KR100307885B1 - Optical phase locked loop circuit - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광시분할 방식의 광통신에 활용될 수 있는 광 위상 동기 루프 회로에 관한 것으로, 입사하는 광펄스 신호와 위상과 주파수가 동일한 펄스열을 재생시키는 것을 목적으로 한다. 이러한 광 위상 동기 루프 회로는 미리 설정된 제1 고주파 신호를 생성하는 고주파 발생기, 이 고주파 발생기에 의해 구동되어 클럭 광펄스를 출사하는 광원, 제2 고주파 신호를 생성하는 전압 제어 발진기(voltage-controlled oscillator), 입사하는 광펄스 신호와 클럭 광펄스를 혼합함으로써 생성된 광파만을 필터링 및 증폭하여 제1 신호로 변환하는 제1 제어부, 고주파 발생기와 전압 제어 발진기로부터 각기 생성된 제1 및 제2 고주파 신호를 혼합하여 저주파 신호로 하향 변환하는 다운-컨버터 믹서(down-converter mixer), 제1 신호와 저주파 신호를 각기 전기적 펄스 신호로 변환하는 펄스 변환기, 및 펄스 변환기로부터 출력되는 각각의 전기적 펄스 신호의 위상차를 측정하여 이 위상차에 비례하는 제어 전압을 출력하는 제2 제어부를 포함하여, 제어 전압으로 전압 제어 발진기를 제어하여 입사하는 광펄스 신호와 제2 고주파 신호를 동기시키는 것과 광 클럭을 안정되게 구동시키는 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical phase locked loop circuit that can be utilized in optical time division type optical communication, and aims to reproduce a pulse train having the same phase and frequency as an incident optical pulse signal. The optical phase locked loop circuit includes a high frequency generator for generating a first high frequency signal, a light source driven by the high frequency generator to emit a clock optical pulse, and a voltage-controlled oscillator for generating a second high frequency signal. And mixing the first and second high frequency signals generated from the first controller, the high frequency generator, and the voltage controlled oscillator to filter, amplify, and convert only the light waves generated by mixing the incident light pulse signal and the clock light pulse. A down-converter mixer for downconverting to a low frequency signal, a pulse converter for converting a first signal and a low frequency signal into an electrical pulse signal, and measuring a phase difference of each electrical pulse signal output from the pulse converter And a second controller for outputting a control voltage proportional to the phase difference, and A control oscillator is controlled to synchronize the incident optical pulse signal with the second high frequency signal and to drive the optical clock stably.

Description

광 위상 동기 루프 회로{OPTICAL PHASE LOCKED LOOP CIRCUIT}Optical phase locked loop circuit {OPTICAL PHASE LOCKED LOOP CIRCUIT}

본 발명은 광시분할 방식의 광통신에 활용될 수 있는 광 위상 동기 루프 회로에 관한 것으로, 특히 고주파 로컬 발진기와 다운-컨버터 믹서(down-converter mixer)를 이용하여 위상을 동기시키는 광 위상 동기 루프 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical phase locked loop circuit that can be utilized for optical time division type optical communication, and more particularly, to an optical phase locked loop circuit for synchronizing a phase using a high frequency local oscillator and a down-converter mixer. It is about.

100Gb/s급 광시분할 방식의 광통신 시스템에 사용되고 있는 광위상 동기 루프 회로는 초고속 광통신 시스템에 사용되는 핵심 기술로서, 수신단에서 전송된 광신호열을 시간에 따라 채널별로 정확히 구분시켜주는 제어 신호를 발생시켜주는 기능을 갖고 있다. 이러한 회로에 대해서, 그동안 미국, 일본, 구라파 등지에서 제안한 방법은 비선형 광학 현상이 일어나는 매체 내에 광신호와 클럭 광신호를 동시에 진행시켜 이로부터 발생되는 광신호를 이용하여 고주파 대역에서 저주파 대역으로의 신호 변환을 거쳐 광위상 동기를 시도한 바 있었지만, 아직까지 저주파 로컬 발진기와 업-컨버터 믹서를 사용한 광클럭 발생을 이용하는 방식이었다. 이러한 방식의 대표적인 예로서 일본의 NTT에서 제안한 방법이 있으며, 이 방식을 이용한 종래의 광위상 동기 루프 회로는 4광파 혼합 신호를 얻기 위해 업-컨버터 믹서(up-converter mixer)를 사용하여 구현하였다. 이 업-컨버터 믹서는 본 발명에서 사용하고자 하는 다운-컨버터 믹서보다 고가의 소자이고, 그 크기 또한 크다는 단점이 있다. 게다가, 종래의 방법에서는 업-컨버터 믹서의 주파수가 위상 동기 과정에서 계속 변화함으로써 광 클럭(optical clock)이 불안정해지는 단점이 있다.The optical phase synchronous loop circuit used in 100Gb / s optical time division type optical communication system is a core technology used for high speed optical communication system.It generates a control signal that accurately distinguishes the optical signal sequence transmitted from the receiver by channel according to time. Giving has a function. For these circuits, the methods proposed in the United States, Japan, and Europe have proceeded simultaneously to the optical signal and the clock optical signal in a medium in which a nonlinear optical phenomenon occurs, and using the optical signal generated therefrom to signal from a high frequency band to a low frequency band. Although conversion has been attempted to synchronize the optical phase, it has still been based on optical clock generation using a low-frequency local oscillator and up-converter mixer. A typical example of this method is the method proposed by NTT in Japan, and the conventional optical phase locked loop circuit using this method is implemented by using an up-converter mixer to obtain a four-wave mixed signal. This up-converter mixer is an expensive device than the down-converter mixer to be used in the present invention, and has a disadvantage in that its size is also large. In addition, the conventional method has a disadvantage in that an optical clock becomes unstable as the frequency of the up-converter mixer is continuously changed in the phase synchronization process.

따라서, 본 발명의 목적은 광 클럭을 안정되게 구동시킬 수 있는 광 위상 동기 루프 회로를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical phase locked loop circuit capable of stably driving an optical clock.

본 발명의 다른 목적은 제조 비용 및 크기를 감소시킬 수 있는 광 위상 동기 루프 회로를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide an optical phase locked loop circuit which can reduce manufacturing cost and size.

본 발명의 또 다른 목적은 다운-컨버터 믹서를 이용하여 위상을 동기시킬 수 있는 광 위상 동기 루프 회로를 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide an optical phase locked loop circuit capable of synchronizing phase using a down-converter mixer.

전술된 목적들을 달성하기 위한 광 위상 동기 루프 회로는 미리 설정된 제1 고주파 신호를 생성하는 고주파 발생기; 이 고주파 발생기에 의해 구동되어 클럭 광펄스를 출사하는 광원; 제2 고주파 신호를 생성하는 전압 제어 발진기; 입사하는 광펄스 신호와 클럭 광펄스를 혼합함으로써 생성된 광파만을 필터링 및 증폭하여 제1 신호로 변환하는 제1 제어부; 고주파 발생기와 전압 제어 발진기로부터 각기생성된 제1 및 제2 고주파 신호를 혼합하여 저주파 신호로 하향 변환하는 다운-컨버터 믹서(down-converter mixer); 제1 신호와 저주파 신호를 각기 전기적 펄스 신호로 변환하는 펄스 변환기; 및 펄스 변환기로부터 출력되는 각각의 전기적 펄스 신호의 위상차를 측정하여 이 위상차에 비례하는 제어 전압을 출력하는 제2 제어부를 포함하여; 제어 전압으로 전압 제어 발진기를 제어하여 입사하는 광 신호와 제2 고주파 신호를 동기시키는 것을 특징으로 한다.An optical phase locked loop circuit for achieving the above objects includes a high frequency generator for generating a first predetermined high frequency signal; A light source driven by the high frequency generator to emit a clock light pulse; A voltage controlled oscillator for generating a second high frequency signal; A first control unit which filters, amplifies, and converts only the light waves generated by mixing the incident light pulse signal and the clock light pulse into a first signal; A down-converter mixer for mixing down the first and second high frequency signals generated from the high frequency generator and the voltage controlled oscillator and down converting them into low frequency signals; A pulse converter for converting the first signal and the low frequency signal into electrical pulse signals, respectively; And a second controller for measuring a phase difference of each electrical pulse signal output from the pulse converter and outputting a control voltage proportional to the phase difference; The voltage controlled oscillator is controlled by the control voltage to synchronize the incident optical signal with the second high frequency signal.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 위상 동기 루프 회로를 나타낸 블럭도.1 is a block diagram showing an optical phase locked loop circuit according to a first embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 위상 동기 루프 회로를 나타낸 블럭도.2 is a block diagram showing an optical phase locked loop circuit according to a second embodiment of the present invention;

도 3은 펄스 반복율이 동일한 광펄스 신호와 클럭 광 펄스가 반도체 광 증폭기에 동시에 진행할 때 발생되는 광파의 파장 스펙트럼을 나타낸 도면.3 is a view showing a wavelength spectrum of light waves generated when an optical pulse signal having the same pulse repetition rate and a clock optical pulse proceed simultaneously to a semiconductor optical amplifier.

도 4는 광펄스 신호의 펄스 반복율이 클럭 광 펄스의 정수배가 되는 경우에 발생되는 광검출기로부터의 전기 신호에 대한 라디오 주파수(rf) 스펙트럼을 나타낸 도면.4 shows radio frequency (rf) spectra for electrical signals from photodetectors generated when the pulse repetition rate of an optical pulse signal becomes an integer multiple of a clock optical pulse.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

103 : 광원103: light source

104 : 고주파 발생기104: high frequency generator

106 : 반도체 광 증폭기106: semiconductor optical amplifier

107 : 광 필터107: light filter

108 : 광 증폭기108: optical amplifier

109 : 광 검출기109: light detector

110 : 펄스 변환기110: pulse converter

111 : 위상 비교기111: phase comparator

112 : 루프 필터112 loop filter

113 : 증폭기113: amplifier

114 : 전압 제어 발진기114: voltage controlled oscillator

115 : 다운-컨버터 믹서115: down-converter mixer

201 : 주파수 필터201: frequency filter

202 : 주파수 변환기202: frequency converter

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에서는 기존에 나와 있는 방법과는 다르게 고주파(RF) 신호 발생기와 저주파 변환 믹서를 사용하여 광위상 동기가 구현되도록 하고 있다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광 위상 동기 루프 회로의 블럭도로서, 입사하는 광펄스 신호(101)의 펄스 반복율과 전압 제어 발진기(114)의 고주파 신호가 서로 동일한 경우에 사용될 수 있는 회로 블럭도이다.Unlike the conventional method, the optical phase synchronization is implemented using a high frequency (RF) signal generator and a low frequency conversion mixer. 1 is a block diagram of an optical phase locked loop circuit according to a first embodiment of the present invention, which may be used when the pulse repetition rate of the incident optical pulse signal 101 and the high frequency signal of the voltage controlled oscillator 114 are the same. A circuit block diagram is shown.

도 1을 참조하면, 광 위상 동기 루프 회로는 제1 고주파 신호를 생성하는 고주파 발생기(104), 이 고주파 발생기(104)에 의해 구동되어 클럭 광펄스를 출사하는 광원(103), 제어 전압에 따라 변화되는 제2 고주파 신호를 생성하는 전압 제어 발진기(114), 입사하는 광펄스 신호와 상기 클럭 광펄스를 혼합함으로써 생성된 광파만을 필터링 및 증폭하여 제1 신호로 변환하는 제1 제어부(116), 고주파 발생기(104)와 전압 제어 발진기(114)로부터 각기 생성된 제1 및 제2 고주파 신호를 혼합하여 저주파 신호로 하향 변환하는 다운-컨버터 믹서(115), 제1 신호와 저주파 신호를 각기 전기적 펄스 신호로 변환하는 펄스 변환기(110), 및 이 펄스 변환기(110)로부터 출력되는 각각의 전기적 펄스 신호의 위상차를 측정하여 이 위상차에 비례하는 제어 전압을 출력하는 제2 제어부(117)로 구성된다. 전술한 바와 같이 이 제어 전압은 전압 제어 발진기(114)로 입력된다.Referring to FIG. 1, the optical phase-locked loop circuit includes a high frequency generator 104 for generating a first high frequency signal, a light source 103 driven by the high frequency generator 104, and outputting a clock light pulse, according to a control voltage. A voltage controlled oscillator 114 for generating a second high frequency signal to be changed, a first control unit 116 for filtering and amplifying only the light waves generated by mixing the incident light pulse signal and the clock light pulse, and converting them into a first signal; A down-converter mixer 115 for mixing down the first and second high frequency signals generated from the high frequency generator 104 and the voltage controlled oscillator 114 and down converting them into a low frequency signal, and electrically converting the first and low frequency signals to electrical pulses. A second control unit 11 for measuring a phase difference between the pulse converter 110 for converting the signal and an electrical pulse signal output from the pulse converter 110 and outputting a control voltage proportional to the phase difference 7) consists of. As described above, this control voltage is input to the voltage controlled oscillator 114.

전술된 제1 제어부(116)은 광펄스 신호와 클럭 광펄스를 혼합하여 4광파 혼합 신호를 출력하는 반도체 광 증폭기(106), 이 반도체 광 증폭기(106)에 접속되며 4광파 혼합 신호만을 필터링하는 광 필터(107), 이 광 필터(107)에 접속되며 4광파 혼합 신호를 증폭하는 광 증폭기(108), 및 이 광 증폭기(108)에 접속되며 증폭된 4광파 혼합 신호를 전기 신호인 상기 제1 신호로 변환하는 광 검출기(109)로 구성된다.The above-described first control unit 116 is a semiconductor optical amplifier 106 that mixes an optical pulse signal and a clock optical pulse to output a four-wave mixed signal, and is connected to the semiconductor optical amplifier 106 and filters only the four-wave mixed signal. An optical filter 107, an optical amplifier 108 connected to the optical filter 107 and amplifying a four-wave mixed signal, and the four-wave mixed signal amplified and connected to the optical amplifier 108 as an electrical signal. It consists of the photodetector 109 which converts into one signal.

한편, 제2 제어부(117)는 펄스 변환기(110)로부터 출력되는 각각의 전기적 펄스 신호의 위상차를 측정하여 이 위상차에 비례하는 제1 전압을 출력하는 위상 비교기(111), 이 위상 비교기(111)에 접속되고 제1 전압을 필터링하는 루프 필터(112), 및 이 루프 필터(112)에 접속되고 필터링된 제1 전압을 증폭하여 증폭된 상기 제어 전압을 출력하는 증폭기(113)로 구성된다.On the other hand, the second control unit 117 measures the phase difference of each electrical pulse signal output from the pulse converter 110 and outputs a first voltage proportional to the phase difference 111, the phase comparator 111 And a loop filter 112 connected to and filtering the first voltage, and an amplifier 113 connected to the loop filter 112 and amplifying the amplified first voltage to output the amplified control voltage.

전술된 구성에 따른 광 위상 동기 루프 회로의 동작을 설명하기 위해 우선 입사하는 광펄스 신호(101)의 펄스 반복율은 10GHz로 가정하고 펄스폭은 10psec로 가정한다. 이때, 전압 제어 발진기(114)의 RF 주파수도 광펄스 신호(101)의 펄스 반복율과 동일한 10GHz라고 가정한다.In order to explain the operation of the optical phase locked loop circuit according to the above-described configuration, it is assumed that the pulse repetition rate of the incident optical pulse signal 101 is 10 GHz and the pulse width is 10 psec. In this case, it is assumed that the RF frequency of the voltage controlled oscillator 114 is also 10 GHz which is the same as the pulse repetition rate of the optical pulse signal 101.

도 1을 참조하여 동작을 살펴보면, 고주파 발생기(104)로부터 발생되는 고주파 신호를 10G+100KHz로 설정할 때, 이 고주파 발생기(104)에 의해 구동되는 광원(103)으로부터는 펄스 반복율이 10G+100KHz이고 펄스폭이 10psec인 클럭 광펄스(102)가 출사된다. 이 클럭 광펄스(102)와 광펄스 신호(101)는 3-dB 광섬유 결합기(105)에 의해 하나의 광섬유로 같이 진행하여 반도체 광증폭기(106)으로 입사되며 반도체 광증폭기(106)내에서는 4광파 혼합 현상(four wave mixing effect)이 발생하게 되어 반도체 광증폭기(106)로부터 출사되는 광파의 파장 스펙트럼은 도 3과 같이 된다. 도 3에서, (301)은 클럭 광펄스, (302)는 입사 광펄스 신호, (303)은 4광파 혼합 현상에 의해 새로 발생된 광파에 해당된다. 이 세 광파 중에서 4광파 혼합 신호인 광파(303)만이 광필터(107)를 투과하게 되며, 이 광파(303)의 세기가 매우 약하므로 다시 광섬유 광증폭기(108)에 의해 광증폭되어 광검출기(109)로 입사된다. 광검출기(109)로부터는 100KHz의 전기 신호 (이를 신호 A로 명명함)가 발생되며 이 신호 A에는 광펄스 신호(101)의 위상 변화가 포함되어 있다.Referring to FIG. 1, when the high frequency signal generated from the high frequency generator 104 is set to 10G + 100KHz, the pulse repetition rate is 10G + 100KHz from the light source 103 driven by the high frequency generator 104. A clock optical pulse 102 having a pulse width of 10 psec is emitted. The clock optical pulse 102 and the optical pulse signal 101 travel together as a single optical fiber by the 3-dB optical fiber combiner 105 and enter the semiconductor optical amplifier 106. Four wave mixing effects occur, and the wavelength spectrum of the light waves emitted from the semiconductor optical amplifier 106 becomes as shown in FIG. 3. In FIG. 3, reference numeral 301 denotes a clock light pulse, 302 denotes an incident light pulse signal, and 303 corresponds to a light wave newly generated by a four-wave mixing phenomenon. Of these three light waves, only the light wave 303, which is a four-wave mixed signal, is transmitted through the optical filter 107. Since the intensity of the light wave 303 is very weak, the optical wave is further amplified by the optical fiber optical amplifier 108, and thus the photodetector ( 109). The photodetector 109 generates an electrical signal of 100 KHz (named signal A), which includes a phase change of the optical pulse signal 101.

한편, 고주파 발생기(104)와 전압 제어 발진기(114)로부터 각기 발생되는 고주파 신호들은 다운-컨버터 믹서(115)로 입력되어 이 믹서(115)로부터 100KHz의 저주파 신호 (이를 신호 B로 명명함)가 발생되는데 이 신호에는 전압 제어 발진기(114)의 위상 변화가 포함되어 있다. 이 두 전기 신호 A와 B는 펄스 변환기(110)에 의해 동시에 전기적 펄스 신호로 변환되고 디지털 위상 비교기(111)에 의해 이 두 신호 A와 B 간의 위상차가 측정되며 이 위상차에 비례하는 전압이 루프 필터(112)와 증폭기(113)에 의해 발생되게 된다. 이 전압은 곧바로 전압 제어 발진기(114)에 인가되어 위상 동기 과정이 수행되어진다. 위상 동기가 이루어지면 신호 A와 신호 B의 위상은 서로 일치하게 되며 이 위상 동기 상태에서의 전압 제어 발진기(114)로부터 발생되는 고주파 신호는 전송된 광펄스 신호(101)의 위상과 정확히 일치하게 된다.On the other hand, the high frequency signals respectively generated from the high frequency generator 104 and the voltage controlled oscillator 114 are input to the down-converter mixer 115 so that a low frequency signal of 100 KHz (named signal B) from the mixer 115 is generated. This signal includes the phase change of the voltage controlled oscillator 114. The two electrical signals A and B are simultaneously converted into electrical pulse signals by the pulse converter 110, and the phase difference between the two signals A and B is measured by the digital phase comparator 111, and a voltage proportional to the phase difference is a loop filter. It is generated by the 112 and the amplifier 113. This voltage is immediately applied to the voltage controlled oscillator 114 to perform a phase synchronization process. When the phase synchronization is performed, the phases of the signal A and the signal B coincide with each other, and the high frequency signal generated from the voltage controlled oscillator 114 in this phase synchronization state exactly matches the phase of the transmitted optical pulse signal 101. .

이 방법에서는 고주파 발생기(104)의 고주파 신호가 시간에 따라 약간 변화하여도 신호 A와 B의 주파수는 항상 같기 때문에 고성능의 고주파 발생기가 필요없다.In this method, even if the high frequency signal of the high frequency generator 104 changes slightly with time, since the frequencies of the signals A and B are always the same, there is no need for a high frequency high frequency generator.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광 위상 동기 루프 회로의 블럭도로서, 입사하는 광펄스 신호(101)의 펄스 반복율이 전압 제어 발진기의 고주파 신호의 정수배가 되는 경우에 사용될 수 있는 광 위상 동기 루프 회로를 나타낸 도면이다.Fig. 2 is a block diagram of an optical phase locked loop circuit according to a second embodiment of the present invention, which can be used when the pulse repetition rate of the incident optical pulse signal 101 becomes an integer multiple of the high frequency signal of the voltage controlled oscillator. A diagram illustrating a phase locked loop circuit.

도 2의 구성을 살펴보면, 위상 동기 루프 회로는 도 1에 도시된 도면과 유사하며, 광펄스 신호의 펄스 반복율이 제2 고주파 신호의 정수배인 경우에, 전술된 제1 제어부(116)에 접속되어 선정된 주파수 범위의 신호만을 통과시키는 주파수 필터(201)와, 이 주파수 필터(201)를 통과한 제2 신호에 상기 정수배의 역수를 곱한 값만큼 주파수 변환을 행하여 이 변환된 신호를 상기 펄스 변환기(110)에 제공하는 주파수 변환기(202)를 더 포함하고 있다.Referring to the configuration of FIG. 2, the phase locked loop circuit is similar to the diagram shown in FIG. 1, and is connected to the first control unit 116 described above when the pulse repetition rate of the optical pulse signal is an integer multiple of the second high frequency signal. A frequency filter 201 for passing only signals in a selected frequency range and a second signal passing through the frequency filter 201 are subjected to frequency conversion by the product of the reciprocal of the integer multiple, thereby converting the converted signal into the pulse converter ( It further includes a frequency converter 202 provided to 110.

도 2를 참조하여 동작을 살펴보면, 먼저 전압 제어 발진기(114)의 RF 주파수를 10GHz라고 가정하고, 입사하는 광펄스 신호(101)의 펄스 반복율을 전술된 전압 제어 발진기(114)의 RF 주파수의 정수배인 40GHz로 가정하며, 펄스폭은 10psec로 가정한다. 이때, 고주파 발생기(104)의 고주파 신호를 10G+100KHz가 되게 설정하면 이 고주파 발생기(104)에 의해 구동되는 광원(103)으로부터는 펄스 반복율이10G+100KHz이고 펄스폭이 10psec인 클럭 광펄스(102)가 출사된다. 이 클럭 광펄스(102)와 광펄스 신호(101)는 3-dB 광섬유 결합기(105)에 의해 하나의 광섬유로 같이 진행하여 반도체 광증폭기(106)으로 입사되며 이 반도체 광증폭기(106)내에서는 4광파 혼합 현상이 발생하게 되어 반도체 광증폭기(106)로부터 출사되는 광파의 파장 스펙트럼은 역시 도 3과 같다. 이 경우에는 광검출기(109)로부터는 도 4에서와 같이 400KHz외에도 여러 주파수 성분들이 같이 포함된 전기 신호가 발생되므로 400KHz만 통과시키는 주파수 필터(201)가 사용되며 다시 이 400KHz 전기 신호는 주파수 변환기(202)에 의해 그의 주파수가 1/4로 변환되어 100KHz의 전기 신호로 변환되어지며, 이 신호 (이를 신호 A로 명명함)에는 광펄스 신호(101)의 위상 변화가 포함되어 있다.Referring to FIG. 2, first, the RF frequency of the voltage controlled oscillator 114 is assumed to be 10 GHz, and the pulse repetition rate of the incident optical pulse signal 101 is an integer multiple of the RF frequency of the voltage controlled oscillator 114 described above. Is assumed to be 40 GHz, and the pulse width is assumed to be 10 psec. At this time, when the high frequency signal of the high frequency generator 104 is set to 10G + 100KHz, the light source 103 driven by the high frequency generator 104 has a clock repetition rate of 10G + 100KHz and a pulse width of 10psec. 102 is emitted. The clock optical pulse 102 and the optical pulse signal 101 travel together into a single optical fiber by the 3-dB optical fiber combiner 105 and are incident to the semiconductor optical amplifier 106. In the semiconductor optical amplifier 106, The four-wave mixing phenomenon occurs and the wavelength spectrum of the light waves emitted from the semiconductor optical amplifier 106 is also shown in FIG. 3. In this case, as shown in FIG. 4, since the electric signal including several frequency components is generated from the photodetector 109 as well as 400 KHz, a frequency filter 201 for passing only 400 KHz is used. By 202, its frequency is converted into 1/4 and converted into an electrical signal of 100 KHz, which includes a phase change of the optical pulse signal 101 (named signal A).

한편, 고주파 발생기(104)와 전압 제어 발진기(114)로부터 발생된 고주파 신호는 다운-컨버터 믹서(115)로 입력되어 이 믹서(115)로부터 100KHz의 저주파 신호 (이를 신호 B로 명명함)가 발생되는데 이 신호에는 전압 제어 발진기(114)의 위상 변화가 포함되어 있다. 이 두 전기 신호 A와 B는 펄스 변환기(110)에 의해 동시에 전기적 펄스 신호로 변환되고 디지털 위상 비교기(111)에 의해 이 두 신호 A와 B 간의 위상차가 측정되며 이 위상차에 비례하는 전압이 루프 필터(112)와 증폭기(113)에 의해 발생되게 된다. 이 전압은 곧바로 전압 제어 발진기(114)에 인가되어 위상 동기 과정이 수행되어진다. 위상 동기가 이루어지면 신호 A와 신호 B의 위상은 서로 일치하게 되며 이 위상 동기 상태에서의 전압 제어 발진기(114)로부터 발생되는 고주파 신호는 전송된 광펄스 신호(101)의 위상과 정확히 일치하게된다.On the other hand, the high frequency signal generated from the high frequency generator 104 and the voltage controlled oscillator 114 is input to the down-converter mixer 115 to generate a 100 KHz low frequency signal (named signal B) from the mixer 115. This signal contains the phase change of the voltage controlled oscillator 114. The two electrical signals A and B are simultaneously converted into electrical pulse signals by the pulse converter 110, and the phase difference between the two signals A and B is measured by the digital phase comparator 111, and a voltage proportional to the phase difference is a loop filter. It is generated by the 112 and the amplifier 113. This voltage is immediately applied to the voltage controlled oscillator 114 to perform a phase synchronization process. When the phase synchronization is achieved, the phases of the signal A and the signal B coincide with each other, and the high frequency signal generated from the voltage controlled oscillator 114 in this phase synchronization state exactly matches the phase of the transmitted optical pulse signal 101. .

전술된 바와 같이, 본 발명은 광 클럭을 안정되게 구동시킬 수 있으며, 제조 비용 및 크기를 감소시킬 수 있는 광 위상 동기 루프 회로를 제공할 수 있는 이점을 가진다. 또한, 본 발명은 다운-컨버터 믹서를 이용하여 위상을 동기시킬 수 있는 이점을 가진다.As described above, the present invention has the advantage of providing an optical phase locked loop circuit capable of stably driving an optical clock and reducing manufacturing cost and size. In addition, the present invention has the advantage that the phase can be synchronized using a down-converter mixer.

Claims (4)

광 위상 동기 루프 회로에 있어서:In an optical phase locked loop circuit: 미리 설정된 제1 고주파 신호를 생성하는 고주파 발생기;A high frequency generator for generating a first preset high frequency signal; 상기 고주파 발생기에 의해 구동되어 클럭 광펄스를 출사하는 광원;A light source driven by the high frequency generator to emit a clock light pulse; 제2 고주파 신호를 생성하는 전압 제어 발진기;A voltage controlled oscillator for generating a second high frequency signal; 입사하는 광펄스 신호와 상기 클럭 광펄스를 혼합함으로써 생성된 광파만을 필터링 및 증폭하여 제1 신호로 변환하는 제1 제어부;A first control unit for filtering and amplifying only an optical wave generated by mixing an incident optical pulse signal and the clock optical pulse and converting the optical wave signal into a first signal; 상기 고주파 발생기와 상기 전압 제어 발진기로부터 각기 생성된 제1 및 제2 고주파 신호를 혼합하여 저주파 신호로 하향 변환하는 다운-컨버터 믹서(down-converter mixer);A down-converter mixer for mixing down the first and second high frequency signals generated from the high frequency generator and the voltage controlled oscillator and converting them down to a low frequency signal; 상기 제1 신호와 상기 저주파 신호를 각기 전기적 펄스 신호로 변환하는 펄스 변환기; 및A pulse converter for converting the first signal and the low frequency signal into electrical pulse signals, respectively; And 상기 펄스 변환기로부터 출력되는 각각의 전기적 펄스 신호의 위상차를 측정하여 이 위상차에 비례하는 제어 전압을 출력하는 제2 제어부A second control unit measuring a phase difference of each electrical pulse signal output from the pulse converter and outputting a control voltage proportional to the phase difference 를 포함하여;Including; 상기 제어 전압으로 상기 전압 제어 발진기를 제어하여 입사하는 광펄스 신호와 상기 제2 고주파 신호를 동기시키는The voltage controlled oscillator is controlled by the control voltage to synchronize an incident optical pulse signal with the second high frequency signal. 것을 특징으로 하는 광 위상 동기 루프 회로.Optical phase locked loop circuit, characterized in that. 제1항에 있어서, 상기 제1 제어부는 상기 광펄스 신호와 상기 클럭 광펄스를 혼합하여 4광파 혼합 신호를 출력하는 반도체 광 증폭기, 상기 반도체 광 증폭기에 접속되며 상기 4광파 혼합 신호만을 필터링하는 광 필터, 상기 광 필터에 접속되며 상기 4광파 혼합 신호를 증폭하는 광 증폭기, 및 상기 광 증폭기에 접속되며 상기 증폭된 4광파 혼합 신호를 전기 신호인 상기 제1 신호로 변환하는 광 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 위상 동기 루프 회로.The semiconductor optical amplifier of claim 1, wherein the first controller is a semiconductor optical amplifier configured to output a four-wave mixed signal by mixing the optical pulse signal and the clock optical pulse, and an optical fiber connected to the semiconductor optical amplifier and filtering only the four-wave mixed signal. A filter, an optical amplifier connected to said optical filter and amplifying said four-wave mixed signal, and an optical detector connected to said optical amplifier and converting said amplified four-wave mixed signal into said first signal which is an electrical signal. An optical phase locked loop circuit. 제1항에 있어서, 상기 제2 제어부는 상기 펄스 변환기로부터 출력되는 각각의 전기적 펄스 신호의 위상차를 측정하여 이 위상차에 비례하는 제1 전압을 출력하는 위상 비교기, 상기 위상 비교기에 접속되고 상기 제1 전압을 필터링하는 루프 필터, 및 상기 루프 필터에 접속되고 상기 필터링된 상기 제1 전압을 증폭하여 증폭된 상기 제어 전압을 출력하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 위상 동기 루프 회로.The phase comparator of claim 1, wherein the second control unit is connected to the phase comparator, the phase comparator which measures a phase difference of each electrical pulse signal output from the pulse converter and outputs a first voltage proportional to the phase difference. A loop filter for filtering a voltage, and an amplifier connected to the loop filter and amplifying the filtered first voltage to output the amplified control voltage. 제1항에 있어서, 상기 광펄스 신호의 펄스 반복율이 상기 제2 고주파 신호의 정수배인 경우, 상기 제1 제어부에 접속되어 선정된 주파수 범위의 신호만을 통과시키는 주파수 필터와, 상기 주파수 필터를 통과한 제2 신호에 상기 정수배의 역수를 곱한 값만큼 주파수 변환을 행하여 이 변환된 신호를 상기 펄스 변환기에 제공하는 주파수 변환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 위상 동기 루프 회로.The frequency filter according to claim 1, wherein when the pulse repetition rate of the optical pulse signal is an integer multiple of the second high frequency signal, the frequency filter is connected to the first control unit and passes only a signal having a predetermined frequency range. And a frequency converter performing frequency conversion by a second signal multiplied by the reciprocal of the integer multiple to provide the converted signal to the pulse converter.
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