光変調
器の透過率がほぼ１になって信号光が透過し、同期クロ
ック信号が入力されないときは光変調器の透過率がほぼ
０になって信号光が透過しない。すなわち、同期クロッ
ク信号がゲートになって信号光の多重分離が行われる。
離回路を組み合わせた光受信回路の第２の構成例を示
す。図において、１０は図１に示す光同期回路であり、
光合波器１４から出力された信号光が光変調器を用いた
光多重分離回路４３に入力される。また、光タイミング
抽出回路１６から出力される同期クロック信号が光多重
分離回路４３の制御端子に入力される。光変調器の制御
端子に同期クロック信号が入力されている間は、光変調
器の透過率がほぼ１になって信号光が透過し、同期クロ
ック信号が入力されないときは光変調器の透過率がほぼ
０になって信号光が透過しない。すなわち、同期クロッ
ク信号がゲートになって信号光の多重分離が行われる。
【００３４】なお、光多重分離回路４３を電子回路のデ
マルチプレクサ（直並列変換回路）で構成し、信号光を
電気信号に変換して入力する構成としても同様に多重分
離処理を行うことができる。
マルチプレクサ（直並列変換回路）で構成し、信号光を
電気信号に変換して入力する構成としても同様に多重分
離処理を行うことができる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光同期回
路では信号光を増幅するとともに、信号光とクロック光
の４光波混合によって生じた第３の波長の光を誤差信号
とする位相同期ループを構成することにより、信号光の
ビットレートもしくはその整数分の１の周波数に同期し
た同期クロック信号を再生することができる。すなわ
ち、本発明の光同期回路は、簡単な構成で信号光の増幅
機能とタイミング抽出機能を同時に実現することができ
る。
路では信号光を増幅するとともに、信号光とクロック光
の４光波混合によって生じた第３の波長の光を誤差信号
とする位相同期ループを構成することにより、信号光の
ビットレートもしくはその整数分の１の周波数に同期し
た同期クロック信号を再生することができる。すなわ
ち、本発明の光同期回路は、簡単な構成で信号光の増幅
機能とタイミング抽出機能を同時に実現することができ
る。
【図１】本発明の光同期回路の実施例構成を示すブロッ
ク図。
ク図。
【図２】信号光、クロック光、４光波混合光、励起光の
各波長の関係を示す図。
各波長の関係を示す図。
【図３】光タイミング抽出回路１６の構成例を示すブロ
ック図。
ック図。
【図４】光パルス逓倍器２８の構成例を示す図。
【図５】本発明の光同期回路と光多重分離回路を組み合
わせた光受信回路の第１の構成例を示すブロック図。
わせた光受信回路の第１の構成例を示すブロック図。
【図６】光多重分離回路４１の第１の構成例を示すブロ
ック図。
ック図。
【図７】光多重分離回路４１の第２の構成例を示すブロ
ック図。
ック図。
【図８】光多重分離回路４１の第３の構成例を示すブロ
ック図。
ック図。
【図９】光多重分離回路４１の第４の構成例を示すブロ
ック図。
ック図。
【図１０】本発明の光同期回路と光多重分離回路を組み
合わせた光受信回路の第２の構成例を示すブロック図。
合わせた光受信回路の第２の構成例を示すブロック図。
【図１１】従来の光受信回路の構成を示すブロック図。
１１ 入力端子 １２ 光合波器 １３ 光増幅器 １４ 光分波器 １５ 出力端子 １６ 光タイミング抽出回路 １７ 光バンドパスフィルタ（ＯＢＰＦ） １８ クロック出力端子 ２１ 受光器 ２２ 位相比較器 ２３ 電圧制御発振器（ＶＣＯ） ２４ ミキサ ２５ 低周波発振器 ２６ 周波数逓倍器（×ｎ） ２７ 光パルス発生器 ２８ 光パルス逓倍器（×ｎ） ３１ 光ファイバカプラ ３２ 光ファイバ遅延線 ３３ 光合分波器 ３４ 光導波路 ４１，４３ 光多重分離回路 ４２ 光パルス発生器 ５１ 光合波器 ５２ 光非線形媒質 ５３ 光フィルタ ５４ 光カプラ ５５ 光ファイバループ ５６，５７ 光合波器 ５８ 偏光子 ５９ 光カー媒質 ６０ 光分波器
Claims (4)
- 【請求項１】 所定の繰り返し周波数のクロック信号で
駆動され、第１の波長のクロック光を出力するクロック
光源と、 前記クロック光と第２の波長の信号光とを入力し、信号
光を増幅するとともに第３の波長の光を発生させる光非
線形・増幅媒質と、 前記光非線形・増幅媒質の出力から前記信号光と前記第
３の波長の光を分離する分離手段と、 前記第３の波長の光に応じて前記クロック信号の繰り返
し周波数を制御し、前記信号光のビットレートもしくは
その整数分の１の周波数に同期した同期クロック信号を
再生する光タイミング抽出回路とを備えたことを特徴と
する光同期回路。 - 【請求項２】 光非線形・増幅媒質が半導体レーザ増幅
器であることを特徴とする請求項１に記載の光同期回
路。 - 【請求項３】 光非線形・増幅媒質が希土類ドープ光フ
ァイバ増幅器であることを特徴とする請求項１に記載の
光同期回路。 - 【請求項４】 第３の波長の光は、クロック光と信号光
の４光波混合により発生する４光波混合光であることを
特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の
光同期回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7001510A JPH08191268A (ja) | 1995-01-09 | 1995-01-09 | 光同期回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7001510A JPH08191268A (ja) | 1995-01-09 | 1995-01-09 | 光同期回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08191268A true JPH08191268A (ja) | 1996-07-23 |
Family
ID=11503488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7001510A Pending JPH08191268A (ja) | 1995-01-09 | 1995-01-09 | 光同期回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08191268A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100475850B1 (ko) * | 2002-10-08 | 2005-03-10 | 한국전자통신연구원 | 광 필터를 사용한 클럭 추출 방법 및 장치 |
| JP2005252942A (ja) * | 2004-03-08 | 2005-09-15 | Oki Electric Ind Co Ltd | クロック信号抽出方法及びクロック信号抽出装置 |
| KR100687752B1 (ko) * | 2005-10-14 | 2007-02-27 | 한국전자통신연구원 | 광학적 클럭 신호 추출 방법 및 장치 |
-
1995
- 1995-01-09 JP JP7001510A patent/JPH08191268A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100475850B1 (ko) * | 2002-10-08 | 2005-03-10 | 한국전자통신연구원 | 광 필터를 사용한 클럭 추출 방법 및 장치 |
| JP2005252942A (ja) * | 2004-03-08 | 2005-09-15 | Oki Electric Ind Co Ltd | クロック信号抽出方法及びクロック信号抽出装置 |
| KR100687752B1 (ko) * | 2005-10-14 | 2007-02-27 | 한국전자통신연구원 | 광학적 클럭 신호 추출 방법 및 장치 |
| US7580640B2 (en) | 2005-10-14 | 2009-08-25 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Method and apparatus for extracting optical clock signal |
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