JPH09162808A - Optical frequency divider and optical sampling device - Google Patents
Optical frequency divider and optical sampling deviceInfo
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- JPH09162808A JPH09162808A JP7314438A JP31443895A JPH09162808A JP H09162808 A JPH09162808 A JP H09162808A JP 7314438 A JP7314438 A JP 7314438A JP 31443895 A JP31443895 A JP 31443895A JP H09162808 A JPH09162808 A JP H09162808A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、超高速光通信シス
テムにおける通常の電気回路を上回る速度の光信号を受
信するのに必要な光分周器および繰り返し入射する高速
光信号を観測するのに使用される光サンプリング装置に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical frequency divider necessary to receive an optical signal at a speed higher than that of an ordinary electric circuit in an ultrahigh-speed optical communication system and to observe a repetitively incident high-speed optical signal. It relates to an optical sampling device used.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の光分周および光サンプリング技術
としては、例えば光ファイバ中の非線形効果を用いた超
高速スイッチ（以下、非線形スイッチと称する）があ
る。この非線形スイッチの詳細な動作は、例えば文献
（１）："Nonlinear Sagnac Interferometer Switch an
d its Applications" （M.Jinno 他，IEEE.Journal of
Quantum Electronics,Vol.28,No.4,pp.875-882（199
2））に記載されている。2. Description of the Related Art As a conventional optical frequency division and optical sampling technique, there is, for example, an ultra-high speed switch (hereinafter referred to as a non-linear switch) using a non-linear effect in an optical fiber. The detailed operation of this non-linear switch is described in, for example, reference (1): "Nonlinear Sagnac Interferometer Switch an
d its Applications "(M.Jinno et al., IEEE.Journal of
Quantum Electronics, Vol.28, No.4, pp.875-882 (199
2)).
【０００３】この非線形スイッチは、光ファイバによっ
て構成された干渉計に信号光とともに強度の大きなポン
プパルス光が入力され、ポンプパルス光によって誘発さ
れる相互位相変調効果によって信号光の位相が変化し、
信号光の中でポンプパルス光と時間的に重なった部分の
みが干渉計の作用によってスイッチされるものである。
光ファイバの非線形効果の応答速度はフェムト秒程度と
非常に高速であるため、非線形スイッチは１００Ｇｂｉ
ｔ／ｓを越える超高速な光信号の分周もしくはサンプリ
ングに利用できる。原理的には非線形スイッチの時間分
解能は、使用するポンプパルス光のパルス幅と同等であ
る。In this non-linear switch, a pump pulse light having a high intensity is input together with the signal light into an interferometer formed by an optical fiber, and the phase of the signal light is changed by a cross phase modulation effect induced by the pump pulse light,
Only the portion of the signal light that temporally overlaps the pump pulse light is switched by the action of the interferometer.
Since the response speed of the non-linear effect of the optical fiber is as high as femtosecond, the non-linear switch is 100 Gbi.
It can be used for frequency division or sampling of an ultrahigh-speed optical signal exceeding t / s. In principle, the time resolution of the nonlinear switch is equal to the pulse width of the pump pulse light used.
【０００４】従来技術として知られている第２のもの
は、非線形光学結晶中の和周波混合現象を用いるもので
あって、例えば文献（２）：”サブピコ秒光パルスを用
いた光サンプリングによる数１００Ｇｂｉｔ／ｓ信号光
波形測定”（高良他、電子情報通信学会技術研究報告 V
ol.95,No.65,pp.9-16 (1995)）（以下、和周波混合技術
と称する）に記載されている。The second known as the prior art uses the sum frequency mixing phenomenon in a nonlinear optical crystal, for example, reference (2): "Number by optical sampling using sub-picosecond optical pulse". 100 Gbit / s signal optical waveform measurement "(Kara et al., IEICE Technical Report V
ol.95, No.65, pp.9-16 (1995)) (hereinafter referred to as sum frequency mixing technique).
【０００５】この和周波混合技術においては、信号光は
ポンプパルス光とともに非線形光学結晶に入力され、そ
こで発生した和周波光を観測することによって光サンプ
リングを行う。In this sum frequency mixing technique, the signal light is input to the nonlinear optical crystal together with the pump pulse light, and optical sampling is performed by observing the sum frequency light generated therein.
【０００６】また、本発明に関連する従来の別の技術と
しては、図３に示す光受信装置が提案されている（Fumi
hiko Ito and Ken-ichi Kitayama,"Interferometric ap
proach for the detection/storage of very fastoptic
al signals,"Proceedings ofJapan-U.S.workshop on fu
nctional fronts in advanced cermics,pp.161-164（De
c.6-8,1994）参照）。この従来の光受信装置では、信号
光と、空間的にスペクトル成分を分解した局部発振光と
の干渉パターンをアナライザによって分析し、高速信号
の受信を行うことができる。Further, as another conventional technique related to the present invention, an optical receiver shown in FIG. 3 has been proposed (Fumi
hiko Ito and Ken-ichi Kitayama, "Interferometric ap
proach for the detection / storage of very fastoptic
al signals, "Proceedings of Japan-US workshop on fu
nctional fronts in advanced cermics, pp. 161-164 (De
c.6-8, 1994))). In this conventional optical receiver, it is possible to receive a high-speed signal by analyzing the interference pattern of the signal light and the locally oscillated light in which the spectral components are spatially decomposed.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術に
は以下に示す問題がある。第１に、非線形光スイッチで
はポンプパルス光として非常に大きな強度が必要であ
る。また、和周波技術では、発生する和周波光強度はポ
ンプパルス光強度と信号光強度の積に比例するため、信
号光にもポンプパルス光にも一定の強度が要求される。
文献（２）で用いられているポンプパルス光パワーは１
Ｗ程度、信号光パワーは数百ｍＷ程度である。従って、
長距離の光ファイバ伝送路を伝搬した後の微弱光の観測
などは不可能である。The above-mentioned conventional technique has the following problems. First, a nonlinear optical switch requires a very large intensity as pump pulse light. In addition, in the sum frequency technique, the generated sum frequency light intensity is proportional to the product of the pump pulse light intensity and the signal light intensity, and therefore a constant intensity is required for both the signal light and the pump pulse light.
The pump pulse light power used in reference (2) is 1
W, and the signal light power is about several hundred mW. Therefore,
It is impossible to observe weak light after propagating through a long-distance optical fiber transmission line.
【０００８】第２の問題は、非線形スイッチに対するも
のであり、光ファイバ中のWalk off現象が実際のスイッ
チング時間を制限する問題である。非線形スイッチで
は、ポンプパルス光と信号光を後で分離する必要性か
ら、両者は異なる波長を持つものでなければならない。
互いに異なる波長を有する信号光とポンプパルス光は光
ファイバ中を伝搬する速度が異なるため、時間的な重な
り部分がずれてゆくというWalk off現象が生じる。非線
形スイッチの時間分解能は実際にはこの現象によって制
限されてしまう。The second problem is for a non-linear switch, and the Walk off phenomenon in the optical fiber limits the actual switching time. In the nonlinear switch, the pump pulse light and the signal light must be separated from each other because of the necessity of separating them later.
Since the signal light and the pump pulse light having different wavelengths propagate in the optical fiber at different speeds, a walk-off phenomenon occurs in which the temporal overlapping portions are displaced. The time resolution of a non-linear switch is actually limited by this phenomenon.
【０００９】また、上述した従来の光受信装置では、ス
ペクトル分解手段であるグレーティングやそれをアナラ
イザに投影するためのレンズ光学系を高精度に配置する
必要があり、装置の小型化や経済化を図ることが困難で
あるという問題がある。Further, in the above-mentioned conventional optical receiving apparatus, it is necessary to dispose the grating which is the spectrum resolving means and the lens optical system for projecting the grating on the analyzer with high accuracy, which leads to downsizing of the apparatus and cost reduction. There is a problem that it is difficult to achieve.
【００１０】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、低パワーの信号光を検出で
き、強度の大きなポンプ光を必要とせず、高感度で時間
分解能に優れた光分周器および光サンプリング装置を提
供することにある。The present invention has been made in view of the above,
It is an object of the present invention to provide an optical frequency divider and an optical sampling device that can detect low power signal light, do not need pump light with high intensity, and have high sensitivity and excellent time resolution.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明は、高速な信号光をそのビッ
ト速度の逆数の整数倍である周期で分周する光分周器で
あって、前記ビット速度の整数倍の周期で、前記光信号
の中心周波数との周波数差が１ビット時間長の逆数以内
の中心光周波数を有する光パルスを発生する光パルス発
生手段と、前記光パルスと信号光との干渉信号を検出す
る干渉信号検出手段とを有することを要旨とする。In order to achieve the above object, the present invention according to claim 1 is an optical frequency divider which divides a high-speed signal light in a cycle which is an integer multiple of the reciprocal of the bit speed thereof. An optical pulse generating means for generating an optical pulse having a center optical frequency whose frequency difference from the center frequency of the optical signal is within a reciprocal of one bit time length in a cycle of an integer multiple of the bit rate; The gist is to have an interference signal detection means for detecting an interference signal between the pulse and the signal light.
【００１２】請求項１記載の本発明にあっては、高速な
信号光のビット速度の整数倍の周期で、光信号の中心周
波数との周波数差が１ビット時間長の逆数以内の中心光
周波数を有する光パルスを発生し、光パルスと信号光と
の干渉信号を検出する。According to the first aspect of the present invention, the center optical frequency is such that the frequency difference from the center frequency of the optical signal is within the reciprocal of the one-bit time length in a cycle of an integer multiple of the bit rate of the high speed signal light. And an interference signal between the optical pulse and the signal light is detected.
【００１３】また、請求項２記載の本発明は、請求項１
記載の発明において、前記干渉信号検出手段が、前記信
号光と光パルスを光ハイブリッドに入力し、該光ハイブ
リッドからの複数の出力光を２乗検波したのち互いに加
えあわせる手段を有することを要旨とする。The present invention according to claim 2 provides the invention according to claim 1.
In the invention described above, the interference signal detecting means has means for inputting the signal light and an optical pulse to an optical hybrid, square-detecting a plurality of output lights from the optical hybrid, and then adding them together. To do.
【００１４】請求項２記載の本発明にあっては、信号光
と光パルスを光ハイブリッドに入力し、該光ハイブリッ
ドからの複数の出力光を２乗検波したのち互いに加えあ
わせる。According to the second aspect of the present invention, the signal light and the optical pulse are input to the optical hybrid, and a plurality of output lights from the optical hybrid are square-law detected and then added together.
【００１５】更に、請求項３記載の本発明は、請求項１
または２記載の発明において、前記信号光または光パル
スの経路上に遅延制御手段を有することを要旨とする。Further, the present invention described in claim 3 provides the invention according to claim 1.
Alternatively, in the invention described in 2, the gist is that a delay control unit is provided on the path of the signal light or the optical pulse.
【００１６】請求項４記載の本発明は、請求項１ないし
３のいずれかに記載の発明において、前記信号光または
光パルスの経路上にスペクトル制御手段および分散制御
手段の一方または両方を有することを要旨とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, one or both of the spectrum control means and the dispersion control means are provided on the path of the signal light or the optical pulse. Is the gist.
【００１７】また、請求項５記載の本発明は、繰り返し
入力される高速な信号光を観測する光サンプリング装置
であって、前記信号光の繰り返し周期と僅かに異なる周
期で、光パルス幅が信号光の周波数変動の逆数よりも短
い光パルスを発生する光パルス発生手段と、前記光パル
スと信号光との干渉信号を前記パルス発生周期で検出す
る干渉信号検出手段とを有し、前記光パルス発生手段の
出力光との前記信号光の中心光周波数の差が前記光パル
ス発生手段の出力の繰り返し周期の逆数より小さいこと
を要旨とする。The present invention according to claim 5 is an optical sampling apparatus for observing repetitively input high-speed signal light, wherein the optical pulse width is a signal at a cycle slightly different from the repetition cycle of the signal light. The optical pulse generation means for generating an optical pulse shorter than the reciprocal of the frequency fluctuation of light, and the interference signal detection means for detecting an interference signal between the optical pulse and the signal light at the pulse generation period, the optical pulse The gist is that the difference between the center light frequency of the signal light and the output light of the generation means is smaller than the reciprocal of the repetition cycle of the output of the optical pulse generation means.
【００１８】請求項５記載の本発明にあっては、信号光
の繰り返し周期と僅かに異なる周期で、光パルス幅が信
号光の周波数変動の逆数よりも短い光パルスを発生し、
光パルスと信号光との干渉信号をパルス発生周期で検出
し、光パルス発生手段の出力光との信号光の中心光周波
数の差が光パルス発生手段の出力の繰り返し周期の逆数
より小さい。According to the fifth aspect of the present invention, an optical pulse having a pulse width slightly shorter than the reciprocal of the frequency fluctuation of the signal light is generated at a cycle slightly different from the repetition cycle of the signal light.
The interference signal between the optical pulse and the signal light is detected at the pulse generation cycle, and the difference in the center optical frequency of the signal light from the output light of the optical pulse generation means is smaller than the reciprocal of the repetition cycle of the output of the optical pulse generation means.
【００１９】更に、請求項６記載の本発明は、請求項５
記載の発明において、前記干渉信号検出手段が、前記信
号光と光パルスを光ハイブリッドに入力し、該光ハイブ
リッドからの複数の出力光を２乗検波したのち互いに加
えあわせる手段を有することを要旨とする。Further, the present invention described in claim 6 provides the present invention in claim 5.
In the invention described above, the interference signal detecting means has means for inputting the signal light and an optical pulse to an optical hybrid, square-detecting a plurality of output lights from the optical hybrid, and then adding them together. To do.
【００２０】請求項６記載の本発明にあっては、信号光
と光パルスを光ハイブリッドに入力し、該光ハイブリッ
ドからの複数の出力光を２乗検波したのち互いに加えあ
わせている。In the sixth aspect of the present invention, the signal light and the optical pulse are input to the optical hybrid, and a plurality of output lights from the optical hybrid are square-law detected and then added together.
【００２１】請求項７記載の本発明は、請求項５または
６記載の発明において、信号光の経路上に信号光の一部
を時間的に抜き出す手段を有することを要旨とする。The present invention according to claim 7 is, in the invention according to claim 5 or 6, characterized in that it has means for temporally extracting a part of the signal light on the path of the signal light.
【００２２】請求項７記載の本発明にあっては、信号光
の経路上に信号光の一部を時間的に抜き出している。According to the seventh aspect of the present invention, a part of the signal light is temporally extracted on the path of the signal light.
【００２３】また、請求項８記載の本発明は、請求項５
または６記載の発明において、電気信号への変換後に電
気信号の一部を時間的に抜き出す手段を有することを要
旨とする。The present invention according to claim 8 is the same as claim 5
Alternatively, the gist of the invention described in 6 is to have means for temporally extracting a part of the electric signal after the conversion into the electric signal.
【００２４】請求項８記載の本発明にあっては、電気信
号への変換後に電気信号の一部を時間的に抜き出してい
る。According to the present invention of claim 8, a part of the electric signal is extracted temporally after the conversion into the electric signal.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態について説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２６】図１は、本発明の第１の実施形態に係る光
分周器の構成を示す図である。同図において、１は信号
光の波長に等しい波長を持つ光パルスを発生する光パル
ス発生手段であり、例えばモードロックレーザ、利得ス
イッチ、外部変調器等を利用することができる。スペク
トル制御手段２および分散制御手段３は、光パルス発生
手段１によって得られた光パルスのスペクトル幅および
分散（チャーピング）を調整する手段であり、スペクト
ル制御手段２としては光フィルタ、分散制御手段３とし
ては分散を持つ光ファイバを利用することができる。９
は、分周したい信号光の特定のビットに同期光パルスを
重ねるための遅延制御手段である。４−１〜４−４は光
カプラであり、これらによって光９０度ハイブリッド８
が構成される。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an optical frequency divider according to the first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 is an optical pulse generating means for generating an optical pulse having a wavelength equal to the wavelength of the signal light, and for example, a mode-locked laser, a gain switch, an external modulator or the like can be used. The spectrum control means 2 and the dispersion control means 3 are means for adjusting the spectral width and dispersion (chirping) of the optical pulse obtained by the optical pulse generation means 1, and the spectrum control means 2 is an optical filter or dispersion control means. An optical fiber having dispersion can be used as 3. 9
Is a delay control means for superimposing a synchronous optical pulse on a specific bit of the signal light to be frequency-divided. Reference numerals 4-1 to 4-4 are optical couplers, which allow optical 90-degree hybrid 8
Is configured.
【００２７】光９０度ハイブリッド８においては、図中
の光路長Ａと光路長Ｃの光路長差が、光路長Ｂと光路長
Ｄの差よりもλ／４（λは光波長）だけ大きいかもしく
は小さくなるように配置される。光９０度ハイブリッド
（以下、これを単に光ハイブリッドという）８は、ハー
フミラーによる空間光学系や集積された光回路によって
実現できる。In the optical 90-degree hybrid 8, is the optical path length difference between the optical path length A and the optical path length C in the figure larger than the difference between the optical path length B and the optical path length D by λ / 4 (λ is the optical wavelength). Or it is arranged so that it becomes small. The optical 90-degree hybrid (hereinafter, simply referred to as an optical hybrid) 8 can be realized by a spatial optical system using a half mirror or an integrated optical circuit.
【００２８】また、５−１，５−２はバランス型光受信
器、６−１，６−２は自乗回路、７は加算器、１０−
１，１０−２は波形等化を行うための低域濾波フィルタ
であって、その遮断周波数９は分周間隔Ｔの逆数程度に
設定される。なお、バランス型光受信器５−１，５−２
の代わりに通常の受光器を使用してもよい。5-1 and 5-2 are balanced optical receivers, 6-1 and 6-2 are squaring circuits, 7 is an adder, and 10-.
Reference numerals 1 and 10-2 are low-pass filtering filters for performing waveform equalization, and the cutoff frequency 9 thereof is set to about the reciprocal of the frequency division interval T. The balanced optical receivers 5-1 and 5-2
Alternatively, a conventional photodetector may be used.
【００２９】また、前記光ハイブリッド８としては、１
２０度ハイブリッドもほぼ同様に使用することができ
る。この１２０度ハイブリッドでは、次式に示す恒等式
を使用している。As the optical hybrid 8, 1
A 20 degree hybrid can be used in much the same way. In this 120-degree hybrid, the identities shown below are used.
【数１】 [Equation 1]
【００３０】図１に示す光分周器の動作時には、信号光
が光ハイブリッド８より入射する。本実施形態では信号
光は振幅変調されている必要がある。単一の光パルス波
形を Ｐ（ｔ−τ）ｅｘｐ（ｊω0 ｔ） （τ：パルスの中心位置、ω0 ：光角周波数）と書く
と、信号光波形はこのパルスによって形成されるパルス
列であるから、その時間波形は、During operation of the optical frequency divider shown in FIG. 1, signal light enters from the optical hybrid 8. In this embodiment, the signal light needs to be amplitude-modulated. When a single optical pulse waveform is written as P (t−τ) exp (jω 0 t) (τ: pulse center position, ω 0 : optical angular frequency), the signal light waveform is a pulse train formed by this pulse. Therefore, the time waveform is
【数２】 と書くことができる。１つのパルスが信号の１ビットに
対応している。(Equation 2) Can be written. One pulse corresponds to one bit of the signal.
【００３１】一方、光パルス発生手段１は、信号光パル
スとほぼ同じ波長の光パルスを発生する。以下ではこれ
を局発パルスという。局発パルスは信号光のビットの整
数倍を周期として発生される。局発パルスの波形はOn the other hand, the optical pulse generating means 1 generates an optical pulse having substantially the same wavelength as the signal light pulse. Below, this is called a local pulse. The local pulse is generated with a cycle of an integer multiple of the bit of the signal light. The waveform of the local pulse is
【数３】 Ｌ（ｔ）＝ＰL （ｔ）ｅｘｐ（ｊωL ｔ＋φ） （２） と書くことができる。但し、φは信号光との相対的な位
相差であり、信号光と局発パルスが別々のレーザから発
生する場合はランダムに変化する。## EQU3 ## L (t) = P L (t) exp (jω L t + φ) (2) can be written. However, φ is a relative phase difference with the signal light, and changes randomly when the signal light and the local pulse are generated from different lasers.
【００３２】上記信号光と局発パルスは光ハイブリッド
８を介してバランス型光受信器５−１，５−２に入力さ
れる。このときバランス型光受信器５−１，５−２に生
じる電流は、各々、The signal light and the local pulse are input to the balanced type optical receivers 5-1 and 5-2 via the optical hybrid 8. At this time, the currents generated in the balanced optical receivers 5-1 and 5-2 are
【数４】 である。但し、Δω＝ω0 −ωL である。また、＊は複
素共役を表している。(Equation 4) It is. However, Δω = ω 0 −ω L. Also, * represents a complex conjugate.
【００３３】簡単化のため、Ｐ（ｔ），ＰL （ｔ）が実
数であると仮定すると（この仮定はパルス波形がフーリ
エ変換限界にある場合に対応する）、Assuming that P (t) and P L (t) are real numbers for simplicity (this assumption corresponds to the case where the pulse waveform is at the Fourier transform limit),
【数５】 Ｉ1 （ｔ）＝ａ0 Ｐ（ｔ）ＰL （ｔ）ｃｏｓ［Δωｔ＋φ］ Ｉ2 （ｔ）＝ａ0 Ｐ（ｔ）ＰL （ｔ）ｓｉｎ［Δωｔ＋φ］ （４） である。I 1 (t) = a 0 P (t) P L (t) cos [Δωt + φ] I 2 (t) = a 0 P (t) P L (t) sin [Δωt + φ] (4) is there.
【００３４】低域濾波フィルタ１０−１，１０−２、自
乗回路６−１，６−２、および加算器７によって最終的
な出力は、The final output by the low pass filter 10-1, 10-2, the squaring circuits 6-1, 6-2, and the adder 7 is:
【数６】 となり、光分周器の出力には、位相差φのランダムな変
動に関わらず局発パルスと重なったビットの振幅ａ0 に
比例した出力が得られることがわかる。オーバライン
「￣」は低域濾波フィルタ１０−１，１０−２による時
間Ｔ程度に渡る平均化作用を示す。(Equation 6) Therefore, it can be seen that the output of the optical frequency divider is obtained in proportion to the amplitude a 0 of the bit overlapping with the local pulse, regardless of the random fluctuation of the phase difference φ. The overline "|" indicates the averaging action over the time T by the low pass filter 10-1, 10-2.
【００３５】ここで、スペクトル制御手段２、分散制御
手段３の必要性について言及しておく。式（５）によっ
て与えられる光分周器の出力は、所望の通り信号光の振
幅に比例すると同時に、信号光パルスと局発パルスの波
形の相関にも比例している。このため、本光分周器にお
いて最大の信号振幅を得るためには、両者のパルス波形
を可能な限り一致させることが望ましい。このために本
実施形態では局発パルスのスペクトルと分散の制御手段
２，３を設けており、局発パルスの経路上において、そ
のスペクトル幅と分散を信号光パルスのそれと一致する
ように制御することによって最大の信号振幅が実現でき
る。すなわち、これらの手段は本光分周器の受信感度を
改善するためのものであって、受信感度が要求されない
場合はこれらを省略することも可能である。また、これ
らの手段は信号光経路上に置かれ、信号光のスペクトル
と分散を制御しても効果は同じである。Here, the necessity of the spectrum control means 2 and the dispersion control means 3 will be mentioned. The output of the optical frequency divider given by the equation (5) is proportional to the amplitude of the signal light as desired, and is also proportional to the correlation between the waveforms of the signal light pulse and the local pulse. Therefore, in order to obtain the maximum signal amplitude in the present optical frequency divider, it is desirable that the pulse waveforms of the both should match as much as possible. For this reason, the present embodiment is provided with control means 2 and 3 for the spectrum and dispersion of the local pulse, and controls the spectrum width and dispersion on the path of the local pulse so as to match that of the signal light pulse. Thus, the maximum signal amplitude can be realized. That is, these means are for improving the receiving sensitivity of the present optical frequency divider, and if the receiving sensitivity is not required, these means can be omitted. Further, even if these means are placed on the signal light path and the spectrum and dispersion of the signal light are controlled, the same effect is obtained.
【００３６】次に、信号光と局発パルスの波長の一致に
対する要求について説明する。両者の波長差もしくは周
波数差は、式（４）に見られるようにバランス型光受信
器５−１，５−２の出力に影響を与える。周波数差Δω
＝ω0 −ωL による信号振幅の変化が１ビットの長さよ
りも短い時間で生じると、等価的に信号振幅が低下して
しまう。従って、両者の波長差はNext, a request for matching the wavelengths of the signal light and the local pulse will be described. The wavelength difference or the frequency difference between the two influences the outputs of the balanced optical receivers 5-1 and 5-2, as shown in equation (4). Frequency difference Δω
If the change in signal amplitude due to = ω 0 −ω L occurs in a time shorter than the length of 1 bit, the signal amplitude equivalently decreases. Therefore, the wavelength difference between the two is
【数７】Δω＝ω0 −ωL ＜１／τ （τは１ビッ
ト時間長） を満たすように設定する必要がある。このことは伝送速
度が大きいほど波長の制御は粗くてよいことを意味して
おり、本実施形態を高速光信号に適用する際には有利で
ある。## EQU7 ## It is necessary to set so as to satisfy Δω = ω 0 −ω L <1 / τ (τ is 1-bit time length). This means that the higher the transmission speed, the coarser the wavelength control may be, which is advantageous when the present embodiment is applied to a high-speed optical signal.
【００３７】図２は、本発明の第２の実施形態に係る光
サンプリング装置の構成を示す図である。同図に示す光
サンプリング装置は、正弦波発生器２１から出力される
正弦波電気信号によって駆動されて、繰り返し入力され
る光信号の繰り返し周期にオフセットΔｆを加えた周期
のサンプリング光パルスを発生するサンプリング光パル
ス発生手段１２を有する。なお、図２において、図１と
同じ構成要素には同じ符号が付されているが、その他の
構成要素のうち、１１は強度変調器、１０−３，１０−
４は低域濾波フィルタ、１３−１，１３−２は電気スイ
ッチである。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an optical sampling apparatus according to the second embodiment of the present invention. The optical sampling apparatus shown in the figure is driven by a sine wave electric signal output from the sine wave generator 21, and generates a sampling optical pulse having a cycle in which an offset Δf is added to the repeating cycle of the optical signal repeatedly input. It has a sampling light pulse generating means 12. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, but among the other components, 11 is an intensity modulator, 10-3, 10-.
Reference numeral 4 is a low pass filter, and 13-1 and 13-2 are electric switches.
【００３８】波形等化のための低域濾波フィルタ１０−
３，１０−４の遮断周波数は、サンプリング周期１／
（ｆ＋Δｆ）の逆数程度に設定される。サンプリング光
パルス発生手段１２は、図１の光パルス発生手段１と同
様にモードロックレーザなどを用いて発生できるが、本
実施形態で用いるサンプリング光パルスは以下の条件を
満足する必要がある。Low pass filter 10 for waveform equalization
The cutoff frequencies of 3 and 10-4 are sampling periods 1 /
It is set to about the reciprocal of (f + Δf). The sampling light pulse generating means 12 can be generated by using a mode-locked laser or the like like the light pulse generating means 1 of FIG. 1, but the sampling light pulse used in this embodiment needs to satisfy the following conditions.
【００３９】（１）パルス幅がサンプリング装置に要求
される時間分解能よりも短いこと。 （２）パルス幅は信号光の周波数の変動の逆数よりも小
さいこと。 （３）光パルスの中心周波数は信号光のそれとほぼ一致
していること。 上記条件が満足される場合には、本光サンプリング装置
によって信号の振幅が正しく検出されることを以下に示
す。(1) The pulse width is shorter than the time resolution required for the sampling device. (2) The pulse width is smaller than the reciprocal of the fluctuation of the frequency of the signal light. (3) The center frequency of the light pulse is almost the same as that of the signal light. It will be shown below that the amplitude of the signal is correctly detected by the present optical sampling device when the above conditions are satisfied.
【００４０】信号光並びにサンプリング光パルスの波形
は次式で表される。The waveforms of the signal light and the sampling light pulse are expressed by the following equation.
【数８】 Ｓｉｇ（ｔ）＝Ａ（ｔ）ｅｘｐ｛ｊ［ω0 ＋ωM （ｔ）］ｔ｝ （信号光） （６） Ｓａｍ（ｔ）＝δ（ｔ−τ）ｅｘｐ（ｊω0 ｔ＋φ） （サンプリング光パルス） （７） ここでＡ（ｔ）は信号光の振幅、ωM （ｔ）は信号光の
周波数変調成分、δ（ｔ−τ）はパルスの波形であり、
τはパルスの中心位置である。φは信号光との相対的な
位相差であり、信号光と光パルスが別々のレーザから発
生する場合はランダムに変化する。このランダムな位相
差は、光ハイブリッドの作用によって最終的に加算器７
の出力に影響しない点は図１の実施形態と同じである。Sig (t) = A (t) exp {j [ω 0 + ω M (t)] t} (Signal light) (6) Sam (t) = δ (t−τ) exp (jω 0 t + φ (Sampling light pulse) (7) where A (t) is the amplitude of the signal light, ω M (t) is the frequency modulation component of the signal light, and δ (t−τ) is the pulse waveform.
τ is the center position of the pulse. φ is a relative phase difference with the signal light, and changes randomly when the signal light and the optical pulse are generated from different lasers. This random phase difference is finally added by the adder 7 due to the action of the optical hybrid.
Is the same as that of the embodiment of FIG.
【００４１】加算器７からの出力は以下のようになる。The output from the adder 7 is as follows.
【数９】 但し、Δτはサンプリング光パルスのパルス幅である。
従って、ωM （τ）Δτ＜＜１の場合は、 Ｉ＝Ａ2 （τ） となり、出力Ｉは、サンプリング光パルスが存在する時
刻τにおける信号光の瞬時の振幅の２乗に比例し、サン
プリング操作が正しく行われることがわかる。このωM
（τ）Δτ＜＜１の条件が先に述べた条件（２）に対応
している。(Equation 9) However, Δτ is the pulse width of the sampling light pulse.
Therefore, in the case of ω M (τ) Δτ << 1, I = A 2 (τ), and the output I is proportional to the square of the instantaneous amplitude of the signal light at the time τ when the sampling light pulse exists, It can be seen that the sampling operation is performed correctly. This ω M
The condition of (τ) Δτ << 1 corresponds to the condition (2) described above.
【００４２】なお、図１の実施形態と同様に本実施形態
でも光サンプリングパルスの中心周波数は信号光のそれ
と一致している必要がある。式（６），（７）を記述し
た際にはこれを暗黙のうちに仮定したが、本実施形態の
場合は両者の間のずれの許容度は、 Δω＜１／Δτ である。すなわち、両光の周波数差はサンプリングパル
スのパルス幅の逆数よりも小さくなくてはならない。As in the embodiment of FIG. 1, in this embodiment as well, the center frequency of the optical sampling pulse must match that of the signal light. This is implicitly assumed when the expressions (6) and (7) are described, but in the case of the present embodiment, the tolerance of the deviation between the two is Δω <1 / Δτ 2. That is, the frequency difference between the two lights must be smaller than the reciprocal of the pulse width of the sampling pulse.
【００４３】図２の信号光経路上に設けられている強度
変調器１１は、サンプリング装置の時間分解能Δτより
は遅いが、信号繰り返し時間よりは速い速度で信号光の
一部を切り出すためのもので、これによってＳ／Ｎ比の
改善が可能である。同様なことは強度変調器１１を用い
る代わりに電気信号に変換された後に電流のある時間幅
の部分をスイッチングによって切り出してもよく、電気
のスイッチ１３−１，１３−２はこのために設けられて
いる。The intensity modulator 11 provided on the signal light path of FIG. 2 is for cutting out part of the signal light at a speed slower than the time resolution Δτ of the sampling device but faster than the signal repetition time. Therefore, it is possible to improve the S / N ratio. Similarly, instead of using the intensity modulator 11, a portion of the current having a certain time width may be cut out by switching after being converted into an electric signal, and electric switches 13-1 and 13-2 are provided for this purpose. ing.
【００４４】上述した両実施形態は、いずれも受信器に
よる線形な光強度の検出を用いるものであるので、和周
波混合を用いる方式に比べその受信感度は極めて高い。
このことは光通信システムに使われる光分周器では、光
通信システム自体の感度向上に寄与し、また光サンプリ
ング装置では、平均処理なくして正しい振幅の検出を可
能にするため微弱光のアイパターンの検出を可能にす
る。また、局発パルスおよびサンプリング光パルスに要
求される強度も、非線形効果を生じせしめるような強力
なものは必要ないため、低パワー化が可能である。ま
た、その時間分解能は、光サンプリングパルスのパルス
幅によってのみ制限され、モードロックレーザなどの短
パルス光源を用いることによって、１ｐｓ以下の分解能
を実現することができる。Since both of the above-mentioned embodiments use the linear detection of the light intensity by the receiver, the receiving sensitivity thereof is extremely high as compared with the method using the sum frequency mixing.
This contributes to the improvement of the sensitivity of the optical communication system itself in the optical frequency divider used in the optical communication system, and the optical sampling device enables the detection of the correct amplitude without the averaging process so that the eye pattern of weak light can be detected. Enable detection of. Further, the intensity required for the local pulse and the sampling light pulse does not need to be strong enough to cause a non-linear effect, so that the power can be reduced. The time resolution is limited only by the pulse width of the optical sampling pulse, and a resolution of 1 ps or less can be realized by using a short pulse light source such as a mode-locked laser.
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
信号光とパルス光の線形な相関である干渉効果を検出す
ることにより光分周または光サンプリングを実現してお
り、光非線形効果を介在しないため、信号光、パルス光
ともに比較的小さな強度でよく、受信感度が高いととも
に、また時間分解能を制限する要因はパルス光のパルス
幅だけであるので、時間分解能、消費電力にも優れてい
る。As described above, according to the present invention,
Optical division or optical sampling is realized by detecting the interference effect, which is a linear correlation between the signal light and the pulsed light. Since there is no optical nonlinear effect, both the signal light and the pulsed light can be of relatively small intensity. Since the reception sensitivity is high and the only factor limiting the time resolution is the pulse width of the pulsed light, the time resolution and power consumption are excellent.
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光分周器の構成
を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical frequency divider according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施形態に係る光サンプリング
装置の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an optical sampling device according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明に関連する従来の光受信装置の構成を示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional optical receiver related to the present invention.
１ 光パルス発生手段 ２ スペクトル制御手段 ３ 分散制御手段 ４−１〜４−４ 光カプラ ５−１，５−２ バランス型光受信器 ６−１，６−２ 自乗回路 ７ 加算器 ８ 光ハイブリッド １０−１〜１０−４ 低域濾波フィルタ １１ 強度変調器 １２ サンプリング光パルス発生手段 １３−１，１３−２ 電気スイッチ ２１ 正弦波発生器 1 Optical pulse generation means 2 Spectrum control means 3 Dispersion control means 4-1 to 4-4 Optical couplers 5-1 and 5-2 Balanced optical receivers 6-1 and 6-2 Square circuit 7 Adder 8 Optical hybrid 10 -1 to 10-4 Low-pass filtering filter 11 Intensity modulator 12 Sampling light pulse generating means 13-1, 13-2 Electric switch 21 Sine wave generator
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｆ 2/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location G02F 2/00
Claims (8)
整数倍である周期で分周する光分周器であって、 前記ビット速度の整数倍の周期で、前記光信号の中心周
波数との周波数差が１ビット時間長の逆数以内の中心光
周波数を有する光パルスを発生する光パルス発生手段
と、 前記光パルスと信号光との干渉信号を検出する干渉信号
検出手段とを有することを特徴とする光分周器。1. An optical frequency divider that divides high-speed signal light at a cycle that is an integer multiple of the reciprocal of the bit speed thereof, wherein the optical signal has a center frequency of the optical signal at a cycle that is an integer multiple of the bit speed. An optical pulse generating means for generating an optical pulse having a central optical frequency whose frequency difference is within the reciprocal of 1-bit time length, and an interference signal detecting means for detecting an interference signal between the optical pulse and the signal light. Characteristic optical frequency divider.
光パルスを光ハイブリッドに入力し、該光ハイブリッド
からの複数の出力光を２乗検波したのち互いに加えあわ
せる手段を有することを特徴とする請求項１記載の光分
周器。2. The interference signal detecting means has means for inputting the signal light and the optical pulse to an optical hybrid, square-detecting a plurality of output lights from the optical hybrid, and then adding them together. The optical frequency divider according to claim 1.
延制御手段を有することを特徴とする請求項１または２
記載の光分周器。3. The delay control means is provided on the path of the signal light or the optical pulse.
Optical divider described.
ペクトル制御手段および分散制御手段の一方または両方
を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
に記載の光分周器。4. The optical frequency divider according to claim 1, further comprising one or both of a spectrum control unit and a dispersion control unit on a path of the signal light or the optical pulse.
する光サンプリング装置であって、 前記信号光の繰り返し周期と僅かに異なる周期で、光パ
ルス幅が信号光の周波数変動の逆数よりも短い光パルス
を発生する光パルス発生手段と、 前記光パルスと信号光との干渉信号を前記パルス発生周
期で検出する干渉信号検出手段とを有し、 前記光パルス発生手段の出力光との前記信号光の中心光
周波数の差が前記光パルス発生手段の出力の繰り返し周
期の逆数より小さいことを特徴とする光サンプリング装
置。5. An optical sampling apparatus for observing repetitively input high-speed signal light, wherein the optical pulse width is shorter than the reciprocal of the frequency fluctuation of the signal light at a cycle slightly different from the repetition cycle of the signal light. An optical pulse generating means for generating an optical pulse, and an interference signal detecting means for detecting an interference signal between the optical pulse and the signal light in the pulse generation cycle, the signal with the output light of the optical pulse generating means An optical sampling device characterized in that the difference between the center optical frequencies of light is smaller than the reciprocal of the repetition period of the output of the optical pulse generating means.
光パルスを光ハイブリッドに入力し、該光ハイブリッド
からの複数の出力光を２乗検波したのち互いに加えあわ
せる手段を有することを特徴とする請求項５記載の光サ
ンプリング装置。6. The interference signal detecting means has means for inputting the signal light and the optical pulse to an optical hybrid, square-detecting a plurality of output lights from the optical hybrid, and then adding them together. The optical sampling device according to claim 5.
に抜き出す手段を有することを特徴とする請求項５また
は６記載の光サンプリング装置。7. The optical sampling apparatus according to claim 5, further comprising means for temporally extracting a part of the signal light on the path of the signal light.
時間的に抜き出す手段を有することを特徴とする請求項
５または６記載の光サンプリング装置。8. The optical sampling apparatus according to claim 5, further comprising means for temporally extracting a part of the electric signal after conversion into the electric signal.
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1995
- 1995-12-01 JP JP31443895A patent/JP3252946B2/en not_active Expired - Lifetime
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