(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各チャネルごとに所定のビットレートを有するＮチャネル（Ｎは２以上の整数）の光信号を時分割多重してビットレートｆとなった超高速光信号を入力して分配する光分岐器と、
前記光分岐器で分配されたビットレートｆの超高速光信号を入力し、その超高速光信号に同期した周波数ｆ／ｋ（ｋは自然数）のタイミングクロックを出力するタイミング抽出回路と、
クロックトラッキング手段から与えられる位相制御された周波数ｆ／ｋのタイミングクロックを分配し、各チャネルのビットレートに応じてそれぞれ逓倍し、かつ各チャネルの位相に合わせたタイミングクロックおよび位相調整用のタイミングクロックを生成するクロック生成手段と、
前記位相調整用のタイミングクロックにより駆動される光変調器で超高速光信号から所定のチャネルの光信号を時分割分離し、その光信号を電気信号に変換し、その電気信号と前記タイミング抽出回路から出力される周波数ｆ／ｋのタイミングクロックとを位相比較し、両者が一致するようにタイミングクロックの位相を制御して前記クロック生成手段に与える前記クロックトラッキング手段と、
前記クロック生成手段から出力される各チャネルの位相に合わせたタイミングクロックにより駆動され、前記光分岐器で分配された超高速光信号から各チャネルの光信号を時分割分離して出力する各チャネル対応の光変調器とを備え、
前記光変調器は電界吸収型光変調器である
ことを特徴とする光信号処理装置。
【請求項２】
光分岐器からタイミング抽出回路および各光変調器へ分配される各光信号遅延量を等しく設定したことを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
【請求項３】
超高速光信号のビットレートｆは１００Ｇbit/s 以上を有し、かつ光変調器を駆動するタイミングクロック周波数の２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の光信号処理装置。
【請求項４】
請求項１〜４のいずれかに記載の光信号処理装置の構成に加えて、
各光変調器で時分割分離された各チャネルの光信号と、各チャネルごとに新たに挿入される光信号とを入力し、各チャネルごとにその一方を選択して出力するチャネル選択回路と、
前記チャネル選択回路で選択された各チャネルの光信号に所定の遅延を与え、時間スロットの入れ替えを行う光遅延制御部と、
前記周波数ｆ／ｋのタイミングクロックに同期した周波数ｆのクロック光パルスを出力するクロック光源と、
前記クロック光パルスと前記光遅延制御部から出力される各チャネルの光信号のアンドをとり、時分割多重されたビットレートｆの超高速光信号を出力する時分割多重部と
を備えたことを特徴とする光信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のチャネルの光信号を光領域で時分割多重した 100Ｇbit/s を越える超高速光信号を入力し、各チャネルの光信号に時分割分離する光信号処理装置に関する。また、時分割分離した光信号を各チャネルごとに通過または分岐・挿入する光信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、 100Ｇbit/s を越える超高速光信号の処理は、電気信号処理速度限界を越えるので、光非線形現象を利用した方法を用いて電気信号処理可能な低速度の光信号に時分割分離した上で処理する方法がとられている。例えば、１チャネル当たり10Ｇbit/s の光信号を10チャネル時分割多重して 100Ｇbit/s とした超高速光信号に対しては、この超高速光信号に同期した10ＧHzのタイミングクロックを抽出し、このタイミングクロックを用いて10Ｇbit/s 、10チャネルの光信号を時分割分離する。そのために、超高速光信号に同期したタイミングクロックを抽出する回路および光パルス時分割分離回路が用いられる。
【０００３】
超高速光信号に同期したタイミングクロックの抽出回路としては、例えば特開平７−２８７２６４号公報（光相関検出回路および光クロック位相同期ループ回路）に記載のものがある。これには、光領域で時分割多重された超高速光信号から、その光信号に同期し、そのビットレートの整数分の１の周波数のタイミングクロックを抽出する回路構成が開示されている。
【０００４】
また、超高速光信号から任意のチャネルの光信号を時分割分離する光パルス時分割分離回路としては、光信号とそのチャネルに同期したクロック光パルスとの相互作用による光非線形現象を用いる構成が知られている。この構成では、位相シフタや光遅延線等を用いて選択するチャネルごとに所定の遅延量を有するクロック光パルスを生成する光源と、光非線形処理部と、光非線形処理部で光非線形現象を生じさせるのに十分な光パワーを得るための高出力光増幅器が必要になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来構成では、時分割分離するチャネル数が増えるに従ってクロック光パルスの数も増え、クロック光パルス光源の構成が複雑になるとともに、動作が不安定になる問題があった。すなわち、複数のクロック光パルスにそれぞれ所定の遅延量を設定しても、その後の複数の光非線形処理部を安定に動作させることが難しく、同期外れを起こす問題点があった。したがって、 100Ｇbit/s を越える超高速光信号を入力し、光非線形現象を利用して各チャネルの光信号を時分割分離することは容易ではなかった。
【０００６】
本発明は、超高速光信号とクロック光パルスの光非線形現象を用いて時分割分離する構成ではなく、超高速光信号のビットレートの半分以下のクロック周波数で動作可能な光変調器を用い、安定に 100Ｇbit/s を越える超高速光信号を各チャネルの光信号に時分割分離することができる光信号処理装置を提供することを目的とする。また、この構成によって時分割分離した光信号を各チャネルごとに通過または分岐・挿入する光信号処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光信号処理装置は、光分岐器と、タイミング抽出回路と、クロック生成手段と、各チャネル対応の光変調器とにより構成される。タイミング抽出回路は、各チャネルごとに所定のビットレートを有するＮチャネル（Ｎは２以上の整数）の光信号を時分割多重してビットレートｆとなった超高速光信号を入力し、その超高速光信号に同期した周波数ｆ／ｋ（ｋは自然数）のタイミングクロックを出力する。クロック生成手段は、クロックトラッキング手段から与えられる周波数ｆ／ｋのタイミングクロックを分配し、各チャネルのビットレートに応じてそれぞれ逓倍し、かつ各チャネルの位相に合わせたタイミングクロックおよび位相調整用のタイミングクロックを生成する。各光変調器は、各チャネルの位相に合わせたタイミングクロックにより駆動され、光分岐器で分配された超高速光信号から各チャネルの光信号を時分割分離して出力する。
【０００８】
また、クロック生成手段から位相調整用として出力されるタイミングクロックにより駆動される光変調器で時分割分離された光信号を電気信号に変換し、その電気信号とタイミング抽出回路から出力される周波数ｆ／ｋのタイミングクロックとを位相比較し、両者が一致するようにタイミングクロックの位相を制御してクロック生成手段に与えるクロックトラッキング手段を備える。
【０００９】
また、時分割分離した光信号を各チャネルごとに通過または分岐・挿入する光信号処理装置は、以上の構成に加えて、各光変調器で時分割分離された各チャネルの光信号と、各チャネルごとに新たに挿入される光信号とを入力し、各チャネルごとにその一方を選択して出力するチャネル選択回路と、チャネル選択回路で選択された各チャネルの光信号に所定の遅延を与え、時間スロットの入れ替えを行う光遅延制御部と、周波数ｆ／ｋのタイミングクロックに同期した周波数ｆのクロック光パルスを出力するクロック光源と、クロック光パルスと光遅延制御部から出力される各チャネルの光信号のアンドをとり、時分割多重されたビットレートｆの超高速光信号を出力する時分割多重部とを備える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の光信号処理装置の第１の実施形態を示す。本実施形態では、40Ｇbit/s の光信号が２チャネル、20Ｇbit/s の光信号が２チャネル時分割多重され、120 Ｇbit/s のビットレートを有する超高速光信号が入力されるものとする。
【００１１】
図において、ビットレートｆ（＝ 120Ｇbit/s ）の超高速光信号は、光分岐器１１によりタイミング抽出回路１２および各光変調器１３−０〜１３−４へ分配される。タイミング抽出回路１２では、超高速光信号に同期した周波数ｆ／ｋ（ｋは自然数、ここではｋ＝６、ｆ／ｋ＝20ＧHz）のタイミングクロックを出力する。このタイミングクロックは、位相制御器１４、クロック分配器１５、光変調器駆動回路１６を介して各光変調器１３−０〜１３−４の駆動信号となる。また、光変調器１３−０の出力光信号を電気信号に変換する光検出器１７、位相比較器１８、位相制御器１４により、クロックトラッキング手段が構成される。
【００１２】
位相制御器１４は、タイミングクロックの位相を位相比較器１８から出力される誤差信号に従って制御する。クロック分配器１５は、位相制御されたタイミングクロックを５分配する。光変調器駆動回路１６は、５分配された各タイミングクロックに対して、時分割多重された各チャネルのビットレートに応じて逓倍し、各チャネルの位相に同期するように所定の遅延を与え、さらに光変調器を駆動可能なレベルまで電気増幅し、所定のバイアス電圧を付加して光変調器１３−０〜１３−４に入力する。
【００１３】
ここで、各光変調器１３−０〜１３−４の駆動クロックは、図２に示すようにそれぞれ20ＧHz、40ＧHz、40ＧHz、20ＧHz、20ＧHzとし、さらに各ビットレートに応じたチャネルの位相に合わせることにより、各チャネルの光信号が時分割分離される。
【００１４】
クロックトラッキング手段は、安定な時分割分離動作のために必要に応じて設けられるものである。光変調器１３−０で時分割分離された光信号は光検出器１７で電気信号に変換され、その電気信号とタイミング抽出回路１２から出力されるタイミングクロックが位相比較器１８で位相比較され、両者が一致するように位相制御器１４によってクロック分配器１５へのタイミングクロック位相を制御する。すなわち、クロックトラッキング手段により、タイミング抽出回路１２で抽出されたタイミングクロックが各光変調器へ分配される際に受ける遅延ゆらぎが補償される。これにより、装置内温度等の変化により、分配されるタイミングクロックに遅延ゆらぎが生じても、安定な光変調器出力を得ることができる。
【００１５】
以上の構成において、光分岐器１１の入力からタイミング抽出回路１２および各光変調器１３−０〜１３−４への光信号遅延を等しく設定することにより、光変調器１３−１〜１３−４で各チャネルの光信号を時分割分離することができる。さらに、タイミング抽出回路１２で抽出されるタイミングクロックが、装置内温度等の変化により各光変調器１３へ分配される際に受ける遅延ゆらぎを補償できるので、安定に光変調器を駆動することができる。これにより、 100Ｇbit/s を越える超高速光信号を各チャネルの光信号に時分割分離することができる。
【００１６】
（第２の実施例）
図３は、本発明の光信号処理装置の第２の実施例を示す。本実施形態では、20Ｇbit/s の光信号が５チャネル時分割多重され、100 Ｇbit/s のビットレートを有する超高速光信号が入力されるものとする。
【００１７】
図において、ビットレートｆ（＝ 100Ｇbit/s ）の超高速光信号は、光分岐器１１によりタイミング抽出回路１２および各光変調器１３−０〜１３−５へ分配される。タイミング抽出回路１２では、超高速光信号に同期した周波数ｆ／ｋ（ｋは自然数、ここではｋ＝５、ｆ／ｋ＝20ＧHz）のタイミングクロックを出力する。このタイミングクロックは、位相制御器１４、クロック分配器１５、光変調器駆動回路１６を介して各光変調器１３−０〜１３−４の駆動信号となる。また、光変調器１３−０の出力光信号を電気信号に変換する光検出器１７、位相比較器１８、位相制御器１４により、クロックトラッキング手段が構成される。なお、クロックトラッキング手段については第１の実施形態と同様である。
【００１８】
位相制御器１４は、タイミングクロックの位相を位相比較器１８から出力される誤差信号に従って制御する。クロック分配器１５は、位相制御されたタイミングクロックを７分配する。光変調器駆動回路１６は、各タイミングクロックに対して時分割多重された各チャネルの位相に同期するように所定の遅延を与え、さらに光変調器を駆動可能なレベルまで電気増幅し、所定のバイアス電圧を付加して光変調器１３−０〜１３−５に入力する。
【００１９】
光変調器１３−１〜１３−５から出力された光信号は、それぞれ光検出器１７−１〜１７−５で20Ｇbit/s の電気信号に変換される。すなわち、 100Ｇbit/s の超高速光信号が５チャネルの20Ｇbit/s の電気信号に時分割分離される。各チャネルの20Ｇbit/s の電気信号は、クロック分配器１５から出力されるタイミングクロックによって駆動される時分割分離回路１９に入力され、各チャネルごとにさらに８チャネルに時分割分離され、合計で40チャネルの 2.5Ｇbit/s の電気信号に変換される。
【００２０】
（第３の実施例）
図４は、本発明の光信号処理装置の第３の実施例を示す。
本実施形態の特徴は、第１の実施形態の構成において、光変調器１３−１〜１３−４で時分割分離される各チャネルの光信号の分岐・挿入を行う構成を付加したところにある。
【００２１】
光変調器１３−１〜１３−４で時分割分離された各チャネルの光信号はチャネル選択回路２１に入力され、そのまま通過するか、挿入ポートから入力された挿入信号と入れ替えに分岐ポートへ分岐信号として出力される。チャネル選択回路２１から出力される各チャネルの通過信号または挿入信号は、光遅延制御部２２で各チャネル間の時間スロットの入れ替えを行い、時分割多重部２３に入力される。時分割多重部２３は光アンド回路（例えば四光波混合回路）で構成され、クロック光源２４から出力されるクロック光パルスと各チャネルの通過信号または挿入信号のアンドをとり、各チャネルの光信号が時分割多重して出力される。
【００２２】
なお、チャネル選択回路２１に入力される各チャネルの挿入信号は、遅延制御部２５でタイミング抽出回路１２から出力されるタイミングクロックに同期がとられる。また、光遅延制御部２２およびクロック光源２４も、同じタイミングクロックに同期して動作する。
【００２３】
また、クロックトラッキング手段を構成する光変調器１３−０、光検出器１７、位相比較器１８、位相制御器１４は、第１の実施形態のものと同様であり、必要に応じて備えられる。
【００２４】
ところで、以上説明した各実施形態におけるチャネル数およびビットレートの値は一例であり、その他の値に設定しても同様である。また、光変調器としては、駆動するクロックに対して透過光信号特性が高速である電界吸収型光変調器が好適であるが、その他にも干渉型光スイッチ等の公知の光変調器を用いることができる。また、光分岐器１１としては、光ファイバカプラまたは石英系光導波路を用いることができる。また、位相比較器１８では、種々の公知技術により各信号を低周波信号に変換した後に位相比較する構成としてもよい。
【００２５】
（第４の実施例）
図５は、本発明の光信号処理装置の第４の実施例を示す。
本実施形態の特徴は、第３の実施形態におけるタイミング抽出回路１２に用いられる光変調器と、各チャネルの光信号を時分割分離する光変調器を共通化したところにある。また、入力される超高速光信号のビットレートは 100Ｇbit/s であり、その内の10Ｇbit/s の光信号の分岐・挿入を行うものとする。また、通過するチャネルと分岐・挿入するチャネルが異なるものとする。
【００２６】
タイミング抽出回路１２は、40ＧHz光変調器３１、光検出器３２、ミキサ３３、位相比較器３４、10ＧHzＶＣＯ３５、逓倍器（×４）３６により構成される。10ＧHzＶＣＯ３５の出力信号は、逓倍器３６で４逓倍されて40ＧHz信号となり、40ＧHz光変調器３１を駆動する。ビットレート 100Ｇbit/s の超高速光信号は40ＧHz光変調器３１で変調され、その出力光に含まれる20ＧHz成分（基本繰り返し成分の周囲の光変調サイドバンド間ビート成分）が光検出器３２で検出される。光検出器３２から出力される20ＧHz信号はミキサ３３で10ＧHz信号に変換され、基準信号となる10ＧHzＶＣＯ３５の出力信号と位相比較器３４で位相比較される。位相比較器３４は、誤差信号を10ＧHzＶＣＯ３５にフィードバックする。このようなＰＬＬ構成により、10ＧHzＶＣＯ３５から超高速光信号に同期した10ＧHzのタイミングクロックが得られる。
【００２７】
40ＧHz光変調器３１から出力される20Ｇbit/s の光信号は、さらに10ＧHz光変調器３７に入力されて10Ｇbit/s の光信号が得られる。このように、40ＧHz光変調器３１は、タイミングクロックの抽出とともに10Ｇbit/s の光信号の時分割分離に用いられる。
【００２８】
チャネル選択回路３８、時分割多重部３９、タイミング抽出回路１２で抽出されたタイミングクロックにより駆動される 100ＧHzクロック光源４０、は、図４におけるチャネル選択回路２１、時分割多重部２３、クロック光源２４に対応する。なお、図４における光遅延制御部２２は省略されている。また、タイミングクロックにより駆動される10Ｇbit/s 挿入信号源４１は、図４における遅延制御部２５と同様にタイミングクロックに同期した挿入信号を出力する。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光信号処理装置は、超高速光信号に同期し、周波数がそのビットレートの整数分の一のタイミングクロックを出力するタイミング抽出回路と、超高速光信号のビットレートの半分以下のクロック周波数で動作可能な光変調器を用いることにより、簡単な構成で安定に 100Ｇbit/s を越える超高速光信号を各チャネルの光信号に時分割分離することができる。また、時分割分離した光信号を各チャネルごとに通過または分岐・挿入し、さらに各チャネル間で時間スロットの入れ替えも行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光信号処理装置の第１の実施形態を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態における各光変調器を駆動するタイミングクロックを示す図。
【図３】本発明の光信号処理装置の第２の実施形態を示すブロック図。
【図４】本発明の光信号処理装置の第３の実施形態を示すブロック図。
【図５】本発明の光信号処理装置の第４の実施形態を示すブロック図。
【符号の説明】
１１  光分岐器
１２  タイミング抽出回路
１３  光変調器
１４  位相制御器
１５  クロック分配器
１６  光変調器駆動回路
１７  光検出器
１８  位相比較器
１９  時分割分離回路
２１  チャネル選択回路
２２  光遅延制御部
２３  時分割多重部
２４  クロック光源
３１  40ＧHz光変調器
３２  光検出器
３３  ミキサ
３４  位相比較器
３５  10ＧHzＶＣＯ（電圧制御発振器）
３６  逓倍器（×４）
３７  10ＧHz光変調器
３８  チャネル選択回路
３９  時分割多重部
４０   100ＧHzクロック光源
４１  10Ｇbit/s 挿入信号源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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