(57)【要約】【課題】より単純な構成で、入力光信号の偏光状態に依存することなく、光信号からそのビットレート周波数に一致した繰り返し周波数の再生光クロック信号を生成する。【解決手段】本発明の光クロック信号再生装置は、入力信号光の周波数に近似した繰返し周波数の、光パルス列の形のレーザ発振光を発振するモード同期レーザ素子と、直交する光軸間の屈折率差によって生じる偏波群遅延時間が直交偏波信号間で入力された光信号の信号時間間隔の自然数倍となる複屈折媒体を有し、外部から入力された入力信号光が複屈折媒体を通過することにより得られた直交偏波信号光に基づいて、少なくとも、モード同期レーザ素子の発振偏波方向と一致する偏光方向の信号光成分を、モード同期レーザ素子に与える信号光供給手段と、モード同期レーザ素子から発振された光パルス列の形のレーザ発振光に基づいて、再生光クロック信号を形成する光クロック信号形成手段とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された信号光のビットレート周波数に近似した繰返し周波数の、光パルス列の形のレーザ発振光を発振するモード同期レーザ素子と、
直交する光軸間の屈折率差によって生じる偏波群遅延時間が直交偏波信号間で前記入力された光信号の信号時間間隔の自然数倍となる複屈折媒体を有し、外部から入力された入力信号光が上記複屈折媒体を通過することにより得られた直交偏波信号光に基づいて、少なくとも、上記モード同期レーザ素子の発振偏波方向と一致する偏光方向の信号光成分を、上記モード同期レーザ素子に与える信号光供給手段と、
上記モード同期レーザ素子から発振された上記光パルス列の形の上記レーザ発振光に基づいて、再生光クロック信号を形成する光クロック信号形成手段と
を備えることを特徴とする光クロック信号再生装置。
【請求項２】
上記信号光供給手段が、上記複屈折媒体の出力端に接続するものであって、上記複屈折媒体の直交する光軸方向と互いに４５度の方向をなす方向の偏光方向の信号光成分のみを通過させると共に、光進行方向の逆方向に伝播する光を遮断する、偏光・進行方向選択部を備えることを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号再生装置。
【請求項３】
上記モード同期レーザ素子が、発振偏波方向と直交する偏光方向の信号光成分に対して、少なくとも光学利得を有さないものであり、
上記信号光供給手段の上記複屈折媒体が、その直交する光軸方向と互いに４５度の方向をなす方向が、上記モード同期レーザ素子の発振偏波方向と一致するように配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号再生装置。
【請求項４】
上記信号光供給手段が、上記複屈折媒体の入力端に接続するものであって、光信号方向の逆方向に伝播する光を遮断する進行方向選択部を有することを特徴とする請求項３に記載の光クロック信号再生装置。
【請求項５】
上記モード同期レーザ素子が、同一の共振器端面を介して、上記信号光の入力と上記発振レーザ光の出力とを行うものであり、
上記信号光供給手段及び上記光クロック信号形成手段がそれぞれ共有するものであって、上記複屈折媒体の直交する光軸方向と互いに４５度の方向をなす方向の偏光方向の光成分のみを通過させると共に、上記モード同期レーザ素子からの上記発振レーザ光を上記光クロック信号形成手段側に出力する偏光選択部を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号再生装置。
【請求項６】
上記信号光供給手段は、
上記複屈折媒体に置換して偏波群遅延時間が可変な可変複屈折媒体を有し、
上記可変複屈折媒体の出力端に接続されるものであって、上記可変複屈折媒体の直交する光軸方向と互いに４５度の方向をなす方向の偏光方向の信号光成分を第１のポートに出力させ、それと直交する偏光方向の信号光成分を第２のポートに出力させる偏光分離部と、
上記偏光分離部の第１のポートからの信号光成分の偏光面を４５度回転させて、上記モード同期レーザ素子の発振偏波方向と一致する偏光方向の信号光成分を、上記モード同期レーザ素子に与える偏光面回転部と、
上記偏光分離部の第２のポートからの信号光成分の波形を観測する波形観測部と、
上記入力信号光が上記可変複屈折媒体から出力されるときの、上記可変複屈折媒体の直交する光軸間での信号時間遅延が、上記入力信号光の信号時間間隔の自然数倍となるように、上記波形観測部からの観測結果に基づいて、上記可変複屈折媒体での偏波群遅延時間を制御する偏波群遅延時間制御部と
を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号再生装置。
【請求項７】
上記モード同期レーザ素子が、同一の共振器端面を介して、上記信号光の入力と上記発振レーザ光の出力とを行うものであり、
上記偏光分離部が、上記偏光面回転部を介して第２のポートから受け入れた、上記モード同期レーザ素子からの上記発振レーザ光を第３のポートから出力させ、上記光クロック信号形成手段に受け渡す
ことを特徴とする請求項６に記載の光クロック信号再生装置。
【請求項８】
上記光クロック信号形成手段が、光経路の反射戻り光を遮断する進行方向選択部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光クロック信号再生装置。
【請求項９】
上記光クロック信号形成手段が、上記発振レーザ光の所定の波長成分の光を遮断する波長フィルタを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光クロック信号再生装置。
【請求項１０】
上記信号光供給手段の手前に、入力ＮＲＺ信号光をＲＺ信号光に変換するＮＲＺ−ＲＺ変換手段を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の光クロック信号再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光クロック信号再生装置に関し、例えば、長距離大容量光ファイバ通信における光中継器等で用いられる光クロック信号再生装置に適用し得るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信ネットワークは、長距離大容量化の一途を辿っている。長距離大容量光ファイバ通信においては、光ファイバ伝送路における光損失や、光増幅器の多段使用によってもたらされるＳ／Ｎ比の劣化や、光ファイバの群速度分散や、光ファイバ中での非線形光学効果による波形ひずみなどの原因により、長距離伝搬後の光信号の品質劣化が生じる。そのため、ある程度の距離のファイバ伝送路長（数十ｋｍ〜数百ｋｍ）毎に設けられた中継器において、光信号の再生成が行われるのが一般的である。この中継器における主要な役割の一つに、クロック再生機能がある。すなわち、伝送後の歪んだ光信号から、そのビットレートに相当する周波数（以下、ビットレート周波数と呼ぶ）での連続的なパルス（あるいは正弦波状でも良い）出力を得る技術である。
【０００３】
このような、長距離光通信システムにおけるクロック再生技術として、従来用いられてきた方式は、以下のような方式である。すなわち、入力光信号をフォトダイオードなどで光電変換し、その電気出力を、その中心周波数が入力信号のビットレート周波数に近似する狭帯域な電気フィルタを通過させることで、ビットレート周波数の電気信号のみを選択的に取り出す方法である。その後、同電気信号を用いて半導体レーザなどの光パルスレーザ装置を動作させることで、繰り返しがビットレート周波数に一致する連続的な光パルス列、すなわち再生光クロックを得る方法である。
【０００４】
フォトダイオードの０／Ｅ変換特性は、一般に、入力光信号の偏波依存性が小さいため、従来の光通信システムで用いられてきた前記の光クロック再生装置は、入力光信号の偏波面に依存せず、安定なクロック再生動作が期待できた。
【０００５】
一方、光通信ネットワークはまた、大容量化の一途をも辿っている。波長チャンネルあたりの信号ビットレートを高速化する、光時分割多重（ＯＴＤＭ；Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄiｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式は、その将来有望な一方式である。このＯＴＤＭ方式を用いた場合、４０Ｇｂｉｔ／ｓないしはそれ以上の高ビットレートのクロック再生動作が必要となるが、このような高ビットレートのクロックを電子デバイスでは追随することが困難である。例えば、上述したフォトダイオードと電気狭帯域フィルタを用いた従来のクロック再生方法を適用しようとしても、第１に、既存フォトダイオードの動作速度が追随できない、第２に、対応する超高速周波数成分を抽出する電気狭帯域フィルタの開発がなされていない。そのため、上記従来のクロック再生方法では実現が困難である。
【０００６】
以上で説明した状況に鑑み、ＯＴＤＭ方式を採用した光通信ネットワークにおいて、超高速光信号からクロックを再生する方法としては、光電変換を行わず、光データ信号から
光クロックを直接再生して出力する、全光クロック再生方法が有望である。
【０００７】
全光クロック再生方法としては、従来、特許文献１、非特許文献１に開示のモード同期レーザを用いた方法が報告されている。すなわち、入力光信号のビットレート周波数に近似した繰り返しで光パルスを発生するモード同期レーザに、信号光を入力し、モード同期レーザのパルス繰り返しを入力信号光のデータレートに同期させることで光クロック再生を行う。
【０００８】
特許文献１においては、ファイバ型モード同期レーザを用いた全光クロック再生が述べられている。ここでは、データ光の入力によって、ファイバレーザ内を周回する光クロックパルスが、データ光との非線形光学効果の一種である、光カー効果に基づく相互位相変調（ＸＰＭ；Ｃｒｏｓｓ  Ｐｈａｓｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって変調されることにより、ファイバレーザ内の周回光クロックパルスが入力信号光と同期され、その結果、再生光クロックが得られる。
【０００９】
また、特許文献１及び非特許文献１では、可飽和吸収体による受動モード同期半導体レーザを用いた方法について述べられている。ここでは、データ光の入力によって、主として可飽和吸収体の吸収係数が変調されることにより、受動モード同期半導体レーザ内の周回光クロックパルスが入力信号光と同期され、結果、再生光クロックが得られる。
【００１０】
非特許文献２においては、繰り返し１６０ＧＨｚの受動モード同期半導体レーザを用いた、データレート１６０Ｇｂ／ｓでの全光クロック再生が報告されており、モード同期半導体レーザを用いた全光クロック再生技術が、ＯＴＤＭ信号のような、超高速光データ信号のクロック再生技術として有用であることを示している。
【特許文献１】特表平７−５０６２３１号公報
【特許文献２】特開２００４−３６３８７３号公報
【特許文献３】特開平６−８８９８１号公報
【非特許文献１】Ｔ．Ｏｎｏ，Ｔ．Ｓｈｉｍｉｚｕ，Ｙ．Ｙａｎｏ，ａｎｄ  Ｈ．Ｙｏｋｏｙａｍａ，“Ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｌｏｃｋ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  １０−Ｇｂｉｔ／ｓ  ｄａｔａ  ｐｕｌｓｅｓ  ｂｙ  ｕｓｉｎｇ  ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ  ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅｓ”，  ＯＦＣ’９５  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ，  ＴｈＬ４
【非特許文献２】Ｓ．Ａｒａｈｉｒａ  ａｎｄ  Ｙ．Ｏｇａｗａ，“Ｒｅｔｉｍｉｎｇ  ａｎｄ  ｒｅｓｈａｐｉｎｇ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｌｏｃｋ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ａｔ  １６０Ｇｂ／ｓ  ｉｎ  ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ  ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ”，  ＩＥＥＥＥ  Ｊｏｕｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｖｏｌ.４１  Ｎｏ．７，ｐｐ.９３７−９４４，２００５．
【非特許文献３】Ｈ．Ａ．Ｈａｕｓ，“Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  ｍｏｄｅ  ｌｏｃｋｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ａ  ｓｌｏｗ  ｓａｔｕｒａｂｌｅ  ａｂｓｏｒｂｅｒ”，  ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ｖｏｌ．ＱＥ−１１，Ｎｏ．９，ｐｐ．７３６−７４６，１９７５
【非特許文献４】Ｄ．Ｊ．Ｄｅｒｉｃｋｓｏｎ，  Ｒ．Ｊ．Ｈｅｌｋｅｙ，  Ａ．Ｍａｒ，Ｊ．Ｒ．Ｋａｒｉｎ，  Ｊ．Ｇ．  Ｗａｓｓｅｒｂａｕｅｒ，ａｎｄ  Ｊ．Ｅ．Ｂｏｗｅｒｓ，  “Ｓｈｏｒｔ  ｐｕｌｓｅ  ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ｍｕｌｔｉｓｅｇｍｅｎｔ  ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｌａｓｅｒｓ”，  ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．１０，ｐｐ.２１８６−２２０２，１９９２
【非特許文献５】盛岡敏夫“超高速全光スイッチに関する研究”，１９９５年１２月，早稲田大学大学院  理工学研究科，学位論文
【非特許文献６】塙雅典、藤本敏也、中村一彦“πシフトＦＢＧによる高速ＮＲＺ光信号からのクロック抽出”，２００５年電子情報通信学会総合大会，Ｂ−１０−１１１．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１、非特許文献１、非特許文献２で述べられた、モード同期レーザを用いた全光クロック再生方法の従来方式では、クロック再生動作が、入力光信号の偏光状態に大きく依存している。すなわち、入力光信号の偏波状態が、モード同期半導体レーザの発振偏波状態と合致している場合には良好なクロック再生動作が得られるのに対し、それらが直交している場合には良好なクロック再生動作が得られない。
【００１２】
一方、光信号の長距離光伝播媒体となる光ファイバ（通常シングルモード光ファイバ）は、偏波保存性を全く持っていない。従って、光ファイバの入力端において、正確にある一定の偏波状態に制御された光信号を入力しても、光ファイバの付設状態や、伝播経路中での周辺環境などによって、光ファイバ中を伝播している光信号の偏波面は無作為に回転し、出力端では、横偏波状態の信号成分と縦偏波状態の信号成分とを合わせ持つことになってしまう。
【００１３】
その結果、この出力光信号を受け入れたモード同期レーザの全光クロック再生動作は、不安定になってしまうという解決すべき課題が残されている。
【００１４】
この問題点を解決し、モード同期レーザの全光クロック再生動作の偏波面依存性を解消する手段が、特許文献２に開示されている。
【００１５】
特許文献２に記載の技術を、図２４を参照して簡単に説明する。入力光信号Ｓ１０を偏光ビームスプリッタ３−１は、受動モード同期半導体レーザの発振偏波面と一致した横偏波成分（Ｓ１１）と、これに直交した縦偏波成分（Ｓ１２）とに分離する。横偏波成分は、偏光状態を保ったまま受動モード同期半導体レーザ１４の一方の共振器端面Ｒに入力する。一方、縦偏波成分は、ファラディ素子１２により偏光状態が９０°回転され、受動モード同期半導体レーザ１４の発振偏波面に一致させた後に、受動モード同期半導体レーザ１４の他方の共振器端面Ｌに入力する。以上の構成を採用することで、入力光信号の偏波面依存性がない、全光クロック再生動作を提案している。
【００１６】
しかしながら、特許文献２の開示の手法においては、非特許文献１及び２や特許文献１に開示された手法に比べて、偏光ビームスプリッタ、位相調整器、ゲイン調整器等の新たな光学部品が複数個必要となり、またその装置構成も複雑となる。このことは、部品数の増加やアッセンブリの煩雑化によるコストの増大、さらには装置サイズの大型化をもたらす。光通信システムには、実用上、小型、構成の単純化、低コスト化が強く求められており、従って、特許文献２の開示の手法よりも、より単純な構成を有し、安価な装置提供が求められる可能性がある。
【００１７】
そこで、本発明は、より単純な装置構成を有し、かつ、入力光信号の偏光状態に依存することなく、光信号からそのビットレート周波数に一致した繰り返し周波数（クロック周波数）の再生光クロック信号を生成することが可能である、光クロック信号再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
かかる課題を解決するために、本発明の光クロック信号再生装置は、（１）入力された信号光のビットレート周波数に近似した繰返し周波数の、光パルス列の形のレーザ発振光を発振するモード同期レーザ素子と、（２）直交する光軸間の屈折率差によって生じる偏波群遅延時間が直交偏波信号間で前記入力された光信号の信号時間間隔の自然数倍となる複屈折媒体を有し、外部から入力された入力信号光が複屈折媒体を通過することにより得られた直交偏波信号光に基づいて、少なくとも、モード同期レーザ素子の発振偏波方向と一致する偏光方向の信号光成分を、モード同期レーザ素子に与える信号光供給手段と、（３）モード同期レーザ素子から発振された光パルス列の形のレーザ発振光に基づいて、再生光クロック信号を形成する光クロック信号形成手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、より単純な装置構成を有し、かつ、入力信号光の偏光状態に依存することなく、信号光からそのビットレート周波数に一致した繰り返し周波数（クロック周波数）の再生光クロック信号を生成することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明の光クロック信号再生装置を適用した第１の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図１は、第１の実施形態の光クロック信号再生装置１Ａの構成を説明するブロック構成図である。
【００２２】
図１において、第１の実施形態の光クロック信号再生装置１Ａは、モード同期半導体レーザ１００、複屈折媒体３０、偏波依存型光アイソレータ３１、結合レンズ３２及び３３、光アイソレータ３４、波長フィルタ３５、を少なくとも有して構成される。
【００２３】
図１において、Ｓ３０は、ビットレートがｆｂｉｔ−ｒａｔｅ（ｂｉｔ／ｓ）であり、偏波状態が不定の入力光信号（信号光）を示す。ここで、ビットレートに対応する周波数をビットレート周波数として定義とする。すなわち、ビットレートｆｂｉｔ−ｒａｔｅ（ｂｉｔ／ｓ）の入力光信号に対応するビットレート周波数はｆｂｉｔ−ｒａｔｅ（Ｈｚ）とする。また、入力光信号の信号時間間隔Ｔｂｉｔ−ｒａｔｅは、ビットレート周波数の逆数で与えられる。すなわち、ビットレートｆｂｉｔ−ｒａｔｅ（ｂｉｔ／ｓ）の入力光信号の信号時間間隔Ｔｂｉｔ−ｒａｔｅは、１／ｆｂｉｔ−ｒａｔｅ（ｓ）である。
【００２４】
モード同期半導体レーザ１００は、共振器端面Ｒ１、Ｌ１を有し、モード同期動作を生じたときに発生する光パルス列の繰り返し周波数が、入力光信号のビットレート周波数に近似した受動モード同期半導体レーザである。ここで、受動モード同期半導体レーザの繰り返し周波数が、入力光信号のビットレート周波数に近似した状態とは、入力光信号のビットレート周波数と、受動モード同期半導体レーザが生成する光パルス列の形の発振光の繰り返し周波数との差が、周波数引き込み現象が発現する程度に小さいことをいう。
【００２５】
また、モード同期半導体レーザ１００は、望ましくは、多電極構造を有する半導体レーザとする。さらに、モード同期半導体レーザ１００は、実用上の動作安定性を担保し、かつ、装置をより低コストに提供するという観点から、結合レンズなどを用いた外部共振器を構成しない、集積型半導体レーザとするのが望ましい。
【００２６】
図２は、モード同期半導体レーザ１００の構成例を示す図である。図２のモード同期半導体レーザ１００は、２電極受動モード同期半導体レーザの例を示す。モード同期半導体レーザ１００の素子構造としては、レーザ発振を得るための利得領域１０３と、モード同期動作のための光スイッチとして動作する可飽和吸収領域１０２とから構成される。利得領域１０３には、ｐ側電極１０７とｎ側共通電極１０８を介して定電流源１１０から電流印加され、また、可飽和吸収領域１０２には、ｐ側電極１０６とｎ側共通電極１０８を介して定電圧源１０９から逆バイアス電圧が印加されることで、受動モード同期動作が生じ、素子の共振器周回周波数の自然数倍に近似した繰り返し周波数の光パルス列を発生する。
【００２７】
受動モード同期半導体レーザ１００の素子構造は、図２に示された構造に限定されない。すなわち、受動導波路領域や、分布ブラッグ反射鏡領域が集積化された構造でも第１の実施形態の効果を得ることができる。また、パルス特性の向上などを目的に、利得領域を複数に分岐した構造でも構わない。また、これら利得領域、可飽和吸収領域、受動導波路領域、分布ブラッグ反射鏡領域の配置も特に限定されない。例えば、モード同期半導体レーザ内の光パルスの伝播方向に対して、可飽和吸収領域−利得領域−受動導波路領域の順に配置された素子構造を有していても良いし、可飽和吸収領域−受動導波路領域−利得領域の順に配置された素子構造を有していても良い。またその材料系も、所望とする動作波長によってＩｎＰ系、ＧａＡｓ系など、様々な化合物半導体を用いた受動モード同期半導体レーザに適用できる。さらにまた、用いる基板もｎドープ基板に限定されず、ｐドープ基板でも構わない。
【００２８】
また、以下で、光データ信号（以下で単純に光信号と呼ぶこともある）や光クロック信号の偏波方向及びその信号波形を模式的に説明する必要がある場合、紙面に垂直な偏光方向を有する直線偏波光をＴＥ偏波光と定義する。また、このＴＥ偏波光と直交する、紙面内の偏光方向を有する直線偏波光をＴＭ偏波光と定義する。また、受動モード同期半導体レーザ１００の発振偏波方向はＴＥ偏波と定義する。
【００２９】
複屈折媒体３０は、複屈折光学結晶や、複屈折光ファイバなどの、複屈折を有する複屈折媒体である。複屈折媒体３０としては、例えば、一軸性結晶、二軸性結晶、いずれのタイプの光学結晶でも使用できる。また、複屈折媒体３０としては、光学結晶である必要はなく、先に述べたような複屈折光ファイバなどのアモルファス材料や、又は高分子配向膜でも、後に述べる条件を満足するものであれば、広く適用することができる。
【００３０】
複屈折媒体３０は、後述する理由によって、その直交する光軸間の屈折率差によって生じる、直交した偏波の信号光間での偏波遅延時間差の総量が、ｎ×Ｔｂｉｔ−ｒａｔｅ（ｎ：ゼロでない整数）となるように、複屈折媒体３０の長さが調整されているものとする。また、複屈折媒体３０としては、入力光信号Ｓ３０の波長において、光損失がなるべく小さい、透明な媒体とするのが望ましい。あるいは、エルビウム添加複屈折光ファイバなどの光学利得がある複屈折媒体としても良い。
【００３１】
偏波依存型光アイソレータ３１は、入力される光のうち、一定の偏波方向の光のみを通過し、さらに光が逆行して入力されるときには、出力光が全て遮断される、いわゆる偏波依存型の光アイソレータである。このような偏波依存型光アイソレータ３１としては、従来から良く知られているように、例えば、偏光プリズム、ファラデー回転子、偏光板を用いて容易に作製することができ、また、これらを用いて作製した既存の光アイソレータを適用することができる。
【００３２】
ここで、偏波依存型光アイソレータ３１を通過する光の偏光方向と、複屈折媒体３０の光軸方向と、モード同期半導体レーザ１００の発振偏波方向とは、図３に示すような関係とする。
【００３３】
すなわち、偏波依存型光アイソレータ３１を通過して出力される光（図中で、光信号Ｓ３５の偏光方向と平行な光）の偏光方向は、モード同期半導体レーザ１００の発振偏波方向（ＴＥ偏波方向、ａｌ軸方向）と一致させる。また、偏波依存型光アイソレータ３１を通過して出力することが許される光が、偏波依存型光アイソレータ３１に入力されるときの偏光方向（ｚ１軸方向）は、複屈折媒体３０の直交する光軸方向（ｘ１軸、ｙ１軸）と互いに４５°の角をなすように設定する。
【００３４】
結合レンズ３２及び結合レンズ３３は、モード同期半導体レーザ１００の一方の共振器端面Ｌ１及び他方の共振器端面Ｒ１に設けられ、モード同期半導体レーザ１００と光ファイバ等との間を結合するための結合レンズである。
【００３５】
以上のように、光部品３０〜３２を通過する光経路は、光部品３０〜３２も含めて偏波保持光学系で構成されることが望ましい。もしくは、光経路内の適当な箇所、例えば、複屈折媒体３０と偏波依存型光アイソレータ３１とを接続する箇所や、偏波依存型光アイソレータ３１と結合レンズ３２とを接続する箇所に、偏波面保持を制御する偏波面コントローラを挿入することでも第１の実施形態の効果を得ることはできる。
【００３６】
また、モード同期半導体レーザ１００から出力される光クロック信号の光学経路には、反射戻り光による動作不安定性を回避するため、光アイソレータ３４が挿入されるのが望ましい。この光アイソレータ３４は、反射戻り光を遮断することができれば、先に述べた偏波依存型光アイソレータでも、あるいは、任意の偏波方向の光に対して一方方向にのみ通過する、いわゆる偏波無依存型の光アイソレータでも、どちらでも構わない。
【００３７】
また、モード同期半導体レーザ１００から出力される光クロック信号の光学経路には、光クロック信号の波長成分のみを通過し、入力光信号の波長成分の光を遮断する、光フィルタ３５を挿入するようにしてもよい。なお、光フィルタ３５としては、光クロック信号の波長成分のみを通過させることがでれば、既存の光フィルタを適用することができる。
【００３８】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態の光クロック信号再生装置１Ａの動作を図面を参照して説明する。第１の実施形態の光クロック信号再生装置１Ａの動作は、大別して、次の２つのステップにより実現される。
【００３９】
（Ａ）偏波不定の入力光信号Ｓ３０からＴＥ偏波の光信号Ｓ３５を得るステップ
（Ｂ）光信号Ｓ３５を入力することで再生光クロック信号Ｃ３１を発生するステップ。
【００４０】
まず、ステップ（Ａ）の動作について、図面を参照して説明する。
【００４１】
図１において、光ファイバ伝送網等を通過してきた、不定偏波光である入力光信号Ｓ３０が、複屈折媒体３０に入力される。
【００４２】
入力光信号Ｓ３０が複屈折媒体３０に入力すると、光信号は、複屈折媒体３０中の直交する光学軸ｘ１、ｙ１に平行な偏光成分に分離されて複屈折媒体３０内を伝播した後、複屈折媒体３０から出力する。複屈折媒体３０から出力される光信号のうち、光学軸ｘ１に平行な偏光成分を光信号Ｓ３１とし、光学軸ｙ１に平行な偏光成分を光信号Ｓ３２とする。
【００４３】
このとき、光信号Ｓ３１と光信号Ｓ３２との間には、複屈折媒体３０の複屈折機能により、それぞれの光搬送波に相対的な位相差（θ）及びそれぞれの波束における相対的な群遅延時間差（ΔＴ）が生じる。なお、単位長さ当たりの偏波群遅延時間差は、光通信の分野で偏波モード分散と呼ばれることもある。
【００４４】
ここで、光信号Ｓ３１及び光信号Ｓ３２の光搬送波の相対的な位相差θは、次式で表される。
【数１】
2008182470.tif 000003
【００４５】
ここで、λｓは入力光信号の波長、Δｎは複屈折媒体３０の有する複屈折、Ｌは複屈折媒体３０の長さを示す。
【００４６】
一方、それぞれの波束における相対的な群遅延時間差ΔＴは、複屈折媒体３０が入力光信号の波長において透明であるならば、次式で与えられる。
【数２】
2008182470.tif 000004
【００４７】
ここで、ｃは真空中での光速を示す。
【００４８】
ここで、複屈折媒体３０の長さは、後述するステップ（Ｂ）の説明する理由により、ΔＴが入力光信号Ｓ３０の信号時間間隔の自然数倍、すなわちｎＴｂｉｔ−ｒａｔｅ（ｎ：自然数）、となるように設定する。
【数３】
2008182470.tif 000005
【００４９】
ここで、複屈折媒体３０の長さ設計の方法の具体例を説明する。
【００５０】
例えば、複屈折媒体３０として、光通信で一般的に用いられているＰＡＮＤＡファイバを適用した場合を考える。ＰＡＮＤＡファイバのΔｎ（光ファイバの場合、モード複屈折と呼ばれる）は、波長１．５ミクロン帯の典型的な値として３×１０−４程度である。
【００５１】
そうすると、式（２）より、ＰＡＮＤＡファイバの偏波モード分散ΔＴは、おおよそ１ｐｓ／ｍ程度となる。今、入力光信号Ｓ３０のビットレートが４０Ｇｂ／ｓであるとすると、信号時間間隔Ｔｂｉｔ−ｒａｔｅは２５ｐｓとなる。
【００５２】
従って、ｎ＝１、すなわち偏波群遅延時間が１ビット分の時間差としたとき、式（３）を満足するＰＡＮＤＡファイバの長さは２５ｍとなる。
【００５３】
ＰＡＮＤＡファイバは、直径５ｃｍ程度のボビン等に巻いても著しい特性劣化がないことが知られている。また、その本線のサイズは直径４００ミクロン程度とすることができる。
【００５４】
従って、この程度の長さのＰＡＮＤＡファイバが装置に付加されても、装置サイズを大型化するほどの実装上の問題を生じない。また、既に市場に広く出回っているＰＡＮＤＡファイバを用いることで、コスト増大も抑えることができる。
【００５５】
また例えば、複屈折媒体３０として、光学結晶を適用した場合を考える。この場合、複屈折媒体３０は、複屈折によって生じる偏波群遅延時間が式（３）を満足するものであれば、一軸性結晶又は二軸性結晶のいずれでも構わない。
【００５６】
このとき、複屈折の大きな光学結晶を用いることで、よりコンパクトな装置構成が可能となる。例えば、近年、光通信用の光アイソレータ材料として用いられる、イットリウム・バナデート（ＹＶＯ４）結晶を用いた場合について試算してみる。
【００５７】
ＹＶＯ４結晶の屈折率ｎは、波長１．５５ミクロンにおいて、おおよそ１．９４４７（正常光に対して）、２．１４８６（異常光に対して）程度である。従って、複屈折Δｎは、これらの差をとって、０．２０３９程度となる。
【００５８】
また、今、入力光信号Ｓ３０のビットレートが４０Ｇｂｉｔ／ｓ（Ｔｂｉｔ−ｒａｔｅ＝２５ｐｓ）であり、ｎ＝１とすると、式（３）を満足するＹＶＯ４結晶の長さは約３６．８ｍｍとなる。この値は、先に述べたＰＡＮＤＡファイバを使った例に比べ、長さが約１／７００となる。すなわち、さらに小サイズな装置構成が可能となる。
【００５９】
また、式（３）から分かるように、入力光信号Ｓ３０のビットレートが増加すると信号時間間隔Ｔｂｉｔ−ｒａｔｅは減少するので、必要な群遅延時間差ΔＴは減少する。すなわち、光信号のビットレートが高くなるほど、複屈折媒体３０のサイズを小型化でき、その結果、装置サイズを小型化できる。
【００６０】
このことは、第１の実施形態の光クロック信号再生装置１Ａが、高ビットレートの光信号への応用を想定していることに鑑みると、適用ビットレートが高くなるに従い装置サイズの小型化がなされ、産業応用上好ましい。
【００６１】
図１の動作の説明に戻る。複屈折媒体３０から光信号Ｓ３１及び光信号Ｓ３２が出力されると、光信号Ｓ３１及び光信号Ｓ３２はそれぞれ、偏波依存型光アイソレータ３１に入力する。また、偏波依存型光アイソレータ３１から出力される光信号Ｓ３５は、結合レンズ３２を介して、モード同期半導体レーザ１００に入力する。
【００６２】
ここで、偏波依存型光アイソレータ３１を通過する通過偏光方向をｚ１とする。また、この通過偏光方向ｚ１に直交する偏光方向をｗ１とする。このとき、ｚ１及びｗ１の軸方向は、光信号Ｓ３１及び光信号Ｓ３２の偏光方向のそれぞれと４５°の角をなす。
【００６３】
すなわち、このことは、偏波依存型光アイソレータ３１を通過することができる光信号が、光信号Ｓ３１及び光信号Ｓ３２を合成して得られる、ｚ１と平行な偏光方向の光信号Ｓ３３のみであることを意味する。一方、光信号Ｓ３１及び光信号Ｓ３２を合成して得られる、ｗ１と平行な偏光方向の光信号Ｓ３４は、偏波依存型光アイソレータ３１を通過できず、遮断される。
【００６４】
また、偏波依存型光アイソレータ３１を通過することができる光信号の偏光方向は、モード同期半導体レーザ１００の発振偏波方向（ＴＥ偏波方向）と一致する。そのため、偏波依存型光アイソレータ３１から出力する光信号Ｓ３５の偏光方向は、モード同期半導体レーザ１００の発振偏波方向（ＴＥ偏波方向）に一致する。
【００６５】
つまり、モード同期半導体レーザ１００に入力する光信号Ｓ３５の偏波方向は、はじめの入力光信号Ｓ３０の偏波状態にかかわらず、常に、モード同期半導体レーザ１００の発振偏波方向に一致し、ＴＥ偏波光とすることができる。
【００６６】
このことは、光部品３０〜３２として、偏波保持光学系を用いたり、あるいは、これらの光経路の適当な位置に偏波面コントローラを挿入することで、容易に実現できる。
【００６７】
以上の結果、入力光信号Ｓ３０の偏波状態にかかわらず、モード同期半導体レーザ１００には常にＴＥ偏波の光信号Ｓ３５が入力することとなる。さらに、次に詳細に述べるステップ（Ｂ）の効果が加わることにより、モード同期半導体レーザ１００においては、特許文献１及び非特許文献１の場合と同様に、光クロック信号再生効果が生じ、所望とする光クロック信号を得ることができる。
【００６８】
次に、ステップ（Ｂ）の動作について、図面を参照して説明する。
【００６９】
ステップ（Ａ）で説明した処理によって、入力光信号Ｓ３０の偏波状態にかかわらず、モード同期半導体レーザ１００に入力される光信号Ｓ３５は、常にＴＥ偏波とすることができる。
【００７０】
次に考慮すべきことは、光信号Ｓ３５の信号波形が、入力光信号Ｓ３０の偏波状態によってどのように変化し、またそれがクロック信号再生動作にどのように影響するかである。
【００７１】
図４は、光信号及び光クロック信号の偏波状態と信号波形の変化の様子を模式的に示したものである。
【００７２】
図４において、入力光信号Ｓ３０は＜１０１１０１０１＞の８ビット信号とする。ここで、＜１＞はピーク強度が有意な強度を持つ状態であり、＜０＞は＜１＞のピーク強度に比べて充分に弱い（望ましくはゼロに近い）状態であることを意味する。一般的なデジタル通信では、このような信号強度の強弱を持って２値デジタル信号の判別を行う。
【００７３】
図４（Ａ１）において、入力光信号Ｓ３０は、＜１＞の状態であるとき、複屈折媒体３０の光軸ｘ１方向に平行な成分の光信号のピーク強度がＩＥ、複屈折媒体３０の光軸ｙ１方向に平行な成分の光信号のピーク強度がＩＭであるとする。なお、トータルの＜１＞の信号強度は、ＩＥ＋ＩＭで与えられる。
【００７４】
このとき、入力光信号の偏光消光比（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  Ｒａｔｉｏ：以下、ＰＥＲと呼ぶこともある）として、ＩＥをＩＭで除した値、すなわちＩＥ／ＩＭとして定義する。入力光信号Ｓ３０は偏波不定信号であるから、任意の偏光消光比をとり得る。
【００７５】
また、直交する光軸ｘ１及び光軸ｙ１のそれぞれに平行な光信号成分（すなわち信号成分ＩＥ及びＩＭ）間の光搬送波の位相関係も不定であるから、これらの光信号成分間の光搬送波の相対位相差（Φ）は、０〜２πの任意の値をとり得る。
【００７６】
また、入力光信号Ｓ３０の偏波状態は、上記の偏光消光比、光搬送波位相の相対位相差Φによって規定することができる。
【００７７】
クロック再生動作が入力光信号の偏波状態に無依存であるとは、任意の偏光消光比、相対位相差Φの値に対して、再生される光クロック信号の時間ジッタに大きな差が生じず、常にある規定値以下の値が実現できることを意味する。
【００７８】
入力光信号Ｓ３０の強度時間波形ＩＳ３０（ｔ）を次式で表すとする。
【数４】
2008182470.tif 000006
【００７９】
ここで、Ｉ（ｔ）は、ピーク強度を１として規格化した、光信号の包絡線の時間波形である。
【００８０】
このとき、光信号Ｓ３１及びＳ３２の強度時間波形ＩＳ３１（ｔ）、ＩＳ３２（ｔ）はそれぞれ、（５）、（６）式のようになる。
【数５】
2008182470.tif 000007
【００８１】
モード同期半導体レーザ１００に入力される光信号Ｓ３５の強度時間波形IＳ３５（ｔ）は、ステップ（Ａ）での議論に従って、次のように表すことができる。
【数６】
2008182470.tif 000008
【００８２】
ここで、θは、先に述べた複屈折媒体３０において生じる光搬送波位相の相対位相差である。このθは、式（７）に示すように、元の入力光信号Ｓ３０のもつ初期相対位相Φと同じ項に和の形で入っているため、以下の議論で、θの変化をΦの変化と独立に取り扱う必要はない。つまり、入力信号Ｓ３０のもつ初期相対位相Φの変化に関する議論は、実際には、θの変化を含んだΦ＋θの変化についての議論となる。従って、Φ＋θのとり得る任意の値（０から２πまでの任意の値）について、クロック再生動作の安定性が担保されれば、本発明の第１の実施形態で目的とする効果は達成される。またこのとき、θの任意の値について、クロック再生動作の安定性が担保されるということは、装置構成において、光搬送波位相の制御まで含めた、高精度な複屈折媒体３０の長さ制御は、不要であるということを意味する。このことは、本発明の効果を実現できる装置のアッセンブリを安価に実行できることを意味する。
【００８３】
また、上式では簡単のために、複屈折媒体３０、偏波依存型光アイソレータ３１での過剰光損失を無視した。
【００８４】
ここで、式（７）に基づいて、光信号IＳ３５（ｔ）の波形について考察すると、次のことがわかる。
【００８５】
（ｉ）相対遅延時間差がゼロ（ｎ＝０）の場合、ＩＥ＝ＩＭ（偏光消光比＝１）、かつ、Φ＋θ＝πであるとき、光信号Ｓ３１からの寄与と光信号Ｓ３２からの寄与が完全に相殺してしまい、ＩＳ３５（ｔ）＝０となる。
【００８６】
（ｉｉ）相対遅延時間差が与えられた場合（ｎ≠０）、光信号Ｓ３１が＜１＞、光信号Ｓ３２が＜０＞での状態であるとき、その干渉波形である光信号Ｓ３５には、ピーク強度（ＩＴ）がＩＥ／２の＜１＞信号が生じる。逆に、光信号Ｓ３２が＜１＞、光信号Ｓ３１が＜０＞での状態であるとき、光信号Ｓ３５には、ピーク強度（ＩＴ）がＩＭ／２の＜１＞信号が生じる。また、光信号Ｓ３１、光信号Ｓ３２がともに＜０＞での状態であるとき、光信号Ｓ３５には＜０＞信号が生じる。一方、光信号Ｓ３１、光信号Ｓ３２がともに＜１＞での状態であるとき、光信号Ｓ３５には、一般にピーク強度（ＩＴ）がＩＥ／２＋ＩＭ／２＋（ＩＥＩＭ）２ｃｏｓ（Φ＋θ）である＜１＞信号が生じる。ただし、光信号Ｓ３１、光信号Ｓ３２がともに＜１＞での状態であり、ＩＥ＝ＩＭ（偏光消光比＝１）、かつ、Φ＋θ＝πの条件下においては、光信号Ｓ３５は＜０＞信号となる。
【００８７】
（ｉｉｉ）ｎは自然数でなければならない。つまり、ｎが１／２などの有理数、無理数であってはならない。ｎが自然数である場合、偏光消光比やΦ＋θの値が変化しても、光信号Ｓ３５の＜１＞信号は、１つの＜１＞信号を基準として、それからＴｂｉｔ−ｒａｔｅの整数倍だけ離れた時間位置に規則的に配置される。これに対して、ｎが自然数でない場合、偏光消光比やΦ＋θの値によって、光信号Ｓ３５の＜１＞の時間位置が、Ｔｂｉｔ−ｒａｔｅの整数倍とは異なった時間位置に不規則に配置されるようになってしまう。その結果、発生する再生光クロック信号に、偏光消光比やΦ＋θの値に応じた位相ずれが生じてしまう。
【００８８】
（ｉ）から、光信号Ｓ３１とＳ３２間に相対遅延時間差を与えないと、ＩＥ＝ＩＭ、Φ＋θ＝πの条件下で，光信号Ｓ３５は完全に消失してしまう。このような条件下では、何らの光信号もモード同期半導体レーザ１００に入力されないので、クロック再生動作は生じ得ない。この条件を避けるために、光信号Ｓ３１とＳ３２との間に互いに数ビット分の相対遅延時間を与える必要がある。
【００８９】
また（ｉｉｉ）から、遅延時間差は信号時間間隔の自然数倍として、発生する再生光クロック信号に位相ずれが生じるのを避ける必要がある。
【００９０】
また、（ｉｉ）は次のことを意味する。まず、図３からも判るように、光信号Ｓ３５の信号パターン、すなわち、＜１＞であるビットと＜０＞であるビットの配列は、元の入力光信号Ｓ３０の配列とは異なる。しかしながら、クロック再生における最終目的は連続したパルス列（あるいは正弦波）の出力を得ることが目的であるので、このような入力光信号の信号パターンの変化は実際上問題とはならない。
【００９１】
さらに、（ｉｉ）は次のことを意味する。すなわち、光信号Ｓ３５における＜１＞のピーク強度が一定ではなく、レベル変動を本質的に伴うことである。すなわち、入力光信号Ｓ３０が、＜１＞信号のピーク強度が揃った、強度揺らぎのないきれいな信号であっても、モード同期半導体レーザ１００に入力される光信号Ｓ３５は、＜１＞信号のピーク強度が不揃いな、いわゆる強度揺らぎの大きな光信号となる。式（７）からわかるように、この強度揺らぎは入力信号Ｓ３０の偏光消光比及び相対位相差Φに依存する。またこのことは、入力信号Ｓ３０の平均強度が一定であっても、光信号Ｓ３５の平均強度は、入力信号Ｓ３０の偏光消光比及び位相差Φ（ならびにθ）に依存して変化することを意味する。
【００９２】
そこで、第１の実施形態のモード同期半導体レーザ１００は、上記のことがクロック再生動作に影響しないために、次のような特徴を有する。
【００９３】
（１）光クロック再生動作において、入力光信号のピーク強度変動を吸収できる、強度雑音吸収効果を有する。
【００９４】
（２）光クロック再生動作において、実用上十分に低い時間ジッタを実現できる、光信号の平均入力強度の許容変動値が、十分なマージンを有する。
【００９５】
（１）について、既に我々は、先にあげた非特許文献２において、モード同期半導体レーザを用いた全光クロック再生における強度雑音吸収効果を報告している。非特許文献２の図９及び図１０に示された実験結果によれば、±２５％の強度雑音を有する信号入力に対しても、強度揺らぎ、及び、時間ジッタの小さい、良好な光クロック信号再生に成功している。
【００９６】
後に詳細に述べる実験結果が示すように、この程度の強度雑音吸収効果があれば、本発明の第１の実施形態を実現するためには実用上十分であり、このことから、光信号Ｓ３５における＜１＞信号のピーク強度変動は、本発明の第１の実施形態においてはそれを十分吸収できるため、問題とならない。
【００９７】
一方、（２）について検討を進めるために、光信号Ｓ３５の平均強度が、入力光信号Ｓ３０の偏光消光比及び位相（Φ＋θ）によって、どれほど変化するかを見積もった。
【００９８】
ここでは、光通信システムの評価において一般的に用いられる、擬似ランダム信号を入力光信号Ｓ３０の信号パターンと仮定した。表１にその信号パターンを示す。信号はいわゆる７段の擬似ランダム信号であり、ビット数は２７−１＝１２７ビット、そのうち６４ビットが＜１＞信号で、残り６３ビットが＜０＞信号である。
【表１】
2008182470.tif 000009
【００９９】
個々の＜１＞信号の信号エネルギーを１と規格化すると、入力光信号Ｓ３０の規格化平均強度は１×６４＝６４となる。
【０１００】
図５（Ａ）と図５（Ｂ）に、光信号Ｓ３１とＳ３３のビットずれを横軸として、このときの光信号Ｓ３５の規格化平均強度の最大値と最小値の偏光消光比（ＰＥＲ）依存性を計算した結果を示す。ここで、規格化平均強度の最大値と最小値は、それぞれの偏光消光比に対して、位相Φ＋θを変化させたときの最大値と最小値である。
【０１０１】
ビットずれｎ＝０の場合、規格化平均強度の最大値は６４、最小値は０である。最大値は偏光消光比＝１及びΦ＋θ＝０のときに生じ、最小値は偏光消光比＝１及びΦ＋θ＝πのときに生じる。この場合は、先にも述べたが、同じ信号パターンで同じピーク強度の光信号Ｓ３１、Ｓ３２がそれぞれ同相・逆相で干渉した結果である。ここでは光信号Ｓ３１、Ｓ３２間に数ビット分の時間遅延を与える場合を検討しているため、この結果は以下の議論から省いて考えるものとする。
【０１０２】
また、ビットずれｎ≠０の場合、規格化平均強度の最小値は１６である。一方、最大値は４８であり、これは最小値に対して３倍の値である。最大値は偏光消光比＝１及びΦ＋θ＝０のときに生じ、最小値は偏光消光比＝１及びΦ＋θ＝πのときに生じる。図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す今回の結果ではビットずれｎの変化に対する依存性は見られなかったが、これは評価に用いた擬似ランダム信号パターンの特徴を反映した結果である。
【０１０３】
以上の議論より、第１の実施形態に係る光クロック信号再生装置１Ａにおいて、モード同期半導体レーザ１００に入力される光信号Ｓ３５の平均強度は、入力光信号Ｓ３０の偏光状態に応じて、３倍（概ね４．８ｄＢ程度）の幅をもって変動するものと想定される。従って、第１の実施形態のモード同期半導体レーザ１００は、クロック再生動作が約４．８ｄＢ程度以上の光信号の平均入力強度のマージンを有するものを用いる。
【０１０４】
また、以上の議論から、そのクロック再生動作が、約４．８ｄＢ程度以上の光信号の平均入力強度のマージンを有するモード同期半導体レーザ１００を用いることで、光信号Ｓ３５を入力されたモード同期半導体レーザ１００からは、入力光信号Ｓ３０の偏波状態が変化しても、時間ジッタの小さい、安定な再生光クロック信号Ｃ３１が出力される。
【０１０５】
再生光クロック信号Ｃ３１は、受動モード同期半導体レーザ１００の端面Ｒ１から、結合レンズ３３を介して外部へと出力される。光クロック信号Ｃ３１は、その後、反射戻り光による動作不安定性を回避するための光アイソレータ３４を通過した後、所望の再生光クロック信号Ｃ３２として外部に出力される。ここでの光アイソレータ３４は、先に述べた偏波依存型光アイソレータでも、あるいは、任意の偏波方向の光に対して一方向にのみ通過する、いわゆる偏波無依存型の光アイソレータでも、どちらでも構わない。これは、再生光クロック信号Ｃ３２のその後の信号処理（例えば、識別再生による再生光信号化）において用いる各種光デバイスの動作が、偏波依存性を有しているかどうかなどによって決定される。
【０１０６】
また、同じく、光クロック信号が出力される光学経路には、必要に応じて光フィルタ３５を挿入して、光クロック信号の波長成分のみを出力し、入力光信号の波長成分の光を遮断する。
【０１０７】
（実施例）
次に、第１の実施形態の効果を実証するために行った実証実験について述べる。
【０１０８】
ここで、受動モード同期半導体レーザ素子１００としては、可飽和吸収領域（長さ２５０μｍ）、利得領域（６１０μｍ）、位相調整領域（１５０μｍ）が順に配置した、ＩｎＰ系の多電極半導体レーザを使用した。共振器長は１０５０μｍであり、共振器周回周波数は約４０ＧＨｚである。利得領域の導波層には、井戸を０、６％の圧縮歪ＩｎＧａＡｓＰ層、障壁層を無歪のＩｎＧａＡｓＰ層で形成した多重量子井戸構造を採用しており、そのフォトルミネッセンスピーク波長が１５６２ｎｍになるように、各層の組成比、厚さを設計したものを用いた。また、可飽和吸収領域、位相調整領域の導波層には、井戸を０、６％の圧縮歪ＩｎＧａＡｓＰ層、障壁層を無歪のＩｎＧａＡｓＰ層で形成した多重量子井戸構造を採用しており、そのフォトルミネッセンスピーク波長が１４８０ｎｍになるように、各層の組成比、厚さを設計したものを用いた。また、受動モード同期半導体レーザ素子１００の両端の共振器端面は、へき開面のままである素子を用いた。受動モード同期半導体レーザ素子１００の利得領域に電流印加したときのレーザ発振閾値は、約３０ｍＡ、スロープ効率は０．１Ｗ／Ａ程度であり、半導体レーザとして典型的な値を示した。
【０１０９】
なお、ここで示したモード同期半導体レーザ素子１００の各領域長や組成、各層の膜厚、フォトルミネッセンスピーク波長などは、単なる１つの構成例であり、これに限定されるものではない。
【０１１０】
モード同期半導体レーザ素子１００の利得領域に１７２．３ｍＡの直流電流、可飽和吸収領域に−０．９８Ｖの逆バイアス電圧を印加したとき、受動モード同期動作が生じた。このとき発生したモード同期光パルス列のパルス幅は約３．５５ｐｓ、中心波長は１５５８．８４ｎｍ、スペクトルの半値全幅は４．９ｎｍであった。また、このとき発生したモード同期光パルス列の繰り返し周波数は３９．６６４８ＧＨｚであった。また、このときのモード同期半導体レーザ素子１００の位相調整領域側端面からの平均光強度出力は、約６．９４ｄＢｍであった。
【０１１１】
入力光信号は、ビットレート３９．６９０１２Ｇｂ／ｓ、中心波長１５４５．３０ｎｍ、パルス幅４．５３ｐｓの、連続する＜１＞の信号間で光強度が一旦ゼロに落ちる、いわゆるリターン・トゥ・ゼロ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−ｚｅｒｏ，ＲＺ）フォーマットの擬似ランダム光信号とした。擬似ランダム段数は７段（２７−１＝１２７ビット）とした。
【０１１２】
また、複屈折媒体として、市販のＰＡＮＤＡファイバを用いた。ＰＡＮＤＡファイバの長さは約２２ｍとした。偏波群遅延時間差ΔＴは約２５．２ｐｓで、３９．６９０１２Ｇｂｉｔ／ｓ入力光信号の１ビット遅延に相当する遅延量とした。
【０１１３】
図６に、モード同期半導体レーザ素子１００への入力光信号強度（平均強度）を変化させたときの、モード同期半導体レーザ素子１００から発生した再生光クロック信号の時間ジッタの変化を測定した実験結果を示す。
【０１１４】
なお、ここでは、入力光信号の偏波状態をＴＥ偏波一定とした、特許文献１、非特許文献１及び２に開示される従来型の光クロック信号再生装置としての実験結果を示す。光信号は、モード同期半導体レーザ素子の位相調整領域側端面から入力した。
【０１１５】
図６から、入力光強度の増加と共に、時間ジッタが低減する様子がわかる。また、図６において、入力光強度が−２．７ｄＢｍから＋２．５ｄＢｍの範囲で、０．２５ｐｓ以下の低時間ジッタ性が得られることがわかる。すなわち、０．２５ｐｓ以下の時間ジッタを実現するのに、５．２ｄＢの光信号の平均入力強度のマージンが得られることを示している。この値は、先に述べた第１の実施形態の効果を得るための条件（約４．８ｄＢ程度以上）を満足する値である。このことは、本発明の第１の実施例を実現するために必要な平均入力強度のマージンが、実際のモード同期半導体レーザ素子において実現できることを意味している。
【０１１６】
次に、図１に示す構成からなる光クロック信号再生装置１Ａを用いて、光クロック信号の再生動作の実験結果を、図面を参照して説明する。
【０１１７】
図７は、入力光信号の偏光消光比の変化に対する再生光クロック信号の時間ジッタの変化との関係を示す図である。
【０１１８】
図７において、黒丸は第１の実施形態の光クロック信号再生装置１Ａを用いた場合の実験結果であり、白丸は、複屈折媒体としてのＰＡＮＤＡファイバを用いていない光クロック信号再生装置を用いた場合の実験結果である。なお、図７の実験では、入力光強度を−０．６ｄＢｍの一定値とした場合を示す。
【０１１９】
図７の黒丸について、入力光信号の偏光消光比を＋２６ｄＢから−２４ｄＢまで大きく変化させても、時間ジッタは、０．１９ｐｓ〜０．２３ｐｓの範囲内と極めて小さい範囲内での変化であることがわかる。
【０１２０】
これに対して、図７の白丸について、入力光信号の偏光消光比が＋１０ｄＢより小さくなるあたりから時間ジッタが増加し始め、偏光消光比が−５ｄＢ以下では、最早モード同期レーザにおける周波数引き込みが生じず、クロック信号再生動作が不可能となった。
【０１２１】
以上のように、図７に示す実験結果より、第１の実施形態の光クロック信号再生装置１Ａを適用することにより、入力光信号の偏波状態に拘わらず、時間ジッタの小さい、安定した全光クロック信号を再生することができることが実証された。
【０１２２】
また、図８は、光クロック信号再生装置１Ａを用いて、入力光信号の偏光消光比を変化させた場合の各信号のサンプリングオシロスコープ観測波形を示す図である。図８（ａ）は入力光信号Ｓ３０、図８（ｂ）は光信号Ｓ３５、図８（ｃ）は再生光クロック信号Ｃ３２を示す。
【０１２３】
入力光信号の偏光消光比を変化させると、光信号Ｓ３５における＜１＞レベルの変動が変化する。特に、偏光消光比が１に近くなる（すなわち、ＴＥ成分強度とＴＭ成分強度が同程度になる）と、＜１＞レベル変動は最大となる。
【０１２４】
このことは、図８（ｂ−２）、（ｂ−３）に示す結果より、偏光消光比が＋６ｄＢ、−６ｄＢである場合に、光信号Ｓ３５のサンプリングオシロスコープ波形の＜１＞レベルが、大きく変動し、著しく劣化した波形となることからわかる。
【０１２５】
ところが、このように、光信号Ｓ３５の＜１＞レベルの変動が大きくなっている状況であっても、図８（ｃ−２）、（ｃ−３）に示す結果のように、再生光クロック信号Ｃ３２のサンプリングオシロスコープ波形は、入力光信号Ｓ３０の偏光消光比が高く、したがって光信号Ｓ３５において＜１＞レベル変動が小さいときの再生光クロック信号Ｃ３２のサンプリングオシロスコープ波形（図８（ｃ−ｌ））に比べて、遜色がない。このことは、モード同期半導体レーザ１００における強度揺らぎ吸収効果が十分に働いていることを示し、第１の実施形態の効果を実証する実験結果となっている。
【０１２６】
また、図９は、入力光信号Ｓ３０の偏波状態を、周期１．２秒で変動させ、偏波スクランブル信号とした場合の、再生光クロック信号のサンプリングオシロスコープ波形の比較を示す図である。
【０１２７】
図９（ａ）において、ＰＡＮＤＡファイバ（複屈折媒体）を挿入しない従来型のクロック信号再生動作を行った場合、安定な再生光クロック信号が観測されず、サンプリングオシロスコープ波形は、時間軸上で流れていったような波形となっている。これは、偏波スクランブル信号の偏波状態が、たまたま、モード同期半導体レーザの発振偏波状態に近くなっている間には、クロック信号再生動作が得られるのに対し、偏波状態がモード同期半導体レーザの発振偏波状態から大きく異なっている間には、クロック信号再生動作が得られないためである。
【０１２８】
これに対して、図９（ｂ）に示すように、本発明の第１の実施形態の効果を実現すべく、先述のＰＡＮＤＡファイバを挿入してクロック信号再生動作を行った場合、安定な再生光クロック信号波形が観測され、第１の実施形態の効果を確認できた。
【０１２９】
以上の実験結果から、第１の実施形態の効果を実証することができた。
【０１３０】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態によれば、次のような効果が期待できる。すなわち、入力される光データ信号の偏波に依存することなく、高ビットレートの光データ信号からの全光クロック信号再生動作が可能となる。また、光クロック信号再生装置１Ａの構成は、従来型のモード同期レーザを用いた全光クロック信号再生装置に、複屈折媒体を付加しただけの装置構成となっており、装置構成の複雑化や高コスト化を十分抑制でき、安価な装置提供が可能となる。
【０１３１】
（Ｂ）第２の実施形態
次に、本発明の光クロック信号再生装置を適用した第２の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【０１３２】
（Ｂ−１）第２の実施形態の構成及び動作
図１０は、第２の実施形態の光クロック信号再生装置１Ｂの構成を説明するブロック図である。
【０１３３】
図１０において、第２の実施形態の光クロック信号再生装置１Ｂは、モード同期半導体レーザ２００、偏波無依存型光アイソレータ４６、複屈折媒体４０、結合レンズ４２及び４３、光アイソレータ４４、波長フィルタ４５、を少なくとも有して構成される。
【０１３４】
図１０に示す第２の実施形態の構成は、図１に示す第１の実施形態の構成と、以下の点が異なる。
【０１３５】
偏波依存型光アイソレータ３１を使用する代わりに、偏波無依存型光アイソレータ４６を使用する。また、偏波無依存型光アイソレータ４６は、複屈折媒体４０の手前側（前段）に配置する。
【０１３６】
また、モード同期半導体レーザ２００の活性層として、その光学的特性が極端な偏波依存性を有する材料を用いるものとする。このようなモード同期半導体レーザ２００の活性層としては、無歪あるいは圧縮歪を導入した多重量子井戸構造を採用することが望ましい。
【０１３７】
その他の構成要素は、図１に示す第１の実施形態と同様であるので、ここではその詳細な説明を省略する。
【０１３８】
第１の実施形態において、偏波依存型光アイソレータ３１の役割は、反射戻り光による動作不安定性を抑制することと、モード同期半導体レーザ１００に、その発振偏波方向と合致した偏光方向の光信号Ｓ３５のみを入力することにあった。
【０１３９】
これは、モード同期半導体レーザ１００に、その発振偏波方向と直交した偏光方向の光信号が入力されると、それによってモード同期半導体レーザ１００内部の光学利得・光学吸収・屈折率が変化する可能性があるためである。
【０１４０】
第１の実施形態で説明した議論から推察されるように、モード同期半導体レーザ１００の発振偏波方向と合致した偏光方向の光信号成分Ｓ３５の平均強度が、入力光信号Ｓ３０の偏光消光比及び相対位相差Φ＋θによって変化するのと同様に、モード同期半導体レーザの発振偏波方向と直交した偏光方向の光信号成分Ｓ３４の平均強度もまた、入力光信号Ｓ３０の偏光消光比及び相対位相差Φ＋θによって変化する。このことは、光信号Ｓ３４が入力されたとしたときの、モード同期半導体レーザ内部の光学利得・光学吸収・屈折率の変化は、入力光信号Ｓ３０の偏光状態によって変化することを意味する。これらのモード同期半導体レーザの光学パラメータの変化は、モード同期半導体レーザのモード同期特性の変化をもたらし、これが発生する再生光クロック信号の光パルス特性の変化に転じ、すなわち、光クロック信号再生動作の動作不安定の原因となりうる。
【０１４１】
しかしながら、もし、モード同期半導体レーザの光学的特性が極端な偏波依存性を有し、その発振偏波方向と直交した偏波方向の光信号が入力されたとしても、その光学的特性にほとんど影響が生じないとした場合、第１の実施形態における光信号Ｓ３４に相当する光信号がモード同期半導体レーザに入力されたとしても、それが再生光クロック信号の光パルス特性の変化に転じることはなく、すなわち、光クロック信号再生動作の安定動作が担保される。
【０１４２】
このようなモード同期半導体レーザの活性層構造として最適なものの一例は、無歪あるいは圧縮歪を導入した多重量子井戸構造である。量子井戸構造においては、その光学特性は極端な偏波依存性が生じる。特に、無歪あるいは圧縮歪を導入した多重量子井戸構造においては、量子井戸層の厚さ方向に平行な偏波方向（ＴＭ偏波）の光に対しては、光学利得はほとんどなく、また光励起による屈折率変化も小さい。これに対し、ＴＭ偏波方向と直交する、量子井戸の面内方向に平行な偏波方向（ＴＥ偏波）の光に対して、大きな光学利得、屈折率変化を生じる。それ故に、レーザ発振もＴＥ偏波で生じる。
【０１４３】
第２の実施形態では、このような無歪あるいは圧縮歪を導入した多重量子井戸構造を活性層に有するモード同期半導体レーザ２００を用いることで、第１の実施形態における光信号Ｓ３４に相当する光信号Ｓ４４が入力されたとしても、光クロック信号再生動作の安定動作を確保できる。
【０１４４】
また、第２の実施形態のように、モード同期半導体レーザ２００を用いることで、モード同期半導体レーザ２００の発振偏波と直交する偏波方向の光信号Ｓ４４（光信号Ｓ３４に相当する光信号）が入力されても、安定した光クロック信号を再生することができるのであれば、光信号の入力側で用いられる光アイソレータは、このような偏波直交光信号を遮断する必要はなく、ただ反射戻り光による動作不安定性を抑制できればよい。
【０１４５】
そこで、第２の実施形態では、光信号の入力側の光アイソレータとして、少なくとも、反射戻り光を遮断する機能を有するものを適用する。すなわち、第２の実施形態では、入力光信号Ｓ４０の特定の偏波成分を遮断しない、偏波無依存型光アイソレータ４６を適用する。
【０１４６】
そうすることで、光アイソレータ４６は、複屈折媒体とモード同期半導体レーザを結合させる、途中の光経路に挿入する必要はなく、複屈折媒体４０の手前（前段）に配置することができる。
【０１４７】
このように、複屈折媒体４０の手前に光アイソレータ４６を配置することは、各光学部品４６、４０、４２、２００の光軸調整を簡単にすることができるので、第１の実施形態の構成よりも、アッセンブリに係る工程及びコストを低減することができる。
【０１４８】
つまり、図１１に示すように、光クロック信号再生装置１Ｂの各光部品４６、４０、４２、２００の光軸調整が特に必要な箇所は、複屈折媒体４０の光軸方向（ｘ２、ｙ２軸）のそれぞれが、モード同期半導体レーザ２００の発振偏波に平行な軸方向（ａ２軸）、垂直な偏波方向（ｂ２軸）と、４５°の角をなすように調整する箇所だけとなる。
【０１４９】
これに対して、第１の実施形態の場合、複屈折媒体３０の光軸方向（ｘ１、ｙ１軸）が偏波依存型光アイソレータ３１の通過偏光方向（ｚ１軸）と４５°の角をなすよう調整する箇所と、偏波依存型光アイソレータ３１を通過する光信号（Ｓ３５）の偏光方向が、モード同期半導体レーザ１００の発振偏波方向（ａ１軸）と合致するように調整する箇所の、２箇所の光軸調整が必要となる。
【０１５０】
このように、第２の実施形態は、第１の実施形態と比較して、光学調整の際に光軸方向の調整が必要な箇所が少なくてすむ。すなわち、アッセンブリに係わる工程ならびにコストを低減でき、その結果、より歩留まり良く、安価な装置提供が可能となる。
【０１５１】
図１２は、第２の実施形態における、入力光信号Ｓ４０、光信号Ｓ４１〜Ｓ４４、及び光クロック信号Ｃ４１の偏波状態と、その信号波形の様子を模式的に示す図である。
【０１５２】
なお、光信号Ｓ４０、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４及び光クロック信号Ｃ４１はそれぞれ、図４に示す第１の実施形態の光信号Ｓ３０、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３、Ｓ３４、及び光クロック信号Ｃ３１に相当する信号である。また、光信号Ｓ４３、Ｓ４４は、第１の実施形態で説明したステップ（Ａ）により得られたものである。
【０１５３】
光信号Ｓ４３及び光信号Ｓ４４がモード同期半導体レーザ２００に入力すると、モード同期半導体レーザ２００は、その光学特性の極端な偏波依存性のために、光信号Ｓ４３にのみ応答する。
【０１５４】
そうすると、第１の実施形態のステップ（Ｂ）で説明した効果のため、モード同期半導体レーザ２００より安定な光クロック信号Ｃ４１が発生する。
【０１５５】
その後、光クロック信号Ｃ４１は、反射戻り光防止のための光アイソレータ４４、及び、必要に応じて設けられた光フィルタ４５を通過し、最終的に、所望の光クロック信号Ｃ４２が生成される。
【０１５６】
（Ｂ−２）第２の実施形態の効果
以上のように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した効果に加えて、次に示すような効果を得ることができる。すなわち、第２の実施形態によれば、光軸方向の調整が必要な箇所を少なくすることができるので、アッセンブリに係わる工程及びコストをさらに低減でき、その結果、より歩留まり良く、安価な装置提供が可能となる。
【０１５７】
（Ｃ）第３の実施形態
次に、本発明の光クロック信号再生装置を適用する第３の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０１５８】
（Ｃ−１）第３の実施形態の構成
図１３は、第３の実施形態に係る光クロック信号再生装置１Ｃの構成を説明するブロック図である。
【０１５９】
図１３において、光クロック信号再生装置１Ｃは、モード同期半導体レーザ３００、複屈折媒体５０、偏波依存型光サーキュレータ５１、結合レンズ５２、波長フィルタ５３、を少なくとも有して構成される。
【０１６０】
第３の実施形態は、第１、第２の実施形態と異なり、モード同期半導体レーザ３００が、光信号の入力と光クロック信号の出力を、同一の共振器端面を経由させることで実行する。
【０１６１】
複屈折媒体５０は、偏波遅延時間がｎＴｂｉｔ−ｒａｔｅの複屈折媒体であり、第１の実施形態の複屈折媒体３０を適用できる。
【０１６２】
波長フィルタ５３は、光クロック信号波長成分を通過する光フィルタであり、第１の実施形態の光フィルタ３５を適用できる。
【０１６３】
偏波依存型光サーキュレータ５１は、偏波依存型の３ポートの光サーキュレータである。すなわち、偏波依存型光サーキュレータ５１は、ポート５１−ａから光を入力すると、このポート５１−ａからの入力光のうち一定の偏波方向の光のみをポート５１−ｂから出力し、この一定の偏波方向の光と直交する成分を遮断するものである。
【０１６４】
また、偏波依存型光サーキュレータ５１は、ポート５１−ｂから光を入力した場合、ポート５１−ａから光を入力したときにポート５１−ｂから出力する光の偏光方向と合致した偏光方向の光のみをポート５１−ｃから出力し、これと直交する成分を遮断するものである。偏波依存型光サーキュレータ５１は、例えば、先述した偏波依存型光アイソレータを応用して作製したものや既存のものを適用することができる。
【０１６５】
ここで、偏波依存型光サーキュレータ５１を通過する光の偏光方向と、複屈折媒体５０の光軸方向と、モード同期半導体レーザ３００の発振偏波方向との関係について図１４を参照して説明する。
【０１６６】
図１４（ａ）において、偏波依存型光サーキュレータ５１のポート５１−ａから入力してポート５１−ｂを通過して出力される出力光の偏光方向をｚ３軸方向と定義する。
【０１６７】
図１４に示すように、偏波依存型光サーキュレータ５１のポート５１−ａから入力してポート５１−ｂを通過して出力される光（図１３での光信号Ｓ５５と平行な偏光方向の光）の偏光方向は、モード同期半導体レーザ３００の発振偏波方向（ＴＥ偏波方向、ａ３軸方向）と一致させる。また、偏波依存型光サーキュレータ５１のポート５１−ａからポート５１−ｂを通過して出力することが許される光の偏光方向（先に述べたｚ３軸方向）は、複屈折媒体５０の直交する光軸方向（ｘ３軸、ｙ３軸）と互いに４５°の角をなすように設定する。
【０１６８】
（Ｃ−３）第３の実施形態の動作
次に、第３の実施形態の光クロック信号再生装置１Ｃにおける光クロック信号再生動作を説明する。
【０１６９】
以下では、第３の実施形態の光クロック信号再生の全体的な動作を説明する。
【０１７０】
まず、入力光信号Ｓ５０は、複屈折媒体５０を通過した後、偏波依存型光サーキュレータ５１のポート５１−ａに入力し、ポート５１−ｂを通過して出力する。
【０１７１】
偏波依存型光サーキュレータ５１のポート５１−ｂから出力された光信号Ｓ５５は、結合レンズ５２を介して、モード同期半導体レーザ３００の一方の共振器端面Ｌ３に入力する。
【０１７２】
一方、モード同期半導体レーザ３００により形成された光クロック信号Ｃ５１は、光信号Ｓ５５が入力した共振器端面と同一の、モード同期半導体レーザ３００の共振器端面Ｌ３から出力する。
【０１７３】
モード同期半導体レーザ３００からの光クロック信号Ｃ５１は、偏波依存型光サーキュレータ５１のポート５１−ｂに入力し、ポート５１−ｃを通過して出力する。
【０１７４】
その後、偏波依存型光サーキュレータ５１からの光クロック信号は、第１、第２の実施形態と同様に、必要に応じて設けられた波長フィルタ５３を通過し、最終的に所望とする再生光クロック信号Ｃ５２が得られる。
【０１７５】
図１５は、入力光信号Ｓ５０、中間生成光信号であるＳ５１〜Ｓ５４、モード同期半導体レーザ３００に入力される光信号Ｓ５５、及び、光クロック信号Ｃ５１、Ｃ５２の偏波状態とその信号波形の様子を模式的に示した図である。
【０１７６】
なお、光信号Ｓ５１〜Ｓ５４は、第１の実施形態における光信号Ｓ３１〜Ｓ３４と同質のものである。また、偏波依存型光サーキュレータ５１のポート５１−ａに入力された光がポート５１−ｂから出力される機能は、第１の実施形態の偏波依存型光アイソレータ３１が果たす機能と同等である。従って、光信号Ｓ５５は、第１の実施形態の光信号Ｓ３５と全く同質のものである。その結果、光信号Ｓ５５を受け入れたモード同期半導体レーザ３００は、第１の実施形態で説明したステップ（Ａ）、（Ｂ）の効果により、安定な光クロック信号Ｃ５１を発生する。
【０１７７】
光クロック信号Ｃ５１の偏波方向は、モード同期半導体レーザ３００の発振偏波方向であり、また、光信号Ｓ５５の偏波方向は、モード同期半導体レーザ３００の発振偏波方向と一致するように設定されているため、光クロック信号Ｃ５１は、偏波依存型光サーキュレータ５１のポート５１−ｂから入力されたとき、遮断されずに、ポート５１−ｃから出力される。
【０１７８】
光サーキュレータ５１は、光アイソレータの役割を同時に果たすものであるから、第１、第２の実施形態と同様に、光クロック信号Ｃ５１が外部に出力される経路に、反射戻り光防止のための光アイソレータを別途用意する必要はない。
【０１７９】
第３の実施形態の効果は、光信号及び再生光クロック信号の入出力がモード同期半導体レーザ３００の同一の共振器端面Ｌ３を介してなされるので、モード同期半導体レーザ３００のもう一方の共振器端面Ｒ３を介した、外部との光の入出力を考慮する必要がないことから生じる。すなわち、共振器端面Ｒ３に高反射膜コーティングを施すことができることによって生じる。
【０１８０】
このことは、特に、受動モード同期半導体レーザの繰り返し周波数の高速化、すなわち、本発明で目的とする全光クロック再生動作における、再生光クロック信号のクロック周波数の高速化にとって重要となる可能性がある。このことは、次に述べるような事情によって生じる。
【０１８１】
第１に、受動モード同期半導体レーザの繰り返し周波数は、共振器長に反比例する。すなわち、その高速化には、受動モード同期半導体レーザの共振器長を短くする必要がある。一方、レーザの発振閾値利得は、共振器長を短くすると増加する。従って、繰り返し周波数の高速化のために短共振器化した受動モード同期半導体レーザにおいては、まず、レーザ発振を生じさせるために、共振器損失を低くする必要が生じる。レーザの共振器損失は、共振器内の伝播損失と共振器端面での反射損失との和であり、すなわち、共振器端面の反射率が高いほど、低減する。
【０１８２】
第２に、受動モード同期半導体レーザの繰り返し周波数を高速化するには、当然、発生する光パルス幅がそれに応じて狭くならなければならない。非特許文献３は、受動モード同期レーザのパルス特性を理論的に検討した文献であるが、非特許文献３の図３に、共振器のＱ値とパルス幅の逆数の関係が示されている。そこに示されるように、パルス幅は共振器のＱ値が高いほど短くなる。共振器Ｑ値は、共振器損失の逆数に比例する値であり、このことは、受動モード同期半導体レーザの繰り返し周波数の高速化には、共振器損失の低減が重要なパラメータであることを示している。
【０１８３】
さらにまた、可飽和吸収領域の一方の端面を共振器端面とし、その共振器端面を高反射膜コーティングすると、衝突パルスモード同期動作が生じ、可飽和吸収領域における吸収飽和エネルギーを実効的に減少できることが、非特許文献４の図１４などにより開示されている。このことは、モード同期動作の安定性の向上に望ましい。
【０１８４】
これらの諸事情に鑑みたとき、片側の共振器端面に高反射膜を施した受動モード同期半導体レーザを用いて、全光クロック信号再生装置を実現できれば、動作速度、すなわち再生される光クロック信号のクロック周波数の高速化や、再生光クロック信号の短パルス化や安定性の向上といった、実用上望ましい効果が期待できる。
【０１８５】
第３の実施形態においては、光信号及び再生光クロック信号の入出力が、モード同期半導体レーザ３００の同一の共振器端面Ｌ３を介してなされるために、共振器端面Ｒ３側に可飽和吸収体を配置し、かつ、高反射膜コーティングを施すことが可能となる。その結果、第１、第２の実施形態の場合と比較して、高速動作性、パルス品質に優れた再生光クロック信号を生成する、光クロック信号再生装置を提供することが可能となる。
【０１８６】
また、ここまでの説明では、第１の実施形態と併用した場合の装置構成ならびに効果について説明したが、第３の実施形態は、第２の実施形態と併用した装置構成としても、同様の効果が得られる。この場合、第２の実施形態で説明したように、光学特性が極端な偏波依存性を示す活性層を有するモード同期半導体レーザ２００を用いるとともに、偏波依存型光サーキュレータ５１の代わりに偏波無依存型光サーキュレータを用い、なおかつそれを複屈折媒体５０の手前に配置した構成とすればよい。
【０１８７】
（Ｃ−３）第３の実施形態の効果
以上のように、第３の実施形態によれば、第１、第２の実施形態により得られる効果に加えて、次の効果を得ることができる。すなわち、一方の共振器端面に高反射膜コーティングを施したモード同期半導体レーザを用いることで、高速動作性、パルス品質がより優れた、光クロック信号再生装置を提供することが可能となる。
【０１８８】
（Ｄ）第４の実施形態
次に、第４の実施形態の光クロック信号再生装置を適用した第４の実施形態を、図面を参照して説明する。
【０１８９】
光信号を伝播するファイバ伝送網を構成する光ファイバの屈折率分布は、その作製精度の限界のために、実際には、理想的な真円状の屈折率分布とは異なる分布形状を有する。そのため、実用に供される光ファイバは、統計的な意味合いでの複屈折を有する。これが、ファィバ伝送網を伝播してきた光信号の偏波状態が不定である主たる要因である。
【０１９０】
さらにまた、伝送距離が長くなり、光ファイバの統計的な複屈折による位相シフトの総量が大きくなってくると、このような光ファイバの統計的な複屈折の効果は、光信号の直交する偏波成分間での時間遅延という形で現れてくる。これは、偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ、以下でＰＭＤともいう。）と呼ばれる。偏波保持ファイバのような偏波保持性を付加されていない光通信システムにおいて、一般的に使用される光ファイバのＰＭＤは、伝送距離の平方根に比例して増加することが知られており、その典型的な値としては、０．１ｐｓ／√ｋｍ〜１ｐｓ／√ｋｍ程度の値を有することが知られている。なお、この値は温度などの環境要因で変化する。
【０１９１】
そのため、このような偏波モード分散の影響により、入力光信号Ｓ６０の直交する偏波成分間に時間遅延があり、さらにまたそれが変動する場合、その補正機構を付加する必要がある。すなわち、このような補正機構を備えずに、光クロック信号再生装置を適用すると、発生する光クロック信号に位相揺らぎが生じることになり、安定な光クロック信号を供給することができなくなるおそれがあるからである。
【０１９２】
そこで、第４の実施形態では、図１６や図１７のような構成を採用することで、第１、第３の実施形態の効果に加えて、上述したような入力光信号にその直交する偏波成分間で時間遅延がある場合においても、直交する偏波成分間の時間遅延を検出し、この時間遅延を補正することで、位相揺らぎがなく安定な光クロック信号を供給することができるようになる。
【０１９３】
第４の実施形態では、第１、第３の実施形態において遮断していた光信号Ｓ３４、Ｓ５４に相当する光信号Ｓ６４を遮断せず、この光信号Ｓ６４も、入力光信号にもたらされたＰＭＤ量のモニタ信号として用いる点に特徴がある。
【０１９４】
（Ｄ−１）第４の実施形態の構成
図１６は、第４の実施形態の光クロック信号再生装置１Ｄの構成を説明するブロック図である。
【０１９５】
図１６において、光クロック信号再生装置１Ｄは、モード同期半導体レーザ４００、可変複屈折媒体６０、偏光分離回路６１、ファラデー回転子６２、結合レンズ６３及び６４、光アイソレータ６５、波長フィルタ６６、波形モニタ６７、制御信号発生装置６８、を少なくとも有して構成される。
【０１９６】
第４の実施形態は、ファイバ伝送網の偏波モード分散の影響により、入力光信号の直交する偏波成分間に時間遅延がある場合に、その偏波成分間の時間遅延を検出し、その時間遅延を補正するための制御機能を追加した構成を有する。
【０１９７】
なお、図１６に示す構成は、第４の実施形態の光クロック信号再生装置１Ｄの構成の一例であり、第１の実施形態の構成をベースにして形成したものである。勿論、第２、第３の実施形態の構成をベースにして、以下で説明する第４の実施形態の特有の機能構成を追加するようにしてもよい。
【０１９８】
第４の実施形態では、可変複屈折媒体６０を使用する。可変複屈折媒体６０は、外部からの制御信号によって、偏波群遅延時間ΔＴを変化させることができる媒体である。第４の実施形態では、可変複屈折媒体６０が、制御信号発生装置６８からの制御信号に基づいて、偏波遅延時間ΔＴを可変するものとする。
【０１９９】
また、第４の実施形態では、第１の実施形態で用いた偏波依存型光アイソレータ３１の代わりに、偏光分離回路６１を使用する。偏光分離回路６１は、例えば偏光プリズム等の３ポート以上の入出力ポートを有するものである。図１６では、４ポートの入出力ポートを有するものを例示する。
【０２００】
偏光分離回路６１は、ポート６１−ａから光を入力した場合、その入力光のうち、ある一定の偏光方向の光を、ポート６１−ｂから出力する。このとき、図１８に示すように、偏光分離回路６１のポート６１−ａに入力される光の偏光方向を、ｚ４軸方向と定義する。
【０２０１】
また、偏光分離回路６１は、ポート６１−ａから光を入力した場合、ｚ４軸方向に直交する偏光方向の光を、ポート６１−ｃから出力する。このとき、図１８に示すように、偏光分離回路６１のポート６１−ａに入力される光の偏光方向を、ｗ４軸方向と定義する。
【０２０２】
さらに、偏光分離回路６１は、ポート６１−ａから光を入力した場合、ｘ４軸方向に偏光された光が入力されたときにポート６１−ｂから出力される光と平行な偏光状態の光が、偏光分離回路６１のポート６１−ｂから入力された場合、この光をポート６１−ａから出力する。また、偏光分離回路６１は、ｘ４軸に直交した偏光状態の光がポート６１−ｂから入力された場合、この光をポート６１−ｄから出力する。このポート６１−ｄは、図１６に示す構成例では必要でなく、光ファイバなどとの結合を取る必要はない。
【０２０３】
ファラデー回転子６２は、直線偏光の偏光方向を４５°回転させるファラデー回転子である。結合レンズ６３及び６４は、モード同期半導体レーザ４００への光信号の入力及びモード同期半導体レーザ４００からの光クロック信号の出力のための結合レンズである。
【０２０４】
光アイソレータ６５及び波長フィルタ６６の役割は、第１の実施形態における光アイソレータ３４及び波長フィルタ３５の役割と同じであり、それぞれ反射戻り光の防止及び入力光信号の波長成分の除去のために用いる。
【０２０５】
波形モニタ６７は、偏光分離回路６１のポート６１−ｃからの光信号Ｓ６６を受け入れて、この光信号Ｓ６６の波形評価を行うものである。
【０２０６】
制御信号発生装置６８は、波形モニタ６７から光信号Ｓ６６の波形評価の結果を受け取り、可変複屈折媒体６０の偏波群遅延時間ΔＴを変化させるための制御信号を発生させ、この制御信号を可変複屈折媒体６０に与えるものである。
【０２０７】
ここで、第４の実施形態の光クロック信号再生装置１Ｄを構成する各光学部品の光学軸方向の調整は、例えば、次のようにして行う。
【０２０８】
偏光分離回路６１において規定したｚ４軸、ｗ４軸は、それぞれ、可変複屈折媒体６０の有する直交する光学軸ｘ４軸、ｙ４軸と、互いに４５°の角をなすように設定する。また、ファラデー回転子６２から出力される光信号Ｓ６５の偏光方向は、モード同期半導体レーザ４００の発振偏波力向（ＴＥ偏波方向、ａ４軸方向）と一致させる。
【０２０９】
なお、図１６では、モード同期半導体レーザ４００からの光クロック信号Ｃ６１の出力については、光信号Ｓ６５が入力する共振器端面Ｌ４とは異なる、もう一方の共振器端面Ｒ４から光クロック信号Ｃ６１が出力する場合を示す。しかしながら、これに限らず、光信号Ｓ６５の入力する共振器端面Ｌ４から、光クロック信号Ｃ６１が出力できるようにし、共振器端面Ｌ４を入出力で共用するようにしてもよい。この場合の装置構成の変形例を図１７に示す。図１７において、この場合、偏光分離回路６１としては、４番目のポート（ポート６１−ｄ）を有するものを用いる。また、後に詳細に述べるように、ポート６１−ｄからもモード同期半導体レーザ４００からの光クロック信号Ｃ６１が出力されるので、ポート６１−ｄに光アイソレータ６５及び波長フィルタ６６を接続することにより、所望の再生光クロック信号Ｃ６２を得ることができる。
【０２１０】
（Ｄ−２）第４の実施形態の動作
次に、第４の実施形態の光クロック信号再生装置１Ｄにおける光クロック信号の再生動作を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【０２１１】
図１９は、第４の実施形態における入力光信号等の信号波形及び偏波状態の様子を模式的に示したものである。
【０２１２】
図１９において、入力光信号Ｓ６０は、ファイバ伝送網のＰＭＤの影響により、ｙ４軸方向の偏光成分が、ｘ４方向の偏光成分より、時間τだけ進んだ状態であるとする。この場合、可変複屈折媒体６０において、式（８）で与えられるだけの偏波群遅延時間を与えれば、可変複屈折媒体６０からの出力端において、光信号Ｓ６１と光信号Ｓ６２との関係を、信号位置がｎビット分（時間にしてｎＴｂｉｔ−ｒａｔｅ）だけずれた光信号の関係とすることができる。
【数７】
2008182470.tif 000010
【０２１３】
式（８）を満足するように出力された光信号Ｓ６１、Ｓ６２、並びにそれらの干渉波形である光信号Ｓ６３、Ｓ６４は、第１の実施形態における光信号Ｓ３１、Ｓ３２、並びに光信号Ｓ３３、Ｓ３４と、全く同質のものである。また、偏波分離回路のポート６１−ａに入力された光がポート６１−ｂから出力される機能は、第１の実施形態において偏波依存型光アイソレータ３１が果たす機能と同等である。
【０２１４】
従って、光信号Ｓ６５は、第１の実施形態における光信号Ｓ３５と全く同質のものである。その結果、この光信号Ｓ６５を受け入れたモード同期半導体レーザ４００は、第１の実施形態で説明したステップ（Ａ）、（Ｂ）の効果により、安定な光クロック信号Ｃ６１を発生する。
【０２１５】
一方、光信号Ｓ６６は、光信号Ｓ６５と相互補完的な信号出力である。すなわち、光信号Ｓ６５の信号波形は、式（７）と同様に、式（９）として表記できる。
【数８】
2008182470.tif 000011
【０２１６】
また、光信号Ｓ６６の信号波形は、式（１０）と表現できる。
【数９】
2008182470.tif 000012
【０２１７】
式（９）、（１０）に示すように、光信号Ｓ６６と光信号Ｓ６５は、互いに相互補完的な信号であるために、光信号Ｓ６６の状態を波形モニタ６７で検出することで、光信号Ｓ６５の状態を知ることができる。
【０２１８】
光信号Ｓ６６の強度波形は、もし可変複屈折媒体６０において与えられる偏波群遅延時間が式（８）を満足しなければ、光信号Ｓ６１と光信号Ｓ６２との相対的な時間差がｎＴｂｉｔ−ｒａｔｅ、すなわち数ビット分のタイムスロットに相当する時間差、とならないために、一般的に１ビット分のタイムスロット内に複数の極大を有する波形となってしまう。従って、このような信号波形とならないように、制御信号発生装置６８は、可変複屈折媒体６０の偏波群遅延時間を制御するための制御信号を可変複屈折媒体６０に与え、可変複屈折媒体６０の偏波群遅延時間を制御する。
【０２１９】
上記のように制御された可変複屈折媒体６０は、式（８）を満足する偏波群遅延時間を有する。そのため、入力光信号Ｓ６０が、ファイバ伝送網のＰＭＤによる偏波遅延時間τを有していても、遅延時間を補正することができる。その結果として、位相揺らぎがなく安定な光クロック信号Ｃ６１が、モード同期半導体レーザ４００から出力される。
【０２２０】
ファラデー回転子６２の役割は次のようである。すなわち、まず、偏光分離回路６１のポート６１−ｂから出力された光（直線偏光）は、ファラデー回転子６２で＋４５°偏光面が回転し、モード同期半導体レーザ４００の共振器端面Ｌ４に到達する光信号Ｓ６５となる。その際、共振器端面Ｌ４で反射された光信号Ｓ６５は、ファラデー回転子６２で再び＋４５°偏光面が回転し、偏光分離回路６１のポート６１−ｂに入力され、その後、ポート６１−ｄに出力される。従って、図１６の例において、偏光分離回路６１のポート６１−ｄを無反射終端とすることで、光信号がモード同期半導体レーザ４００に入力される経路での反射戻り光を除去できる。また、モード同期半導体レーザ４００の共振器端面Ｌ４から出力される、モード同期半導体レーザ４００からの出力光についても、ファラデー回転子６２→偏光分離回路６１のポート６１−ｂ→ポート６１−ｄの経路を通過するため、偏光分離回路６１のポート６１−ｄを無反射終端とすることで、この光信号が再度モード同期半導体レーザ４００に入力されることはない。
【０２２１】
以上のように、ファラデー回転子６２を用いることで、モード同期半導体レーザ４００の共振器端面Ｌ４を介した反射戻り光による、クロック再生動作の動作不安定性を抑制できる。
【０２２２】
図１６に示した例の場合、再生クロック信号がモード同期半導体レーザ４００の共振器端面Ｒ４から出力されるので、共振器端面Ｒ４と結合した出力経路に、反射戻り光防止のための光アイソレータ６５を挿入する。
【０２２３】
一方、図１７に示した例の場合、偏光分離回路６１のポート６１−ｄを無反射終端とせずに、代わりに光アイソレータ６５を結合させることで、反射戻り光を防止することができると共に、モード同期半導体レーザ４００の同一の共振器端面Ｌ４を用いて、光信号の入力及び再生光クロック信号の出力を行うことができる。
【０２２４】
以上述べたように、外部からの制御信号で、その偏波群遅延時間を可変にできる、可変複屈折媒体６０を用いることで、偏波時間遅延を有した光信号が入力されても、位相揺らぎがない、安定な光クロック信号を供給することが可能となる。
【０２２５】
このような可変複屈折媒体６０としては、例えば、図２０に示すようなものを用いればよい。図２０（ａ）は、第１の実施形態でも説明したＰＡＮＤＡファイバを用いた場合の好適例である。
【０２２６】
ＰＡＮＤＡファイバのΔｎ（光ファイバの場合、モード複屈折と呼ばれる）は、温度依存性を有することが知られている。また、例えば、非特許文献５の２９ぺージ〜３１ぺージに述べられている実験結果によれば、ＰＡＮＤＡファイバのΔｎの代表的な値は、その温度変化も含めて次式（１１）で与えられる。
【数１０】
2008182470.tif 000013
【０２２７】
ここで、δＴｅｍｐは、室温（３０℃）からの温度変化である。
【０２２８】
今、入力光信号のビットレートとして４０Ｇｂ／ｓ（Ｔｂｉｔ−ｒａｔｅ＝２５ｐｓ）、ｎ＝１とし、室温での偏波群遅延時間が２５ｐｓとなるようにＰＡＮＤＡファイバの長さ（Ｌ）は２５ｍに設定されているとする。このとき、ＰＡＮＤＡファイバの温度を１℃変化させたときの偏波群遅延時間の変化率は、式（２）及び式（１１）から、約０．０３ｐｓ／℃と見積もられる。
【０２２９】
また、例えばｎ＝４、すなわち、偏波群遅延時間を４ビット相当分として、ＰＡＮＤＡファイバを長尺化した場合、偏波群遅延時間の温度に対する変化率を、約０．１２ｐｓ／℃と大きくすることができる。
【０２３０】
いずれにしろ、図２０（ａ）に示すように、ＰＡＮＤＡファイバの温度を変化させることで、第４の実施形態に必要な、可変複屈折媒体６０を構成することができる。
【０２３１】
また、可変複屈折媒体６０は、第１の実施形態で説明したように、複屈折性光学結晶を用いても構成できる。この場合、図２０（ｂ）に示すように、楔形の複屈折結晶を用い、それに可動機構をつけてスライドさせることで、その先路長を変化させられるようにすることで、偏波群遅延時間の可変性を実現できる。
【０２３２】
さらに、図２０（ｃ）に示すように、光軸方向が直交する２つの楔形の複屈折結晶を張り合わせた、いわゆるバビネ・ソレイユ補償板を用いても良い。この場合、偏波群遅延時間がゼロの状態（Ｌ１＝Ｌ２の状態）を用意に実現できるので、Ｔｂｉｔ−ｒａｔｅが短くなる、超高ビットレート光信号への応用時に、より精密な偏波群遅延時間の設定が可能となる。
【０２３３】
（Ｄ−３）第４の実施形態の効果
以上のように、第４の実施形態によれば、第１、第３の実施形態の効果に加えて、次の効果を得ることができる。すなわち、ファイバ伝送網の偏波モード分散などの影響により、偏波時間遅延を有した光信号が入力されても、位相揺らぎがない、安定な光クロック信号を供給することが可能となる。
【０２３４】
（Ｅ）第５の実施形態
次に、本発明の光クロック信号再生装置を適用した第５の実施形態を、図面を参照して説明する。
【０２３５】
よく知られているように、ＮＲＺ信号は、その周波数スペクトル上において、ビットレート周波数成分がゼロかあるいは非常に弱い強度成分しか持たず、符号化により拡散したスペクトル成分にほとんど隠れた程度の強度しか有さない。
【０２３６】
そのため、ＮＲＺ信号をモード同期半導体レーザ５００にそのまま入力しても、モード同期半導体レーザにおけるクロック再生動作の偏波依存性の有無に係わらず、そもそも安定なクロック再生動作が生じない。
【０２３７】
そのため、クロック再生動作を得るためには、ＮＲＺ信号をＲＺ信号に変換し、ビットレート周波数成分を増強する必要がある。
【０２３８】
そこで、第５の実施形態では、ＮＲＺ信号をＲＺ信号に変換する変換手段を備える点に特徴がある。
【０２３９】
（Ｅ−１）第５の実施形態の構成
図２１は、第５の実施形態の光クロック信号再生装置１Ｆの構成を説明するブロック図である。
【０２４０】
図２１において、光クロック信号再生装置１Ｆは、モード同期半導体レーザ５００、複屈折媒体７０、偏波依存型光アイソレータ７１、結合レンズ７２及び７３、光アイソレータ７４、波長フィルタ７５、光遅延干渉計７６、を少なくとも有して構成される。
【０２４１】
なお、図２１に示す構成は、第５の実施形態の光クロック信号再生装置１Ｆの構成の一例であり、第１の実施形態の構成をベースにして形成したものである。勿論、第２、第３、第４の実施形態の構成をベースにして、以下で説明する第５の実施形態の特有の機能構成を追加するようにしてもよい。
【０２４２】
第５の実施形態では、入力光信号として、連続する＜１＞の信号間で光強度がゼロに落ちない、いわゆるノンリターン・トゥ・ゼロ信号（Ｎｏｎ  Ｒｅｔｕｒｎ  ｔｏ  ｚｅｒｏ、以下でＮＲＺ信号と呼ぶこともある）を考える。
【０２４３】
光遅延干渉計７６は、入力ＮＲＺ信号Ｓ１００をＲＺ変換信号Ｓ７０に変換するものであり、入力光信号を複屈折媒体７０に入力する光経路に配置される。ここで、光遅延干渉計７６は、ＮＲＺ信号をＲＺ信号に変換することができれば、広く適用することができるが、例えば、非特許文献６に示されるファイバグレーティングや、特許文献３に示すマッハツェンダ干渉計のような、光遅延干渉計を適用するのが有用である。
【０２４４】
（Ｅ−２）第５の実施形態の動作
次に、第５の実施形態の光クロック信号再生装置１Ｆにおける光クロック信号の再生動作を図面を参照して説明する。
【０２４５】
以下では、光遅延干渉計７６として、マッハツェンダ干渉計型の光遅延干渉計を適用した場合を例示して説明する。
【０２４６】
まず、図２２を参考にして、マッハツェンダ干渉計型の光遅延干渉計を用いた場合の、光信号（ＮＲＺ光信号）からＲＺ光信号への変換方法の原理を説明する。
【０２４７】
入力ＮＲＺ光信号Ｓ１００は、光遅延干渉計７６に入力し、光分配器８０にて２分岐される。２分岐された光信号はそれぞれ、マッハツェンダ干渉計の光路８２、８３を通過し、光分配器８１にて再合波される。
【０２４８】
ここで、光路８２、８３において、相対群遅延時間τ２が生じ、かつ、それぞれの光路８２、８３を通過する光信号間にπの位相差が生じるものとする。
【０２４９】
図２２（ｃ）は、相対群遅延時間τ２が、入力光信号Ｓ１００の信号時間間隔１／ｆｂｉｔ−ｒａｔｅより小さいときの、光路８２を通過して光分配器８１に到達したときの光信号Ｓ１０１の振幅波形であり、図２２（ｄ）は、相対群遅延時間τ２が、入力光信号Ｓ１００の信号時間間隔１／ｆｂｉｔ−ｒａｔｅより小さいときの、光路８３を通過して光分配器８１に到達したときの光信号Ｓ１０２の振偏波形である。
【０２５０】
ここで、Ｅは振幅の最大値であり、光分配器８０、８１における分岐比が１：１である場合は、光信号Ｓ１０１、Ｓ１０２で同じ値をとる。
【０２５１】
これらの合成で得られる光分配器８１からの干渉出力の振偏波形Ｓ１０３は、図２２（ｅ）に示すようになる。図２２（ｅ）からわかるように、干渉出力Ｓ１０３は、連続するビット間で信号レベルがゼロに戻る、いわゆるＲＺ信号に変換されることがわかる。
【０２５２】
ＲＺ変換光信号Ｓ７０の信号パターンは、入力ＮＲＺ光信号Ｓ１００の信号パターンとは異なったものになる。
【０２５３】
例えば、図２２の例では、入力ＮＲＺ光信号Ｓ１００の信号パターンは＜１１１０１００１０＞であるが、ＲＺ変換光信号Ｓ７０の信号パターンは＜１００１１１０１１＞となる。しかしながら、クロック抽出における最終目的は、先に述べたように、連続したパルス列（あるいは正弦波）の出力を得ることが目的であるので、このような入力光信号の信号パターンの変化は問題とはならない。また、特許文献３で述べられているように、ＲＺ光信号への変換過程は、何らの光電変換を介さずに、全光学的に実行されるので、このようなＮＲＺ光信号からＲＺ光信号への変換は、光デバイス・電子デバイスの電気的帯域の制限を受けずに、高いビットレートの光信号にも適用できる。
【０２５４】
光遅延干渉計７６として、直交した光軸方向で光路差が等しい、いわゆる偏波無依存型のものを用いれば、入力ＮＲＺ光信号の偏波状態にかかわらず、上述したようなＮＲＺ光信号からＲＺ光信号への変換が行われる。
【０２５５】
ＲＺ変換光信号Ｓ７０は、入力ＮＲＺ光信号Ｓ１００がそうであるように、偏波不定光であるが、このＲＺ変換光信号Ｓ７０は、ＲＺ光信号であるため、クロック再生動作を安定に実行できるほどの強いビットレート周波数成分を有する。
【０２５６】
さらには、このＲＺ変換光信号Ｓ７０が、複屈折媒体７０に入力し、その後モード同期半導体レーザ５００に与えられると、第１の実施形態で説明した効果により、モード同期半導体レーザ５００から、再生光クロック信号Ｃ７１及びＣ７２を得ることができる。
【０２５７】
図２３は、第５の実施形態における光信号及び光クロック信号の信号波形及び偏波状態を模式的に示した図である。
【０２５８】
図２３に示すように、ＲＺ変換光信号Ｓ７０、光信号Ｓ７１〜Ｓ７４、光クロック信号Ｃ７１、Ｃ７２はそれぞれ、図４に示す第１の実施形態での、入力光信号Ｓ３０、光信号Ｓ３１〜Ｓ３４、光クロック信号Ｃ３１、Ｃ３２に対応するものであり、その詳細な説明は先に述べられた通りなのでここでは割愛する。
【０２５９】
（Ｅ−３）第５の実施形態の効果
以上のように、第５の実施形態によれば、第１〜第４の実施形態で説明した効果に加えて、次に示す効果を得ることができる。すなわち、入力光信号がＮＲＺ光信号の場合であっても、入力光信号の偏波状態に無依存な、全光クロック信号再生が実行できるようになる。
【０２６０】
（Ｆ）他の実施形態
第１〜第５の実施形態において、モード同期半導体レーザがＴＥ偏波発振するものとして説明したが、ＴＭ偏波発振する受動モード同期半導体レーザでも同様の効果は得られる。また、第１〜第５の実施形態においては、モード同期半導体レーザ１００、２００、３００、４００、５００として、可飽和吸収領域を有し、それがモード同期動作を生じさせるモードロッカとして動作する、いわゆる受動モード同期半導体レーザを考慮しているが、可飽和吸収領域を有しないタイプのモード同期半導体レーザであっても、光信号を受け入れることでレーザ内部の光学利得、光学吸収、あるいは屈折率に変調が生じ、それによって光クロック再生動作を生じることが可能であるならば、適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２６１】
【図１】第１の実施形態の光クロック信号再生装置の構成ブロック図である。
【図２】第１の実施形態のモード同期半導体レーザの構造例を示す図である。
【図３】第１の実施形態の、偏波依存型光アイソレータを通過する光の偏光方向と、複屈折媒体の光軸方向と、モード同期半導体レーザの発振偏波方向との関係を示す図である。
【図４】第１の実施形態の入力光信号と光クロック信号との信号波形及び偏波状態を説明する説明図である。
【図５】第１の実施形態の光信号の規格化平均強度の最大値と最小値の偏光消光比（ＰＥＲ）依存性を示す図である。
【図６】第１の実施形態の光クロック信号の時間ジッタの入力光強度の依存性を示す図である。
【図７】第１の実施形態の光クロック信号の時間ジッタの入力光の偏波依存性を示す図である。
【図８】第１の実施形態の、入力光信号の偏光消光比を変化させた場合の各信号のサンプリングオシロスコープ観測波形を示す図である。
【図９】第１の実施形態の、入力光信号の偏波状態を変動させて偏波スクランブル信号とした場合の、再生光クロック信号のサンプリングオシロスコープ波形の比較を示す図である。
【図１０】第２の実施形態の光クロック信号再生装置の構成ブロック図である。
【図１１】第２の実施形態の、偏波依存型光アイソレータを通過する光の偏光方向と、複屈折媒体の光軸方向と、モード同期半導体レーザの発振偏波方向との関係を示す図である。
【図１２】第２の実施形態の入力光信号と光クロック信号との信号波形及び偏波状態を説明する説明図である。
【図１３】第３の実施形態の光クロック信号再生装置の構成ブロック図である。
【図１４】第３の実施形態の、偏波依存型光アイソレータを通過する光の偏光方向と、複屈折媒体の光軸方向と、モード同期半導体レーザの発振偏波方向との関係を示す図である。
【図１５】第３の実施形態の入力光信号と光クロック信号との信号波形及び偏波状態を説明する説明図である。
【図１６】第４の実施形態の光クロック信号再生装置の構成ブロック図である。
【図１７】第４の実施形態の光クロック信号再生装置の構成変形例を示すブロック図である。
【図１８】第４の実施形態の、偏波依存型光アイソレータを通過する光の偏光方向と、複屈折媒体の光軸方向と、モード同期半導体レーザの発振偏波方向との関係を示す図である。
【図１９】第４の実施形態の入力光信号と光クロック信号との信号波形及び偏波状態を説明する説明図である。
【図２０】第４の実施形態の可変複屈折媒体の構成例を示す図である。
【図２１】第５の実施形態の光クロック信号再生装置の構成ブロック図である。
【図２２】第５の実施形態の遅延干渉計によるＲＺ変換信号の発生を説明する説明図である。
【図２３】第５の実施形態の入力光信号と光クロック信号との信号波形及び偏波状態を説明する説明図である。
【図２４】従来の光クロック信号再生装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【０２６２】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ…光クロック信号再生装置、１００、２００、３００、４００、５００…モード同期半導体レーザ、３０、４０、５０、６０、７０…複屈折媒体、３１、７１…偏波依存型光アイソレータ、５１…偏波依存型光サーキュレータ、３２、３３、４２、４３、５２、６３、６４、７２、７３…結合レンズ、３４、４４、７４…光アイソレータ、４６…偏波無依存型光アイソレータ、６７…波形モニタ、６８…制御信号発生装置、７６…光遅延干渉計。
【図１】
2008182470.tif 000014
【図２】
2008182470.tif 000015
【図３】
2008182470.tif 000016
【図４】
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【図５】
2008182470.tif 000018
【図６】
2008182470.tif 000019
【図７】
2008182470.tif 000020
【図８】
2008182470.tif 000021
【図９】
2008182470.tif 000022
【図１０】
2008182470.tif 000023
【図１１】
2008182470.tif 000024
【図１２】
2008182470.tif 000025
【図１３】
2008182470.tif 000026
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2008182470.tif 000031
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2008182470.tif 000035
【図２３】
2008182470.tif 000036
【図２４】
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