(57)【特許請求の範囲】
【請求項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の時間遅延量Δｔがクロック信号を抽出すべき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（Ｔｂ）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。
【請求項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の時間遅延量Δｔがクロック信号を抽出すべき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ュレータと，
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（Ｔｂ）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。
【請求項３】
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の時間遅延量Δｔがクロック信号を抽出すべき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。
【請求項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ーティング（ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，ＦＢＧ３，ＦＢＧ４）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（ＦＢＧ１，ＦＢＧ４）の反射率（Ｒ１，Ｒ４）は第２と第３のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ２，ＦＢＧ３）の反射率（Ｒ２，Ｒ３）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Δｔが，クロック信号を抽出すべき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（Ｔｂ）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。
【請求項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のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，ＦＢＧ３，ＦＢＧ４）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（ＦＢＧ１，ＦＢＧ４）の反射率（Ｒ１，Ｒ４）は第２と第３のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ２，ＦＢＧ３）の反射率（Ｒ２，Ｒ３）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Δｔが，クロック信号を抽出すべき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（Ｔｂ）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。
【請求項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（ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，ＦＢＧ３，ＦＢＧ４）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（ＦＢＧ１，ＦＢＧ４）の反射率（Ｒ１，Ｒ４）は第２と第３のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ２，ＦＢＧ３）の反射率（Ｒ２，Ｒ３）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Δｔが，クロック信号を抽出すべき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ーティング装置。
【請求項７】
光信号からのクロック信号抽出方法であって，ｎを正の整数として，光導波路内に間隙部を介して配置された２ｎ個のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，・・・，ＦＢＧ２ｎ）を有し，これらの２ｎ個のサブブラッググレーティングが第１，第２，・・・，第２ｎのサブブラッググレーティングの順で配置され，かつｋを１以上ｎ以下の正の整数として，第ｋと第２ｎ―ｋ＋１のサブブラッググレーティング（ＦＢＧｋ，ＦＢＧ２ｎ−ｋ＋１）の反射率（Ｒｋ，Ｒ２ｎ−ｋ＋１）は同等であるように設定され，かつｍを１以上ｎ−１以下の正の整数として，第ｍ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２ｎ−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Δｔが，クロック信号を抽出すべき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（Ｔｂ）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。
【請求項８】
光信号からのクロック信号抽出装置であって，ｎを正の整数として，光導波路内に間隙部を介して配置された２ｎ個のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，・・・，ＦＢＧ２ｎ）を有し，これらの２ｎ個のサブブラッググレーティングが第１，第２，・・・，第２ｎのサブブラッググレーティングの順で配置され，かつｋを１以上ｎ以下の正の整数として，第ｋと第２ｎ―ｋ＋１のサブブラッググレーティング（ＦＢＧｋ，ＦＢＧ２ｎ−ｋ＋１）の反射率（Ｒｋ，Ｒ２ｎ−ｋ＋１）は同等であるように設定され，かつｍを１以上ｎ−１以下の正の整数として，第ｍ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２ｎ−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Δｔが，クロック信号を抽出すべき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（Ｔｂ）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。
【請求項９】
ｎを正の整数として，光導波路内に間隙部を介して配置された２ｎ個のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，・・・，ＦＢＧ２ｎ）を有し，これらの２ｎ個のサブブラッググレーティングが第１，第２，・・・，第２ｎのサブブラッググレーティングの順で配置され，かつｋを１以上ｎ以下の正の整数として，第ｋと第２ｎ―ｋ＋１のサブブラッググレーティング（ＦＢＧｋ，ＦＢＧ２ｎ−ｋ＋１）の反射率（Ｒｋ，Ｒ２ｎ−ｋ＋１）は同等であるように設定され，かつｍを１以上ｎ−１以下の正の整数として，第ｍ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２ｎ−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Δｔが，クロック信号を抽出すべき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ーティング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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イングＮＲＺ（ＯＯＫ−ＮＲＺ）光信号か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】
【０００２】
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イングＮＲＺ（ＯＯＫ−ＮＲＺ）（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，ＮＲＺ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ＮＲＺ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Ｇｂｉｔ／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／Ｎ比劣化やジッタ増大が懸念される。さらに１００Ｇｂｉｔ／ｓを超える高速ＮＲＺ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  ４０Ｇｂ／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，ＳＯＡという）（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）中の非線形光学効果を利用し，ＳＯＡに入力されたＮＲＺ光信号の立ち上がりまたは立ち下がりに擬似的なＲＺ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４０Ｇｂｉｔ／ｓのＮＲＺ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ＮＲＺ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】
【０００３】
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Δｔ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（Ｔｂ）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Δｔが，クロック信号を抽出すべき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。
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Δｔ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ュレータと，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（Ｔｂ）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Δｔが，クロック信号を抽出すべき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，ＦＢＧという）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ＦＢＧを例にとって説明する。
この発明によると，π位相シフトファイバブラッググレーティング（以下，π位相シフトＦＢＧという）を用いている。π位相シフトＦＢＧ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ＦＢＧ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ＦＢＧに導入する。π位相シフトＦＢＧにおいて，前段のサブＦＢＧの反射光と後段のサブＦＢＧの反射光との間には，π位相シフトＦＢＧの間隙部で時間遅延量（Δｔ）（光信号のビット周期（Ｔｂ）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ＦＢＧは差分器として機能し，π位相シフトＦＢＧ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ＦＢＧ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ＮＲＺ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（Δｔ）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ＲＺ信号と呼ぶ）となる。この電気パルス信号は，元の光信号（ＮＲＺ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（Ｔｂ）の整数倍（最小間隔はＴｂ）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ＮＲＺ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ＲＺ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ＦＢＧの前段のサブＦＢＧ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（Δｔ）を小さくすれば，より高速の（ビット周期（Ｔｂ）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ＦＢＧも提供している。
このπ位相シフトＦＢＧ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Δｔ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Δｔが，クロック信号を抽出すべき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。
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２つのブラッググレー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（ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，ＦＢＧ３，ＦＢＧ４）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（ＦＢＧ１，ＦＢＧ４）の反射率（Ｒ１，Ｒ４）は第２と第３のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ２，ＦＢＧ３）の反射率（Ｒ２，Ｒ３）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Δｔが，クロック信号を抽出すべき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（Ｔｂ）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Δλが生じた場合に，許容できる波長差Δλが増加している。
好ましい実施態様では，上記４つのサブブラッググ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（ＦＢＧ１）の光路長（Ｌ１）および第１と第２のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ１，ＦＢＧ２）に挟まれる間隙部の光路長（Ｌｇ１）の和（Ｌ１＋Ｌｇ１）と，第２のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ２）の光路長（Ｌ２）および第２と第３のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ２，ＦＢＧ３）に挟まれる間隙部の光路長（Ｌｇ２）の和（Ｌ２＋Ｌｇ２）と，第３のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ３）の光路長（Ｌ３）および第３と第４のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ３，ＦＢＧ４）に挟まれる間隙部の光路長（Ｌｇ３）の和（Ｌ３＋Ｌｇ３）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Δｔの和が，クロック信号を抽出すべき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のサブブラッググレーティングの反射率（Ｒ１，Ｒ４）と，第２と第３のサブブラッググレーティングの反射率（Ｒ２，Ｒ３）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，Ｒ１＝Ｒ４，Ｒ２＝Ｒ３のように定められている。
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（ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，ＦＢＧ３，ＦＢＧ４）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（ＦＢＧ１，ＦＢＧ４）の反射率（Ｒ１，Ｒ４）は第２と第３のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ２，ＦＢＧ３）の反射率（Ｒ２，Ｒ３）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Δｔが，クロック信号を抽出すべき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（Ｔｂ）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グレー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（ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，ＦＢＧ３，ＦＢＧ４）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（ＦＢＧ１，ＦＢＧ４）の反射率（Ｒ１，Ｒ４）は第２と第３のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ２，ＦＢＧ３）の反射率（Ｒ２，Ｒ３）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Δｔが，クロック信号を抽出すべき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】
【０００４】
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ＦＢＧの詳細構成を示す。
第３図は，π位相シフトＦＢＧ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ＦＢＧ装荷π位相シフトＦＢＧの詳細構成を示す。
第７図は，低反射率ＦＢＧ装荷π位相シフトＦＢＧ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】
【０００５】
第１図はＮＲＺ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ＦＢＧ（ファイバブ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ＦＢＧ１０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ＦＢＧ１と後段のサブＦＢＧ２とが形成されており，これらの２つのサブＦＢＧ１，サブＦＢＧ２との間に間隙部（ｇａｐ）が存在する。サブＦＢＧ１，サブＦＢＧ２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ＦＢＧ１０は，次の２つの機能を持つ。
（１）π位相シフトＦＢＧの入出力端から入射した光波のうち，前段のサブＦＢＧ１で反射して入出力端に戻る反射光波と，後段のサブＦＢＧ２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λｂ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
２｛ｎｏ（Ｌｇ＋Ｌ１）＋δｎ１Ｌ１｝
を，ブラッグ波長λｂの（２ｋ＋１）／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Ｌｇは間隙部の長さ，ｎｏは間隙部の屈折率，Ｌ１はサブＦＢＧ１の長さ，δｎ１はサブＦＢＧ１の屈折率変調量である。
（２）後段のサブＦＢＧ２で反射して入出力端に戻る反射光波はサブＦＢＧ１で反射して入出力端に戻る反射光波よりも時間Δｔ遅れるが，サブＦＢＧ１とサブＦＢＧ２の反射光波間のこの時間遅延量Δｔが，クロック信号を抽出すべきＮＲＺ光信号のビット周期Ｔｂよりも小さいこと。
サブＦＢＧ１とサブＦＢＧ２との反射光波間時間遅延量Δｔは次式で表わされる。
Δｔ＝２｛ｎｏ（Ｌｇ＋Ｌ１）＋δｎ１Ｌ１｝／ｃ
ここでｃは光速である。
時間遅延量Δｔは，主に，間隙部の長さＬｇと，前段のサブＦＢＧ１の長さＬ１により定まり，これらを小さくすれば時間遅延量Δｔ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ＦＢＧ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ＦＢＧ１による反射光波を，ｇ（ｔ−Δｔ）はΔｔの遅延時間を持つサブＦＢＧ２による反射光波を，−１はサブＦＢＧ１とサブＦＢＧ２による反射光波間のπ位相差を表わす。
位相シフトＦＢＧ１０から出力される合成された反射光波は
ｇ（ｔ）−ｇ（ｔ−Δｔ）
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（ＮＲＺ光信号）は光サーキュレータ１１を経てπ位相シフトＦＢＧ１０の入出力端に導入される。上記の通り，π位相シフトＦＢＧ１０において，前段のサブＦＢＧ１の反射光と後段のサブＦＢＧ２の反射光との間には，π位相シフトＦＢＧの間隙部（ｇａｐ）で時間遅延量（Δｔ）（光信号のビット周期（Ｔｂ）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ＦＢＧ１０は差分器として機能し，π位相シフトＦＢＧ１０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ＦＢＧ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（Δｔ）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ＦＢＧ１０から出力されるこの光パルスは光サーキュレータ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ＲＺ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ＲＺ信号は，元の光信号（ＮＲＺ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（Ｔｂ）の整数倍（最小間隔はＴｂ）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Ｔｂの逆数（１／Ｔｂ）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（ＢＰＦ）１３に与えられる。光検出器１２の出力電気パルス信号（擬似ＲＺ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ＦＢＧ１０の前段のサブＦＢＧ１の長さＬ１，または間隙部の長さＬｇを短くすることにより時間遅延量（Δｔ）を小さくすれば，より高速の（ビット周期（Ｔｂ）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ＮＲＺ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ＦＢＧ装荷π位相シフトＦＢＧ２０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ＦＢＧ１，第２のサブＦＢＧ２，第３のサブＦＢＧ３および第４のサブＦＢＧ４とが形成されており，これらの４つのサブＦＢＧ１ないしサブＦＢＧ４の隣接するものの間に間隙部（ｇａｐ）が存在する。サブＦＢＧ１ないしサブＦＢＧ４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ＦＢＧ装荷π位相シフトＦＢＧ２０においては，４つのサブＦＢＧが第１，第２，第３，第４のサブＦＢＧの順で配置され，かつ第１と第４のサブＦＢＧ１，ＦＢＧ４の反射率Ｒ１，Ｒ４が第２と第３のサブＦＢＧ２，ＦＢＧ３の反射率Ｒ２，Ｒ３よりも低くなるように調整されている。たとえば，２Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝２Ｒ４である。
また，第１と第２のサブＦＢＧの反射光波間の位相差，第２と第３のサブＦＢＧの反射光波間の位相差，第３と第４のサブＦＢＧ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Δｔが，クロック信号を抽出すべき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。
好ましくは，上記低反射率ＦＢＧ装荷π位相シフトＦＢＧ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ＦＢＧ１の光路長Ｌ１および第１と第２のサブＦＢＧ１，ＦＢＧ２に挟まれる間隙部の光路長Ｌｇ１の和（Ｌ１＋Ｌｇ１）と，第２のサブＦＢＧ２の光路長Ｌ２および第２と第３のサブＦＢＧ２，ＦＢＧ３に挟まれる間隙部の光路長Ｌｇ２の和（Ｌ２＋Ｌｇ２）と，第３のサブＦＢＧ３の光路長Ｌ３および第３と第４のサブＦＢＧ３，ＦＢＧ４に挟まれる間隙部の光路長Ｌｇ３の和（Ｌ３＋Ｌｇ３）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Δｔの和が，クロック信号を抽出すべき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る。
すなわち，（Ｌ１＋Ｌｇ１）＋（Ｌ２＋Ｌｇ２）＋（Ｌ３＋Ｌｇ３）の長さの光路長による時間遅延量の和がビット周期Ｔｂ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ＦＢＧ１とサブＦＢＧ４の反射光の時間的遅延がＴｂよりも小さい。
好ましくは，上記４つのサブＦＢＧのうち，第１と第４のサブＦＢＧ１，ＦＢＧ４の反射率Ｒ１，Ｒ４と，第２と第３のサブＦＢＧ２，ＦＢＧ３の反射率Ｒ２，Ｒ３は，それぞれこれらの２つのサブＦＢＧ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，Ｒ１＝Ｒ４，Ｒ２＝Ｒ３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ＦＢＧのグレーティング周期は，これらの４つのサＦＢＧ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。
このような低反射率ＦＢＧ装荷π位相シフトＦＢＧ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，Ｒ１ｇ（ｔ）−Ｒ２ｇ（ｔ−Δｔ）＋Ｒ３ｇ（ｔ−２Δｔ）−Ｒ４ｇ（ｔ−３Δｔ）と表わすことができる。
第８図は，ＮＲＺ光波が上記の低反射率ＦＢＧ装荷π位相シフトＦＢＧ２０に入射したときのサブＦＢＧ１からの反射光波出力，サブＦＢＧ２からの反射光波出力，サブＦＢＧ３からの反射光波出力，サブＦＢＧ４からの反射光波出力，低反射率ＦＢＧ装荷π位相シフトＦＢＧ２０の合成出力および検出器１２から出力される疑似ＲＺ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Δλが生じた場合に，許容できる波長差Δλ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ＦＢＧを持つπ位相シフトＦＢＧを用いており，第２実施例は４つのサブＦＢＧをもつ低反射率ＦＢＧ装荷π位相シフトＦＢＧを用いた例である。
一般に２ｎ個（ｎは正の整数）のサブＦＢＧを持つπ位相シフトＦＢＧ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２ｎ個（ｎは正の整数）のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，・・・，ＦＢＧ２ｎ）を有し，これらの２ｎ個のサブブラッググレーティングが第１，第２，・・・，第２ｎ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２ｎ−ｋ＋１のサブブラッググレーティング（ＦＢＧｋ，ＦＢＧ２ｎ−ｋ＋１）の反射率（Ｒｋ，Ｒ２ｎ−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２ｎ−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Δｔが，クロック信号を抽出すべき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（Ｔｂ）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２ｎ個（ｎは正の整数）のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，・・・，ＦＢＧ２ｎ）を有し，これらの２ｎ個のサブブラッググレーティングが第１，第２，・・・，第２ｎ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２ｎ−ｋ＋１のサブブラッググレーティング（ＦＢＧｋ，ＦＢＧ２ｎ−ｋ＋１）の反射率（Ｒｋ，Ｒ２ｎ−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２ｎ−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Δｔが，クロック信号を抽出すべき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（Ｔｂ）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２ｎ個（ｎは正の整数）のサブブラッググレーティング（ＦＢＧ１，ＦＢＧ２，・・・，ＦＢＧ２ｎ）を有し，これらの２ｎ個のサブブラッググレーティングが第１，第２，・・・，第２ｎ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２ｎ−ｋ＋１のサブブラッググレーティング（ＦＢＧｋ，ＦＢＧ２ｎ−ｋ＋１）の反射率（Ｒｋ，Ｒ２ｎ−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２ｎ−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Δｔが，クロック信号を抽出すべき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たものである。
【図１】
0004839450.tif 000002
【図２】
0004839450.tif 000003
【図３】
0004839450.tif 000004
【図４】
0004839450.tif 000005
【図５】
0004839450.tif 000006
【図６】
0004839450.tif 000007
【図７】
0004839450.tif 000008
【図８】
0004839450.tif 000009