(57)【要約】【課題】従来の光ダウンコンバータに比べて簡略化された構成でありながら、高度な半導体製作技術を用いなくとも安定した動作を行うことができる光ダウンコンバータを提供する。【解決手段】光混合部１０１と、同期光パルス発生部１０２と、２分岐光カプラ１０３と、周波数をｎ（ｎは整数）逓倍する光多重器１０４とを環状に接続し、周波数Ｆ１がＦ０×（ｎ＋１）である光パルス信号を光混合部１０１に入力して、２分岐光カプラ１０３から、周波数がＦ０で、かつその位相が周波数Ｆ１の光パルス信号の位相と一定関係にある光パルス信号を取り出す。【選択図】      図１
2004170641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光混合部と、同期光パルス発生部と、光カプラと、光信号の周波数をｎ（ｎは整数）倍する光多重器とを環状に接続し、前記光混合部に対して、周波数Ｆ１がＦ０×（ｎ＋１）である光信号を入力するとともに、前記光多重器から出力された周波数ｎ×Ｆ０の光信号を入力し、これらの光信号の周波数の差を周波数成分として含む光信号を出力させ、前記光カプラから、周波数がＦ０でかつその位相が周波数Ｆ１の光信号の位相と一定関係にある光信号を取り出すことを特徴とする光ダウンコンバータ。
【請求項２】
前記光多重器は、分散性光導波路又は平面導波路により構成されることを特徴とする請求項１に記載の光ダウンコンバータ。
【請求項３】
前記光混合部は、光電気変換器と、中心周波数がＦ０である狭帯域電気フィルタとを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ダウンコンバータ。
【請求項４】
前記光混合部は、半導体光増幅器又は吸収型光変調器であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ダウンコンバータ。
【請求項５】
前記同期光パルス発生部は、
中心周波数がＦ０である狭帯域電気フィルタによる帰還手段を備えるリミッタ型電気増幅器と、
前記リミッタ型電気増幅器から出力された電気信号を光信号に変換する電気光変換器とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光ダウンコンバータ。
【請求項６】
前記同期光パルス発生部は、周波数Ｆ０の電気信号を発生する電圧制御発振器と、光混合部から出力された電気信号と、前記電圧制御発振器から出力された電気信号との位相差に応じた誤差信号を生成し、前記電圧制御発振器に出力する電気位相比較器と、前記電圧制御発振器から出力された電気信号を光信号に変換する電気光変換器とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光ダウンコンバータ。
【請求項７】
前記同期光パルス発生部は、注入半導体レーザであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光ダウンコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光信号処理の分野で用いられる光ダウンコンバートの技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
８０Ｇｂｉｔ／ｓのような高速な光パルスのままで信号処理などを施す場合、全ての処理を光パルス信号に対して行うことはできないため、その光パルス信号を一旦電気信号に変換して電気的に処理してやらなければならない。このとき変換された電気信号も、もとの光パルス信号と同様に高速であり、電気信号を処理するための装置は、このような高速な電気信号を取り扱うことができないのが一般的である。そのため、光通信や光信号処理の分野では、高速な光パルス信号を例えば１０Ｇｂｉｔ／ｓ程度の低速な光信号にダウンコンバートすることがしばしば行われている。
【０００３】
ここで、ダウンコンバートは単に周波数を低くするということではなく、もとの光パルス信号の位相とコンバートされた光パルス信号の位相とが一定関係にあるということである。一定関係とは、一致するかもしくは一定の時間差をもつということを意味する。
【０００４】
従来の光ダウンコンバータとして、光パルス発生用に半導体レーザ発振器を用いたものが存在する。この光ダウンコンバータは、凹面鏡が所定距離離間して対向配設された光共振器に半導体光増幅器を挿入して半導体レーザ発振器とし、さらに、この光共振器間に可飽和吸収体といわれる非線形素子を挿入したものである。半導体レーザ発振器が出力する光パルス信号の周波数は光共振器間の光路長で決定され、例えば、光共振器間の往復の光路長を約３センチメートルに設定すれば、周波数が１０ＧＨｚの光パルス信号が出力される。
【０００５】
このような光ダウンコンバータに、周波数が１０ＧＨｚの整数倍の高速の光パルス信号を注入すると、半導体レーザ発振器が、注入された光パルス信号に含まれる１０ＧＨｚ成分と同期して１０ＧＨｚの周波数の光パルス信号が出力される。
【０００６】
また、従来の光ダウンコンバータとして、電圧制御発振器とよばれる高周波発振器を用いたものがある（非特許文献１）。図５は従来の光ダウンコンバータのブロック図である。この光ダウンコンバータは、基本の発振周波数がＦ０の電圧制御発振器６０１、発振周波数がｆ０の電気信号発生器６０２、電気位相比較器６０３、光パルス発生器６０４、光混合器６０５、光電気変換器６０６、電気混合器６０７、出力光パルス発生器６０８、逓倍数がｎの電気信号逓倍器６０９、光入力端６１０及び光出力端６１１を備えている。
【０００７】
電圧制御発振器６０１は、基本周波数Ｆ０に対して、制御電圧によって周波数もしくは位相を変化させることが可能な発振器である。電圧制御発振器６０１とは別に、Ｆ０よりは十分に小さい周波数ｆ０の電気信号を発生する電気信号発生器６０２と電気混合器６０７とを用いて、周波数Ｆ０＋ｆ０の電気信号を作り、この電気信号により光パルス発生器６０４を駆動して、周波数ｎ×（Ｆ０＋ｆ０）の光パルス信号が生成される。この光パルス信号を光混合器６０５に入力し、さらに周波数Ｆ１（＝ｎ×Ｆ０）の光パルス信号を同時に入力すると、光混合器６０５からは、それらの差分である周波数ｎ×ｆ０の成分を含む光信号が出力される。
【０００８】
光混合器６０５としては、例えば半導体光増幅器が用いられており、この半導体光増幅器による非線形光学作用により、光混合器６０５からは、入力された光パルス信号の周波数の差分である周波数ｎ×ｆ０の成分を含む光信号が出力される。この光信号を光電気変換器６０６により電気信号に変換して電気位相比較器６０３に入力する。さらに、電気位相比較器６０３には、電気信号発生器６０２の出力をｎ逓倍した周波数ｎ×ｆ０の電気信号が入力される。電気位相比較器６０３は、これらの２つの電気信号の位相差を誤差信号ｅとして、電圧制御発振器６０１に出力する。
【０００９】
この誤差信号ｅが電圧制御発振器６０１に入力されて、電圧制御発振器６０１の位相が変化し、誤差信号ｅが０の平衡状態では位相差がなくなり、電圧制御発振器６０１から出力される電気信号の位相は、もとの光パルス信号の位相と一定の関係を有した状態となり、ダウンコンバートされた電気信号となっている。この電気信号は、出力光パルス発生器６０８により光パルス信号に変換され、光出力端６１１から、ダウンコンバートされた光パルス信号が得られる。
【００１０】
【非特許文献１】
著者ｏｓａｍｕ  ｋａｍａｔａｎｉ  ａｎｄ  Ｓａｔｏｋｉ  Ｋａｗａｎｉｓｈｉ「Ｕｌｔｒａｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ  Ｃｌｏｃｋ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｗｉｔｈ  Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋ  Ｌｏｏｐ  Ｂａｓｅｄ  ｏｎ  Ｆｏｕｒ−Ｗａｖｅ  Ｍｉｘｉｎｇ  ｉｎ  ａ  Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ−Ｗａｖｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」出典ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｖｏｌ．１４．ＮＯ．８，ａｕｇｕｓｕｔ  １９９６、ｐ１７５８￣ｐ１７６５    （「進行波レーザダイオード増幅器における４波混合に基づく位相ロックループを備えた超高速クロック修復装置」出典  光波技術ジャーナル  出版日１９９６年８月）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の半導体レーザ発振器を用いる方法では、注入される入力信号光に必ず１０ＧＨｚの成分が含まれていなければならず、使用に当たって大きな制約となる。さらに、その製作にあたって、光共振器に対して、非線形素子などを正確に位置決めして挿入するとともに、所望する周波数の光パルス信号を出力するためには、光共振器間の距離を正確に設定しなければならず、高度な半導体製作技術や、超高精度な光共振器製作技術が要求される。
【００１２】
また、図５に示す光ダウンコンバータでは、ｎ×Ｆ０の光パルスを得るのに、光パルス発生器６０４から発生した光波形の持つ高調波成分を用いており、その高調波成分の強度は非常に弱いため、光混合部から出力される光信号の強度は弱く、十分な強度を有するダウンコンバート光を取り出すことができなくなり、その結果、動作が不安定になるという問題がある。また、位相比較をするために、低周波の電気信号発生器６０２や電気信号逓倍器６０９を用いなければならず、構成が複雑化するという問題もある。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、従来の光ダウンコンバータに比べて簡略化された構成でありながら、高度な半導体製作技術を用いることなく、安定した動作を行うことができる光ダウンコンバータを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る光ダウンコンバータは、光混合部と、同期光パルス発生部と、光カプラと、光信号の周波数をｎ（ｎは整数）倍する光多重器とを環状に接続し、前記光混合部に対して、周波数Ｆ１がＦ０×（ｎ＋１）である光信号を入力するとともに、前記光多重器から出力された周波数ｎ×Ｆ０の光信号を入力し、これらの光信号の周波数の差を周波数成分として含む光信号を出力させ、前記光カプラから、周波数がＦ０でかつその位相が周波数Ｆ１の光信号の位相と一定関係にある光信号を取り出すことを特徴とする。
【００１５】
本光ダウンコンバータによれば、光混合部は、周波数Ｆ１の光信号と光多重器が出力する周波数ｎ×Ｆ０の光信号とを受信して、これらの光信号の周波数の差分である周波数Ｆ０の成分を含む光信号又は電気信号を生成し、同期光パルス発生部に出力する。同期光パルス発生部は、受信した電気信号又は光信号に含まれる周波数Ｆ０の信号と同期する周波数Ｆ０の光パルス信号を生成し、光カプラに出力する。光カプラは、受信した光パルス信号を２分岐して、一方を出力信号とし、他方を光多重器に出力する。光多重器は、受信した光パルス信号の周波数Ｆ０をｎ倍して、周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号を生成して、光混合部に出力する。
【００１６】
すなわち、本光ダウンコンバータは、光混合部に入力される光パルス信号を生成するにあたり、光多重器が出力する光パルス信号を用いている。光多重器は、例えば入力された光パルス信号を複数に分岐させ、分岐された光パルス信号をそれぞれ異なる時間遅延させ、これらの光パルス信号を重畳することにより、周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号を生成している。そのため、光多重器から出力される光パルス信号は、周波数ｎ×Ｆ０の成分が多く含まれ、他の周波数成分はほとんど含まれておらず、出力される周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号の強度の減衰量は小さい。一方、従来の光ダウンコンバータでは、光混合部が出力する光信号は、光パルス発生器が生成する光パルス信号の高調波成分を利用しているため、その強度は大きく減衰している。したがって、本光ダウンコンバータの光混合部が出力する光パルス信号の強度は、従来の光ダウンコンバータの光混合部が出力する光パルス信号の強度に比べて著しく大きくなり、光カプラから取り出されるダウンコンバート光の強度は従来の光ダウンコンバータに比べて大きく、その結果、光ダウンコンバータの動作が安定することとなる。加えて、本光ダウンコンバータは、光混合部、同期光パルス発生部、光カプラ及び光多重器を組み合わせにより構成されているため、高度な半導体製作技術を用いなくともよい。
【００１７】
また、前記光多重器は、分散性光導波路又は平面導波路により構成されることが好ましい。この場合、分散性光導波路や平面導波路のように公知の部材を用いて光多重器は構成されているため、光ダウンコンバータを容易に製作することができる。
【００１８】
また、前記光混合部は、光電気変換器と中心周波数がＦ０である狭帯域電気フィルタとを含むことが好ましい。この場合、光電気変換器から出力された電気信号は、狭帯域電気フィルタにより、周波数Ｆ０以外の不要な周波数成分が除去されて、光混合部から出力されるため、出力されるダウンコンバート光のノイズ成分が低減される。
【００１９】
また、前記光混合部は、半導体光増幅器又は吸収型光変調器であることが好ましい。この場合、光混合部を偏波依存性のない素子である半導体光増幅器又は吸収型光変調器で構成したため、装置の偏波依存性を無くすことができる。
【００２０】
また、前記同期光パルス発生部は、中心周波数がＦ０である狭帯域電気フィルタによる帰還手段を備えるリミッタ型電気増幅器と、前記リミッタ型電気増幅器から出力された電気信号を光信号に変換する電気光変換器とを備えることが好ましい。この場合、リミッタ型電気増幅器は、中心周波数がＦ０である狭帯域電気回路による帰還手段を備えているため、リミッタ型電気増幅器は、光混合部が出力する電気信号に含まれる周波数Ｆ０成分の電気信号を基準信号とする自励発振回路となり、周波数Ｆ０の電気パルス信号を生成する。したがって、所定の電気パルス信号を生成する発振器を用いなくとも、同期光パルス発生部からは、電気パルス信号を得ることが可能となり、回路構成を簡略化することができる。リミッタ型電気増幅器は、増幅器への入力電力の幅広い変化に対して一定の電力を出力する機能を持つ電気増幅器であり、多くの市販品がある。このリミッタ型電気増幅器に関しては、一般的な電気増幅器と、リミッタ作用のあるダイオードとの組み合わせによっても同じ機能を実現できる。
【００２１】
また、前記同期光パルス発生部は、周波数Ｆ０の電気信号を発生する電圧制御発振器と、光混合部から出力された電気信号と、前記電圧制御発振器から出力された電気信号との位相差に応じた誤差信号を生成し、前記電圧制御発振器に出力する電気位相比較器と、前記電圧制御発振器から出力された電気信号を光パルス信号に変換する電気光変換器とを備えることが好ましい。
【００２２】
この場合、電圧制御発振器は、位相比較器から出力された誤差信号が０となるように、位相を変えて周波数Ｆ０の電気信号を生成するため、入力された光パルス信号の位相に対してダウンコンバートされた光パルス信号の位相をより正確に一致させることができる。
【００２３】
また、前記同期光パルス発生部は、注入半導体レーザであることが好ましい。この場合、強度の弱い光によっても駆動可能な注入半導体レーザを用いたため、光混合器から出力されるレーザ光の強度が小さくとも、同期光発生部からは、高い強度の光パルス信号が出力されることとなり、動作がより安定することとなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る光ダウンコンバータのブロック構成図を示している。本光ダウンコンバータは、光混合部１０１、同期光パルス発生部１０２、２分岐光カプラ１０３、光多重器１０４、光入力端１０５及び光出力端１０６を備えている。なお、図の太い実線は電気の結線を示し、二重線は光の結線を示し、三重線は光若しくは電気の結線を示している。このことは以下の図面でも同様である。
【００２５】
光入力端１０５から、光出力端１０６に向けて、光混合部１０１、同期光パルス発生部１０２及び２分岐光カプラ１０３が順番に接続されている。また、光混合部１０１と２分岐光カプラ１０３との間には、フィードバックループＦＢが接続されており、光多重器１０４は、フィードバックループＦＢ上に接続されている。
【００２６】
光入力端１０５から入力された周波数Ｆ１（＝（ｎ＋１）Ｆ０）の光パルス信号は、光混合部１０１に入力される。光混合部１０１には、光多重器１０４から周波数がｎ×Ｆ０の光パルス信号も入力される。光混合部１０１は、非線形光学効果により、光入力端１０５から入力された光パルス信号の位相と一定の関係を有し、かつ、入力された２つの光パルス信号の周波数の差である周波数Ｆ０（＝Ｆ１−ｎ×Ｆ０）の成分を含む光信号又は電気信号を生成する。光混合部１０１はこの光信号又は電気信号を同期光パルス発生部１０２に送出する。
【００２７】
同期光パルス発生部１０２は光混合部１０１から入力された光信号又は電気信号に含まれる周波数Ｆ０の成分の信号に同期した光パルス信号を生成する。２分岐光カプラ１０３は、同期光パルス発生部１０２が出力した光パルス信号を２分岐させ、一方を光出力端１０６に出力し、他方を光多重器１０４に出力する。光多重器１０４は、受信した光パルス信号の周波数をｎ倍してｎ×Ｆ０の光パルス信号を生成し、光混合部１０１に出力する。
【００２８】
以上の動作により、図１に示す回路は、光入力端１０５から入力された光パルス信号の周波数を１／（ｎ＋１）して、光出力端１０６から周波数Ｆ０の光パルス信号を出力する光パルス発振器としての機能を有するとともに、出力する光パルス信号の位相は、入力される光パルス信号の位相と一定の関係を有しているため、光ダウンコンバータとなる。
【００２９】
本光ダウンコンバータの特徴は、光多重器１０４を用いて、周波数ｎ×Ｆ０を主成分とする光パルス信号を光混合部１０１に入力している点である。図５に示す従来の光ダウンコンバータでは、光混合器６０５に周波数ｎ×（ｆ０＋Ｆ０）の光パルス信号が入力されているが、この光パルス信号は、光パルス発生器６０４が生成したものである。光パルス発生器６０４は、入力された周波数Ｆ０＋ｆ０の光パルス信号の第ｎ高調波である周波数ｎ×（Ｆ０＋ｆ０）の光パルス信号を出力しており、この第ｎ高調波の強度は、入力された周波数Ｆ０＋ｆ０の光パルス信号の強度に対して大きく減衰されているため弱い。したがって、光混合器６０５から出力される周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号の強度は、小さくなり、電気位相比較器６０３による位相比較動作が正確に行われず、ダウンコンバート動作が不安定となる。そこで、本光ダウンコンバータでは、光多重器１０４が出力した、強度の強い光パルス信号を光混合部１０１に入力し、光混合部１０１から強度の強い光パルス信号を出力させることにより、安定なダウンコンバート動作を実現している。
【００３０】
次に、光多重器１０４に入力された光パルス信号をｎ逓倍する原理について説明する。光多重器１０４としては、所定の長さを有する分散性光導波路や平面導波路などが用いられる。なお、分散性光導波路としては、簡単には通信用の光ファイバを用いることができる。
【００３１】
以下に、光ファイバを用いた光パルス逓倍について説明する。光ファイバは分散という特性を有しており、この特性によって、波長に毎に光の伝搬時間が異なる現象が生じる。光パルスは、有限な時間幅を有しており、光パルスの周波数スペクトルは、多くの波長成分を含んでいる。また、光パルス列の周波数スペクトルは、パルスの周波数の間隔をもった線スペクトルの集まりとなる。したがって、光パルス列が光ファイバを伝搬すると時間波形が広がると共に、一つのパルスの先頭部分から末尾部分まで波長が分布するようになる。光パルス列が光ファイバを長距離進むと、広がった光パルスは重なるようになる。重なった部分では、光の干渉がおこり、同位相の部分は光パルスが重畳されるが、逆位相の部分では光パルスが消滅する。光パルスの重なっている部分は波長が異なるので、一様に光パルスが消滅するのではなく、重なった部分の一部分が消滅する。このことによって、元の一つの光パルスを２つ以上に分裂させることが出来る。
【００３２】
上述の光パルス逓倍の原理は、文献Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  １６ｔｈ，  Ａｐｒｉｌ，  １９９８，  Ｖｏｌ．３４，  Ｎｏ８，  ＰＰ．７９２−７９３に述べられており、必要な光ファイバ長は同文献の式（１）と式（２）と式（３）とを用いて決定される。
【００３３】
また、分散性導波路としては、光ファイバの他に光ファイバブラッググレーティングがよく知られている。光ファイバの場合にはその長さが数百メートルのオーダであるのに対して、光ファイバブラッググレーティングの場合はセンチメートルのオーダの長さでよいという特徴がある。そのため、短い導波路が必要な場合は、分散性光導波路として、光ファイバブラッググレーティングが適している。
【００３４】
平面導波路で光パルス逓倍を行うことが可能なこともよく知られている。図２はその原理を示す図である。平面導波路は、光入力端２０１、光出力端２０２、入力側光２分岐部２０３、出力側光２分岐部２０４、第１の光経路２０５及び第２の光経路２０６を備えている。
【００３５】
光入力端２０１から入力された光パルス列は、入力側光２分岐部２０３によってその強度が２分岐される。第２の光経路２０６の光路長は第１の光経路２０５の光路長より大きいので、２分岐された光パルス列は、出力側光２分岐部２０４に時間差をもって到達する。そして、到達した２つの光パルス列は、出力側光２分岐部２０４で重畳されて出力される。その結果、一方の光パルス列の各パルスの間に、もう一方の光パルス列が入り込み、単位時間の光パルスの数は２倍となって光出力端２０２から出力される。
【００３６】
さらに、第１及び第２の光経路２０５及び２０６の各々の長さを適当に設定して、光パルスの時間差を任意に選択するとともに、この平面導波路を縦列接続すれば、任意の数に逓倍された光パルス列を得ることができる。ただし、逓倍した光パルス列同士が重ならないように、元の光パルス列のパルス幅を、光パルスの時間間隔よりも十分に狭く設定する必要がある。
【００３７】
図３は、図１に示す光ダウンコンバータの光混合部１０１及び同期光パルス発生部１０２のより詳細な構成を示したブロック図であり、３０１は光混合部を示し３０２は同期光パルス発生部を示している。図１に示すように、光混合部３０１は、光電気変換器３０７及び狭帯域電気フィルタ３０８を備え、同期光パルス発生部３０２は、リミッタ型電気増幅器３０９、狭帯域電気フィルタ３１０及び電気光変換器３１１を備えている。また、３０３は２分岐光カプラ、３０４は逓倍数がｎの光多重器、３０５は光入力端及び３０６は光出力端を示している。
【００３８】
光電気変換器３０７の入力側には、光入力端３０５及び光多重器３０４が接続され、狭帯域電気フィルタ３０８は光電気変換器３０７の出力側に接続されている。リミッタ型電気増幅器３０９は、狭帯域電気フィルタ３０８の出力側に接続されるとともに、その出力端と入力端との間は、フィードバックループＦＢ１が接続され、狭帯域電気フィルタ３１０は、フィードバックループＦＢ１上に接続されている。電気光変換器３１１は、リミッタ型電気増幅器３０９の出力側に接続され、２分岐光カプラ３０３は、電気光変換器３１１の出力側に接続されている。
【００３９】
光電気変換器３０７は、単一走行キャリアフォトダイオードが適している。このダイオードの持つ非線形光学的効果により、光電気変換器３０７に２つの光パルス信号が入力されると、これらの光パルス信号の周波数の差の成分をもつ電気信号が出力される。
【００４０】
光電気変換器３０７に、光入力端３０５を介して周波数Ｆ１の光パルス信号が入力されるとともに、光多重器３０４から周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号が入力されると、光電気変換器３０７からは、周波数Ｆ１−ｎ×Ｆ０の電気信号が出力される。ここで、Ｆ１＝（ｎ＋１）×Ｆ０の関係を満たすように整数ｎ、周波数Ｆ０及び周波数Ｆ１の設定を行うと、光電気変換器３０７からは、周波数Ｆ０の成分を含む電気信号が出力されることとなる。
【００４１】
狭帯域電気フィルタ３０８の中心周波数はＦ０であるため、狭帯域電気フィルタ３０８からは、周波数Ｆ０の電気信号が抽出され、同期光パルス発生部３０２に出力される。
【００４２】
リミッタ型電気増幅器３０９の出力の大部分は電気光変換器３１１に送出されるが、一部の出力は狭帯域電気フィルタ３１０を介してリミッタ型電気増幅器３０９の入力端にフィードバックされる。ここで、フィードバックループＦＢ１により帰還される電気信号の大きさをリミッタ型電気増幅器３０９が弱い自励発振状態となる大きさに設定する。また、狭帯域電気フィルタ３１０の中心周波数はＦ０である。そのため、リミッタ型電気増幅器３０９からは、周波数Ｆ０の電気信号が発振されて、電気光変換器３１１に出力される。
【００４３】
電気光変換器３１１は半導体レーザであり、周波数Ｆ０の電気信号に駆動されて周波数Ｆ０の光パルス信号を発生する。周波数Ｆ０の光パルス信号は、光多重器３０４に入力されると、ｎ逓倍されて周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号に変換され、光混合部３０１に送出される。
【００４４】
以上の動作により、図３の回路は周波数がＦ０の発振回路となり、その位相は光入力端３０５に入力される光パルス信号の位相と一定の関係をもつ。すなわち、２分岐光カプラ３０３を介して光出力端３０６から出力される光パルス信号は、周波数Ｆ１の光パルス信号がダウンコンバートされた光パルス信号となっている。なお、図３の光混合部３０１と同期光パルス発生部３０２との区分は便宜的なものであるので、例えばリミッタ型電気増幅器３０９が光混合部３０１に含まれても何ら問題はない。
【００４５】
このように、図３に示す光ダウンコンバータでは、同期光パルス発生部３０２を自励発振回路として機能するリミッタ型電気増幅器３０９とリミッタ型電気増幅器３０９の入力端及び出力端に接続された狭帯域電気フィルタ３１０とを用いて構成したため、パルス信号を生成するための発振器を別個に備えなくとも、所望の電気パルス信号を得ることができることとなり、回路構成を簡略化することができる。
【００４６】
なお、光電気変換器３０７としては、偏波依存性のない素子で構成することが好ましく、これにより、本光ダウンコンバータの偏波依存性をなくすことができる。
【００４７】
また、図１に示す光ダウンコンバータは、図３に示す構成に限定されず、例えば、光混合部１０１を半導体光増幅器又は吸収型光変調器、同期光パルス発生部１０２を注入同期発振レーザにより構成してもよい。この場合、光混合部１０１が出力する信号は光であるため、光混合部１０１及び同期光パルス発生部１０２の間は光の結線とされる。半導体光増幅器及び吸収型光変調器は、素子内に注入される光強度によってキャリア密度が変動され、非線形動作をするので、２つの光パルス信号が同時に入力されると、それらの周波数の和や差の周波数分を持つ光パルス信号が出力される。また、半導体光増幅器かもしくは吸収型光変調器は偏波依存性がないため、本光ダウンコンバータの偏波依存性を無くすことができる。
【００４８】
また、同期光パルス発生部１０２として、注入同期発振レーザを用いており、この注入同期発振レーザは、特定の周波数を有し、かつ、その発振出力に比べて十分に小さい強度の光信号が入力された場合であっても、入力された光信号と同期し、かつ同一の周波数の光パルス信号を発振するものである。そのため、光混合部１０１から出力される光信号の強度が弱い場合であっても、同期光パルス発生部１０２からは高い強度の光パルス信号が出力される。
【００４９】
図４は、図１に示す光ダウンコンバータの他の詳細な構成例を示すブロック図である。図４に示す光ダウンコンバータは、同期光パルス発生部１０２が、図３に示す自励の発振機構を有するものではなく、電圧制御発振器を備えることを特徴としている。
【００５０】
４０１は光混合部、４０２は同期光パルス発生部、４０３は２分岐光カプラ、４０４は光多重器、４０５は光入力端、４０６は光出力端を示しており、光混合部４０１は、光電気変換器４０７及び狭帯域電気フィルタ４０８を備え、同期光パルス発生部４０２は、電気増幅器４０９、電気位相比較器４１０、電圧制御発振器４１１、電気増幅器４１２及び電気光変換器４１３を備えている。
【００５１】
電気増幅器４０９は、狭帯域電気フィルタ４０８の出力側に接続され、電気位相比較器４１０は、電気増幅器４０９の出力側及び電圧制御発振器４１１の出力側に接続されている。また、電圧制御発振器４１１は、電気位相比較器４１０と誤差信号ライン４１０ａを介して接続され、電気位相比較器４１０から出力された誤差信号ｅは、この誤差信号ライン４１０ａを通って、電圧制御発振器４１１に入力される。さらに、電気増幅器４１２は電圧制御発振器４１１の出力側に接続され、電気光変換器４１３は、電気増幅器４１２の出力側に接続され、電気光変換器４１３の出力側には、２分岐光カプラ４０３が接続されている。
【００５２】
光電気変換器４０７には、光入力端４０５を介して周波数Ｆ１の光パルス信号が入力されるともに、光多重器４０４から周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号が入力されると、周波数Ｆ０の光パルス信号を出力する。ここで、Ｆ１＝（ｎ＋１）×Ｆ０の関係を満足するように整数ｎ、周波数Ｆ０及び周波数Ｆ１を設定しているため、光電気変換器４０７からは周波数Ｆ０（＝Ｆ１−ｎ×Ｆ０）の成分を含む電気信号が出力される。
【００５３】
光電気変換器４０７から出力された電気信号は、中心周波数がＦ０の狭帯域電気フィルタ４０８を通過すると、Ｆ０の周波数成分が抽出され、同期光パルス発生部４０２に送出される。
【００５４】
光混合部４０１から出力された周波数Ｆ０の電気信号は電気増幅器４０９で増幅された後、電気位相比較器４１０に入力される。電気位相比較器４１０には、電圧制御発振器４１１から出力される周波数Ｆ０の電気パルス信号も入力され、両電気信号の位相差に対応する誤差信号ｅを発生する。
【００５５】
この誤差信号ｅは、電圧制御発振器４１１の制御電圧として電圧制御発振器４１１に入力される。電圧制御発振器４１１は、入力された誤差信号ｅがゼロになるように、位相を変えるので、誤差信号ｅが０である定常状態においては、光混合部４０１から出力される電気信号の位相と、電圧制御発振器４１１から発生する電気信号の位相とは一定の関係を保持する。
【００５６】
電圧制御発振器４１１から出力された電気信号は、電気増幅器４１２によって増幅された後、電気光変換器４１３に入力され、電気光変換器４１３を構成する半導体レーザを駆動させる。これにより、電気光変換器４１３からは、周波数Ｆ０の光パルス信号が出力される。この光パルス信号は、２分岐光カプラ４０３によって分岐されて、一方は光出力端４０６へ、もう一方は、光多重器４０４に出力される。光多重器４０４に入力された光パルス信号は周波数がｎ逓倍され、周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号に変換され、光電気変換器４０７へと出力される。
【００５７】
なお、図４に示す光混合部４０１と同期光パルス発生部４０２との区分は便宜的なものであるため、例えば電気増幅器４０９が光混合部４０１に含ましても何ら問題はない。
【００５８】
図４に示す光ダウンコンバータによれば、電気位相比較器４１０が出力する誤差信号ｅが０となるように電圧制御発振器４１１は、周波数Ｆ０の電気信号を生成し、生成された電気信号を光パルス信号に変換してダウンコンバート光を生成しているため、光入力端４０５から入力された光パルス信号とダウンコンバート光との位相を正確に一致させることができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る光ダウンコンバータによれば、光混合部が光混合を行う場合、従来の光ダウンコンバータのように光波形に含まれる高調波の成分を利用するのではなく、光多重器が出力する、周波数Ｆ０の光パルス信号をｎ逓倍することにより生成した周波数ｎ×Ｆ０の光パルス信号を利用して光混合を行っているため、光混合部からは高い強度の光パルス信号が出力され、その結果、高い強度のダウンコンバート光を得ることができ、ダウンコンバート動作が安定される。また、光混合部等の部品を組み合わせにより回路が構成されているため、高度な半導体製作技術が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ダウンコンバータの構成を示すブロック図である。
【図２】平面導波路による光パルス逓倍の原理を説明するための図である。
【図３】図１に係る光ダウンコンバータの詳細な構成を示すブロック図である。
【図４】図１に係る光ダウンコンバータの詳細な構成を示すブロック図である。
【図５】従来の光ダウンコンバータの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０１  ３０１  ４０１  光混合部
１０２  ３０２  ４０２  同期光パルス発生部
１０３  ３０３  ４０３  ２分岐光カプラ
１０４  ３０４  ４０４  光多重器
１０５  ２０１  ３０５  ４０５  光入力端
１０６  ２０２  ３０６  ４０６  光出力端
２０３  ２０４  光２分岐部
２０５  第１の光経路
２０６  第２の光経路
３０７  ４０７  光電気変換器
３０８  ３１０  ４０８  狭帯域電気フィルタ
３０９  リミッタ型電気増幅器
３１１  電気光変換器
４０９  電気増幅器
４１０  電気位相比較器
４１１  電圧制御発振器
４１２  電気増幅器
４１３  電気光変換器
６０１  電圧制御発振器
６０２  電気信号発生器
６０３  電気位相比較器
６０４  光パルス発生器
６０５  光混合器
６０６  光電気変換器
６０７  電気混合器
６０８  出力光パルス発生器
６０９  電気信号低倍器
６１０  光入力端
６１１  光出力端
【図１】
2004170641.tif 000003
【図２】
2004170641.tif 000004
【図３】
2004170641.tif 000005
【図４】
2004170641.tif 000006
【図５】
2004170641.tif 000007