JPS63249827A

JPS63249827A - 光パルス多重化回路

Info

Publication number: JPS63249827A
Application number: JP62085175A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Takada; 篤高田; Masatoshi Saruwatari; 猿渡　正俊; Noriaki Kikkai; 範章吉開
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-04-06
Filing date: 1987-04-06
Publication date: 1988-10-17
Anticipated expiration: 2010-08-09
Also published as: JPH0774861B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、超高速光伝送や超高速光信号処理等において
使用される超高速光パルス列の発生に用いられる光パル
スをＮ　（Ｎは自然数）多重する光パルス多重化回路に
関する。

Ｃ従来の技術〕従来の光パルス多重化方法としては第２図に示す方法が
ある。すなわち、２台の別々に駆動される光源２０１か
らの光パルス列と遅延回路２１で遅延された光源２０□
からの光パルス列をハーフミラ−２２１を介して２多重
するものである。この場合には、出力光パルス列の繰り
返しは２倍が限度である。

Ｎ多重する場合の多重化回路の構成例を第３図および第
４図に示す。第３図は空間上で適当な反射および透過率
を有するハーフミラ−を用いた場合を示し、第４図は先
導波路を用いた場合を示す。

第３図においてＮ個の光源２０ｔ　〜２０．から発生し
た光パルス列は遅延回路２１１〜２１ｓ−７により、合
波後のパルス間隔が等しくなるように適当な遅延を受け
た後、ミラー２２１〜２２．により多重化され、出力光
パルスとして出力される。この場合、光源２０．〜２０
，４の繰り返し周波数またはビットレートをｆとすると
、出力パルスの繰り返し周波数ビットレートはｆＮとな
る。

第４図は第３図に示すミラーに代えて単一モード光導波
路２４を用いて多重化した例である。

第５図は第３図の光源をＮ個用いるものに代わってミラ
ー２３．〜２３Ｎを用い、１個の光源２０１　より出射
した光パルスをＮ系列に分離して合波するものを示す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、第３図〜第４図に示す光パルス多重化回路では
、Ｎ多重を行うためには光源がＮ個必要となり、回路規
模が大型化し、回路が複雑となる問題があり、しかもＮ
個の光源で発生された光パルスの全パワーのうち、高々
Ｎ分の１のパワーしかＮ多重された出力光パルス列に利
用できない。

また第５図に示した例は光源は１個であるため、全体の
回路は簡略化されるが、ミラーを２Ｎ個も必要とし、し
かも光パワー利用効率の点では第２図〜第３図に示す例
と同じ（全パワーのＮ分の１しか出力パワーに利用され
ない。

このパワー利用効率の点では、第４図に示す合波部分に
単一モード先導波路型合波器を用いる場合も同様である
。入力導波路Ｎ本、出力導波路１本の単一モード光導波
形合波器では、入力導波路から出力導波路への結合部分
において、その入力パワーの一部が放射モードとして散
逸するため、全体として全入力導波路にある光パワーの
高々Ｎ分の１のパワーしか出力導波路に結合されない。

この損失を避けるために、結合部分に電気光学効果等を
用いた光スィッチの機能をもたせて、出力導波路と損失
なしに結合する入力導波路を時分割的に切り換える方法
が考えられるが、現状では、１０ＧＨｚ以上の速度で動
作する光スィッチを形成するのは極めて困難である。

このため、数１０ＧＨｚ以上の繰り返し周波数を有する
出力光パルス列を出力できる低摂失な光パルス多重化回
路が求められていた。

本発明は、上述の従来技術の欠点を解決するもので、入
力光パルスを数１０ＧＨｚ以上の繰り返し周波数あるい
はビットレートで多重化でき、光パワーの利用効率が高
く低損失な光パルス多重化回路を提供することを目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

第一の発明は、入力光パルスを２系列に分離する分離手
段と、この手段により分離された一方の系の光パルスを
遅延させる遅延手段と、上記分離手段により分離された
他方の系の光パルスと上記遅延手段の出力光パルスとを
合波する多重手段とを含む光回路がＮ個（Ｎは自然数）
縦列に接続されたことを特徴とする。

第二の発明は、第一の発明に加えて、（２ｋ−１）回ご
とに同一のパターンを繰り返すクロック周波ＲｆＨｚ（
７）パルスパターン発生手段を備え、このパルスパター
ン発生手段の出力が上記Ｎ個縦列に接続された光回路の
入力に供給され、上記第ｍ番目の光回路（ｍは自然数、
１＜ｍ＜Ｎ）に含まれる遅延手段の遅延時間ｒ１がｔ−、＝（２ｋ−１）／（ｆ・２ｋ）　　　（秒〕であ
ることを特徴とする。

なお、光パルスの分離、遅延、合波を偏波保持光ファイ
バで行うことができる。

〔作用〕

第一の発明では、一つの光源から出力された光パルスは
二つの系列に分離され、その一つの系列の光パルスを遅
延させる。

この二つの系列の光パルスを合波するとともにまた二つ
の系列に分離する。

このような分離、遅延、合波を行う光回路を一つの単位
としてＮ個縦続に接続する。

これによりＮ多重された光パルスが得られる。

この出力光パルスは電気光変換によっては得られない高
速のパルスである。

また、第二の発明では、入力クロック周波数ｆＨｚの繰
り返し周波数を有し、２に一１個ごとに同一のパターン
を繰り返すパルスパターンを発生するパルスパターン発
生手段が備えられており、この光回路の遅延時間τを第
ｍ番目で τｍ−（２ｋ　＝１）／　ＣＦ・２１）　　〔秒〕とす
ることにより、同一パターンのＮ多重化された高速パル
スパターンを得ることができる。

この第二の発明は高速光パルスパターン発生装置その他
に利用できる。

光パルスの多重、分離、遅延は偏波保持光ファイバの二
つの主軸間の伝搬時間の差を利用して行うことができる
。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の基本原理を説明する図である。

すなわち、一つの光源２０から入力された光パルスは分
離部２５で二つの系列に分離され、その一方の光パルス
は遅延回路２１１により遅延される。この二基列の光パ
ルスを多重分離器２６．で合波して多重するとともに分
離する。この分離された光パルスの一方を遅延回路２１
！で遅延し、これを多重分離器２６□で合波して多重す
るとともに分離する。

この多重分離器２６をＮ個縦続することにより本発明の
光パルス多重化回路が構成され、多重分離器２６．の出
力をＮ多重された出力光パルスとして取り出す。

（実施例１）第６図は、本発明の第一実施例を示すものであり、この
実施例では、第１図に示す多重分離器の機能をハーフミ
ラ−で実現し、遅延回路の機能を光ファイバで実現する
ものである。

入力光パルス列は、ハーフミラ−５により２系列の同等
な光パルス列に分離され、一方の光パルス列は光ファイ
バ６に導かれる。光ファイバ６に導かれた光パルス列は
他方の光パルス列とハーフミラ−７で合波されて多重化
されると同時に分離される。このとき光パルスの繰り返
し周波数は入力光パルス列の２倍となる０次にハーフミ
ラ−７で分離された光パルス列の一方が光ファイバ８に
よって遅延され、ハーフミラ−９でハーフミラ−７から
の系列の光パルス列と多重されるとともに分離される。

この分離、遅延、多重をＮ回繰り返し、ハーフミラ−１
１の出力をＮ多重の出力として取り出すことによって入
力光パルスの２Ｎ倍の繰り返し周波数を有する出力光パ
ルスが得られる。

各光ファイバの遅延量τｍ、τ２、・・・τｍ、・・・
τ８の第ｍ段目の遅延量τｍは、入力光パルスの繰り返
し周波数をｆとすると、となる。したがって、遅延を与える第ｒｎ番目の光ファ
イバのファイバ長り、は、に選べばよい０例えば入力光パルスの繰り返し周波数ｆ
を１００ＭＩｌｚ、多重数を１６、すなわち、Ｎを４に
選ぶ場合Ｌ＋　＝　　１　　ｍ　　　Ｌｚ　＝　　０．５ｍＬｓ
　”　０．２５　ｍ　　　Ｌ４＝０．１２５　ｍとなり
、１．６　Ｇｂの出力光パルス列が得られる。

（実施例２）第７図は本発明の第二の発明の光パルスパターン発生器
の構成を示すものである。

クロック信号は発振器１より供給され、その周波数をｆ
　Ｈｚとする。光パルスは光源２により繰り返し周波数
ｆ　ｔｌｚで発生される。光源として半導体レーザを用
いれば、能動モード同期法またはゲインスイッチ法等に
より幅Ｌｏｐｓ、繰り返し周波数１０Ｇ　Ｈｚ程度の超
短光パルスの発生が可能である。

発生された光パルス列は、電気光学変調器３に導かれ、
高速変調される。この電気光学変調器３としてリチウム
ナイオベート（ＬｉＮｂ０ｚ　）にチタニュウム（Ｔｉ
）を拡散させて形成された単一モード光専波路に進行波
形電極を施したタイプの変調器を用いれば１０　Ｇｂ／
ｓ程度の変調は十分可能である。

ただし、十分高速の半導体レーザ発振器を用いればゲイ
ンスイッチ法等で直接変調してもよい。

変調電気信号は従来のパルスパターン発生器４により発
生され、電気光学変調器３に印加される。

パルスパターン発生器４のクロック信号は発振器１より
供給される。このパルスパターン発生器４ハ、擬似ラン
ダムパルスなど所望のパルスパターンを発生するもので
、パルスパターン発生器４より発生されるパルスパター
ンは２に一１個ごとに繰り返される。

前述の電気光学変調器３より出射した変調された光パル
スは光パルス多重化回路に導かれる。

入射した光パルスはハーフミラ−５により２分され、一
方は、光ファイバ６に導かれ他方と比較してτｍたけ遅
延される。分離された２系列の光パルスはハーフミラ−
７において多重と分離が同時になされることにより、２
ｆなるビットレートを有する２系列の光パルス列が出射
する。再び第６図に示す実施例と同じく、一方は光ファ
イバ８に入射されてτ２なる時間遅延を受けた後、ハー
フミラ−９にて多重および分離される。同様な構成をＮ
個縦列に接続を行うと出力としてｆ・２Ｎのビットレー
トを有する変調された光パルスが得られる。

この光ファイバによるｍ段目の遅延時間τ７をと選ぶこ
とにより、パルスパターン発生器４より発生されたパル
スパターンと全く同等の統計的性質を有する変調された
出力パルスが得られる。このＮ多重された光パルスパタ
ーンは測定などに使用される。すわなち、パルスパター
ン発生器４から低速の所望のパターンを発生させ、同一
パターンの高速繰り返しパルスを得て、これを用いて高
速の光回路の試験を行うことができる。

上述のパルスパターンが擬似ランダムパターンであり、
その擬似ランダムパターンの繰り返しを定義するｋかに
＝３の場合の多重化を第８図のタイムチャートに示す。

第８図のＡ系列は入力パルスでに＝３の擬似ランダムパ
ターン（１１１００１０）、Ｂ系列は上式より３．５ビ
・ノド分の遅延を行われた擬似ランダムパターン、Ｃ系
列は多重化後の擬似ランダムパターンである。Ｃ系列は
、入力のＡ系列のパターンが保存されている。後段の多
重分離でも同様に入カバターンが保存される。上記の考
察からして遅延用光ファイバの長さＬ＋　、Ｌｚ　、・
・・しい、・・・ＬＨの第ｍ番目の光ファイバの長さＬ
ｏはと選べばよい。光パワーの損失は、最終段におけるハー
フミラ−の出力のうち片方を出力光パルスとしているた
め、発生された光パルスのパワーの半分に留まる。

しかも、出力光パルスの偏波方向を問わない場合、最終
段の遅延用光ファイバ１０に偏波保持光ファイバを用い
、さらに２分の１波長板１２を挿入し、最終段のハーフ
ミラ−１１の代わりに偏波ビームスプリッタ１３を偏波
合波器として用いれば多重化に伴う損失はなくなり全パ
ワーを出力光パルスとして利用できる。

以下に具体的な数値例を示す。クロック周波数ｆを５Ｇ
Ｈｚ、擬似ランダムパルスの繰り返しパターンを定義す
るｋを１５、多重数を１６、すなわち、Ｎを４とする。

この場合遅延用光ファイバの長さＬ、＋　、　Ｌｚ　、
Ｌｘ　、Ｌ、ａを１．、＝６５５ｍＬｚ＝３２８ｍＬ＋＝１６４ｍＬ４＝ａ２　ｍと選べば出力光パルスとして８０ＧＨｚの光ランダムパ
ルスが得られる。

（実施例３）第９図に本発明の別の実施例の構成を示す。

この実施例は、上記実施例１および実施例２のハーフミ
ラ−と光ファイバとで構成される光パルス多重化回路の
構成部分を偏波保持光ファイバに置き換えたものである
。この実施例の構成は第１図における分離された後の二
つの系列の光路を、偏波保持光ファイバの二つの主軸と
考えることにより得られる。すなわち、偏波保持光ファ
イバ１４は第６図のハーフミラ−５と光ファイバ６に対
応し、偏波保持光ファイバ１６はハーフミラ−７と光フ
ァイバ８に対応する。

入射光パルス３１は、偏波保持光ファイバ１４の入射面
１５において光ファイバの２つの主軸１５−１と１５−
２に偏光した２つのパルスとみなせる。偏波保持光ファ
イバは２つの主軸間で等価的屈折率が異なるため、２つ
の光パルスのファイバ伝搬時間が異なる。したがって、
偏波保持光ファイバ１４の出射光は２つの主軸間の伝搬
時間の差τｍだけ時間的に離れて出射し、光パルス３４
と３５とに分離する。

光パルス３４と３５の偏波方向は、それぞれ偏波保持光
ファイバ１４の主軸１５−１と主軸１５−２の方向を向
いている。このとき偏波保持光ファイバ１４は第１図に
おける初段の分離と遅延の機能を有する。

次にこの偏波保持光ファイバ１４の光パルス３４と３５
とは、偏波保持光ファイバ１４の主軸１５−１および１
５−２に対して４５°回転されて配置され偏波保持光フ
ァイバ１４とは長さの異なる偏波保持光ファイバ１６に
入射される。この偏波保持光ファイバの入射面１７にお
いて二つの光パルス３４と３５とは前記と同様にそれぞ
れ偏波保持光ファイバ１６の主軸１７−１と１７−２の
偏波方向を有する二つのパルスに分離される。

すなわち、それぞれの主軸方向ではパルス３４と３５の
半分のパワーが多重化されている。したがって入射面１
７の機能は、第１図の多重分離器２６．に相当する。

入射した光パルスは偏波保持光ファイバ１６を通過する
ことにより、主軸間でτ２の相対的な遅延を受け、光パ
ルス３４は、出射光パルス４１と４２とに、光パルス３
５は出射光パルス５１と５２とに分離されて出力される
。同様の多重、分離、遅延をＮ本の偏波保持光ファイバ
を用いてＮ回繰り返し、最後のＮ番目の光ファイバの主
軸と４５″の角度をなす単一偏波通過フィルタ１９を通
過させることにより、偏波方向がそろった２Ｎ倍に多重
化された光パルス列が得られる。

次にこの実施例で、繰り返し周波数１０ＧＨｚ、光パル
ス幅ｔｏｐｓ以下の入射パルス列を４多重し４０ＧＨｚ
の光パルス列を発生させる場合の数値列を示す。

偏波保持光ファイバの主軸間遅延時間τｍ、τ富は、 τｍ　　＝５０ｐｓｓ　　　１ｇ　　＝２５ｐｓとすれ
ばよい。偏波保持光ファイバとして通常の楕円コア光フ
ァイバを用いた場合、その偏波分散はｉｎｓ／ｋｍ程度
であるから、二つの偏波保持光ファイバの長さＬ＋、Ｌ
ｘをＬ＋　＝５０ｍ％　　　Ｌｘ　＝２５ｍ。

と選べばよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、超短光パルス列
を低損失で多重化することができる。したがってこの技
術は、従来電気信号では発生不可能であった数１０　Ｇ
ｂ／ｓのビットレートを有する光ランダムパルスを発生
できる。第二の発明では、特定パターンの繰り返しパル
スをきわめて高速に発生できる。この光パルスパターン
は、高速光サンプリング、高速光クロック、高速光ゲー
ト等を代表例とする高速光信号処理等への応用ができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本原理を説明する構成図。第２図は２多重の従来例を示す図。第３図はＮ多重する従来例を示す図。第４図はＮ多重する別の従来例を示す図。第５図はＮ多重する別の従来例を示す図。第６図は本発明の実施例１を示す図。第７図は本発明の実施例２を示す図。第８図は本発明の実施例２の凝似ランダム光パルスの多
重化を説明するタイムチャート。第９図は本発明の実施例３を示す図。 ■・・・発振器、２・・・光源、３・・・電気光学変調
器、４・・・パルスパターン発生器、５．７．９．１１
・・・ハーフミラ−１６，８，１０・・・光ファイバ、
１２・・・２分の１波長板、１３・・・偏波ビームスプ
リフタ、１４．１６・・・偏波保持光ファイバ、１５．
１７・・・偏波保持光ファイバの入射面、１９・・・単
一偏波通過フィルタ、２０．２０、〜２０、・・・光源
、２Ｌ〜２１Ｎ−＋・・・遅延回路、２２゜〜２２．．
２３．〜２３．・・・ミラー、２４・・・単一モード先
導波路、２５・・・分離部、２６１〜２６．・・・多重
分離器。特許出願人　日本電信電話株式会社代理人　弁理士　井　出　直　孝Ｒ−釆佼り肩　２　回従来例系　３　口従来例７１１！ｉ４図一−−−−Ｎ　　−−−−−−−３２１−ｍ−？１ＩＥ
１５　　図夾胞例１構＆図？ｌ’！１６　　口

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力光パルスを２系列に分離する分離手段と、こ
の手段により分離された一方の系の光パルスを遅延させ
る遅延手段と、上記分離手段により分離された他方の系の光パルスと上
記遅延手段の出力光パルスとを合波する多重手段とを含む光回路がＮ個（Ｎは自然数）縦列に接続されたことを特徴とする光パルス多重化回路。
（２）光回路が偏波保持光ファイバで構成された特許請
求の範囲第（１）項に記載の光パルス多重化回路。
（３）入力光パルスを２系列に分離する分離手段と、こ
の手段により分離された一方の系の光パルスを遅延させ
る遅延手段と、上記分離手段により分離された他方の系の光パルスと上
記遅延手段の出力光パルスとを合波する多重手段とを含む光回路がＮ個（Ｎは自然数）縦列に接続され、（２＾ｋ−１）回ごとに同一のパターンを繰り返すクロ
ック周波数ｆＨｚのパルスパターン発生手段を備え、このパルスパターン発生手段の出力が上記Ｎ個縦列に接
続された光回路の入力に供給され、上記第ｍ番目の光回
路（ｍは自然数、１＜ｍ＜Ｎ）に含まれる遅延手段の遅
延時間τ＿ｍがτ＿ｍ＝（２＾ｋ−１）／（ｆ・２＾ｍ
）〔秒〕であることを特徴とする光パルス多重化回路。
（４）光回路が偏波保持光ファイバで構成された特許請
求の範囲第（３）項に記載の光パルス多重化回路。