JPH09504930A - 光同期化装置、伝送システムおよび光受信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ２つの光パルス流を相互に同期させる同期化装置において、１０ＧＨｚ以上のパルス周波数に対する前記同期化装置の実現が困難になるという問題が生じる。前記問題を克服するために、光位相検出器（８）を有する位相固定ループを使用することが提案されている。先行技術による光位相検出器のすべては、極めて低い能率を有し、多少複雑なものであった。本発明によれば、光学的制御光スイッチを、位相検出器として使用する。

Description

【発明の詳細な説明】 光同期化装置、伝送システムおよび光受信機 本発明は、２つの光パルス流を相互に同期させる装置であって、前記２つの光 パルス流から位相エラー信号を得る光位相検出器と、前記位相エラー信号に依存 するパルス周波数を有する前記光パルス流の一方を発生するパルス発生器とを具 える装置に関するものである。 本発明は、このような装置を使用する受信機および伝送システムにも関するも のである。 上述した装置は、IEEE Journal of Lightwave Technology，Vol.11，No.12，D ecember 1993，pp.2123-2129におけるKawanishi およびSaruwatariによる論文″ 進行波レーザダイオード増幅器における全光学的ゲイン変調を基礎とする超高速 ＰＬＬクロック復帰回路（Ultra-High-Speed PLL Clock Recovery Circuit Base d on All-Optical Gain modulation ln Travelling-Wave Laser Diode Amplifie r）″から既知である。 将来の光通信システムにおいて、ビットレートが、１０から１００Ｇｂｉｔ／ ｓの範囲において上昇する傾向にある。このような通信システムにおいて頻繁に 必要とされる機能は、送信機または受信機において局所的に発生される光パルス 流を、基準光パルス流と同期させることである。この機能は、マルチプレクサに おいて基準クロックに対する多重化動作を同期するために、または受信光信号中 に存在するクロック信号を前記受信光信号から回復させなければならない受信機 において、必要となるかもしれない。ビットレートの上昇によって、現在１０Ｇ ｂｉｔ／ｓまでのビットレートに対して好適である電子部品を使用することによ ってこのような同期を実現することがより困難になる。 高速電子部品の使用を避けるために、入力光パルス流と、パルス発生器によっ て発生された光パルス流との間の位相差を測定する光位相検出器を使用すること が提案されている。前記論文による装置において、位相比較器は、偏光制御器と 、２×２結合素子と、レーザダイオード増幅器と、光学的フィルタとから構成さ れる。前記レーザダイオード増幅器において、２つの光パルス流の結合は、双方 の光パルス流のパルス周波数の差に等しい周波数を有する成分を有するビート信 号を発生する。このビート信号は、前記レーザダイオード増幅器の非線形的な振 る舞いによって生じる。前記光学的フィルタは、前記ビート信号を増強するため に、前記パルス発生器によって発生された光パルス流を、前記レーザダイオード 増幅器の出力信号から取り除く。前記レーザダイオード増幅器の増幅特性は、一 般に偏光に依存する。前記光位相検出器の正確な動作を確実にするために、入力 信号の偏光状態を調節し、前記パルス発生器によって発生された光パルス流の偏 光と一致させる必要がある。したがって、偏光制御器を装置内に組み込む。 必要とする光学的装置の数の点から、この先行技術の装置は、多少複雑である 。本発明の目的は、複雑性を実際的に減少した上述したシステムを提供すること である。したがって、本発明による装置は、前記光位相検出器が、一方の光パル ス流を他方の光パルス流に応じて切り換える光学的制御光スイッチを具えること を特徴とする。 入力信号を、前記パルス発生器によって発生された光パルス流に応じて、また はその逆に切り換える光学的制御光スイッチを使用することによって、前記先行 技術システムにおけるのと同様のビート信号を、前記光学的制御光スイッチの出 力端子において利用できる。結果として、２×２結合素子およびレーザダイオー ド増幅器を、光学的制御光スイッチに置き換えることができる。光スイッチは、 一般に偏光に依存しないため、偏光制御器も省略することができる。 光学的制御光スイッチの比較的簡単な実施例は、前記光学的制御光スイッチを 、パルス発生器によって発生された光パルス流によって制御することを特徴とす る。 このような光学的制御光スイッチは、例えば、１９９４年４月１４日に出願さ れた欧州特許明細書第９４２０１０１８．２号による、光多重化および多重分離 化技術によるものとして既知である。 本発明の好適実施例は、前記光学的制御光スイッチの入力端子を、２×２ポー ト結合素子の第１ポートで構成し、前記光学的制御光スイッチの出力端子を、前 記２×２ポート結合素子の第２ポートで構成し、前記２×２ポート結合素子の第 ３および第４ポートを、非線形光導波路によって相互に結合し、前記光学的制御 光スイッチが、制御信号を前記非線形光導波路に結合する他の結合素子を具え、 前記結合素子を、前記非線形光導波路中に非対称的に位置させたことを特徴とす る。 前記第３および第４ポートに接続する光導波路に非線形素子を導入することに よって、前記導波路の長さを、徹底的に減少させることができる。前記導波路中 の（小さい）非線形効果を、前記追加の非線形素子の非線形効果によって置き換 えることができるため、導波路の長さを数ｋｍから数ｃｍに減少することができ る。好適な非線形素子は、例えば、光増幅器である。デマルチプレクサのような 装置の使用は、Electronics Letters，Vol.30，No..4，February 17，1994pp.33 9-341におけるI．Glesk、J.P SokoloffおよびP.R.Prucnal による″２５０Ｇｂ ｉｔ／ｓにおけるＴＤＭデータの全光学的多重分離化の実演（Demonstration of all-optical demultiplexing of TDM data at 250 Gbit/s）″から既知である 。 本発明を、図の参照とともにさらに詳細に説明する。ここで、 図１は、本発明による装置の第１実施例を示し、 図２は、本発明による装置の第２実施例を示し、 図３は、図１および図２による装置において使用する光学的制御光スイッチの 第１実施例を示し、 図４は、図１および図２による装置において使用する光学的制御光スイッチの 第２実施例を示し、 図５は、クロックの回復のために本発明による装置を使用する伝送システムを 示す。 図１による装置において、光入力信号を、光位相検出器８の第１入力端子に印 加する。光位相検出器８において、入力信号を、光学的制御光スイッチ１の第１ 入力端子ａに結合する。光学的制御光スイッチ１の出力端子ｃを、光−電気コン バータ２に結合する。光−電気コンバータ２の出力端子を、ＡＧＣ（自動ゲイン 制御）増幅器３の入力端子に結合する。ＡＧＣ増幅器３の出力端子を、減算器４ の第１入力端子に結合する。基準信号Ｖ_Rを、減算器４の第２入力端子に印加す る。位相検出器８の出力端子も構成する、減算器４の出力端子を、ローパスフィ ルタ５を経てパルス発生器９の制御入力端子に結合する。前記パルス発生器９は 、周波数制御可能発振器６および電気−光コンバータ７のカスケード接続を具え る。光位相検出器８において、前記第２入力端子を、光学的制御光スイッチ１の 制御入力端子に結合する。 光学的制御光スイッチ１は、制御入力端子に光信号が存在する場合、その入力 端子からその出力端子に光パルス流を通過させ、光信号がその制御入力端子に印 加されない場合、前記光パルス流を通過させない。第２光パルス流を、光学的制 御光スイッチ１の制御入力端子に印加した場合、前記スイッチ１は、２つの光信 号流の混合動作を行う。スイッチ１の出力端子における光信号の強度は、２つの 光パルス流間の位相差に比例した成分を含む。スイッチ１の出力信号を、光−電 気コンバータ２によって電気信号に変換する。前記電気信号を、ＡＧＣ増幅器３ によって、２Ｖ_Rに等しい振幅を有するパルス流に増幅する。これは、ＡＧＣ増 幅器３の出力信号の平均値を、ゼロから２Ｖ_Rに変化させることができることを 意味する。ＡＧＣ増幅器３の出力信号から値Ｖ_Rを除算することによって、−Ｖ_R および＋Ｖ_Rの間の値を有する信号が得られる。ＡＧＣ増幅器は、入力信号の増 幅にもかかわらず、一定ループゲインの位相制御ループを得るために存在する。 減算器４の出力信号を、ローパスフィルタ５によって、位相誤差に比例したＤＣ 信号に変換する。このＤＣ信号は、発振器６の周波数と、パルス発生器９によっ て発生された光パルスの周波数とを、ローパスフィルタ５の出力信号がゼロに等 しくなるような値に変化させる。パルス発生器９の出力端子において、光パルス 流は、入力信号のパルス周波数と高調波関係にあるパルス周波数を有する。パル ス発生器９の出力信号のパルス周波数を、入力信号のパルス周波数の分数調波と することができることが分かる。 図２による装置において、光入力信号を、光位相検出器８の第１入力端子に印 加する。光位相検出器８において、入力信号を、光学的制御光スイッチ１の第１ 入力端子に結合する。光学的制御光スイッチ１の出力端子を、光−電気コンバー タ２に結合する。光−電気コンバータ２の出力端子を、乗算器１１の第１入力端 子に結合する。位相検出器８の出力端子も構成する、乗算器１１の出力端子を、 ローパスフィルタ５を経てパルス発生器９の制御入力端子に結合する。前記パル ス発生器９は、周波数制御可能発振器６と、混合器１２と、電気−光コンバータ ７とのカスケード接続を具える。発振器１０の出力端子を、混合器１２の入力端 子にも接続する。パルス発生器８の出力端子を、光位相検出器８の第２入力端子 に接続する。光位相検出器８において、前記第２入力端子を、光学的制御光スイ ッチの制御入力端子に結合する。 図１による装置と図２の装置との主な相違は、乗算器１１と、発振器１０と、 混合器１２との導入である。図２による装置において、乗算器１１は、共通位相 検出器の機能を行う。光−電気コンバータ２の出力信号と発振器１０の出力信号 との位相差を決定する。発振器の周波数δｆを、例えば、１００ｋＨｚとするこ とができる。乗算器の出力信号は、位相比較の結果を表す。 周波数ｆを有する制御可能発振器１２の出力信号を、混合器１２によって、周 波数ｆ＋δｆを有する信号に変換する。第２光パルス流を発生するために、混合 器１２の出力信号を、レーザダイオード７の制御に使用する。乗算器１１と、発 振器１０と、混合器１２とを本装置に導入する利点は、光−電気コンバータ２の 出力端子におけるＤＣに近い強いノイズ成分の抑制である。 図３による光学的制御光スイッチ１の入力端子ａを、２×２結合素子１６の第 １ポートに結合する。２×２結合素子１６の第２ポートを、光学的制御光スイッ チ１の出力端子ｂに結合する。２×２結合素子１６の第３および第４ポートを、 ここでは光ファイバループ１５である非線形光導波路を経て相互接続する。結合 素子１７を、光ファイバループ１５中に導入する。制御信号を、結合素子１７の 第３ポートに印加する。 入力端子ａに印加された光信号を、２×２結合素子１６によって２つの等しい 部分に分割し、２×２結合素子１６のｄおよびｅで示されるポートに印加する。 結合素子１７に光制御信号が印加されない場合、ポートｄおよびｅにおける光信 号は、前記ファイバループを反対方向に進み、２×２結合素子１６において再び 結合する。ポートｄおよびｅ中を流れる光信号を、２×２結合素子１６によって 再結合し、これらの結合したものを、光学的制御スイッチの出力端子ｂにおいて 利用することができる。ファイバループ１５の長さと２×２結合素子の特性とを 、ポートｄおよびｅに流れ込む信号が破壊的干渉によって互いに相殺し、その結 果、光学的制御スイッチ１の出力信号の値がゼロになるように選択する。 スイッチ１の制御入力端子に光制御信号を印加する場合、前記光信号を、ファ イバループ１５に一方向において導入する。前記ファイバの非線形性によって、 前記ループにおける対称性は、乱される。この結果、ファイバループ１５の双方 の半分における光信号の伝播は、前記２×２結合素子における再結合においては もはや補償されないが、結合素子１６の出力端子ｂにおいて出力信号を生じる。 このようにして、入力端子に印加された入力信号を、スイッチ１の入力端子ｃに おける光信号によって切り換えることができる。 図４による光学的制御光スイッチ１の入力端子を、２×２結合素子３２の第１ ポートに結合する。結合素子３２の第２ポートを、光学的制御光スイッチ１の出 力端子ｂに結合する。前記２×２結合素子の第３および第４ポートを、光導波路 ２２を経て相互に接続する。結合素子２０を、光導波路２２中に導入する。制御 信号を、結合素子２０の第３ポートに印加する。さらに、光増幅器３０を、光導 波路２２中に導入する。調節可能な間隔を有する２つのレンズ２６および２８の 組み合わせも、光導波路２２中に導入する。 図４による光学的制御光スイッチ１の動作は、図３によるスイッチの動作と同 様の原理に基づいている。（非線形）光増幅器３０の光導波路２２中への導入に よって、前記導波路の非線形効果は、もはや必要ない。結果として、前記導波路 の長さを、徹底的に減少することができる。前記導波路は、ここでは、相互接続 にのみ使用されるため、数ｋｍから数ｍｍに減少することができる。レンズ２６ および２８の組み合わせは、光導波路２２において全体の移相を調節できるよう にするために存在する。 図５による１００Ｇｂｉｔ／ｓ時分割多重化伝送システムにおいて、送信機４ ２を、ファイバ６０を経て受信機６１に結合する。送信機４２において、６．２ ５ＧＨｚのパルス周波数を有するパルス光信号を、光パルス発生器４０によって 発生する。光パルス発生器４０の出力端子を、パワー分割器４４の入力端子に結 合する。パワー分割器４４の第１出力端子を、光変調器４６に結合する。光変調 器４６の出力端子を、遅延Ｄ₁を有する遅延ライン５４の入力端子に結合する。 パワー分割器４４の第１６出力端子を、光変調器４８に結合する。光変調器４８ １出力端子を、遅延Ｄ₁₆を有する遅延ライン５６の入力端子に結合する。 送信機４２は、全体で１６の、変調器および遅延素子の組を具える。すべての 遅延素子の出力端子を、パワー結合器５８を使用して結合する。送信機４２の出 力端子も構成する、パワー結合器５８の出力端子を、ファイバ６０によって受信 機６１に結合する。 受信機６１の入力信号を、パワー分割器６２の入力端子に印加する。パワー分 割器６２の第１出力端子を、結合素子７１の第１ポートに結合する。結合素子７ １の第２ポートを、多重分離化装置７８の入力端子に結合する。結合素子７１の 第３ポートを、絶縁器７７を経て結合素子７３の第１ポートに結合する。このよ うにして、１６の結合素子を、相互に結合する。各々の結合装置７１．．．７５ の第２ポートを、対応する多重分離化装置の入力端子に結合する。 パワー分割器６２の第２出力端子を、図１または図２による同期化装置６４に 結合する。同期化装置６４の出力端子を、１６の出力端子を有するパワー分割器 ６１の入力端子に結合する。前記出力端子を、遅延Ｄ₁′．．．Ｄ₁₆′を有する 遅延素子７４．．．７６の対応する入力端子に結合する。前記遅延素子７４．． ．７６の各々の出力端子を、多重分離化装置７８．．．８９の１つに結合する。 多重分離化装置７８．．．８０の各々の出力端子において、対応する記号 が利用できる。 図５による伝送システムにおいて、パルス発生器４０を、６．２５ＧＨｚのパ ルス周波数を有するとともに、ピコ秒範囲の幅を有する光パルスを発生するよう に構成する。これらのパルスを、レーザによって光パルスを発生することによっ て得て、パルス圧縮装置を使用して、前記レーザによって発生されたパルスを圧 縮する。光パルス発生器４０の出力信号を、パワー分割器４４によって、１６の 光信号に分割する。前記光信号の各々を、変調器４６．．．４８において、対応 する記号 を表す対応する６．２５Ｇｂｉｔ／ｓデータ信号によって変調する。変調器４６ ．．．４８に、異なった遅延値Ｄ_i（１≦ｉ≦１６）を有する対応する遅延素子 ５４．．．５６を続ける。遅延素子５４．．．５６の出力信号を、パワー結合器 ５８によって、１００Ｇｂｉｔ／ｓのビットレートを有する時分割多重化信号中 に結合する。 送信機４２の出力信号を、光ファイバ１０を経て受信機６１に送信する。受信 機６１の入力信号を、パワー分割器６２によって、２つの部分に分割する。パワ ー分割器６２の第１出力端子において存在する出力信号を、結合素子７１を経て 多重分離化装置７８に供給する。パワー分割器６２の第１出力端子からの出力信 号を、多重分離化装置７８．．．８０によって多重分離化する。これらの多重分 離化装置７８．．．８０を、ピコ秒範囲のパルス幅と６．２５ＧＨｚの繰り返し 数とを有する対応する狭い光パルス流によって制御する。多重分離化を補償でき るようにするために、これらの光パルス流は、１０ピコ秒である１ビット周期に おいて相互変位を有する。多重分離化装置７８の制御入力端子に制御パルスが印 加される場合、前記装置の入力信号を、その出力端子に通過させる。前記制御パ ルスが存在しない場合、光信号を反射し、結合素子７１および絶縁器７７を経て 、次の多重分離化装置に通過させる。このようにして、光信号を、多重分離化装 置が同時に制御パルスを受けるようになるまで、多重分離化装置間で伝送する。 絶縁器７７．．．８３は、ある多重分離化装置から次の多重分離化装置への不都 合な反射を防止する。 同期化装置６４において、６．２５ＧＨｚの繰り返し数を有する光パルス流を 、パワー分割器６２の第２出力端子における受信された１００Ｇｂｉｔ／ｓデー タ信号から得る。この同期化装置は、図１または図２による装置からなり、これ に、１０ピコ秒の幅を有する狭いパルスを得るためのパルス圧縮装置を続ける。 同期化装置６４の出力信号を、パワー分割器６８によって１６の部分に分割する 。パワー分割器６８の出力信号の各々を、遅延素子７４．．．７６において対応 する時間Ｄ_i′遅延させる。遅延値Ｄ_i′は、正確な多重分離化を得るために、遅 延値Ｄ_i+1′から１ビット周期（１０ｐｓ）遅延する。遅延素子７４．．．７６ の出力端子において、多重分離化装置７８．．．８０用の制御信号が利用できる 。遅延値Ｄ_i′を、結合素子７１．．．７５および絶縁器７７．．．８３にお ける、多重分離化すべき信号の追加の遅延を補償するように選択することが必要 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．２つの光パルス流を相互に同期させる装置であって、前記２つの光パルス流 から位相エラー信号を得る光位相検出器（８）と、前記位相エラー信号に依存す るパルス周波数を有する前記光パルス流の一方を発生するパルス発生器（９）と を具える装置において、前記光位相検出器（８）が、一方の光パルス流を他方の 光パルス流に応じて切り換える光学的制御光スイッチ（１）を具えることを特徴 とする装置。 ２．請求の範囲１による装置において、前記光学的制御光スイッチ（１）を、パ ルス発生器（９）によって発生された光パルス流によって制御することを特徴と する装置。 ３．請求の範囲１または２による装置において、前記光学的制御光スイッチ（１ ）の入力端子を、２×２ポート結合素子（１６）の第１ポートで構成し、前記光 学的制御光スイッチの出力端子を、前記２×２ポート結合素子（１６）の第２ポ ートで構成し、前記２×２ポート結合素子（１６）の第３および第４ポートを、 非線形光導波路（１５）によって相互に結合し、前記光学的制御光スイッチ（１ ）が、制御信号を前記非線形光導波路（１５）に結合する他の結合素子（１７） を具え、前記結合素子（１７）を、前記非線形光導波路（１５）中に非対称的に 位置させたことを特徴とする装置。 ４．請求の範囲１または２による装置において、前記光学的制御光スイッチ（１ ）の入力端子を、２×２ポート結合素子（３２）の第１ポートで構成し、前記光 学的制御光スイッチの出力端子を、前記２×２ポート結合素子（３２）の第２ポ ートで構成し、前記２×２ポート結合素子（３２）の第３および第４ポートを、 光導波路（２２）によって相互に結合し、前記光学的制御光スイッチ（１）が、 制御信号を前記導波路（２２）に結合する他の結合素子（２０）を具えることを 特徴とし、前記光導波路（２２）が、非線形光素子（３０）を具え、前記結合素 子（２０）または前記非線形光素子（３０）を、前記導波路（２２）中に非対称 的に位置させたことを特徴とする装置。 ５．請求の範囲４による装置において、前記非線形素子（３０）を光増幅器とし たことを特徴とする装置。 ６．請求の範囲５による装置において、前記光増幅器（３０）を半導体レーザ増 幅器としたことを特徴とする装置。 ７．光伝送チャネル（６０）を経て光受信機（６１）に結合された光送信機（４ ２）を具え、前記光受信機（６１）が、前記光伝送チャネル（６０）から受けた 光パルス流と、局所的に発生された光パルス流とから成る２つの光パルス流を同 期させる装置（６４）を具え、前記装置が、前記２つの光パルス流から位相エラ ー信号を検出する光位相検出器（８）と、前記位相エラー信号に依存するパルス 周波数を有する前記局所的に発生された光パルス流を発生するパルス発生器（９ ）とを具える、伝送システムにおいて、前記光位相検出器（８）が、前記一方の 光パルス流を前記他方の光パルス流に応じて切り換える光学的制御光スイッチ（ １）を具えることを特徴とする伝送システム。 ８．請求の範囲７による伝送システムにおいて、前記光学的制御光スイッチ（１ ）を、前記パルス発生器（９）によって発生された光パルス流によって制御する ことを特徴とする伝送システム。 ９．請求の範囲７または８による伝送システムにおいて、前記光学的制御光スイ ッチの入力端子を、２×２ポート結合素子（１６）の第１ポートで構成し、前記 光学的制御光スイッチの出力端子を、前記２×２ポート結合素子（１６）の第２ ポートで構成し、前記２×２ポート結合素子（１６）の第３および第４ポートを 、非線形光導波路（１５）によって相互に結合し、前記光学的制御光スイッチ（ １）が、制御信号を前記非線形光導波路（１５）に結合する他の結合素子（１７ ）を具え、前記結合素子（１７）を、前記非線形光導波路（１５）中に非対称的 に位置させたことを特徴とする伝送システム。 １０．受信された光パルス流と局所的に発生された光パルス流とから成る２つの 光パルス流を同期させる装置であって、前記光パルス流から位相エラー信号を得 る光位相検出器（８）と、前記位相エラー信号に依存するパルス周波数を有する 前記局所的に発生された光パルス流を発生するパルス発生器（９）とを具える装 置において、前記光位相検出器（８）が、前記一方の光パルス流を前記他方の光 パルス流に応じて切り換える光学的制御光スイッチ（１）を具えるこ とを特徴とする装置を具える光受信機。