(57)【要約】【課題】波長可変連続レーザを用いずに遅延干渉計を安定化させ、多重化光信号の隣接光パルス間の位相差を安定化させる。【解決手段】(i)光パルス信号を２つの光信号に分岐する第１ビームスプリッター５と、２つの光信号間に位相差を与える位相変調器６と、２つの光信号間に所定の遅延時間を与える遅延素子１７と、２つの光信号を合成して第１及び第２出力ポート３、４に出力する第２ビームスプリッター７を備えた遅延干渉計１と、(ii)位相変調器にバイアス電圧を与える制御部１１と、(iii)第１出力ポートから出力される多重化光信号のスペクトルのｎ次のサイドバンドを取り出す光バンドパスフィルター１０を備える。制御部は、光バンドパスフィルターによって取り出された信号成分から取得した誤差信号に基いてバイアス電圧をフィードバック制御する。第２出力ポートから隣接パルス間の位相差が安定化した多重化光信号を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（i）１つの入力ポートおよび１つまたは２つの出力ポートと、前記入力ポートに入力された光パルス信号を２つの光信号に分岐する分岐手段と、前記２つの光信号のうちの一方の光信号の光路中に配置され、前記２つの信号間に位相差を与える位相変調手段と、前記位相差を与えられた２つの光信号を、所定の遅延時間を与えて合成して多重化光信号とし、前記多重化光信号を前記出力ポートに出力する合成手段と、を備えた遅延干渉計と、
（ii）前記遅延干渉計の前記位相変調手段にバイアス電圧を与える制御手段と、
（iii）前記遅延干渉計の前記出力ポートから出力される前記多重化光信号のスペクトルのｎ次のサイドバンド（ｎ＝０、±１、±２、・・・）を取り出す光バンドパスフィルターと、を備え、
前記制御手段が、さらに、前記光バンドパスフィルターによって取り出された信号成分から前記バイアス電圧に関する誤差信号を取得し、前記誤差信号に基づいて前記バイアス電圧をフィードバック制御することにより、前記遅延干渉計の他方の前記出力ポートから、隣接パルス間の位相差が安定化した前記多重化光信号を出力することを特徴とする光時分割多重化回路。
【請求項２】
前記制御手段による前記フィードバック制御は、前記遅延干渉計の前記出力ポートから前記光バンドパスフィルターによって取り出された前記ｎ次のサイドバンドのパワーが最大値または最小値となる位置において、前記誤差信号が０になるように前記バイアス電圧を制御することからなっていることを特徴とする請求項１に記載の光時分割多重化回路。
【請求項３】
前記制御手段は、
所定の角周波数の電圧を発生する電源と、
前記光バンドパスフィルターの出力信号を受けるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの出力信号から前記角周波数の信号成分を取り出して出力するロックインアンプと、
前記ロックインアンプの出力と前記電源の出力との差を取り出して前記位相変調手段に与える差動アンプ、または前記ロックインアンプの出力と前記電源の出力との和を取り出して前記位相変調手段に与える加算アンプと、を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光時分割多重化回路。
【請求項４】
前記制御手段は、前記位相変調手段に与える前記バイアス電圧にディザリングをかけるようになっていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光時分割多重化回路。
【請求項５】
前記位相変調手段は、前記遅延干渉計における前記一方の光信号の光路中に配置された液晶素子からなっていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の光時分割多重化回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光時分割多重化回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信技術は大量の情報を高速度で伝送する技術として注目されており、その中でも、光時分割多重化技術は、大容量かつ超高速伝送を実現するものとして、波長多重化技術と共に有望視されている。
【０００３】
光時分割多重化技術において使用される光時分割多重化回路の基本構造は、２つのアームに光路差を生じさせた遅延干渉計であるが、超高速通信を達成するためには、光信号に対して正確な遅延を安定して付与することによって、隣接パルス間の位相差を安定化させねばならない。しかし、光の伝播時間は環境温度等の影響によって揺らぐので、光信号に対して正確な遅延を安定的に付与することは難しかった（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
そこで、本願の発明者は、遅延干渉計に、光パルスと、これと波長が異なる波長可変連続光レーザとを合成した光信号を入力し、分岐した一方の光信号の光路長を微小変動させ、それに伴う波長可変連続レーザ光に関する遅延手段の出力の変動を測定し、この出力が最大または最小となる位置、または特定の値となる位置で、出力の変動が最小になるように遅延手段の光路差を制御することによって、隣接パルス間の位相差を安定化する方法を提案した（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、この方法は、入力光パルスとの周波数差を精密に制御した連続光レーザを使用するので、複雑かつ煩雑な作業を必要とし、かつコストが高くつくという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３５０８９０１号公報
【特許文献２】特開２００９−２１８７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の課題は、外部に波長可変連続レーザを用いずに遅延干渉計を安定化させ、それによって、隣接光パルス間の位相差を制御し、安定化させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、（i）１つの入力ポートおよび１つまたは２つの出力ポートと、前記入力ポートに入力された光パルス信号を２つの光信号に分岐する分岐手段と、前記２つの光信号のうちの一方の光信号の光路中に配置され、前記２つの光信号の間に位相差を与える位相変調手段と、前記位相差を与えられた２つの光信号を、所定の遅延時間を与えて合成して多重化光信号とし、前記多重化光信号を前記出力ポートに出力する合成手段と、を備えた遅延干渉計と、（ii）前記遅延干渉計の前記位相変調手段にバイアス電圧を与える制御手段と、（iii）前記遅延干渉計の前記出力ポートから出力される前記多重化光信号のスペクトルのｎ次のサイドバンド（ｎ＝０、±１、±２、・・・）を取り出す光バンドパスフィルターと、を備え、前記制御手段が、さらに、前記光バンドパスフィルターによって取り出された信号成分から前記バイアス電圧に関する誤差信号を取得し、前記誤差信号に基づいて前記バイアス電圧をフィードバック制御することにより、前記遅延干渉計の他方の前記出力ポートから、隣接パルス間の位相差が安定化した前記多重化光信号を出力することを特徴とする光時分割多重化回路を構成したものである。
【０００９】
本発明の好ましい実施例によれば、前記制御手段による前記フィードバック制御は、前記遅延干渉計の前記出力ポートから前記光バンドパスフィルターによって取り出された前記ｎ次のサイドバンドのパワーが最大値または最小値となる位置において、前記誤差信号が０になるように前記バイアス電圧を制御することからなっている。
本発明の別の好ましい実施例によれば、前記制御手段は、所定の角周波数の電圧を発生する電源と、前記光バンドパスフィルターの出力信号を受けるフォトダイオードと、前記フォトダイオードの出力信号から前記角周波数の信号成分を取り出して出力するロックインアンプと、前記ロックインアンプの出力と前記電源の出力との差を取り出して前記位相変調手段に与える差動アンプ、または前記ロックインアンプの出力と前記電源の出力との和を取り出して前記位相変調手段に与える加算アンプと、を有している。
【００１０】
本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記制御手段は、前記位相変調手段に与える前記バイアス電圧にディザリングをかけるようになっている。
本発明のさらに別の好ましい実施例によれば、前記位相変調手段は、前記遅延干渉計における前記一方の光信号の光路中に配置された液晶素子からなっている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光バンドパスフィルターによって、遅延干渉計の出力信号のスペクトルのｎ次のサイドバンドを取り出して位相安定化のための連続光を取得し、この連続光の干渉を利用してフィードバック制御することにより、外部の波長可変連続レーザを用いることなく、簡単かつ低コストで、多重化光信号の隣接パルス間の位相差を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の１実施例による光時分割多重化回路のブロック図である。
【図２】制御部によるフィードバック制御動作を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。図１は、本発明の１実施例による光時分割多重化回路のブロック図である。図１に示すように、本発明によれば、図示されない光源から出力された光パルス信号（中心波長λＰ）を２つの光信号に分岐し、２つの光信号に遅延時間ΔＴなる光路差を生じさせて２つの光信号の相互に遅延を与え、それらの２つの光信号を再び合成して多重化光信号を出力する遅延干渉計１が備えられる。
【００１４】
遅延干渉計１は、１つの入力ポート２と、第１および第２の出力ポート３、４と、入力ポート２に入力された光パルス信号を第１および第２の分岐光信号に分岐して、第１の分岐光信号を第１の光路ＯＰ１に出射し、第２の分岐光信号を第２の光路ＯＰ２に出射する第１のビームスプリッター５を備えている。
【００１５】
また、第１の光路ＯＰ１中には、第１の分岐光信号と第２の分岐光信号の間に位相差を与える位相変調器６が配置される。位相変調器６としては、公知の適当なものが使用可能であるが、この実施例では、液晶素子が使用される。位相変調器６は、制御部１１によってバイアス電圧を与えられる。
【００１６】
遅延干渉計１は、さらに、第２の光路ＯＰ２中に配置され、位相変調器６によって位相差を与えられた第１の分岐信号および第２の分岐光信号間に所定の遅延時間ΔＴを与える遅延素子１７と、遅延素子１７によって遅延時間ΔＴを与えられた第１および第２の分岐光信号を合成して多重化光信号とし、この多重化光信号を第１および第２の出力ポート３、４にそれぞれ出力する第２のビームスプリッター７を備えている。なお、図１中、８および９は、それぞれ、光路ＯＰ１、ＯＰ２の方向を変えるためのミラーである。
【００１７】
本発明によれば、また、遅延干渉計１の第１の出力ポート３から出力される多重化光信号のスペクトルのｎ次のサイドバンド（ｎ＝０、±１、±２、・・・）を取り出す光バンドパスフィルター（ＯＢＰＦ）１０が備えられる。ＯＢＰＦ１０によって取り出された信号成分はパワーが一定の連続光であり、この連続光が、多重化光信号の隣接パルス間の位相差の制御、安定化のために利用される。
【００１８】
ＯＢＰＦ１０によって取り出された信号成分は制御部１１に入力され、制御部１１において、入力された信号成分から、位相変調器６のバイアス電圧に関する誤差信号が取得される。そして、制御部１１は、この誤差信号に基づいてバイアス電圧をフィードバック制御し、遅延干渉計１の第２の出力ポート４から出力される多重化光信号の隣接パルス間の位相差を安定化させる。
【００１９】
この実施例では、遅延干渉計１に２つの出力ポート３、４を設け、第１の出力ポート３から出力される多重化光信号からＯＢＰＦ１０によってフィードバック制御のための信号成分を取り出し、第２の出力ポート４から隣接パルス間の位相差を安定化した多重化光信号を出力するが、その代わりに、遅延干渉計１に単一の出力ポートを設け、この出力ポートから出力される多重化光信号の一部をハーフミラー等によって取り出し、ＯＢＰＦによって濾波して、フィードバック制御のための信号成分を取り出すようにしてもよい。
【００２０】
制御部１１は、この実施例では、所定の角周波数ωｍの電圧を発生する電源１４と、ＯＢＰＦ１０によって取り出されたｎ次のサイドバンドを電気信号に変換するフォトダイオード１２と、フォトダイオード１２の出力信号から角周波数ωｍの信号成分を取り出して出力するロックインアンプ（ＬＩＡ）１３と、ＬＩＡ１３の出力と電源１４の出力との差を取り出し、アンプ１６を介して位相変調器６に与える差動アンプ１５を有している。
【００２１】
この場合、差動アンプ１５の代わりに加算アンプを使用し、ＬＩＡ１１の出力と電源１４の出力との和を取り出し、アンプ１６を介して位相変調器６に与える構成としてもよい。
なお、この実施例のように、ＬＩＡ１３によるフィードバック制御を行う場合には、制御の精度を上げるべく、電源１４から発生する電圧にディザリングをかけることが好ましい。
【００２２】
制御部１１の構成はこの実施例に限定されず、ＯＢＰＦ１０によって取り出された信号成分から位相変調器６のバイアス電圧に関する誤差信号を取得し、誤差信号に基づいてバイアス電圧をフィードバック制御することにより、遅延干渉計１の第２の出力ポート４から、隣接パルス間の位相差が安定化した多重化光信号を出力することができる構成を有しておれば、どのようなものであってもよい。
【００２３】
制御部１１によるフィードバック制御は、遅延干渉計１の第１の出力ポート３からＯＢＰＦ１０によって取り出されたｎ次のサイドバンドのパワーが最大値または最小値となる位置において、誤差信号が０になるように、位相変調器６のバイアス電圧を制御することによってなされる。
【００２４】
次に、図２を参照して、この制御部１１によるフィードバック制御動作を説明する。図２は、ＯＢＰＦ１０によって偶数次のサイドバンドを取り出した場合の、当該ＯＢＰＦ１０によって取り出された信号成分と、遅延干渉計１の第２の出力ポート４から出力される多重化光信号との干渉状態を示すグラフである。
【００２５】
図２Ａのグラフにおいて、縦軸は光のパワーの大きさを表し、横軸は光路差ΔＬ（＝ΔＴ×ｃ、ただし、ΔＴは遅延時間であり、ｃは光速度である。）を表す。また、実線で描かれた曲線は、第２の出力ポート４から出力される多重化光信号の中心波長λｐ成分のパワーＰｏ（λｐ）の変化を示し、点線で描かれた曲線は、ＯＢＰＦ１０によって取り出された偶数次のサイドバンドのパワーＰｃ（λeven）の変化を示す。
このグラフからわかるように、曲線Ｐｏ（λｐ）と曲線Ｐｃ（λeven）とは互いに反転する関係となっている。
【００２６】
図２Ａの場合には、Ｐｃ（λeven）が最小となる点Ｂにおいて、誤差信号が０になるように制御され、第２の出力ポート４から出力される多重化光信号のパルス間位相差が安定化される。すなわち、位相変調器６のバイアス電圧が角周波数ωｍが変動すると、それに伴って第１および第２の分岐光信号間の光路差が変動するが、この場合、点Ｂよりも光路差が少し長い点Ｃにおいては、光路差が減少する向きにΔＬが移動するように、点Ａにおいては、光路差が増大する向きにΔＬが移動するように制御がなされ、誤差信号が常にゼロとなるように制御される。
このとき、第２の出力ポート４から出力される多重化光信号のλｐ成分のパワーは最大となり、パルス間位相差φが０であるＲＺクロック信号が第２の出力ポート４から出力される。
【００２７】
また、図２Ａのグラフにおいて、Ｐｃ（λeven）が最大となる位置において安定化されると、パルス間位相差φがπであるＣＳ−ＲＺ光クロック信号が、遅延干渉計１の第２の出力ポート４から出力される。
【００２８】
図２Ｂのグラフは、ＯＢＰＦ１０によって奇数次のサイドバンドを取り出した場合の、
図２Ａに類似のグラフである。この場合には、曲線Ｐ０（λｐ）と曲線Ｐｃ（λodd）は同相となって互いに重なり合う。そして、Ｐｃ（λodd）が最小となる位置において安定化されると、パルス間位相差φがπであるＣＳ−ＲＺ光クロック信号が、遅延干渉計１の第２の出力ポート４から出力される一方、Ｐｃ（λodd）が最大となる位置において安定化されると、パルス間位相差φが０であるＲＺ光クロック信号が、遅延干渉計１の第２の出力ポート４から出力される。
また、２ωｍ成分の振幅を検出してフィードバック制御した場合には、パルス間位相差φがπ／２の奇数倍に安定化される。
【符号の説明】
【００２９】
１  遅延干渉計
２  入力ポート
３  第１の出力ポート
４  第２の出力ポート
５  第１のビームスプリッター
６  位相変調器
７  第２のビームスプリッター
８、９  ミラー
１０  光バンドパスフィルター（ＯＢＰＦ）
１１  制御部
１２  フォトダイオード
１３  ロックインアンプ（ＬＩＡ）
１４  電源
１５  差動アンプ
１６  アンプ
１７  遅延素子
ＯＰ１  第１の光路
ＯＰ２  第２の光路
【図１】
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【図２】
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