(57)【要約】【課題】高速度で動作する特別な電子部品を開発する等の高度な技術を必要とせず、クロック信号を抽出することができる。【解決手段】光位相制御器12と、光電変換器14と、バンドパスフィルタ16とを具えたクロック信号抽出装置10である。光位相制御器は、光パルス信号11を入力して、この光パルス信号を、この光パルス信号のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号13に変換して出力する。光電変換器は、この2逓倍光パルス信号を入力して、電気パルス信号15に変換して出力する。バンドパスフィルタは、この電気パルス信号を入力して、光パルス信号のベースレートクロック信号成分を選択して電気クロック信号17として出力する。【選択図】図1
2005252942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パルス信号を、該光パルス信号のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号に変換して、出力する光位相制御ステップと、
該2逓倍光パルス信号を電気パルス信号に変換して出力する光電変換ステップと、
該電気パルス信号から前記光パルス信号のベースレートクロック信号成分を選択して、電気クロック信号として出力するクロック信号フィルタリングステップと
を含むことを特徴とするクロック信号抽出方法。
【請求項２】
光パルス信号を、該光パルス信号のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号に変換して、出力する光位相制御ステップと、
該2逓倍光パルス信号を電気パルス信号に変換して出力する光電変換ステップと、
該電気パルス信号から前記光パルス信号のベースレートクロック信号成分を選択して、電気クロック信号として出力するクロック信号フィルタリングステップと、
該電気クロック信号に含まれるタイミングジッタを除去して該タイミングジッタを含まない電気クロック信号として出力する位相同期ステップと
を含むことを特徴とするクロック信号抽出方法。
【請求項３】
光パルス信号を、該光パルス信号のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号に変換して、出力する光位相制御ステップと、
該2逓倍光パルス信号から監視用2逓倍光パルス信号として分波して入力した、該監視用2逓倍光パルス信号の光強度の時間平均値を最小にする光位相制御帰還ステップと、
前記2逓倍光パルス信号を電気パルス信号に変換して出力する光電変換ステップと、
該電気パルス信号から前記光パルス信号のベースレートクロック信号成分を選択して、電気クロック信号として出力するクロック信号フィルタリングステップと
を含むことを特徴とするクロック信号抽出方法。
【請求項４】
光パルス信号を、該光パルス信号のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号に変換して、出力する光位相制御ステップと、
該2逓倍光パルス信号から監視用2逓倍光パルス信号として分波して入力した、該監視用2逓倍光パルス信号の光強度の時間平均値を最小にする光位相制御帰還ステップと、
前記2逓倍光パルス信号を電気パルス信号に変換して出力する光電変換ステップと、
該電気パルス信号から前記光パルス信号のベースレートクロック信号成分を選択して、電気クロック信号として出力するクロック信号フィルタリングステップと、
該電気クロック信号に含まれるタイミングジッタを除去して該タイミングジッタを含まない電気クロック信号として出力する位相同期ステップと
を含むことを特徴とするクロック信号抽出方法。
【請求項５】
請求項3又は4に記載のクロック信号抽出方法において、
前記光位相制御帰還ステップは、
前記2逓倍光パルス信号から、監視用2逓倍光パルス信号を分波する分波ステップと、
該監視用2逓倍光パルス信号の光強度の時間平均値を光パワー出力信号として出力する光パワー検出ステップと、
該光パワー出力信号に応じた位相調整信号を出力する光位相制御器制御ステップと
を具えることを特徴とするクロック信号抽出方法。
【請求項６】
請求項5に記載のクロック信号抽出方法において、
前記光位相制御器制御ステップは、
光パワーメータから出力される出力信号である第1出力信号を、光位相制御器制御手段に取得させるステップS1と、
光位相調整器の位相調整量を、1ビットの時間遅延を生じさせる位相遅延量に相当する量の範囲内で減少させる信号を、光位相制御器制御手段から光位相制御器に送るステップS2と、
前記光パワーメータから出力される出力信号である第2出力信号を、該光位相制御器制御手段に取得させるステップS3と、
前記第1出力信号と前記第2出力信号とを比較するステップS4と、
前記第1出力信号の大きさが前記第2出力信号の大きさより大きいか等しければ、前記第1出力信号の値を前記第2出力信号の値と入れ替えて新第1出力信号として、前記ステップS2に戻り、
前記第1出力信号の大きさが前記第2出力信号の大きさより小さければ、前記第1出力信号の値を前記第2出力信号の値と入れ替えて新第1出力信号として、光位相調整器の位相調整量を、1ビットの時間遅延を生じさせる位相遅延量に相当する量の範囲内で増大させる信号を、光位相制御器制御手段から光位相制御器に送るステップS5と、
前記光パワーメータから出力される出力信号である第3出力信号を、光位相制御器制御手段に取得させるステップS6と、
前記新第1出力信号と該第3出力信号とを比較するステップS7と、
前記新第1出力信号の大きさが前記第3出力信号の大きさより大きいか等しければ、前記新第1出力信号を前記第3出力信号と入れ替えて、前記ステップS5に戻り、
前記新第1出力信号の大きさが前記第3出力信号の大きさより小さければ、前記新第1出力信号を前記第3出力信号と入れ替えて、前記ステップS2に戻るステップS8と
を含むことを特徴とするクロック信号抽出方法。
【請求項７】
光パルス信号が入力されて、該光パルス信号を、該光パルス信号のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号に変換して出力する光位相制御器と、
該2逓倍光パルス信号が入力されて、該2逓倍光パルス信号を電気パルス信号に変換して出力する光電変換器と、
該電気パルス信号が入力されて、該電気パルス信号から前記光パルス信号のベースレートクロック信号成分を選択して電気クロック信号として出力するバンドパスフィルタと
を具えることを特徴とするクロック信号抽出装置。
【請求項８】
光パルス信号が入力されて、該光パルス信号を、該光パルス信号のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号に変換して出力する光位相制御器と、
該2逓倍光パルス信号が入力されて、該2逓倍光パルス信号を電気パルス信号に変換して出力する光電変換器と、
該電気パルス信号が入力されて、該電気パルス信号から前記光パルス信号のベースレートクロック信号成分を選択して電気クロック信号として出力するバンドパスフィルタと、
該バンドパスフィルタから出力された該電気クロック信号が入力されて、該電気クロック信号に含まれるタイミングジッタを除去して該タイミングジッタを含まない電気クロック信号として出力する位相同期系と
を具えることを特徴とするクロック信号抽出装置。
【請求項９】
光パルス信号が入力されて、該光パルス信号を、該光パルス信号のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号に変換して出力する光位相制御器と、
該光位相制御器から出力される前記2逓倍光パルス信号から分波された監視用2逓倍光パルス信号が入力されて、該監視用2逓倍光パルス信号の光強度の時間平均値を最小にするように該光位相制御器に制御信号を送る光位相制御帰還部と、
前記2逓倍光パルス信号が入力されて、該2逓倍光パルス信号を電気パルス信号に変換して出力する光電変換器と、
該電気パルス信号が入力されて、該電気パルス信号から前記光パルス信号のベースレートクロック信号成分を選択して電気クロック信号として出力するバンドパスフィルタと
を具えることを特徴とするクロック信号抽出装置。
【請求項１０】
光パルス信号が入力されて、該光パルス信号を、該光パルス信号のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号に変換して出力する光位相制御器と、
該光位相制御器から出力される前記2逓倍光パルス信号から分波された監視用2逓倍光パルス信号が入力されて、該監視用2逓倍光パルス信号の光強度の時間平均値を最小にするように該光位相制御器に制御信号を送る光位相制御帰還部と、
前記2逓倍光パルス信号が入力されて、該2逓倍光パルス信号を電気パルス信号に変換して出力する光電変換器と、
該電気パルス信号が入力されて、該電気パルス信号から前記光パルス信号のベースレートクロック信号成分を選択して電気クロック信号として出力するバンドパスフィルタと、
該バンドパスフィルタから出力された該電気クロック信号が入力されて、該電気クロック信号に含まれるタイミングジッタを除去して該タイミングジッタを含まない電気クロック信号として出力する位相同期系と
を具えることを特徴とするクロック信号抽出装置。
【請求項１１】
請求項7乃至11のいずれか一項に記載のクロック信号抽出装置において、
前記光位相制御器は、
前記光パルス信号を、第1光パルス信号と第2光パルス信号とに分岐する光分岐器と、
該第1光パルス信号の位相を遅延させる光位相調整器と、
位相遅延された第1光パルス信号と前記第2光パルス信号とを合波する光合波器と
を具えることを特徴とするクロック信号抽出装置。
【請求項１２】
請求項9又は10に記載のクロック信号抽出装置において、
前記光位相制御帰還部は、
前記2逓倍光パルス信号から、前記監視用2逓倍光パルス信号を分波する光分波器と、
該監視用2逓倍光パルス信号が入力されて該監視用2逓倍光パルス信号の光強度の時間平均値を出力する光パワーメータと、
該光パワーメータから出力される出力信号に応じた位相調整信号を出力する光位相制御器制御手段と
を具えることを特徴とするクロック信号抽出装置。
【請求項１３】
請求項8又は10に記載のクロック信号抽出装置において、
前記位相同期系は、
前記バンドパスフィルタから出力される出力信号の位相と電圧制御型発振器から出力される出力信号の位相との位相差を検出する位相比較器と、
前記電圧制御型発振器から出力されるRF(Radio Frequency)信号を分岐して前記位相比較器に入力するためのパワー分岐器と、
前記位相比較器の出力信号を時間で積分して電圧制御型発振器制御信号として出力するループフィルタと、
該ループフィルタから出力される該電圧制御型発振器制御信号が入力されて、該電圧制御型発振器制御信号の強度に比例する周波数を有するRF信号を出力する電圧制御型発振器と
を具えることを特徴とするクロック信号抽出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、NRZ(Non Return to Zero)符号を用いて符号化された光パルス信号から、この光パルス信号の時間基準となる信号であるベースレートクロック信号を抽出する方法に関する。また、この発明は、この方法を用いたベースレートクロック信号抽出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
限られた通信線路資源を有効に利用して、送受信可能なチャンネル数を増やす手段として、時分割多重通信（TDM: Time Division Multiplexing）等の通信方法が検討されている。TDMは、並列に複数チャンネルを多重化して時分割多重信号として送信し、受信側でゲート信号によって時分割多重信号から個々のチャンネルに分離（以後「ゲーティング）ともいう。）することにより、個々のチャンネルの情報を個別に取り出して受信する方法を採用した通信である。
【０００３】
送受信される時分割多重信号の時間基準を与える信号を、ベースレートクロック信号（「クロック信号」あるいは「基準クロック信号」と呼称されることもある。）と呼称する。受信側でゲーティングする際は、受信した時分割多重信号から抽出されるクロック信号が用いられる。したがって、時分割多重された光パルス信号から、クロック信号を抽出する技術（以後単に「クロック信号抽出」ということもある。）が必要であり、そのためクロック信号を抽出するための方法が数々検討されている。
【０００４】
また、送信機から伝送線路を伝播して受信機に達するまでの間に、信号にはタイミングジッタが混入する。したがって、受信信号から単純にクロック信号を抽出すれば、このタイミングジッタ成分がクロック信号に含まれる。一方、インターネットの普及等で通信速度は高速化されており、そのため信号の1ビットに割り当てられる時間（以後この時間を「タイムスロット」ということもある。）は短くなっている。このことから、受信機においてクロック信号を用いて、正確に受信信号をゲーティングするためには、タイミングジッタが十分に除去された(少なくともタイムスロットより十分に小さくなるまで除去された)クロック信号を抽出することが重要となる。
【０００５】
通信速度が40 Gbit/sという高速度通信において、40 GHzのクロック信号を抽出したという報告がある。この報告で使われている通信装置は、電気的手段のみを用いてクロック信号を抽出した装置としては、現状では最高水準の高速度通信におけるクロック信号の抽出を可能とした通信装置である（例えば、非特許文献1、非特許文献2参照。）。
【０００６】
上述の文献に開示されている通信装置では、受信信号である光パルス信号をフォトダイオードで電気パルス信号に変換して、この電気パルス信号を全波整流IC (Integrated circuit)で整流して、40 GHz帯域のバンドパスフィルタでフィルタリングした後に、リミティングアンプ（Limiting amplifier）で波形整形することによって、40 GHzのクロック信号を抽出している。
【０００７】
光変調符号形式としてNRZ符号を用いて符号化された光パルス信号には、この光パルス信号の、単位時間当たりに送信されるビット数であるビットレートに相当する周波数のクロック信号は含有されていない。そのため、この光パルス信号を光電変換して電気パルス信号に変換した後に、特段の工夫を施すことなくクロック信号の抽出を行なっても、この光パルス信号のビットレートに相当する周波数の１/2の周波数を有する電気信号である正弦波信号が得られるに過ぎない。
【０００８】
したがって、NRZ符号の光パルス信号からこの光パルス信号のビットレートに相当する周波数に等しいクロック信号を抽出するためには、クロック信号抽出過程の中に光パルス信号のビットレートを実質的に2逓倍する過程を含ませることが必要である。
【０００９】
このために、上記非特許文献1及び非特許文献2に開示されている、クロック信号抽出方法では、NRZ符号の光パルス信号を光電変換した後、反転型・全波整流回路としての機能を果たす第１の演算増幅器（Operational Amplifier：オペレーショナルアンプリファイア、以後「オペアンプ」と略記する。）と、反転型・加算回路としての機能を果たす第2のオペアンプとを組み合わせることで構成される全波整流ICによって、上述の光パルス信号のビットレートを実質的に2逓倍する過程を設けた構成となっている。
【非特許文献１】"Fully monolithically integrated 40-Gbit/s transmitter and receiver", R. Takeyari et al., Technical Digest of OFC2001, WO1-1, March 2001.
【非特許文献２】"40-Gbit/s Optical Transmitter and Receiver using InP HBT and SiGe HBT ICs", K. Ishikawa et al., Proceedings of ECOC 2000,I-89, pp. 88-89, September 4, 2000.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、量産販売されているオペアンプは、数百MHz程度の信号処理が可能であるに過ぎない。そこで、上述のクロック信号抽出方法を実現するために、InP材料を用いて形成した高速度で動作するHBT（Heterojunction Bipolar Transistor）を新たに開発する必要があった。
【００１１】
このように、光パルス信号のビットレート周波数が40 Gbit/sの通信速度を有する光通信において、上述の従来方法でも40 GHzのクロック信号を抽出できるが、これを実現させるためには高速度で動作する特別な電子部品を開発する必要があり、非常に高度な技術を必要とし、しかも簡単に実現できるものではない。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、高速度で動作する特別な電子部品を開発する等の高度な技術を必要とせず、ビットレート周波数が40 Gbit/sを超える高速のNRZ符号の信号による通信においても、クロック信号を抽出することができるクロック信号抽出方法及びその方法を実現するためのクロック信号抽出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するため、この発明の第１のクロック信号抽出方法は、光位相制御ステップと、光電変換ステップと、クロック信号フィルタリングステップとを含んでいる。光位相制御ステップは、光パルス信号を、この光パルス信号のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号に変換して出力するステップである。光電変換ステップは、この2逓倍光パルス信号を電気パルス信号に変換して出力するステップである。クロック信号フィルタリングステップは、この電気パルス信号から光パルス信号のベースレートクロック信号成分を選択して電気クロック信号として出力するステップである。
【００１４】
上述の第1のクロック信号抽出方法は、以下に示すこの発明の第1のクロック信号抽出装置によって実現できる。すなわち、この発明の第１のクロック信号抽出装置は、光位相制御器と、光電変換器と、バンドパスフィルタとを具えている。光位相制御器は、光パルス信号が入力されて、この光パルス信号を、この光パルス信号のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号に変換して出力する。光電変換器は、この2逓倍光パルス信号が入力されて、この2逓倍光パルス信号を電気パルス信号に変換して出力する。バンドパスフィルタは、この電気パルス信号が入力されて、この電気パルス信号から光パルス信号のベースレートクロック信号成分を選択して電気クロック信号として出力する。
【００１５】
この発明の第2のクロック信号抽出方法は、上述の第１のクロック信号抽出方法が含むステップに、更に位相同期ステップを含んでいる。この位相同期ステップは、電気クロック信号に含まれるタイミングジッタを除去してタイミングジッタを含まない電気クロック信号として出力するステップである。
【００１６】
上述の第2のクロック信号抽出方法は、以下に示すこの発明の第2のクロック信号抽出装置によって実現できる。すなわち、この第2のクロック信号抽出装置は、上述の第１のクロック信号抽出装置に、更に位相同期系を具えている。位相同期系は、バンドパスフィルタから出力された電気クロック信号が入力されて、この電気クロック信号に含まれるタイミングジッタを除去してこのタイミングジッタを含まない電気クロック信号として出力する。
【００１７】
この発明の第3のクロック信号抽出方法は、上述の第1のクロック信号抽出方法が含むステップに、更に光位相制御帰還ステップを含んでいる。この光位相制御帰還ステップは、2逓倍光パルス信号から監視用2逓倍光パルス信号として分波して入力した、この監視用2逓倍光パルス信号の光強度の時間平均値を最小にするステップである。
【００１８】
上述の第3のクロック信号抽出方法は、以下に示すこの発明の第3のクロック信号抽出装置によって実現できる。すなわち、第3のクロック信号抽出装置は上述の第１のクロック信号抽出装置に、更に光位相制御帰還部を具えている。この光位相制御帰還部は、光位相制御器から出力される2逓倍光パルス信号から分波された監視用2逓倍光パルス信号が入力され、この監視用2逓倍光パルス信号の光強度の時間平均値を最小にするように光位相制御器に制御信号を送る。
【００１９】
上述の光位相制御帰還ステップを実現するには、この発明の光位相制御器を用いて実現できる。すなわち、光位相制御器は、光パルス信号を、第1光パルス信号と第2光パルス信号とに分岐する光分岐器と、この第1光パルス信号の位相を遅延させる光位相調整器と、位相遅延された第1光パルス信号と第2光パルス信号とを合波する光合波器とを具えて構成される。
【００２０】
上述の光位相制御帰還ステップは、分波ステップと、光パワー検出ステップと、光位相制御器制御ステップとを具えて構成することができる。分波ステップは、光分波器によって2逓倍光パルス信号から、監視用2逓倍光パルス信号を分波するステップである。光パワー検出ステップは、光パワーメータにこの監視用2逓倍光パルス信号が入力されて監視用2逓倍光パルス信号の光強度の時間平均値を光パワー出力信号として出力するステップである。光位相制御器制御ステップは、光パワーメータから出力される信号が、光位相制御器制御手段に入力されて、光パワー出力信号に応じた位相調整信号を出力するステップである。
【００２１】
また、光位相制御帰還ステップは、以下に掲げるステップS1からS8を含んで構成するのが好適である。
【００２２】
ステップS1は、上述の光パワーメータから出力される出力信号である第1出力信号を光位相制御器制御手段に取得させるステップである。
【００２３】
ステップS2は、光位相調整器の位相調整量を、1ビットの時間遅延を生じさせる位相遅延量に相当する量の範囲内、すなわち、1ビットの時間遅延を生じさせる位相遅延量に相当する量を超えない範囲で、減少させる信号を光位相制御器制御手段から光位相制御器に送るステップである。
【００２４】
ステップS3は、光パワーメータから出力される出力信号である第2出力信号を光位相制御器制御手段に取得させるステップである。
【００２５】
ステップS4は、第1出力信号と第2出力信号とを比較するステップである。
【００２６】
第1出力信号の大きさが第2出力信号の大きさより大きいか等しければ、第1出力信号の値を第2出力信号の値と入れ替えて新第1出力信号として、ステップS2に戻る。あるいは、第1出力信号の大きさが第2出力信号の大きさより小さければ、第1出力信号の値を第2出力信号の値と入れ替えて新第1出力信号として、ステップS5に進む。
【００２７】
ステップS5は、光位相調整器の位相調整量を、1ビットの時間遅延を生じさせる位相遅延量に相当する量の範囲内、すなわち、1ビットの時間遅延を生じさせる位相遅延量に相当する量を超えない範囲で、増大させる信号を光位相制御器制御手段から光位相制御器に送るステップである。
【００２８】
ステップS6は、光パワーメータから出力される出力信号である第3出力信号を光位相制御器制御手段に取得させるステップである。
【００２９】
ステップS7は、新第1出力信号と第3出力信号とを比較するステップである。
【００３０】
新第1出力信号の大きさが第3出力信号の大きさより大きいか等しければ、新第1出力信号を第3出力信号と入れ替えて、ステップS5に戻る。あるいは、新第1出力信号の大きさが第3出力信号の大きさより小さければ、新第1出力信号を第3出力信号と入れ替えるステップS8に進み、ステップS8が終了したら、ステップS2に戻る。
【００３１】
また、光位相制御帰還部は、光分波器と、光パワーメータと、光位相制御器制御手段とを具えて構成される。光分波器は、2逓倍光パルス信号から、監視用2逓倍光パルス信号を分波する。光パワーメータは、この監視用2逓倍光パルス信号が入力されてこの監視用2逓倍光パルス信号の光強度の時間平均値を出力する。光位相制御器制御手段は、光パワーメータから出力される出力信号に応じた位相調整信号を出力する。
【００３２】
この発明の第4のクロック信号抽出方法は、上述の第１のクロック信号抽出方法が含むステップに、更に光位相制御帰還ステップと位相同期ステップとを含んでいる。第4のクロック信号抽出方法は、この発明の第4のクロック信号抽出装置によって実現できる。すなわち、第4のクロック信号抽出装置は上述の第１のクロック信号抽出装置に、更に光位相制御帰還部と位相同期系を具えている。
【００３３】
位相同期系は、位相比較器と、パワー分岐器と、ループフィルタと、電圧制御型発振器とを具えて構成される。位相比較器は、バンドパスフィルタから出力される出力信号の位相と電圧制御型発振器から出力される出力信号の位相との位相差を検出する。バンドパスフィルタから出力される出力信号は正弦波形状の電気信号であって、Radio Frequency信号であるので、以後RF信号と略記することもある。パワー分岐器は、電圧制御型発振器から出力されるRF信号を分岐して位相比較器に入力する。ループフィルタは、位相比較器の出力信号を時間で積分して電圧制御型発振器制御信号として出力する。電圧制御型発振器は、ループフィルタから出力される電圧制御型発振器制御信号を入力して、電圧制御型発振器制御信号の強度に比例する周波数を有するRF信号を出力する。
【発明の効果】
【００３４】
この発明の第1のクロック信号抽出方法及びこの方法を実現する第1のクロック信号抽出装置によれば、NRZ符号を用いて符号化された光パルス信号を、光位相制御器によって、この光パルス信号のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号に変換して出力するステップが実現できる。すなわち、光パルス信号を電気パルス信号に変換する前に、この光パルス信号のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号に変換されるので、この2逓倍光パルス信号を光電変換すれば、光パルス信号のビットレート周波数に等しいクロック信号を抽出することができる。
【００３５】
したがって、特別に高速度動作を保証された電子部品を利用することなく、NRZ符号の光パルス信号から、この光パルス信号のビットレート周波数に等しいクロック信号を抽出することができる。
【００３６】
すなわち、NRZ符号の光パルス信号からクロック信号を抽出するステップにおいて、光パルス信号のビットレートを実質的に2逓倍するステップは、電気的手段を利用することなく光学的手段を利用する光位相制御器によって実現される光位相制御ステップである。このため、上述の非特許文献1及び2に開示された発明のように、光パルス信号を電気パルス信号に変換したあと、この電気信号を全波整流するため及びバンドパスフィルタリングするため等に必要となる、特別に高速動作が保証された電子部品を必要としない。
【００３７】
この発明の第2のクロック信号抽出方法及びこの方法を実現する第2のクロック信号抽出装置によれば、電気クロック信号に含まれるタイミングジッタを除去して、タイミングジッタを含まない電気クロック信号として出力する位相同期ステップが実行される。これによって、タイミングジッタを含む光パルス信号を受信しても、そのタイミングジッタが除去されたクロック信号を得ることができる。
【００３８】
この発明の第3のクロック信号抽出方法及びこの方法を実現する第3のクロック信号抽出装置によれば、監視用2逓倍光パルス信号の光強度の時間平均値を最小にするように光位相制御器に制御信号を送る光位相帰還ステップが実現できる。これによって、詳細は後述するが、タイミングジッタを含む光パルス信号を受信しても、常に正確に2逓倍化された2逓倍光パルス信号を得ることができる。
【００３９】
この発明の第4のクロック信号抽出方法及びこの方法を実現する第4のクロック信号抽出装置によれば、光位相制御帰還部と位相同期系とによって、光位相制御帰還ステップと位相同期ステップとを実現できるので、上述の第2及び第3のクロック信号抽出方法及びこの方法を実現する第2及び第3のクロック信号抽出装置によって得られる、タイミングジッタを含む光パルス信号を受信しても、常に正確に2逓倍化された2逓倍光パルス信号を得ることができ、タイミングジッタが除去されたクロック信号を得ることができるという効果が得られる。
【００４０】
上述の光位相制御器は、光パルス信号を、第1光パルス信号と第2光パルス信号とに分岐する光分岐器と、この第1光パルス信号の位相を遅延させる光位相調整器と、位相遅延された第1光パルス信号と第2光パルス信号とを合波する光合波器とを具えて構成される。
【００４１】
したがって、NRZ符号を用いて符号化された光パルス信号を、上述の光位相制御器に入力させ、上述の第1光パルス信号の位相の遅延量を、タイムスロットの1/2に相当する遅延量に設定でき、かつ第1光パルス信号が第2光パルス信号に対して搬送波として位相が丁度半波長（搬送波の波長がλであればλ/2、位相角にしてπラジアン）ずらせて調整できれば、光パルス信号のベースレートクロック信号を正確に抽出できる2逓倍光パルス信号に変換できる。
【００４２】
分波ステップと、光パワー検出ステップと、光位相制御器制御ステップとを具えて構成される上述の光位相制御帰還ステップによれば、上述の第1光パルス信号の位相の遅延量を、タイムスロットの1/2に相当する時間遅延を生じさせる位相遅延量に等しい値に設定し、かつ第1光パルス信号が第2光パルス信号に対して搬送波として位相が丁度半波長ずらせて調整することができる。すなわち、詳細は後述するが、光パルス信号としての位相遅延及び搬送波としての位相を上記の条件に設定されれば、光パワーメータから出力される出力信号が最小値となるので、この出力信号が最小になるように、常に上述の第1光パルス信号の位相の遅延量を調整すればよい。
【００４３】
上述のステップS1からステップステップS8を含む光位相制御帰還ステップによれば、常に光パワーメータからの出力を監視しつつ、監視用2逓倍光パルス信号の時間平均値を最小にするように光位相制御器に制御信号を送る構成となっている。このため、光位相制御器において第1光パルス信号に付加される位相の遅延量を、常にタイムスロットの1/2に相当する時間遅延を生じさせる位相遅延量に等しい値に近づくように、光位相制御器を制御することができる。上述の光位相制御帰還ステップは、この発明の光位相制御帰還部によって実現できる。
【００４４】
また、この発明の位相同期系によれば、位相比較器と、電圧制御型発振器と、パワー分岐器と、ループフィルタとを具えて構成されており、上述のバンドパスフィルタから出力される出力信号の位相と電圧制御型発振器から出力される出力信号の位相との位相差が常に小さくなる方向に、位相比較器と、電圧制御型発振器と、ループフィルタとが連携して動作する。これによって、位相比較器から出力される電気クロック信号に含まれるタイミングジッタが除去されて、タイミングジッタを含まない電気クロック信号として、電圧制御型発振器からRF信号の形で出力させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の機器及び条件等を用いることがあるが、これら材料及び条件は好適例の一つに過ぎず、したがって、何らこれらに限定されない。また、各図において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。
【００４６】
以下に示す図において、光ファイバ等の光信号の経路を太線で示し、電気信号の経路を細線で示してある。またこれら太線及び細線に付された番号及び記号は、それぞれ光信号あるいは電気信号を意味する。
【００４７】
＜第1の実施の形態＞
図1を参照して、この発明の第1の実施の形態である、第1のクロック信号抽出装置の構成及び第1のクロック信号抽出方法を説明する。この発明の第１のクロック信号抽出装置10は、光位相制御器12と、光電変換器14と、バンドパスフィルタ16とを具えている。光位相制御器12は、光パルス信号11が入力されて、この光パルス信号11を、この光パルス信号11のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号13に変換して出力する。光パルス信号11のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号13に変換されるステップについては、その詳細を後述する。
【００４８】
光電変換器14は、この2逓倍光パルス信号13が入力されて、電気パルス信号15に変換して出力する。バンドパスフィルタ16は、この電気パルス信号15が入力されて、光パルス信号11のベースレートクロック信号成分を選択して電気クロック信号17として出力する。
【００４９】
すなわち、この発明の第１のクロック信号抽出方法は、上述の第1のクロック信号抽出装置を用いて実現できる。第１のクロック信号抽出方法は、光位相制御ステップと、光電変換ステップと、クロック信号フィルタリングステップとを含んで構成される。
【００５０】
光位相制御ステップは、光パルス信号11が入力されて、この光パルス信号11のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号13に変換して出力するステップであり、このステップは、光位相制御器12によって実現できる。
【００５１】
光電変換ステップは、2逓倍光パルス信号13が入力されて、電気パルス信号15に変換して出力するステップであり、このステップは、光電変換器14によって実現できる。クロック信号フィルタリングステップは、電気パルス信号15が入力されて、光パルス信号11のベースレートクロック信号成分を選択して電気クロック信号17として出力するステップであり、このステップは、バンドパスフィルタ16によって実現できる。
【００５２】
バンドパスフィルタ16から出力される電気クロック信号17は、その強度がゲーティングするためのクロック信号として利用できる程度に十分でない場合には、その強度が必要な強度に達するまで増幅器18によって増幅するのが望ましい。
【００５３】
図2を参照して、光位相制御器12の構造及びその機能について説明する。光位相制御器12は、光パルス信号11を、第1光パルス信号24と第2光パルス信号25とに分岐する光分岐器22と、この第1光パルス信号24の位相を遅延させる光位相調整器20と、位相遅延された第1光パルス信号26と第2光パルス信号25とを合波する光合波器28とを具えている。
【００５４】
上述のような光位相制御器12によれば、光パルス信号11を、この光パルス信号11のベースレートクロック信号を抽出できる2逓倍光パルス信号13に変換することができる理由を、図3(A)乃至(D)を参照して説明する。
【００５５】
図3(A)乃至(D)の横軸は時間、縦軸は光強度を、それぞれ任意スケールで目盛って示している。光パルス信号11が、NRZ符号を用いて符号化された電気パルス信号を光電変換して得られたNRZ符号化された光パルス信号であって、［101011］なるデジタル信号を表現する光パルス列からなるものと仮定して説明する。また、実際の光通信に使われる光パルス信号の波形は厳密な矩形波ではないが、以後の説明に本質的な影響がないので、簡単のために、光パルス信号の波形は矩形波であると仮定して説明する。また、光パルス信号11が担っているデジタル信号を［101011］であると仮定したが、「0」、「1」の配列順あるいは、その信号列の長さ（「0」と「1」とからなる数列の項数）が如何様であっても、以下に記述する説明が成立することは言うまでもない。
【００５６】
図3(A)または図3(B)に示す矩形信号は、1ビットの信号が割り当てられた時間領域に矩形信号が存在すれば、「1」を意味し、矩形信号が存在しなければ「0」を意味する光パルス信号を意味するものとして説明する。したがって、図3(A)または図3(B)に示す矩形信号は、いずれも［101011］なるデジタル信号を意味している。また、以後の図3(A)または図3(B)を参照しての説明において、1ビットの信号が割り当てられた時間（タイムスロット）をTで示すものとする。
【００５７】
本発明の対象として扱う光パルス信号は、NRZ符号化された光パルス信号であるので、「1」なる信号が連続して発現する場合には、連続する矩形信号の間においても、光パルス信号の光強度が0とはならない。すなわち、図3(A)乃至(D)に示した［101011］なるデジタル信号の最後の2ビットが「11」と連続しているので、その間の光強度は0になっていない。
【００５８】
図3(B)は、光パルス信号11の波形を示す図である。すなわち、図2に示した光位相制御器12のブロック構成図に対応させれば、仮に光合波器28において波形を観測したとすれば、図3(B)に示された波形は、第2光パルス信号25の波形に対応する。以後、図3(A)乃至(D)に示す波形は、光合波器28において観測されたものとして説明する。
【００５９】
光位相制御器12は光位相調整器20を具えている。この光位相調整器20は、第1光パルス信号24に対して、タイムスロットの半分の時間（T/2）に相当する時間遅延を与えるために挿入される。このことによって、光合波器28において波形を観測したとすれば、第1光パルス信号24は（T/2）に相当する時間遅延を与えられて第1パルス信号26となって図3(B)に示された波形として観測されるのに対して、第2光パルス信号25は図3(A)に示された波形として観測されることとなる。
【００６０】
ここで、第1光パルス信号26及び第2光パルス信号25の搬送波として位相が、光合波器28において同位相であれば、第1光パルス信号26及び第2光パルス信号25の光強度は単純に加算され、光位相制御器12から出力される光パルス信号13は、図3(C)に示す形状の光パルス信号となる。しかし、光合波器28において、第1光パルス信号26が第2光パルス信号25に対して搬送波として位相が丁度半波長（搬送波の波長がλであればλ/2、位相角にしてπラジアン）ずれていれば、光位相制御器12から出力される光パルス信号13は、図3(D)に示す形状の光パルス信号となる。
【００６１】
上述した第1光パルス信号24及び第2光パルス信号25の搬送波として位相の関係によって、光位相制御器12から出力される光パルス信号13の形状が、図3(C)に示す形状となったり図3(D)に示す形状となったりするのは、第1光パルス信号24及び第2光パルス信号25は、光パルス信号11から光分岐器22によって分岐された信号であり、光合波器28においても両者は可干渉性を有しているからである。
【００６２】
図3(A)又は図3(B)に示す形状の光パルス信号を、光電変換器に入力して電気パルス信号に変換し、バンドパスフィルタでフィルタリングしても、周波数が1/TのRF信号を抽出することはできない。なぜならば、図3(A)で示す光パルス信号を光電変換して得られる電気信号には、周波数1/2Tの破線で示した正弦波形状のRF信号成分を含んでいるが、周波数が1/TのRF信号成分を含んでいないためである。これは、クロック信号を抽出する対象である光パルス信号がNRZ符号化された光パルス信号であることからくる必然である。
【００６３】
一方、図3(D)に示す形状の光パルス信号を、光電変換器に入力して電気パルス信号に変換し、バンドパスフィルタでフィルタリングすれば、周波数が1/TのRF信号を抽出することができる。これは、図3(D)で示す光パルス信号を光電変換して得られる電気信号には、周波数1/Tの破線で示した正弦波形状のRF信号成分を含んでいるからである。すなわち、図3(D)に示す形状の光パルス信号が得られれば、この光パルス信号が光パルス信号11の2逓倍光パルス信号であることになる。
【００６４】
図3(D)に示す形状の光パルス信号を得るための条件は、光位相調整器20によって、第1光パルス信号24に、第2光パルス信号25に対してタイムスロットの半分の時間に相当する時間遅延を与え、かつ搬送波として位相が丁度半波長ずれるように調整することが必要である。タイムスロットの半分の時間に相当する時間遅延量と、搬送波として位相の半分に当る遅延量とは独立の物理量であるので、常に上記の条件を満たす共通の遅延量が存在するわけではない。
【００６５】
しかし、上述の第1光パルス信号24及び第2光パルス信号25が、仮にビットレート周波数が40 Gbit/sの光パルス信号であって、その光搬送波としての波長λが1.5μmである場合を例にとって説明すると、タイムスロットの半分の時間T/2に相当する時間遅延量を生じさせる光路長Lは、L＝T/2・cであたえられるので、T＝1/(40×109)=0.25×10-10sであるから、光速度cを3.0×108m/sとすれば、L＝T/2・c＝(0.25×10-10s)/2×(3.0×108m/s)＝0.375×10-2m＝3.75 mmとなる。一方、搬送波として位相の半分に当る遅延量を生じさせる光路長ｌは、λ/2であるから、λ/2＝1.5μｍ÷2＝0.75μｍとなる。
【００６６】
すなわち、第1光パルス信号24に、タイムスロットの半分の時間に相当する時間遅延を与えるためには、光位相調整器20によって3.75 mmの光路長を第1光パルス信号24に付加すればよい。これによって、図3(B)に示される第1光パルス信号24が、図3(A)に示される第1光パルス信号26となる。また、第1光パルス信号26を、第2光パルス信号25に対して搬送波として位相が丁度半波長ずれるように調整するためには、同じく光位相調整器20によって、更に0.75μｍの光路長の調整を行なうことになる。この再度の調整によって、光位相制御器12から出力される光パルス信号13が、図3(C)に示される形状の光パルス信号から、図3(D)に示される形状の光パルス信号に変化する。
【００６７】
第1光パルス信号24に光位相調整器20によって3.75 mmの光路長を付加した上で更に±0.75μｍの範囲内で、光路長の調整を行なっても、近似的には、十分な精度で、第1光パルス信号24に対してタイムスロットの半分の時間に相当する時間遅延を与える機能には影響しない。すなわち、3.75 mmの光路長に対して0.75μｍの光路長は、実用上十分に短いとして無視できる量である。したがって、第1光パルス信号24に対してタイムスロットの半分の時間に相当する時間遅延を与えた上で、第1光パルス信号24に搬送波としての半波長ずれるだけの光路長を付加することは、実用上は可能である。
【００６８】
上述したように、光位相調整器20によって、第1光パルス信号24に、第2光パルス信号25に対してタイムスロットの半分の時間に相当する時間遅延を与え、かつ搬送波として位相が丁度半波長ずれるように調整されたならば、光位相制御器12に入射した光パルス信号11は、図3(D)に示す形状の光パルス信号13として出力される。そして、光パルス信号13は、光パルス信号11の2逓倍光パルス信号であり、光電変換器で電気パルス信号に変換され、バンドパスフィルタでフィルタリングすれば、周波数が1/TのRF信号が抽出される。
【００６９】
光位相制御器12を、光パルス信号11、第1光パルス信号24及び第2光パルス信号25、光パルス信号13を導波する導波路を光ファイバで形成するとすれば、光分岐器22は、市販の3dB光カプラや光サーキュレータ等を利用して形成できる。また、光位相制御器12は、光分岐器22及び光合波器28として半透鏡を利用して形成することも可能である。
【００７０】
図4(A)及び(B)を参照して、光位相調整器20の構成例を説明する。図4(A)は、2枚の同一素材を用い同一形状に形成されたガラス平行平板60及び62を1組として利用して、光位相調整器20を構成する例を示す。ガラス平行平板60及び62としては、ガラス平行平板を利用できる。ガラス平行平板60の第1光パルス信号24の光線束の伝播方向に対する傾き角θを変化させることによって、第1光パルス信号24の第2光パルス信号25に対する時間遅延量及び、搬送波として位相差を調整できる。
【００７１】
以下の記述において、混乱の生じない範囲で、符号24を第1光パルス信号として使う他、第1光パルス信号の光線束24と表記して、第1光パルス信号24の光線束としても使う。また、符号26を光位相調整器20から出力される第1光パルス信号26として使う他、第1光パルス信号の光線束26と表記して、第1光パルス信号26の光線束としても使う。
【００７２】
ガラス平行平板60一枚だけでも、第1光パルス信号24の第2光パルス信号25に対する時間遅延量及び、搬送波として位相差を調整できるが、この場合第1光パルス信号の光線束24の伝播方向が、ガラス平行平板60に入射する前（第1光パルス信号24）と後（第1光パルス信号26）とで異なってしまう。
【００７３】
ガラス平行平板60一枚だけを用いた場合、第1光パルス信号24は、ガラス平行平板60の入射面60aで屈折し、伝播方向24aで示す方向に伝播した後ガラス平行平板60の出射面60bで再び屈折して伝播方向24bの方向に進む。この伝播方向24bと示した伝播軸と、光線束24の伝播軸とは平行にずれていることが分かる。すなわち、光位相調整器20から出力される第1光パルス信号26と第2光パルス信号25とを光合波器28で合波する際に、第1光パルス信号の光線束26の伝播軸の位置を、その都度、光合波器28の入力位置と合うように調整する必要が生じる等の不都合がある。
【００７４】
そこで、2枚の同一素材を用い同一形状に形成されたガラス平行平板60及び62を組み合わせて利用すれば、上述の問題点を解消することができる。すなわち、図4(A)に示すように、ガラス平行平板60及び62を互いに面対称の位置に配置することにより、両者を第1光パルス信号の光線束24及び26の伝播方向に対する傾き角θを常に等しく対称になるように回転させれば、上述の問題点を解消することができる。
【００７５】
図4(A)において、ガラス平行平板60の入射面60aに対する入射角θが、第1光パルス信号の光線束24の伝播方向に対する傾き角θに等しい。これが屈折角θ'でガラス平行平板60中を伝播して、ガラス平行平板62の入射面62aにこの屈折角θ'に等しい角度で入射するように、ガラス平行平板60及び62の両者の位置関係を調整すれば、ガラス平行平板62からの出射角を角θに等しくなるように設定できる。
【００７６】
すなわち、ガラス平行平板60及び62を互いに面対称の位置に配置し、両者を第1光パルス信号の光線束24及び26の伝播方向に対する傾き角θを常に等しく対称になるように回転させれば、第1光パルス信号の光線束24の伝播方向を、ガラス平行平板60に入射する前（第1光パルス信号24）と後（第1光パルス信号26）とで一致させることができ、第1光パルス信号の光線束24と第1光パルス信号の光線束26とが同一直線上に位置させることができる。
【００７７】
つまり、2枚の同一素材を用い同一形状に形成されたガラス平行平板60及び62を組み合わせて利用すれば、第1光パルス信号24は、ガラス平行平板60の入射面60aで屈折し、伝播方向24aで示す方向に伝播した後ガラス平行平板60の出射面60bで再び屈折して伝播方向24bの方法に進む。そして、再びガラス平行平板62の入射面62aで屈折し、伝播方向24cで示す方向に伝播した後ガラス平行平板62の出射面62bで再び屈折して伝播方向26の方向に進む。ガラス平行平板60及び62は互いに面対称の位置に配置されているから、伝播方向24と示した伝播軸と伝播方向26と示した伝播軸とは、同一直線状にあり、ずれていないことが分かる。
【００７８】
また、図4(B)は、温度によってその屈折率が変換する透明素材64を利用して光位相調整器20を構成する例を示す。温度によってその屈折率が変化する透明素材64としては、エポキシ樹脂等が利用できる。透明素材64に第1光パルス信号の光線束24を入射させて、透明素材64を伝播させることによって、第1光パルス信号24の第2光パルス信号25に対する時間遅延量を調整し、及び、搬送波として位相差を調整する。時間遅延量及び位相差の調整は、透明素材64の屈折率が温度に依存することを利用して行なう。
【００７９】
すなわち、透明素材64を温度コントローラ66に密着させて設置して、この温度コントローラ66の温度を電源68からの電流をコントロールすることで調整し、透明素材64の温度を調整する。温度コントローラ66としては、ペルチエ素子等が利用できる。電源68には、電流を連続的に可変制御できる電源であれば、利用できる。温度コントローラ66及び電源68によって、透明素材64の屈折率を変化させることで、第1光パルス信号24に、第2光パルス信号25に対してタイムスロットの半分の時間に相当する時間遅延を与え、かつ搬送波として位相が丁度半波長ずれるように、透明素材64の光路長に変化を生じさせることができる。
【００８０】
以上説明した光位相調整器20を、光位相制御器12を構成するための構成要素として利用して、光位相制御器12を構成することは、当業者にとっては容易である。すなわち、光分岐器22及び光合波器28は半透鏡を利用すれば実現でき、また第1及び第2光パルス信号を担った光線束24、25及び26を導波する経路は全反射鏡等を組み合わせれば実現できることは明らかである。
【００８１】
次に、図5を参照して、光位相調整器20の上述とは異なる構成によって光位相制御器12を構成する例を説明する。この光位相制御器12は、光サーキュレータ30、光分波器32、第1反射器34及び第2反射器36を具えて構成される。第1反射器34の設置位置あるいは第2反射器36の設置位置のいずれか一方は、光分波器32の光分波面32Hからの距離を変えることが可能である構造とする。
【００８２】
図5に示す光位相制御器12は、第1反射器34の設置位置をマイクロメータヘッド38によって変えることができるように構成してある。ここで、光分波器32の光分波面32Hから第1あるいは第2反射器までの距離とは、光パルス信号の光線束の中心軸と光分波面32Hとの交点から第1あるいは第2反射器の反射面までの距離をいうものとする。
【００８３】
光パルス信号11は、光サーキュレータ30を介し、伝播経路40を伝播して光分波器32に入射されて、伝播経路42を伝播する第1光パルス信号と伝播経路44を伝播する第2光パルス信号とに分波される。第1光パルス信号は、第1光反射器34で反射されて伝播経路50を伝播して再び光分波器32を通過して伝播経路48を伝播して光サーキュレータ30に入射される。
【００８４】
一方、第2光パルス信号は、伝播経路40を伝播して光分波器32の光分波面（半透過面）32Hで反射されて、伝播経路44を伝播して第2光反射器36で反射されて、伝播経路46を伝播して再び光分波器32の光分波面（半透過面）32Hで反射されて、伝播経路48を伝播して光サーキュレータ30に入射される。
【００８５】
伝播経路48を伝播して光サーキュレータ30に入射される第1および第2光パルス信号は、光サーキュレータ30において合波されて光位相制御器12からの出力としての光パルス信号（2逓倍光パルス信号）13として出力される。
【００８６】
図2と図5とを参照して説明した光位相制御器12の構造の対応関係は、次の通りである。図2において第1光パルス信号24が伝播する経路は、図5においては、経路40及び42からなる経路に対応する。また、図2において第1光パルス信号が伝播する経路26は、図5においては、経路50及び48からなる経路に対応する。一方、図2において第2光パルス信号25が伝播する経路は、図5においては、経路40、44、46、及び48からなる経路に対応する。
【００８７】
＜第2の実施の形態＞
図6を参照して、この発明の第2の実施の形態である、第2のクロック信号抽出装置の構成及び第2のクロック信号抽出方法を説明する。この発明の第2のクロック信号抽出装置は、上述の第1のクロック信号抽出装置に、更に位相同期系70を具えている。この位相同期系70は、バンドパスフィルタ16から出力された電気クロック信号17が入力されて、電気クロック信号17に含まれるタイミングジッタを除去してこのタイミングジッタを含まない電気クロック信号79として出力する。電気クロック信号17を増幅器18によって増幅する構成とした場合には、電気クロック信号17の替わりに電気クロック信号19が位相同期系70に入力される。以後の説明においては、電気クロック信号17を増幅器18によって増幅する構成とした場合を想定する。
【００８８】
第2のクロック信号抽出方法は、上述の第１のクロック信号抽出方法が含むステップに、更に位相同期ステップを含んでいる。この位相同期ステップは、位相同期系70に上述の電気クロック信号19が入力されて、電気クロック信号19に含まれるタイミングジッタを除去してタイミングジッタを含まない電気クロック信号79として出力するステップである。
【００８９】
この第2のクロック信号抽出方法は、上述した第2のクロック信号抽出装置によって実現できる。すなわち、位相同期系70は、バンドパスフィルタ16から出力された電気クロック信号19が入力されて、この電気クロック信号19に含まれるタイミングジッタを除去してこのタイミングジッタを含まない電気クロック信号79として出力する。
【００９０】
位相同期系70は、位相比較器72と、パワー分岐器78と、ループフィルタ74と、電圧制御型発振器76とを具えて構成される。位相比較器72は、増幅器18から出力される出力信号19の位相と電圧制御型発振器76から出力される出力信号77の位相との位相差を検出する。増幅器18から出力される出力信号19は正弦波形状のRF信号である。パワー分岐器78は、電圧制御型発振器76から出力されるRF信号77を分岐して位相比較器72に入力する。ループフィルタ74は、位相比較器72の出力信号73を時間で積分して電圧制御型発振器制御信号75として出力する。電圧制御型発振器76は、ループフィルタ74から出力される電圧制御型発振器制御信号75を入力して、電圧制御型発振器制御信号75の強度に比例する周波数を有するRF信号77を出力する。
【００９１】
上述の位相比較器72、ループフィルタ74、電圧制御型発振器76及びパワー分岐器78を具えて構成される位相同期系は、当業者にはPhase lock Loop (PLL)として周知の、RF信号19中に含まれるタイミングジッタを除去するための回路である。
【００９２】
したがって、この発明の第2のクロック信号抽出方法及びこの方法を実現する第2のクロック信号抽出装置によれば、この位相同期系70によって、上述の2逓倍光パルス信号13が光電変換器14で光電変換され、バンドパスフィルタ16でフィルタリングされて出力される電気クロック信号17に含まれるタイミングジッタを除去してタイミングジッタを含まない電気クロック信号79として出力する位相同期ステップが実行される。これによって、タイミングジッタを含む光パルス信号11を受信しても、そのタイミングジッタは除去されて、ゲーティングを可能とする電気クロック信号79を得ることができる。
【００９３】
＜第3の実施の形態＞
図7を参照して、この発明の第3の実施の形態である、第3のクロック信号抽出装置の構成及び第3のクロック信号抽出方法を説明する。この発明の第3のクロック信号抽出装置は、上述の第１のクロック信号抽出装置10に、更に光位相制御帰還部80を具えている。この光位相制御帰還部80は、光位相制御器12から出力される2逓倍光パルス信号13から分波された監視用2逓倍光パルス信号13bが入力されて、この監視用2逓倍光パルス信号13bの光強度の時間平均値を最小にするように光位相制御器12に制御信号85を送る。
【００９４】
第3のクロック信号抽出方法は、上述の第１のクロック信号抽出方法が含むステップに、更に光位相制御帰還ステップを含んでいる。この光位相制御帰還ステップは、上述の第3のクロック信号抽出装置によって実行できる。すなわち、光位相制御器12から出力される2逓倍光パルス信号13から光分波器86によって分波されて光位相制御帰還部80に入力される、監視用2逓倍光パルス信号13bの光強度の時間平均値を最小にするように光位相制御器12に制御信号85を送ることで、上述の光位相制御帰還ステップが実現できる。
【００９５】
上述の光位相制御帰還ステップによれば、タイミングジッタが含まれている光パルス信号11を受信しても、常に正確に2逓倍化された2逓倍光パルス信号を得ることができる理由を、光位相制御帰還部80の構造を基にして説明する。
【００９６】
光位相制御帰還ステップは、光分波器86によって2逓倍光パルス信号13から、監視用2逓倍光パルス信号13bを分波する分波ステップと、光パワーメータ82に、監視用2逓倍光パルス信号13bが入力されて、監視用2逓倍光パルス信号13bの光強度の時間平均値を光パワーメータ82の出力信号83として出力する光パワー検出ステップと、光パワーメータ82から出力される出力信号83に応じた制御信号85を出力する光位相制御器制御ステップとを具えることが特徴である。
【００９７】
図8及び図9を参照して、光位相制御帰還ステップを更に細かくステップS1から、ステップS8に分解して説明すると次のとおりとなる。
【００９８】
ステップS1は、光パワーメータ82から出力される出力信号83である第1出力信号値D1を計測して取得するステップである。もちろんこのステップを実行する前提条件として、光位相制御器12の位相調整量を、ほぼタイムスロットに相当する時間遅延を生じさせる位相遅延量に相当する量にできる限り近い値となるように設定しておくことが望ましい。例えば、ビットレート周波数が40 Gbit/sの光パルス信号であって、その搬送波としての波長λが1.5μmである場合を例にとって説明すると、上述したようにタイムスロットの半分の時間T/2に相当する時間遅延量を生じさせる光路長Lは、3.75 mmである。したがって、光位相調整器20の位相調整量の初期値を、この値に可能な限り近い値となるように設定しておくことが望ましい。
【００９９】
ステップS2は、光位相制御器12の位相調整量を減少させる信号85を、光位相制御器制御手段84から光位相制御器12に送るステップである。このとき、光位相制御器12の位相調整量は、1ビットの時間遅延を生じさせる位相遅延量に相当する量の範囲内であって、搬送波として位相が1波長ずれるよりも十分に小さな減少を与えることのできる遅延量であることが必要である。なぜならば、図3(A)乃至(D)を参照すれば明らかなように、図3(B)で示す第1光パルス信号に対する、図3(A)で示す第2光パルス信号の時間遅延量は、2逓倍光パルス信号を得ることができるためには、±T/2の範囲内でなければならないからである。そして、図3(C)及び(D)の波形を得ることのできる調整に必要な調整量は、搬送波の位相をずらすことで生じ、最大でも搬送波の1波長程度となるからである。以下で説明するステップS5においても、光位相制御器12の位相調整量を±T/2の範囲内であることは勿論として、搬送波として1波長よりも十分に小さな調整量でなければならないことは同様である。
【０１００】
ステップS3は、光パワーメータ82から出力される出力信号83である第2出力信号値D2を計測して取得するステップである。そして、ステップS4において、第1出力信号値D1と第2出力信号値D2とを比較する。その結果、第1出力信号値D1の大きさが第2出力信号値D2の大きさより大きいか等しければ、第1出力信号の値D1を第2出力信号の値D2と入れ替えて新第1出力信号の値D1として、上述のステップS2に戻る。また、第1出力信号値D1の大きさが第2出力信号値D2の大きさより小さければ、第1出力信号の値D1を第2出力信号の値D2と入れ替えて新第1出力信号の値D1として、ステップS5に進む。ステップS5では、光位相調整器20の位相調整量を、1ビットの時間遅延を生じさせる位相遅延量に相当する量の範囲内で増大させる信号85を、光位相制御器制御手段84から光位相制御器12に送る。
【０１０１】
ステップS5を実行後、光パワーメータ82から出力される出力信号83である第3出力信号値D3を計測して取得するステップであるステップS6を実行する。そして、新第1出力信号値D1（ここでは、第2出力信号の値D2に置き換えられている。）と第3出力信号値D3とを比較するステップS7を実行する。その結果、新第1出力信号値D1（ここでは、第2出力信号の値D2に置き換えられている。）の大きさが第3出力信号値D3の大きさより大きいか等しければ、新第1出力信号の値D1を第3出力信号の値D3と入れ替えて、上述のステップS5に戻る。一方、新第1出力信号値D1（ここでは、第2出力信号の値D2に置き換えられている。）の大きさが第3出力信号値D3の大きさより小さければ、新第1出力信号の値D1を第3出力信号の値D3と入れ替えて、上述のステップS2に戻るステップS8を実行する。
【０１０２】
上述のステップS1乃至ステップS8を実行することで、タイミングジッタが含まれている光パルス信号11を受信しても、常に正確に2逓倍化された2逓倍光パルス信号を得ることができる理由を、図9を参照して説明する。図9は、光位相制御帰還ステップにおける光パワーメータ82からの出力信号83の値の変化を説明するための図である。縦軸に任意スケールで光パワーメータ82からの出力信号83の値を示し、横軸に任意スケールで光位相制御器12における位相調整量の値を示している。
【０１０３】
光位相制御器12における位相調整器20によって位相調整量を変化させると、それにともなって、光パワーメータ82からの出力信号83の値も、図9に示すように変化する。図9において、Minで示す位置は、光パワーメータ82からの出力信号83の値が最小値をとる位置である。この位置において、正確に2逓倍化された2逓倍光パルス信号を得ることができる。その理由は次のとおりである。
【０１０４】
光パワーメータ82からの出力信号83の強度は、光位相制御器12から出力される2逓倍光パルス信号13から分波された監視用2逓倍光パルス信号13bを光電変換して時間平均された平均値に比例する。すなわち、光位相制御器12から出力される光パルス信号13は、図3(C)あるいは図3(D)に示す形状の光パルス信号であるので、この信号を時間平均して出力すれば、その出力信号の値は、図3(C)あるいは図3(D)において、光パルス信号の形状を表す矩形の図形と横軸である時間軸とで囲まれる面積に比例するものとなる。
【０１０５】
第1光パルス信号24に、タイムスロットの半分の時間に相当する時間遅延が与えられ、かつ搬送波として第1光パルス信号24と第2光パルス信号25との間にその位相が半波長ずれるように調整されれば、監視用2逓倍光パルス信号13bは、図3(D)に示す形状の光パルス信号となる。この図3(D)に示す形状の光パルス信号の時間平均値が、上述の条件を満たさない場合、例えば図3(C)に示す光パルス信号の時間平均値などと比べて、極小となることは明らかである。
【０１０６】
すなわち、上述のステップS1乃至S8の一連のステップを実行することによって、図9においてMinで示す位置に相当する位相調整量を、光位相調整器20によって常に設定することが目標であり、これが実現されれば、第1光パルス信号24に、タイムスロットの半分の時間に相当する時間遅延が与えられ、かつ搬送波としての位相が第2光パルス信号25の位相と比べて半波長ずれるように調整されたことになる。
【０１０７】
上述のステップS1において、仮に第1出力信号値D1として、図9に示す曲線状のaで示した位置に相当する値を得たとする。すなわち、このときの光位相調整器20に設定された位相遅延量はXであり、D1＝Yである。以下の説明において、同様に光位相制御器12における位相調整量に対する光パワーメータ82からの出力信号値の関係を与える曲線上にb、c、dあるいはeと示すことによって、その位置における上述のXあるいはYに対応する値を指定するものとする。
【０１０８】
上述のステップS1において、第1出力信号値D1としてaで示した位置に相当する値を得た後に、ステップS2に進み、光位相制御器12の位相調整量を減少させ、ステップS3において第2出力信号値D2としてcで示した位置に相当する値を得たものとする。
【０１０９】
そうすると、ステップS4において、第1出力信号値D1(aに対応)と第2出力信号値D2(cに対応)とが比較され、D1≧D2であるから、第1出力信号値D1(aに対応)を第2出力信号D2(cに対応)と入れ替えて新第1出力信号値D1(cに対応)として、ステップS2に進み更に光位相制御器12の位相調整量を減少させることになる。このようなステップを繰り返せば、いずれステップS4においてD1＜D2なる条件を満たすときが来る。ここで、第2出力信号値D2としてbに対応する値を得たとする。D1＜D2なる条件が満足されたから、第1出力信号値D1(cに対応)を第2出力信号値D2(bに対応)と入れ替えて、新第1出力信号値D1(bに対応)とし、光位相制御器12の位相調整量を増大させるステップS5を実行することになる。
【０１１０】
上述のステップS5を実行し、ステップS6において第3出力信号値D3を計測して取得する。その結果、第3出力信号値D3として図9でdに相当する値を得たと仮定する。そうすると、ステップS7において新第1出力信号値D1(bに対応)と第3出力信号値D3(dに対応)とが比較され、D1≧D3であることが判明するので、ここで、新第1出力信号値D1(bに対応)を第3出力信号値D3(dに対応)とを入れ替えて新第1出力信号値D1(dに対応)として、ステップS5に戻り、光位相制御器12の位相調整量を増大させるステップS5及びそれに続いてステップS6を実行して再び第3出力信号値D3を計測して取得する。
【０１１１】
この結果、第3出力信号値D3として図9でeに相当する値を得たと仮定する。そうすると、ステップS7において新第1出力信号値D1(dに対応)と第3出力信号値D3(eに対応)とが比較され、D1≧D3であることが判明したら、新第1出力信号値D1(dに対応)と第3出力信号値D3(eに対応)とを入れ替えて、再びステップS5に戻り上述のステップが繰り返され、いずれステップS6において、再び第3出力信号値D3として図9でeよりも大きな値cを得ることになる。そうすると、ステップS7において、D1(eに対応)＜D3(cに対応)であることが判明したら、ステップS8において、第3出力信号値D3(cに対応)と新第1出力信号値D1(eに対応)とが入れ替えられる。
【０１１２】
これらのステップにおいて、初期値として使われた第1出力信号値D1が常に入れ替わり、この入れ替わった値より小さい出力信号が得られるように、常に光位相制御器12による調整が働く。すなわち、光パワーメータ82から出力される出力信号83である出力信号の値が、常に小さくなるように光位相制御器12に設置された光位相調整器20が与える時間遅延量が設定され続ける。すなわち、上述のステップS1ないしステップS8からなる光位相制御帰還ステップを実行すれば、第1光パルス信号24に、タイムスロットの半分の時間に相当する時間遅延が与えられ、かつ搬送波として第1光パルス信号24と第2光パルス信号26との間にその位相が半波長ずれるように常に調整され続けられる。
【０１１３】
すなわち、光パルス信号11にタイミングジッタが時刻の進行に従って変化しても、上述のステップS1乃至ステップS8からなる光位相制御帰還ステップを実行することによって、常に光パルス信号11のベースレートクロック信号の周波数に等しいRF信号を抽出できる2逓倍光パルス信号を取得し続けることができることが分かる。
【０１１４】
上述のステップS2において、位相調整量を減少させるものとして説明したが、このステップS2を、位相調整量を増大させるステップとして設計しても良い。その場合には、ステップS5は、位相調整量を減少させるステップとして設計することとなり、関連するD1、D2等の値の大小関係も、図8に示すものとは逆になるように設計する必要がある。しかしながら、上述のステップS2において位相調整量を減少させるかあるいは増大させるかは、単なる設計上の都合の問題であり、発明の技術的思想としては異なるものではない。
【０１１５】
すなわち、この図8を参照して説明したクロック信号抽出方法のフローチャートは、ステップS2において位相調整量を減少させ、ステップS5では位相調整量を増大させるものとして説明されているが、これは、単なる説明の都合上に過ぎない。したがって、ステップS2として位相調整量を増大させ、ステップS5として位相調整量を減少させるとした設計を排除するものではない。
【０１１６】
次に、図10を参照して、上述のステップS1乃至S8の一連のステップを実行することができる、光位相制御帰還部の概略的構成例を説明する。
【０１１７】
光パワーメータ82は、光電変換部110、A/D変換部112及び出力部114を具えて構成される。光分波器86で2逓倍光パルス信号13から監視用2逓倍光パルス信号13bとして分波された光パルス信号は、光電変換部110で電気パルス信号に変換され、A/D変換部112でデジタル信号に変換されて出力部114に入力される。
【０１１８】
また、光位相制御器制御手段84は、制御部122、データ入力部116、データ出力部132及び中央演算処理部124を具えて構成される。そして、中央演算処理部124は、数値比較部126、記憶装置120、位相調整量算出部128及び出力値設定部130を具えて構成される。
【０１１９】
出力部114からは、上述のA/D変換部112でデジタル信号に変換された信号115がそのまま、光位相制御器制御手段84に内蔵されるデータ入力部116に入力される。すなわちこの部分において、上述の図8におけるステップS1、ステップS3及びステップS6が実行される。言い換えると、この部分で光パワーメータ82から出力される出力信号115をデジタル信号の形式で出力信号として取得される。
【０１２０】
ここで光位相制御器制御手段84に取得される信号は、デジタル信号化された第1乃至第3出力信号値D1乃至D3である。そして、出力信号値D1乃至D3は、記憶装置120に格納される。また、記憶装置120には、数値比較部126で行なわれる出力信号値D1乃至D3相互の大小比較のアルゴリズム、位相調整量算出部128及び出力値設定部130等で行なわれる演算のアルゴリズム等を実行するためのプログラムも格納されており、必要に応じてその都度、数値比較部126、位相調整量算出部128及び出力値設定部130等からアクセスされ利用される。
【０１２１】
データ入力部116から上述のデジタル信号化された第1乃至第3出力信号値D1乃至D3が、光位相制御器制御手段84に内蔵された中央演算処理部124に送られる。この中央演算処理部124では、上述の第1乃至第3出力信号値D1乃至D3の大小関係の判定が数値比較部126で行なわれる。すなわち、上述のステップS4及びステップS7が実行される。
【０１２２】
上述の第1乃至第3出力信号値D1乃至D3の大小関係の判定結果が、位相調整量算出部128に送られ、光位相調整器20に送るべき位相調整量（正負の符号も含めて）が算出される。この位相調整量に相当する、位相調整を光位相調整器20に実行させるために必要となる出力値が、出力値設定部130において算出される。そしてその算出結果が、データ出力部132を介して、信号133として光位相制御器12に送られる。
【０１２３】
光位相制御器12は、光位相調整器20を具えており、光位相調整器20は、ステップモータ駆動部134、ステップモータ136及び光位相スライド調整器138を具えて構成される。
【０１２４】
信号133は、ステップモータ駆動部134に伝えられ、ステップモータ駆動部134からステップモータ136に対して、位相調整量算出部128で算出された位相の調整に必要なだけの回転指令を送る。ステップモータ136がこの指令に基づいて回転することで、光位相スライド調整器138が移動して、光位相調整器20における位相調整が行なわれる。
【０１２５】
ステップS2あるいはS5は、上述したことから分かるように、ステップモータ駆動部134、ステップモータ136及び光位相スライド調整器138を介して実行される。また、ステップS4からS2、あるいはステップS4からS5にわたる処理、また、ステップS7からS5あるいはステップS7からS8にわたる処理が、光パワーメータ82、光位相制御器制御手段84及び光位相制御器12が連携して実行されることが分かる。
【０１２６】
また、第1出力信号値D1、新第1出力信号値D1、第2出力信号値D2及び第3出力信号値D3の間の大小関係の比較は、数値比較部126で行なわれる。また、その結果によって、記憶装置120において、格納されている第1出力信号値D1、新第1出力信号値D1、第2出力信号値D2及び第3出力信号値D3と、新たな計測値が適宜置き換えられる。これらの処理は制御部122によって制御され実行される。また、数値比較部126の演算結果を踏まえて、位相調整量算出部128と出力値設定部130とが連携して、データ出力部132を介して、光位相制御器12に位相調整量を増大させたりあるいは減少させたりするための信号を送る。すなわちステップS2及びS5における処理が行なわれる。
【０１２７】
図10を参照して説明した光位相制御帰還部の概略的構成例では、光位相制御器12として、図5を参照して説明した光位相制御器を利用することを前提にしている。すなわち、第1光パルス信号24に付加される位相調整量に相当する光路長を調整するために、マイクロメータヘッド38を利用したが、このマイクロメータヘッド38の回転をステップモータ136によって行なう構成として説明した。マイクロメータヘッド38の回転によって、第1反射器34がスライド移動(平行移動)し光分波器の分波面32Hと第1反射器34の反射面との間隔が変わることで、第1光パルス信号24に付加される位相調整量に相当する光路長を調整する事ができる。
【０１２８】
もちろん、図4(A)を参照して説明した構成の、光位相調整器20を内蔵する光位相制御器12を利用することを前提にするならば、第1光パルス信号24に付加される位相調整量に相当する光路長を調整するために、マイクロメータヘッド38の回転をステップモータ136によって行なう構成の代わりに、ガラス平行平板60及び62の回転角θを調整する構成とすればよい。また、図4(B)を参照して説明した構成例の、光位相調整器20を内蔵する光位相制御器12を利用することを前提にするならば、温度によってその屈折率が変換する透明素材64の温度コントロールを温度コントローラ66によって行い、この温度コントローラ66の温度をコントロールするための電源68を制御する構成とすればよい。
【０１２９】
光位相制御器12として、図5を参照して説明した光位相制御器12を利用するか、図4(A)あるいは図4(B)を参照して説明した構成の光位相調整器20を内蔵する光位相制御器12を利用するかは、単なる設計的事項に過ぎない。上記のいずれの構成の光位相制御器を利用するにしても、それにともなって必要となる光位相制御帰還部の構成の変更は、当業者であれば、この発明の実施の形態の説明に基づいて容易になし得るので、その詳細な説明は省略する。
【０１３０】
＜第4の実施の形態＞
図11を参照して、この発明の第4の実施の形態である、第4のクロック信号抽出装置の構成及び第4のクロック信号抽出方法を説明する。この発明の第4のクロック信号抽出装置は、上述の第1のクロック信号抽出装置に、更に光位相制御帰還部80及び位相同期系70を具えている。光位相制御帰還部80及び位相同期系70については、第2及び第3の実施の形態を説明する過程で既に説明したので、その説明を繰り返さない。また、この発明の第4のクロック信号抽出方法は、上述の第１のクロック信号抽出方法が含むステップに、更に光位相制御帰還ステップと位相同期ステップとを含んでいる。光位相制御帰還ステップ及び位相同期ステップについても、第2及び第3の実施の形態を説明する過程で既に説明したので、その説明を繰り返さない。
【０１３１】
すなわち、この発明の第4のクロック信号抽出装置は、第2のクロック信号抽出装置が具えている位相同期系70を具え、かつ第3のクロック信号抽出装置が具えている光位相制御帰還部80を具えているので、第2及び第3のクロック信号抽出装置が実現できる効果を併せ持った装置となっている。
【０１３２】
したがって、この発明の第4のクロック信号抽出方法及びこの方法を実現する第4のクロック信号抽出装置によれば、光位相制御帰還部80と位相同期系70とによって、光位相制御帰還ステップと位相同期ステップとを共に実現できる。つまり、上述の第2及び第3のクロック信号抽出方法及びこの方法を実現する第2及び第3のクロック信号抽出装置によって得られる、タイミングジッタを含む光パルス信号を受信しても、常に正確に2逓倍化された2逓倍光パルス信号を得ることができ、タイミングジッタが除去されたクロック信号を得ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】第1の実施の形態のクロック信号抽出装置の概略的ブロック構成図である。
【図２】光位相制御器の概略的ブロック構成図である。
【図３】光位相制御器から出力される出力信号の説明に供する図である。
【図４】光位相調整器の構成例の説明に供する概略的構成図である。
【図５】光位相制御器の構成例の説明に供する概略的構成図である。
【図６】第2の実施の形態のクロック信号抽出装置の概略的ブロック構成図である。
【図７】第3の実施の形態のクロック信号抽出装置の概略的ブロック構成図である。
【図８】光位相制御帰還ステップのフローチャートである。
【図９】光位相制御帰還ステップにおける光パワーメータの出力値の変化の説明に供する図である。
【図１０】光位相制御帰還部の概略的構成図である。
【図１１】第4の実施の形態のクロック信号抽出装置の概略的ブロック構成図である。
【符号の説明】
【０１３４】
10：クロック信号抽出装置
12：光位相制御器
14：光電変換器
16：バンドパスフィルタ
18：増幅器
20：光位相調整器
22：光分岐器
28：光合波器
30：光サーキュレータ
32、86：光分波器
34：第1反射器
36：第2反射器
38：マイクロメータヘッド
60、62：ガラス平行平板
64：透明素材
66：温度コントローラ
68：電源
70：位相同期系
72：位相比較器
74：ループフィルタ
76：電圧制御型発振器
78：パワー分岐器
80：光位相制御帰還部
82：光パワーメータ
84：光位相制御器制御手段
110：光電変換部
112：A/D変換部
114：出力部
116：データ入力部
120：記憶装置
122：制御部
124：中央演算処理部
126：数値比較部
128：位相調整量算出部
130：出力値設定部
132：データ出力部
134：ステップモータ駆動部
136：ステップモータ
138：光位相スライド調整器
【図１】
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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９】
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【図１０】
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【図１１】
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