(57)【要約】【解決手段】偏光ビームスプリッタ３−１は、入力光信号Ｓ０を横偏波成分Ｓ２と、縦偏波成分Ｓ１とに分離し、上記横偏波成分Ｓ２をモード同期半導体レーザ４の一方の端面Ｌに出力し、偏波面保存光ファイバ５は、上記偏光ビームスプリッタ３−１から上記縦偏波成分Ｓ１を受け入れて、該偏波面をπ／２回転させて上記モード同期半導体レーザ４の他方の端面Ｒに案内する。【効果】入力光信号Ｓ０の偏波状態によらず、動作安定な光クロック信号を再生成することができる。【選択図】        図１
2004363873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光共振器を構成する両端面からそれぞれ所定の偏波状態の光信号を入力し、少なくとも何れか一方の端面から再生成光クロック信号を出力するモード同期半導体レーザを備える光クロック信号再生成装置であって、
入力光信号を前記所定の偏波状態の光信号と、該所定の偏波状態と偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号とに分離し、前記所定の偏波状態の光信号を前記モード同期半導体レーザの一方の端面に出力する偏波状態分離手段と、
該偏波状態分離手段から前記偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号を受け入れて、該偏波面をπ／２回転させて前記モード同期半導体レーザの他方の端面に案内する偏波面回転手段とを含むことを特徴とする光クロック信号再生成装置。
【請求項２】
第一の端子から受け入れた光信号を第二の端子へ出力し、前記第二の端子から受け入れた光信号を第三の端子へ出力する光進行方向規定手段と、
前記第二の端子が出力する光信号を第一のポートから受け入れて所定の偏波状態の光信号と該所定の偏波状態と偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号とに分離し、前記所定の偏波状態の光信号を第二のポートへ出力し、前記偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号を第三のポートへ出力し、前記第二のポートから受け入れた前記所定の偏波状態の光信号と、前記第三のポートから受け入れた前記偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号とを前記第一のポートへ出力する偏波状態分離手段と、
前記第三のポートから前記偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号を受け入れて該光信号の偏波面をπ／２回転させて前記所定の偏波状態の光信号を出力する偏波面回転手段と、
該偏波面回転手段の出力する前記所定の偏波状態の光信号を一方の端面から受け入れ、前記第二のポートが出力する前記所定の偏波状態の光信号を他方の端面から受け入れて、再生成光クロック信号を前記両端面の少なくとも一方から出力するモード同期半導体レーザとを備え、
前記第一の端子を入力される光信号の入力端子とし、前記第三の端子を再生成された光クロック信号の出力端子とすることを特徴とする光クロック信号再生成装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の光クロック信号再生成装置に於いて、
前記偏波面回転手段は、
偏波面保存光ファイバからなり、該偏波面保存光ファイバの入出力端部間で偏波面保存方向が、光信号の光進行方向に向かってπ／２回転させて配置されることを特徴とする光クロック信号再生成装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の光クロック信号再生成装置に於いて、
前記偏波状態分離手段からモード同期半導体レーザの両端面のそれぞれに至る光経路の少なくとも一方の経路に、該経路内を伝播する光信号の光強度レベルを調整するゲイン調整手段、及び該経路内を伝播する光信号の位相量を調整する位相調整手段の少なくとも一方を更に備えることを特徴とする光クロック信号再生成装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光クロック信号再生成装置に於いて、
前記ゲイン調整手段は、光増幅器、及び光減衰器の何れか一方からなることを特徴とする光クロック信号再生成装置。
【請求項６】
第一のポートから受け入れた光信号を所定の偏波状態の光信号と該所定の偏波状態と偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号とに分離し、前記所定の偏波状態の光信号を第二のポートへ出力し、前記偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号を第三のポートへ出力し、前記第二のポートから受け入れた前記偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号を第四のポートへ出力し、前記第三のポートから受け入れた前記偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号を前記第一のポートへ出力する偏波状態分離手段と、
前記第三のポートから前記偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号を受け入れて該光信号の偏波面を所定の方向へπ／４回転させた光信号を出力する第一の偏波面回転手段と、
前記第二のポートから前記所定の偏波状態の光信号を受け入れて、該光信号の進行方向に無関係に、その偏波面を前記所定の方向と反対の方向へπ／４回転させる第二の偏波面回転手段と、
前記第一の偏波面回転手段の出力する光信号を一方の端面から、前記第二の偏波面回転手段が出力する光信号を他方の端面から、それぞれ前記所定の偏波状態の光信号として受け入れるべく両端面を、前記所定の方向と反対の方向にπ／４回転させて配置され、再生成光クロック信号を前記両端面の少なくとも一方から出力するモード同期半導体レーザとを備え、
前記第一のポートを入力される光信号の入力ポートとし、前記第四のポートを再生成された光クロック信号の出力ポートとすることを特徴とする光クロック信号再生成装置。
【請求項７】
請求項６に記載の光クロック信号再生成装置に於いて、
前記第一の偏波面回転手段は、
偏波面保存光ファイバからなり、該偏波面保存光ファイバの入出力端部間で偏波面保存方向が、光信号の光進行方向に向かって前記所定の方向にπ／４回転させて配置されることを特徴とする光クロック信号再生成装置。
【請求項８】
請求項６に記載の光クロック信号再生成装置に於いて、
前記第二の偏波面回転手段は、
磁気光学効果を用いたファラディ素子であることを特徴とする光クロック信号再生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長距離大容量光ファイバネットワークの光中継器に用いられる光クロック信号再生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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ネットワークでは、所定の伝送距離毎に光信号を再生成する光中継器が配置される。長距離伝送に伴う光信号の劣化を補償するためである。この光中継器には、光クロック信号の正確な再生成が求められる。従来の光中継器では、受信した光信号を一旦電気信号に変換する。この電気信号から電気クロック信号を正確に再生成する。再生成した電気クロック信号を再度光クロック信号に変換する。このようにして光クロック信号の正確な再生成が実行されていた。
【０００３】
しかし、近年、光信号の高ビットレート化が進むにつれて、電子デバイスでは、その高ビットレート化に追随でき難く成りつつある。
そこで、光信号を一旦電気信号に変換することなく、直接光クロック信号を再生成する技術の開発が要求されている。この技術開発の一例としてモード同期半導体レーザを用いた方式（例えば、非特許文献１参照）が公開されている。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｔ．Ｏｎｏ，Ｔ．Ｓｈｉｍｉｚｕ，Ｙ．Ｙａｎｏ，ａｎｄ  Ｈ．Ｙｏｋｏｙａｍａ，  ＯＦＣ’９５  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ，  ＴｈＬ４  Ｐ２８８−２８９  “Ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｌｏｃｋ  ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  １０−Ｇｂｉｔ／ｓ  ｄａｔａ  ｐｕｌｓｅｓ  ｂｙ  ｕｓｉｎｇ  ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  ｍｏｄｅ−ｌｏｃｋｅｄ  ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅｓ”
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記非特許文献１で示す、モード同期半導体レーザのクロック再生成動作は、入力光信号の偏波面に大きく依存している。即ち、この種の半導体レーザでは、入力光信号が、横偏波状態の場合は良好な動作が得られるが、縦偏波状態の場合には良好な動作が得られない、という極端な偏波依存性を持っている。
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、偏波依存性を全く持っていない。従って、光ファイバの入力端に於いて、正確に横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。
その結果、この出力光信号を受け入れたモード同期半導体レーザのクロック再生成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た。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。
〈構成１〉
光共振器を構成する両端面からそれぞれ所定の偏波状態の光信号を入力し、少なくとも何れか一方の端面から再生成光クロック信号を出力するモード同期半導体レーザを備える光クロック信号再生成装置であって、入力光信号を上記所定の偏波状態の光信号と、該所定の偏波状態と偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号とに分離し、上記所定の偏波状態の光信号を上記モード同期半導体レーザの一方の端面に出力する偏波状態分離手段と、該偏波状態分離手段から上記偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号を受け入れて、該偏波面をπ／２回転させて上記モード同期半導体レーザの他方の端面に案内する偏波面回転手段とを含むことを特徴とする。
【０００７】
〈構成２〉
第一の端子から受け入れた光信号を第二の端子へ出力し、上記第二の端子から受け入れた光信号を第三の端子へ出力する光進行方向規定手段と、上記第二の端子が出力する光信号を第一のポートから受け入れて所定の偏波状態の光信号と該所定の偏波状態と偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号とに分離し、上記所定の偏波状態の光信号を第二のポートへ出力し、上記偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号を第三のポートへ出力し、上記第二のポートから受け入れた上記所定の偏波状態の光信号と、上記第三のポートから受け入れた上記偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号とを上記第一のポートへ出力する偏波状態分離手段と、上記第三のポートから上記偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号を受け入れて該光信号の偏波面をπ／２回転させて上記所定の偏波状態の光信号を出力する偏波面回転手段と、該偏波面回転手段の出力する上記所定の偏波状態の光信号を一方の端面から受け入れ、上記第二のポートが出力する上記所定の偏波状態の光信号を他方の端面から受け入れて、再生成光クロック信号を上記両端面の少なくとも一方から出力するモード同期半導体レーザとを備え、上記第一の端子を入力される光信号の入力端子とし、上記第三の端子を再生成された光クロック信号の出力端子とすることを特徴とする。
【０００８】
〈構成３〉
構成１又は構成２に記載の光クロック信号再生成装置に於いて、上記偏波面回転手段は、該偏波面保存光ファイバの入出力端部間で偏波面保存方向が、光信号の光進行方向に向かってπ／２回転させて配置されることを特徴とする。
【０００９】
〈構成４〉
構成１又は構成２に記載の光クロック信号再生成装置に於いて、上記偏波状態分離手段からモード同期半導体レーザの両端面のそれぞれに至る光経路の少なくとも一方の経路に、該経路内を伝播する光信号の光強度レベルを調整するゲイン調整手段、及び該経路内を伝播する光信号の位相量を調整する位相調整手段の少なくとも一方を更に備えることを特徴とする。
【００１０】
〈構成５〉
構成４に記載の光クロック信号再生成装置に於いて、上記ゲイン調整手段は、光増幅器、及び光減衰器の何れか一方からなることを特徴とする。
【００１１】
〈構成６〉
第一のポートから受け入れた光信号を所定の偏波状態の光信号と該所定の偏波状態と偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号とに分離し、上記所定の偏波状態の光信号を第二のポートへ出力し、上記偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号を第三のポートへ出力し、上記第二のポートから受け入れた上記偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号を第四のポートへ出力し、上記第三のポートから受け入れた上記偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号を上記第一のポートへ出力する偏波状態分離手段と、上記第三のポートから上記偏波面がπ／２異なる偏波状態の光信号を受け入れて該光信号の偏波面を所定の方向へπ／４回転させた光信号を出力する第一の偏波面回転手段と、上記第二のポートから上記所定の偏波状態の光信号を受け入れて、該光信号の進行方向に無関係に、その偏波面を上記所定の方向と反対の方向へπ／４回転させる第二の偏波面回転手段と、上記第一の偏波面回転手段の出力する光信号を一方の端面から、上記第二の偏波面回転手段が出力する光信号を他方の端面から、それぞれ上記所定の偏波状態の光信号として受け入れるべく両端面を、上記所定の方向と反対の方向にπ／４回転させて配置され、再生成光クロック信号を上記両端面の少なくとも一方から出力するモード同期半導体レーザとを備え、上記第一のポートを入力される光信号の入力ポートとし、上記第四のポートを再生成された光クロック信号の出力ポートとすることを特徴とする。
【００１２】
〈構成７〉
構成６に記載の光クロック信号再生成装置に於いて、上記第一の偏波面回転手段は、偏波面保存光ファイバからなり、該偏波面保存光ファイバの入出力端部間で偏波面保存方向が、光信号の光進行方向に向かって上記所定の方向にπ／４回転させて配置されることを特徴とする。
【００１３】
〈構成８〉
構成６に記載の光クロック信号再生成装置に於いて、上記第二の偏波面回転手段は、磁気光学効果を用いたファラディ素子であることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を具体例を用いて説明する。
〈具体例１の構成〉
本具体例では、入力光信号の偏波状態によらず、動作安定な光クロック信号再生成装置を得るために、入力光信号を横偏波状態の光信号と縦偏波状態の光信号とに分離する偏波状態分離手段と、上記縦偏波状態の光信号を受け入れて該光信号の偏波状態をπ／２回転させて横偏波状態の光信号を出力する偏波面回転手段と、両端面から受け入れる光信号に同期した光クロック信号を発生するモード同期半導体レーザとを備え、上記偏波状態分離手段が分離出力した横偏波状態の光信号と、上記偏波面回転手段の出力する横偏波状態の光信号とをモード同期半導体レーザの両端面に注入する。以下に、その内容について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、具体例１の構成のブロック図である。
図に示すように、具体例１の光クロック信号再生成装置は、光伝播媒体１−１〜１−７、光サーキュレータ２、偏光ビームスプリッタ３−１及び３−２、モード同期半導体レーザ４、偏波面保存光ファイバ５、ゲイン調整器６、位相調整器７、光バンドパスフィルタ８とを備える。
【００１６】
光伝播媒体１−１〜１−７は、上記各デバイス間を繋いで、光信号の導通路となる部分である。通常は、光ファイバ（望ましくはシングルモード光ファイバ）が用いられるが、光信号の偏波面に所定の注意が払われるならば光導波路であっても良い。又配置位置が正確に規定されるならば、スペース空間や石英ガラスブロック等であっても良い。
【００１７】
光サーキュレータ２は、３個以上の端子数を有する光進行方向規定手段であって、第一の端子ａから受け入れた光信号を第二の端子ｂへ出力し、上記第二の端子ｂから受け入れた光信号を第三の端子ｃへ出力する部分である。本具体例では、第一の端子ａを入力される光信号の入力端子とし、第三の端子ｃを再生成された光クロック信号の出力端子とする。ここで端子とは、光信号が入出力される部分であり、ポートとも呼ぶことができ、対向する光伝播媒体１−１〜１−７の種類によって、光コネクタ、プリズム、あるいは又レンズ等が適宜、付加される。
【００１８】
偏光ビームスプリッタ３−１は、受け入れた光信号を横偏波状態の光信号と縦偏波状態の光信号とに分離する偏波状態分離手段である。本具体例では、第一のポートＩから受け入れた光信号を横偏波状態の光信号と縦偏波状態の光信号とに分離し、横偏波状態の光信号を第二のポートＩＩへ出力し、縦偏波状態の光信号を第三のポートＩＩＩへ出力し、第二のポートＩＩから受け入れた横偏波状態の光信号と第三のポートＩＩＩから受け入れた縦偏波状態の光信号とを第一のポートＩへ出力する部分である。通常は偏光プリズムを２個張り合わせた物が用いられる。本具体例では、第一のポートＩは、光伝播媒体１−２を介して上記第二の端子ｂと接続され、第二のポートＩＩは、光伝播媒体１−３を介してモード同期半導体レーザ４の端面Ｌに接続され、第三のポートＩＩＩは、偏波面保存光ファイバ５に接続される。
【００１９】
ここでポートとは、光信号が入出力する部分であり、対向する光伝播媒体１−１〜１−７の種類によって、光コネクタ、プリズム、あるいは又レンズ等が適宜、付加される。
尚、ここで横偏波状態の光信号とは、偏波面が図１の紙面に垂直な偏波面を有する光信号であり、縦偏波状態の光信号とは、偏波面が図１の紙面に平行な偏波面を有する光信号である。
【００２０】
モード同期半導体レーザ４は、偏波面保存光ファイバ５の出力する横偏波状態の光信号を一方の端面Ｒから受け入れ、偏光ビームスプリッタ３−１の第二のポートＩＩが出力する横偏波状態の光信号を他方の端面Ｌから受け入れて、これらの光信号に同期した再生成光クロック信号を両端面の少なくとも一方から出力するモード同期半導体レーザである。この概要について以下に説明する。
【００２１】
図２は、モード同期半導体レーザの概要説明図である。
ここでは一例としてＤＢＲ（分布反射）型モード同期半導体レーザについて説明する。
このＤＢＲ型モード同期半導体レーザ１０は、従来からよく知られているように、半導体材料から成るｎ型クラッド層１１−１、ｐ型クラッド層１１−２、及び両者の間に光導波路層１１−３を有する積層構造を備える。このＤＢＲ型モード同期半導体レーザの有する光導波路層１１−３は、光変調器領域１１−４、誘導放出光を生成するための利得領域１１−５、受動光導波路領域１１−６から構成される。受動光導波路領域１１−６の全体、または一部には、均一な所定の格子間隔を連続して一様に有する回折格子１１−７が設けられている。この例では、回折格子１１−７は受動光導波路領域１１−６の一部の表面の凹凸により形成されているが、他の方法、例えば、受動光導波路領域１１−６の一部の屈折率変化により形成される方法、あるいは両者を複合させた方法を用いても良い。
【００２２】
例えば、ｎ型クラッド層１１−１をｎ型ＩｎＰ、ｐ型クラッド層１１−２をｐ型ＩｎＰ、光導波路層１１−３をＩｎＧａＡｓＰで、それぞれ形成することにより、上記積層構造にダブルヘテロ構造を採用することができる。
【００２３】
ｎ型クラッド層１１−１には、接地される共通電極１１−８が設けられ、また、ｐ型クラッド層１１−２には、光変調器領域１１−４及び利得領域１１−５に対応して、それぞれ光変調器領域の電極１１−９、利得領域の電極１１−１０が形成されている。
【００２４】
利得領域の電極１１−１０と共通電極１１−８との間には、直流電源１１−１１が接続されている。利得領域１１−５は、この順方向の直流電源１１−１１により、所定の誘導放出光を放出する部分である。この誘導放出光は、光導波路層１１−３の両端面を反射面として、これら両端面間で規定される光共振器長で、光導波路層１１−３内を循環する。
【００２５】
光変調器領域１１−４に対応する光変調器領域の電極１１−９と共通電極１１−８との間には、逆バイアス直流電源１１−１２による逆バイアス電圧が供給可能である。光変調器領域１１−４は、逆バイアス直流電源１１−１２から逆バイアス電圧を印加されることにより、光導波路層１１−３内を循環する誘導放出光の一部を効率的に吸収する。
【００２６】
これにより、誘導放出光は、従来から良く知られているように、そのモード間の同期が取られる。この同期が取られた誘導放出光が所定の強度に達すると、光導波路層１１−３の少なくとも一方の端面から、基本的には、共振器長で規定されるモード同期周波数ｆＭＬに対応する光パルス列として放出される。
【００２７】
又、偏波面保存光ファイバ５の出力する横偏波状態の光信号を一方の端面Ｒから、偏光ビームスプリッタ３−１の第二のポートＩＩが出力する横偏波状態の光信号を他方の端面Ｌから、それぞれ受け入れて、これらの光信号に同期した再生成光クロック信号を両端面の少なくとも一方の端面から出力する。但し、端面Ｒから受け入れる光信号の位相と端面Ｌから受け入れる光信号の位相との位相差は上記モード同期周波数ｆＭＬに於けるパルス繰り返し周期の１／２の奇数倍でなければならない。
【００２８】
再度図１に戻って、偏波面保存光ファイバ５は、偏波面回転手段であって、偏光ビームスプリッタ３−１の第三のポートＩＩＩから縦偏波状態の光信号を受け入れて該光信号の偏波状態をπ／２回転させて横偏波状態の光信号を出力する部分である。偏波面保存光ファイバ５は、通常、光ファイバのコア部分に横方向と縦方向とから異なる大きさの応力を加える等により得られる複屈折を利用して、上記の横方向あるいは縦方向と一致する偏光の光信号を入力した場合に、その偏波面保存機能を有するファイバである。
【００２９】
本発明では、偏波面保存光ファイバ５が、偏光ビームスプリッタ３−１の第三のポートＩＩＩとゲイン調整器６との間に、入力端と出力端との間を９０度（π／２）機械的に捻った状態（偏波面保存方向を回転させた状態）に配置される。こうすることによって偏光ビームスプリッタ３−１の第三のポートＩＩＩから縦偏波状態の光信号を受け入れて、ゲイン調整器６へ横偏波状態の光信号を供給し、同時にゲイン調整器６から横偏波状態の光信号を受け入れて偏光ビームスプリッタ３−１の第三のポートＩＩＩへ縦偏波状態の光信号を出力することが可能になる。
【００３０】
ゲイン調整器６は、モード同期半導体レーザ４と偏波面保存光ファイバ５との間に配置され、光導波路層１１−３（図２）の両端面に注入される光信号の光強度レベルの差を３ｄＢ以内に調整するための、光増幅器又は光減衰器である。光導波路層１１−３（図２）の両端面に注入される光信号の光強度レベルの差を３ｄＢ以内にすることによって入力光信号の偏波状態に依らない安定な光クロック信号を再生成できるからである。この光強度レベルの差を３ｄＢ以内にすることについては、後に動作の項で詳細に説明する。
【００３１】
ここで両端面を介して注入される光信号の光強度レベルの差とは、偏光ビームスプリッタ３−１の第三のポートＩＩＩから出力され、偏波面保存光ファイバ５、ゲイン調整器６、位相調整器７、光伝播媒体１−４を通り、モード同期半導体レーザ４の端面Ｒを経て光導波路層１１−３（図２）に至るまでの光結合損失及び光伝播損失の総和と、偏光ビームスプリッタ３−１の第二のポートから出力され、光伝播媒体１−３を通ってモード同期半導体レーザ４の端面Ｌ、を経て光導波路層１１−３（図２）に至るまでの光結合損失及び光伝播損失の総和との光強度レベルの差を言う。
【００３２】
本具体例では、モード同期半導体レーザ４としてＤＢＲ（分布反射）型を用いているが、本発明では、モード同期半導体レーザ４としてＣＰＭ（衝突パルス）型をも用いることができる。この場合には、レーザの共振器構造が、共振器の中心に対して左右対称な構造になるので、その分、両端面に入力すべき光強度レベルの差は小さくなることに留意すべきである。
【００３３】
上記光増幅器としては、半導体型の光増幅器を用いても良いし、あるいは又、希土類元素を添加した光ファイバを用いた増幅器等を用いても良い。但し希土類元素を添加した光ファイバを用いた通常の増幅器は、方向性を持っているので、内部に配置されているアイソレータを除去する等の配慮が必要となる。一方、光減衰器としては、光学薄膜を用いた物でも良いが、近年反射光が小さく且つ精密な、ファイバ型の光減衰器等が普及しているので、これらを用いても良い。
【００３４】
位相調整器７は、偏光ビームスプリッタ３−１の第三のポートＩＩＩから出力され、偏波面保存光ファイバ５、ゲイン調整器６、位相調整器７、光伝播媒体１−４を通り、モード同期半導体レーザ４の端面Ｒを経て光導波路層１１−３（図２）に至るまでの光伝播位相量の総和と、偏光ビームスプリッタ３−１の第二のポートから出力され、光伝播媒体１−３を通ってモード同期半導体レーザ４の端面Ｌを経て光導波路層１１−３（図２）に至るまでの光伝播位相量の総和との差をクロック信号周期の１／２の奇数倍に調整するための光遅延線である。
【００３５】
この光遅延線としては、光学単結晶の所定の方向に印加する電界強度を変化させて遅延時間を調整できる光可変遅延線等を用いると効果的である。無論、位相量を正確に測定し、最適な遅延時間を有する遅延時間固定の光遅延線を選択して用いても良い。
尚、モード同期半導体レーザとして、ＤＢＲ（分布反射）型等を用いた場合には、位相調整器７で上記２つの光通路間での光伝播位相量の差をクロック信号周期の１／２の奇数倍に調整するが、モード同期半導体レーザとして、ＣＰＭ（衝突パルス）型を用いた場合には上記２つの光通路間での光伝播位相量の差をクロック信号周期の整数倍に一致させることになる。これは、両レーザでの光導波路層内で発生する光パルス列の循環モードの差異によるものである。本発明には直接関係しないので説明を省略する。
【００３６】
偏光ビームスプリッタ３−２は、上記偏光ビームスプリッタ３−１と同様に、受け入れた光信号を横偏波状態の光信号と縦偏波状態の光信号とに分離する偏波状態分離手段である。本具体例では、その第一のポートＩから受け入れた光信号を横偏波状態の光信号と縦偏波状態の光信号とに分離し、横偏波状態の光信号を第二のポートＩＩへ出力し、縦偏波状態の光信号をポートＩＩＩへ出力する部分である。通常は偏光プリズムを２個張り合わせた物が用いられる。本具体例では、第一のポートＩは、光伝播媒体１−５を介して上記第三の端子ｃと接続され、第二のポートＩＩは、光伝播媒体１−６を介して光バンドパスフィルタ８に接続され、第三のポートＩＩＩは、光伝播媒体１−７を介して図示しない他の機器へ接続される。
【００３７】
光バンドパスフィルタ８は、光伝播媒体１−６を介して、偏光ビームスプリッタ３−２の第二のポートＩＩに接続され、所定の波長の光信号のみ通過させる光フィルタであり、通常光学薄膜を多数積層した多層膜フィルタなどが用いられる。この出力光信号が、再生成された出力光クロック信号となる。
【００３８】
〈具体例１の動作〉
本具体例による光クロック信号再生成装置は、図示していない外部装置から入力光信号Ｓ０を受け入れて動作が開始される。入力光信号Ｓ０は、光サーキュレータ２の第一の端子ａから入力され、第二の端子ｂへ出力される。
この第二の端子ｂから出力された入力光信号Ｓ０は、偏光ビームスプリッタ３−１の第一のポートＩに入力される。偏光ビームスプリッタ３−１の内部で縦偏波成分Ｓ１と横偏波成分Ｓ２とに分離され、縦偏波成分Ｓ１は、第三のポートＩＩＩから、横偏波成分Ｓ２は、第二のポートＩＩから、それぞれ出力される。
【００３９】
第三のポートＩＩＩから出力された縦偏波成分Ｓ１は、偏波面保存光ファイバ５へ入力される。この偏波面保存光ファイバ５によって偏波面が保存されたままゲイン調整器６へ送られる。但し、上記のように偏波面保存光ファイバ５は、入力端と出力端との間を９０度（π／２）機械的に捻った状態に配置されているので、縦偏波成分Ｓ１は、偏波面が９０度（π／２）回転され、横偏波状態になった横偏波成分ｓ１となって出力される。この横偏波成分ｓ１は、ゲイン調整器６及び位相調整器７を通り、モード同期半導体レーザ４の端面Ｒ側から光導波路層１１−３（図２）へ供給される。以後、この経路を経路Ａと記す。
【００４０】
一方、第二のポートＩＩから出力された横偏波成分Ｓ２は、光伝播媒体１−３を介してモード同期半導体レーザ４の端面Ｌ側から光導波路層１１−３（図２）へ注入される。以後、この経路を経路Ｂと記す。
ここで、モード同期半導体レーザ４が、経路Ａを通って端面Ｒ側から横偏波成分ｓ１を、経路Ｂを通って端面Ｌ側から横偏波成分Ｓ２を、それぞれ受け入れて光クロック信号を再生成する場合の動作について説明する。
【００４１】
今、モード同期半導体レーザ４の両端面から注入される合計光強度をＩｓとすると、経路Ａを通って端面Ｒ側からモード同期半導体レーザ４へ注入される横偏波成分ｓ１の光強度をＩｓ・ｙ、経路Ｂを通って端面Ｌ側からモード同期半導体レーザ４へ注入される横偏波成分Ｓ２の光強度をＩｓ（１−ｙ）（但し、０≦ｙ≦１）と表すことができる。
又、モード同期半導体レーザ４の安定なクロック抽出動作を保証するために、仕様上求められている入力光信号の光強度の範囲をＩｐ／ｚ〜Ｉｐとする（但し、ｚ＞１）。
【００４２】
上記設定から、モード同期半導体レーザ４が、経路Ａを通って端面Ｒ側から注入される横偏波成分ｓ１の光強度Ｉｓ・ｙのみによって安定なクロック抽出動作を保証するための条件はＩｐ／ｚ≦Ｉｓ・ｙ≦Ｉｐ・・・（１式）となる。
同様にしてモード同期半導体レーザ４が、経路Ｂを通って端面Ｌ側から注入される横偏波成分Ｓ２の光強度Ｉｓ（１−ｙ）のみによって安定なクロック抽出動作を保証するための条件はＩｐ／ｚ≦Ｉｓ（１−ｙ）≦Ｉｐ・・・（２式）となる。
【００４３】
上記（１式）、（２式）より、モード同期半導体レーザ４が経路Ａ、及び経路Ｂを通って注入される合計光強度Ｉｓによって安定なクロック抽出動作を保証するための条件は、簡単な数式変換によって、Ｉｓ≦Ｉｐ且つ、Ｉｐ／Ｉｓ≦ｚ／２・・・（３式）と求まる。
（３式）より、Ｉｓ＝Ｉｐに設定した場合には２≦ｚとなる。
即ち、Ｉｐ／ｚ≦Ｉｐ／２となり、モード同期半導体レーザ４が、Ｉｐの半分以下の入力によっても安定なクロック抽出動作を保証できる性能をもっているならば（３ｄＢ以上のパワーマージンがあれば）、０≦ｙ≦１に亘って動作可能になることを意味している。
【００４４】
図３は、光クロック信号のジッタ特性説明図（その１）である。
横軸に、注入光強度（ｄＢｍ）を表し、縦軸に時間ジッタ（ｐｓ：ピコ秒）を表している。パルス繰り返し周波数１６０ＧＨｚのモード同期半導体レーザ４の片方の端面Ｒからパルス繰り返し周波数１６０ＧＨｚの横偏波状態の光信号を注入した時の、注入光強度に対する発生クロック信号のジッタ特性を表している。
【００４５】
図が示しているように、注入光強度が−８ｄＢｍから−１４ｄＢｍの間では、時間ジッタは、０．４２ｐｓ程度で、ほとんど変化していないことが分かる。この範囲は、安定なクロック抽出動作が保証されるための両端面から注入される合計光強度の範囲（Ｉｐ／ｚ〜Ｉｐ）である。即ち、上記３ｄＢ以上のパワーマージンの条件を満足していることが分かる。
【００４６】
以上説明した（１式）、（２式）、（３式）の導入過程では、経路Ａ及び経路Ｂ内での光結合損失や光伝播損失等の差異や、ＤＢＲ型のモード同期半導体レーザ４の端面Ｌ側（一例）に備える回折格子１１−７（図２）による減衰量等に触れていない。しかし、現実にはこれらの値を無視することはできない。
【００４７】
そこで、上記ゲイン調整器６を用いて経路Ａ及び経路Ｂ内での光結合損失や光伝播損失等の差異や、ＤＢＲ型のモード同期半導体レーザ４の端面Ｌ側（一例）に備える回折格子１１−７（図２）による減衰量による差を調整する。特に、回折格子１１−７（図２）による減衰量は無視できないので、経路Ｂを通って端面Ｌ側からモード同期半導体レーザ４の内部へ注入される横偏波成分Ｓ２が、経路Ａを通って端面Ｒ側からモード同期半導体レーザ４の内部へ注入される横偏波成分ｓ１よりも光強度が小さくなるのが一般的である。但し、ＣＰＭ型のモード同期半導体レーザ４を用いた場合には、回折格子１１−７（図２）による減衰量を考慮する必要が無いことに留意すべきである。
【００４８】
図４は、光クロック信号のジッタ特性説明図（その２）である。
横軸に、注入光強度（ｄＢｍ）を表し、縦軸に時間ジッタ（ｐｓ）を表している。パルス繰り返し周波数１６０ＧＨｚのモード同期半導体レーザ４の片方の端面からパルス繰り返し周波数１６０ＧＨｚの横偏波状態の光信号を注入した時の、注入光強度に対する発生クロック信号のジッタ特性を表している。ここで、曲線Ｌは、モード同期半導体レーザ４の端面Ｌから横偏波状態の光信号を注入した場合の特性を、曲線Ｒは、モード同期半導体レーザ４の端面Ｒから横偏波状態の光信号を注入した場合の特性を、それぞれ表している。
【００４９】
図に示されているように、曲線Ｌと曲線Ｒとの間に、注入光強度にして約３ｄＢ程度の差異が見られるが、両者とも注入光強度が−１４ｄＢｍ位までは時間ジッタが良好であることが分かる。この実験データは、経路Ａに於ける光伝播損失と経路Ｂに於ける光伝播損失とを等しくすれば、入力光信号Ｓ０の偏波面に、あまり依存しない光クロック信号再生成装置が実現可能であることを証明している。
尚、この図は、ＤＢＲ型のモード同期半導体レーザ４を用いた場合であるが、ＣＰＭ型のモード同期半導体レーザ４を用いた場合には回折格子による減衰が無くなるので曲線Ｌと曲線Ｒとの間に、注入光強度の差がほとんど無くなりゲイン調整器６を必要としなくなる。
【００５０】
以上の説明では、モード同期半導体レーザ４に、経路Ａを通って端面Ｒから注入された横偏波成分ｓ１と、経路Ｂを通って端面Ｌから注入された横偏波成分Ｓ２の位相差については触れていない。しかし、現実には、経路Ａ及び経路Ｂ内での遅延時間の差異によって、その位相差は大きく異なる。又、ＤＢＲ型等のモード同期半導体レーザでは、両端面から注入する注入光の位相差をパルス繰り返し周期の１／２の奇数倍ずらして注入しなければならないが、ＣＰＭ型のモード同期半導体レーザを用いた場合には、両端面から注入する注入光の位相差をパルス繰り返し周期の整数倍に一致させた状態で注入しなければならない。これらの位相差は位相調整器７を用いて調整される。
【００５１】
上記のようにしてモード同期半導体レーザ４によって再生成された光クロック信号の一部は、端面Ｌから横偏波成分Ｐ２となって光伝播媒体１−３を介して偏光ビームスプリッタ３−１の第二のポートＩＩへ送られる。同様にして再生成された光クロック信号の残りの部分は端面Ｒから横偏波成分Ｐ２となって光伝播媒体１−４、位相調整器７、ゲイン調整器６を介して偏波面保存光ファイバ５へ送られる。この横偏波成分Ｐ２は、偏波面保存光ファイバ５によって偏波面がπ／２回転されて縦偏波成分ｐ２となって偏光ビームスプリッタ３−１の第三のポートＩＩＩへ送られる。
【００５２】
偏光ビームスプリッタ３−１の、第二のポートＩＩに入力された横偏波成分Ｐ２と、第三のポートＩＩＩに入力された縦偏波成分ｐ２とは、合成され、光伝播媒体１−２を介して、第一のポートＩから光サーキュレータ２の第二の端子ｂへ送られる。この合成光波は、光伝播媒体１−５を介して光サーキュレータ２の第三の端子ｃから偏光ビームスプリッタ３−２の第一のポートＩへ送られる。
【００５３】
偏光ビームスプリッタ３−２の第一のポートＩへ送られた合成光は偏光ビームスプリッタ３−２の内部で縦偏波成分ｐ２と横偏波成分Ｐ２に分離される。縦偏波成分ｐ２は、第三のポートＩＩＩから光伝播媒体１−７を介して図示していない他の機器へ送られる。横偏波成分Ｐ２は、光伝播媒体１−６を介して第二のポートＩＩから光バンドパスフィルタ８へ送られる。この横偏波状態の光クロック信号Ｐ２は、光バンドパスフィルタ８で光ノイズが取り除かれ再生成クロック信号となって出力される。
【００５４】
〈具体例１の効果〉
以上説明したように、本具体例の光クロック信号再生成装置を用いることにより、入力光信号の偏波状態によらず、動作安定な光クロック信号を再生成することができるという効果を得る。
又、モード同期半導体レーザとしてＣＰＭ型を用いた場合には曲線Ｌと曲線Ｒとの間に、注入光強度の差がほとんど無視できるのでゲイン調整器の必要が無くなるという効果を得る。
【００５５】
〈具体例２の構成〉
本具体例では、装置全体のコストダウンを図るために、具体例１の構成から光サーキュレータ等の高価な部品を取り除くことを目的として以下のように構成される。
図５は、具体例２の構成のブロック図である。
図に示すように、具体例２の光クロック信号再生成装置は、光伝播媒体１−４、光伝播媒体２１−１〜２１−４、偏光ビームスプリッタ３−１、モード同期半導体レーザ１４、偏波面保存光ファイバ１５、ゲイン調整器６、位相調整器７、光バンドパスフィルタ８、ファラディ素子１２とを備える。
【００５６】
具体例１との相違点のみについて説明する。具体例１と同一の要素については同一の符号を付してある。図中に示す偏波面の回転ベクトル、及びモード同期半導体レーザ１４の配置角度は全て図中で左から右へ向かって見た回転角度を表している。
光伝播媒体２１−１〜２１−４は、具体例１の光伝播媒体１−１〜１−７と、接続する対向要素が異なるのみで、その構成及び機能は具体例１に記した内容と同一なので説明を省略する。
【００５７】
モード同期半導体レーザ１４は、偏波面保存光ファイバ１５（第一の偏波面回転手段）の出力する所定の方向（ここでは一例として反時計方向）に偏波面がπ／４回転した光信号を一方の端面から受け入れる。更に、ファラディ素子１２（第二の偏波面回転手段）が出力する、所定の方向と反対方向（時計方向）に偏波面がπ／４回転した光信号を他方の端面から受け入れる。両信号の受け入れに当たってモード同期半導体レーザ１４は、それぞれの信号を自己の光導波路層１１−３（図２）に対して横偏波状態の光信号として受け入れるべく、両端面を時計方向にπ／４時計方向へ回転させて配置される。構成及び機能は、具体例１に示すモード同期半導体レーザ４（図１）と全く同様である。
【００５８】
偏波面保存光ファイバ１５は、偏光ビームスプリッタ３−１の第三のポートＩＩＩとゲイン調整器６との間に、入力端と出力端との間を４５度（π／４）反時計方向に捻った状態（偏波面保存方向を回転させた状態）に配置される。こうすることによって偏光ビームスプリッタ３−１の第三のポートＩＩＩから縦偏波状態の光信号を受け入れて、ゲイン調整器６へ偏波面が反時計方向にπ／４回転した光信号ｓ１１を供給する。同時にゲイン調整器６から、偏波面が、横偏波状態から時計方向へπ／４回転した光信号Ｐ１１を受け入れて偏光ビームスプリッタ３−１の第三のポートＩＩＩへ縦偏波状態の光信号ｐ１１を出力することが可能になる。
【００５９】
ファラディ素子１２（第二の偏波面回転手段）は、第二のポートＩＩから横偏波状態の光信号を受け入れて、該光信号の進行方向に無関係に、その偏波面を上記所定の方向と反対の方向（時計方向）へπ／４回転させる、ファラディ効果を用いた磁気光学素子である。ここで偏波面の回転方向は、素子に印加される磁界の方向によって一義的に定められる。ここでは、光信号の進行方向に関わらず時計方向へ回転するものとする。
【００６０】
〈具体例２の動作〉
本具体例による光クロック信号再生成装置は、図示していない外部装置から入力光信号Ｓ１０を受け入れて動作が開始される。入力光信号Ｓ１０は、偏光ビームスプリッタ３−１の第一のポートＩから入力される。偏光ビームスプリッタ３−１の内部で縦偏波成分Ｓ１１と横偏波成分Ｓ１２とに分離され、縦偏波成分Ｓ１１は、第三のポートＩＩＩから、横偏波成分Ｓ１２は、第二のポートＩＩから、それぞれ出力される。
【００６１】
第三のポートＩＩＩから出力された縦偏波成分Ｓ１１は、偏波面保存光ファイバ１５へ入力される。この偏波面保存光ファイバ１５によって偏波面が保存されたままゲイン調整器６へ送られる。但し、上記のように偏波面保存光ファイバ１５は、入力端と出力端との間を反時計方向（一例）へ４５度（π／４）機械的に捻った状態に配置されているので、入力された縦偏波成分Ｓ１１は、偏波面が反時計方向へπ／４回転された光信号ｓ１１となって出力される。この光信号ｓ１１は、ゲイン調整器６及び位相調整器７を通り、モード同期半導体レーザ１４の端面Ｒ側から光導波路層１１−３（図２）へ供給される。以後、この経路を経路Ｃと記す。
【００６２】
一方、第二のポートＩＩから出力された横偏波成分Ｓ１２は、光伝播媒体２１−２を介してファラディ素子１２へ送られる。この横偏波成分Ｓ１２の偏波面は、ファラディ素子１２によって時計方向へπ／４回転され、端面Ｌが時計方向へπ／４回転されたモード同期半導体レーザ１４の光導波路層１１−３（図２）へ注入される。以後、この経路を経路Ｄと記す。
ここで、モード同期半導体レーザ１４が、経路Ｃを通って端面Ｒ側から光信号ｓ１１を、経路Ｄを通って端面Ｌ側から光信号ｓ１２を、それぞれ受け入れて光クロック信号を再生成する場合の動作については、具体例１と全く同様なので説明を省略し、モード同期半導体レーザ１４によって光クロック信号が再生成された後の動作について説明する。
【００６３】
再生成された光クロック信号の一部は、端面Ｌから光クロック信号Ｐ１２となって光伝播媒体２１−３を介してファラディ素子１２へ送られる。この光クロック信号Ｐ１２の偏波面は、ファラディ素子１２で時計方向へπ／４回転され、縦偏波状態の光クロック信号ｐ１２となり、光伝播媒体２１−２を介して偏光ビームスプリッタ３−１の第二のポートＩＩへ送られる。同様にして再生成された光クロック信号の残りの部分は端面Ｒから光クロック信号Ｐ１１となって光伝播媒体１−４、位相調整器７、ゲイン調整器６を介して偏波面保存光ファイバ１５へ送られる。この光クロック信号Ｐ１１は、偏波面保存光ファイバ１５によって偏波面がπ／４時計方向へ回転され（ここでは光の進行方向が逆なので）、縦偏波状態の光クロック信号ｐ１１となって偏光ビームスプリッタ３−１の第三のポートＩＩＩへ送られる。
【００６４】
偏光ビームスプリッタ３−１の、第二のポートＩＩに入力された縦偏波状態の光クロック信号ｐ１２は、第四のポートＩＶから出力され光伝播媒体２１−４を介して光バンドパスフィルタ８へ送られる。この縦偏波状態の光クロック信号ｐ１２は、光バンドパスフィルタ８で光ノイズが取り除かれた再生成光クロック信号となって出力される。
又、偏光ビームスプリッタ３−１の第三のポートＩＩＩへ送られてきた縦偏波状態の光クロック信号ｐ１１は、第一のポートＩへ出力される。
【００６５】
〈具体例２の効果〉
以上説明したように、本具体例の光クロック信号再生成装置を用いることによって、具体例１の効果に加え、光サーキュレータ等の高価な部品を用いる必要が無くなるので、装置全体のコストダウンに繋がるという効果を得る。
なお、上記各具体例では、モード同期半導体レーザとしてＤＢＲ型あるいはＣＰＭ型を用いた例について説明したが、それらに限定はされず、光信号の入力によって光クロック信号を再生成する動作を有する全ての型のモード同期半導体レーザを用いて、本発明を実現することは当然可能である。
【００６６】
【発明の効果】
受け入れた入力光信号を横偏波状態の光信号と縦偏波状態の光信号とに分離する偏波状態分離手段と、上記縦偏波状態の光信号を受け入れて該光信号の偏波状態をπ／２回転させて横偏波状態の光信号を出力する偏波面回転手段と、両端面から受け入れる光信号に同期した光クロックパルス列を発生するモード同期半導体レーザとを備え、上記偏波状態分離手段が分離出力した横偏波状態の光信号と、上記偏波面回転手段の出力する横偏波状態の光信号とをモード同期半導体レーザの両端面に注入することによって、入力光信号の偏波状態によらず、動作安定な光クロック信号再生成装置を得ることができるという効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】具体例１の構成のブロック図である。
【図２】モード同期半導体レーザの概要説明図である。
【図３】光クロック信号のジッタ特性説明図（その１）である。
【図４】光クロック信号のジッタ特性説明図（その２）である。
【図５】具体例２の構成のブロック図である。
【符号の説明】
１−１〜１−７  光伝播媒体
２  光サーキュレータ
３−１、３−２  偏光ビームスプリッタ
４  モード同期半導体レーザ
５  偏波面保存光ファイバ
６  ゲイン調整器
７  位相調整器
８  光バンドパスフィルタ
ａ  第一の端子
ｂ  第二の端子
ｃ  第三の端子
Ｉ  第一のポート
ＩＩ  第二のポート
ＩＩＩ  第三のポート
ＩＶ  第四のポート
Ｓ０  入力光信号
Ｓ１  縦偏波成分
Ｓ２  横偏波成分
ｓ１  横偏波成分
ｓ２  縦偏波成分
Ｐ２  横偏波成分
ｐ２  縦偏波成分
【図１】
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【図２】
2004363873.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004363873.tif 000006
【図５】
2004363873.tif 000007