(57)【要約】【課題】  高速な光信号に対応して光クロックを再生することができるようにした。【解決手段】  光分岐回路３にて入力光信号１９を分岐し、分岐光信号２１ａ，２１ｂを同相状態で進行波型ＥＡＭ５ａ，5ｂに入力・透過し、透過光を受光器１０ａ，１０ｂにて電気信号に変換する。双方の電気信号の差である双極性の位相比較信号１６に応じてＶＣＯ２２から正弦波信号が出力され、この正弦波信号に応じてレーザ２３から光クロック信号が出力され、分岐されて光クロック信号１８ａと出力用の光クロック信号18ｂとなる。高速受光器６は光クロック信号１８ａに同期して電気クロック信号２０ａ，２０ｂを進行波型ＥＡＭ５ａ，5ｂに出力する。このとき、高周波電気線路７ａ，7ｂの長さを異ならせている。【選択図】        図１
2005159938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号化された入力光信号と同期した光クロック信号を出力する光クロック再生装置において、
入力光信号を分岐する第１の光分岐回路と、
前記第１の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続されて第1の分岐光信号が入力されると共に、電気クロック信号が印加され、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号の透過光パワーを変化させる第１の光変調器と、
前記第１の光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第１の光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第１の受光器と、
前記第１の光分岐回路の他方の出力側に光学的に接続されて第1の分岐光信号と同相の第2の分岐光信号が入力されると共に、電気クロック信号が印加され、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号の透過光パワーを変化させる第２の光変調器と、
前記第２の光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第２の光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第２の受光器と、
前記第１の受光器から出力された電気信号と、前記第2の受光器から出力された電気信号との電流差に対応した電圧信号が入力され、この電圧信号の電圧変化に応じて発生する正弦波信号の周波数が変化する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力側に接続され、前記電圧制御発振器の出力である正弦波信号に同期した光クロック信号を発生するレーザと、
前記レーザに接続され、前記光クロック信号を分岐する第２の光分岐回路と、
前記第２の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続され、前記光クロック信号を前記電気クロック信号に変換する第３の受光器とを有し、
前記電気クロック信号を前記第1の光変調器に入力する一方、第1の光変調器に入力する電気クロック信号に対して、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい電気長差を持たせた電気クロック信号を前記第２の光変調器に入力し、
前記第２の光分岐回路の他方の出力側から前記入力光信号に同期した光クロック信号を出力することを特徴とする光クロック再生装置。
【請求項２】
符号化された入力光信号と同期した光クロック信号を出力する光クロック再生装置において、
入力光信号を分岐する第１の光分岐回路と、
前記第１の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続されて第1の分岐光信号が入力されると共に、電気クロック信号が印加され、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号の透過光パワーを変化させる第１の光変調器と、
前記第１の光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第１の光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第１の受光器と、
前記第１の光分岐回路の他方の出力側に光学的に接続されて第1の分岐光信号に対して、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい位相差を持たせた第2の分岐光信号が入力されると共に、電気クロック信号が印加され、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号の透過光パワーを変化させる第２の光変調器と、
前記第２の光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第２の光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第２の受光器と、
前記第１の受光器から出力された電気信号と、前記第2の受光器から出力された電気信号との電流差に対応した電圧信号が入力され、この電圧信号の電圧変化に応じて発生する正弦波信号の周波数が変化する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力側に接続され、前記電圧制御発振器の出力である正弦波信号に同期した光クロック信号を発生するレーザと、
前記レーザに接続され、前記光クロック信号を分岐する第２の光分岐回路と、
前記第２の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続され、前記光クロック信号を前記電気クロック信号に変換する第３の受光器とを有し、
前記電気クロック信号を前記第1の光変調器及び前記第2の光変調器に同相状態で入力し、
前記第２の光分岐回路の他方の出力側から前記入力光信号に同期した光クロック信号を出力することを特徴とする光クロック再生装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光クロック再生装置において、
前記第2の光分岐回路の一方側から出力された前記光クロック信号を前記第1の光分岐回路に入力し、
前記入力光信号を前記第3の受光器に入力することを特徴とする光クロック再生装置。
【請求項４】
符号化された入力光信号と同期した光クロック信号を出力する光クロック再生装置において、
入力光信号を分岐する第１の光分岐回路と、
前記第１の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続された第１の進行波型光変調器と、
前記第１の進行波型光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第１の進行波型光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第１の受光器と、
前記第１の光分岐回路の他方の出力側に光学的に接続された第２の進行波型光変調器と、
前記第２の進行波型光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第２の進行波型光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第２の受光器と、
前記第１の受光器の導電型電極と前記第２の受光器の第１の受光器とは反対の極性の導電型電極に電気的に接続され、電圧変化に応じて発生する正弦波信号の周波数が変化する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力側に接続され、前記電圧制御発振器の出力である正弦波信号に同期した光クロック信号を発生する能動モード同期レーザと、
前記能動モード同期レーザに接続され、前記光クロック信号を分岐する第２の光分岐回路と、
前記第２の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続され、前記光クロック信号を電気クロック信号に変換する第３の受光器と、
前記第３の受光器と前記第１及び第２の進行波型光変調器にそれぞれ接続され、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい電気長差を相互に有して前記電気クロック信号をそれぞれ伝搬させる二つの高周波電気線路と、
前記第１及び第２の進行波型光変調器にそれぞれ電気的に接続された二つの終端抵抗を有し、
前記第２の光分岐回路の他方の出力側から前記入力光信号に同期した光クロック信号を出力することを特徴とする光クロック再生装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光クロック再生装置において、
前記第１の光分岐回路の入力側に接続された第１の光導波路と、前記第１の光分岐回路の一方の出力側と前記第１の進行波型光変調器の入力側を接続する第２の光導波路と、前記第１の進行波型光変調器の出力側と前記第１の受光器を接続する第３の光導波路と、前記第１の光分岐回路の他方の出力側と前記第２の進行波型光変調器の入力側を接続する第４の光導波路と、前記第２の進行波型光変調器の出力側と前記第２の受光器を接続する第５の光導波路を有し、
前記第１，第２，第３，第４及び第５の光導波路と、前記第１の光分岐回路と、前記第１及び第２の進行波型光変調器と、前記第１，第2及び第３の受光器と、前記二つの高周波電気線路と、前記二つの終端抵抗が同一の半導体基板上にモノリシックに形成されていることを特徴とする光クロック再生装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光クロック再生装置において、
前記第１，第２，第３，第４及び第５の光導波路と、前記第１の光分岐回路と、前記第１及び第２の進行波型光変調器と、前記第１及び第２の受光器が同一のエピタキシャル層を用いて形成されていることを特徴とする光クロック再生装置。
【請求項７】
符号化された入力光信号と同期した光クロック信号を出力する光クロック再生方法において、
入力光信号を分岐してなる第1の分岐光信号を、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号のパワーを変化させる第1の光変調器と第１の受光器により、第1の電気信号に変換し、
入力光信号を分岐してなる第２の分岐光信号を、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号のパワーを変化させる第２の光変調器と第２の受光器により、第２の電気信号に変換し、
第1の電気信号と、第2の電気信号との電流差に対応した電圧信号を求め、
前記電圧信号の電圧変化に応じて周波数が変化する正弦波信号を求め、この正弦波信号に同期した光クロック信号を発生させ、
前記光クロック信号を分岐し、分岐した一方を電気クロック信号に変換して、前記第1及び第2の光変調器に入力すると共に、分岐した他方を、前記入力光信号に同期した光クロック信号として出力し、
しかも、第1の光変調器に入力される第1の分岐光信号の入力位相と、第2の光変調器に入力される第2の分岐光信号の入力位相とを一致させ、且つ、第1の光変調器に入力する電気クロック信号に対して、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい電気長差を持たせた電気クロック信号を前記第２の光変調器に入力することを特徴とする光クロック再生方法。
【請求項８】
符号化された入力光信号と同期した光クロック信号を出力する光クロック再生方法において、
入力光信号を分岐してなる第1の分岐光信号を、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号のパワーを変化させる第1の光変調器と第１の受光器により、第1の電気信号に変換し、
入力光信号を分岐してなる第２の分岐光信号を、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号のパワーを変化させる第２の光変調器と第１の受光器により、第２の電気信号に変換し、
第1の電気信号と、第2の電気信号との電流差に対応した電圧信号を求め、
前記電圧信号の電圧変化に応じて周波数が変化する正弦波信号を求め、この正弦波信号に同期した光クロック信号を発生させ、
前記光クロック信号を分岐し、分岐した一方を電気クロック信号に変換して、前記第1及び第2の光変調器に入力すると共に、分岐した他方を、前記入力光信号に同期した光クロック信号として出力し、
しかも、第1の光変調器に入力される第1の分岐光信号の入力位相に対して、第2の光変調器に入力される第2の分岐光信号の入力位相を、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい位相差を持たせ、且つ、電気クロック信号を第1の光変調器及び第2の光変調器に対して同相状態で入力することを特徴とする光クロック再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信技術で汎用的に用いられる光クロック再生装置及び光クロック再生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信システムにおける再生中継器や光端局装置においては、送られてきた光信号と同期したクロック信号を再生する必要がある。近年の通信量の大容量化に伴い、光信号の高ビットレート化への要求はますます増大しており、より高速な光信号に対応する為に、光ゲート素子を位相比較器に用いたクロック再生装置が提案されている。
【０００３】
光ゲート素子として電界吸収型光変調器（ＥＡＭ）を用いた従来のクロック再生装置（非特許文献１  C.Boemer, C. Schubert, C. Schmidt, E. Hilliger, V. Marembert, J. Berger, S. Ferber, E. Dietrich. R. Ludwig, B. Schmauss and H. G. Weber,“160 Gbit/s clock recovery with electro-optical PLL using bidirectionally operated electroabsorption modulator as phase comparator”, Electronics Letters, vol. 39, no. 14, pp. 1071-1073, 2003)を図５に示す。
【０００４】
図５において、４１は３ｄＢ結合器、４２は光遅延器、４３ａ，４３ｂは光サーキュレータ、４４はＥＡＭ、４５ａ，４５ｂはフォトダイオード（ＰＤ）、４６は差動増幅器、４７はローパスフィルタ、４８は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、４９は四逓倍器、５０は入力光信号、５１は再生分周クロック、５２ａ，５２ｂは分岐光信号、５３は四逓倍クロック、６１ａ，６１ｂはそれぞれＰＤ４５ａ，４５ｂの電気信号、６２は位相比較信号である。
【０００５】
入力光信号５０は、３ｄＢ結合器４１により分岐光信号５２ａ，５２ｂに等しく分岐される。分岐光信号５２ａは光サーキュレータ４３ａによりＥＡＭ４４の一方の入出力ポートに導かれ、分岐光信号５２ｂは、光遅延器４２で一定時間（Δｔ）遅延された後、光サーキュレータ４３ｂにより、分岐光信号５２ａが導かれたＥＡＭ４４のポートと反対側のＥＡＭ４４の入出力ポートに導かれ、ＥＡＭ４４にて、印加された四逓倍クロック５３によりそれぞれ変調され、それぞれ入力したポートと反対側の入出力ポートから出力され、それぞれ再び光サーキュレータ４３ａ，４３ｂを通り、それぞれＰＤ４５ａ，４５ｂにて電気信号６１ａ，６１ｂに変換され、その差分が差動増幅器４６により増幅され、ローパスフィルタ４７により高周波成分を除去されて双極性の位相比較信号６２になり、ＶＣＯ４８に印加される。
【０００６】
ここで、ＶＣＯ４８では、基準周波数Ｆに対し、位相比較信号の極性と大きさに応じて周波数を増減させた正弦波を発振する。ＶＣＯ４８の出力を分岐した一方は、四逓倍器４９により四逓倍クロック５３（周波数：４Ｆ）になり、ＥＡＭ４４に印加される。ここで、入力光信号５０のビットレートが４ｎＦである場合においては、分岐光信号５２ａ，５２ｂと四逓倍クロック５３との位相差が、ＥＡＭ４４の二つの入出力ポートを透過する光パワーを決定する。それゆえ、ＰＤ４５ａ，４５ｂから出力される電気信号６１ａ，６１ｂは、分岐光信号５２ａ，５２ｂと四逓倍クロック５３との位相差に依存するので、電気信号６１ａ，６１ｂの電圧の差分を、ローパスフィルタ４７により高周波成分を除去することで位相比較信号６２として用いることができる。
【０００７】
ここで、図６を用いて、入力光信号５０と四逓倍クロック５３との位相差と、位相比較信号６２との関係を説明する。図６において、横軸は入力光信号５０と四逓倍クロック５３との相対的な位相差で、縦軸はＰＤ４５ａの電気信号である６１ａ、ＰＤ４５ｂの電気信号である６１ｂ、位相比較信号である６２のそれぞれの電圧である。電気信号６１ａの波形は電気信号６１ｂの波形に対して、光遅延器４２による遅延時間（Δｔ）の分だけ位相が遅れている。位相比較信号６２は電気信号６１ａと電気信号６１ｂの波形の差分に相当し、位相比較信号６２はロックレンジの範囲内において位相差に比例する信号、すなわち位相比較信号になっている。最も振幅が大きく、かつ位相差０において直線的な位相比較信号６２を得るためには、電気信号６１ａと電気信号６１ｂの波形が正弦波状である場合は遅延時間Δｔを入力光信号５０のビット周期の半分にすると良い。
【０００８】
このような構成とすることで、入力光信号５０（ビットレート：４ｎＦ）と四逓倍クロック５３（周波数：４Ｆ）の位相同期ループが構成され、ＶＣＯ４８の出力を分岐した他方を再生分周クロック５１（周波数：Ｆ）として外部に取り出すことができ、例えばｎが４の場合、入力光信号５０のビットレートが１６０Ｇbit/s（ビット周期：６．２５ｐｓ）、光遅延器４２による遅延時間（Δｔ）が約３ｐｓ（ビット周期の約１／２）の時、１０ＧＨｚの再生分周クロック５１を取り出すことができる。
また、このような構成により、高速な光信号に同期したクロック信号を再生することができる。
【０００９】
【非特許文献１】C.Boemer, C. Schubert, C. Schmidt, E. Hilliger, V. Marembert, J. Berger, S. Ferber, E. Dietrich. R. Ludwig, B. Schmauss and H. G. Weber,“160 Gbit/s clock recovery with electro-optical PLL using bidirectionally operated electroabsorption modulator as phase comparator”, Electronics Letters, vol. 39, no. 14, pp. 1071-1073, 2003
【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、従来例による図５のクロック再生装置においては、光サーキュレータ４３ａ，４３ｂが必要である為に、モノリシック化が困難であり、装置の小型化の面で問題があった。また、従来例における光サーキュレータ４３ａ，４３ｂを３ｄＢ結合器で置き換えるとモノリシック化が可能であるが、入力光信号５０がＰＤ４５ａあるいはＰＤ４５ｂに至るまでには置き換えた二つの３ｄＢ結合器を通過しなければならず、原理的に損失が６ｄＢ増加するために感度が悪くなるという問題があった。さらに、ＥＡＭ４４から両方向に出力された光信号が、置き換えた３ｄＢ結合器によりＰＤ４５ａ，４５ｂのみならず入力側の３ｄＢ結合器４１にも分配され、本装置の入力側に一部の光信号が戻り、この戻り光を防ぐ為には入力信号光５０が３ｄＢ結合器４１に入射する前に光アイソレータを設ける必要があり、部品点数が増加し構成が複雑になるとともに小型化に反するという欠点があった。
【００１１】
また、従来例の構成は、ＥＡＭ４４に他の光ゲート素子を適用することが可能であるが、両方向から光ゲート素子に光が進入するために、光の進行方向に依存しない光ゲート素子を用いなければならない。そのため、従来例のＥＡＭ４４の代わりに、光の進行方向に依存するが高速な進行波型ＥＡＭなどの光ゲート素子を用いることができず、さらなる高速化が困難であるという問題点があった。
【００１２】
本発明の目的は、小型で、感度が高く、より高速な光信号に対応できる光クロック再生装置及び光クロック再生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決する本発明の光クロック再生装置は、
符号化された入力光信号と同期した光クロック信号を出力する光クロック再生装置において、
入力光信号を分岐する第１の光分岐回路と、
前記第１の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続されて第1の分岐光信号が入力されると共に、電気クロック信号が印加され、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号の透過光パワーを変化させる第１の光変調器と、
前記第１の光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第１の光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第１の受光器と、
前記第１の光分岐回路の他方の出力側に光学的に接続されて第1の分岐光信号と同相の第2の分岐光信号が入力されると共に、電気クロック信号が印加され、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号の透過光パワーを変化させる第２の光変調器と、
前記第２の光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第２の光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第２の受光器と、
前記第１の受光器から出力された電気信号と、前記第2の受光器から出力された電気信号との電流差に対応した電圧信号が入力され、この電圧信号の電圧変化に応じて発生する正弦波信号の周波数が変化する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力側に接続され、前記電圧制御発振器の出力である正弦波信号に同期した光クロック信号を発生するレーザと、
前記レーザに接続され、前記光クロック信号を分岐する第２の光分岐回路と、
前記第２の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続され、前記光クロック信号を前記電気クロック信号に変換する第３の受光器とを有し、
前記電気クロック信号を前記第1の光変調器に入力する一方、第1の光変調器に入力する電気クロック信号に対して、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい電気長差を持たせた電気クロック信号を前記第２の光変調器に入力し、
前記第２の光分岐回路の他方の出力側から前記入力光信号に同期した光クロック信号を出力することを特徴とする。
【００１４】
また本発明の光クロック再生装置は、
符号化された入力光信号と同期した光クロック信号を出力する光クロック再生装置において、
入力光信号を分岐する第１の光分岐回路と、
前記第１の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続されて第1の分岐光信号が入力されると共に、電気クロック信号が印加され、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号の透過光パワーを変化させる第１の光変調器と、
前記第１の光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第１の光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第１の受光器と、
前記第１の光分岐回路の他方の出力側に光学的に接続されて第1の分岐光信号に対して、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい位相差を持たせた第2の分岐光信号が入力されると共に、電気クロック信号が印加され、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号の透過光パワーを変化させる第２の光変調器と、
前記第２の光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第２の光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第２の受光器と、
前記第１の受光器から出力された電気信号と、前記第2の受光器から出力された電気信号との電流差に対応した電圧信号が入力され、この電圧信号の電圧変化に応じて発生する正弦波信号の周波数が変化する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力側に接続され、前記電圧制御発振器の出力である正弦波信号に同期した光クロック信号を発生するレーザと、
前記レーザに接続され、前記光クロック信号を分岐する第２の光分岐回路と、
前記第２の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続され、前記光クロック信号を前記電気クロック信号に変換する第３の受光器とを有し、
前記電気クロック信号を前記第1の光変調器及び前記第2の光変調器に同相状態で入力し、
前記第２の光分岐回路の他方の出力側から前記入力光信号に同期した光クロック信号を出力することを特徴とする。
【００１５】
また本発明の光クロック再生装置は、
前記第2の光分岐回路の一方側から出力された前記光クロック信号を前記第1の光分岐回路に入力し、
前記入力光信号を前記第3の受光器に入力することを特徴とする。
【００１６】
また本発明の光クロック再生装置は、
符号化された入力光信号と同期した光クロック信号を出力する光クロック再生装置において、
入力光信号を分岐する第１の光分岐回路と、
前記第１の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続された第１の進行波型光変調器と、
前記第１の進行波型光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第１の進行波型光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第１の受光器と、
前記第１の光分岐回路の他方の出力側に光学的に接続された第２の進行波型光変調器と、
前記第２の進行波型光変調器の出力側に光学的に接続され、前記第２の進行波型光変調器を透過した光信号を電気信号に変換する第２の受光器と、
前記第１の受光器の導電型電極と前記第２の受光器の第１の受光器とは反対の極性の導電型電極に電気的に接続され、電圧変化に応じて発生する正弦波信号の周波数が変化する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力側に接続され、前記電圧制御発振器の出力である正弦波信号に同期した光クロック信号を発生する能動モード同期レーザと、
前記能動モード同期レーザに接続され、前記光クロック信号を分岐する第２の光分岐回路と、
前記第２の光分岐回路の一方の出力側に光学的に接続され、前記光クロック信号を電気クロック信号に変換する第３の受光器と、
前記第３の受光器と前記第１及び第２の進行波型光変調器にそれぞれ接続され、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい電気長差を相互に有して前記電気クロック信号をそれぞれ伝搬させる二つの高周波電気線路と、
前記第１及び第２の進行波型光変調器にそれぞれ電気的に接続された二つの終端抵抗を有し、
前記第２の光分岐回路の他方の出力側から前記入力光信号に同期した光クロック信号を出力することを特徴とする。
【００１７】
また本発明の光クロック再生装置は、
前記第１の光分岐回路の入力側に接続された第１の光導波路と、前記第１の光分岐回路の一方の出力側と前記第１の進行波型光変調器の入力側を接続する第２の光導波路と、前記第１の進行波型光変調器の出力側と前記第１の受光器を接続する第３の光導波路と、前記第１の光分岐回路の他方の出力側と前記第２の進行波型光変調器の入力側を接続する第４の光導波路と、前記第２の進行波型光変調器の出力側と前記第２の受光器を接続する第５の光導波路を有し、
前記第１，第２，第３，第４及び第５の光導波路と、前記第１の光分岐回路と、前記第１及び第２の進行波型光変調器と、前記第１，第2及び第３の受光器と、前記二つの高周波電気線路と、前記二つの終端抵抗が同一の半導体基板上にモノリシックに形成されていることを特徴とする。
【００１８】
また本発明の光クロック再生装置は、
前記第１，第２，第３，第４及び第５の光導波路と、前記第１の光分岐回路と、前記第１及び第２の進行波型光変調器と、前記第１及び第２の受光器が同一のエピタキシャル層を用いて形成されていることを特徴とする。
【００１９】
また本発明の光クロック再生方法は、
符号化された入力光信号と同期した光クロック信号を出力する光クロック再生方法において、
入力光信号を分岐してなる第1の分岐光信号を、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号のパワーを変化させる第1の光変調器と第１の受光器により、第1の電気信号に変換し、
入力光信号を分岐してなる第２の分岐光信号を、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号のパワーを変化させる第２の光変調器と第２の受光器により、第２の電気信号に変換し、
第1の電気信号と、第2の電気信号との電流差に対応した電圧信号を求め、
前記電圧信号の電圧変化に応じて周波数が変化する正弦波信号を求め、この正弦波信号に同期した光クロック信号を発生させ、
前記光クロック信号を分岐し、分岐した一方を電気クロック信号に変換して、前記第1及び第2の光変調器に入力すると共に、分岐した他方を、前記入力光信号に同期した光クロック信号として出力し、
しかも、第1の光変調器に入力される第1の分岐光信号の入力位相と、第2の光変調器に入力される第2の分岐光信号の入力位相とを一致させ、且つ、第1の光変調器に入力する電気クロック信号に対して、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい電気長差を持たせた電気クロック信号を前記第２の光変調器に入力することを特徴とする。
【００２０】
また本発明の光クロック再生方法は、
符号化された入力光信号と同期した光クロック信号を出力する光クロック再生方法において、
入力光信号を分岐してなる第1の分岐光信号を、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号のパワーを変化させる第1の光変調器と第１の受光器により、第1の電気信号に変換し、
入力光信号を分岐してなる第２の分岐光信号を、印加された電気クロック信号の電界に応じて透過する光信号のパワーを変化させる第２の光変調器と第２の受光器により、第２の電気信号に変換し、
第1の電気信号と、第2の電気信号との電流差に対応した電圧信号を求め、
前記電圧信号の電圧変化に応じて周波数が変化する正弦波信号を求め、この正弦波信号に同期した光クロック信号を発生させ、
前記光クロック信号を分岐し、分岐した一方を電気クロック信号に変換して、前記第1及び第2の光変調器に入力すると共に、分岐した他方を、前記入力光信号に同期した光クロック信号として出力し、
しかも、第1の光変調器に入力される第1の分岐光信号の入力位相に対して、第2の光変調器に入力される第2の分岐光信号の入力位相を、前記入力光信号のビット周期に相当する長さよりも小さく、ゼロよりも大きい位相差を持たせ、且つ、電気クロック信号を第1の光変調器及び第2の光変調器に対して同相状態で入力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の構成を用いることで、小型で、感度が高く、より高速な光信号に対応できる光クロック再生装置及び光クロック再生方法を実現できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、実施の形態の詳細を図面を用いて説明する。
【００２３】
図１は本発明の実施の形態である光クロック再生装置の構成を示す図であって、１９は入力光信号（ビットレート：ｎＦ bit／ｓ、但しｎは自然数）、１はＩｎＰ基板、２はＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ光導波路、３は光分岐回路で、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多モード干渉型（ＭＭＩ）結合器である。４ａ，４ｂはＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ光導波路で、同一の長さとする。２１ａ，２１ｂは分岐光信号である。５ａ，５ｂは進行波型光変調器で、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸吸収層からなる進行波型ＥＡＭである。９ａ，９ｂはＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ光導波路である。１０ａ，１０ｂは受光器（ＰＤ）で、進行波型ＥＡＭ５ａ，５ｂと同じエピタキシャル層を用いて作製するｐｉｎ型のフォトダイオード（ＰＤ）である。ここで、１０ａ，１０ｂの帯域を低く設計することで従来例にあるローパスフィルタを不要にできる。１１は電気配線で、ＰＤ１０ａのｐ型電極とＰＤ１０ｂのｎ型電極と電極パッド１２を接続する。このような接続とすることで、ＰＤ１０ａとＰＤ１０ｂの出力電流極性は互いに反対の関係となる。また１１ｂは終端抵抗であり、この終端抵抗１１ｂにより、電流信号が電圧信号に変換される。
【００２４】
１６は位相比較信号、１７は電気配線、２２は電圧制御発振器（ＶＣＯ）、２３は能動モード同期レーザ、２４は光分岐回路、１８ａ，１８ｂは光クロック信号（周波数：Ｆ  Ｈｚ）、２５ａ，２５ｂは光ファイバである。６は高速受光器で、高速性、高出力性に優れるＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ  ＵＴＣ−ＰＤ（特開平９−２７５２２４号）である。７ａ，７ｂは高周波電気線路で、高周波電気線路７ａの長さは、高周波電気線路７ｂよりも短くし、その電気長差は入力光信号１９のビット周期（Ｔ＝１／ｎＦ）の１／２の時間（Ｔ／２）に相当する長さに設定する。２０ａ，２０ｂは電気クロック信号である。８ａ，８ｂは、進行波型ＥＡＭ５ａ，５ｂ及び高周波電気線路７ａ，７ｂの特性インピーダンスと同じ抵抗値の終端抵抗である。
【００２５】
図２は、図１の光導波路２、ＭＭＩ結合器３、光導波路４ａ、進行波型ＥＡＭ５ａ、光導波路９ａ、ＰＤ１０ａの断面を示す図である。
【００２６】
図２において、ＩｎＰ基板上１にはｎ−ＩｎＰクラッド層３１、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層３２、ｉ−ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＡｎＡｌＡｓ多重量子井戸吸収層３３、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層３４、ｐ−ＩｎＰクラッド層３５及びｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層３６がエピタキシャル成長により順次積層されている。そして、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層３６上には金属電極３７が形成されている。そしてｎ−ＩｎＰクラッド層３１、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層３２、ｉ−ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＡｎＡｌＡｓ多重量子井戸吸収層３３、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層３４、ｐ−ＩｎＰクラッド層３５及びｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層３６により光導波路２，４ａ，４ｂ，９ａ，９ｂ及びＭＭＩ結合器３を、ｎ−ＩｎＰクラッド層３１、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層３２、ｉ−ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＡｎＡｌＡｓ多重量子井戸吸収層３３、ｐ−ＩｎＰクラッド層３３、ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層３４、ｐ−ＩｎＰクラッド層３５、ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層３６及び金属電極３７により進行波型ＥＡＭ５ａ，５ｂ及びＰＤ１０ａ，１０ｂをそれぞれ構成することが出来る。
【００２７】
次に、図１、図３及び図４を用いて本実施の形態の光クロック再生装置の動作について述べる。
【００２８】
図１において、ＩｎＰ基板１の側面から光導波路２に入射した入力光信号１９はＭＭＩ結合器３で分岐光信号２１ａ，２１ｂに分岐され光導波路４ａ，４ｂを導波し、それぞれ同一のタイミングで進行波型ＥＡＭ５ａ，５ｂに導かれる。一方、光クロック信号１８ａは光ファイバ２５ａを伝搬し、ＩｎＰ基板１の裏面から入射しＵＴＣ−ＰＤ６にて電気クロック信号２０ａ，２０ｂに変換され、それぞれ高周波電気線路７ａ，７ｂを伝搬した後、それぞれ進行波型ＥＡＭ５ａ，５ｂを制御し、それぞれ終端抵抗８ａ，８ｂで終端される。ここで、高周波電気線路７ａは、入力光信号１９のビット周期（Ｔ）の１／２の時間（Ｔ／２）に相当する分だけ高周波電気線路７ｂよりも短い電気長に設定しているので、電気クロック信号２０ａが進行波型ＥＡＭ５ａに入力されるタイミングは、電気クロック信号２０ｂが進行波型ＥＡＭ５ｂに入力されるタイミングと比較してＴ／２だけ早い。
【００２９】
進行波型ＥＡＭ５ａ，５ｂによってそれぞれ制御された分岐光信号２１ａ，２１ｂは、それぞれ光導波路９ａ，９ｂを導波してそれぞれＰＤ１０ａ，１０ｂにて電気信号に変換される。ここで、ＰＤ１０ａ，１０ｂの応答は遅いので、ＰＤ１０ａとＰＤ１０ｂの出力はそれぞれの平均受光パワーに比例する電流となる。ＰＤ１０ａとＰＤ１０ｂの出力は合成されて電気線路１１を通り、終端抵抗１１ｂにより電圧信号となって、電極パッド１２から位相比較信号１６として取り出される。ここで、ＰＤ１０ａとＰＤ１０ｂの出力電流極性を反対に設定しているので、位相比較信号１６はＰＤ１０ａとＰＤ１０ｂの平均受光パワーの差分に比例し、双極性の電圧となる。この位相比較信号１６は、電気配線１７を流れてＶＣＯ２２に与えられる。ここで、ＶＣＯ２２は、印加された位相比較信号１６の電圧に応じて周波数をずらした正弦波信号を発振する。能動モード同期レーザ２３は、ＶＣＯ２２の出力である正弦波信号に同期した光クロック信号を発生し、光クロック信号は光分岐回路２４で二つに分岐され、光クロック信号１８ａ，１８ｂとして出力される。光クロック信号１８ａは、再び光ファイバ２５ａを伝搬してＵＴＣ−ＰＤ６に入力することで、位相同期ループを構成する。また、光クロック信号１８ｂは、光ファイバ２５ｂを伝搬し、入力光信号１９に同期した光クロック信号として外部に取り出される。
【００３０】
図３に、入力光信号１９（ビット周期：Ｔ）と光クロック信号１８ａ（周期：ｎＴ、ｎ＝４）との位相差に相当する時間差τをＴ／４ずつ相対的に変化させた時の、進行波型ＥＡＭ５ａ，５ｂに入力される分岐光信号２１ａ，２１ｂ（ビット周期：Ｔ）の波形を点線で、電気クロック信号２０ａ，２０ｂ（周期：ｎＴ、ｎ＝４）の波形を実線でそれぞれ示す。ここで簡単のため、分岐光信号２１ａ，２１ｂは正弦曲線で、電気クロック信号２０ａ，２０ｂは時間幅の十分狭いガウス曲線とした。進行波型ＥＡＭ５ａに入力される電気クロック信号２０ａは、進行波型ＥＡＭ５ｂに入力される電気クロック信号２０ｂよりも常にＴ／２だけ進んでいる。図３（ｂ）は、進行波型ＥＡＭ５ａに入力される電気クロック信号２０ａのタイミングが分岐光信号２１ａに対してＴ／４進み、進行波型ＥＡＭ５ｂに入力される電気クロック信号２０ｂのタイミングが分岐光信号２１ｂに対してＴ／４遅れている状態を表している。この図３（ｂ）の状態を、入力光信号１９と光クロック信号１８ａの時間差τ＝０（位相差なし）と定義する。このようなτ＝０の状態は、光ファイバ２５ａの長さを調整することにより実現できる。
【００３１】
進行波型ＥＡＭ５ａ，５ｂは、電気クロック信号２０ａ，２０ｂによって印加される電界に応じて分岐光信号２１ａ，２１ｂの透過光パワーを変化させる。ここで、τ＝０の状態の分岐光信号２１ａの平均的な透過光パワーをＰｏとすると、τ＝０の状態の分岐光信号２１ｂの平均的な透過光パワーは同じくＰｏとなる。更に、図３（ａ）と（ｃ）にはτ＝−Ｔ／４の時とτ＝＋Ｔ／４の時の分岐光信号２１ａ，２１ｂ、電気クロック信号２０ａ，２０ｂ及び透過光パワーを示してある。図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、進行波型ＥＡＭ５ａの透過光パワーは、τ＝−Ｔ／４で０、τ＝０でＰｏ、τ＝＋Ｔ／４で２Ｐｏをとり、一方、進行波型ＥＡＭ５ｂの透過光パワーは、τ＝−Ｔ／４で２Ｐｏ、τ＝０でＰｏ、τ＝＋Ｔ／４で０となる。
【００３２】
図４に、上述した入力光信号１９と光クロック信号１８ａの時間差τを連続的に変化させた時の、ＰＤ１０ａ、ＰＤ１０ｂ及び位相比較信号１６の各出力電流値の変化を示す（なお位相比較信号１６は終端抵抗１１ｂにより電圧信号に変換されているが、図４では理解を容易にするため、変換前の電流値により位相比較信号１６の値を示している）。但し、出力電流極性はＰＤ１０ａでは正、ＰＤ１０ｂでは負である。透過光パワーＰｏをＰＤ１０ａ，１０ｂで受けた時の出力電流をそれぞれ＋Ｉｏ、−Ｉｏとした時の、ＰＤ１０ａ，１０ｂの出力電流をそれぞれ図４（ａ），（ｂ）に示す。位相比較信号１６は、ＰＤ１０ａとＰＤ１０ｂの出力電流の和であるので、図４（ｃ）のようになる。即ち、入力光信号１９と光クロック信号１８ａの時間差τが−Ｔ／２＜τ＜０で入力光信号１９の位相が光クロック信号１８ａの位相より遅れている時、位相比較信号１６の電流値は負になり、入力光信号１９と光クロック信号１８ａの時間差τが０＜τ＜＋Ｔ／２で入力光信号の位相が光クロック信号１８ａの位相より進んでいる時、位相比較信号１６の電流値は正になり、τ＝０で位相差無しの時、位相比較信号１６の電流値は０になる。このようにして、位相比較信号１６を得ることができる。
【００３３】
ＶＣＯ２２は、位相比較信号１６の電圧値が０の時に周波数Ｆ  Ｈｚの、正の時にＦより高い周波数の、負の時にＦより低い周波数の正弦波信号を発生する。位相比較信号１６の電圧値が０（入力光信号１９と光クロック信号１８ａの時間差τ＝０）では光クロック信号１８ａを周波数Ｆ  Ｈｚで発生している。
【００３４】
入力光信号１９の位相が遅れると、前述の通り位相比較信号１６の電圧値が負となり、ＶＣＯ２２の出力信号の周波数がＦより低くなるので、光クロック信号１８ａの周波数がＦより低くなる。このとき、光クロック信号１８ａの位相が徐々に遅れるので、分岐光信号２１ａ，２１ｂと電気クロック信号２０ａ，２０ｂのそれぞれ位相差は徐々に縮まり、位相比較信号１６の電圧値も０に近づき、ついには位相差が０となり、位相比較信号１６の電圧値も０になって、ＶＣＯ２２の出力信号の周波数もＦに戻り、光クロック信号１８ａの周波数もＦに戻る。
【００３５】
逆に、入力光信号１９の位相が進むと、前述の通り位相比較信号１６の電圧値が正となり、ＶＣＯ２２の出力信号の周波数がＦより高くなるので、光クロック信号１８ａの周波数がＦより高くなる。このとき、光クロック信号１８ａの位相が徐々に進むので、分岐光信号２１ａ，２１ｂと電気クロック信号２０ａ，２０ｂのそれぞれ位相差は徐々に縮まり、位相比較信号１６の電圧値も０に近づき、ついには位相差が０となり、位相比較信号１６の電圧値も０になって、ＶＣＯ２２の出力信号の周波数もＦに戻り、光クロック信号１８ａの周波数もＦに戻る。このようにして、入力光信号１９の位相の変化に対して光クロック信号１８ａの位相が追従することで位相同期ループが実現し、光クロック信号１８ｂは能動モード同期レーザ２３の出力を分岐したもう一方側であるから、入力光信号１９に同期した光クロック信号１８ｂを外部に取り出すことができる。
【００３６】
本実施の形態では、位相比較信号１６を得る為の部品２，３，４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ，６，７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂ，１１，１２全てにＩｎＰ基板１上にモノリシックに集積化できる部品を用いているので、光クロック再生装置を小型にすることが可能である。また、従来例にあるようなモノリシック化に伴う入力光信号の減衰量増加が無いので高感度である。また、光信号の流れが一方向であるため、入力光信号１９が入力側に戻ることは無く、また、進行波型ＥＡＭ５ａ，５ｂを用いることができる構成であるので、より高速な光信号に対しても動作することができる。
【００３７】
なお、上述した実施の形態では、光分岐回路３として進行波型ＥＡＭと同じエピタキシャル層を用いたＭＭＩ結合器を記載したが、Ｙ分岐合波器や方向性結合器などの他の公知の光分岐回路であってもよく、また、他のエピタキシャル構成の光分岐回路であっても良い。また、高速受光器６としてＵＴＣ−ＰＤを記載したが、アバランシェフォトダイオードやｐｉｎフォトダイオード等の他の公知の受光器であっても良い。
【００３８】
また、進行波型光変調器７ａ，７ｂとして進行波型ＥＡＭを記載したが、マッハ・ツェンダー型光スイッチ等の他の公知の光変調器であっても良い。また、進行波型光変調器７ａ，７ｂとしてＩｎＡＩＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ多重量子井戸吸収層からなる進行波型ＥＡＭを用いたが、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰなどの多重量子井戸吸収層を有する進行波型ＥＡＭや、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰバルク吸収層を有する半導体の進行波型ＥＡＭであっても良い。
【００３９】
また、受光器１０ａ，１０ｂとして進行波型ＥＡＭと同じエピタキシャル層を用いたｐｉｎフォトダイオードを記載したが、ＵＴＣ−ＰＤや他のエピタキシャル構成のｐｉｎ−ＰＤなどの基板１上に作製できる他の公知の受光器であってもよい。また、二つの受光器１０ａ，１０ｂの電気出力を補う為に、外部に電気増幅器を用いても良い。
【００４０】
また、受光器１０ａのｐ型電極と受光器１０ｂのｎ型電極を電気配線１１で接続する構成としたが、受光器１０ａのｎ型電極と受光器１０ｂのｐ型電極を電気配線１１で接続してもよい。この場合には、ＶＣＯ２２の前に反転増幅器を用いるか、あるいは周波数変化の印加電圧依存性が反対のＶＣＯを用いる。
【００４１】
また、二つの受光器１０ａ，１０ｂの出力電流極性を反対となるように電気接続したが、極性が同一となるように電気接続しても良い。この場合には、外部の差動増幅器によりその差分をとる方法を用いる。
【００４２】
また、光クロック信号１８ａをＵＴＣ−ＰＤ６に、入力光信号１９を光導波路２に入射する構成としたが、光クロック信号１８ａを光導波路２に、入力光信号１９をＵＴＣ−ＰＤ６に入射する構成であっても良い。
【００４３】
また、高周波電気線路７ａ，７ｂの電気長差は入力光信号１９のビット周期（Ｔ）の１／２の時間（Ｔ／２）に相当する長さとしたが、０より長くＴより短い時間に相当する長さであっても良い。
【００４４】
また、高周波電気線路７ａ，７ｂの電気長を異なる長さとし、光導波路４ａ，４ｂを同一の光路長としたが、高周波電気線路７ａ，７ｂを同一の電気長とし、光導波路４ａ，４ｂの光路長を異なる長さとしても良い。
即ち、高周波電気線路７ａ，７ｂを同一の電気長とし、進行波型ＥＡＭ５ａに入力される分岐光信号２１ａの入力位相に対して、進行波型ＥＡＭ５ｂに入力される分岐光信号２１ｂの入力位相を、入力光信号１９のビット周期（Ｔ）に相当する長さよりも小さくゼロよりも大きい位相差を持たせるように、光導波路４ａ，４ｂの光路長を異なる長さとしてもよい。
【００４５】
なお、従来技術及び実施の形態において、図面が煩雑になるのを避ける為に直流バイアス回路等の電気的な接続の記載を省略している。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態に係る光クロック再生装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光クロック再生装置における、光導波路２、ＭＭＩ結合器３、光導波路４ａ、進行波型ＥＡＭ５ａ、光導波路９ａ、ＰＤ１０ａに沿う断面を示す断面図である。
【図３】実施の形態における分岐光信号と電気クロック信号のタイミングを示す特性図である。
【図４】実施の形態における出力電流の位相関係を示す特性図である。
【図５】従来例によるクロック再生装置を示す構成図である。
【図６】従来例によるクロック再生装置における位相関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  ＩｎＰ基板
２  光導波路
３  多モード干渉型（ＭＭＩ）結合器
４ａ，４ｂ  光導波路
５ａ，５ｂ  進行波型電界吸収型光変調器（進行波型ＥＡＭ）
６  単一走行キャリアフォトダイオード（ＵＴＣ−ＰＤ）
７ａ，７ｂ  高周波電気線路
８ａ，８ｂ  終端抵抗
９ａ，９ｂ  光導波路
１０ａ，１０ｂ  フォトダイオード（ＰＤ）
１１  電気配線
１１ａ  終端抵抗
１２  電極パッド
１６  位相比較信号
１７  電気配線
１８ａ，１８ｂ  光クロック信号
１９  入力光信号
２０ａ，２０ｂ  電気クロック信号
２１ａ，２１ｂ  分岐光信号
２２  電圧制御発振器（ＶＣＯ）
２３  能動モード同期レーザ
２４  光分岐回路
２５ａ，２５ｂ  光ファイバ
３１  ｎ−ＩｎＰクラッド層
３２  ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層
３３  ｉ−ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＡｎＡｌＡｓ多重量子井戸吸収層
３４  ｉ−ＩｎＧａＡｓＰコア層
３５  ｐ−ＩｎＰクラッド層
３６  ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層
３７  金属電極
４１  ３ｄＢ結合器
４２  光遅延器
４３ａ，４３ｂ  光サーキュレータ
４４  電界吸収型光変調器（ＥＡＭ）
４５ａ，４５ｂ  フォトダイオード（ＰＤ）
４６  差動増幅器
４７  ローパスフィルタ
４８  電圧制御発振器（ＶＣＯ）
４９  四逓倍器
５０  入力光信号
５１  分周再生クロック
５２ａ，５２ｂ  分岐光信号
５３  四逓倍クロック
６１ａ  フォトダイオード４５ａの電気信号
６１ｂ  フォトダイオード４５ｂの電気信号
６２  位相比較信号
【図１】
2005159938.tif 000003
【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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