WO2007004338A1 - 光信号からクロック信号を抽出する方法および装置 - Google Patents

光信号からクロック信号を抽出する方法および装置 Download PDF

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bragg
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Masanori Hanawa
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University Of Yamanashi
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/29304—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by diffraction, e.g. grating
    • G02B6/29316—Light guides comprising a diffractive element, e.g. grating in or on the light guide such that diffracted light is confined in the light guide
    • G02B6/29317—Light guides of the optical fibre type
    • G02B6/29319—With a cascade of diffractive elements or of diffraction operations
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4215—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical elements being wavelength selective optical elements, e.g. variable wavelength optical modules or wavelength lockers

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for extracting a clock signal from an optical signal, and particularly to an on-off keying NR Z (O OK—NR Z) optical signal generally used in an optical fiber communication system.
  • the present invention relates to a method and an apparatus suitable for extracting odor.
  • NRZ optical signal On-off keying NRZ (OOK—NRZ) (NRZ: Non-Return-to-Zero) optical signal (hereinafter referred to as NRZ optical signal) generally used in optical fiber communication systems has a rectangular pulse shape. In principle, there is no clock component and clock extraction cannot be performed directly from the NRZ optical signal. On the other hand, in the case of an NRZ optical signal that is actually used, the basic pulse waveform is not an ideal rectangular pulse, so it has a weak clock component, and electrical processing is performed up to a transmission rate of several tens of Gbit / s. It is possible to extract the clock using the above method.
  • This document uses a nonlinear optical effect in a semiconductor optical amplifier (SOA) (hereinafter referred to as “SOA”) to simulate an RZ that rises or falls at the rise or fall of an NRZ optical signal input to the SOA.
  • SOA semiconductor optical amplifier
  • a method has been proposed in which a clock is extracted from a 40 Gbit / s NRZ optical signal by generating a signal and extracting only the clock component with a narrowband filter for electrical signals. In principle, this method can handle high-speed NRZ optical signals exceeding 100 Gbit / s, but semiconductor optical amplifiers are too expensive to be used only for clock extraction. Disclosure of the invention
  • the present invention provides a clock signal extraction method and apparatus that can cope with higher-speed optical signals with a simple configuration.
  • the present invention also provides a clock signal extraction method and apparatus with improved resistance to wavelength shift in clock extraction.
  • the clock signal extraction method has two plug gratings arranged in the optical waveguide with a gap, and the phase difference between reflected light waves by these two Bragg gratings is ⁇ , and Using a ⁇ phase shift Bragg grating adjusted so that the time delay between reflected light waves becomes ⁇ t, the optical signal from which the clock signal is to be extracted is guided to the ⁇ phase shift Bragg grating, and the ⁇ phase shift Bragg grating is used. Toblac The reflected light wave from the grating is extracted and converted into an electrical signal, and this electrical signal is passed through a narrow band pass filter whose pass center frequency is the frequency corresponding to the inverse of the bit period (T b ) of the optical signal. To obtain a clock signal.
  • the optical path length of the Bragg grating on the side on which the optical signal from which the clock signal is to be extracted is incident out of the two Bragg gratings,
  • the reflectance of each of the two Bragg gratings is determined such that the reflected light wave intensities of these two plug gratings are substantially the same.
  • the grating periods of the two Bragg gratings are determined such that the Bragg wavelengths of the two Bragg gratings are substantially the same.
  • the clock signal extraction device has two Bragg gratings arranged in the optical waveguide with a gap therebetween, and the phase difference between reflected light waves of these two Bragg gratings is ⁇ , and The ⁇ phase shift Bragg grating adjusted so that the time delay between the reflected light waves becomes ⁇ t, and the optical signal from which the clock signal should be extracted are guided to the ⁇ phase shift Bragg grating, and the ⁇ phase shift Bragg grating Connected to the output side of the optical detector, the optical circular that outputs the reflected light wave from one ting, the photodetector that converts the reflected light wave output from the optical circulator into an electrical signal, and outputs it Narrowband pass filter with a pass center frequency corresponding to the reciprocal of the bit period (T b ) of the optical signal. It is equipped with filters and.
  • the ⁇ phase shifting includes the optical path length of the bladder grating on the side where the optical signal from which the clock signal is to be extracted is incident out of the two flag gratings, and the 2
  • the optical path length of the gap between the two Bragg layers is greater than the time delay amount ⁇ t force between the reflected light waves; and the bit period T b of the optical signal from which the clock signal is to be extracted. It was adjusted to be smaller.
  • the reflectance of each of the two Bragg gratings is determined such that the reflected light wave intensities of the two Bragg gratings are substantially the same.
  • the grating period of the two Bragg gratings is determined such that the Bragg wavelengths of the two Bragg gratings are substantially the same.
  • the optical waveguide is an optical fiber.
  • the optical waveguide is a planar optical waveguide.
  • the present invention can be applied to a fiber Bragg grating (hereinafter referred to as FBG) in which a Bragg grating is formed in an optical fiber core and a device in which a Bragg grating is formed in a planar optical waveguide.
  • FBG fiber Bragg grating
  • ⁇ phase shift eye plug grating (hereinafter referred to as ⁇ phase shift FBG) is used.
  • the ⁇ -phase shift FBG has two sub-fiber Bragg gratings (hereinafter referred to as sub-FBGs).
  • the optical signal from which the clock is to be extracted is introduced into the ⁇ phase shift FBG.
  • the time delay (A t) (the optical signal of the optical signal) is reflected between the reflected light of the front sub FBG and the reflected light of the rear sub FBG.
  • Bit period (less than T b ) and ⁇ A phase difference is given.
  • the ⁇ phase shift FBG functions as a differentiator, and the output optical signal obtained from the ⁇ phase shift FBG (the combined optical signal of the above two reflected lights) is reflected by the reflected light of each sub FBG. In the overlapping area, they interfere and cancel each other out due to the phase difference ⁇ between the reflected light waves.
  • An optical pulse with a pulse width corresponding to the above time delay (A t) rises at the rising and falling edges of the optical signal (for example, NRZ optical signal) from which the clock is to be extracted.
  • the amplitude of the optical pulse is ⁇ different from the phase of the optical pulse at the rising edge, so it is negative when considering the optical pulse at the rising edge as a reference.
  • an electrical pulse signal (called a pseudo RZ signal) in which the polarity of an optical pulse with a negative amplitude standing at the falling edge is positive is obtained. Since this electrical pulse signal has pulses at the rising and falling positions of the original optical signal (NRZ optical signal), the pulse interval is an integral multiple of the bit period (T b ) of the original optical signal. (The minimum interval is T b ), which has a strong clock component. By passing this electrical pulse signal through a narrow band pass filter, the clock component of the original NRZ optical signal can be extracted (this is clock extraction).
  • a simpler configuration can extract a stronger clock signal because the pseudo RZ pulse density is doubled compared to the conventional method described above.
  • the time delay (A t) is reduced by shortening the sum of the length of the sub FBG and the gap in front of the ⁇ phase shift FBG, the faster (bit period ( T b ) is shorter) It is possible to handle optical signals.
  • the present invention also provides a ⁇ phase shift F BG suitably used in the above-described clock extraction method and apparatus.
  • This ⁇ -phase shift FBG is a Bragg grating device, and consists of two Bragg gratings arranged with a gap in the optical waveguide.
  • the phase difference between the reflected light waves of these two Bragg gratings is ⁇ , and the time delay between the reflected light waves is adjusted to ⁇ t.
  • the optical path length of the Bragg grating on the side on which the optical signal from which the clock signal is to be extracted is incident, and the optical path length of the gap between the two Bragg gratings It is urchin adjusted by smaller than the bit period T b of the reflected light waves between time delay delta t force clock signals to be extracted optical signals.
  • the reflectance of each of the two Bragg gratings is determined such that the reflected light wave intensities of these two Bragg gratings are substantially the same.
  • the grating periods of the two Bragg gratings are determined such that the Bragg wavelengths of the two Bragg gratings are substantially the same.
  • At least one of the two Bragg gratings is an apodized grating.
  • the optical waveguide is an optical fiber.
  • the optical waveguide is a planar optical waveguide.
  • the clock signal extraction method according to the present invention which improves the tolerance of wavelength deviation of clock signal extraction, has four first, second, third, and fourth arranged in the optical waveguide via a gap.
  • Subbragg gratings (FBG1, FBG2, FBG3, FBG4), and these four subbragg gratings are the first, second, third, and fourth subbragg gratings.
  • the reflectivities (R1, R4) of the first and fourth sub-Bragg gratings (FBG1, FBG4) are the second and third sub-Bragg gratings (FBG2, FBG3).
  • a low-reflectance Bragg grating loaded in this way is used, and a ⁇ phase-shifted Bragg grating is used to derive the optical signal from which the clock signal is to be extracted from the first sub-Bragg grating side, and the low-reflectance Bragg Grating loading
  • the reflected light wave from the ⁇ phase shift Bragg grating is extracted and converted into an electrical signal, and this electrical signal is converted into the bit period of the optical signal.
  • a narrow band pass filter having a T b pass center frequency corresponding to the frequency to the reciprocal of
  • the sum of the time delay ⁇ t between the reflected light waves due to is the
  • the grating periods of the four sub-Bragg gratings are determined such that the Bragg wavelengths of these four sub-Bragg gratings are substantially the same.
  • the clock extractor includes four first, second, third, and fourth sub-Bragg gratings (FBG l, FBG 2, FBG 3, These four sub-Bragg gratings are arranged in the order of the first, second, third, and fourth sub-Bragg gratings, and the first and fourth sub-Bragg gratings (FBG l , FBG 4) reflectivity (R l, R 4) is adjusted to be lower than the reflectivity (R 2, R 3) of the second and third sub-Bragg gratings (FBG 2, FBG 3).
  • the phase difference between the reflected light waves of the first and second sub-Bragg gratings, the phase difference between the reflected light waves of the second and third sub-Bragg gratings, and the third and fourth sub-Bragg gratings The phase difference between the reflected light waves is ⁇ , and between the reflected light waves
  • Time between delay delta t is, to extract the low reflectivity Bragg grating-loaded ⁇ phase shift Bragg grating I is urchin adjusted also reduced Ri by bit period T b of the optical signal to be extracted a clock signal, a clock signal Should be ⁇ phase shift Bragg grating loaded from the first sub-Bragg grating side, and the reflected light wave from the low reflectivity Bragg grating loaded ⁇ phase shift Bragg grating is output.
  • An optical circulator a photodetector for converting the reflected light wave output from the optical circulator into an electrical signal and outputting the electrical signal, and an output side of the photodetector, and the bit period (T b )
  • a narrow band pass filter having a pass center frequency corresponding to the reciprocal of b ) is provided.
  • This clock extractor is also more resistant to wavelength shift.
  • the optical waveguide is an optical fiber. In another embodiment, the optical waveguide is a planar optical waveguide.
  • the present invention further provides a Bragg daring apparatus capable of enhancing the resistance to wavelength shift.
  • this Bragg grating device is used to extract a clock signal from an optical signal, and has four first, second, third, and third elements arranged in the optical waveguide via a gap.
  • the reflectivities (R 1, R 4) of the first and fourth sub-Bragg gratings (FBG 1, FBG 4) are those of the second and third sub-Bragg gratings (FBG 2, FBG 3).
  • phase difference between the reflected light waves of the first and second sub-Bragg gratings and the reflected light waves of the second and third sub-Bragg gratings are adjusted to be lower than the reflectivity (R 2, R 3).
  • Phase difference, 3rd and 4th sub-Bragg Grete The phase difference between the reflected light waves of the ring is ⁇ , and the time delay ⁇ t between the reflected light waves is the optical signal from which the clock signal is to be extracted. It is an feature that it is the bit period T b I also Naru rather small Ri by sea urchin adjustment of the issue.
  • FIG. 1 shows the overall configuration of the clock signal extraction device of the first embodiment.
  • Figure 2 shows the detailed structure of the ⁇ phase shift F B G.
  • Fig. 3 is an equivalent circuit diagram showing that the ⁇ phase shift F B G acts as a differentiator.
  • FIG. 4 is a waveform diagram showing input / output signal waveforms of each block of the apparatus shown in FIG.
  • FIG. 5 shows the overall configuration of the clock signal extraction apparatus of the second embodiment.
  • Figure 6 shows the detailed configuration of the low reflectivity FBG loaded ⁇ phase shift FBG.
  • Figure 7 is an equivalent circuit diagram showing that the low-reflectance FBG loaded ⁇ phase shift FBG acts as a differentiator.
  • Fig. 8 is a waveform diagram showing the input / output signal waveforms of each block of the device shown in Fig. 5.
  • FIG. 1 shows the overall configuration of an apparatus according to the first embodiment for extracting (or generating) a clock signal from an NRZ optical signal.
  • the ⁇ -phase shift FBG (fiber plug grating) 10 is an optical fiber consisting of a core and the surrounding cladding layer. As shown in Fig. 2, an enlarged view of the optical input / output terminal (second At the position slightly inside the ⁇ phase shift FB G10 shown in the figure), the front sub-FBG 1 and the rear sub-FBG 2 are formed in the optical fiber core. There is a gap between the two sub FBG 1 and sub FBG 2.
  • Sub FBG 1 and Sub FBG 2 are gratings (diffraction gratings) based on refractive index changes that cause Bragg diffraction.
  • This ⁇ phase shift F B G 10 has the following two functions.
  • the optical path difference between the two reflected light waves is set to (2 k + 1) Z 2 times the Bragg wavelength ⁇ b (k is an integer).
  • the above optical path difference can be finely adjusted.
  • L g is the gap length and n. Is the refractive index of the gap, L i is the length of sub FBG 1, and ⁇ ⁇ ! Is the refractive index modulation amount of sub FBG 1.
  • the amount of time delay At is mainly the gap length L g and the sub-FBG 1
  • the time delay ⁇ t can be reduced if these are reduced.
  • fine adjustment can be performed by adjusting the optical path length by ultraviolet light irradiation, heating, etc. as described above.
  • ⁇ phase shift F B G having the above two features has the function of realizing an optical differencer as shown in Fig. 3.
  • g (t) is the reflected light wave from sub FBG 1
  • g (t — ⁇ t) is the reflected light wave from sub FBG 2 with a delay time of ⁇ t
  • — 1 is sub FBG 1 and sub FBG. 2 represents the ⁇ phase difference between the reflected light waves.
  • the synthesized reflected light wave output from the phase shift F B G 10 is
  • the optical signal (NRZ optical signal) from which the clock is to be extracted passes through the optical circulator 11 and is introduced into the input / output end of the ⁇ phase shift FBG 10.
  • ⁇ phase shift FBG 10 there is a time delay between the reflected light of sub-FBG 1 at the front stage and the reflected light of sub-FBG 2 at the rear stage at the gap (gap) of ⁇ phase shift FBG.
  • the quantity (A t) (which is' smaller than the bit period (T b ) of the optical signal) and the phase difference of ⁇ are given.
  • the ⁇ phase shift FBG 10 functions as a differentiator, and the output optical signal obtained from the ⁇ phase shift FBG 10 (the combined optical signal of the above two reflected lights) reflects the reflection of each sub FBG.
  • the phase is ⁇ different : the optical pulse is represented as a pulse having a negative amplitude.
  • This optical pulse output from the ⁇ phase shift FBG 10 It is given to the photodetector 12 through the data 11, and is converted into an electric signal by this photodetector 12.
  • the positive and negative optical pulses all become positive electric pulse signals (called pseudo RZ signals) (the photodetector 12 has the function of taking the square of the absolute value of the signal amplitude). ).
  • this pseudo RZ signal has pulses at the rising and falling positions of the original optical signal (NRZ optical signal)
  • the pulse interval is an integer multiple of the bit period (T b ) of the original optical signal (minimum)
  • the interval is T b ) and has a strong clock component.
  • the output signal of the photodetector 12 is applied to the bit period T b of the reciprocal (1 / T b) corresponding to (having a high Q value) of the narrow band having a central pass frequency band pass filter (BPF) 13 .
  • the emphasized clock component of the output electric pulse signal (pseudo RZ signal) of the photodetector 12 is extracted by the narrow band pass filter 13. In other words, an electrical clock signal is generated.
  • the optical modulator By using the output signal (including the waveform-shaped signal) of the bandpass filter 13 as the control signal for the optical modulator (inputting an optical signal with a constant amplitude), the optical modulator outputs an optical clock signal. Can also be obtained.
  • FIG. 5 shows the overall configuration of the apparatus according to the second embodiment for extracting (or generating) a clock signal from an N R Z optical signal.
  • Low reflectivity FBG loading ⁇ phase shift FBG 20 is an optical fiber consisting of a core and a surrounding cladding layer. In the position where it entered the core, the first sub FBG l, second sub FBG 2, third sub FBG 3, and fourth sub FBG 4 are formed, and a gap portion between these four sub FBG 1 to adjacent sub FBG 4 ( gap) exists.
  • Sub FBG 1 to Sub FBG 4 are gratings (diffraction gratings) based on refractive index changes that cause Bragg diffraction.
  • the first, second, third, and fourth sub FBGs are arranged in the order of the first, second, third, and fourth sub FBGs, and the first and fourth sub FBGs.
  • the reflectivity Rl, R4 of FBG 4 is adjusted to be lower than the reflectivity R2, R3 of the second and third sub FBGs 2, FBG 3.
  • phase difference between the reflected light waves of the first and second sub-FBGs, the phase difference between the reflected light waves of the second and third sub-FBGs, and the phase difference between the reflected light waves of the third and fourth sub-FBGs are as follows. each next [pi, and the time delay ⁇ t between the reflected light wave, is adjusted to so that a smaller Ri by bit period T b of the optical signal to be extracted clock signal.
  • the optical path length L 1 of the first sub-FBG 1 and the first and second sub-FBG l and FBG 2 The sum of the optical path length L gl of the sandwiched gap (L l + L gl ), the path length L 2 of the second sub FBG 2 and the gap of the gap between the second and third sub FBG 2 and FBG 3
  • the sum of the lengths L g 3 (L 3 + L g 3 ) is the sum of the time delay ⁇ t between the reflected light waves due to the two adjacent sub-Bragg gratings, which should extract the clock signal. It is adjusted to be smaller than the bit period T b of the optical signal.
  • the sum of the amount of time delay due to the optical path length of is adjust as smaller Ri by bit period T. B.
  • the time delay of the reflected light of the sub-FBG 1 and sub FBG 4 is also small Ri by T b.
  • the grating periods of the four sub FBGs are determined and set so that the Bragg wavelengths of the four sub FBGs are substantially the same.
  • Fig. 7 shows an equivalent circuit of such a low-reflectance FBG-loaded ⁇ -phase shift FBG. If the input is g (t), the output is R lg (t) —R 2 g (t- ⁇ t) + R ag (t-2 ⁇ t)-R 4 g (t ⁇ 3 ⁇ t) Can be represented.
  • Figure 8 shows the reflected light wave output from sub FBG 1, the reflected light wave output from sub FBG 2, and the output from sub FBG 3 when the NR Z light wave is incident on the low reflectance FBG loaded ⁇ phase shift FB G20.
  • the reflected light wave output, the reflected light wave output from the sub-FBG 4, the combined output of the low reflectivity FBG loaded ⁇ phase shift FB G20, and the pseudo R ⁇ signal output from the detector 12 are shown.
  • the clock signal extraction device of the second embodiment is configured so that a wavelength difference ⁇ between the carrier wavelength of the optical signal from which the clock signal is to be extracted and the Bragg wavelength of ⁇ phase shift Bragg grating occurs.
  • the allowable wavelength difference ⁇ is increased, and the tolerance to wavelength shift is improved.
  • the first example uses a ⁇ phase shift FBG with two sub FBGs
  • the second example uses a low reflectivity FBG loaded with ⁇ phase shift FBGs with four sub FBGs.
  • a clock signal extraction method according to the present invention using a ⁇ phase shift FBG having 2 n (n is a positive integer) sub-FBG is a clock signal extraction method from an optical signal.
  • the mth (m is a positive integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n_1) and m + 1 sub-flag grating reflectivity is adjusted to be Rm and Rm + 1
  • the phase difference between the reflected light waves of the kth and 2n ⁇ k + 1 sub-Bragg gratings is ⁇ ′
  • the phase difference between the reflected light waves of the mth and m + 1th sub-Bragg gratings is respectively Low reflectivity Bragg adjusted to be ⁇ and adjusted to be smaller than the time delay ⁇ t force S between the reflected light waves and the bit period (T b ) of the optical signal from which the clock signal should be extracted
  • Grating loading ⁇ phase shift Bragg grating is used, and the optical signal from which the clock signal is to be extracted is guided from the first sub-Bragg grating side, and the above low reflectivity Bragg-dalling loading ⁇ phase-shifted Bragg grating is used to extract the reflected light wave and convert it into an electrical
  • the clock signal extraction device is a cucker signal extraction device from an optical signal, and 2 n (n is a positive integer) sub-plug gratings arranged in the optical waveguide via a gap.
  • FBG 1, FBG 2, ..., FBG 2 n 2 n sub-Brag gratings are arranged in the order of the first, second,..., Second n sub-Brag gratings, and k (k Is a positive integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n) and the reflectivity (R k, R 2 n— k + 1) of the second n—k + 1 sub-Bragg grating (FBG k, FBG 2 n—k + 1) )
  • the reflectivity of the m-th a positive integer greater than or equal to 1 and less than or equal to n
  • m + 1-th sub-Bragg grating is Rm ⁇ Rm + 1
  • An optical detector that converts it into an electrical signal and outputs it, and is connected to the output side of the optical detector, and has a narrow pass center frequency with a frequency corresponding to the inverse of the bit period (T b ) of the optical signal. It is equipped with a band pass filter.
  • the low reflectivity Bragg grating loading ⁇ phase shift Bragg grating device has 2 ⁇ ( ⁇ is a positive integer) sub-Bragg grating (FBG 1, FBG 2,..., FBG 2 n), and these 2 n sub-bragg gratings are the first, second, ..., 2 n sub-bragg gratings And the reflection of the kth (k is a positive integer between 1 and n) and the 2nd n — k + 1 sub-Bragg grating (FBG k, FBG 2 n-k + 1)
  • the ratios (R k, R 2 n-k + 1) are set to be substantially equal, and the m-th (m is a positive integer between 1 and n-1) and the m + 1 sub
  • the reflectance of the Bragg grating is adjusted to be R m and R m +1, and the phase difference between the reflected light waves of the kth and 2n-k + 1 sub-bragg gratings is ⁇ ,
  • phase difference between the reflected light waves of the mth and m + 1st sub-Bragg gratings is ⁇
  • time delay between the reflected light waves ⁇ t force, the bit of the optical signal from which the clock signal is to be extracted It is adjusted to be smaller than the period (T b ).

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Abstract

簡素な構成で高速光信号にも対応できるクロック信号抽出装置を提供する。π位相シフトファイバブラッググレーティング(π位相シフトFBG)10は,その2つのサブFBG1,サブFBG2の反射光波位相差がπとなり,かつ反射光波間時間遅延量Δtが光信号のビット周期Tbよりも小さくなるように調整されている。光信号がπ位相シフトFBGに入力する。π位相シフトFBG10から出力される反射光波にはNRZ光信号の立ち上がりと立ち下がりの位置でパルスが生じる。この反射光波は光サーキュレータ11を経て光検出器12で電気信号に変換され,さらに狭帯域通過フィルタ13を通してクロック信号が生成される。4つのサブFBG1～サブFBG4を有する低反射率ブラッググレーティング装荷π位相シフトブラッググレーティングを用いると,クロック信号抽出の波長ずれ耐性が向上する。

Description

光信号からクロ ック信号を抽出する方法 および装置
技術分野
明
この発明は， 光信号からクロック信号を抽出する装置および方法に関 し， 特に光ファイバ通信システムで一般的に用いられるオンオフキーィ ング NR Z (O OK— NR Z) 光信号か書らクロ ック信号を抽出するため に適した方法および装置に関する。
背景技術
通信システムにとってクロ ック抽出は必要不可欠な技術である。 光フ アイバ通信システムで一般的に用いられるオンオフキーィング N R Z (O O K— NR Z) ( NRZ： Non-Return-to-Zero) 光信号 （以下， NRZ 光信号という） では， 基本パルス波形が矩形パルスの場合は原理的にク ロ ック成分を持たず， NR Z光信号から直接クロック抽出を行う ことは できない。 一方， 実際に用いられる N R Z光信号の場合には， 基本パル ス波形が理想的な矩形パルスではないため微弱なクロック成分を有し， 伝送速度が数十 G bit/ s程度までは電気的処理によるクロ ック抽出も可 能である。 しかしそのクロック対変調成分比は低く， 抽出されるクロ ッ ク信号の S 比劣化やジッタ増大が懸念される。 さらに 100 G bit/ s を超える高速 NR Z光信号の場合には電気的処理ではクロック抽出を行 う ことは不可能なため， 光信号処理を併用してクロック抽出を可能とす る様々な方法が検討されている。 たとえば次の文献の報告がある。 M. L. Nielsen, J. D. Buron, J. Mork and B. Dagens, "All-optical Extraction of 40GHz component from 40 Gb/s NRZ data using Signal Processing in an SOA combined with optical filtering" , Technical Digest of OECC/COIN2004 , 16E3-3, pp884-885, July 2004。 こ の文献では半導体光増幅器（以下， S O A と レ、 う ）（ S O A ： Semiconductor Optical Amplifier) 中の非線形光学効果を利用し， S O Aに入力された N R Z光信号の立ち上がりまたは立ち下がりに擬似的な R Z信号を生成し， 電気信号用の狭帯域フィルタによってクロ ック成分 のみを切り 出すことによって 40 G bit/ s の N R Z光信号からクロック 抽出を行う方法が提案されている。 この方法は原理的には 100Gbit/s を超える高速 N R Z光信号にも対応可能であるが， 半導体光増幅器はク ロック抽出だけに用いるには高価すぎる。 発明の開示
この発明は， 簡素な構成でより高速の光信号にも対応可能なクロ ック 信号抽出方法および装置を提供するものである。
この発明はまた， クロ ック抽出の波長ずれ耐性を向上させたク ロ ック 信号抽出方法および装置を提供するものである。
この発明によるクロック信号抽出方法は， 光導波路内に間隙部を介し て配置された 2つのプラッググレーティ ングを有し， これらの 2つのブ ラッググレーティングによる反射光波間位相差が π となり， かつ上記反 射光波間時間遅延量が Δ t となるよ うに調整された π位相シフ トブラッ ググレーティングを用い， クロック信号を抽出すべき光信号を上記 π位 相シフ トブラッググレーティングに導き， かつ上記 π位相シフ トブラッ ググレーティングからの反射光波を取出して電気信号に変換し， この電 気信号を， 上記光信号のビッ ト周期 （T b ) の逆数に相当する周波数を 通過中心周波数とする狭帯域通過フィルタに通してク ロ ック信号を得る ものである。
一実施態様では， 上記ク ロ ック信号抽出方法において， 前記 2つのブ ラッググレーティ ングのうち， クロック信号を抽出すべき光信号を入射 する側のブラッググレーティ ングの光路長と， 前記 2つのブラッグダレ 一ティングに挟まれる間隙部の光路長は， 上記反射光波間時間遅延量 Δ t力 S， クロック信号を抽出すべき光信号のビッ ト周期 T b より も小さく なるよ うに調整された π位相シフ トグレーティングを用いる。
好ましい実施態様では， 前記 2つのブラッググレーティングの各々の 反射率は， これらの 2つのプラッググレーティ ングの反射光波強度が実 質的に同一となるよ うに定められている。
好ましい実施態様では， 前記 2つのブラッググレーティングのグレー ティング周期は， これらの 2つのブラッググレーティングのブラッグ波 長が実質的に同一となるよ うに定められている。
この発明によるクロ ック信号抽出装置は， 光導波路内に間隙部を介し て配置された 2つのブラッググレーティングを有し， これらの 2つのブ ラッググレーティングの反射光波間位相差が π となり， かつ上記反射光 波間時間遅延量が Δ t となるように調整された π位相シフ トブラッグダ レーティングと， クロック信号を抽出すべき光信号を上記 π位相シフ ト ブラッググレーティ ングに導き， かつ上記 π位相シフ トブラッググレ一 ティ ングからの反射光波を出力する光サーキュレークと， 上記光サーキ ユ レータから出力される上記反射光波を電気信号に変換して出力する光 検出器と， 上記光検出器の出力側に接続され， 上記光信号のビッ ト周期 ( T b ) の逆数に相当する周波数を通過中心周波数とする狭帯域通過フ ィルタ と を備えているものである。
一実施態様では， 上記 π位相シフ トグレーティ ングが， 前記 2つのブ ラ ッググレーティ ングの う ち， ク ロ ック信号を抽出すべき光信号を入射 する側のブラ ッダグレーティ ングの光路長と， 前記 2つのブラ ッグダレ 一ティ ン.グに挟まれる間隙部の光路長は， 上記反射光波間時間遅延量厶 t 力；， ク ロ ック信号を抽出すべき光信号のビッ ト周期 T b よ り も小さ く なるよ う に調整されたものである。
好ま しい実施態様では， 前記 2つのブラ ッググレーティ ングの各々の 反射率は， これらの 2つのブラ ッググレーティ ングの反射光波強度が実 質的に同一となるよ う に定められている。
好ま しい実施態様では， 前記 2つのブラ ッググレーティ ングのグレー ティ ング周期は， これらの 2つのブラ ッググレーティ ングのブラ ッグ波 長が実質的に同一となるよ う に定められている。
一実施態様では， 前記光導波路は光ファイバである。
他の実施態様では， 前記光導波路は平面型光導波路である。
この発明は， 光ファイバのコアにブラ ッググレーティ ングを形成した ファイバブラ ッググレーティ ング （以下， F B Gとレ、 う） と平面型光導 波路にブラ ッググレーティ ングを形成したデバイスなどに適用が可能で あるが， 以下では F B Gを例にと って説明する。
この発明による と， π位相シフ トフアイパブラ ッググレーティ ング（以 下， π位相シフ ト F B Gとレ、う） を用いている。 π位相シフ ト F B Gは 2つのサブファイバブラ ッググレーティ ング （以下， サブ F B G という） を有している。 ク ロ ックを抽出すべき光信号を π位相シフ ト F B Gに導 入する。 π位相シフ ト F B Gにおいて， 前段のサブ F B Gの反射光と後 段のサブ F B Gの反射光との間には， π位相シフ ト F B Gの間隙部で時 間遅延量 （ A t ) (光信号のビッ ト周期 （T b ) よ り も小さい） と π の 位相差が与えられる。 すなわち， π位相シフ ト F B Gは差分器と して機 能し， π位相シフ ト F B Gから得られる出力光信号 （上記の 2つの反射 光の合成光信号） は， 各サブ F B Gの反射光が時間的に重なる部分で上 記反射光波間位相差 πにより干渉しあい打ち消しあう。 ク ロ ッ クを抽出 すべき光信号 （たとえば N R Z光信号） の立ち上がり部と立ち下がり部 において， 上記の時間遅延量 （ A t ) に相当するパルス幅の光パルスが 立ち， また立ち下がり部の光パルスの振幅は立ち上がり部の光パルスに 対して位相が π異なることから， 立ち上がり部の光パルスを基準に考え ると負となる。 この光パルスを光検出器で電気信号に変換することによ り， 立ち下がり部に立つ振幅が負の光パルスの極性が正となる電気パル ス信号 （擬似 R Z信号と呼ぶ） となる。 この電気パルス信号は， 元の'光 信号 （N R Z光信号） の立ち上がり と立ち下がりの位置にパルスを有す ることから， パルス間隔は元の光信号の ビッ ト周期（T b ) の整数倍（最 小間隔は T b ) となり， 強いクロック成分を有する。 この電気パルス信 号を狭帯域通過フィルタに通すこ と で元の N R Z光信号のク ロ ック成分 を取り出すことが出来る （これがクロ ック抽出である）。
以上のようにして， この発明によると， 簡素な構成により， 上述した 従来の手法に比べて擬似的な R Zパルス密度が 2倍と成ることからよ り 強いクロ ック信号を取り出すことが出来る。 また， π位相シフ ト F B G の前段のサブ F B Gの長さと間隙部の長さの和を短くすることによ り時 間遅延量 （ A t ) を小さくすれば， より高速の （ビッ ト周期 （T b ) が より短い） 光信号に対応することが可能となる。
この発明は上述のクロック抽出方法および装置に好適に用いられる π 位相シフ ト F B Gも提供している。
この π位相シフ ト F B Gは， ブラッググレーティング装置であって， 光導波路内に間隙部をおいて配置された 2つのブラッググレーティング を有し， これらの 2つのブラッググレ一ティングの反射光波間位相差が π となり， かつ上記反射光波間時間遅延量が Δ t となるよ うに調整され たものである。
一実施態様では， 前記 2つのブラッググレーティングのうち， クロッ ク信号を抽出すべき光信号を入射する側のブラッググレーティングの光 路長と， 前記 2つのブラッググレーティ ングに挟まれる間隙部の光路長 は， 上記反射光波間時間遅延量 Δ t力 クロック信号を抽出すべき光信 号のビッ ト周期 T b より も小さくなるよ うに調整されている。
好ましい実施態様では， 前記 2つのブラッグダレ一ティングの各々の 反射率は， これらの 2つのブラッググレーティ ングの反射光波強度が実 質的に同一となるよ うに定められている。
好ましい実施態様では, 前記 2つのブラッググレーティングのグレー ティング周期は, これらの 2つのブラッググレーティ ングのブラッグ波 長が実質的に同一となるよ うに定められている。
一実施態様では， 前記 2つのブラッググレ一ティングのうち少なく と も 1つはアポダイズグレーティングである。
他の実施態様では， 前記光導波路は光ファイバである。
さらに他の実施態様では， 前記光導波路は平面型光導波路である。 この発明によるクロック信号抽出の波長のずれ耐性を向上させたク口 ック信号抽出方法は， 光導波路内に間隙部を介して配置された 4つの第 1 , 第 2， 第 3 , 第 4のサブブラッググレーティ ング （F B G 1， F B G 2 , F B G 3 , F B G 4 ) を有し， これらの 4つのサブブラッググレ 一ティ ングが第 1 , 第 2 , 第 3 , 第 4のサブブラッググレーティ ングの 順で配置され， かつ第 1 と第 4のサブブラッググレーティ ング （F B G 1， F B G 4 ) の反射率 （ R 1， R 4 ) は第 2 と第 3のサブブラッググ レーティング （F B G 2 , F B G 3 ) の反射率 （R 2 , R 3 ) よ り も低 くなるよ うに調整され， 第 1 と第 2のサブブラッググレーティ ングの反 射光波間の位相差， 第 2 と第 3のサブブラッググレーティングの反射光 波間の位相差， 第 3 と第 4のサブブラッググレーティングの反射光波間 の位相差がそれぞれ π となり，かつ上記反射光波間の時間遅延量 Δ t力 クロ ック信号を抽出すべき光信号のビッ ト周期 （T b ) よ り も小さくな るよ うに調整された低反射率ブラッググレーティング装荷 π位相シフ ト ブラッググレーティングを用い， これにク口 ック信号を抽出すべき光信 号を第 1のサブブラッググレーティング側から導き， かつ上記低反射率 ブラッググレーティ ング装荷 π位相シフ トブラッググレーティングから の反射光波を取出して電気信号に変換し， この電気信号を上記光信号の ビッ ト周期 （T b ) の逆数に相当する周波数を通過中心周波数とする狭 帯域通過フィルタに通してク口 ック信号を得るものである。
この構成によって，ク ロ ック信号を抽出すべき光信号の搬送波波長と， π位相シフ トブラッググレーティ ングのブラッグ波長に波長差 Δ えが生 じた場合に， 許容できる波長差 Δ えが増加している。
好ましい実施態様では， 上記 4つのサブブラッグダレーティ ングの う ち， 第 1のサブブラッググレーティング （ F B G 1 ) の光路長 （ L 1 ) および第 1 と第 2のサブブラッググレーティング （ F B G 1 , F B G 2 ) に挟まれる間隙部の光路長 （ L g l ) の和 （ L l + L g l ) と， 第 2のサ ブブラッググレーティング （ F B G 2 ) の光路長 （ L 2 ) および第 2 と 第 3のサブブラッググレーティング （ F B G 2， F B G 3 ) に挟まれる 間隙部の光路長 （ L g 2 ) の和 （ L 2 + L g 2 ) と， 第 3のサブブラッグ グレーティング （F B G 3 ) の光路長 （ L 3 ) および第 3 と第 4のサブ ブラッググレーティング （ F B G 3， F B G 4 ) に挟まれる間隙部の光 路長 （ L g 3 ) の和 （ L 3 + L g 3 ) は， 隣接する 2つのサブブラ ッググ レーティングによる反射光波間の時間遅延量△ tの和が， クロック信号 を抽出すべき光信号のビッ ト周期 （T b ) より も小さく なるよ うに調整 された低反射率ブラッググレーティング装荷 π位相シフ トプラッググレ 一ティングを用いる。
好ましい一実施態様では， 上記 4つのサブブラッググレーティングの うち， 第 1 と第 4のサブブラッグダレ一ティ ングの反射率 （ R 1， R 4 ) と， 第 2 と第 3のサブブラッググレーティングの反射率 ( R 2 , R 3 ) は， それぞれこれらの 2つのサブブラッググレーティ ング対の反射光波 強度が実質的に同一となるよ うに定められている。 すなわち， R 1 =R 4 , R 2 =R 3のよ うに定められてレヽる。
さらに好ましい実施態様では， 前記 4つのサブブラッググレーティン グのグレーティング周期は， これらの 4つのサブブラッググレーティン グのブラッグ波長が実質的に同一となるように定められている。
この発明によるクロック抽出装置は， 光導波路内に間隙部を介して配 置された 4つの第 1， 第 2 , 第 3 , 第 4のサブブラッググレーティ ング (F B G l , F B G 2 , F B G 3 , F B G 4 ) を有し， これらの 4つの サブブラッググレーティングが第 1， 第 2， 第 3 , 第 4のサブブラッグ グレーティングの順で配置され， かつ第 1 と第 4のサブブラッググレー ティ ング （F B G l , F B G 4 ) の反射率 （R l , R 4 ) は第 2 と第 3 のサブブラッググレーティング （ F B G 2， F B G 3 ) の反射率（ R 2 , R 3 ) よ り も低く なるよ うに調整され， 第 1 と第 2のサブブラッググレ 一ティングの反射光波間の位相差， 第 2 と第 3のサブブラッググレーテ ィングの反射光波間の位相差， 第 3 と第 4のサブブラッググレーティン グの反射光波間の位相差がそれぞれ π となり， かつ上記反射光波間の時 間遅延量 Δ tが， クロック信号を抽出すべき光信号のビッ ト周期 T b よ り も小さく なるよ うに調整された低反射率ブラッググレーティング装荷 π位相シフ トブラッググレーティング， クロック信号を抽出すべき光信 号を上記低反射率ブラッググレーティング装荷 π位相シフ トブラッググ レ一ティングにその第 1のサブブラッググレーティング側から導き， か つ上記低反射率ブラッググレーティング装荷 π位相シフ トブラッグダレ 一ティングからの反射光波を出力する光サーキュレータ， 上記光サ一キ ユレータから出力される上記反射光波を電気信号に変換して出力する光 検出器， および上記光検出器の出力側に接続され， 上記光信号のビッ ト 周期 （T b ) の逆数に相当する周波数を通過中心周波数とする狭帯域通 過フィルタを備えているものである。
このクロック抽出装置においても， 波長ずれ耐性が高まる。
上記実施態様はこのクロ ック抽出装置にもあてはまる。
さらに一実施態様においては， 上記光導波路は光ファイバである。 他 の実施態様においては上記光導波路は平面型光導波路である。
この発明はさらに波長ずれ耐性を高められるブラッグダレ一ティング 装置を提供している。 すなわち， このブラッググレーティ ング装置は， 光信号からのクロ ック信号抽出に用いられるものであって， 光導波路内 に間隙部を介して配置された 4つの第 1， 第 2 , 第 3， 第 4のサブブラ ッググレーティング （F B G l , F B G 2 , F B G 3， F B G 4 ) を有 し， これらの 4つのサブブラッググレーティングが第 1 , 第 2， 第 3 , 第 4のサブブラッググレーティングの順で配置され， かつ第 1 と第 4の サブブラッググレーティング （ F B G 1 , F B G 4 ) の反射率 （ R 1 , R 4 ) は第 2 と第 3のサブブラッググレーティ ング （ F B G 2 , F B G 3 ) の反射率 （R 2， R 3 ) より も低く なるよ うに調整され， 第 1 と第 2のサブブラッグダレーティングの反射光波間の位相差， 第 2 と第 3の サブブラッググレーティングの反射光波間の位相差， 第 3 と第 4のサブ ブラッググレーティ ングの反射光波間の位相差がそれぞれ π となり， か つ上記反射光波間の時間遅延量 Δ tが， クロック信号を抽出すべき光信 号のビッ ト周期 T b よ り も小さ く なるよ うに調整されていることを特 徴とするものである。
上記の実施態様はこのブラッググレーティング装置にもあてはまる。 図面の簡単な説明
第 1図は， 第 1実施例のクロック信号抽出装置の全体的構成を示す。 第 2図は π位相シフ ト F B Gの詳細構成を示す。
第 3図は π位相シフ ト F B Gが差分器と して働く ことを示す等価回 路図である
第 4図は 第 1図に示す装置の各ブロックの入出力信号波形を示す波 形図である
第 5図は 第 2実施例のク ロ ック信号抽出装置の全体的構成を示す。 第 6図は 低反射率 F B G装荷 π位相シフ ト F B Gの詳細構成を示す。 第 7図は 低反射率 F B G装荷 π位相シフ ト F B Gが差分器と して働 く ことを示す等価回路図である。
第 8図は， 第 5図に示す装置の各ブロックの入出力信号波形を示す波 形図である。 発明を実施するための最良の形態
第 1図は NR Z光信号からクロック信号を抽出（生成と言ってもよレ、） する第 1実施例による装置の全体的構成を示すものである。
π位相シフ ト F B G (ファイバプラッググレーティング） 10は， コア とその周囲のクラッ ド層とからなる光ファイバであり， その拡大図を第 2図に示すように， 光の入出力端 （第 2図に示す π位相シフ ト F B G10 の左端） から少し内部に入った位置において， 光ファイバのコアに， 前 段のサブ F B G 1 と後段のサブ F B G 2 とが形成されており， これらの 2つのサブ F B G 1 ,サブ F B G 2 との間に間隙部（ gap )が存在する。 サブ F B G 1 , サブ F B G 2は， ブラッグ回折を生じさせる屈折率変化 によるグレーティング （回折格子） である。
この π位相シフ ト F B G 10は， 次の 2つの機能を持つ。
(1) π位相シフ ト F B Gの入出力端から入射した光波のうち， 前段のサ ブ F B G 1で反射して入出力端に戻る反射光波と， 後段のサブ F B G 2 で反射して入出.力端に戻る反射光波との間に， ブラッグ波長； L b におい て πの位相差があること。
この機能を実現するためには， 上記の 2つの反射光波間の光路差 を， ブラッグ波長 λ b の （ 2 k + 1 ) Z 2倍 （ kは整数） とする。
たとえばコアを感光性樹脂で形成し， 紫外光を照射して各部分の光路 長を調整することにより， またはコアを感熱性樹脂で形成し加熱して各 部分の光路長を調整することによ り，上記光路差の微調整が可能である。
ここで L g は間隙部の長さ， n。 は間隙部の屈折率， L i はサブ F B G 1 の長さ， δ η ! はサブ F B G 1 の屈折率変調量である。
(2) 後段のサブ F B G 2で反射して入出力端に戻る反射光波はサブ F B G 1で反射して入出力端に戻る反射光波よ り も時間 Δ t遅れるが， サ ブ F B G 1 とサブ F B G 2の反射光波間のこの時間遅延量 Δ t力 クロ ック信号を抽出すべき N R Z光信号のビッ ト周期 T b よ り も小さいこ と。
サブ F B G 1 とサブ F B G 2 との反射光波間時間遅延量 Δ tは次式で 表わされる。 '
Δ t = 2 { n 。 （L g + ） + δ n , L！ } / c
ここで cは光速である。
時間遅延量 A tは， 主に， 間隙部の長さ L g と， 前段のサブ F B G 1 の長さ L t によ り定まり， これらを小さくすれば時間遅延量 Δ t を小さ くすることができる。 また， 微調整は上述のよ うに紫外光照射， 加熱等 による光路長の調整で行う ことができる。
上記の 2つの特徴をもつ π位相シフ ト F B Gは第 3図に示すように光 の差分器を実現する機能をもつと把握することができる。
第 3図において， g (t) はサブ F B G 1による反射光波を， g ( t — Δ t )は Δ t の遅延時間を持つサブ F B G 2による反射光波を， — 1はサブ F B G 1 とサブ F B G 2による反射光波間の π位相差を表わす。
位相シフ ト F B G 10から出力される合成された反射光波は
g (t)_ g ( t — Δ t )
と表わすことができる。
以上を前提に， 第 1図に示すク ロ ッ ク抽出装置の構成と動作を， 第 4 図に示す波形図を参照して説明する。 クロックを抽出すべき光信号 （N R Z光信号） は光サーキユ レータ 11 を経て π位相シフ ト F B G 10 の入 出力端に導入される。 上記の通り， π位相シフ ト F B G 10において， 前 段のサブ F B G 1の反射光と後段のサブ F B G 2の反射光との間には， π位相シフ ト F B Gの間隙部 （gap ) で時間遅延量 （ A t ) (光信号の ビッ ト周期 （T b ) より も'小さい） と πの位相差が与えられる。 すなわ ち， π位相シフ ト F B G 10は差分器と して機能し， π位相シフ ト F B G 10 から得られる出力光信号 （上記の 2つの反射光の合成光信号） では， 各サブ F B Gの反射光が時間的に重なる部分で上記反射光波間位相差 π により干渉し打ち消しあい， 立ち上がり部と立下り部において， 上記の 時間遅延量 （ A t ) に相当するパルス幅の位相が π異なる光パルスが立 つことになる。 便宜上第 4図では位相が π異なる :光パルスを負の振幅を 有するパルスと して表している。
π位相シフ ト F B G 10 から出力されるこの光パルスは光サーキユ レ ータ 11 を経て光検出器 12に与えられ， この光検出器 12で電気信号に 変換される。 これにより， 正， 負の光パルスが全て正の振幅を有する電 気パルス信号 （これを擬似 R Z信号と呼ぶ） となる （光検出器 12 は信 号振幅の絶対値の二乗をとる機能を有する）。 この擬似 R Z信号は， 元の 光信号 （N R Z光信号） の立ち上がり と立ち下がりの位置にパルスを有 することから， パルス間隔は元の光信号のビッ ト周期 （T b ) の整数倍 (最小間隔は T b ) と-なり， 強いク ロ ック成分を有する。 光検出器 12 の出力信号はビッ ト周期 T b の逆数 （ 1 / T b ) に相当する通過中心周 波数をもつ狭帯域の （高い Q値をもつ） 帯域通過フィルタ （B P F ) 13 に与えられる。 光検出器 12 の出力電気パルス信号 （擬似 R Z信号） の 持つ強調されたクロ ック成分が狭帯域通過フィルタ 13 により取出され る。 すなわち， 電気的クロ ック信号が生成される。
帯域通過フィルタ 13 の出力信号 （波形整形したものを含む） を光変 調器 （一定振幅の光信号を入力する） の制御信号と して用いることによ り， 光変調器から光ク ロ ック信号を得ることもできる。
このよ うにして， 第 1図に示す装置によると， 簡素な構成により， 従 来の手法より強いク ロ ック信号を得るこ とが可能となる。 また， π位相 シフ ト F B G 10 の前段のサブ F B G 1の長さ L i , または間隙部の長 さ L g を短くすることによ り時間遅延量 （ A t ) を小さくすれば， よ り 高速の （ビッ ト周期 （T b ) がより短い） 光信号に対応することが可能 となる。
第 5図は N R Z光信号からクロック信号を抽出（生成と言っても,よい） する第 2実施例による装置の全体的構成を示すものである。
低反射率 F B G装荷 π位相シフ ト F B G 20は， コアとその周囲のクラ ッ ド層とからなる光ファイバであり，その拡大図を第 6図に示すよ うに， 光の入出力端から少し内部に入った位置において， コアに， 第 1のサブ F B G l , 第 2のサブ F B G 2， 第 3のサブ F B G 3および第 4のサブ F B G 4 とが形成されており， これらの 4つのサブ F B G 1ないしサブ F B G 4の隣接するものの間に間隙部 （gap ) が存在する。 サブ F B G 1ないしサブ F B G 4は， ブラッグ回折を生じさせる屈折率変化による グレーティング （回折格子） である。
この低反射率 F B G装荷 π位相シフ ト F B G20においては， 4つのサ ブ F B Gが第 1 , 第 2， 第 3， 第 4のサブ F B Gの順で配置され， かつ 第 1 と第 4のサブ F B G 1， F B G 4の反射率 R l， R 4が第 2 と第 3 のサブ F B G 2， F B G 3の反射率 R 2， R 3より も低く なるよ うに調 整されている。 たとえば， 2 R 1 = R 2 =R 3 = 2 R 4である。
また， 第 1 と第 2のサブ F B Gの反射光波間の位相差， 第 2 と第 3の サブ F B Gの反射光波間の位相差， 第 3 と第 4のサブ F B Gの反射光波 間の位相差がそれぞれ π となり， かつ上記反射光波間の時間遅延量厶 t が， クロック信号を抽出すべき光信号のビッ ト周期 T b よ り も小さく な るように調整されている。
好ましく は， 上記低反射率 F B G装荷 π位相シフ ト F B Gにおいて， 上記 4つのサブブラッググレーティングのうち， 第 1のサブ F B G 1の 光路長 L 1および第 1 と第 2のサブ F B G l , F B G 2に挟まれる間隙 部の光路長 L g lの和 （ L l + L g l) と， 第 2のサブ F B G 2の光路長 L 2および第 2 と第 3のサブ F B G 2， F B G 3に挟まれる間隙部の光 路長 L g 2の和 （ L 2 + L g 2) と， 第 3のサブ F B G 3の光路長 L 3お よび第 3 と第 4のサブ F B G 3 , F B G 4に挟まれる間隙部の光路長 L g 3の和 （ L 3 + L g 3) は， 瞵接する 2つのサブブラッググレーティ ン グによる反射光波間の時間遅延量 Δ tの和が， ク ロ ック信号を抽出すベ き光信号のビッ ト周期 T b より も小さくなるように調整される。
すなわち， （ L l + L g l) + ( L 2 + L g 2) + ( L 3. + L g 3 ) の長さ の光路長による時間遅延量の和がビッ ト周期 T .b よ り小さく なるよ う に調整されている。 別の表現でいう と， サブ F B G 1 とサブ F B G 4の 反射光の時間的遅延が T b よ り も小さい。
好ましくは， 上記 4つのサブ F B Gのうち， 第 1 と第 4のサブ F B G 1 , F B G 4の反射率 R l , R 4 と， 第 2 と第 3のサブ F B G 2， F B G 3の反射率 R 2 , R 3は， それぞれこれらの 2つのサブ F B G対の反 射光波強度が実質的に同一となるよ うに定められている。 すなわち， R 1 = R 4 , R 2 -R 3のよ うに定められている。
さらに好ましくは， 前記 4つのサブ F B Gのグレーティング周期は， これらの 4つのサ F B Gのブラッグ波長が実質的に同一となるよ うに定 められてレヽる。
このよ うな低反射率 F B G装荷 π位相シフ ト F B Gの等価回路が第 7 図に示されている。 入力を g (t)とする と， 出力は， R l g (t)— R 2 g (t - Δ t)+ R a g (t- 2 Δ t)- R 4 g (t~ 3 Δ t)と表わすことができる。
第 8図は， NR Z光波が上記の低反射率 F B G装荷 π位相シフ ト F B G20に入射したときのサブ F B G 1からの反射光波出力，サブ F B G 2 からの反射光波出力， サブ F B G 3からの反射光波出力， サブ F B G 4 からの反射光波出力，低反射率 F B G装荷 π位相シフ ト F B G20の合成 出力および検出器 12から出力される疑似 R Ζ信号を示している。
第 2実施例のクロ ック信号抽出装置は， クロ ック信号を抽出すべき光 信号の搬送波波長と， π位相シフ トブラッググレーティ ングのブラッグ 波長に波長差 Δ えが生じた場合に， 許容できる波長差 Δ えが増加するも のとなり， 波長ずれ耐性が向上するものとなっている。
第 1実施例は 2つのサブ F B Gを持つ π位相シフ ト F B Gを用いてお り， 第 2実施例は 4つのサブ F B Gをもつ低反射率 F B G装荷 π位相シ フ ト F B Gを用いた例である。 一般に 2 n個 （ nは正の整数） のサブ F B Gを持つ π位相シフ ト F B Gを用いたこの発明によるク ロ ック信号抽出方法は， 光信号からのクロ ック信号抽出方法であって， 光導波路内に間隙部を介して配置された 2 η個 （ ηは正の整数） のサブブラッググレーティ ング （ F B G 1 , F Β G 2 , · · · , F B G 2 η ) を有し， これらの 2 η個のサブブラッグダレ 一ティ ングが第 1， 第 2， · · · ， 第 2 ηのサプブラッググレーティ ング の順で配置され， かつ第 k ( kは 1以上 n以下の正の整数） と第 2 n— k + 1のサブブラッググレーティング （ F B G k , F B G 2 n— k + 1 ) の反射率 （R k， R 2 n - k + 1 ) は実質的に同等であるよ うに設定さ れ， かつ第 m ( mは 1以上 n _ 1以下の正の整数） と第 m + 1のサブフ" ラッググレーティ ングの反射率は R mく R m + 1 となるように調整され 第 k と第 2 n— k + 1のサブブラッググレーティングの反射光波間の位 相差がそれぞれ π となり'， かつ第 mと第 m + 1のサブブラッググレーテ ィングの反射光波間の位相差がそれぞれ π となり， かつ上記反射光波間 の時間遅延量 Δ t力 S ,ク ロ ック信号を抽出すべき光信号のビッ ト周期（ T b ) よ り も小さく なるよ うに調整された低反射率ブラッググレーティ ン グ装荷 π位相シフ トブラッググレーティ ングを用レ、， これにク ロ ック信 号を抽出すべき光信号を第 1 のサブブラッググレーティ ング側から導き, かつ上記低反射率ブラッグダレ一ティング装荷 π位相シフ トブラッググ レーティングからの反射光波を取出して電気信号に変換し， この電気信 号を上記光信号のビッ ト周期 （T b ) の逆数に相当する周波数を通過中 心周波数とする狭帯域通過フィルタに通してク ロ ック信号を得るもので ある。
この発明によるクロック信号抽出装置は， 光信号からのク口ック信号 抽出装置であって， 光導波路内に間隙部を介して配置された 2 n個 （n は正の整数）のサブプラッググレーティング（ F B G 1， F B G 2 , · · · , F B G 2 n ) を有し， これらの 2 n個のサブブラ ッググレーティングが 第 1 , 第 2， · · · ， 第 2 nのサブブラッググレーティ ングの順で配置さ れ， かつ第 k ( kは 1以上 n以下の正の整数） と第 2 n— k + 1のサブ ブラッググレーティ ング （ F B G k， F B G 2 n— k + 1 ) の反射率 （ R k , R 2 n— k + 1 ) は実質的に同等であるよ'うに設定され， かつ第 m (mは 1以上 n— 1以下の正の整数） と第 m + 1 のサブブラッググレー ティ ングの反射率は Rm< Rm+ 1 となるよ うに調整され， 第 k と第 2 n— k + 1のサブブラッググレーティ ングの反射光波間の位相差がそれ ぞれ π となり， かつ第 mと第 m + 1のサブプラッググレーティングの反 射光波間の位相差がそれぞれ π となり， かつ上記反射光波間の時間遅延 量 Δ 1:力 ク ロ ッ ク信号を抽出すべき光信号のビッ ト周期 （T b ) より も小さく なるよ うに調整された低反射率ブラッググレーティング装荷 π 位相シフ トブラッググレーティング， ク ロ ッ ク信号を抽出すべき光信号 を上記低反射率ブラ ッググレーティ ング装荷 π位相シフ トブラッググレ —ティングにその第 1のサブブラッググレーティング側から導き， かつ 上記低反射率ブラッググレーティング装荷 π位相シフ トブラッググレー ティングからの反射光波を出力する光サーキュレータ， 上記光サーキュ レータから出力される上記反射光波を電気信号に変換して出力する光検 出器， および上記光検出器の出力側に接続され， 上記光信号のビッ ト周 期 （T b ) の逆数に相当する周波数を通過中心周波数とする狭帯域通過 フィルタを備えたものである。
この発明による低反射率ブラッググレーティ ング装荷 π位相シフ トブ ラッググレーティング装置は， 光導波路内に間隙部を介して配置された 2 η個 （ ηは正の整数） のサブブラッググレーティング （F B G 1 , F' B G 2， . . ·， F B G 2 n ) を有し， これらの 2 n個のサブブラッググ レーティ ングが第 1 , 第 2， · · · ， 第 2 nのサブブラッググレーティン グの順で配置され， かつ第 k ( kは 1以上 n以下の正の整数） と第 2 n — k + 1のサブブラッググレーティ ング ( F B G k , F B G 2 n - k + 1 ) の反射率 （R k , R 2 n - k + 1 ) は実質的に同等であるよ うに設 定され， かつ第 m (mは 1以上 n— 1以下の正の整数） と第 m+ 1のサ ブブラッググレーティ ングの反射率は R mく R m + 1 となるように調整 され， 第 k と第 2 n - k + 1のサブブラッググレーティ ングの反射光波 間の位相差がそれぞれ π となり， かつ第 mと第 m + 1のサブブラッググ レーティングの反射光波間の位相差がそれぞれ π となり， かつ上記反射 光波間の時間遅延量 Δ t力 , ク ロ ック信号を抽出すべき光信号のビッ ト 周期 （T b ) よ り も小さく なるよ うに調整されたものである。

Claims

請求の範囲
1 . 光信号からのクロ ック信号抽出方法であって，
光導波路内に間隙部を介して配置された 2つのブラッググレーティ ン グを有し， これらの 2つのブラッググレーティ ングによる反射光波間位 相差が π となり， かつ上記反射光波間時間遅延量が Δ t となるよ うに調 整された π位相シフ トブラッググレーティングを用い，
クロック信号を抽出すべき光信号を上記 π位相シフ トブラッググレー ティングに導き， かつ上記 π位相シフ トブラッググレーティングからの 反射光波を取出して電気信号に変換し，
この電気信号を， 上記光信号のビッ ト周期 （T b ) の逆数に相当する 周波数を通過中心周波数とする狭帯域通過フィルタに通してク ロ ック信 号を得る，
クロック信号抽出方法。
2 . 光信号からのクロック信号抽出装置であって，
光導波路内に間隙部を介して配置された 2つのブラッググレーティ ン グを有し， これらの 2つのブラッググレーティ ングの反射光波間位相差 が π となり， かつ上記反射光波間時間遅延量が Δ t となるように調整さ れた π位相シフ トブラッググレーティ ングと，
ク ロ ック信号を抽出すべき光信号を上記 π位相シフ トブラッググレー ティングに導き， かつ上記 π位相シフ トブラッググレーティングからの 反射光波を出力する光サーキユ レータと， '
上記光サーキユ レータから出力される上記反射光波を電気信号に変換 して出力する光検出器と，
上記光検出器の出力側に接続され， 上記光信号のビッ ト周期 （T b ) の逆数に相当する周波数を通過中心周波数とする狭帯域通過フィルタと， を備えたク ロ ック信号抽出装置。
3 . 光導波路内に間隙部をおいて配置された 2つのブラッグダレーティ ングを有し， これらの 2つのブラッググレーティングの反射光波間位相 差が π となり， かつ上記反射光波間時間遅延量が Δ t となるように調整 された， 光信号からクロック信号を抽出するために用いられる π位相シ フ トブラッググレーティング装置。
4 . 光信号からのクロック信号抽出方法であって， 光導波路内に間隙部 を介して配置された 4つの第 1， 第 2， 第 3， 第 4のサブブラッググレ 一ティング （F B G l , F B G 2 , F B G 3 , F B G 4 ) を有し， これ らの 4つのサブブラッググレーティングが第 1 , 第 2， 第 3， 第 4のサ ブブラッググレーティ ングの順で配置され， かつ第 1 と第 4のサブブラ ッググレーティ ング （ F B G 1， F B G 4 ) の反射率 （ R 1 , R 4 ) は 第 2 と第 3のサブブラッググレーティング ( F B G 2 , F B G 3 ) の反 射率 （R 2 , R 3 ) より も低く なるよ うに調整され， 第 1 と第 2のサブ ブラッググレーティングの反射光波間の位相差， 第 2 と第 3のサブブラ ッググレーティ ングの反射光波間の位相差， 第 3 と第 4のサブブラッグ グレーティングの反射光波間の位相差がそれぞれ π となり， かつ上記反 射光波間の時間遅延量 Δ tが， クロック信号を抽出すべき光信号のビッ ト周期 （T b ) より も小さくなるように調整された低反射率ブラッググ レーティング装荷 π位相シフ トヅラッググレーティングを用い，
これにクロック信号を抽出すべき光信号を第 1 のサブプラッググレー ティング側から導き， かつ上記低反射率ブラッググレーティング装荷 π 位相シフ トブラッググレーティングからの反射光波を取出して電気信号 に変換し，
この電気信号を上記光信号のビッ ト周期 （T b ) の逆数に相当する周 波数を通過中心周波数とする狭帯域通過フイルクに通してク ロ ック信号 を得る，
ク ロ ック信号抽出方法。
5. 光信号からのク ロ ック信号抽出装置であって， 光導波路内に間隙部 を介して配置された 4つの第 1， 第 2， 第 3， 第 4のサブブラ ッグダレ 一ティ ング （F B G 1 , F B G 2 , F B G 3 , F B G 4 ) を有し， これ らの 4つのサブブラ ッググレーティ ングが第 1 , 第 2 , 第 3 , 第 4のサ ブブラ ッググレーティ ングの順で配置され， かつ第 1 と第 4のサブブラ ッググレーティ ング （ F B G 1， F B G 4 ) の反射率 （ R 1 , R 4 ) は 第 2 と第 3のサブブラ ッググレーティ ング （ F B G 2， F B G 3 ) の反 射率 （R 2 , R 3 ) よ り も低く なるよ う に調整され， 第 1 と第 2のサブ ブラ ッググレーティ ングの反射光波間の位相差， 第 2 と第 3のサブブラ ッググレーティ ングの反射光波間の位相差， 第 3 と第 4のサブブラ ッグ グレーティ ングの反射光波間の位相差がそれぞれ π となり ， かつ上記反 射光波間の時間遅延量 Δ t力 ク ロ ック信号を抽出すべき光信号のビッ ト周期 （T b ) よ り も小さ く なるよ う に調整された低反射率ブラ ッグダ レーティ ング装荷 π位相ジフ トブラ ッググレーティ ング，
ク ロ ック信号を抽出すべき光信号を上記低反射率ブラ ッググレーティ ング装荷 π位相シフ トブラ ッググレーティ ングにその第 1のサブブラ ッ ググレーティ ング側から導き， かつ上記低反射率ブラ ッググレーティ ン グ装荷 π位相シフ トブラ ッググレーティ ングからの反射光波を出力する 光サーキュ レータ，
上記光サーキユ レータから出力される上記反射光波を電気信号に変換 して出力する光検出器， および
上記光検出器の出力側に接続され， 上記光信号のビッ ト周期 （T b ) の逆数に相当する周波数を通過中心周波数とする狭帯域通過フィルタ， を備えたク ロ ック信号抽出装置。
6. 光導波路内に間隙部を介して配置された 4つの第 1， 第 2 , '第 3 , 第 4のサブブラ，ッググレーティ ング （ F B G 1 , F B G 2 , F B G 3 , F B G 4 )を有し， これらの 4つのサブブラ ッグダレ一ティ ングが第 1， 第 2， 第 3， 第 4のサブブラ ッググレーティ ングの順で配置され， かつ 第 1 と第 4のサブブラ ッググレーティ ング （ F B G 1， F B G 4 ) . の反 射率 （ R 1 , R 4 ) は第 2 と第 3のサブブラ ッググレーティ ング （ F B G 2 , F B G 3 ) の反射率 （R 2 , R 3 ) よ り も低く なるよ う に調整さ れ， 第 1 と第 2のサブブラ ッググレーティ ングの反射光波間の位相差， 第 2 と第 3のサブブラ ッググレーティ ングの反射光波間の位相差， 第 3 と第 4のサブブラ ッググレーティ ングの反射光波間の位相差がそれぞれ π となり ， かつ上記反射光波間の時間遅延量 Δ t力 ク ロ ック信号を抽 出すべき光信号のビッ ト周期 T b よ り も小さ く なる よ う に調整されて いるこ とを特徴とする， 光信号からク ロ ック信号を抽出するために用い られる低反射率ブラ ッググレーティ ング装荷 π位相シフ トブラ ッググレ 一ティ ング装置。
7. 光信号からのク ロ ック信号抽出方法であって， 光導波路内に間隙部 を介して配置された 2 η個 （ηは正の整数） のサブブラ ッグダ-レーティ ング （F B G 1， F B G 2 , - · · , F B G 2 η ) を有し， これらの 2 η 個のサブブラ ッググレーティ ングが第 1， 第 2， · · · ， 第 2 ηのサブブ ラ ッググレーティ ングの順で配置され， かつ第 k ( kは 1以上 n以下の 正の整数）と第 2 n— k + 1のサブブラ ッググレーティ ング（F B G k , F B G 2 n— k + 1 ) の反射率 （R k , R 2 n - k + 1 ) は実質的に同 等であるよ う に設定され， かつ第 m (mは 1以上 n— 1以下の正の整数） と第 m + 1のサブブラ ッググレーティ ングの反射率は R mく R m + 1 と なるよ う に調整され， 第 k と第 2 n— k + 1のサブブラ ッググレーティ ングの反射光波間の位相差がそれぞれ π となり ， かつ第 mと第 m+ 1の サブブラッググレーティングの反射光波間の位相差がそれぞれ π となり， かつ上記反射光波間の時間遅延量 Δ t力 クロ ック信号を抽出すべき光 信号のビッ ト周期 （T b ) よ り も小さく なるよ うに調整された低反射率 ブラッググレーティ ング装荷 π位相シフ トブラッググレーティングを用 レヽ，
これにクロック信号を抽出すべき光信号を第 1 のサブブラッグダレー ティング側から導き， かつ上記低反射率ブラッググレーティング装荷 π 位相シフ トブラッググレーティングからの反射光波を取出して電気信号 に変換し，
この電気信号を上記光信号のビッ ト周期 （T b ) の逆数に相当する周 波数を通過中心周波数とする狭帯域通過フィルタに通してクロック信号 を得る，
ク ロ ック信号抽出方法。
8. 光信号からのクロック信号抽出装置であって， 光導波路内に間隙部 を介して配置された 2 n個 + ( nは正の整数） のサブブラッグダレーティ ング （F B G l , F B G 2 , - · · ， F B G 2 n ) を有し， これらの 2 n 個のサブブラッググレーティングが第 1 , 第 2， · · · ， 第 2 nのサブブ ラッググレーティングの順で配置され， かつ第 k (kは 1以上 n以下の 正の整数）と第 2 n― k + 1のサブプラッググレーティ ング（ F B G k , F B G 2 n - k + l ) の反射率 （R k， R 2 n - k + 1 ) は実質的に同 等であるよ うに設定され， かつ第 m (mは 1以上 n— 1以下の正の整数） と第 m + 1のサブブラ ッググレーティングの反射率は R mく R m + 1 と なるよ うに調整され， 第 k と第 2 n— k + 1 のサブブラッググレーティ ングの反射光波間の位相差がそれぞれ π となり， かつ第 mと第 m+ 1の サブブラッググレーティングの反射光波間の位相差がそれぞれ π となり， かつ上記反射光波間の時間遅延量 Δ t力 , ク ロ ック信号を抽出すべき光 信号のビッ ト周期 （T b ) よ り も小さ く なるよ う に調整された低反射率 ブラ ッググレーティ ング装荷 π位相シフ トブラ ッググレーティ ング， ク ロ ック信号を抽出すべき光信号を上記低反射率プラ ッググレーティ ング装荷 π位相シフ トブラ ッググレーティ ングにその第 1のサブブラ ッ ググレーティ ング側から導き， かつ上記低反射率ブラ ッググレーティ ン グ装荷 π位相シフ トブラ ッググレーティ ングからの反射光波を出力する 光サーキュ レータ，
上記光サーキユ レータから出力される上記反射光波を電気信号に変換 して出力する光検出器， および
上記光検出器の出力側に接続され， 上記光信号のビッ ト周期 （T b ) の逆数に相当する周波数を通過中心周波数とする狭帯域通過フィルタ， を備えた .ク ロ ック信号抽出装置。
9. 光導波路内に間隙部を介して配置された 2 n個 （ nは正の整数） の サブブラ ッググレーティ ング （ F B G 1 , F B G 2， · · ·， F B G 2 n ) を有し， これらの 2 n個のサブブラ ッ ググレーティ ングが第 1 , 第 2 , · · ， ， 第 2 nのサブブラ ッググレーティ ングの順で配置され， かつ 第 k ( kは 1以上 n以下の正の整数） と第 2 n— k + 1のサブブラ ッグ グレーティ ング （F B G k , F B G 2 n - k + l ) の反射率 （R k , R 2 n— k + 1 ) は実質的に同等であるよ う に設定され， かつ第 m (mは 1以上 n _ 1以下の正の整数） と第 m+ 1のサブブラ ッググレーティ ン グの反射率は Rm< Rm+ 1 となるよ う に調整され， 第 k と第 2 n - k + 1のサブブラ ッググレーティ ングの反射光波間の位相差がそれぞれ π とな り ， かつ第 mと第 m + 1のサブブラ ッググレーティ ングの反射光波 間の位相差がそれぞれ π となり， かつ上記反射光波間の時間遅延量厶 t が， ク ロ ック信号を抽出すべき光信号のビッ ト周期 （ T b ) よ り も小さ く なるよ う に調整された低反射率ブラ ッググレーティ ング装荷 π位相シ フ トブラ ッググレーティ ング装置。
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