(57)【要約】【課題】  入力データ信号１に０シーケンスが続いても入力データ信号１に同期した再生成光クロック信号２を生成すること。【解決手段】  モード同期半導体レーザ４は、光共振器を構成する両端面の一方の端面から所定の偏波状態の光データ信号１を受け入れて、他方の端面から再生成光クロック信号２を出力し、光帰還ループ５は、モード同期半導体レーザ４の他方の端面Ｌから再生成光クロック信号の一部を受け入れて再生励起可能限界時間τ０以内に、モード同期半導体レーザ４の一方の端面Ｒから入力する。【選択図】        図１
2005215173.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の一方の端面から所定の偏波状態の光データ信号を受け入れて、他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と、
前記他方の端面から再生成光クロック信号の一部を受け入れて再生励起可能限界時間τ０以内に、前記一方の端面から前記モード同期半導体レーザに入力する光帰還ループとを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２】
請求項１に記載の光クロック信号再生成装置に於いて、
前記光帰還ループは、
前記再生成光クロック信号の編波面を調整する編波面調整手段と、
前記再生成光クロック信号の位相を調整する光遅延手段と、
前記再生成光クロック信号の光強度を調整する光減衰手段の、少なくとも一つを有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、
前記光帰還ループと前記モード同期半導体レーザとを含む閉ループのループ利得が１以下であ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】
光共振器を構成する両端面の一方の端面から所定の偏波状態の光データ信号を受け入れて、他方の端面から前記光データ信号に同期した光信号を出力し、前記光データ信号に同期した光信号の反射光を前記他方の端面から受け入れて前記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と、
前記他方の端面から前記光データ信号に同期した光信号を受け入れて反射させ、該光信号の前記反射光を再生励起可能限界時間τ０以内に、前記他方の端面から前記モード同期半導体レーザに入力する光反射経路と、
前記モード同期半導体レーザの前記一方の端面から再生成光クロック信号を受け入れて所定のポートへ出力する光進行方向規定手段とを備える光クロック信号再生成装置。
【請求項５】
前記光反射経路は、
前記光データ信号に同期した光信号の編波面を調整する編波面調整手段と、
前記光データ信号に同期した光信号の位相を調整する光遅延手段と、
前記光データ信号に同期した光信号の光強度を調整する光減衰手段の、少なくとも一つを有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６】
請求項４又は請求項５に記載の光クロック信号再生成装置に於いて、
前記光反射経路からなる、光信号の往路及び復路と、前記モード同期半導体レーザとを含む閉ループのループ利得が１以下であ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】
第一のポートから受け入れた光データ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、
前記モード同期半導体レーザの少なくとも一方の端面から前記再生成光クロック信号の一部を受け入れて再生励起可能限界時間τ０以内に、前記モード同期半導体レーザの他方の端面に帰還させる光帰還ループとを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８】
請求項７に記載の光クロック信号再生成装置に於いて、
前記光帰還ループは、
前記再生成光クロック信号の編波面を調整する編波面調整手段と、
前記再生成光クロック信号の位相を調整する光遅延手段と、
前記再生成光クロック信号の光強度を調整する光減衰手段の、少なくとも一つを有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９】
請求項７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１０】
請求項７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。
【請求項１１】
請求項７から請求項１０までの何れか一項に記載の光クロック信号再生成装置に於いて、
前記光帰還ループと前記モード同期半導体レーザとを含む閉ループのループ利得が１以下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】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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し、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】
上記技術を用いた光クロック信号再生成装置であっても、実際に入力される入力データ信号（光データ信号）が無い状態（０シーケンス）が発生する。この０シーケンスが長時間に及ぶ場合には、再生成クロック信号を入力データ信号に同期させて励起することは不可能である。０シーケンス開始後、再生成クロック信号を励起可能な時間（再生励起可能限界時間τ０）は、本来、モード同期レーザや、自励発振レーザに固有の性能で決まってしまう。
【０００５】
しかし、この固有の性能は、半導体レーザのフォトン寿命が、数ピコ秒（ps）〜数十ピコ秒（ps）であり、キャリア寿命が、数百ピコ秒（ps）〜数ナノ秒（ns）であることから考慮すると、０シーケンスが数ナノ秒（ns）以上継続すれば、入力データ信号（光データ信号）に同期した再生成クロック信号を励起することは不可能である。
【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”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、従来の技術では、０シーケンスが数ナノ秒（ns）以上継続すると、入力データ信号に同期した再生成クロック信号を励起することが不可能になってしまう点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。
光共振器を構成する両端面の一方の端面から所定の偏波状態の光データ信号を受け入れて、他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と、このモード同期半導体レーザの他方の端面から再生成光クロック信号の一部を受け入れて再生励起可能限界時間τ０以内に、モード同期半導体レーザの一方の端面から入力する光帰還ループとを備える。ここで再生励起可能限界時間τ０とは、実際に入力される入力データ信号が０シーケンス、即ち、信号が無い状態が発生する場合に於いて、０シーケンス開始後、再生成クロック信号を励起可能な時間を表すこととする。
【発明の効果】
【０００８】
光帰還ループを設け、モード同期半導体レーザの他方の端面から再生成光クロック信号の一部を受け入れて、入力データ信号（光データ信号）０シーケンス開始後、再生励起可能限界時間τ０以内に、モード同期半導体レーザの一方の端面から励起光を入力することによって、光データ信号に同期した再生成光クロック信号を連続して再生成可能になるという効果を得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
上記光帰還ループに、再生成光クロック信号の編波面を調整する編波面調整手段と、再生成光クロック信号の位相を調整する光遅延手段と、再生成光クロック信号の光強度を調整する光減衰手段とを有することによって安定した再生成光クロック信号の再生成が可能になった。
【実施例１】
【００１０】
図１は、実施例１による光クロック信号再生成装置のブロック図である。
図に示すように実施例１による光クロック信号再生成装置は、モード同期半導体レーザ４と光帰還ループ５とを含む。
モード同期半導体レーザ４は、光共振器を構成する両端面（Ｒ及びＬ）の一方の端面から所定の偏波状態の光データ信号を受け入れて、他方の端面から再生成光クロック信号を出力する部分である。以下にモード同期半導体レーザ４の概要について図を用いて説明する。
【００１１】
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４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４−１、ｐ型クラッド層４−２、及び両者の間に光導波路層４−３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４−３は、光変調器領域４−４、誘導放出光を生成するための利得領域４−５、受動光導波路領域４−６から構成される。受動光導波路領域４−６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４−７が設けられている。この例では、回折格子４−７は受動光導波路領域４−６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４−６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。
【００１２】
例えば、ｎ型クラッド層４−１をｎ型ＩｎＰ、ｐ型クラッド層４−２をｐ型ＩｎＰ、光導波路層４−３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構成することができる。ｎ型クラッド層４−１には、接地される共通電極４−８が設けられ、また、ｐ型クラッド層４−２には、光変調器領域４−４及び利得領域４−５に対応して、それぞれ光変調器領域の電極４−９、利得領域の電極４−１０が形成されている。
【００１３】
利得領域の電極４−１０と共通電極４−８との間には、直流電源４−１１が接続されている。利得領域４−５は、この順方向の直流電源４−１１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４−３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４−３内を循環する。
【００１４】
光変調器領域４−４に対応する光変調器領域の電極４−９と共通電極４−８との間には、逆バイアス直流電源４−１２による逆バイアス電圧が供給可能である。光変調器領域４−４は、逆バイアス直流電源４−１２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４−３内を循環する誘導放出光の一部を効率的に吸収する。
【００１５】
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４−３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。
【００１６】
又、横偏波状態の光信号を一方の端面Ｒから、受け入れて、こ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（分布反射型の場合）。
【００１７】
図１に戻って、光帰還ループ５は、モード同期半導体レーザ４の端面Ｌから再生成クロック信号２の一部を受け入れて再生励起可能限界時間τ０以内に、端面Ｒからモード同期半導体レーザ４に入力する部分であり、光分波・結合器１４と、光減衰器１５と、光遅延線１６と、編波面コントローラ１７と、光分波・結合器１１と、光伝搬媒体１８−７〜１８−１０を有する。ここで再生励起可能限界時間τ０とは、実際に入力される入力データ信号（光データ信号）１が０シーケンス、即ち、信号が無い状態に於いて、０シーケンス開始後、再生成クロック信号を入力データ信号に同期して励起可能な時間を表すこととする。この再生励起可能限界時間τ０は、本来、モード同期レーザや、自励発振レーザに固有の性能で決まってしまう値である。
【００１８】
光分波・結合器１４は、一つの光路を通る光信号を複数の光路に分配したり、複数の光路を通る光信号を一つの光路へ結合する部分である。ここでは、モード同期半導体レーザ４から光伝搬媒体１８−４、結合レンズ１３、光伝搬媒体１８−５（光ファイバ）を介して受け入れる再生成クロック信号２を、本装置の出力端となる光伝搬媒体１８−６（光ファイバ）と、光帰還ループ５の光伝搬媒体１８−７（光ファイバ）へ分配するファイバ型の光カプラを用いる。
【００１９】
光減衰器１５は、光帰還ループ５の内部に配置され、クロック励起信号３の光強度が大き過ぎることによってモード同期半導体レーザ４が自己発振するのを防止するための光減衰器である。この光減衰器としては、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。
【００２０】
光遅延線１６は、入力データ信号（光データ信号）の伝搬位相と、モード同期半導体レーザ４の端面Ｌから出力された再生成クロック信号２の一部（クロック励起信号３）が、光分波・結合器１４、光減衰器１５、編波面コントローラ１７、光分波・結合器１１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４−３（図２）に至るまでの光伝播位相量の総和との位相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。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。
【００２１】
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、光遅延線１６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。
【００２２】
編波面コントローラ１７は、モード同期半導体レーザ４の端面Ｌから出力され、光帰還ループを通ってモード同期半導体レーザ４の端面Ｒに帰還される再生成クロック信号２の一部（クロック励起信号３）の編波面を調整する部分である。通常は、ファラディ素子等の光学結晶に磁界を加えて編波面を回転させる磁気光学素子等が用いられる。
【００２３】
光分波・結合器１１は、一つの光路を通る光信号を複数の光路に分配したり、複数の光路を通る光信号一つの光路へ結合する部分である。ここでは、本装置の入力端となる光伝搬媒体１８−１（光ファイバ）から受け入れる入力データ１（光データ信号）と、光帰還ループ５の光伝搬媒体１８−１０（光ファイバ）から受け入れるクロック励起信号３（再生成クロック信号２の一部）とを光伝搬媒体１８−２へ結合するファイバ型の光カプラを用いる。
【００２４】
光伝播媒体１８−１〜１８−１０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。
【００２５】
結合レンズ１２は、光伝播媒体１８−２から受け入れた光信号を光伝播媒体１８−３を介してモード同期半導体レーザ４の光導波路層４−３（図２）へ注入する光学レンズである。
結合レンズ１３は、モード同期半導体レーザ４の光導波路層４−３（図２）から光伝播媒体１８−４を介して再生成クロック信号を受け入れて光伝播媒体１８−５へ結合する光学レンズである。
【００２６】
次に実施例１による光クロック信号再生成装置の動作について説明する。
図３は、実施例１での動作説明図である。
（ａ）は、入力データ信号の形態を表し、（ｂ）は、光帰還ループ途中でのクロック励起信号（再生成クロック信号の一部）の形態を表し、（ｃ）は、光帰還ループを通ってモード同期半導体レーザの端面Ｒに再注入されるクロック励起信号（再生成クロック信号の一部）の形態を表し、（ｄ）は、光クロック信号再生成装置から出力される再生成クロック信号の形態を表している。又、図中横軸左から右へ各図共通の時間経過が表され、各図とも縦軸方向へは光強度が表されている。
【００２７】
再度図１に戻って、光分波・結合器１１、及び、結合レンズ１２を介してモード同期半導体レーザの端面Ｒに所定の編波面を持つ入力データ信号１（光データ信号）が入力される。この入力データ信号１（光データ信号）には、長い０シーケンスが含まれているとする（図３（ａ））。上記図２を用いて既に説明したように、このとき再生成クロック信号２が発生し、結合レンズ１３を介して光分波・結合器１４へ送られる。
【００２８】
光分波・結合器１４に於いて、再生成クロック信号２の一部（クロック励起信号３）は、光帰還ループ５へ分岐される。ここで、光帰還ループ５の出力端と分岐・結合器１１との結合を解いた場合について考えてみる。この場合、光帰還ループの途中で入力データ信号に０シーケンスが入力されと、図３（ｂ）に示すように徐徐に同期が失われていく。０シーケンスが終わり、入力データ信号１（光データ信号）が再度入力されてから、入力データ信号１（光データ信号）に同期した再生成クロック信号２が発生するまでには、所定のタイムラグが生じてしまう。従って、所定のタイムラグの間は、不安定な光クロックが再生成されることになる。
【００２９】
次に、光帰還ループ５の出力端と分岐・結合器１１とを結合した場合について考えてみる。この場合には、光帰還ループ５を通った再生成クロック信号２の一部（クロック励起信号３）がモード同期半導体レーザの端面Ｒに再注入される。図３（ｃ）に示すように光帰還ループ５を通った再生成クロック信号２の一部（クロック励起信号３）がモード同期半導体レーザの端面Ｒに再注入されるまでの遅延時間差Δτが、Δτ＜τ０（再生励起可能限界時間）であったとするならば、常に、入力データ信号１（光データ信号）と同期のとれた再生成クロック信号２の一部（クロック励起信号３）が再注入されることになる。その結果図３（ｄ）に示すように同期のとれた再生成クロック信号２が出力される。
【００３０】
但し、この場合に、光分波・結合器１１と、結合レンズ１２と、モード同期半導体レーザ４と、結合レンズ１３と、光分波・結合器１４と、光減衰器１５と、光遅延線１６と、編波面コントローラ１７と、各素子間を繋ぐ光伝板媒体１８−２、１８−３、１８−４、１８−５、１８−７、１８−８、１８−９、１８−１０とで構成される閉ループのループ利得が１以下でなければならない。この理由は、ループ利得が１以上になると、この閉ループで発振が開始され、この共振モードによって動作が不安定になり、時間ジッタが大きくなってしまうからである。次に、光帰還ループ５を通ってモード同期半導体レーザの端面Ｒに再注入されるクロック励起信号３の光強度と時間ジッタとの関係に付いて説明する。
【００３１】
図４は、光クロック信号の位相雑音の注入光強度依存性説明図である。
図中横軸に注入光強度（ｄＢｍ）を、縦軸に時間ジッタ（ｐｓ）をとる。
この図は、繰り返し周波数１６０ＧＨｚでＴＥ編波の光クロック信号を発生するモード同期半導体レーザの片端面からビットレート１６０ＧＨｚ／ｓでＴＥ編波の光データ信号を入力したときの実験結果である。図からわかるように、注入光強度が−９．５ｄＢｍから−１４ｄＢｍの間で、時間ジッタは、０．４２ｐｓ程度に安定していることがわかる。このときにモード同期半導体レーザから出力される光信号の光強度は１１ｄＢｍ程度であったので、この出力される光信号の光強度（１１ｄＢｍ）よりも２０ｄＢｍ以上弱い注入光強度であっても本実施例による光クロック信号再生成装置は有効に動作することがわかる。
【００３２】
以上説明したように光帰還ループを設け、モード同期半導体レーザの他方の端面から再生成光クロック信号の一部を受け入れて、入力データ信号（光データ信号）０シーケンス開始後、再生励起可能限界時間τ０以内に、モード同期半導体レーザの一方の端面から励起光を入力することによって、入力データ信号に同期した再生成光クロック信号を連続して再生成可能になるという効果を得る。
【実施例２】
【００３３】
図５は、実施例２による光クロック信号再生成装置のブロック図である。
図に示すように実施例２による光クロック信号再生成装置は、モード同期半導体レーザ４と光反射経路６とを含む。以下に実施例１と異なる部分のみについて説明する。尚、実施例１と同様の部分については、実施例１と同じ符号を付すこととする。
モード同期半導体レーザ４は、光共振器を構成する両端面の一方の端面Ｒから所定の偏波状態の入力データ信号１を受け入れて、他方の端面Ｌから入力データ信号１に同期した光信号を出力し、入力データ信号１に同期した光信号の反射光を他方の端面Ｌから受け入れて一方の端面Ｒから再生成光クロック信号を出力する部分である。その構造機能は、実施例１と同様なので説明を省略する。
【００３４】
光反射経路６は、モード同期半導体レーザ４の端面Ｌから光データ信号１に同期した光信号を受け入れて反射させ、該光信号の反射光を再生励起可能限界時間τ０以内に、端面Ｌからモード同期半導体レーザ４に入力する部分であり、光減衰器１５と、光遅延線１６と、編波面コントローラ１７と、反射鏡２７と、光伝搬媒体１８−１５〜１８−１８を有する。ここで再生励起可能限界時間τ０とは、実際に入力される入力データ信号（光データ信号）が０シーケンス、即ち、信号が無い状態が発生する場合に於いて、０シーケンス開始後、再生成クロック信号を励起可能な時間を表すこととする。この再生励起可能限界時間τ０は、本来、モード同期レーザや、自励発振レーザに固有の性能で決まってしまう値である。
【００３５】
反射鏡２７は、編波面コントローラ１７から光伝播媒体１８−１８を介してクロック励起信号３を受け入れて反射させ光伝播媒体１８−１８を介して編波面コントローラ１７へ戻すミラーである。通常誘電体基板上に光学多層膜を積層して構成される。
【００３６】
光サーキュレータ２１は、モード同期半導体レーザ４の端面Ｒから再生成光クロック信号を受け入れて所定の端子へ出力する光進行方向規定手段である。この光サーキュレータ２１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。本実施例では、第一の端子ａから第二の端子ｂを通して入力データ信号１をモード同期半導体レーザ４の端面Ｒへ送り、第二の端子ｂから第三の端子ｃを通して再生成クロック信号４を出力する。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１８−１１、１８−１２、１８−１９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。
【００３７】
次に実施例２による光クロック信号再生成装置の動作について説明する。
図６は、実施例２での動作説明図である。
（ａ）は、入力データ信号の形態を表し、（ｂ）は、光反射経路の光帰還ループ途中でのクロック励起信号の形態を表し、（ｃ）は、光反射経路を通ってモード同期半導体レーザの端面Ｒに再注入されるクロック励起信号の形態を表し、（ｄ）は、光クロック信号再生成装置から出力される再生成クロック信号の形態を表している。又、図中横軸左から右へ各図共通の時間経過が表され、各図とも縦軸方向へは光強度が表されている。
【００３８】
再度図５に戻って、光サーキュレータ２１、結合レンズ１２を介してモード同期半導体レーザ４の端面Ｒに所定の編波面をもつ入力データ信号１（光データ信号）が入力される。この入力データ信号１（光データ信号）には、長い０シーケンスが含まれているとする（図６（ａ））。上記図２を用いて既に説明したように、このときクロック励起信号３が発生し、結合レンズ１３を介して光反射経路６へ送られる。
【００３９】
光反射経路６の途中で入力データ信号に０シーケンスが入力されと、図６（ｂ）に示すように徐徐に同期が失われていく。０シーケンスが終わり、入力データ信号１（光データ信号）が再度入力されてから、入力データ信号１（光データ信号）に同期したクロック励起信号３が発生するまでには、所定のタイムラグが生じてしまう。従って、所定のタイムラグの間は、不安定な光クロックが再生成されることになる。
【００４０】
次に、反射鏡２７で反射されたクロック励起信号３がモード同期半導体レーザ４の端面Ｌに再注入される。図６（ｃ）に示すように光反射経路６を通ったクロック励起信号３がモード同期半導体レーザの端面Ｌに再注入されるまでの遅延時間差Δτが、Δτ＜τ０（再生励起可能限界時間）であったとするならば、常に、入力データ信号１（光データ信号）と同期のとれたクロック励起信号３が再注入されることになる。その結果図６（ｄ）に示すように同期のとれた再生成クロック信号２が光サーキュレータ２１の第二の端子ｂから第三の端子ｃを通って出力される。
【００４１】
但し、この場合に、モード同期半導体レーザ４と、結合レンズ１３と、光減衰器１５と、光遅延線１６と、編波面コントローラ１７と、反射鏡２７と、編波面コントローラ１７と、光遅延線１６と、光減衰器１５と、結合レンズ１３と、各素子間を繋ぐ光伝板媒体１８−１４、１８−１５、１８−１６、１８−１７、１８−１８とで構成される光反射経路６の反射利得が１以下でなければならない。この理由は、反射利得が１以上になると、この閉ループで発振が開始され、この共振モードによって動作が不安定になり、時間ジッタが大きくなってしまうからである。
【００４２】
ここで、光反射経路６を通ってモード同期半導体レーザ４の端面Ｌに再注入されるクロック励起信号３の光強度と時間ジッタとの関係に付いては、実施例１において図４を用いて説明したと同様の関係が成立するので説明を省略する。
【００４３】
以上説明したように光反射経路を設け、モード同期半導体レーザの端面からクロック励起信号を送出し、この反射光を入力データ信号（光データ信号）０シーケンス開始後、再生励起可能限界時間τ０以内に、モード同期半導体レーザの端面に再注入することによって、再生成光クロック信号を連続して再生成可能になるという効果を得る。
【実施例３】
【００４４】
本実施例では、入力データ信号（光データ信号）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を目的とする。
図７は、実施例３による光クロック信号再生成装置のブロック図である。
図に示すように、実施例３の光クロック信号再生成装置は、偏光ビームスプリッタ３１と、ファラディ素子３２と、光分波・結合器１１と、結合レンズ１２と、モード同期半導体レーザ４と、結合レンズ１３と、光分波・結合器１４と、編波面コントローラ１７と、光遅延線１６と、光減衰器１５と、位相調整器３６と、ゲイン調整器３５と、編波面保存光ファイバ３３と、光バンドパスフィルタ３４と、光伝搬媒体１８−２１〜１８−２４を備える。図中に示す、編波面の回転ベクトル、及びモード同期半導体レーザの配置角度は、図中で左から右へ向かって見た角度を表している。
【００４５】
実施例１と相違する部分のみについて説明する。実施例１と同様の部分には、実施例１と同じ符号を付すこととする。図中一点鎖線で囲まれている部分、即ち、光分波・結合器１１と、結合レンズ１２と、モード同期半導体レーザ４と、結合レンズ１３と、光分波・結合器１４と、編波面コントローラ１７と、光遅延線１６と、光減衰器１５は、上記実施例１の光クロック信号再生成装置１００を構成している。
【００４６】
偏光ビームスプリッタ３１は、第一のポートＩから受け入れた光データ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II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IIIへ出力し、上記第二のポートII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IVへ出力し、上記第三のポートIII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Ｉへ出力する偏波状態分離手段である。
【００４７】
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。本実施例では、第一のポートＩは、入力端となる光伝播媒体１８−２１と接続され、第二のポートIIは、光伝播媒体１８−２２を介してファラディ素子３２に接続され、第三のポートIIIは、偏波面保存光ファイバ３３に接続され、第四のポートIVは、光伝播媒体１８−２３を介して光バンドパスフィルタ３４に接続される。
【００４８】
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１８−２１、１８−２２、１８−２３、偏波面保存光ファイバ３３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、以降の説明においては、偏波面が図７の紙面に垂直な偏波面を有する光信号を横偏波状態の光信号と記し、図７の紙面に平行な偏波面を有する光信号を縦偏波状態の光信号と記すこととする。
【００４９】
ファラディ素子３２（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。
【００５０】
偏波面保存光ファイバ３３は、偏光ビームスプリッタ３１の第三のポートIIIとゲイン調整器３５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３１の第三のポートIIIから縦偏波状態の光信号Ｓ１１を受け入れて、ゲイン調整器３５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３５から、偏波面が、横偏波状態から時計方向へπ／４回転した光クロック信号Ｐ１１を受け入れて偏光ビームスプリッタ３１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。
【００５１】
ここで、偏波面保存光ファイバとは、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。
【００５２】
ゲイン調整器３５は、モード同期半導体レーザ４と偏波面保存光ファイバ３３との間に配置され、光導波路層４−３（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４−３（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安定な光クロック信号を再生成できるとされているからである（特願２００３−１５９１３；出願人同じ）。
【００５３】
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３１の第三のポートIIIから出力され、偏波面保存光ファイバ３３、ゲイン調整器３５、位相調整器３６、光伝播媒体１８−６、光分波・結合器１４、光伝播媒体１８−５、結合レンズ１３、光伝播媒体１８−４を通り、モード同期半導体レーザ４の端面Ｌを経て光導波路層４−３（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３１の第二のポートから出力され、光伝播媒体１８−２２、ファラディ素子３２、光伝播媒体１８−１、光分波・結合器１１、結合レンズ１２、光伝播媒体１８−３を通ってモード同期半導体レーザ４の端面Ｒ、を経て光導波路層４−３（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。
【００５４】
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。
【００５５】
位相調整器３６は、偏光ビームスプリッタ３１の第三のポートIIIから出力され、偏波面保存光ファイバ３３、ゲイン調整器３５、位相調整器３６、光伝播媒体１８−６、光分波・結合器１４、光伝播媒体１８−５、結合レンズ１３、光伝播媒体１８−４を通り、モード同期半導体レーザ４の端面Ｌを経て光導波路層４−３（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３１の第二のポートから出力され、光伝播媒体１８−２２、ファラディ素子３２、光伝播媒体１８−１、光分波・結合器１１、結合レンズ１２、光伝播媒体１８−３を通ってモード同期半導体レーザ４の端面Ｒ、を経て光導波路層４−３（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。
【００５６】
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３６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。
【００５７】
光バンドパスフィルタ３４は、光伝播媒体１８−２３を介して、偏光ビームスプリッタ３１の第四のポートIV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、再生成クロック信号となる。
【００５８】
他の部分は、全て実施例１と同様なので説明を省略する。但し、モード同期半導体レーザ４は、編波面保存光ファイバ３３が出力する、縦編波状態から反時計方向に編波面がπ／４回転した光信号と、ファラディ素子３２が出力する横編波状態から時計方向へ編波面がπ／４回転した光信号とを受け入れるべく両端面を時計方向へπ／４回転させて配置される。
【００５９】
次に、実施例３の動作について説明する。
最初に、入力データ信号中に含まれる０シーケンスを考慮しない動作について説明する。
本実施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データ信号１を受け入れて動作が開始される。入力データ信号１は、偏光ビームスプリッタ３１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３１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。
【００６０】
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３３へ入力される。この偏波面保存光ファイバ３３よって偏波面が保存されたままゲイン調整器３５へ送られる。但し、上記のように偏波面保存光ファイバ３３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３５及び位相調整器３６を通り、時計方向へπ／４回転されたモード同期半導体レーザ４の端面Ｌ側から光導波路層４−３（図２）へ供給される。以後、この経路を経路Ｃと記す。
【００６１】
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１８−２２、を介してファラディ素子３２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３２によって時計方向へπ／４回転され、端面Ｒが時計方向へπ／４回転されたモード同期半導体レーザ４の光導波路層４−３（図２）へ注入される。
【００６２】
再生成された光クロック信号の一部は、端面Ｒから光クロック信号Ｐ１２となって光伝播媒体１８−３、結合レンズ１２、光伝播媒体１８−２、光分波・結合器１１を介してファラディ素子３２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３２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１８−２２を介して偏光ビームスプリッタ３１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Ｌから光クロック信号Ｐ１１となって光伝播媒体１８−４、結合レンズ１３、光伝播媒体１８−５、光分波・結合器１４、光伝播媒体１８−６、位相調整器３６、ゲイン調整器３５を介して偏波面保存光ファイバ３３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３３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３１の第三のポートIIIへ送られる。
【００６３】
偏光ビームスプリッタ３１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１８−２３を介して光バンドパスフィルタ３４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３４で光ノイズが取り除かれた再生成クロック信号２となって出力される。又、偏光ビームスプリッタ３１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。
【００６４】
尚、上記動作の途中で光クロック信号Ｐ１２の一部が、光分波・結合器１１で分波され、光伝播媒体１８−１０、編波面コントローラ１７、光伝播媒体１８−９、光遅延線１６、光伝播媒体１８−８、光減衰器１５、光伝播媒体１８−７、光分波・結合器１４からなる光帰還ループ（具体例１）を通ってモード同期半導体レーザ４へ帰還される。同様に、光クロック信号Ｐ１１の一部が、光分波・結合器１４で分波され、光帰還ループを通ってモード同期半導体レーザ４へ帰還される。
【００６５】
次に、入力データ信号中に含まれる０シーケンスを考慮した動作について説明する。
図８は、実施例３での動作説明図である。
（ａ）は、入力データ信号の形態を表し、（ｂ）は、光帰還ループ途中での再生成クロック信号の一部の形態を表し、（ｃ）は、光帰還ループを通ってモード同期半導体レーザの両端面に再注入される再生成クロック信号の一部の形態を表し、（ｄ）は、光クロック信号再生成装置から出力される再生成クロック信号の形態を表している。又、図中横軸左から右へ各図共通の時間経過が表され、各図とも縦軸方向へは光強度が表されている。
【００６６】
再度図７に戻って、上記のように光クロック信号Ｐ１２の一部、及び、光クロック信号Ｐ１１の一部が、光分波・結合器１１、光伝播媒体１８−１０、編波面コントローラ１７、光伝播媒体１８−９、光遅延線１６、光伝播媒体１８−８、光減衰器１５、光伝播媒体１８−７、光分波・結合器１４からなる光帰還ループ（具体例１）を通ってモード同期半導体レーザ４へ帰還される。この状態で入力データ信号に図８（ａ）に示すように長い０シーケンスが含まれてきたとする（図８（ａ））。
【００６７】
光分波・結合器１１又は光分波・結合器１４に於いて、光クロック信号Ｐ１２又は光クロック信号Ｐ１１の一部は、光帰還ループ５へ分岐される。ここで、編波面コントローラ１７と光分波・結合器１１との結合を解いた場合（光帰還ループを途中で切断した状態）について考えてみる。この場合、光帰還ループの途中で入力データ信号に０シーケンスが入力されと、図８（ｂ）に示すように徐徐に同期が失われていく。０シーケンスが終わり、入力データ信号１（光データ信号）が再度入力されてから、入力データ信号１（光データ信号）に同期した再生成クロック信号２が発生するまでには、所定のタイムラグが生じてしまう。従って、所定のタイムラグの間は、不安定な光クロックが再生成されることになる。
【００６８】
次に、編波面コントローラ１７と光分波・結合器１１とを接続した場合（光帰還ループが形成された状態）について考えてみる。この場合には、光帰還ループ５を通った光クロック信号Ｐ１２及び光クロック信号Ｐ１１の一部がモード同期半導体レーザの両端面に再注入される。図８（ｃ）に示すように光帰還ループ５を通った光クロック信号Ｐ１２及び光クロック信号Ｐ１１の一部がモード同期半導体レーザの両端面に再注入されるまでの遅延時間差Δτが、Δτ＜Δτ０（再生励起可能限界時間）であったとするならば、常に、入力データ信号１（光データ信号）と同期のとれた光クロック信号Ｐ１２及び光クロック信号Ｐ１１の一部が再注入されることになる。その結果図７（ｄ）に示すように同期のとれた再生成クロック信号２が出力される。
【００６９】
以上説明したように、本実施例による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、更に、光帰還ループを設け、モード同期半導体レーザの他方の端面から再生成光クロック信号の一部を受け入れて、入力データ信号（光データ信号）０シーケンス開始後、再生励起可能限界時間τ０以内に、モード同期半導体レーザの一方の端面から励起光を入力することによって、再生成光クロック信号を連続して再生成可能になるという効果を得る。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
尚、上記全ての実施例に於いて、モード同期半導体レーザとしてＤＢＲ型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。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】実施例１による光クロック信号再生成装置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】実施例１での動作説明図である。
【図４】光クロック信号の位相雑音の注入光強度依存性説明図である。
【図５】実施例２による光クロック信号再生成装置のブロック図である。
【図６】実施例２での動作説明図である。
【図７】実施例３による光クロック信号再生成装置のブロック図である。
【図８】実施例３での動作説明図である。
【符号の説明】
【００７２】
１    入力データ信号
２    再生成クロック信号
３    クロック励起信号
４    モード同期半導体レーザ
５    光帰還ループ
１１    光分波・結合器
１２    結合レンズ
１３    結合レンズ
１４    光分波・結合器
１５    光減衰器
１６    光遅延線
１７    編波面コントローラ
１８−１〜１８−１０    光伝搬媒体
【図１】
2005215173.tif 000003
【図２】
2005215173.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005215173.tif 000008
【図７】
2005215173.tif 000009
【図８】
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