(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射してくる信号光の基準周波数と同期した発振周波数を有する光パルスを得る光クロック抽出装置であって、
位相変調効果を持つ可飽和吸収領域と利得領域とを備え、前記可飽和吸収領域に印加する制御電圧に基づく位相変調効果により、光パルスを発生する発振周波数を変化させることができるモード同期半導体レーザと、
前記信号光の基準周波数と前記モード同期半導体レーザの出力光パルスの発振周波数の同期ずれを光学的に同期検波して位相誤差信号を得る手段と、
位相同期ループを形成するように、前記位相誤差信号を、前記可飽和吸収領域に負帰還させる手段と、
を有し、
前記モード同期半導体レーザからの光パルスが入射し、非線形効果により前記入射した光パルスのスペクトル帯域を広げる光ファイバと、前記光ファイバから出力される光パルスのスペクトル帯域の一部を切り取って前記モード同期半導体レーザとは異なる波長の光パルスを発生させるフィルタと、を有し、光パルスの時間幅を圧縮可能な波長変換器を備える、
前記モード同期半導体レーザの出力光パルスと前記信号光とを同期させる光クロック抽出装置。
【請求項２】
入射してくる信号光の基準周波数と同期した発振周波数を有する光パルスを得る光クロック抽出装置であって、
位相変調効果を持つ可飽和吸収領域と利得領域とを備え、前記可飽和吸収領域に印加する制御電圧に基づく位相変調効果により、光パルスを発生する発振周波数を変化させることができるモード同期半導体レーザと、
前記信号光の基準周波数と前記モード同期半導体レーザの出力光パルスの発振周波数の同期ずれを光学的に同期検波して位相誤差信号を得る手段と、
位相同期ループを形成するように、前記位相誤差信号を、前記可飽和吸収領域に負帰還させる手段と、
を有し、
前記モード同期半導体レーザからの光パルスのスペクトル帯域の一部を切り取る光フィルタを有し、前記モード同期半導体レーザと異なる波長の光パルスを発生する波長変換器を備える、
前記モード同期半導体レーザの出力光パルスと前記信号光とを同期させる光クロック抽出装置。
【請求項３】
入射してくる信号光の基準周波数と同期した発振周波数を有する光パルスを得る光クロック抽出装置であって、
位相変調効果を持つ可飽和吸収領域と利得領域とを備え、前記可飽和吸収領域に印加する制御電圧に基づく位相変調効果により、光パルスを発生する発振周波数を変化させることができるモード同期半導体レーザと、
前記モード同期半導体レーザからの一方の出力端面から出力する光パルスの少なくとも一部を、前記モード同期半導体レーザの他方の端面より直接光注入する光学的な自己フィードバックループと、
前記モード同期半導体レーザから出力される出力光パルスの発振周波数と前記信号光の基準周波数との同期ずれを光学的に同期検波して位相誤差信号を得る手段と、
位相同期ループを形成するように、前記位相誤差信号を、前記可飽和吸収領域に負帰還させる手段と、
を有し、
前記モード同期半導体レーザの出力光パルスと前記信号光とを同期させる光クロック抽出装置。
【請求項４】
前記モード同期半導体レーザからの光パルスが入射し、非線形効果により前記入射した光パルスのスペクトル帯域を広げる光ファイバと、前記光ファイバから出力される光パルスのスペクトル帯域の一部を切り取って前記モード同期半導体レーザとは異なる波長の光パルスを発生させるフィルタと、を有し、光パルスの時間幅を圧縮可能な波長変換器を備える、請求項３に記載の光クロック抽出装置。
【請求項５】
前記モード同期半導体レーザからの光パルスのスペクトル帯域の一部を切り取る光フィルタを有し、前記モード同期半導体レーザと異なる波長の光パルスを発生する波長変換器を備える、請求項３に記載の光クロック抽出装置。
【請求項６】
相互に電極分離された可飽和吸収領域と利得領域とを備え、光パルスを発生する発振周波数を制御電圧によって変化させることができるモード同期半導体レーザと、
前記モード同期半導体レーザの繰り返し周波数に近い周波数を基準信号として入射信号光を同期させる際に、前記入射信号光と前記光パルスの位相誤差を光学的に検知し、同期ずれ信号を光学的に発生する光ミキサ部と、
前記同期ずれ信号を、電圧信号である位相誤差信号に変換する受光部と、
前記位相誤差信号を負帰還するためのループフィルタと、
前記ループフィルタを介して負帰還される前記位相誤差信号に基づき、前記入射信号光の繰り返し周波数及び位相に対する前記モード同期半導体レーザからの出力光パルスの繰り返し周波数及び位相の同期ずれが最小となるように、前記モード同期半導体レーザの電極に印加される電圧を制御する位相同期ループと、
を有し、
前記モード同期半導体レーザからの光パルスが入射し、非線形効果により前記入射した光パルスのスペクトル帯域を広げる光ファイバと、前記光ファイバから出力される光パルスのスペクトル帯域の一部を切り取って前記モード同期半導体レーザとは異なる波長の光パルスを発生させるフィルタと、を有し、光パルスの時間幅を圧縮可能な波長変換器を備える、光クロック抽出装置。
【請求項７】
相互に電極分離された可飽和吸収領域と利得領域とを備え、光パルスを発生する発振周波数を制御電圧によって変化させることができるモード同期半導体レーザと、
前記モード同期半導体レーザの繰り返し周波数に近い周波数を基準信号として入射信号光を同期させる際に、前記入射信号光と前記光パルスの位相誤差を光学的に検知し、同期ずれ信号を光学的に発生する光ミキサ部と、
前記同期ずれ信号を、電圧信号である位相誤差信号に変換する受光部と、
前記位相誤差信号を負帰還するためのループフィルタと、
前記ループフィルタを介して負帰還される前記位相誤差信号に基づき、前記入射信号光の繰り返し周波数及び位相に対する前記モード同期半導体レーザからの出力光パルスの繰り返し周波数及び位相の同期ずれが最小となるように、前記モード同期半導体レーザの電極に印加される電圧を制御する位相同期ループと、
を有し、
前記モード同期半導体レーザからの光パルスのスペクトル帯域の一部を切り取る光フィルタを有し、前記モード同期半導体レーザと異なる波長の光パルスを発生する波長変換器を備える、光クロック抽出装置。
【請求項８】
相互に電極分離された可飽和吸収領域と利得領域とを備え、光パルスを発生する発振周波数を制御電圧によって変化させることができ、第１の波長の光パルスを発振する第１のモード同期半導体レーザと、
相互に電極分離された可飽和吸収領域と利得領域とを備え、前記第１のモード同期半導体レーザとは異なる第２の波長の光パルスを発振する第２のモード同期半導体レーザと、
前記第１のモード同期半導体レーザの一方の出力端面から出力する光パルスの少なくとも一部を前記第２のモード同期半導体レーザの一方の端面より直接光注入し、かつ、前記第２のモード同期半導体レーザの他方の端面より出力される光パルスを、前記第１のモード同期半導体レーザの他方の端面より直接光注入する光学的な自己フィードバックループと、
前記自己フィードバックループ内に設けられた光遅延器と、
前記第１のモード同期半導体レーザの繰り返し周波数に近い周波数を基準信号として入射信号光を同期させる際に、信号光と光パルスの位相誤差を光学的に検知し、同期ずれ信号を光学的に発生する光ミキサ部と、
前記同期ずれ信号を電圧信号である位相誤差信号に変換する受光部と、
前記位相誤差信号を負帰還するためのループフィルタと、
前記ループフィルタを介して負帰還される前記位相誤差信号に基づき、前記入射信号光の繰り返し周波数及び位相に対する前記第１のモード同期半導体レーザからの出力光パルスの繰り返し周波数及び位相の同期ずれが最小となるように、前記第１のモード同期半導体レーザの電極に印加される電圧を制御する位相同期ループと、
を有する光クロック抽出装置。
【請求項９】
相互に電極分離された可飽和吸収領域と利得領域とを備え、光パルスを発生する発振周波数を制御電圧によって変化させることができ、第１の波長の光パルスを発振するモード同期半導体レーザと、
前記第１の波長とは異なる第２の波長の連続光を発振する光源と、
前記第１の波長の光パルスを、前記第２の波長の連続光に転写して第２の波長のパルス光に変換する波長変換器と、
前記波長変換器で変換された第２の波長のパルス光を、前記第１のモード同期半導体レーザの他方の端面より直接光注入する光学的な自己フィードバックループと、
前記自己フィードバックループ内に設けられた光遅延器と、
前記モード同期半導体レーザの繰り返し周波数に近い周波数を基準信号として入射信号光を同期させる際に、前記入射信号光と第１の波長の光パルスの位相誤差を光学的に検知し、同期ずれ信号を光学的に発生する光ミキサ部と、
前記同期ずれ信号を電圧信号である位相誤差信号に変換する受光部と、
前記位相誤差信号を負帰還するためのループフィルタと、
前記ループフィルタを介して負帰還される前記位相誤差信号に基づき、前記入射信号光の繰り返し周波数及び位相に対する前記モード同期半導体レーザからの出力光パルスの繰り返し周波数及び位相の同期ずれが最小となるように、前記モード同期半導体レーザの電極に印加される電圧を制御する位相同期ループと、
を有する光クロック抽出装置。
【請求項１０】
前記光ミキサ部は光信号処理機能を有する、請求項８または９に記載の光クロック抽出方法。
【請求項１１】
前記光信号処理機能は、光３Ｒ再生機能である、請求項１０に記載の光クロック抽出方法。
【請求項１２】
位相変調効果を持つ可飽和吸収領域と利得領域とを備え、前記可飽和吸収領域に印加する制御電圧に基づく位相変調効果により、光パルスを発生する発振周波数を変化させることができるモード同期半導体レーザと、
光信号処理に用いられ、光信号を吸収して光電流を発生することが可能な光吸収型変調器と、
前記モード同期半導体レーザからの一方の出力端面から出力する光パルスの少なくとも一部を、前記モード同期半導体レーザの他方の端面より直接光注入する光学的な自己フィードバックループと、
前記モード同期半導体レーザから出力される出力光パルスの発振周波数を、入射してくる信号光の基準周波数と同期させる際に、前記光吸収型変調器に前記出力光パルスと前記信号光とを入射させ、光学的に同期ずれを光電流として検波して位相誤差信号を得る手段と、
位相同期ループを形成するように、前記位相誤差信号を、前記可飽和吸収領域に負帰還して、前記出力光パルスと前記信号光とを同期させる手段と、
を有する、光クロック抽出装置。
【請求項１３】
前記光吸収型変調器は、光３Ｒ再生機能を有する、請求項１２に記載の光クロック抽出方法。
【請求項１４】
相互に電極分離された可飽和吸収領域、利得領域及び共振器調整領域を備え、前記各領域の電極に印加する電圧もしくは電流を制御することにより、光パルスを発生する発振周波数を変化させることができるモード同期半導体レーザと、
前記モード同期半導体レーザからの一方の出力端面から出力する光パルスの少なくとも一部を、前記モード同期半導体レーザの他方の端面より直接光注入する光学的な自己フィードバックループと、
前記自己フィードバックループ内に設けられたパルス遅延器と、
前記自己フィードバックループ内に設けられた光増幅器と、
前記自己フィードバックループ内に設けられた光減衰器と、
前記モード同期半導体レーザから出力される出力光パルスの発振周波数を、入射してくる信号光の基準周波数と同期させる際に、
前記モード同期半導体レーザから出力される出力光パルスの発振周波数と入射する信号光の基準周波数との同期ずれを光学的に同期検波して位相誤差信号を得る手段と、
位相同期ループ制御が行われるように、前記位相誤差信号を、前記利得領域、前記共振器調整領域、前記パルス遅延器、前記光増幅器及び前記光減衰器の少なくとも１つに負帰還させて前記出力光パルスと前記信号光の同期させる手段と、
を有する光クロック抽出装置。
【請求項１５】
複数の位相同期ループを有する、請求項１４に記載の光クロック抽出装置。
【請求項１６】
位相変調効果を持つ可飽和吸収領域と利得領域とを備え、前記可飽和吸収領域に印加する制御電圧による位相変調効果によって、光パルスを発生する発振周波数を変化させることができるモード同期半導体レーザからの出力光パルスの発振周波数を、入射してくる信号光の基準周波数と同期させる光クロック抽出方法であって、
前記モード同期半導体レーザの一方の出力端面から出力する光パルスの少なくとも一部を、前記モード同期半導体レーザの他方の端面より直接光注入する段階と、
前記モード同期半導体レーザからの前記出力光パルスの発振周波数を前記信号光の基準周波数と同期させる際に、前記信号光の基準周波数と前記出力光パルスの発振周波数の同期ずれを光学的に同期検波して位相誤差信号を得る段階と、
前記位相誤差信号を、前記可飽和吸収領域に負帰還して位相同期ループを形成し、前記出力光パルスと前記信号光とを同期させる段階と、
を有する光クロック抽出方法。
【請求項１７】
前記同期ずれを光学的に同期検波する際に、同時に、光信号処理を実行する、請求項１６に記載の光クロック抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信、光計測、光情報信号処理などに用いられるクロック光を発生する装置に関する。特に本発明は、位相雑音が小さい光クロック基準信号を発生する装置及び方法、ならびに、光信号から光タイミングパルスを発生させる際に、光信号の偏光に無依存で、かつ、ジッタが小さく、相対強度雑音（ＲＩＮ）が小さい光クロック基準信号を高安定に発生あるいは抽出する光クロック抽出装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モード同期半導体レーザ（ＭＬＬＤ）は、比較的容易かつ安定して、１０〜１６０ＧＨｚといった超高速の繰り返し周波数で、パルス幅がピコ秒オーダのクロックパルス列を発生させることができることから、光通信用光源、光信号処理用光源、計測用光源などとして、産業上重要なクロックパルス光源である。【０００３】
ＭＬＬＤをそのようなクロックパルス光源として用いる場合、光信号、電気信号などの外部基準信号源との同期を確立する手法とともに、外部基準信号源に依存せずにクロック光を安定化させるための技術や、同期したクロック信号における位相ノイズを小さくするための技術などが重要となる。【０００４】
ＭＬＬＤにおいては、パルスの繰り返し周波数が、ランダムに揺らぐ現象が見られる。これをジッタと呼ぶ。ジッタは、ＭＬＬＤにおいて出力光パルスの繰り返し周波数を決定している光共振器の長さがランダムに揺らいでいるために発生すると考えられる。もう少し詳細に見ると、ＭＬＬＤにおいて光増幅作用をもつ領域で発生する雑音光が、ＭＬＬＤ内のキャリア密度や屈折率をランダムに揺らし、その結果として、実効的な光共振器長がランダムに変化するものと考えられる。【０００５】
これまで、ＭＬＬＤから出力されるクロック光と、外部基準信号源、特に光信号との間で同期を確立する手法、及び光信号からクロック光を再生させる際の位相ノイズを小さくする手法として、（１）ＭＬＬＤに直接に信号光を注入し、同期をとる光学的手法すなわち光注入同期による手法と、（２）光信号をいったん電気信号に変換してから同期をとる手法、がよく知られている。前者の手法は、光信号のままで処理が行われるので、全光方式の手法であり、後者の手法は、電気信号に変換するので電気方式の手法である。【０００６】
ＭＬＬＤに信号光を直接注入して同期をとる光注入同期の手法を用いる構成は、例えば、特開平２−１８３２３６号公報に開示されている。図１Ａは、光注入同期による構成の一例を示している。【０００７】
光注入同期は、受動的に光パルスを発生しているＭＬＬＤ９１に対して光信号を注入することにより、ＭＬＬＤを構成する可飽和吸収領域や利得領域をその光信号で強制変調させて、出力パルス光における同期を取る手法である。図示したものでは、ＭＬＬＤ９１の出力には、帯域通過フィルタ９２が配置されている。この場合、ＭＬＬＤから再生されるクロック抽出光の位相ノイズは、一般的に、入射してくる光信号の位相ノイズより良くなることはなく、また、外部信号源である光信号に強く依存する。さらに、ＭＬＬＤは、それ自身が偏波依存性を持つため、光注入同期では、ＭＬＬＤに入射する信号光の偏波状態にも位相ノイズが強く依存しまう。【０００８】
光信号を、一旦、電気信号に変換してから同期をとる手法の構成の一例が図１Ｂに示されている。この手法では、高速ＰＩＮダイオードなどからなる高速受光器９３を使用し、光信号を高速受光器９３によって電気信号に変換し、その後、その電気信号に対して電気的な位相同期ループ（ＰＬＬ）を用いて同期を取るものである。【０００９】
ＰＬＬは、高周波まで対応できる電気的ミキサなどの位相比較器９４と、ループフィルタ９５と、高周波まで対応して電気信号として周波数信号を発生する電圧制御発振器（ＶＣＯ）９６とを備えている。位相比較器９４は、入力した光信号を高速受光器９３によって変換して得られた電気信号とＶＣＯ９６からの信号との位相比較を行って周波数差を検知し、位相差に応じた信号を出力する。位相差に応じた信号は、ループフィルタ９５によって平滑化されてＶＣＯ９６に対して制御信号として供給される。ＶＣＯ９６の出力する電気的高周波信号は、位相比較器９４にフィードバックされるとともに、高周波増幅器９７を介してＭＬＬＤ９８に加えられ、ＭＬＬＤ９８を直接変調するできるようになっている。この構成では、ＶＣＯ９６の出力周波数は、電気信号に変換された後の光信号の周波数に一致し、これにより、高速受光器９３に入力する光信号とＭＬＬＤ９８からの出力クロック光との間での同期が確立する。またこの構成では、ＰＬＬを構成するループフィルタの設計によって、位相ノイズを小さくすることができる。高速受光器９３、位相比較器９４、ループフィルタ９５、ＶＣＯ９６及び高周波増幅器９７は、電気制御部９９すなわち電気的な高周波回路部分を構成している。【００１０】
電気発振器やＶＣＯなどの高周波回路を用いたＰＬＬ方式の光クロック抽出装置において、位相ノイズを小さくするための技術が、例えば、J. B. Georges et al., "Stable picosecond pulse generation at 46GHz by modelocking of a semiconductor laser operating in an optoelectronic phaselocked loop," Electronics Letters, Vol. 30, No. 1, pp. 69-71，特開平８−３４０１５４号公報，H. Ono et al., "Low jitter pulse train generation using a regeneratively mode-locked laser diode," 10th International Workshop on Femtosecond Technology, TP-5, pp. 154, Chiba, Japan, July 16-17, 2003に開示されている。
【特許文献１】特開平２−１８３２３６号公報
【特許文献２】特開平８−３４０１５４号公報
【非特許文献１】J. B. Georges et al., "Stable picosecond pulse generation at 46GHz by modelocking of a semiconductor laser operating in an optoelectronic phaselocked loop," Electronics Letters, Vol. 30, No. 1, pp. 69-71
【非特許文献２】H. Ono et al., "Low jitter pulse train generation using a regeneratively mode-locked laser diode," 10th International Workshop on Femtosecond Technology, TP-5, pp. 154, Chiba, Japan, July 16-17, 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
光注入同期によって信号光と出力クロック光との同期を確立する手法では、簡単な構成で同期をとることができるが、光信号の偏光状態によって同期状態が変動してしまうこと、また、得られるクロック光の位相ノイズが注入光信号の有する位相ノイズに依存してしまうという課題があった。その理由は、光注入同期がＭＬＬＤの可飽和吸収領域を光学的に変調するといった効果を利用しているため、ＭＬＬＤの発振する光における偏波状態と入射する光における偏波状態が同じでないと変調効果が一定せず、安定したクロック光を得ることができないからである。また、出力クロック光における周波数を安定される効果は、光注入同期自体は備えていない。【００１２】
光信号を電気信号にいったん変換する手法では、光信号の偏光状態による同期変動は生じず、ＰＬＬによって出力クロック光における周波数の安定化は図られるが、ＭＬＬＤを電気的に直接変調するために、高周波基準信号源であるとして電気回路によるＶＣＯを用いているため、クロック周波数が例えば４０ＧＨｚ以上の光信号には追随することができなくなるという問題点がある。また、従来の電気的ＰＬＬ方式による光クロック抽出装置では、光クロック抽出装置自体を石英導波路やポリマー光導波路（ＰＬＣ）などに集積化することが困難であるという問題点がある。その理由は、クロック基準信号が高周波数になるほど、ＰＬＬを構成する高周波基準信号源の価格、消費電力、及び発熱量が増加するとともに、クロック基準信号の周波数が例えば４０ＧＨｚ以上になると、効率のよい高周波配線を設けることが難しくなるためである。【００１３】
本発明の目的は、基準信号源である信号光の偏光に依存せず、電気的高周波回路を必要とせず、かつ位相ノイズが小さいクロック光を再生することが可能な光クロック抽出装置を提供することである。【００１４】
本発明の別の目的は、基準信号源である信号光の偏光に依存せず、電気的高周波回路を必要とせず、かつ位相ノイズが小さいクロック光を再生することが可能な光クロック抽出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の目的は、入射してくる信号光の基準周波数と同期した発振周波数を有する光パルスを得る光クロック抽出装置であって、位相変調効果を持つ可飽和吸収領域と利得領域とを備え、可飽和吸収領域に印加する制御電圧に基づく位相変調効果により、光パルスを発生する発振周波数を変化させることができるモード同期半導体レーザ（ＭＬＬＤ）と、信号光の基準周波数とＭＬＬＤの出力光パルスの発振周波数の同期ずれを光学的に同期検波して位相誤差信号を得る手段と、位相同期ループを形成するように、位相誤差信号を、可飽和吸収領域に負帰還させる手段と、を有し、ＭＬＬＤの出力光パルスと信号光とを同期させる光クロック抽出装置によって達成される。【００１６】
このような本発明の光クロック抽出装置は、典型的には、ＭＬＬＤからの一方の出力端面から出力する光パルスの少なくとも一部を、ＭＬＬＤの他方の端面より直接光注入する光学的な自己フィードバックループを有する。本発明では、このような光学的な自己フィードバックループを設けることによって、ＭＬＬＤを光ＶＣＯとして動作させるとともに、光ＶＣＯ出力における位相ノイズの低減を図っている。【００１７】
本発明の別の目的は、位相変調効果を持つ可飽和吸収領域と利得領域とを備え、可飽和吸収領域に印加する制御電圧による位相変調効果によって、光パルスを発生する発振周波数を変化させることができるＭＬＬＤからの出力光パルスの発振周波数を、入射してくる信号光の基準周波数と同期させる光クロック抽出方法であって、信号光の基準周波数と出力光パルスの発振周波数の同期ずれを光学的に同期検波して位相誤差信号を得る段階と、位相誤差信号を、位相変調効果をもつ領域に負帰還して位相同期ループを形成し、光パルスと入射信号光を同期させる段階と、を有する、光クロック抽出方法によって達成される。【００１８】
本発明によれば、電気的ＶＣＯなどの高周波電気回路を必要としない位相同期ループを構築することができ、その結果、小型化、高速化、低消費電力、高集積化、操作性が向上した光クロック抽出装置が提供される。【００１９】
本発明によれば、信号光の速度や偏光状態に依存しないでクロック抽出を行うことができる。また、光３Ｒ中継器や光ＤＥＭＵＸといった他の信号処理を位相比較器である光ミキサに同時に担わせることができる。本発明では、光ミキサには、例えば、高速に動作可能な光ゲートスイッチを用いるが、この光ゲートスイッチとして、偏光無依存なＳＯＡや偏光に依存しない構成で構築した光ファイバ型の光ゲートスイッチを用いることで、信号光の偏光状態に依存しない位相比較が可能になるためである。このとき、ループフィルタの特性を選択することによって位相同期ループの負帰還の同期保持範囲を適切に設計すれば、具体的には、光ミキサの偏光依存性による揺らぎよりも同期保持範囲を大きくすれば、より安定なクロック抽出を実現することができる。【００２０】
光ミキサは高速光ゲートスイッチであるので、同期がいったん確立してしまえば、光ミキサにおいて、信号光とクロック光との最適なタイミングで信号処理を行うことができる。そのため、光ミキサを、誤差信号発生のほかに、光３Ｒ再生処理や光ＤＥＭＵＸ処理のために同時に使用することができる。【００２１】
さらに本発明によれば、多段でのＰＬＬ制御による光クロック抽出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ】光信号からそれに同期したクロック光を抽出する、光注入同期を用いた従来の光クロック抽出装置の構成を示すブロック図である。
【図１Ｂ】光信号からそれに同期したクロック光を抽出する、ＰＬＬを用いた従来の光クロック抽出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】自己フィードバックループを有するＭＬＬＤによる光ＶＣＯを用い、パルス光における位相ノイズの低減を図る、本発明に基づく光クロック抽出手法を説明する図である。
【図３】本発明の実施例１の光クロック抽出装置を説明するブロック図である。
【図４】自己フィードバックループを有するＭＬＬＤを用いた光ＶＣＯにおける、位相ノイズ低減を図った光ＰＬＬ動作におけるＲＦスペクトルと、自己フィードバックなしでＰＬＬ動作させた場合のＲＦスペクトルとを示すグラフである。
【図５】自己フィードバックループを有するＭＬＬＤを用いた光ＶＣＯにおける、位相ノイズ低減を図った光ＰＬＬ動作でのサンプリングオシロスコープ波形と、自己フィードバックなしでＰＬＬ動作させた場合のサンプリングオシロスコープ波形を示す図である。
【図６】自己フィードバックループにより生じてしまうサイドバンドのＲＦスペクトルを示すグラフである。
【図７】サイドバンドスペクトルの抑制のために波長の異なる２つのＭＬＬＤを周回ループ内に設けた、実施例２の光クロック抽出装置を示すブロック図である。
【図８】実施例３のクロック抽出装置を示すブロック図である。
【図９Ａ】ＣＷ（連続波）光による波長変換を用いてサイドバンドスペクトルを抑制する構成を示すブロック図である。
【図９Ｂ】光ファイバを用いたスーパーコンティニュームによってサイドバンドスペクトルを抑制する構成を示すブロック図である。
【図９Ｃ】光フィルタを周回ループ内に配置することによってサイドバンドスペクトルを抑制する構成を示すブロック図である。
【図１０】実施例４における、光３Ｒ中継器の光ゲート部に位相比較機能を持たせた構成を示すブロック図である。
【図１１】実施例５における、位相比較部に電界吸収型変調器を用いた構成を示すブロック図である。
【図１２】実施例６における、多段でＰＬＬ制御を施した場合の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図２は、本発明に基づく光クロック抽出方法を説明する図である。本発明の光クロック抽出方法では、自己フィードバックのループ構成によるＭＬＬＤを用いることによって、光ＶＣＯ周波数における位相ノイズの低減を図っている。【００２４】
本発明では、位相変調効果を持つ可飽和吸収領域と利得領域とを備え、可飽和吸収領域に印加する制御電圧による位相変調効果により、光パルスの発生する発振周波数を変化させることができるＭＬＬＤ（モード同期半導体レーザダイオード）を使用する。そして、ＭＬＬＤからの出力光パルスの発振周波数を、入射してくる信号光の基準周波数と同期させる際に、信号光の基準周波数と出力光パルスの発振周波数の同期ずれを光学的に同期検波して、これらの信号の位相誤差信号を得るとともに、位相誤差信号を、ＭＬＬＤの可飽和吸収領域に負帰還させて位相同期ループを形成し、光パルスと入射信号光とを同期させてクロック抽出を行う。ここで出力光パルスの発振周波数とは、光パルス列としての繰り返し周波数に相当する。【００２５】
半導体中の光の屈折率は、一般にキャリア密度に依存するため、キャリア密度を介してＭＬＬＤの実効的な共振器長を制御することができる。これにより、ＭＬＬＤの繰り返し周波数制御が可能となり、ＭＬＬＤを、光信号を出力する電圧／電流制御発振器（ＶＣＯ）として使用することができる。ただし、ＭＬＬＤを光ＶＣＯとして使用するためには、ＭＬＬＤからの出力クロック光における位相ノイズの低減、つまりジッタを小さくすることが重要である。そこで本発明では、電気的な高周波発振器を必要せずにＭＬＬＤを光ＶＣＯとして使用するために、ＭＬＬＤからのクロック光の位相ノイズの低減、つまり低ジッタ化の手法として、図２に示すように、ＭＬＬＤ１００からのクロック光の一部を取り出し、同じＭＬＬＤ１００に再度光注入するという光ループ系を構築し、クロック光を自己フィードバックさせる構成を採用する。図において、光信号部分は太線で示されており、電気信号部分は細線で示されている。【００２６】
ＭＬＬＤ１００からクロック光パルスが発生するタイミングと光ループを周回してＭＬＬＤ１００に戻ってきたクロック光パルスのタイミングとが同時になるよう光路長を調整することにより、ＭＬＬＤを構成する可飽和吸収領域で生じる吸収飽和現象すなわちゲート動作が急峻なものとなり、吸収飽和のランダム性や利得飽和による利得領域での雑音光のランダム性などによって生じる位相ノイズが低減される。これにより、出力クロック光における位相ノイズを低減でき、電気的な高周波回路を印加して強制的に変調する手法をとらなくても、クロック光パルス列の周波数の確度を向上することができる。【００２７】
さらに、本発明では、入力する信号光とを再生クロック光との同期を確立するために、外部信号光と、ＭＬＬＤ１００を用いた光ＶＣＯからの再生クロック光とを、半導体光増幅器（ＳＯＡ）などの非線形効果を利用した光ミキサ２００に入射させ、外部信号光と光ＶＣＯの基準信号との位相比較を行っている。光ミキサ２００で生じた光ビート信号は、外部信号光と再生クロック光との位相差に応じた信号であり、この信号は、ＰＩＮダイオードなどからなる受光器３１０によって電気信号に変換され、ループフィルタ３２０によって平滑化され、ＭＬＬＤ１００の可飽和領域に制御電圧として印加される。このように本実施形態では、位相同期ループの構成をとることで、外部信号光と同期したクロック光を得ることができる。【００２８】
本実施形態では、ＰＬＬの基本構成要素のうち、位相比較部（ミキサ）や電圧制御発振器（ＶＣＯ）といった高速での処理が必要となる部分を光学的に構成し、一方、位相差検出部や誤差増幅、ループフィルタといったたかだかＭＨｚオーダの低速な応答で十分な処理を実行する部分を、受光器３１０及びループフィルタ３２０からなる電気制御部３００で電気的に構成している。上述したように、ＭＬＬＤの増幅された自然放出光（ＡＳＥ）による周波数揺らぎを抑制するために、ＭＬＬＤを光学的に自己フィードバックループする方式を導入し、格段の周波数確度を向上させている。【００２９】
このようにして本実施形態によれば、偏光無依存なＳＯＡなどを利用した光ミキサを用いることで、外部信号光の偏光状態に依存しない光クロック抽出装置が実現できる。また、光ミキサ及び位相比較器を、ＳＯＡ、光ファイバなどの非線形効果を利用した光スイッチとの組み合わせることにより、動作の高速化を測ることができる。さらに、光ミキサ部には、光識別信号処理の機能を同時に持たせることができるため、光位相比較の動作と、光３Ｒ再生、光ＤＥＭＵＸといった光信号処理との動作を同時に行うことができるようになり、さらに、それらの動作の最適化を図ることができる。【００３０】
本実施形態では、電気的な制御部は、位相差に応じた信号をループフィルタで平滑化する部分のみであり、比較的低速なＰＩＮダイオード受光器と、ＭＨｚオーダの帯域を有する演算増幅器によるループフィルタとで構成することができる。電気的制御部は、高周波回路であることを必要とせず、この部分は集積回路（ＩＣ）として構成することが可能である。したがって、電気的制御部の、小型化、高集積化、低消費電力化を図ることができる。このように光クロック抽出装置は、ＭＬＬＤ、ＳＯＡ、アイソレータ、ＰＩＮ、ＩＣ回路といった部品をＰＬＣ上に容易に実装可能な構成であるため、小型化を図ることができる。【００３１】
さらにこの光クロック抽出装置では、光ループ系により自己フィードバックさせる構成の中に配置された増幅器、減衰器などよって、光ループを周回してきたクロック光パルスの光強度を調整し、また、光ループ長を変化させてタイミングを調整することができる。それによって、ＭＬＬＤから発生するクロック光パルス列の基本周波数を可変制御することができ、また、増幅器や減衰器などもＰＬＬ制御回路として制御できるため、多段構成のＰＬＬ制御回路を実現することができる。【００３２】
以下、本発明について、実施例に基づいてさらに詳しく説明する。【００３３】
［実施例１］
図３は、自己フィードバックのループ構成によるＭＬＬＤを用いた光ＶＣＯを有し、光ＶＣＯの発振周波数における位相ノイズの低減を図った光クロック抽出装置を示している。図示される光クロック抽出装置は、光ＶＣＯとともに、光ミキサやループフィルタを備えており、光ミキサ、光ＶＣＯ、ループフィルタによって、光ＰＬＬが構成されている。【００３４】
光ＶＣＯとして用いるＭＬＬＤ１は、少なくとも利得領域２と可飽和吸収領域３とから構成されている。利得領域２と可飽和吸収領域３とは電極分離されている。ＭＬＬＤ１の両方の端面のそれぞれには、レンズ４及びアイソレータ５が近接して配置されている。そして、ＭＬＬＤ１の一方の出力端面から出力する光パルスの一部を他方の端面よりＭＬＬＤ１に直接光注入させる光学的な自己フィードバックループを構成するために、両方の端面間を外部接続する光導波路６が設けられており、光導波路６には、光遅延器７、光増幅器８及び光減衰器９が挿入されている。ＭＬＬＤ１が光パルスを発生するタイミングと、この光パルスが光導波路６を周回し、ＭＬＬＤ１のもう一方の端面に入射するタイミングとが同時になるように、光遅延器７は調整されている。この構成により、ＭＬＬＤ１を構成する可飽和吸収領域３で生じる吸収飽和現象つまり光ゲート動作が急峻なものとされ、光パルス発生時の可飽和吸収領域３の吸収飽和のランダム性によって生じる位相ノイズが低減され、出力クロック光における位相ノイズが低減され、再生クロック光の周波数確度を高めることができる。【００３５】
外部信号光と、ＭＬＬＤ１からの出力クロック光すなわち再生クロック光との同期を確立するために、さらに、光ミキサ（ＭＩＸ）１０、光減衰器（ＡＴＴ）９、バランスディテクタ１１、誤差増幅器１２、ループフィルタ１３、電圧加算器１４が設けられている。光ミキサ１０には、ＭＬＬＤ１から取り出した再生クロック光の一部と外部信号光とが光ミキサ１０に入射し、光ミキサ１０の出力光は、光減衰器９を介してバランスディテクタ１１の一方の受光器に入射するようになっており、バランスディテクタ１１では、光ＶＣＯであるＭＬＬＤ１の発振周波数と外部信号光の基準周波数との周波数差が検出される。位相差に応じた信号が、誤差増幅器１２で増幅され、ループフィルタ１３で平滑化されて、電圧加算器１４により、光ＶＣＯであるＭＬＬＤ１の可飽和領域３に制御電圧として印加される。これによって、外部信号光に同期した再生クロック光がＭＬＬＤ１から得られることとなる。【００３６】
光ミキサ１０では、外部信号光の基準周波数とＭＬＬＤ１からのクロック光の発振周波数との位相差に応じた変調を、外部信号光とクロック光の両方に付加することができる。例えばＳＯＡを用いた相互利得変調を用いれば、外部信号光とクロック光の両方に対し、それらの位相差に応じた強度変調を付加できる。この強度変調を受けたどちらか一方を、数ＭＨｚオーダの低速の周波数特性を有するバランスディテクタ１１のどちらか一方の受光部で電気信号に変換すると、高速な外部信号光とクロック光はＤＣ電圧成分として出力され、強度変調成分は誤差信号成分として出力されるので、強度変調成分を分離することができる。【００３７】
バランスディテクタ１１のもう一方の受光器に対し、ＤＣ電圧成分がキャンセルされるようにクロック光もしくは外部信号光を入射すると、ＤＣ電圧成分は、キャンセルされ、誤差信号のみを取り出すことができる。この誤差信号を、誤差増幅器１２で増幅し、ループフィルタ１３によって誤差信号に含まれる高周波成分を完全に除去して平滑化して、ＭＬＬＤ１の位相変調領域である可飽和吸収領域３にバイアス源変調成分として印加する。このとき、電圧加算器１４により、逆バイアスを可飽和吸収領域３に印加してＭＬＬＤ１が受動的にパルス光を発生するようにしておくと、安定した光ＰＬＬ動作が行える。【００３８】
図４は、自己フィードバックのループ構成によるＭＬＬＤを用いた光ＶＣＯにおいて、発振周波数における位相ノイズの低減を図った場合の光ＰＬＬ動作のときのＲＦスペクトルと、自己フィードバックがない場合でＰＬＬ動作させた場合のＲＦスペクトルを示している。図４において、「自己フィードバック＋光ＰＬＬ」は、自己フィードバックを用いて光ＰＬＬ動作させたときのスペクトルを示し、「光電ＰＬＬのみ」は、自己フィードバックを用いない場合のスペクトルを示している。自己フィードバックを用いることによってジッタ成分を小さくした場合には、急峻なスペクトルピークが得られ、自己フィードバックを用いないでジッタ成分が大きい場合には、スペクトルピークががブロードに拡がる。このように、自己フィードバックを用いる場合の方が、周波数スペクトルにおける信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が向上し、かつ、ピークが急峻なものとなることが確認できる。図４にはさらに、電気的に同期を確立した場合のＲＦスペクトルと、同期が確立していない状態でのＲＦスペクトルも描かれている。【００３９】
図５は、上述した自己フィードバックのループ構成によるＭＬＬＤを用いた光ＶＣＯからの再生クロック光のサンプリングオシロスコープによる観測波形を示している。上段の波形８１は、非同期時すなわち光ＰＬＬ動作していない状態のサンプリング波形であり、中段の波形８２は、自己フィードバックがない場合でＰＬＬ動作させた場合のサンプリング波形であり、下段の波形８３は、光ＰＬＬと自己フィードバックの両方動作させたとき、すなわち位相ノイズの低減を図るように光ＰＬＬ動作させたときのサンプリング波形である。【００４０】
一般にサンプリング波形は、ジッタが大きいほど、波形が揺れて見えるが、自己フィードバックを行った場合のサンプリング波形８３が一番小さい揺らぎになっている。これは、周波数スペクトルのＳＮＲ向上の効果が、ジッタ低減という形で観測されていることを意味する。【００４１】
［実施例２：サイドバンドスペクトル抑制かつ２波長同期クロック光発生］
実施例１に示した構成では、光ＶＣＯであるＭＬＬＤに対して自己注入によって行われる自己フィードバックの効果が大きくなりすぎると、自己フィードバックループ長に依存したサイドバンドスペクトルが生じる可能性がある。図６は、そのようなサイドバンドのＲＦスペクトルの一例を示しており、自己フィードバックのループ構成により生じてしまうサイドバンドを示している。サイドバンドは、ＭＬＬＤの周波数に対応する波長と、自己フィードバックループ長で決まる周波数に対応する波長とが同じ波長であるがために、複合共振器ができてしまうことから生じる。サイドバンドを除去するためには、ＭＬＬＤ１から出力される光パルスの波長と、光導波路６を周回する光パルスの波長とを異ならせることが重要となる。【００４２】
図７は、実施例２での光クロック抽出装置の構成を示しており、サイドバンドスペクトルの抑制のために、波長の異なる２つのＭＬＬＤを同一の周回ループ内に挿入した構成を示している。実施例２では、図７に示すように、光ループ内に、波長の異なる２つのＭＬＬＤ１とＭＬＬＤ１００を備え、ＭＬＬＤ１を光ＰＬＬとして動作させ、その出力光パルスの一部を、もう一方のＭＬＬＤ１００に光注入する。ＭＬＬＤ１は偏波が揃った光パルスを出力するので、注入される側のＭＬＬＤ１００では、安定に光注入同期が生じる。この場合も上述と同様に、ＭＬＬＤ１からクロック光パルスが発生するタイミングと、光導波路を周回して各々のＭＬＬＤの可飽和吸収領域にクロック光パルスが達するタイミングとが同時になるよう光遅延器７を調整すると、吸収飽和現象（ゲート動作）が急峻なものとなり、吸収飽和のランダム性によって生じる位相ノイズが低減される。【００４３】
このとき、各ＭＬＬＤから発生する光パルスのみを透過する光フィルタ１５、光フィルタ１５０を光導波路６内に挿入しておけば、ＭＬＬＤ１から出力される光パルスの波長と、光導波路６を周回し、再びＭＬＬＤ１に光注入される光パルスの波長が異なるために、サイドバンドスペクトルが生じることなく、同期がとれた光パルス周回を作ることができる。【００４４】
この構成では、ＭＬＬＤ１，１００から異なる波長のクロック光が出力する。このように異なる２波長のクロック光を同時に得ることができる構成は、光３Ｒ中継器など、２波長の同期したクロック光が必要な光信号処理に使用されるクロック光源としては、最適な構成である。【００４５】
［実施例３：サイドバンドスペクトル抑制として、波長変換部を自己フィードバックループ内に入れた構成］
特定の波長の光パルスのみが強く共振しないように、ＭＬＬＤ１から出力される光パルスと光導波路６を周回する光パルスの波長とを異ならせる方法として、実施例２に示した方法のほかに、導波路６内に、波長変換部１６を挿入する方法も考えられる。図８に示した光クロック抽出装置は図３に示したものと同様のものであるが、ＭＬＬＤ１の出射端面に近接して光フィルタ１５が設けられるとともに、光導波路６内に波長変換部１６が挿入されている点で異なっている。【００４６】
図９Ａは、サイドモードスペクトルを抑制する波長変換部１６として、ＭＬＬＤ１の発振波長と異なる波長で動作するＣＷ（連続波）光源１７と、ＭＬＬＤ１からの再生クロック光とＣＷ光源１７からの連続光とが入力する波長変換器１８とを備えたものを示している。波長変換器１８は、高速で動作するＥＡ（電界吸収）変調器やＳＯＡを使った光ゲートスイッチなどによって構成されており、光導波路６内に挿入される。【００４７】
図９Ｂは、光ファイバを用いたスーパーコンティニュームによる波長変換を用いた波長変換部１６を示している。この構成では、光増幅器８と、光ファイバ、フォトニック結晶などのスーパーコンティニューム素子（ＳＣ）１９との非線形効果により、ＭＬＬＤ１からのクロック光のスペクトルを広げ、その一部を光フィルタ１５で切り抜くといった方法で波長変換を行っている。図においてＳＣスペクトルはスーパーコンティニューム素子１９からの出力スペクトルであり、シード(seed)は、拡大前のクロック光のスペクトル位置に対応する。このとき、光フィルタ１５の帯域を大きく取り、波長変換部１６から出力される光パルスのパルス幅を短くするように圧縮する構成にすれば、ＭＬＬＤの吸収飽和現象（ゲート動作）をより急峻なものとすることができるため、吸収飽和のランダム性によって生じる位相ノイズをさらに低減することができる。【００４８】
図９Ｃは、一番簡易な構成として、ＭＬＬＤ１からのクロック光から、狭帯域な光フィルタ１５で光スペクトルの一部を切り出すことにより、ＭＬＬＤ１の光パルスと、自己フィードバックループを周回する光パルスの中心波長や帯波長域を異なるようにした構成を召している、このような構成により、複合共振効果を抑制でき、波長を変化させた場合と同様の効果が得られる。【００４９】
［実施例４：光３Ｒ中継器の光ゲート部に位相比較機能を持たせた構成］
本発明においては、光ミキサには、ＳＯＡのほかに、たとえば偏光分離型対称マッハツエンダー干渉計（以下、ＰＤ−ＳＭＺと呼ぶ）、対称マッハツエンダー干渉計（以下、ＳＭＺと呼ぶ）、非線形光ループミラー（ＮＯＬＭ）、テラヘルツ光非対称デマルチプレクサ（ＴＯＡＤ）、透過型相互位相変調（Ｔ−ＸＰＭ）などの高速な光スイッチを使うことができる。これと同時に、ＰＤ−ＳＭＺ、ＳＭＺ、ＮＯＬＭ、ＴＯＡＤ、Ｔ−ＸＰＭといった光ゲートスイッチは、光３Ｒ再生や光ＤＥＭＵＸといった光信号処理を同時に行うことが可能である。【００５０】
図１０は、光３Ｒ中継器の光ゲート部に位相比較機能をもたせた場合の構成を示している。図１０を参照し、ＰＤ−ＳＭＺ１０１を用いた光３Ｒ中継器に対して本発明に基づく光クロック抽出を適用する例を説明する。【００５１】
光クロック抽出部は、上記の実施例２で説明したものと同様の構成のものであり、波長が異なり位相ノイズが小さなクロック光を２つ発生する。ＰＤ−ＳＭＺ１０１は、偏波コントローラ２０、カルサイト（偏光子）２１、ＳＯＡ（半導体光増幅器）２２、光位相コントローラ２３、光フィルタ１５とを有する。ＭＬＬＤ１から出力されたクロック光は、偏波コントローラ２０を通過し、第１のカルサイト２１で時間遅延を受けて２つの偏光状態に分離され、ＳＯＡ２２に入射する。このとき、遅延時間内に収まるように信号光の光パルスがＳＯＡ２２に入射するように調整すれば、ＳＯＡ２２に入射した２つに分離されたクロック光パルスのうち、時間遅延を受けたクロック光パルスのみが位相変調される。さらに、位相変調された光パルスと位相変調されない光パルスを第２のカルサイト２１に通過させて、第１のカルサイト２１による時間遅延をキャンセルさせる。このようにして２つのクロック光間で干渉を生じさせることで、論理光ゲート動作されたクロック光が得られる。第２のカルサイト２１の出力光は、光位相コントロータ２３、偏波コントローラ２０を経て光フィルタ１５に到達する。【００５２】
このときの正論理、負論理は、偏光コントローラ２０の偏光面で制御される。正論理で動作させるには、位相変調が生じた場合にのみ、光ゲート動作されたクロック光だけが偏光コントローラ２０を透過するように、ＰＤ−ＳＭＺ１０１の干渉条件を調整すればよい。【００５３】
この場合、信号光とクロック光の同期が揃っていない状態では、遅延時間内に信号光パルスが入らなくなるため、十分な位相変調がなされず、干渉条件からずれることとなり、光ゲートされたクロック光は強い強度変調を受けることとなる。この強度変調信号を誤差信号として光ＰＬＬを動作させ、クロック抽出動作させると、信号光とクロック光が同期状態になる条件は、光ゲート動作の最適条件と同じになる。これにより、光ＰＬＬによるクロック抽出と光信号処理の最適な動作とを同時に実行することが可能になる。２段目以降では、この光ゲートされた光信号と、実施例２で示した波長の異なるクロック光とを、もうひとつのＰＤ−ＳＭＺ１０２に入射させている。これによって、光３Ｒ中継器の信号処理を完成させることができる。【００５４】
図１０では、光ゲート動作された信号光を誤差信号として利用した例を記述しているが、誤差信号としては、ＳＯＡから直接出力される信号光や、あるいは２つに分離されたクロック光を用いてもよく、そのようにしても同様の処理を実行させることができる。【００５５】
［実施例５：ＥＡ変調器を位相比較として用いた光ＰＬＬ回路］
図１１は、位相比較部（光ミキサ部）に電界吸収型変調器（ＥＡ変調器）１０３を用いた構成を示している。ＥＡ変調器１０３の代わりに、可飽和吸収変調器を用いることもできる。【００５６】
ＥＡ変調器１０３には、バイアスＴ回路１４０を介して、逆バイアス電圧が印加されている。バイアスＴ回路１４０のもう一方の端子から高速な周波数信号を取り出すことができる状態にしておくと、ＭＬＬＤ１から出力されたクロック光をＥＡ変調器１０３に入射させた際に、クロック光の周波数成分である電気信号をバイアスＴ回路１４０のその端子から取り出すことができる。この状態で、ＥＡ変調器１０３に外部信号光を入射すると、バイアスＴ回路１４０が出力する電気信号に誤差信号が重畳される。この誤差信号の周波数を低速な演算増幅器などで構成した誤差増幅器１１３で増幅すると、高周波成分はＤＣ成分の信号として現れるので、誤差信号のみを分離して取り出すことができる。ＤＣ成分については、低速な受光器１１１などで信号光かクロック光を受光し、演算増幅器などからなる加算器１１２でバランスさせてやれば、キャンセルすることができる。このようにして抽出した誤差信号を、ループフィルタ１３を通過させて平滑化させ、バイアスＴ回路１４０を介してＭＬＬＤ１の可飽和吸収領域３にバイアス源として印加すれば、位相同期ループが構成されたことにより、信号光とクロック光との同期を取ることができる。【００５７】
［実施例６］
上述した実施例１〜５では、ＭＬＬＤ１へ誤差信号をフィードバックするために、位相変調効果をもつ可飽和吸収領域へ誤差信号をフィードバックする手法を中心に説明してきた。位相同期ループを構築する方法としては、可飽和吸収領域へ誤差信号をフィードバックする以外の方法もある。例えば、（１）自己フィードバックのループ長を誤差信号に応じて変化させる、（２）自己フィードバックにおけるＭＬＬＤへの注入光強度を誤差信号に応じて変調する、（３）ＭＬＬＤの利得領域２に印加する電流を誤差信号に応じて変調する、（４）ＭＬＬＤ内に新たに設けられた共振器長調整領域２７（図１２参照）に対する電圧印加によりＰＬＬ制御する、などの方法を用いることによって、多段構成のＰＬＬ制御によりＭＬＬＤ１の発振周波数を変化させることができる。【００５８】
ＭＬＬＤ１の自己フィードバックにおいては、ＭＬＬＤ１が光パルスを発振するタイミングと、光導波路を周回した光パルスを再びＭＬＬＤに注入するタイミングとが一致するように、時間遅延器７などでループ長を変化させると、周回ループ長で決まる周波数の整数倍のある周波数に、ＭＬＬＤ１の発振周波数は数１００ＭＨｚオーダの範囲で引きずられる。これは、ＭＬＬＤ１が自励光パルス発振する上で可飽和吸収領域３を吸収飽和する共振器内の光パルス強度が重要な役割を果たしているが、光パルスを注入したことにより、注入された光パルスもＭＬＬＤの自励光パルス発振に大きな役割を果たすようになるからである。このため、自己フィードバックのループ長を変化させることで、ＰＬＬ制御に必要な周波数変調を実現できる。【００５９】
ＭＬＬＤ１の発振周波数は、実効的な共振器長で制御することができる。実効的な共振器長は、ＭＬＬＤ１を構成する半導体中のキャリア密度によって光の屈折率を変化させることで可能である。つまり、ループ内の光増幅器８や光減衰器９で光注入される光パルス強度や、利得領域２の注入電流を変化させることで、半導体中のキャリア密度を制御し、周波数を変化させることが可能である。【００６０】
また、新たにＤＦＢ（分布フィードバック）構造やＤＢＲ（分布型ブラッグ反射器）のようなグレーティングを備える導波路や受動導波路による共振器長制御領域２７を付加したＭＬＬＤを構築した場合も、その共振器長制御領域２７での電圧制御によってＭＬＬＤ内部の屈折率を変化させ、ＭＬＬＤの発振周波数を制御することができる。【００６１】
本発明者の実験によれば、制御方法ごとの周波数可変帯域幅の比較をすると、
可飽和吸収領域電圧制御＜光強度制御＜ループ長制御≦利得領域電流制御＜共振器長調整領域電圧制御
であった。【００６２】
図１２に示すように、このような周波数可変範囲を有効に制御できるループフィルタ１３、２５、２６、２８、２９を設計し、ＭＬＬＤ１に対して多段でＰＬＬ制御を実行することで、広範囲な周波数同期範囲ときめ細かい同期確立とを実現することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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