JPH10274504A - 干渉計装置、クロック復元デバイスおよびデータ推移検出方法 - Google Patents

干渉計装置、クロック復元デバイスおよびデータ推移検出方法

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JPH10274504A
JPH10274504A JP9364996A JP36499697A JPH10274504A JP H10274504 A JPH10274504 A JP H10274504A JP 9364996 A JP9364996 A JP 9364996A JP 36499697 A JP36499697 A JP 36499697A JP H10274504 A JPH10274504 A JP H10274504A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 改善された干渉計装置、クロック復元デバイ
スおよびデータ推移検出方法を提供する。 【解決手段】 光信号の位相比較に用いられる光タイミ
ング検出、すなわち、クロック復元を、データ推移に応
じて行うよう干渉計を構成する。この干渉計の両アーム
にはパルス列が入力される。データが片方のアームにの
み供給されたとき、光増幅器（２０）による干渉状態の
変更が可能となる。パルス列に対してデータ推移の同期
がはずれたとき、出力が変化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、干渉計装
置、クロック復元装置、位相検出器、データ推移検出方
法、クロック復元方法、位相比較方法等、干渉計装置、
クロック復元デバイスおよびデータ推移検出方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】どのようなディジタル伝送システムにお
いても、送信する情報のタイミングを復元する必要があ
る。個別にクロック信号を送信するのが非効率とされる
場合も多々あるため、データ信号そのものよりタイミン
グを復元する必要がある。光伝送システムでは、通常、
電気的な形式に変換してから、以下の２つの方法の１つ
を用いてタイミングの復元を行う。
【０００３】第１に、位相同期ループを用いて、データ
信号の推移に、個別に生成されたクロックをロックする
方法がある。入力データ信号中に推移がないような短い
期間は、クロック生成器によって埋め合わされるが、こ
のクロック生成器は十分に安定している必要がある。
【０００４】第２は、入力信号にフィルタをかけてクロ
ック信号を抽出する方法である。この場合、推移のない
期間を埋めるために共振フィルタが必要となる。さら
に、例えば、データが非ゼロ復帰（ＮＲＺ）符号で符号
化されているような場合、そのクロック周波数では、エ
ネルギーがほぼゼロである。このような場合、そのクロ
ック周波数で応答を生成する、好ましくはピークを生じ
させるために、２乗関数のような非線形動作が必要とな
る。そこで、狭帯域共振フィルタを用いて、クロック周
波数を抽出する。
【０００５】高性能、低コストの光形式の再生器や受信
回路を実現するため、様々な試みがなされてきた。光電
変換デバイスを用いて非線形機能を実行し、フィルタに
よってクロック周波数を抽出することは知られている。
【０００６】初期の全光再生器については、米国特許第
５，４４６，５７３号より知ることができ、それは、半
導体レーザおよび位相変調器からなる非線形リング共振
器を用いている。部分的に光学的な再生器も知られてお
り、それは、従来の電気クロック復元法に従って、光デ
ータ入力のラッチを光学的に行っている。光クロック復
元回路は、米国特許第５，５４８，４３３号に開示され
ているように、モードロック・レーザ装置に使用するこ
とに限定された。図１に示すように、カプラ１を用い
て、入力光データ信号をレーザ２に結合している。出力
パルス・ストリームの位相と周波数が入力にロックされ
るのは、このレーザが、共振狭帯域幅フィルタとして動
作するためである。
【０００７】しかしながら、このような方法は、ゼロ復
帰（ＲＺ）符号化された信号のような光データ信号への
使用に限定される。このＲＺ符号化された信号は、ＮＲ
Ｚ符号化信号とは異なり、クロック周波数でも十分なエ
ネルギーを有している。ほとんどの大容量光伝送システ
ムが、ＮＲＺ符号化を用いている。
【０００８】ＲＺ符号化信号の使用に限定された装置の
もう１つの例は、米国特許第５，５７４，５８８号より
知ることができる。入力信号と新たなクロック信号との
相関を検出し、それらを結合して、光増幅器を通すこと
によって、光位相同期ループが生成される。米国特許第
５，５０４，６１０号は、光混合器を用いて２つの入力
を乗算する光ロック・ループを示している。この相関処
理を行うには、クロック周波数で、データ中にかなりの
エネルギーが存在しなければならない。
【０００９】ＲＺ符号化信号に制限しようとしている論
文に米国特許第５，４３４，６９２号があり、これは、
ＮＲＺ，ＣＭＩ（符号化マーク反転）、およびバイフェ
ース符号化データに用いるデバイスを開示している。図
２に示すように、まず、受動フィルタ遅延干渉計１０を
用いて、それ自身に線形に入力データを印加する。高ビ
ット速度のシステムでは、ビートノイズを避けるため
に、ファイバ１０ａは、何キロにも及ぶほど長くなけれ
ばならない。そして、３レベルの信号が生成され、それ
がＡＭ／ＰＭ変換用の光増幅器１１を駆動する。
【００１０】光増幅器１１は、狭帯域フィルタ１２とと
もに非線形機能を実行し、それによって、クロック周波
数での応答が生成される。そして、共振フィルタ１３が
クロックを抽出する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光伝送
システムでは、上記のようなクロック復元装置を再生器
や受信機に用いてきたが、データ速度が速いと電子デバ
イスが高価になり、特に光電気変換が不要のときにそう
なる、という問題がある。また、初期の全光再生器に
は、実用的なデバイスを作成したり、装置を集積化する
のが困難であるという問題がある。
【００１２】図２に示すような装置は、ビット速度が決
められており、集積化が不可能な上、同調が困難である
ため、商用のデータ伝送システムとしては実用的でな
い。特に、狭帯域フィルタ素子は、同調を行うのにピエ
ゾ電気デバイスを必要とし、これは、フィールドで用い
るには信頼性が不十分である。さらに、個々の異なる符
号化形式に対して、ＸＯＲ論理動作を変更する必要があ
る、という問題がある。
【００１３】本発明は、上述の課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、改善された干渉計装
置、クロック復元デバイスおよびデータ推移検出方法を
提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、第１の発明は、データによって変調された光信号を
受信し、そのデータに従って干渉計の干渉状態を変更す
ることで、この干渉状態に基づく上記干渉計の出力が、
上記データの推移に応答する上記干渉計を備える干渉計
装置を提供する。
【００１５】好ましくは、上記干渉計装置は、２アーム
構成を有し、上記データ変調された光信号が、少なくと
もこれら２アームの１つに入力されて上記干渉状態が変
更される。また、好ましくは、上記データが、高レベル
状態と低レベル状態の中間の状態にあるとき、上記干渉
計がピークを出力するようバイアスされている。
【００１６】第２の発明は、光データ信号よりクロック
を復元するクロック復元装置において、第１の発明に係
る干渉計装置と、上記干渉計装置の出力よりクロック信
号を取り出す手段とを備えるクロック復元装置を提供す
る。
【００１７】好ましくは、上記クロック信号を取り出す
手段は、上記干渉計装置の出力に依存する位相を有する
光クロック信号を生成する手段からなる。上記干渉計
は、上記生成された光クロック信号を受信するよう構成
され、また、上記干渉計の出力は、この生成された光ク
ロック信号の相対位相と上記光データ信号の推移に依存
する。また、好ましくは、上記クロック信号を取り出す
手段は、共振フィルタからなる。
【００１８】さらに好ましくは、第１の発明に係るクロ
ック復元装置と、上記クロック復元装置によって復元さ
れたクロックに基づいて光データ信号をサンプリングす
る光サンプラとを備える。
【００１９】第３の発明は、光データ信号よりクロック
を復元するクロック復元デバイスにおいて、位相同期ル
ープを備え、上記位相同期ループは干渉計装置からな
り、当該クロック復元デバイスは、上記光データ信号よ
り光学的にクロックを復元するよう構成されているクロ
ック復元デバイスを提供する。好ましくは、上記干渉計
装置は、上記光データ信号のトランザクションに応答す
る。
【００２０】第４の発明は、２つの入力信号の変調位相
を比較する位相検出器において、上記２つの入力信号を
光形式で受信し、これらの入力信号に非線形動作を実行
して、これら２つの入力信号の相対的な変調位相に依存
する信号を出力する光比較器を備える位相検出器を提供
する。好ましくは、さらに、上記光比較器の出力の差分
周波数を、上記変調の他のビート積より区別する手段を
備える。また、上記区別する手段は、低域通過フィルタ
からなる。
【００２１】第５の発明は、光データ信号を処理する光
学的な前処理段と、上記前処理段の出力に応じてクロッ
クを出力する共振段とを備え、上記２つの段が集積化さ
れたクロック復元デバイスを提供する。
【００２２】第６の発明は、干渉計装置を用いて光デー
タ信号のデータ推移を検出するデータ推移検出方法にお
いて、上記光データ信号を前記干渉計装置に入力して、
この干渉計装置の干渉状態を変更するステップと、上記
光データ信号の推移に応じて信号を出力するよう上記干
渉計装置をバイアスするステップとを備えるデータ推移
検出方法を提供する。
【００２３】第７の発明は、符号化されたデータに非線
形の光動作を実行することで、このデータの符号化形式
とは無関係にクロックが復元されるようにして、上記デ
ータで変調された光信号よりクロックを復元するクロッ
ク復元方法を提供する。
【００２４】第８の発明は、変調された光信号よりクロ
ックを復元するクロック復元方法において、干渉計を用
いて上記光信号の変調に非線形動作を行うステップと、
上記非線形動作の出力にフィルタをかけて上記クロック
を復元するステップとを備えるクロック復元方法を提供
する。
【００２５】第９の発明は、光データ信号よりクロック
を復元するクロック復元方法において、光学的活性素子
からなる干渉計に光データ信号を入力するステップと、
上記光データ信号に同期したクロックを取り出すステッ
プとを備えるクロック復元方法を提供する。好ましく
は、上記干渉計は、２アーム干渉計からなる。
【００２６】第１０の発明は、２つの入力信号の変調位
相を比較する位相比較方法において、上記２つの信号を
光形式で光比較器に入力するステップと、上記２つの信
号に非線形動作を実行するステップと、上記変調につい
ての相対位相に基づいて信号を出力するステップを含む
位相比較方法を提供する。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る実施の形態を説明する。図３は本発明の特徴を
示しており、同図には、移相器２０を含む干渉計の構成
が示されている。この干渉計の一方に光パルス列が入力
される。光データは、干渉計のいずれかの側に入力され
るが、それを干渉計の１つのアームにしか入力しないこ
とで、干渉計の干渉条件を変化させる。従って、各アー
ム内の光信号の結合からなる干渉計の出力は、その２つ
のアームからの光信号が、強め合い干渉と結合するか、
あるいは弱め合い干渉と結合するかに依存する。この移
相器２０は、データが高レベルのときに強め合い干渉が
起こるように構成できる。また、逆に、反転する構成に
して、データが低レベルのときに強め合い干渉が起こる
ようにもできる。あるいはまた、高レベルと低レベルの
間のどこかの点で、強め合い干渉が起こるピーク出力と
データビームとが一致するようにも構成できる。
【００２８】図４は、サンプラとして動作する、図３の
干渉計の入出力波形を示す。この場合、パルス列Ａは、
この干渉計の両方のアームに入力される。光の形式をと
るデータは、アームのどちらか一方に入力される。移相
器２０は、通常、半導体光増幅器を用いて構成され、ア
ームの１つにおいて移相を引き起こし、結果として、図
４の波形Ｃが出力される。
【００２９】すなわち、データ入力信号が高レベルのと
きには、強め合い干渉により、入力されたパルス列に類
似した形のパルス列が出力される。データレベルが低い
ときには、弱め合い干渉が起こるため、出力はほとんど
ないか、あるいは全く出力がない。従って、実際上はこ
の出力を、パルス列入力がデータによって変調されたも
のと見ることができる。すなわち、入力パルスによって
サンプリングされた、そのデータのサンプルと見ること
ができる。
【００３０】原理的には、様々な形式の非ループ干渉計
を用いることができる。マッハ・ツェンダー型のもの
は、一体化するのが容易であり、また、安定性と同調の
容易さに関しては、最良の結果を得ることができる。原
理的には、マイケルソン型の干渉計もまた使用できる。
【００３１】図３には、パルス列と逆方向に干渉計へ入
力されるデータが示されている。これは、出力にフィル
タをかけてデータを取り出す必要がないので、構成が簡
単になることを意味している。原理的には、そのデータ
をパルス列と同じ方向に干渉計へ供給できるが、その場
合、出力からデータ信号を取り出すのに、フィルタをか
ける必要がある。
【００３２】図３および図４に示された構成に対して、
３つのタイプのアプリケーションを説明する。第１およ
び第２のタイプは、光学クロック復元に関するもので、
第３のタイプは、信号を電気的な形に変換せずに、光学
的に再生する信号サンプリングに関するものである。
【００３３】<クロックの復元>図５は、位相比較器５
１、クロック生成器５２、および位相ループ・フィルタ
５３を含む光クロック復元装置５０を示す。従来、この
ような装置は、電気信号用に作られたものであるが、Ｒ
Ｚ形式でデータが符号化された光信号を用いた動作にの
み適する光位相比較器を作ることが可能となった。
【００３４】図５に示すクロック復元装置において、位
相比較器は、光データ入力信号、およびクロック生成器
５２によって生成された光クロックを受信する。このよ
うな生成器はもともと安定性があるため、ループ・フィ
ルタ５３は、光データ信号の帯域幅よりもかなり低い帯
域幅で効率的に動作できる。従って、クロック位相制御
やクロック生成器を電気的な形で実現したり、電気的な
クロックを、位相比較器に入力する前に光形式に変換す
ることが可能であり、またコストも安い。
【００３５】図６は、光位相比較器５１を概略的に示す
図である。干渉計６１は、光データによってクロックを
変調するのに用いられる。この干渉計は、データが高レ
ベル状態と低レベル状態の間のどこかにあるときに、ピ
ーク出力を発するようにバイアスがかけられており、高
レベル状態と低レベル状態にあるときには、出力が小さ
くなるようになっている。これによって、干渉計はデー
タ推移を感知することができ、パルスのタイミングを光
学的に決定することが可能となる。なお、この干渉計
は、図３に示すように構成してもよい。
【００３６】図７Ａは、データが高レベル状態と低レベ
ル状態の中間にあるときにピークを出力するよう構成さ
れた干渉計が、位相比較器として用いられたときの代表
的な波形を示している。結果として、クロックパルスが
データと同期はずれを起こすような、クロック位相の移
動があれば、図７Ａの波形Ｃに示される出力ピークは、
その振幅が変化する。図６に戻ると、出力パルス列は、
集積および低域通過フィルタ機能部６２を通過する。平
均化効果があるため、この機能部によって、位相比較器
５１の出力はデータパターンに影響されなくなる。
【００３７】実際にこれは、通常、数１００キロヘル
ツ、または数メガヘルツの帯域幅の低速な電気信号を出
力するＰＩＮダイオードを用いて実現でき、その信号
は、図５に示すように、アナログの低域通過フィルタで
あるループ・フィルタへ戻される。このフィルタの出力
は、発振器（クロック生成器）の周波数制御に接続され
る。従って、この干渉計からのパルスの振幅が変化する
と、それは、ＰＩＮダイオードの積分したフィルタ出力
のレベル変化として検出され、それによって、発振器の
周波数は、補償するよう調節がなされる。このような、
位相同期ループ法は公知であり、ここでは詳細に説明し
ない。
【００３８】低周波数の光／電気変換器の出力は、これ
らのパルス電力をそのインパルス応答を用いてたたみ込
んだものである。これは、概念的に単純化すると、何千
ものパルスの応答時間に渡って、パルス中の電力をおお
よそ積分したものと考えることができる。従って、この
変換器の閾値以下の周波数では、１と０の割合いの変動
にかなりの部分が含まれなければ、１と０の数が等しく
ないデータも処理できる。
【００３９】この干渉計から出力されるパルスは、クロ
ック入力パルスが、５０％クロス・オーバ点にあるデー
タと一致するときに最大となり、そのデータが１または
０シンボルに近づくにつれて、コサイン関数的に減少す
る。
【００４０】実際には、入力データは方形波ではなく、
二乗余弦の波形に近い。このような場合、低域通過フィ
ルタによる積分の後、位相検出器の全体的な応答は、図
７Ｂに示すようになる。
【００４１】位相同期ループは、都合よく位相検出器の
出力の０．５レベルにロックされており、所望のクロッ
クを得るのに用いる光遅延は、データの位相にロックさ
れている。検出器出力の０．５レベルにロックすると、
最大の制御範囲が得られ（相対位相の０〜０．５単位イ
ンターバル間において）、位相誤差を強力にフィードバ
ックするために、応答曲線上の最も急峻な傾斜部分を用
いる。
【００４２】クロックパルスは、フル・ビット速度で生
成されるのが好ましいが、副高調波（サブハーモニッ
ク）を使用してもよい。
【００４３】データ信号が論理状態の間で推移するとき
には、干渉計を慎重に設計し、調整することによって、
反転したあるいは反転しない最大出力が得られる。原理
的には、このような推移は、マルチレベルの論理状態の
間にあってもよい。この干渉計は、２レベルの論理に対
して、データ信号がアイの５０％の電力振幅を有してい
るときに、その出力が最大になる。これを実現するに
は、アーム間の相対的な位相推移と、光データ入力に応
じて発生する位相推移量とを調整する。実際には、振幅
飽和の影響も考慮に入れる必要がある。
【００４４】データ入力中の光電力が、光移相器の利得
を変化させたり、あるいは減少させる場合もある。これ
もまた、干渉状態を左右し、干渉計を設計するときに考
慮に入れる必要がある。理想的な応答は、利得の影響を
無視した場合、ビット期間よりもかなり狭い狭クロック
パルスに対して、以下の式に比例する。
【００４５】｛cos(π signal(ｎＴ＋φ))＋１｝/２ ここで、φはクロックパルスの位相、Ｔはビット期間、
ｎは整数、signalは、そのときに集中化して、クロック
パルスについて測定した、データの平均電力を示してい
る。
【００４６】このようにして、データの符号化に用いる
符号化形式の影響を受けずにクロックを復元できる位相
比較器を実現できる。特にこの位相比較器は、高ビット
速度の光伝送システムの多くが用いているように、ＮＲ
Ｚデータ上で動作できる。
【００４７】図８は、第２の光クロック復元装置７０を
示しており、光データに基づいて動作する非線形機能部
７１と、それに続く、クロック周波数を抽出するための
光狭帯域フィルタ７２とにより構成される。非線形機能
を用いることによって、クロック周波数ではほとんどエ
ネルギーのない、ＮＲＺデータのようなデータより、ク
ロックを復元することができる。
【００４８】図９は、図３に示す構成を有する干渉計８
０が、どのように非線形機能部７１を実現するのかを示
している。個別に生成されたクロックがないため、入力
光パルス列の代わりに、連続波光が入力される。入力さ
れた連続波光は、光データによって変調され、図７Ａに
関連させて説明したように、この干渉計は、データが推
移するときにピーク出力を発するようバイアスされてい
る。データの推移毎に非線形機能部７１が光パルスを出
力する場合、図８の光狭帯域フィルタ７２を、クロック
周波数以外のもの全てを取り除くのに用いることができ
る。光狭帯域フィルタは、モード・ロックレーザによっ
て実現するのが好ましいが、他の実現方法も考えられ
る。
【００４９】過度のジッタを引き起こすレベル変動、ま
たはデータ・パタニング（ｄａｔａｐａｔｔｅｒｎｉｎ
ｇ）といった問題があるシステムに対しては、図１０に
示す構成を用いることができる。位相比較器として動作
する２つのサンプラ９１，９２の出力間の差分は、同相
分の影響をなくすために差し引かれる。遅延素子９３
は、位相比較器の１つへ入力されるクロックを遅延させ
るために設けられている。この遅延は、一方の比較器が
ピーク出力を出しているときに、他方からは最小の応答
があるように決定できる。従って、サンプラ９１，９２
の出力は、光電変換器９４，９５によって積分され、フ
ィルタがかけられる。同相分の影響が除去された発振器
同調信号を取り出すのに、減算器９６および低域通過フ
ィルタ９７を用いることができる。
【００５０】＜光再生および光サンプリングの他のアプ
リケーション＞上述した光クロック復元回路は、受信機
や再生器に用いることができる。この回路は、電気信号
の波形整形およびリタイミングとともに用いたり、ある
いは光リタイミングおよび波形整形機能とともに用いる
ことができ、それによって、図１１に示すような全光再
生器を作り出すことができる。光サンプラ１００へは、
光クロック復元機能部１０１からの出力が供給される。
受信器においても同様な構成がとられ、そこでは、電気
的な形式に変換する前に、光サンプラ１００を光データ
のリタイミングや波形整形に用いたり、またそれに続
く、分離化のような処理を用いている。
【００５１】図１２は、図１１の光再生器をさらに詳細
に示すものである。光サンプラ１００は、データ入力が
所定の論理状態にあるときに最大出力を出すようにバイ
アスされた干渉計によって構成される。光復元回路１０
１もまた干渉計により構成されるが、これは、データが
推移するときにピーク出力を発するようバイアスされて
おり、位相比較器として機能できるようになっている。
半導体光増幅器（ＳＯＡ）１０２は光学的活性素子とし
て動作し、この干渉計の同じアームに供給されるデータ
信号に従って、干渉計の干渉状態を変化させる。移相器
１０３は、干渉計にバイアスをかけて、所望の機能を実
現するためのものである。低域通過フィルタ１０４およ
び光クロック１０５が、位相同期ループを完結してお
り、光クロックをデータの推移にロックさせる。
【００５２】サンプラ１００には、データ信号に従って
干渉状態を変化させるために、再度、半導体光増幅器
（ＳＯＡ）が設けられ、また、干渉計をバイアスしてサ
ンプリング機能を達成するために、移相器１０７が配さ
れている。
【００５３】このようにして、ＮＲＺデータを扱うこと
ができ、かつ、コスト効率のよい生成が可能な全光再生
器を実現でき、特に電気的な再生を行うのが困難で、コ
ストがかかる高ビット速度伝送システムに適した全光再
生器を実現できる。
【００５４】図１３および図１４は、図１２または図３
に記載した光サンプラのマルチプレクサ構成のアプリケ
ーションを示す。
【００５５】図１３は、光または電気多重化部（マルチ
プレクサ）１１０で多重化を行い、以降の送信をするた
めに、結合した信号のリタイミングおよび波形整形を行
う光サンプラ１１１を備えるマルチプレクサ構成を示
す。クロック１１２によって同期が取られる。マルチプ
レクサ１１０に２つのクロックを供給し、２つの着信デ
ータ・ストリームを適切に切り替えて時分割多重化を行
っている。これは、ビット・インタリーブ方式に基づい
て行えるが、他の公知の方法を用いてもよい。図では、
入力が２つしか示されていないが、それ以上になっても
よいことは明らかである。
【００５６】図１４には、上述の光サンプラを用いた他
のマルチプレクサ構成が示されている。ここでは、多重
化される光データ入力各々に光サンプラ１１１が配され
ている。各光サンプラには個別のクロックが供給され、
異なった時間間隔で各光データ入力をサンプリングして
いる。こうすることで、相互に位相が逆の出力サンプル
が光学的に結合され、１つの多重化された光データ出力
ストリームが生成される。
【００５７】図１５および図１６は、対応する分離化構
成を示しており、上述した光サンプラを用いている。図
１５において、光サンプラ１１１は、入力される光デー
タ・ストリームをリタイミングし、波形整形する。こう
することで、光または電気分離化部（デマルチプレク
サ）１２０には、ほとんどジッタのない、きれいな光信
号が供給されるため、デマルチプレクサ１２０は、性能
の低い仕様のものでもよい。
【００５８】図１６は他の構成を示しており、ここで
は、マルチ構成の光サンプラ１１１に、同じ入力データ
・ストリームが入力される。各光サンプラには個別のク
ロックが供給されているので、光サンプラ毎に異なった
時間でサンプリングが行われる。こうすることで、時分
割多重化データを分離することができる。
【００５９】原理的には、図１５および図１６のデマル
チプレクサ構成は、マルチレベルの論理信号の復号に用
いることができる。各サンプラを別々にバイアスして、
振幅レベルが異なる最大出力を出すことができる。
【００６０】＜干渉計の動作および構成＞図３に示す干
渉計の構成に代えて、図１７には、光学的活性素子、つ
まり光増幅器を干渉計の両方のアームに備えた干渉計の
構成が示されている。こうすると、干渉計のバランスを
取るのが容易になる。原理的には、干渉計の干渉状態、
そして、出力における応答は、偏光の影響を無視した場
合、光波形の変調振幅、および、各アームにおける光波
形の位相に依存する。図１７の光増幅器（ＳＯＡ）１３
０，１３１は、干渉計の干渉状態を変更することができ
る。
【００６１】光増幅器１３１を有するアームにデータが
入力されると、干渉状態が変化する。これは、その光増
幅器が、振幅／光位相変換効果を有しているからであ
る。両方のアームに入力されるパルスは、ＳＯＡがその
パルスにそれほど反応しないよう、十分に短く、また、
エネルギーが十分低いのが理想である。しかしながら、
このＳＯＡは、データの波形に応答するよう十分に速い
応答時間を有していなければならない。従って、ＳＯＡ
の応答速度による制限がないため、干渉計の両アームに
入力されるパルスは非常に狭くてよい。さらに、数ピコ
秒あるいはそれ以下のオーダーの非常に狭い光パルスを
生成するのは、比較的簡単である。
【００６２】高ビット速度、高性能特性で使用する集積
マッハ・ツェンダー干渉計の構成は、アイドラ（Ｉｄｌ
ｅｒ）らによって、１９９６年９月付けのＩＥＥＥフォ
トニクス技術、第８巻に「集積化されたマルチ量子井戸
に基づく３ポート・マッハ・ツェンダー干渉計を用いた
１０Ｇｂｉｔ／ｓ波長変換」として記載されている。そ
の構成は、低圧の金属有機気相成長法によって成長され
る。上述の装置は、信号入力データに対して反転したデ
ータ、あるいは非反転のデータのいずれかを出力でき
る。ここでは、干渉計の両方のアームに連続波を入力し
て波長変換を行うことを目的とした記載がなされている
が、上述のアプリケーションでは、このような装置を用
いることができる。
【００６３】図１８は、他の構成を示しており、ここで
は、入力パルスに加えて連続波バイアスが供給される。
この構成によって増幅器の動作点が設定される。また、
出力から連続波を取り除くためにフィルタ１４０が必要
となる。図１８および図１７には、その右上に、未使用
の出力経路が示されているが、これは、構成上のバラン
スを取るために配されたものである。
【００６４】図１９は、光増幅器の１つを、電気的に制
御された移相器で置き換えた他の干渉計の構成を示す。
このような移相器の例は、ローランド（Ｒｏｌｌａｎ
ｄ）らによる、フォトニクス技術レター、１９９０年６
月、第４０４頁〜第４０６頁、およびフォトニクス技術
レター、１９９６年８月、第１０１８頁〜第１０２０頁
に記載されている。この移相器を有するアームの利得／
損失は、ＳＯＡを有するアームの利得／損失と一致する
よう調整できる。この移相器を使用して、所望の干渉状
態を設定し、データ入力の論理状態に対するピーク出力
を任意に、高レベル、低レベル、あるいはこれらの間の
レベルとすることができる。
【００６５】このような、光学的に受動的な装置を用い
る利点の１つに、生成されるＡＳＥ（増幅自然放出）ノ
イズがほとんどなくなることが挙げられる。さらに、利
得変動がほとんどないか、全くない移相器を用いること
によって、より容易に干渉状態の制御ができる。これ
は、２つのアーム間で利得と位相差とが独立して制御さ
れているためである。
【００６６】電気的に制御された移相器は、同調にのみ
使用する場合には、例えば、１メガヘルツ以下の低周波
数で動作すればよい。高周波数の移相器を用いた場合、
光データ入力と電気データ入力とを組み合わせたデータ
を扱うことができる。
【００６７】図２０は、他の干渉計の構成を示す。ＳＯ
Ａ１６１と同じアームに移相器１６０が設置された場
合、他のアームは、単なる送信ラインとなる。これによ
り、２つのアーム間の損失を相殺できるという利点があ
る。位相の推移が、信号を減衰させる方向に働く。ＳＯ
Ａは、信号を増幅することによって、この減衰を補償す
る。電気的に同調した減衰器をいずれかのアームに付加
して、電力レベルのバランスをとるようにもできる。こ
のＳＯＡに代えて、光出力レベルに応じて光学的に位相
推移を起こす他の要素を用いることができる。マイケル
ソン干渉計のような他の干渉計の構成を用いても良い。
ローランドらによって議論された方法を用いることによ
って、装置全体の低コスト、大量生産が可能となる。
【００６８】以上述べた構成は全て、サンプラや位相検
出器に用いたり、あるいは干渉計の非線形応答アプリケ
ーションに用いることができる。そこで、特にサンプラ
に適した２段式干渉計の構成について、図２１を参照し
て説明する。
【００６９】＜２段式干渉計の構成＞図２１は、図１２
中のサンプラの１つの干渉計と置き換えることができる
構成を示す。第１段は、ＳＯＡ１７０，１７１を有する
干渉計によって構成される。両方のアームに連続波光
（ＣＷ）が入力され、データは、アームの１つに入力さ
れる。第１段の利得は、入力データのあるレベル（その
段が反転されているかどうかによって、高レベルであっ
たり、低レベルであったりする）に対して、第１段の出
力をその限界まで十分駆動するように構成できる。これ
によって効果的に、緩やかなデータ推移を急峻にでき、
また、論理状態の１つを平坦にすることができる。
【００７０】第２段は、他の論理レベルに対して、その
限界まで出力を駆動するよう構成することができる。従
って、データを光学的に波形整形できる。リタイミング
が不要で、波形整形のみが必要な場合、この第２段に連
続波光を入力できる。その代わり、第１段にパルス列を
入力して、リタイミングを行うことができる。
【００７１】図２２は、第１段が反転段の場合におけ
る、第１段の出力電力対入力電力の関係を示す。論理的
に０のデータ入力があると、その出力を限界まで駆動し
て、電力出力を高レベルにし、結果として、出力の論理
レベル１を平坦にする。第１段の出力は、入力電力が低
いときは、１／ｘ曲線よりも緩やかな応答曲線に追随
し、入力電力が高いときには、１／ｘ曲線よりも平坦な
曲線に追随するが、これらの中間の入力電力では、より
急峻な曲線に追随する。このような形状は、２つの段階
を用いた場合、その全体の応答が図２３に示すようにな
る。データを良好にサンプリングし、急峻な推移を得る
には、推移範囲ができるだけ短い方がよい。さらに、こ
の推移範囲は、入力信号に対して論理的に高レベルの状
態と低レベルの状態の間の閾値に集中するような位置に
くるようにする。反転装置を用いた場合、この推移範囲
をもっと簡単に集中できる。これは、反転によって、第
２段の応答が、第１段の応答の最も急峻な部分を、強調
するというよりも、相殺するように働くためである。
【００７２】原理的には、２段以上の段階を有する装置
を構成することが可能である。さらに、これらの段階
を、直列にする代わりに並列にしてもよい。並列に接続
する場合、２つの論理状態に対して、ある種の時分割多
重化が必要となる。また、少なくとも干渉計には反転応
答が好ましいが、これらの段階を非反転にしてもよい。
図２２に示す応答に似た非線形応答を有していれば、干
渉計以外の光装置を用いてもよい。
【００７３】データを光学的に良好に再生するため、第
２段の干渉計について干渉状態の変化の推移をどのくら
い急峻にするかは、短い推移範囲によって決定される。
そして、このことは、第２段で行われるサンプリング処
理に影響を与える。第２段に連続波光が入力されると、
干渉状態の推移の急峻さが出力データの推移の形状を決
定する。
【００７４】図２４において、波形Ａは入力データを示
す。波形Ｂは、第１の反転干渉計からの出力を示してお
り、波形Ａよりも推移が急峻である。波形Ｃのパルス列
は、第２の干渉計に入力される他の入力である。波形Ｄ
は、第２の干渉計の干渉状態が、どれくらい第１の干渉
計の出力に依存するかを示している。
【００７５】第１の干渉計が制限的に動作することで、
入力データが高レベル状態にある期間、信号からノイズ
が除去される。しかし、入力データが低レベル状態にあ
るときのノイズは、第１の反転干渉計の出力に残留す
る。しかしながら、波形Ｄで示される第２の干渉計の干
渉状態は、高レベル状態であれ、低レベル状態であれ、
ほとんどノイズを示していない。さらに、図２２に示す
形状の応答によって、波形Ｄの推移は、波形Ｂの推移よ
りも急峻である。これによって、波形Ｃのパルス列のサ
ンプリングパルスに対して、比較的大きな「アイ」が残
る。従って、図２４に示す第２の干渉計の出力波形Ｅ
は、相対的にノイズがなく、また、入力データ中のジッ
タの影響を比較的受けない。
【００７６】利得が制限されて、適度な制限しか働かな
い装置あるいは構成では、その再生性能は、ジッタの影
響を受けないこととノイズの軽減とに関して、電気的に
行われる再生に比べるといくらか劣る。例えば、利得が
係数３に制限される場合、高レベルと低レベル間の閾値
より１０％高い信号は、その閾値より３０％高い信号に
増大される。閾値が最大信号の５０％に設定された場
合、出力は、その最大信号の８０％までにもなり、この
制限が単に部分的に動作することになる。しかしなが
ら、信号範囲の１００％まで完全に制限されなくても、
有益であることは明らかである。
【００７７】２つの個別の段階に対する応答曲線が同一
でない場合、これら２つの段階の相対利得を変更するこ
とによって、全体的な応答の形状を変えることができ
る。こうすることで、さらに自由度が増す。装置設計の
際には、干渉計中の光増幅器の増幅特性を変えることが
できる。また、３つの入力の相対的な電力、入力デー
タ、連続波入力、そして、パルス列入力を変えることが
できる。さらに、２つ段階の結合も変えることができ
る。このように、２段階を有する装置は、特定のアプリ
ケーションが必要であるという応答に合わせるべく、よ
り柔軟性を有している。
【００７８】このような部分的な光再生が有用なアプリ
ケーションは数多くある。第１に、例えば、多数段を有
する双方向光増幅器のような光増幅器内では、フィルタ
を通過して、増幅の第２段に入る前に、増幅の第１段の
出力に対して、このような部分的な光再生が施される
と、その性能が改善される。そして、ノイズとジッタを
減少できる。
【００７９】第２に、光スイッチ内で部分的な光再生を
行って、劣化の蓄積を防ぐことは有用である。そして、
最後に、少なくとも部分的に隔絶するために、ＷＤＭサ
ブネットワーク間において部分的な光再生を適用するこ
とが有用であり、各サブネットワークを、隣接するネッ
トワークで発生する劣化に影響されずに動作させ、指定
することができる。なお、他の変形例については、請求
項に記載の範囲において、当業者に自明である。また、
請求項に記載の発明を適宜、組み合わせることや、以下
に述べる発明の有利な特徴を結合することは、当業者に
は明らかである。
【００８０】
【発明の効果】以上説明したように、第１の発明に係る
干渉計装置によれば、データによって変調された光信号
を受信し、そのデータに従って干渉計の干渉状態を変更
することで、この干渉状態に基づく上記干渉計の出力
が、上記データの推移に応答する上記干渉計を備えるこ
とで、データの符号化形式とは無関係に、光データを電
気データに変更せずに、推移タイミングを光学的に決定
することができ、さらには、干渉計装置を一体化した形
で製造できる。また、上記干渉計装置が２アーム構成を
有し、上記データ変調された光信号が、少なくともこれ
ら２アームの１つに入力されて上記干渉状態が変更され
る。こうすることで、上記の型の干渉計は一体化、およ
び制御が容易になり、広範囲のビット速度を扱うことが
できる。また、上記データが、高レベル状態と低レベル
状態の中間の状態にあるとき、上記干渉計がピークを出
力するようバイアスすることによって、干渉計の応答を
意のままに調整することができる。
【００８１】第２の発明によれば、光データ信号よりク
ロックを復元するクロック復元装置において、第１の発
明に係る干渉計装置と、上記干渉計装置の出力よりクロ
ック信号を取り出す手段とを備えることで、データ符号
化の種類に関係なく、データを電気的な形式に変換しな
くてもクロックの復元を行うことができる。また、上記
クロック信号を取り出す手段は、上記干渉計装置の出力
に依存する位相を有する光クロック信号を生成する手段
からなり、上記干渉計は、上記生成された光クロック信
号を受信するよう構成され、さらに、上記干渉計の出力
は、この生成された光クロック信号の相対位相と上記光
データ信号の推移に依存するように構成することによっ
て、位相同期ループを構成でき、少なくとも高帯域幅部
分を光形式で実行できる。
【００８２】さらに、第１の発明に係るクロック復元装
置と、上記クロック復元装置によって復元されたクロッ
クに基づいて光データ信号をサンプリングする光サンプ
ラとを備えることで、異なる型のデータ符号化を処理可
能な、実用的な再生器を実現できる。また、光リタイミ
ングについても、光経路の送信端でも受信端でも使用で
きる。
【００８３】第３の発明によれば、光データ信号よりク
ロックを復元するクロック復元デバイスにおいて、位相
同期ループを備え、上記位相同期ループは干渉計装置か
らなり、当該クロック復元デバイスは、上記光データ信
号より光学的にクロックを復元するよう構成されてい
る。好ましくは、上記干渉計装置は、上記光データ信号
のトランザクションに応答する。こうすることで、位相
同期ループに基づく干渉計が、光学的なクロック復元を
可能にし、また、それを様々なデータ符号化形式に対し
て可能にする。
【００８４】第４の発明によれば、２つの入力信号の変
調位相を比較する位相検出器において、上記２つの入力
信号を光形式で受信し、これらの入力信号に非線形動作
を実行して、これら２つの入力信号の相対的な変調位相
に依存する信号を出力する光比較器を備える。好ましく
は、さらに、上記光比較器の出力の差分周波数を、上記
変調の他のビート積より区別する手段を備える。また、
上記区別する手段は、低域通過フィルタからなる。この
ようにすることで、差分周波数が、２つの入力信号に関
して有用な情報を含むようになる。
【００８５】第５の発明に係るクロック復元デバイスに
よれば、光データ信号を処理する光学的な前処理段と、
上記前処理段の出力に応じてクロックを出力する共振段
とを備え、上記２つの段が集積化される。すなわち、広
範囲の光データ信号よりクロックを回復するには、共振
段に何らかの前処理が必要となり、この共振段と光学的
な前処理段とを集積化するによって、実用的な光学的ク
ロック復元デバイスを実現することができる。
【００８６】第６の発明によれば、干渉計装置を用いて
光データ信号のデータ推移を検出するデータ推移検出方
法において、上記光データ信号を前記干渉計装置に入力
して、この干渉計装置の干渉状態を変更するステップ
と、上記光データ信号の推移に応じて信号を出力するよ
う上記干渉計装置をバイアスするステップとを備える。
【００８７】また、第７の発明によれば、符号化された
データに非線形の光動作を実行することで、このデータ
の符号化形式とは無関係にクロックが復元されるように
して、上記データで変調された光信号よりクロックを復
元する。上記のデータに非線形の光動作を実行すると、
信号を電気的な形式に変換せずにクロックを復元でき、
従って、ハードウエアを簡単にすることができる。
【００８８】第８の発明によれば、変調された光信号よ
りクロックを復元するクロック復元方法において、干渉
計を用いて上記光信号の変調に非線形動作を行うステッ
プと、上記非線形動作の出力にフィルタをかけて上記ク
ロックを復元するステップとを備える。すなわち、干渉
計を用いた非線形動作を行うことで、様々なデータ符号
化形式を処理でき、また、集積化も可能になり、コスト
低減ができる。
【００８９】第９の発明によれば、光データ信号よりク
ロックを復元するクロック復元方法において、光学的活
性素子からなる干渉計に光データ信号を入力するステッ
プと、上記光データ信号に同期したクロックを取り出す
ステップとを備える。好ましくは、上記干渉計は、２ア
ーム干渉計からなる。
【００９０】また、第１０の発明によれば、２つの入力
信号の変調位相を比較する位相比較方法において、上記
２つの信号を光形式で光比較器に入力するステップと、
上記２つの信号に非線形動作を実行するステップと、上
記変調についての相対位相に基づいて信号を出力するス
テップを含む。こうすることで、クロックの復元および
位相の比較を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の装置構成を示す図である。
【図２】 従来の装置構成を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態に係る干渉計の構成を示
す図である。
【図４】 サンプラとして動作する図３の干渉計の波形
を示す図である。
【図５】 図３および図４のサンプラと同期して用いら
れる光クロック復元装置の構成を示す図である。
【図６】 図５のクロック復元装置に用いる位相比較器
を概略的に示す図である。
【図７Ａ】 図６の位相比較器の一部として動作する際
の、図３の干渉計の波形を示す図である。
【図７Ｂ】 位相比較器の応答を示す図である。
【図８】 他の光クロック復元装置の構成を示す図であ
る。
【図９】 図８の光クロック復元装置で用いる非線形機
能を示す図である。
【図１０】 図５の光クロック復元装置で用いる、同相
分除去機能を有する位相比較器を示す図である。
【図１１】 光再生器を示す図である。
【図１２】 図１１の光再生器をさらに詳細に示す図で
ある。
【図１３】 多重化器（マルチプレクサ）を示す図であ
る。
【図１４】 多重化器（マルチプレクサ）を示す図であ
る。
【図１５】 分離化器（デマルチプレクサ）を示す図で
ある。
【図１６】 分離化器（デマルチプレクサ）を示す図で
ある。
【図１７】 サンプリングまたはクロック復元に用い
る、他の形態の干渉計の構成を示す図である。
【図１８】 サンプリングまたはクロック復元に用い
る、他の形態の干渉計の構成を示す図である。
【図１９】 サンプリングまたはクロック復元に用い
る、他の形態の干渉計の構成を示す図である。
【図２０】 サンプリングまたはクロック復元に用い
る、他の形態の干渉計の構成を示す図である。
【図２１】 ２段干渉計の構成を示す図である。
【図２２】 １つの反転段の応答を示す図である。
【図２３】 ２段の応答全体を示す図である。
【図２４】 サンプラとして動作する図２１に示す装置
の波形を示す図である。
【符号の説明】
２０，１０３，１０７…移相器、５０，７０…光クロッ
ク復元装置、５１…光位相比較器、５２…クロック生成
器、５３…位相ループ・フィルタ、６１，８０…干渉
計、６２…集積および低域通過フィルタ機能部、７１…
非線形機能部、７２…光狭帯域フィルタ、９１，９２，
１００…サンプラ、９３…遅延素子、９４，９５…光電
変換器、９６…減算器、９７，１０４…低域通過フィル
タ、１０１…光クロック復元機能部、１０２…半導体光
増幅器（ＳＯＡ）、１０５…光クロック、１１０…光ま
たは電気多重化部（マルチプレクサ）、１１１…光サン
プラ、１１２…クロック、１２０…光または電気分離化
部、１３０，１３１，１６１，１７０，１７１…光増幅
器（ＳＯＡ）、１４０…フィルタ

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 データによって変調された光信号を受信
    し、そのデータに従って干渉計の干渉状態を変更するこ
    とで、この干渉状態に基づく前記干渉計の出力が、前記
    データの推移に応答する前記干渉計を備えることを特徴
    とする干渉計装置。
  2. 【請求項２】 ２アーム構成を有し、前記データ変調さ
    れた光信号が、少なくともこれら２アームの１つに入力
    されて前記干渉状態が変更されることを特徴とする請求
    項１記載の干渉計装置。
  3. 【請求項３】 前記データが、高レベル状態と低レベル
    状態の中間の状態にあるとき、前記干渉計がピークを出
    力するようバイアスされていることを特徴とする請求項
    １または２記載の干渉計装置。
  4. 【請求項４】 光データ信号よりクロックを復元するク
    ロック復元装置において、 請求項１乃至３のいずれかに記載の干渉計装置と、 前記干渉計装置の出力よりクロック信号を取り出す手段
    とを備えることを特徴とするクロック復元装置。
  5. 【請求項５】 前記クロック信号を取り出す手段は、前
    記干渉計装置の出力に依存する位相を有する光クロック
    信号を生成する手段からなることを特徴とする請求項４
    記載のクロック復元装置。
  6. 【請求項６】 前記干渉計は、前記生成された光クロッ
    ク信号を受信するよう構成され、また、前記干渉計の出
    力は、この生成された光クロック信号の相対位相と前記
    光データ信号の推移に依存することを特徴とする請求項
    ４または５記載のクロック復元装置。
  7. 【請求項７】 前記クロック信号を取り出す手段は、共
    振フィルタからなることを特徴とする請求項４記載のク
    ロック復元装置。
  8. 【請求項８】 請求項４乃至７のいずれかに記載のクロ
    ック復元装置と、 前記クロック復元装置によって復元されたクロックに基
    づいて光データ信号をサンプリングする光サンプラとを
    備えることを特徴とする光タイミング装置。
  9. 【請求項９】 光データ信号よりクロックを復元するク
    ロック復元デバイスにおいて、 位相同期ループを備え、 前記位相同期ループは干渉計装置からなり、当該クロッ
    ク復元デバイスは、前記光データ信号より光学的にクロ
    ックを復元するよう構成されていることを特徴とするク
    ロック復元デバイス。
  10. 【請求項１０】 前記干渉計装置は、前記光データ信号
    のトランザクションに応答することを特徴とする請求項
    ９記載のクロック復元デバイス。
  11. 【請求項１１】 ２つの入力信号の変調位相を比較する
    位相検出器において、 前記２つの入力信号を光形式で受信し、これらの入力信
    号に非線形動作を実行して、これら２つの入力信号の相
    対的な変調位相に依存する信号を出力する光比較器を備
    えることを特徴とする位相検出器。
  12. 【請求項１２】 さらに、前記光比較器の出力の差分周
    波数を、前記変調の他のビート積より区別する手段を備
    えることを特徴とする請求項１１記載の位相検出器。
  13. 【請求項１３】 前記区別する手段は、低域通過フィル
    タからなることを特徴とする請求項１１または１２記載
    の位相検出器。
  14. 【請求項１４】 光データ信号を処理する光学的な前処
    理段と、 前記前処理段の出力に応じてクロックを出力する共振段
    とを備え、 前記２つの段が集積化されていることを特徴とするクロ
    ック復元デバイス。
  15. 【請求項１５】 干渉計装置を用いて光データ信号のデ
    ータ推移を検出するデータ推移検出方法において、 前記光データ信号を前記干渉計装置に入力して、この干
    渉計装置の干渉状態を変更するステップと、 前記光データ信号の推移に応じて信号を出力するよう前
    記干渉計装置をバイアスするステップとを備えることを
    特徴とするデータ推移検出方法。
  16. 【請求項１６】 符号化されたデータに非線形の光動作
    を実行することで、このデータの符号化形式とは無関係
    にクロックが復元されるようにして、前記データで変調
    された光信号よりクロックを復元することを特徴とする
    クロック復元方法。
  17. 【請求項１７】 変調された光信号よりクロックを復元
    するクロック復元方法において、 干渉計を用いて前記光信号の変調に非線形動作を行うス
    テップと、 前記非線形動作の出力にフィルタをかけて前記クロック
    を復元するステップとを備えることを特徴とするクロッ
    ク復元方法。
  18. 【請求項１８】 光データ信号よりクロックを復元する
    クロック復元方法において、 光学的活性素子からなる干渉計に光データ信号を入力す
    るステップと、 前記光データ信号に同期したクロックを取り出すステッ
    プとを備えることを特徴とするクロック復元方法。
  19. 【請求項１９】 前記干渉計は、２アーム干渉計からな
    ることを特徴とする請求項１８記載のクロック復元方
    法。
  20. 【請求項２０】 ２つの入力信号の変調位相を比較する
    位相比較方法において、 前記２つの信号を光形式で光比較器に入力するステップ
    と、 前記２つの信号に非線形動作を実行するステップと、 前記変調についての相対位相に基づいて信号を出力する
    ステップを含むことを特徴とする位相比較方法。
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