JPH08220494A - 偏波無依存光位相同期ループ回路 - Google Patents
偏波無依存光位相同期ループ回路Info
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- JPH08220494A JPH08220494A JP2714395A JP2714395A JPH08220494A JP H08220494 A JPH08220494 A JP H08220494A JP 2714395 A JP2714395 A JP 2714395A JP 2714395 A JP2714395 A JP 2714395A JP H08220494 A JPH08220494 A JP H08220494A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 特別な装置を付加することなく、入射光信号
の位相状態によって特性が変化せずに信号光パルスとク
ロック光パルスの相関検出を行うことができる相関検出
手段を持った偏波無依存光位相同期ループ回路を提供す
ること。 【構成】 信号光入力端子１０１から信号光パルスが入
射して光カップラ１０２に入る。光カップラ１０２のも
う一方の入射ポートからは、光クロックパルス発生器１
０９のクロック光が入射し、２つの光は合波されてＭＱ
Ｗ光スイッチ１０３に入射する。ＭＱＷ光スイッチ１０
３は入射された信号光強度とクロック光強度の強度積に
比例した光波形の信号光を出力し、この信号光は受光回
路１０５によって電気信号に変換され、位相比較器１０
６でこの電気信号の位相と光クロックパルスの位相とが
比較され位相誤差成分を検出する。これをＶＣＯ１０７
にフィードバックすることによってＰＬＬ動作が達成さ
れる。
の位相状態によって特性が変化せずに信号光パルスとク
ロック光パルスの相関検出を行うことができる相関検出
手段を持った偏波無依存光位相同期ループ回路を提供す
ること。 【構成】 信号光入力端子１０１から信号光パルスが入
射して光カップラ１０２に入る。光カップラ１０２のも
う一方の入射ポートからは、光クロックパルス発生器１
０９のクロック光が入射し、２つの光は合波されてＭＱ
Ｗ光スイッチ１０３に入射する。ＭＱＷ光スイッチ１０
３は入射された信号光強度とクロック光強度の強度積に
比例した光波形の信号光を出力し、この信号光は受光回
路１０５によって電気信号に変換され、位相比較器１０
６でこの電気信号の位相と光クロックパルスの位相とが
比較され位相誤差成分を検出する。これをＶＣＯ１０７
にフィードバックすることによってＰＬＬ動作が達成さ
れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超高速光通信における
光中継装置、光端局装置や光信号処理において必要とさ
れる同期用のクロック光パルスを抽出発生させる偏波無
依存光位相同期ループ回路に関する。
光中継装置、光端局装置や光信号処理において必要とさ
れる同期用のクロック光パルスを抽出発生させる偏波無
依存光位相同期ループ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は、従来の光位相同期ループ回路
（以下、光ＰＬＬ回路という）の一例であり、１１は信
号光入力端子、１２は光カップラ、１３は光非線形媒
質、１４は光学バンドパスフィルタ、１５は受光回路、
１６は位相比較器、１７は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、
１８はマイクロ波ミキサ、１９は光クロックパルス発生
器、２０は低周波発振器、２１は周波数逓倍器、２２は
光クロックパルス逓倍器である。以下に上述した構成に
よる光ＰＬＬ回路の動作を説明する。
（以下、光ＰＬＬ回路という）の一例であり、１１は信
号光入力端子、１２は光カップラ、１３は光非線形媒
質、１４は光学バンドパスフィルタ、１５は受光回路、
１６は位相比較器、１７は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、
１８はマイクロ波ミキサ、１９は光クロックパルス発生
器、２０は低周波発振器、２１は周波数逓倍器、２２は
光クロックパルス逓倍器である。以下に上述した構成に
よる光ＰＬＬ回路の動作を説明する。
【０００３】まず、信号光入力端子１１から信号光パル
スが入射して光カップラ１２に入る。光カップラ１２の
もう一方の入射ポートからは、光クロックパルス発生器
１９のクロック光が入射し、２つの光は合波されて光非
線形媒質１３に入射する。光非線形媒質１３としては、
光ファイバまたは半導体レーザ増幅器などが用いられ
る。ここでは光ファイバを例にとって説明を進める。こ
の光ファイバにおいては、ファイバの有する非線形光学
効果によって、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（以下、４光波混合光とい
う）を発生させる。図５に、一例として４光波混合の場
合の入射信号光の波長λsig、クロック光の波長λclkの
関係を示す。ここで、発生する４光波混合光の波長と入
力光波長との間には、
スが入射して光カップラ１２に入る。光カップラ１２の
もう一方の入射ポートからは、光クロックパルス発生器
１９のクロック光が入射し、２つの光は合波されて光非
線形媒質１３に入射する。光非線形媒質１３としては、
光ファイバまたは半導体レーザ増幅器などが用いられ
る。ここでは光ファイバを例にとって説明を進める。こ
の光ファイバにおいては、ファイバの有する非線形光学
効果によって、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（以下、４光波混合光とい
う）を発生させる。図５に、一例として４光波混合の場
合の入射信号光の波長λsig、クロック光の波長λclkの
関係を示す。ここで、発生する４光波混合光の波長と入
力光波長との間には、
【０００４】
【数１】
【０００５】の関係が成立する。いまここで、信号光の
波長λsig、クロック光の波長λclkを適当に選ぶことに
よって、発生した第３の波長の光λFWMのみを、光学バ
ンドパスフィルタ１４によって取り出すことができる。
実際、隣接する光の波長差を１０ｎｍ程度以上とすれ
ば、現在市販されている波長分離フィルタを用いること
ができる。図５に、各光の波長の組み合わせの一例を示
した。信号光波長を１．５５μｍ、クロック光波長を
１．５６μｍとすると発生する４光波混合の成分は１．
５４μｍとなって上記条件を満たすことができる。この
光学バンドパスフィルタ１４によって分離された光は、
受光回路１５によって電気信号に変換されたのち位相比
較器１６に導かれる。
波長λsig、クロック光の波長λclkを適当に選ぶことに
よって、発生した第３の波長の光λFWMのみを、光学バ
ンドパスフィルタ１４によって取り出すことができる。
実際、隣接する光の波長差を１０ｎｍ程度以上とすれ
ば、現在市販されている波長分離フィルタを用いること
ができる。図５に、各光の波長の組み合わせの一例を示
した。信号光波長を１．５５μｍ、クロック光波長を
１．５６μｍとすると発生する４光波混合の成分は１．
５４μｍとなって上記条件を満たすことができる。この
光学バンドパスフィルタ１４によって分離された光は、
受光回路１５によって電気信号に変換されたのち位相比
較器１６に導かれる。
【０００６】次に、ＶＣＯ１７の発振周波数をｆ0とす
る。ｆ0の値としては、信号光入力端子１１から入力す
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。このＶＣＯ１７の出力が、低周
波発振器２０（周波数：Δｆ）およびマイクロ波ミキサ
１８によって周波数がシフトされ、光クロックパルス発
生器１９を駆動し、繰り返し周波数がｆ0＋△ｆ（また
はｆ0−△ｆ、またはｆ0±△ｆ）の光クロックパルスを
発生させる。いま、発生する光パルス列の時間波形Ｐc
(t)がガウス状であるとすると、次のように表される。
る。ｆ0の値としては、信号光入力端子１１から入力す
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。このＶＣＯ１７の出力が、低周
波発振器２０（周波数：Δｆ）およびマイクロ波ミキサ
１８によって周波数がシフトされ、光クロックパルス発
生器１９を駆動し、繰り返し周波数がｆ0＋△ｆ（また
はｆ0−△ｆ、またはｆ0±△ｆ）の光クロックパルスを
発生させる。いま、発生する光パルス列の時間波形Ｐc
(t)がガウス状であるとすると、次のように表される。
【０００７】
【数２】
【０００８】ここで、Ａ，αは定数、Ｔ＝１／（ｆ0＋
△ｆ）である。このＰc(t)をフーリエ級数に展開すると
次のようになる。
△ｆ）である。このＰc(t)をフーリエ級数に展開すると
次のようになる。
【０００９】
【数３】
【００１０】（３）式を見ると、第２項には、ｎ倍高調
波成分ｎ（ｆ0＋△ｆ）が存在することがわかる。この
第ｎ高調波成分は、ｎが大きくなるにつれて第２項の指
数関数の値（ｅｘｐ｛−１／α（ｎπ／Ｔ）2｝）が小
さくなるため減少するが、パルス幅が狭い（αが小さ
い）時には、上記指数関数の値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。
波成分ｎ（ｆ0＋△ｆ）が存在することがわかる。この
第ｎ高調波成分は、ｎが大きくなるにつれて第２項の指
数関数の値（ｅｘｐ｛−１／α（ｎπ／Ｔ）2｝）が小
さくなるため減少するが、パルス幅が狭い（αが小さ
い）時には、上記指数関数の値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。
【００１１】高ビットレートの信号光に対して十分なレ
ベルの相関信号を発生させるためには、発生するクロッ
クパルスのパルス幅が狭い必要がある。現在超短光パル
ス光源として、ゲイン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り、この光パ
ルスを用いれば、１００Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高ビットレ
ートの光信号に対しても相関検出を行うことが可能であ
る。
ベルの相関信号を発生させるためには、発生するクロッ
クパルスのパルス幅が狭い必要がある。現在超短光パル
ス光源として、ゲイン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り、この光パ
ルスを用いれば、１００Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高ビットレ
ートの光信号に対しても相関検出を行うことが可能であ
る。
【００１２】いま、簡単のため光信号パルスのエンベロ
ープが正弦波であるとし、これと光クロックの第ｎ高調
波を各々Ｐs（ｔ），Ｐc（ｔ）とすると次のように表さ
れる。 Ｐs（ｔ）＝Ｐs｛１＋sin ｎ（２πｆ0ｔ＋φ（ｔ））｝ （４） Ｐc（ｔ）＝Ｐc｛１＋sin ２ｎπ（ｆ0ｔ＋Δｆ）ｔ｝ （５） ここにＰs,Ｐcは定数である。また、φ（ｔ）は光信号
パルスと光クロック位相差（パルス位置の相対時間差）
であり、この量をＰＬＬによって制御し、０もしくは一
定値にする。この両光が光非線形媒質１３に入力して発
生した相関信号を受光回路（ＰＩＮ−ＰＤ）に入力した
ときのフォトカレントＯs（ｔ）は次のようになる。
ープが正弦波であるとし、これと光クロックの第ｎ高調
波を各々Ｐs（ｔ），Ｐc（ｔ）とすると次のように表さ
れる。 Ｐs（ｔ）＝Ｐs｛１＋sin ｎ（２πｆ0ｔ＋φ（ｔ））｝ （４） Ｐc（ｔ）＝Ｐc｛１＋sin ２ｎπ（ｆ0ｔ＋Δｆ）ｔ｝ （５） ここにＰs,Ｐcは定数である。また、φ（ｔ）は光信号
パルスと光クロック位相差（パルス位置の相対時間差）
であり、この量をＰＬＬによって制御し、０もしくは一
定値にする。この両光が光非線形媒質１３に入力して発
生した相関信号を受光回路（ＰＩＮ−ＰＤ）に入力した
ときのフォトカレントＯs（ｔ）は次のようになる。
【００１３】
【数４】
【００１４】ここにｅは電子の電荷、ηはＰＩＮ−ＰＤ
の量子効率、ｈνはフォトンのエネルギーである。
（６）式の最後の項が光クロックとの相関によって生じ
たｎ△ｆ成分であり、この式から明らかなように光信号
パルスと光クロックパルスの位相差の相対的な変動φ
（ｔ）は、低周波の△ｆ成分に含まれる位相変動ｎφ
（ｔ）に置き換えられることになる。このｎ△ｆ成分の
出力と、元の低周波発振器２０の△ｆ信号出力を周波数
逓倍器２１でｎ逓倍した出力との位相比較を位相比較器
１６を用いて行えば、位相φ（ｔ）の変化、すなわち、
位相誤差成分が検出されるので、これをＶＣＯ１７にフ
ィードバックすることによりＰＬＬ動作が達成される。
の量子効率、ｈνはフォトンのエネルギーである。
（６）式の最後の項が光クロックとの相関によって生じ
たｎ△ｆ成分であり、この式から明らかなように光信号
パルスと光クロックパルスの位相差の相対的な変動φ
（ｔ）は、低周波の△ｆ成分に含まれる位相変動ｎφ
（ｔ）に置き換えられることになる。このｎ△ｆ成分の
出力と、元の低周波発振器２０の△ｆ信号出力を周波数
逓倍器２１でｎ逓倍した出力との位相比較を位相比較器
１６を用いて行えば、位相φ（ｔ）の変化、すなわち、
位相誤差成分が検出されるので、これをＶＣＯ１７にフ
ィードバックすることによりＰＬＬ動作が達成される。
【００１５】以上の説明からもわかるように、ｎが２以
上の時は、光クロックパルスの波形としては、正弦波状
ではなくて、パルス幅が細く、高調波成分を含んでいる
ことが必要である。なお、ｎ＝１の場合、すなわち、ク
ロック周波数と信号光ビットレートが同じ場合には、周
波数逓倍器２１は不要である。また、光クロックパルス
逓倍器２２を用いて光クロックパルスの繰り返し周波数
を光学的にｎ倍する方法も可能である。
上の時は、光クロックパルスの波形としては、正弦波状
ではなくて、パルス幅が細く、高調波成分を含んでいる
ことが必要である。なお、ｎ＝１の場合、すなわち、ク
ロック周波数と信号光ビットレートが同じ場合には、周
波数逓倍器２１は不要である。また、光クロックパルス
逓倍器２２を用いて光クロックパルスの繰り返し周波数
を光学的にｎ倍する方法も可能である。
【００１６】図６は、光クロックパルス逓倍器２２の一
例として、光ファイバを用いた光クロックの２倍多重回
路の構成図であり、３１は入力端子、３２は光ファイバ
カップラ、３３は光ファイバ遅延線、３４は光ファイバ
カップラ、３５は出力端子である。入力端子３１から入
射したクロック光パルスは、光ファイバカップラ３２に
よって２分される。２分されたクロック光パルスの一方
は、光ファイバ遅延線３３によってＴ／２＋ｍＴ（Ｔは
入力クロック光パルスのタイムスロット＝１／ｆ0、ｍ
は整数）の遅延が加えられたのち、光ファイバカップラ
３４によって再び合波され、繰り返し周波数が２倍の光
クロックが生成される。この場合においては、生成され
た光クロックの繰り返し周波数は２×（ｆ0＋△ｆ）と
なる。クロックの多重度を２より大きくする場合には、
本多重化回路を多段に接続すればよい。ｋ段の縦続によ
って、クロックの多重度は２kとなる。ただし、この場
合、入射側からｋ番目の多重化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。
例として、光ファイバを用いた光クロックの２倍多重回
路の構成図であり、３１は入力端子、３２は光ファイバ
カップラ、３３は光ファイバ遅延線、３４は光ファイバ
カップラ、３５は出力端子である。入力端子３１から入
射したクロック光パルスは、光ファイバカップラ３２に
よって２分される。２分されたクロック光パルスの一方
は、光ファイバ遅延線３３によってＴ／２＋ｍＴ（Ｔは
入力クロック光パルスのタイムスロット＝１／ｆ0、ｍ
は整数）の遅延が加えられたのち、光ファイバカップラ
３４によって再び合波され、繰り返し周波数が２倍の光
クロックが生成される。この場合においては、生成され
た光クロックの繰り返し周波数は２×（ｆ0＋△ｆ）と
なる。クロックの多重度を２より大きくする場合には、
本多重化回路を多段に接続すればよい。ｋ段の縦続によ
って、クロックの多重度は２kとなる。ただし、この場
合、入射側からｋ番目の多重化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。
【００１７】図７は、光クロックパルス逓倍器の他の一
例として、光導波路を用いた３段８多重の光パルス多重
回路の構成図であり、４１は入力端子、４２，４５，４
８，５１は光合分波器、４３，４４，４６，４７，４
９，５０は光導波路、５２は出力端子である。本回路
は、図６で説明した機能を石英基板上に集積化した構成
であり、機能自体は図６の構成と同じであるが、回路が
モノリシック集積化されているために、小型で温度等の
変動を受けない安定した動作が実現される。本回路を用
いて光パルスの多重化を実現した例としては、『S.Kawa
nisi et al., "100Gbit/s,50 km,and Non-Repeated Opt
ical Transmission Employing All-OpticalMulti/Demul
tiplexing and PLL Timing,"Electronics Letters,vol.
29,pp.1075-1076,1993.』に述べられている。
例として、光導波路を用いた３段８多重の光パルス多重
回路の構成図であり、４１は入力端子、４２，４５，４
８，５１は光合分波器、４３，４４，４６，４７，４
９，５０は光導波路、５２は出力端子である。本回路
は、図６で説明した機能を石英基板上に集積化した構成
であり、機能自体は図６の構成と同じであるが、回路が
モノリシック集積化されているために、小型で温度等の
変動を受けない安定した動作が実現される。本回路を用
いて光パルスの多重化を実現した例としては、『S.Kawa
nisi et al., "100Gbit/s,50 km,and Non-Repeated Opt
ical Transmission Employing All-OpticalMulti/Demul
tiplexing and PLL Timing,"Electronics Letters,vol.
29,pp.1075-1076,1993.』に述べられている。
【００１８】このように光学的に光クロックをｎ多重し
た場合には、光クロックパルスの高調波を利用する必要
なく光信号と光クロックとの相関を検出することが可能
である。従ってこのような光クロックパルス逓倍器を用
いてもよい。以上のようにしてタイミング抽出されたク
ロックによって光クロックパルス発生回路１９が駆動さ
れ、この光クロックが必要に応じて光クロックパルス逓
倍器２２によって逓倍されて光カップラ１２に入射して
フィードバックループを閉じて位相同期ループを構成
し、タイミングロックが再生される。
た場合には、光クロックパルスの高調波を利用する必要
なく光信号と光クロックとの相関を検出することが可能
である。従ってこのような光クロックパルス逓倍器を用
いてもよい。以上のようにしてタイミング抽出されたク
ロックによって光クロックパルス発生回路１９が駆動さ
れ、この光クロックが必要に応じて光クロックパルス逓
倍器２２によって逓倍されて光カップラ１２に入射して
フィードバックループを閉じて位相同期ループを構成
し、タイミングロックが再生される。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＰＬＬ
回路においては、信号光パルスとクロック光パルスの相
関検出を行う回路として進行波型半導体レーザが主とし
て用いられているが、通常この進行波型半導体レーザに
は偏波依存性がある。本来ＰＬＬ回路は、光ファイバ中
を伝送した後の光信号からタイミングクロックを抽出す
るための回路であり、入射する光信号の特性は、伝送路
ファイバ中で擾乱をうけるため偏光方向がランダムとな
り、さらに時間とともに変動する。従ってＰＬＬに用い
られる相関検出手段としては、入射光信号の位相状態に
よって特性が変化しない偏波無依存の特性が必要であ
る。しかし、従来技術に用いられている進行波型半導体
レーザ増幅器で偏波無依存構成にするためには、増幅器
の素子構造に特別の構成が必要になるだけでなく、クロ
ック光の偏光状態を円偏波にするなど特別な条件を必要
とし、一般に偏波無依存動作を実現することは困難であ
った。
回路においては、信号光パルスとクロック光パルスの相
関検出を行う回路として進行波型半導体レーザが主とし
て用いられているが、通常この進行波型半導体レーザに
は偏波依存性がある。本来ＰＬＬ回路は、光ファイバ中
を伝送した後の光信号からタイミングクロックを抽出す
るための回路であり、入射する光信号の特性は、伝送路
ファイバ中で擾乱をうけるため偏光方向がランダムとな
り、さらに時間とともに変動する。従ってＰＬＬに用い
られる相関検出手段としては、入射光信号の位相状態に
よって特性が変化しない偏波無依存の特性が必要であ
る。しかし、従来技術に用いられている進行波型半導体
レーザ増幅器で偏波無依存構成にするためには、増幅器
の素子構造に特別の構成が必要になるだけでなく、クロ
ック光の偏光状態を円偏波にするなど特別な条件を必要
とし、一般に偏波無依存動作を実現することは困難であ
った。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
問題点を解決するために、ＰＬＬの位相検出器として従
来用いられた進行波型半導体レーザ増幅器に代わって偏
波無依存の多量子井戸（ＭＱＷ）半導体光変調器を用い
ることによって超高速の偏波無依存光ＰＬＬを構成する
ことを特徴とする。
問題点を解決するために、ＰＬＬの位相検出器として従
来用いられた進行波型半導体レーザ増幅器に代わって偏
波無依存の多量子井戸（ＭＱＷ）半導体光変調器を用い
ることによって超高速の偏波無依存光ＰＬＬを構成する
ことを特徴とする。
【００２１】
【作用】本発明に記載のＰＬＬ回路では、信号光パルス
とクロック光パルスの相関検出を行う光相関検出手段と
して偏波無依存の多量子井戸（ＭＱＷ）半導体光変調器
を用いることを特徴とする。
とクロック光パルスの相関検出を行う光相関検出手段と
して偏波無依存の多量子井戸（ＭＱＷ）半導体光変調器
を用いることを特徴とする。
【００２２】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図１は本
実施例における光ＰＬＬ回路の構成を示すブロック図で
あり、１０１は信号光入力端子、１０２は光カップラ、
１０３は偏波無依存の多量子井戸光スイッチ（以下、Ｍ
ＱＷ光スイッチという）、１０４は光学バンドパスフィ
ルタ、１０５は受光回路、１０６は位相比較器、１０７
は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１０８はマイクロ波ミキ
サ、１０９は光クロックパルス発生器、１１０は低周波
発振器、１１１は周波数逓倍器、１１２は光クロックパ
ルス逓倍器である。
実施例における光ＰＬＬ回路の構成を示すブロック図で
あり、１０１は信号光入力端子、１０２は光カップラ、
１０３は偏波無依存の多量子井戸光スイッチ（以下、Ｍ
ＱＷ光スイッチという）、１０４は光学バンドパスフィ
ルタ、１０５は受光回路、１０６は位相比較器、１０７
は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１０８はマイクロ波ミキ
サ、１０９は光クロックパルス発生器、１１０は低周波
発振器、１１１は周波数逓倍器、１１２は光クロックパ
ルス逓倍器である。
【００２３】本実施例におけるＰＬＬ回路おいても、Ｐ
ＬＬとしての基本動作は従来技術と同様である。本実施
例のＰＬＬ回路が従来技術と異なるのは、進行波型半導
体レーザ増幅器に代わってＭＱＷ光スイッチ１０３を用
いている点である。図２は、ＭＱＷ光スイッチ１０３の
構成を示す図であり、２０１は信号光入射ポート、２０
２はクロック光入射ポート、２０３および２０５は集光
レンズ、２０４はＭＱＷ素子、２０６は信号光出射ポー
ト、２０７はクロック光出射ポートである。以下に上述
したＭＱＷ光スイッチ１０３の動作を説明する。
ＬＬとしての基本動作は従来技術と同様である。本実施
例のＰＬＬ回路が従来技術と異なるのは、進行波型半導
体レーザ増幅器に代わってＭＱＷ光スイッチ１０３を用
いている点である。図２は、ＭＱＷ光スイッチ１０３の
構成を示す図であり、２０１は信号光入射ポート、２０
２はクロック光入射ポート、２０３および２０５は集光
レンズ、２０４はＭＱＷ素子、２０６は信号光出射ポー
ト、２０７はクロック光出射ポートである。以下に上述
したＭＱＷ光スイッチ１０３の動作を説明する。
【００２４】まず、信号光パルスが信号光入射ポート２
０１より入射し、集光レンズ２０３を通してＭＱＷ素子
２０４に入射する。このとき、入射信号光の偏波方向は
任意で構わない。また、光パルス強度についても、通常
の光伝送システムにおける受信側のレベル程度（光前置
増幅後で平均１ｍＷ程度）であればよい。次に、クロッ
ク光入射ポート２０２から光クロックパルスが入射す
る。
０１より入射し、集光レンズ２０３を通してＭＱＷ素子
２０４に入射する。このとき、入射信号光の偏波方向は
任意で構わない。また、光パルス強度についても、通常
の光伝送システムにおける受信側のレベル程度（光前置
増幅後で平均１ｍＷ程度）であればよい。次に、クロッ
ク光入射ポート２０２から光クロックパルスが入射す
る。
【００２５】この時、光信号と光クロックパルスは、Ｍ
ＱＷ素子２０４のＭＱＷ層（〜数μｍ）内のみで両ビー
ムがオーバーラップすればよいため、両ビームの伝搬方
向を異なるように設定することができる。
ＱＷ素子２０４のＭＱＷ層（〜数μｍ）内のみで両ビー
ムがオーバーラップすればよいため、両ビームの伝搬方
向を異なるように設定することができる。
【００２６】光クロックパルスとして直線偏光を有する
光パルスを用いると、信号光の偏波状態に依存しない動
作が実現される。すなわち、入射信号光は偏光方向が任
意の直線偏光であってもよいし、楕円偏光や円偏光であ
っても構わない。これは、直線偏光を有する光クロック
によってＭＱＷ素子２０４が励起されると、ＭＱＷ内の
電子のアップスピン状態とダウンスピン状態が等しく励
起されて、信号光がどのような偏光状態にあっても同じ
ように吸収されるためである。
光パルスを用いると、信号光の偏波状態に依存しない動
作が実現される。すなわち、入射信号光は偏光方向が任
意の直線偏光であってもよいし、楕円偏光や円偏光であ
っても構わない。これは、直線偏光を有する光クロック
によってＭＱＷ素子２０４が励起されると、ＭＱＷ内の
電子のアップスピン状態とダウンスピン状態が等しく励
起されて、信号光がどのような偏光状態にあっても同じ
ように吸収されるためである。
【００２７】光クロックパルスのパワーに関しては、相
関信号（位相比較信号）の出力を最大にするには、ＭＱ
Ｗ光スイッチ１０３のスイッチング効率を１に近くする
必要がある。現在得られているＭＱＷ素子においては、
スイッチング効率を１に近くするためには、光クロック
パルスのエネルギーとして約２ｐＪ程度が必要である。
光クロックパルスのパルス幅を５ｐｓとすると、パルス
のピークパワーは０．４Ｗとなる。これは、従来技術を
用いて十分実現できる値である。
関信号（位相比較信号）の出力を最大にするには、ＭＱ
Ｗ光スイッチ１０３のスイッチング効率を１に近くする
必要がある。現在得られているＭＱＷ素子においては、
スイッチング効率を１に近くするためには、光クロック
パルスのエネルギーとして約２ｐＪ程度が必要である。
光クロックパルスのパルス幅を５ｐｓとすると、パルス
のピークパワーは０．４Ｗとなる。これは、従来技術を
用いて十分実現できる値である。
【００２８】また、上述したＭＱＷスイッチ１０３にお
いては、信号光とクロック光ビームの伝搬方向が異なる
ため、出射する信号光ビームにはクロック光は混入して
いない。したがって光学バンドパスフィルタ１０４を用
いなくても出射した信号光をそのまま受光回路１０５に
入射してもよい。
いては、信号光とクロック光ビームの伝搬方向が異なる
ため、出射する信号光ビームにはクロック光は混入して
いない。したがって光学バンドパスフィルタ１０４を用
いなくても出射した信号光をそのまま受光回路１０５に
入射してもよい。
【００２９】ＭＱＷ素子２０４の動作についての詳細
は、『R.Takahasi,Y.Kawamura,andH.Iwamura,"1.55μm-
ultrafast surface-reflection all-optical switching
using low-temperature-grown Be-doped MQWs,"Tech.Di
gest of ECOD'94(PD),vol.4,pp.113-116』に述べられて
いる。
は、『R.Takahasi,Y.Kawamura,andH.Iwamura,"1.55μm-
ultrafast surface-reflection all-optical switching
using low-temperature-grown Be-doped MQWs,"Tech.Di
gest of ECOD'94(PD),vol.4,pp.113-116』に述べられて
いる。
【００３０】このような条件を備えた信号光および光ク
ロックパルスをＭＱＷ素子２０４に入射すると、光クロ
ックパルスが入射している瞬間のみ、信号光に対するＭ
ＱＷ素子２０４の透過率が上昇するように設定すること
ができる。透過した信号光は、信号光強度とクロックパ
ルス光強度の強度積に比例した光波形となる。すなわ
ち、従来技術で述べた半導体レーザ増幅器を用いた相関
信号の検出と同じ信号が得られることになる。従って、
ＭＱＷ光スイッチ１０３を用いてもＰＬＬ回路の動作は
従来技術と同様の原理で実現できる。
ロックパルスをＭＱＷ素子２０４に入射すると、光クロ
ックパルスが入射している瞬間のみ、信号光に対するＭ
ＱＷ素子２０４の透過率が上昇するように設定すること
ができる。透過した信号光は、信号光強度とクロックパ
ルス光強度の強度積に比例した光波形となる。すなわ
ち、従来技術で述べた半導体レーザ増幅器を用いた相関
信号の検出と同じ信号が得られることになる。従って、
ＭＱＷ光スイッチ１０３を用いてもＰＬＬ回路の動作は
従来技術と同様の原理で実現できる。
【００３１】ＭＱＷ光スイッチ１０３を用いることによ
る従来技術との最大の差異は、 １）直線偏波の光クロック光を用いることで信号光の偏
波に依存しない動作が実現できる。 ２）信号光強度が弱くても相関信号が効率良く検出でき
る。 という２点である。この２点の特徴は、光伝送方式にお
いて信号光が長い伝送路光ファイバを伝搬して偏波状態
がランダム、かつ、信号光強度が弱くなっていても特別
な装置を付加することなくその信号光から直接タイミン
グクロックを抽出できることを意味しており、さらにＭ
ＱＷ素子２０４は、時間応対が１ｐｓ程度と極めて高速
であるため、ビットレートが１００Ｇｂｉｔ／ｓの光信
号、もしくはそれ以上のビットレートの光信号からタイ
ミングクロックの抽出を行うことができる。
る従来技術との最大の差異は、 １）直線偏波の光クロック光を用いることで信号光の偏
波に依存しない動作が実現できる。 ２）信号光強度が弱くても相関信号が効率良く検出でき
る。 という２点である。この２点の特徴は、光伝送方式にお
いて信号光が長い伝送路光ファイバを伝搬して偏波状態
がランダム、かつ、信号光強度が弱くなっていても特別
な装置を付加することなくその信号光から直接タイミン
グクロックを抽出できることを意味しており、さらにＭ
ＱＷ素子２０４は、時間応対が１ｐｓ程度と極めて高速
であるため、ビットレートが１００Ｇｂｉｔ／ｓの光信
号、もしくはそれ以上のビットレートの光信号からタイ
ミングクロックの抽出を行うことができる。
【００３２】次に、図３はＭＱＷ光スイッチ１０３の別
の構成を示す。この図において、３０１は信号光入射ポ
ート、３０２は高反射膜層、３０３はInAlAs/InP層、３
０４はInGaAs/InAlAs ＭＱＷ層、３０５はInGaAsP/InP
DBR層、３０６はInP基板層、３０７は低反射膜層であ
る。以下に上述した構成によるＭＱＷ光スイッチ１０３
の動作を説明する。
の構成を示す。この図において、３０１は信号光入射ポ
ート、３０２は高反射膜層、３０３はInAlAs/InP層、３
０４はInGaAs/InAlAs ＭＱＷ層、３０５はInGaAsP/InP
DBR層、３０６はInP基板層、３０７は低反射膜層であ
る。以下に上述した構成によるＭＱＷ光スイッチ１０３
の動作を説明する。
【００３３】上述した構成においては、ＭＱＷ光スイッ
チ１０３を反射型構造にすることにより、ＭＱＷ層の光
強度を上げることでＭＱＷの可飽和特性を増強し、さら
に、素子裏面の高反射膜層からの反射との干渉により、
素子表面における信号光自身の反射を除去することで極
めて大きなスイッチング消光比を低入射光パワーで実現
するものである。
チ１０３を反射型構造にすることにより、ＭＱＷ層の光
強度を上げることでＭＱＷの可飽和特性を増強し、さら
に、素子裏面の高反射膜層からの反射との干渉により、
素子表面における信号光自身の反射を除去することで極
めて大きなスイッチング消光比を低入射光パワーで実現
するものである。
【００３４】図３に示す構成においては、ＭＱＷ層３０
４と、ＭＱＷ層３０４を挟むように配された低反射膜層
３０７および高反射膜層３０２とを有し、クロックパル
ス光のオン／オフによって信号光のオン／オフを制御す
る光スイッチにおいて、前記低反射膜層３０７と高反射
膜層３０２の間隔が光学長にして（ｍ＋１／２）λ／２
（ただし、ｍは整数、λは信号光波長）であり、低反射
膜層３０７の反射率が、クロック光が照射されていない
時（オフ状態）におけるＭＱＷ層３０４と高反射膜層３
０２の信号光に対する反射率とほぼ等しく、信号光が低
反射膜層３０７側から入射し、高反射膜層３０２で反射
され低反射膜層３０７側から出射することを特徴として
いる。
４と、ＭＱＷ層３０４を挟むように配された低反射膜層
３０７および高反射膜層３０２とを有し、クロックパル
ス光のオン／オフによって信号光のオン／オフを制御す
る光スイッチにおいて、前記低反射膜層３０７と高反射
膜層３０２の間隔が光学長にして（ｍ＋１／２）λ／２
（ただし、ｍは整数、λは信号光波長）であり、低反射
膜層３０７の反射率が、クロック光が照射されていない
時（オフ状態）におけるＭＱＷ層３０４と高反射膜層３
０２の信号光に対する反射率とほぼ等しく、信号光が低
反射膜層３０７側から入射し、高反射膜層３０２で反射
され低反射膜層３０７側から出射することを特徴として
いる。
【００３５】上述した構成を用いない場合、クロック光
が入射しない時に信号入射ポート３０１から入射した信
号光は、大部分がＭＱＷ層３０４で吸収されるが、一部
は透過して高反射膜層３０２で反射されて低反射膜層３
０７から出射する。これはスイッチの消光比を劣化させ
ることになる。そこで、上述した構成のようにＭＱＷ層
３０４と、ＭＱＷ層３０４を挟むように配された低反射
膜層３０７および高反射膜層３０２とを用い、低反射膜
層３０７と高反射膜層３０２の間隔が光学長にして（ｍ
＋１／２）λ／２（ただし、ｍは整数、λは信号光波
長）となるように設定すれば、高反射膜層３０２で反射
された信号光と低反射膜層３０７で反射された信号光の
位相が逆相になって打ち消しあうことから、クロック光
が入射しないときの反射光強度が低減されてスイッチの
消光比を大きくとることができる。
が入射しない時に信号入射ポート３０１から入射した信
号光は、大部分がＭＱＷ層３０４で吸収されるが、一部
は透過して高反射膜層３０２で反射されて低反射膜層３
０７から出射する。これはスイッチの消光比を劣化させ
ることになる。そこで、上述した構成のようにＭＱＷ層
３０４と、ＭＱＷ層３０４を挟むように配された低反射
膜層３０７および高反射膜層３０２とを用い、低反射膜
層３０７と高反射膜層３０２の間隔が光学長にして（ｍ
＋１／２）λ／２（ただし、ｍは整数、λは信号光波
長）となるように設定すれば、高反射膜層３０２で反射
された信号光と低反射膜層３０７で反射された信号光の
位相が逆相になって打ち消しあうことから、クロック光
が入射しないときの反射光強度が低減されてスイッチの
消光比を大きくとることができる。
【００３６】元々、反射型の構成においてはＭＱＷ層の
光強度が高くなるため、クロック光が入射した時の信号
光の透過率は図２に示す構成のＭＱＷ光スイッチよりも
高くなる。したがって、上述した構成を用いることによ
ってより小さなクロック光パワーでより消光比の高いス
イッチングを行なうことができる。これにより、ＰＬＬ
の位相比較の効率が上昇し、ＰＬＬのフィードバック信
号のＳ／Ｎが上昇して良好なＰＬＬ動作が実現できる。
光強度が高くなるため、クロック光が入射した時の信号
光の透過率は図２に示す構成のＭＱＷ光スイッチよりも
高くなる。したがって、上述した構成を用いることによ
ってより小さなクロック光パワーでより消光比の高いス
イッチングを行なうことができる。これにより、ＰＬＬ
の位相比較の効率が上昇し、ＰＬＬのフィードバック信
号のＳ／Ｎが上昇して良好なＰＬＬ動作が実現できる。
【００３７】なお、低反射膜層としては、図３の符号３
０５で示したような低反射の分布ブラッグ反射鏡（ＤＢ
Ｒ）層を用いてもよい。同様に高反射膜層として高反射
のＤＢＲ層を用いてもよい。また、本実施例で述べたＭ
ＱＷ光スイッチによるスイッチング実験としては、前述
した『R.Takahasi,Y.Kawamura, and H.Iwamura,"1.55μ
m-ultrafast surface-reflection all-optical switchi
ng using low-temperature-grown Be-doped MQWs,"Tec
h.Digest of ECOD'94(PD), vol.4,pp.113-116』に詳細
が述べられている。
０５で示したような低反射の分布ブラッグ反射鏡（ＤＢ
Ｒ）層を用いてもよい。同様に高反射膜層として高反射
のＤＢＲ層を用いてもよい。また、本実施例で述べたＭ
ＱＷ光スイッチによるスイッチング実験としては、前述
した『R.Takahasi,Y.Kawamura, and H.Iwamura,"1.55μ
m-ultrafast surface-reflection all-optical switchi
ng using low-temperature-grown Be-doped MQWs,"Tec
h.Digest of ECOD'94(PD), vol.4,pp.113-116』に詳細
が述べられている。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、偏
波無依存ＭＱＷスイッチをＰＬＬの位相比較器（相関検
出器）に用いることによって、入射信号光の偏波状態に
影響を受けないＰＬＬ動作が実現できる。さらに、信号
光とクロック光の相関検出を行うために、特に信号光強
度を増幅する必要がないため、光伝送システムなどのよ
うに、長距離の光ファイバを伝送して信号光強度が弱ま
り、かつ、偏波状態も変動するような光信号からタイミ
ングクロックを抽出する回路に用いれば、非常に簡便な
構成で受信系を構成することができ、極めてメリットが
大きい。
波無依存ＭＱＷスイッチをＰＬＬの位相比較器（相関検
出器）に用いることによって、入射信号光の偏波状態に
影響を受けないＰＬＬ動作が実現できる。さらに、信号
光とクロック光の相関検出を行うために、特に信号光強
度を増幅する必要がないため、光伝送システムなどのよ
うに、長距離の光ファイバを伝送して信号光強度が弱ま
り、かつ、偏波状態も変動するような光信号からタイミ
ングクロックを抽出する回路に用いれば、非常に簡便な
構成で受信系を構成することができ、極めてメリットが
大きい。
【図１】 本発明の実施例における光ＰＬＬ回路の構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図２】 同光ＰＬＬ回路に使用されるＭＱＷ光スイッ
チの構成を示す図である。
チの構成を示す図である。
【図３】 同光ＰＬＬ回路に使用される反射型ＭＱＷ光
スイッチの構成を示す図である。
スイッチの構成を示す図である。
【図４】 従来の光ＰＬＬ回路の構成を示すブロック図
である。
である。
【図５】 ４光波混合の場合の入射信号光の波長λsi
g、クロック光の波長λclkの関係の一例を説明するため
の説明図である。
g、クロック光の波長λclkの関係の一例を説明するため
の説明図である。
【図６】 光ファイバを用いた２倍多重回路の構成図で
ある。
ある。
【図７】 光導波路を用いた３段８多重光パルス多重回
路の構成図である。
路の構成図である。
１０１……信号光入力端子、１０２……光カップラ、１
０３……多量子井戸光スイッチ（ＭＱＷ光スイッチ）、
１０４……光学バンドパスフィルタ、１０５……受光回
路、１０６……位相比較器、１０７……電圧制御発振器
（ＶＣＯ）、１０８……マイクロ波ミキサ、１０９……
光クロックパルス発生器、１１０……低周波発振器、１
１１……周波数逓倍器、１１２……光クロックパルス逓
倍器
０３……多量子井戸光スイッチ（ＭＱＷ光スイッチ）、
１０４……光学バンドパスフィルタ、１０５……受光回
路、１０６……位相比較器、１０７……電圧制御発振器
（ＶＣＯ）、１０８……マイクロ波ミキサ、１０９……
光クロックパルス発生器、１１０……低周波発振器、１
１１……周波数逓倍器、１１２……光クロックパルス逓
倍器
Claims (5)
- 【請求項１】 信号光パルスを入力する信号光パルス入
力手段と、 クロック光パルスを発生するクロック光パルス発生手段
と、 前記信号光パルスと前記クロック光パルスを入力して両
者の光の強度の積を出力する光相関検出手段と、 該光相関検出手段の出力を電気信号に変換する光−電気
変換手段と、 交流信号を出力する第１の発振器と、 該第１の発振器が出力する交流信号の発振周波数をｎ逓
倍（ｎは自然数）するｎ逓倍器と、 前記光−電気変換手段の出力の位相と前記ｎ逓倍器の出
力の位相とを比較する位相比較手段と、 該位相比較手段の出力を前記クロック光パルスの周波数
にフィードバックする手段とを備えた偏波無依存光位相
同期ループ回路であって、 前記クロック光パルス発生手段は、 外部からの制御信号によって発振周波数が可変である第
２の発振器と、 前記第１，第２の発振器の出力信号周波数の和もしくは
差もしくはその両者を発生させる周波数ミキサと、 該周波数ミキサの出力信号の周波数に等しい繰り返し周
波数の光パルスを発生させる光パルス発生器とからな
り、 前記光相関検出手段は、偏波無依存全光スイッチであっ
て、 これらの手段を光学的に結合してフィードバックループ
を構成していることを特徴とする偏波無依存光位相同期
ループ回路。 - 【請求項２】 前記偏波無依存全光スイッチは、 半導体多重量子井戸層と、 該半導体多重量子井戸層を挟むように配された低反射膜
および高反射膜とを有し、制御光のオン／オフにより信
号光のオン／オフを制御する面型光−光スイッチであっ
て前記低反射膜と高反射膜の間隔が光学長にして（ｍ＋
１／２）λ／２（ｍは整数、λは信号光波長）であり、 前記低反射膜の反射率は、前記制御光が照射されていな
い時における前記多重量子井戸層と高反射膜の信号光に
対する反射率とほぼ等しく、 信号光が低反射膜側から入射し、高反射膜で反射されて
低反射膜側から出射することを特徴とする面型光−光ス
イッチであることを特徴とする請求項１に記載の偏波無
依存光位相同期ループ回路。 - 【請求項３】 前記偏波無依存全光スイッチは、 半導体多重量子井戸層と、 該半導体多重量子井戸層を挟むように配された低反射膜
および高反射膜とを有し、制御光のオン／オフにより信
号光のオン／オフを制御する面型光−光スイッチであっ
て、 前記低反射膜と高反射膜の間隔が光学長にして（ｍ＋１
／２）λ／２（ｍは整数、λは信号光波長）であり、 前記低反射膜の反射率は、前記制御光が照射されていな
い時における前記多重量子井戸層と高反射膜の信号光に
対する反射率とほぼ等しく、 前記高反射膜と前記半導体多重量子井戸層の間、あるい
は、前記低反射膜と前記半導体多重量子井戸層の間の何
れか一方あるいは両方に前記信号光に対し透明な半導体
層が挿入され、 信号光が低反射膜側から入射し、高反射膜で反射されて
低反射膜側から出射することを特徴とする面型光−光ス
イッチであることを特徴とする請求項１に記載の偏波無
依存光位相同期ループ回路。 - 【請求項４】 前記偏波無依存全光スイッチは、 半導体多重量子井戸層と、 該半導体多重量子井戸層を挟むように配された低反射膜
および高反射膜とを有し、制御光のオン／オフにより信
号光のオン／オフを制御する面型光−光スイッチであっ
て、 前記低反射膜と高反射膜の間隔が光学長にして（ｍ＋１
／２）λ／２（ｍは整数、λは信号光波長）であり、 前記低反射膜の反射率は、前記制御光が照射されていな
い時における前記多重量子井戸層と高反射膜の信号光に
対する反射率とほぼ等しく、 前記高反射膜が分布帰還型ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）で
あり、 信号光が前記低反射膜側から入射し、前記高反射膜で反
射されて前記低反射膜側から出射することを特徴とする
面型光−光スイッチであることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の偏波無依存光位相同期ループ回路。 - 【請求項５】 前記偏波無依存全光スイッチは、 半導体多重量子井戸層と、 該半導体多重量子井戸層を挟むように配された低反射膜
および高反射膜とを有し、制御光のオン／オフにより信
号光のオン／オフを制御する面型光−光スイッチであっ
て、 前記低反射膜と高反射膜の間隔が光学長にして（ｍ＋１
／２）λ／２（ｍは整数、λは信号光波長）であり、 前記低反射膜の反射率は、前記制御光が照射されていな
い時における前記多重量子井戸層と高反射膜の信号光に
対する反射率とほぼ等しく、 前記低反射膜が分布帰還型ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ）で
あり、 信号光が前記低反射膜側から入射し、前記高反射膜で反
射されて前記低反射膜側から出射することを特徴とする
面型光−光スイッチであることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の偏波無依存光位相同期ループ回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2714395A JPH08220494A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | 偏波無依存光位相同期ループ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2714395A JPH08220494A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | 偏波無依存光位相同期ループ回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08220494A true JPH08220494A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=12212840
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2714395A Pending JPH08220494A (ja) | 1995-02-15 | 1995-02-15 | 偏波無依存光位相同期ループ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08220494A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0828174A2 (en) * | 1996-09-04 | 1998-03-11 | Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha | Optical wavelength converter device and optical pulse phase detecting circuit |
-
1995
- 1995-02-15 JP JP2714395A patent/JPH08220494A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0828174A2 (en) * | 1996-09-04 | 1998-03-11 | Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha | Optical wavelength converter device and optical pulse phase detecting circuit |
| EP0828174A3 (en) * | 1996-09-04 | 1998-11-25 | Kokusai Denshin Denwa Kabushiki Kaisha | Optical wavelength converter device and optical pulse phase detecting circuit |
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