(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光変調器と、前記偏光変調器の後段の光方向性結合器と、可変光遅延線と、光検出器と、中心周波数f0のバンドパスフィルタと、２分周器と、増幅器をこの順序でループ状に接続して閉ループ正帰還回路を構成し、前記偏光変調器の前段に接続された光方向性結合器に単一周波数レーザー光源を接続し、前記後段の光方向性結合器から周波数f0／２の光クロック信号を発生し、周波数f0／２の電気クロック信号により前記偏光変調器を駆動するようにし、
前記偏光変調器に前記単一周波数レーザー光とビットレートＢ＝f0の２値強度変調の光データ信号とを前記前段に接続された光方向性結合器を介して同時に入力し、前記後段の光方向性結合器から出力される光信号を他の光方向性結合器を介して２分割し、この２分割したそれぞれの光信号を、光バンドパスフィルタおよび偏光ビームスプリッタを介して、前記２値強度変調の光データ信号と同一波長である時分割多重分離されたそれぞれ位相の異なる２種のビットレートＢ／２の２値強度変調の光データ信号、および前記単一周波数レーザー光と同一波長である周波数f0／２の光クロック信号として出力することを特徴とする光クロック抽出・光データ直並列変換装置。
【請求項２】
請求項１記載の光クロック抽出・光データ直並列変換装置と、第１、第２、第３および第４の光方向性結合器と、第１および第２の光位相変調素子と、光位相シフタと、光バンドパスフィルタを備え、
前記光クロック抽出・光データ直並列変換装置の出力である周波数f0／２の光クロック信号を第１の光方向性結合器により２分岐した後、前記光クロック抽出・光データ直並列変換装置の出力である直並列変換された２値強度変調の光データ信号の一方と、第２の方向性結合器により結合して、第１の光位相変調素子を介して、第３の光方向性結合器へ出力し、分岐された残りの周波数f0／２の光クロック信号と、直並列変換された光データ信号の他方を第４の方向性結合器により結合して、第２の光位相変調素子と、光位相シフタを介して、第３の光方向性結合器へ出力し、光バンドパスフィルタにより、第３の光方向性結合器の出力から、光クロック信号と同一波長の光信号を取り出すことにより、ビットレートＢの２値強度変調の光データ信号を、シンボルレートＢ／２の４値位相シフト変調光データ信号に変換することを特徴とする光変調フォーマット変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
大容量・高機能光通信ネットワークのノードにおいては、光データ信号に対する種々の処理を、電気信号に変換することなく、光信号のまま行うことが要求される。本発明は光クロック信号の抽出と分周、光データ信号の多重分離と直並列変換、変調フォーマット変換などの全光信号処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信システムは、単純な２地点間の伝送から、多数のノードを含むネットワークへと展開しつつある。ネットワークに配置された中継・交換ノードは、伝送により劣化した信号の再生、光パスの切り替え、速度やプロトコルの異なるネットワークを繋ぐゲートウェイ、信号の品質モニタリングなどの機能を担っている。現状では、これらの信号処理は電子回路を用いて行われるため、その過程で光信号から電気信号へ、さらに電気信号から光信号への変換が必要になる。ビットレートが１０−１６０Ｇｂ／ｓの超高速光信号を処理するノードでは、動作速度の限界や、光・電気・光変換に伴う消費電力の増大により、電子回路による処理が困難になり、電気信号に変換しないで光信号のまま高速処理できる新たな技術が要求される。このためには、光クロック信号の抽出や分周、光データ信号の再生、多重分離、直並列変換、変調フォーマット変換などの機能が必要である。
【０００３】
光クロック抽出は時分割多重分離、光信号再生、変調フォーマット変換などの光信号処理において、中核となる重要な技術である。ビットレートが４０−１６０Ｇｂ／ｓの超高速光信号を処理する場合には、分周された光クロック信号、すなわち、信号ビットレートの１／２Ｎ（Ｎは正の整数）の周波数を有する光クロック信号の抽出が必要である。例えば、ビットレート１６０Ｇｂ／ｓの光データ信号から、４チャンネルのビットレート４０Ｇｂ／ｓの光信号を時分割多重分離する場合には、周波数４０ＧＨｚの光クロック信号が必要である。
【０００４】
変調フォーマット変換は、２値強度変調（ＯＯＫ：Ｏｎ−Ｏｆｆ  Ｋｅｙｉｎｇ）、位相シフト変調（ＰＳＫ：Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）など、異なる変調形式の間で、光データ信号を変換する技術である。近年の光伝送システムでは、スペクトル利用効率の向上を目的として、従来のＯＯＫに代わり、光波の位相を利用するＰＳＫや、多値変調を利用する方式の導入が進んでいる。ＯＯＫなどの２値変調の光データ信号を、多値変調の光データ信号に変換する場合は、シンボルレート（デジタル符号を伝送する速度）の変更が必要になるため、分周された光クロック信号の抽出が要求される。例えば、ＯＯＫから４値位相シフト変調（ＱＰＳＫ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）への変換には、２分周の光クロック、ＯＯＫから８値位相シフト変調（８ＰＳＫ）への変換には、４分周の光クロックが必要である。
【０００５】
また、シンボルレートの変換を伴うフォーマット変換においては、変換元の光データ信号から複数のチャンネルに分離する直並列変換が必要である。例えば、ビットレートが４０Ｇｂ／ｓのＯＯＫ信号から、シンボルレートが２０Ｇｂ／ｓのＱＰＳＫ信号に変換するには、時分割多重分離により、２系統の２０Ｇｂ／ｓのＯＯＫ信号を生成する必要がある。
【０００６】
光電子発振器（Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）は、光と電気の閉ループ正帰還回路を利用した光・電気クロック信号の発生装置であり、ビットレートが１０−１６０Ｇｂ／ｓの超高速光データ信号を外部から入力することにより、分周された光クロック信号の抽出や、光データ信号の時分割多重分離に用いることができる。非特許文献１と２では、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型光強度変調器を用いて、周波数４０ＧＨｚの光電子発振器を構成し、ビットレート１６０Ｇｂ／ｓの光データ信号から、４分周された光クロック信号を抽出する実験が報告されている。
【０００７】
この実験で用いられた光電子発振器は、外部から入力されたデータ信号に含まれるクロック成分を分周する機能を有しないため、入力するビットレート１６０Ｇｂ／ｓの光データ信号に残留している周波数４０ＧＨｚの分周成分を、閉ループ正帰還回路で共振させて増幅することにより、分周光クロックの抽出を実現している。非特許文献１と２の実験では、光時分割多重により、ビットレートが１０Ｇｂ／ｓの光データ信号から１６０Ｇｂ／ｓの信号を生成するが、光学的多重回路の不完全性により、分周成分が残留するため、分周クロックの抽出が可能になっている。したがって、分周成分を全く含まない理想的な光データ信号に対して、分周クロックの抽出は不可能である。
【０００８】
特許文献１では、直列接続した２段の電界吸収型変調器と、変調器の損失を補償する半導体光増幅器を用いて、光電子発振器を構成し、ビットレート１６０Ｇｂ／ｓの光データ信号から、ビットレート１０Ｇｂ／ｓの光データ信号を光時分割多重分離する受信器が報告されている。フォトダイオードと高Ｑフィルタを用いて、ビットレート１６０Ｇｂ／ｓの光データ信号から、周波数１０ＧＨｚの分周成分を検出し、電界吸収型変調器に帰還して、ビットレート１０Ｇｂ／ｓの光データ信号を分離している。前段の電界吸収型変調器は、４逓倍した周波数４０ＧＨｚの電気クロック信号により駆動し、後段の電界吸収型変調器は、周波数１０ＧＨｚ電気クロック信号により直接駆動している。
【０００９】
【非特許文献１】Ｈｉｄｅｍｉ  Ｔｓｕｃｈｉｄａ，“４０−Ｇｂ／ｓ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｌｃｏｋ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｕｓｉｎｇ  ａｎ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ−ｌｏｃｋｅｄ  Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ”，ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．１７，ｎｏ．１，ｐｐ．２１１−２１３（２００５）．
【非特許文献２】Ｈｉｄｅｍｉ  Ｔｓｕｃｈｉｄａ，“４０−ＧＨｚ  ｓｕｂｈａｒｍｏｎｉｃ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｌｃｏｋ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｕｓｉｎｇ  ａｎ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ−ｌｏｃｋｅｄ  Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ”，ＩＥＩＣＥ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，ｖｏｌ．３，ｎｏ．１５，ｐｐ．３７３−３７８（２００６）．
【非特許文献３】Ｈｉｄｅｍｉ  Ｔｓｕｃｈｉｄａ，Ｔａｋａｓｉ  Ｓｉｍｏｙａｍａ，Ｈｉｒｏｓｈｉ  Ｉｓｈｉｋａｗａ，Ｔｅｒｕｏ  Ｍｏｚｕｍｅ，Ｍａｓａｎｏｒｉ  Ｎａｇａｓｅ，Ｊｕｎ−ｉｃｈｉ  Ｋａｓａｉ“Ｃｒｏｓｓ−ｐｈａｓｅ−ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−ｂａｓｅｄ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ｉｎｔｅｒｓｕｂｂａｎｄ  ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｉｎ  ＩｎＧａＡｓ／ＡｌＡｓ／ＡｌＡｓＳｂ  ｃｏｕｐｌｅｄ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌｓ”，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．３２，ｎｏ．７，ｐｐ．７５１−７５３（２００７）．
【特許文献１】特開２００３−１５８５０５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１の受信器においても、非特許文献１と２の場合と同様に、ビットレート１６０Ｇｂ／ｓの光データ信号に残留している分周成分を利用するため、分周成分を含まない理想的な光データ信号に対して、動作は不可能である。
また、特許文献１に報告されている受信器では、ビットレート１６０Ｇｂ／ｓの光データ信号から、１チャンネル分の１０Ｇｂ／ｓ光データ信号を分離するが、残りの１５チャンネルの光データ信号は、電界吸収型変調器において吸収されて消失するため、外部への取り出しはできない。このため、シンボルレートの変換を伴う変調フォーマット変換において必要な直並列変換を行うことは困難である。特許文献１に報告されている受信器を用いて、直並列変換を行うためには、チャンネル数に対応した複数の受信器を準備して、並列に動作させる必要がある。複数受信器の並列動作は、光データ信号の分岐による信号品質の劣化を引き起こし、装置の複雑さと消費電力が増大する。
なお、電気通信分野において、高周波、例えば４０ＧＨｚ以上で動作する分周器は信号特性上の問題から使われていなかった。
【００１１】
本発明は、光・電気分周クロック発生装置と、分周成分を含まない光信号の入力に対して動作可能な、光クロック分周装置と、光・電気分周クロック抽出装置と、光時分割多重分離装置と、光クロック抽出・光データ直並列変換装置と、光変調フォーマット変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するために下記の解決手段を採用する。
本発明は、基本的に、閉ループ正帰還回路内に分周器を配置した構成の光電子発振器を用いる。具体的には、以下のような手段を採用する。
（１）光・電気分周クロック発生装置は、光強度変調器と、光方向性結合器と、可変光遅延線と、光検出器と、バンドパスフィルタと、分周器と、増幅器と、パワーディバイダをこの順序でループ状に接続して閉ループ正帰還回路を構成し、前記光強度変調器に光源を接続し、光分周クロック信号と電気分周クロック信号を同時に発生する。
（２）（１）記載の光・電気分周クロック発生装置は、前記光源を単一周波数レーザー光源とする。
（３）（１）又は（２）記載の光・電気分周クロック発生装置は、中心周波数f０のバンドパスフィルタと、２Ｎ分周器を備え、周波数f０／２Ｎの光クロック信号と、周波数f０／２Ｎの電気クロック信号を同時に発生するようにする。
（４）光クロック分周装置は、（１）記載の光・電気分周クロック発生装置における前記光源を、光クロック信号を出力する光源とする。
（５）光・電気分周クロック抽出装置は、（３）記載の光・電気分周クロック発生装置における前記光方向性結合器に自励発振状態から注入同期状態へ移行させるためのビットレートＢ＝f０の２値強度変調の光データ信号を入力し、前記光方向性結合器から周波数f０／２Ｎの光クロック信号を出力し、周波数f０／２Ｎの電気クロック信号を同時に発生するようにする。
（６）光時分割多重分離装置は、（３）記載の光・電気クロック発生装置における前記光強度変調器に可変光遅延線を介してビットレートＢ＝f０の２値強度変調の光データ信号を入力し、前記光方向性結合器から時分割多重分離されたビットレートＢ／２Ｎの２値強度変調の光データ信号を出力し、周波数f０／２Ｎの電気クロック信号を同時に発生するようにする。
（７）光分周クロック抽出・光データ直並列変換装置は、（３）記載の光・電気分周クロック発生装置における前記光強度変調器を偏光変調器とし、前記パワーディバイダを介さずに前記増幅器と前記偏光変調器を直結し、前記偏光変調器に単一周波数レーザー光およびビットレートＢ＝f０の２値強度変調の光データ信号を同時に入力し、前記光方向性結合器から出力される光信号を他の光方向性結合器を介して２分割し、この２分割したそれぞれの光データ信号を光バンドパスフィルタおよび偏光ビームスプリッタを介して、前記２値強度変調の光データ信号と同一波長である時分割多重分離されたそれぞれ位相の異なる２種のビットレートＢ／２の２値強度変調の光データ信号、および前記単一周波数レーザー光と同一波長である周波数f０／２の光クロック信号として出力する。
（８）光変調フォーマット変換装置は、（７）記載の光分周クロック抽出・光データ直並列変換装置と、第１、第２、第３および第４の光方向性結合器と、第１、および第２の光位相変調素子と、光位相シフタと、光バンドパスフィルタを備え、前記光クロック抽出・光データ直並列変換装置の出力である周波数f０／２の光クロック信号を第１の光方向性結合器により２分岐した後、前記光クロック抽出・光データ直並列変換装置の出力である直並列変換された２値強度変調の光データ信号の一方と、第２の方向性結合器により結合して、第１の光位相変調素子を介して、第３の光方向性結合器へ出力し、分岐された残りの周波数f０／２の光クロック信号と、直並列変換された光データ信号の他方を第４の方向性結合器により結合して、第２の光位相変調素子と、光位相シフタを介して、第３の光方向性結合器へ出力し、光バンドパスフィルタにより、第３の光方向性結合器の出力から、光クロック信号と同一波長の光信号を取り出すことにより、ビットレートＢの２値強度変調の光データ信号を、シンボルレートＢ／２の４値位相シフト変調光データ信号に変換する。
【発明の効果】
【００１３】
非特許文献１と２の光クロック抽出装置と、特許文献１の光時分割多重分離型の受信器においては、入力する光データ信号のビットレートの１／４や、または１／１６に相当する周波数の分周光クロック信号を抽出する際に、前記光データ信号に残留している分周成分を、閉ループ正帰還回路で共振させて増幅する必要がある。したがって、分周成分を全く含まない光データ信号を入力した場合、動作は不可能である。
これに対して、本発明の光クロック分周装置と、光・電気クロック抽出装置と、光時分割多重分離装置と、光クロック抽出・光データ直並列変換装置においては、閉ループ正帰還回路内に分周器を配置するため、分周成分を含まない光データ信号の入力に対しても、安定に動作することが可能になる。
【００１４】
特許文献１の光時分割多重分離型受信器においては、電界吸収型変調器を用いて光データ信号を多重分離するために、分離されない残りのチャンネルの光データ信号は、前記電界吸収型変調器において、吸収されて消失する。このため、全チャンネルを分離する場合は、チャンネル数に対応した複数の受信器が必要になる。本発明の光クロック抽出・光データ直並列変換装置においては、光の偏光を回転させる偏光変調器を利用するため、入力した光データ信号が消失することなく、前記偏光変調器から出力されるため、１台の装置で２チャンネルの分離が可能になる。したがって、特許文献１の受信器に比べて、必要な装置の数は半分にできる。これにより、装置構成を簡単化できるとともに、消費電力を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施の形態を図に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明に係る光・電気分周クロック発生装置の構成図である。
図１の光・電気分周クロック発生装置は、単一周波数レーザー光源１と、光強度変調器２と、光方向性結合器３と、可変光遅延線４と、光検出器５と、バンドパスフィルタ６と、２Ｎ分周器７と、増幅器８と、パワーディバイダ９から構成される。
これらのうち、光強度変調器２と、光方向性結合器３と、可変光遅延線４と、光検出器５と、バンドパスフィルタ６と、２Ｎ分周器７と、増幅器８と、パワーディバイダ９をこの順序でループ状に接続して閉ループ正帰還回路を構成する。
この装置では、単一周波数レーザー光源１から出力される連続光を、光強度変調器２と、光方向性結合器３と、光路長を変える可変光遅延線４を通過させた後、光検出器５により電気信号に変換する。光検出器５の出力信号は、光強度変調器２で生成される変調信号の高調波成分を含み、中心周波数f０のバンドパスフィルタ６と、２Ｎ分周器７と、増幅器８と、パワーディバイダ９を通過させた後に、光強度変調器２に帰還する。
【００１７】
２Ｎ分周器７は、従来の光電子発振器が有しない入力信号の周波数を１／２Ｎに分周する機能を有し、バンドパスフィルタ６を通過した周波数f０の信号を、周波数f０／２Ｎの信号に変換する。光強度変調器２は、周波数f０／２Ｎの信号により駆動されるため、周波数f０／２Ｎの光クロック信号と、周波数f０／２Ｎの電気クロック信号を同時に発生する。光クロック信号は光方向性結合器３から、電気クロック信号はパワーディバイダ９から取り出すことができる。光強度変調器２から出力される周波数f０／２Ｎの光クロック信号は、周波数f０の高調波成分を含んでいるため、バンドパスフィルタ６と分周器７を介して、光強度変調器２に周波数f０／２Ｎの信号を帰還して、共振させることができる。
【００１８】
閉ループ正帰還回路を構成することにより、図１の光・電気分周クロック発生装置は、外部からの信号の入力なしで自励発振動作する。自励発振周波数は、バンドパスフィルタ６の中心周波数f０により決まるが、可変光遅延線４により閉ループ正帰還回路の周回時間を調整して、周波数f０／２Ｎの信号が共振するように設定する。
図１の光・電気分周クロック発生装置の閉ループ正帰還回路は、単一周波数レーザー光源１に接続されているが、必ずしもこの単一周波数レーザー光源１を必要とするものではなく、単一周波数以外の任意のレーザー光源を接続することができる。
【実施例２】
【００１９】
図２は本発明に係る光クロック分周装置の構成図である。
図２の光クロック分周装置は、光強度変調器２と、光方向性結合器３と、可変光遅延線４と、光検出器５と、中心周波数f０のバンドパスフィルタ６と、２Ｎ分周器７と、増幅器８と、パワーディバイダ９をこの順にループ状に接続した閉ループ正帰還回路により構成される。
【００２０】
この装置では、周波数f０の光クロック信号を、光強度変調器２と、光方向性結合器３と、可変光遅延線４を通過させた後、光検出器５により電気信号に変換する。光検出器５の出力信号は、中心周波数f０のバンドパスフィルタ６と、２Ｎ分周器７と、増幅器８と、パワーディバイダ９を通過させた後に、光強度変調器２に帰還する。２Ｎ分周器７は入力信号の周波数を１／２Ｎに分周する機能を有し、バンドパスフィルタ６を通過した周波数f０の信号は、周波数f０／２Ｎの信号に変換される。光強度変調器２は、周波数f０／２Ｎの信号により駆動されるため、光強度変調器２に入力された周波数f０の光クロック信号は、周波数f０／２Ｎの光クロック信号に変換され、光方向性結合器３から取り出すことができる。周波数f０／２Ｎの電気クロック信号はパワーディバイダ９から取り出すことができる。閉ループ正帰還回路の周回時間は、周波数f０／２Ｎの信号が共振するように、可変光遅延線４を調整して設定する。
【実施例３】
【００２１】
図３は外部信号の注入により同期を可能にした本発明に係る光・電気分周クロック抽出装置の構成図である。
図３の光・電気分周クロック抽出装置は、単一周波数レーザー光源１と、光強度変調器２と、光方向性結合器３と、可変光遅延線４と、光検出器５と、中心周波数f０のバンドパスフィルタ６と、２Ｎ分周器７と、増幅器８と、パワーディバイダ９から構成される。
これらのうち、光強度変調器２と、光方向性結合器３と、可変光遅延線４と、光検出器５と、中心周波数f０のバンドパスフィルタ６と、２Ｎ分周器７と、増幅器８と、パワーディバイダ９をこの順にループ状に接続して閉ループ正帰還回路を構成する。
【００２２】
この装置では、単一周波数レーザー光源１から出力された波長λＣＷの連続光を、光強度変調器２と、光方向性結合器３と、可変光遅延線４を通過させた後、光検出器５により電気信号に変換する。光検出器５の出力信号は、中心周波数f０のバンドパスフィルタ６と、２Ｎ分周器７と、増幅器８と、パワーディバイダ９を通過させた後に、光強度変調器２に帰還する。２Ｎ分周器７は入力された信号の周波数を１／２Ｎに分周する機能を有し、バンドパスフィルタ６を通過した周波数f０の信号は、周波数f０／２Ｎの信号に変換される。
【００２３】
図１に示した光・電気分周クロック発生装置と同様にして、外部から信号を入力しない状態では、光・電気分周クロック抽出装置は自励発振動作し、周波数f０／２Ｎの光クロック信号と、周波数f０／２Ｎの電気クロック信号を同時に発生する。光方向性結合器３よりビットレートＢ＝f０のＯＯＫ光データ信号を入力すると、前記ＯＯＫ光データ信号に含まれる周波数f０のクロック成分は、光検出器５とバンドパスフィルタ６により、周波数f０の電気信号に変換され、続いて２Ｎ分周器７により周波数f０／２Ｎの信号に変換されて、光強度変調器２に帰還される。前記閉ループ正帰還回路は、自励発振状態から注入同期状態に変わり、前記ＯＯＫ光データ信号に同期した、周波数f０／２Ｎの光クロック信号と、周波数f０／２Ｎの電気クロック信号を同時に抽出することができる。周波数f０／２Ｎの光クロック信号は、光方向性結合器３と、中心波長λＣＷの光バンドパスフィルタ１０を用いて、取り出すことができる。閉ループ正帰還回路の周回時間は、周波数f０／２Ｎの信号が共振するように、可変光遅延線４を調整して設定する。
【００２４】
図３の光・電気分周クロック発生装置の閉ループ正帰還回路は、単一周波数レーザー光源１に接続されているが、必ずしもこの単一周波数レーザー光源１を必要とするものではなく、単一周波数以外の任意のレーザー光源を接続することができる。
【実施例４】
【００２５】
図４は本発明に係る光時分割多重分離装置の構成図である。
図４の光時分割多重分離装置は、第１の可変光遅延線４ａと、光強度変調器２と、光方向性結合器３と、第２の可変光遅延線４ｂと、光検出器５と、中心周波数f０のバンドパスフィルタ６と、２Ｎ分周器７と、増幅器８と、パワーディバイダ９から構成される。
これらのうち、光強度変調器２と、光方向性結合器３と、第２の可変光遅延線４ｂと、光検出器５と、中心周波数f０のバンドパスフィルタ６と、２Ｎ分周器７と、増幅器８と、パワーディバイダ９をこの順にループ状に接続して閉ループ正帰還回路を構成する。
【００２６】
この装置で、ビットレートＢ＝f０のＯＯＫ光データ信号を可変光遅延線４ａに入力し、光強度変調器２と、光方向性結合器３と、第２の可変光遅延線４ｂとを通過させた後、光検出器５により電気信号に変換する。前記ＯＯＫ光データ信号に含まれる周波数f０のクロック成分は、光検出器５とバンドパスフィルタ６により、周波数f０の電気信号に変換され、続いて２Ｎ分周器７により周波数f０／２Ｎの信号に変換されて、光強度変調器２に帰還される。前記閉ループ正帰還回路は、注入同期状態になり、時分割多重分離されたビットレートＢ／２ＮのＯＯＫ光データ信号は光方向性結合器３から、周波数f０／２Ｎの電気クロック信号はパワーディバイダ９から取り出すことができる。閉ループ正帰還回路の周回時間は、周波数f０／２Ｎの信号が共振するように、可変光遅延線４ｂを調整して設定する。多重分離されるＯＯＫ光データ信号のチャンネルは、可変光遅延線４ａを調整して選択することができる。この装置では、電気信号処理では取り出せなかった高ビットレートの光データ信号を多重分離して取り出すことができるようになる。
【実施例５】
【００２７】
図５は本発明に係る光分周クロック抽出・光データ直並列変換装置の構成図である。
図５の光クロック抽出・光データ直並列変換装置１４は、単一周波数レーザー光源１と、第1の光方向性結合器３ａと、偏光変調器１１と、第２の光方向性結合器３ｂと、可変光遅延線４と、光検出器５と、中心周波数f０のバンドパスフィルタ６と、２分周器１２と、増幅器８と、光方向性結合器３ｃと、光バンドパスフィルタ１０ａおよび１０ｂと、偏光ビームスプリッタ１３ａおよび１３ｂから構成される。
これらのうち、偏光変調器１１と、第２の光方向性結合器３ｂと、可変光遅延線４と、光検出器５と、中心周波数f０のバンドパスフィルタ６と、２分周器１２と、増幅器８をこの順にループ状に接続して閉ループ正帰還回路を構成する。偏光変調器は、例えば、主軸を４５度傾けた偏波保存光ファイバを、光位相変調器の入出力端にそれぞれ接続して構成される。
【００２８】
この装置では、偏光変調器１１は、印加した電気信号の電圧に比例して、入射する光信号の偏光を回転する。光方向性結合器３ａより、ビットレートがＢ＝f０であり、波長がλＤＡＴＡのＯＯＫ光データ信号を入力し、偏光変調器１１と、第２の光方向性結合器３ｂと、可変光遅延線４とを通過させた後、光検出器５により電気信号に変換する。光検出器５の出力信号に含まれる周波数f０のクロック成分を、バンドパスフィルタ６により抽出し、２分周器１２により周波数f０／２のクロック信号に変換して、偏光変調器１１に帰還する。偏光変調器１１に印加するクロック信号の電圧は、偏光の回転が９０度になるように設定する。
【００２９】
前記ＯＯＫ光データ信号の入力により、閉ループ正帰還回路は注入同期状態になり、偏光変調器１１は周波数f０／２のクロック信号で駆動される。
単一周波数レーザー光源１から出力される波長λＣＷの連続光を、光方向性結合器３ａを介して、偏光変調器１１に入力する。偏光変調器１１は、周波数f０／２の電気クロック信号により駆動されるため、波長λＣＷの連続光は、偏光変調器１１を通過した後に、周波数f０／２で、偏光が水平と垂直との間を回転する連続光になる。同様にして、前記ＯＯＫ光データ信号は、偏光変調器１１を通過した後に、周波数f０／２で偏光が変調されたＯＯＫ光データ信号、すなわち、１ビットごとに偏光が水平と垂直の間で回転するＯＯＫ光データ信号になる。
【００３０】
偏光変調器１１を通過した波長λＣＷの連続光と、波長λＤＡＴＡのＯＯＫ変調光データ信号を、光方向性結合器３ｂにより２分岐し、さらに光方向性結合器３ｃにより２分岐する。
２分岐した光路のうち左側に向かう光路に、中心波長λＣＷの光バンドパスフィルタ１０ａを接続し、波長λＣＷの光信号のみを抽出する。同様にして、２分した光路のうち右側に向かう光路に、中心波長λＤＡＴＡの光バンドパスフィルタ１０ｂを接続し、波長λＤＡＴＡの光信号のみを抽出する。
光バンドパスフィルタ１０ａから出力される波長λＣＷの光信号を偏光ビームスプリッタ１３ａに入力し、水平、または垂直の偏光成分のみを透過させることにより、周波数f０／２の光クロック信号を取り出すことができる。同様にして、光バンドパスフィルタ１０ｂから出力される波長λＤＡＴＡの光信号を偏光ビームスプリッタ１３ｂに入力して、水平と垂直の偏光成分を分離することにより、２系統に分離されたビットレートがＢ／２のＯＯＫ光データ信号を取り出すことができる。図５の光クロック抽出・光データ直並列変換装置１４を、ツリー状にＮ段接続すれば、ビットレートＢのＯＯＫ光データ信号を、２Ｎ系統に分離されたビットレートがＢ／２ＮのＯＯＫ光データ信号に変換できる。但し、Ｎは正の整数とする。
【実施例６】
【００３１】
図６は本発明に係る光変調フォーマット変換装置の構成図である。
図６の光変調フォーマット変換装置は、図５に示した光分周クロック抽出・光データ直並列変換装置１４と、光方向性結合器３と、光位相変調素子１５と、光位相シフタ１６と、中心波長λＣＷの光バンドパスフィルタ１０から構成される。
波長がλＤＡＴＡであり、ビットレートＢ＝f０のＯＯＫ光データ信号を、光クロック抽出・光データ直並列変換装置１４に入力することにより、波長λＣＷ、周波数f０／２の光クロック信号と、２系統に分離されたビットレートＢ／２のＯＯＫ光データ信号が出力される。
周波数f０／２の光クロック信号は、第１の光方向性結合器３ａにより２分岐し、第２の光方向性結合器３ｂを介して第１の光位相変調素子１５ａと、第３の光方向性結合器３ｃを介して第２の光位相変調素子１５ｂに、それぞれ入力する。
【００３２】
前記２系統のＯＯＫ光データ信号のうち、一方は（図６上の経路）第２の光方向性結合器３ｂを介して第１の光位相変調素子１５ａに、他方は（図６下の経路）第３の光方向性結合器３ｃを介して第２の光位相変調素子１５ｂに入力する。
光位相変調素子１５は、入力されたＯＯＫ光データ信号の強度に比例して、光クロック信号の位相を変調する機能を有するため、光位相変調素子１５を通過した光クロック信号は、ビットレートがＢ／２の２値位相シフト変調（ＢＰＳＫ：Ｂｉｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）光データ信号に変換される。
【００３３】
第２の光位相変調素子１５ｂから出力されるＢＰＳＫ光データ信号は、光位相シフタ１６によりπ／２の位相シフトを与えた後、第４の光方向性結合器３ｄにより、第１の光位相変調素子１５ａから出力されたＢＰＳＫ光データ信号と結合し、光バンドパスフィルタ１０により、波長λＤＡＴＡの光信号を除去して出力する。
第４の光方向性結合器３ｄにより結合される２つのＢＰＳＫ光データ信号は、位相がπ／２だけずれているため、光バンドパスフィルタ１０から出力される光信号は、シンボルレートＢ／２のＱＰＳＫ光データ信号になる。光位相変調素子１５として、例えば、半導体光増幅器や、非特許文献３記載の半導体量子井戸のサブバンド間遷移を利用する光位相変調素子を用いることができる。
以上のように、図６に示した光変調フォーマット変換装置により、ビットレートＢのＯＯＫデータ信号を、シンボルレートＢ／２のＱＰＳＫ光データ信号に変換できる。
【００３４】
以下では、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型光強度変調器を用いて行った実験を報告する。
図７は、光クロック分周の実験装置の構成図である。この図７は図２のモデルを用いている。
図７の実験装置では、光クロックの発生光源として、能動モード同期半導体レーザー１７を用いる。能動モード同期半導体レーザー１７は、シンセサイザ１８により駆動し、繰り返し周波数f０＝３９．８１３１２ＧＨｚ、パルス幅３．２ｐｓ、中心波長１５５３ｎｍの光クロック信号を安定に発生する。
能動モード同期半導体レーザー１７から出力される光クロック信号を、光強度変調器２と、光方向性結合器３と、可変光遅延線４とを順次通過させた後、光検出器５により電気信号に変換する。
【００３５】
光変調器１２は、ニオブ酸リチウムのＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型光強度変調器であり、変調帯域は３５ＧＨｚである。
光検出器５の出力信号を、バンドパスフィルタ６と、２分周器１２と、増幅器８を順次通過させた後、光強度変調器２に帰還する。
バンドパスフィルタ６の中心周波数はf０＝３９．８１３ＧＨｚ、３ｄＢ通過帯域幅は４ＭＨｚであり、光検出器５の出力信号のうち、周波数３９．８１３１２ＧＨｚの成分のみを通過する。２分周器１２は、デジタル論理回路によるプリスケーラであり、入力信号を２分周した電気クロック信号を出力する。光強度変調器２は、周波数１９．９０６５６ＧＨｚの電気クロック信号により駆動されるため、光強度変調器２に入射した周波数３９．８１３１２ＧＨｚの光クロック信号は、周波数１９．９０６５６ＧＨｚの光クロック信号に変換され、光方向性結合器３を介して取り出すことができる。周波数１９．９０６５６ＧＨｚの電気クロック信号は、光強度変調器２の外部終端用端子から取り出すことができる。閉ループ正帰還回路の遅延時間を可変光遅延線４により調整して、周波数１９．９０６５６ＧＨｚのクロック信号が共振するように設定する。
【００３６】
図８は図７の光クロック分周の実験装置における光クロック信号の光サンプリング波形を示す図である。図８の横軸はＴｉｍｅ（時間）（ｐｓ：ピコ秒）、縦軸はＡｍｐｌｉｔｕｄｅ（振幅）（１０ｍＷ（ミリワット）／ｄｉｖ（目盛り））を表す。
図８（ａ）は、光強度変調器２に入力した周波数３９．８１３１２ＧＨｚの光クロック信号、図８（ｂ）は、光方向性結合器３から取り出された周波数１９．９０６５６ＧＨｚの光クロック信号の光サンプリング波形を示す図である。図８（ｂ）に示した光クロック信号の周期は、図８（ａ）に示した光クロック信号の２倍であり、入力した光クロック信号が正確に２分周されたことを示している。図８（ｃ）は、可変光遅延線４を調整して、閉ループ正帰還回路を非共振状態にした場合の、光方向性結合器３から取り出された光クロック信号の光サンプリング波形を表す図である。入力した光クロック信号は２分周されず、波形に乱れを生じている。図８（ｂ）と図８（ｃ）の波形の違いは、閉ループ正帰還回路の有効性を示している。
【００３７】
図９は図７の光クロック分周の実験装置における電気クロック信号のスペクトラムを示す図であり、具体的には、光強度変調器２の外部終端用端子から取り出した、周波数１９．９０６５６ＧＨｚの電気クロック信号のスペクトラムを示す図である。図９の横軸はＦｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｏｆｆｓｅｔ（オフセット周波数）（ＭＨｚ）、縦軸はＲＦ  Ｐｏｗｅｒ（高周波電力）（ｄＢｍ（デシベル・ミリワット）を表す。
横軸は中心周波数（ｆｃ）１９．９０６５６ＧＨｚからの周波数オフセットを表し、分解能帯域幅（ＲＢＷ）は３０ｋＨｚである。図９（ａ）と（ｂ）のスペクトラムは、閉ループ正帰還回路が、それぞれ共振と非共振の状態に対応している。共振状態では高純度の電気クロック信号を発生するが、非共振状態ではスペクトラムに広がりを生じる。
【００３８】
図９の（ａ）特性は図８の（ｂ）特性の場合の図７の実験例に対応し、図９の（ｂ）特性は図８の（ｃ）特性の場合の図７の実験例に対応している。図９の（ａ）特性は、横軸のオフセット周波数が０（ゼロ）ＭＨｚのときに、ＲＦ  Ｐｏｗｅｒが急峻なピークを示す特性を有する。なお、±１０ＭＨｚの線スペクトル成分はノイズである。
図１０は、図７の実験装置における光クロック信号のスペクトラムを表す図である。
図１０の横軸は、Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｏｆｆｓｅｔ（オフセット波長）（ｎｍ）で、中心波長（λｃ）１５５２．２０ｎｍからの波長オフセットを表し、分解能帯域幅（ＲＢＷ）は１０ｐｍ（ピコメートル）である。縦軸はＩｎｔｅｎｓｉｔｙ（強度）（１０ｄＢｍ／ｄｉｖ）を表す。
【００３９】
図１０（ａ）と（ｂ）のスペクトラムは、それぞれ、入力した周波数３９．８１３１２ＧＨｚの光クロック信号、光方向性結合器３から取り出された周波数１９．９０６５６ＧＨｚの光クロック信号に対応する。スペクトルは多数の縦モードにより構成され、隣り合う縦モードの間隔が、光クロックの周波数に対応する。図１０（ｂ）に示したスペクトルにおける縦モード間隔は、図１０（ａ）に示したスペクトルの１／２になっており、光クロック信号が分周されたことを表している。
入力した周波数３９．８１３１２ＧＨｚの光クロック信号に、周波数１９．９０６５６ＧＨｚのクロック成分は全く含まれていない。以上の実験結果より、本発明のクロック分周装置を用いることにより、分周成分を含まない信号から、分周クロック信号を発生できることが示された。
（  実験２  ）
【００４０】
図１１は、光分周クロック抽出・光データ直並列変換の実験装置の構成図である。
この実験装置は、ビットレート３９．８１３１２Ｇｂ／ｓの光データ信号から、繰り返し周波数１９．９０６５６ＧＨｚの光クロック信号と、直並列変換されたビットレート１９．９０６５６Ｇｂ／ｓの光データ信号を生成する実験を行う。
ビットレート３９．８１３１２Ｇｂ／ｓの光データ信号の発生光源として、繰り返し周波数９．９５３２８ＧＨｚの能動モード同期光ファイバレーザー２０を用いる。
能動モード同期光ファイバレーザー２０と、符号発生器２１は、シンセサイザ１８により駆動する。
能動モード同期光ファイバレーザー２０から出力される中心波長１５４８ｎｍ、パルス幅９．０ｐｓの光クロック信号は、光強度変調器２ａにより擬似ランダム変調し、ＯＯＫ光データ信号を生成する。
【００４１】
光強度変調器２ａから出力されるＯＯＫ光データ信号を、光時分割多重器２２により４多重し、ビットレート３９．８１３１２Ｇｂ／ｓの光データ信号に変換する。光クロック発生用の単一周波数レーザー光源として、外部共振器型半導体レーザー１９を用いる。
ビットレート３９．８１３１２Ｇｂ／ｓの光データ信号と、外部共振器型半導体レーザー１９から出力される波長１５５６．０ｎｍの連続光を、光方向性結合器３ａを介して、光強度変調器２ｂに入力する。
光強度変調器２ｂを透過した光信号は、光方向性結合器３ｂと、可変光遅延線４とを順次通過させた後、光検出器５により電気信号に変換する。
【００４２】
光検出器５の出力信号を、バンドパスフィルタ６と、２分周器１２と、増幅器８を順次通過させた後、光強度変調器２ｂに帰還する。
光強度変調器２ｂと、バンドパスフィルタ６と、分周器７は、図７に示した光クロック分周の実験で用いたものと同一である。
光方向性結合器３ｂにより分岐した光信号を、波長可変光バンドパスフィルタに入力し、分周されたビットレート１９．９０６５６Ｇｂ／ｓの光データ信号、または周波数１９．９０６５６ＧＨｚの光クロック信号のいずれかを選択して取り出すことができる。
【００４３】
図１２は図１１の実験装置における光データ信号、および光クロック信号の光サンプリング波形を示す図である。
図１２の横軸はＴｉｍｅ（時間）（ｐｓ：ピコ秒）、縦軸はＡｍｐｌｉｔｕｄｅ（振幅）（１０ｍＷ（ミリワット）／ｄｉｖ（目盛り））を表す。
図１２（ａ）は、光強度変調器２ｂに入力した周波数３９．８１３１２ＧＨｚの光データ信号、図１２（ｂ）は、光方向性結合器３ｂから取り出したビットレート１９．９０６５６Ｇｂ／ｓの光データ信号、図１２（ｃ）は、光方向性結合器３ｂから取り出した周波数１９．９０６５６ＧＨｚの光クロック信号の光サンプリング波形を示す図である。
【００４４】
図１２（ｂ）に示した光データ信号と、図１２（ｃ）に示したクロック信号の周期は、図１２（ａ）に示した光データ信号の２倍になっており、光クロック信号の２分周と、直並列変換が同時に行われていることを示している。
図１３は図１１の実験装置における電気クロック信号のスペクトラムを示す図である。
図１３の横軸はＦｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｏｆｆｓｅｔ（オフセット周波数）（ＭＨｚ）、縦軸はＲＦ  Ｐｏｗｅｒ（高周波電力）（ｄＢｍ（デシベル・ミリワット）を表す。
【００４５】
図１３（ａ）は、光強度変調器２ｂの外部終端用端子から取り出した、周波数１９．９０６５６ＧＨｚの電気クロック信号のスペクトラムを示す図である。横軸は中心周波数１９．９０６５６ＧＨｚからの周波数オフセットを表し、分解能帯域幅は３０ｋＨｚである。高純度の電気クロック信号が発生していることがわかる。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の状態から光データ信号の入力を遮断して、自励発振動作させた場合の電気クロック信号のスペクトラムを示す図である。クロック成分を含む光データ信号を入力しない場合でも、連続光の入力のみで自励発振できることを示している。スペクトラムの広がりを生じ、電気クロック信号の純度が低下していることを示している。
【００４６】
この実験では、ビットレート３９．８１３１２Ｇｂ／ｓの光データ信号から、ビットレート１９．９０６５６Ｇｂ／ｓの光データ信号を取り出しているが、残りの光信号は、光強度変調器２ｂの内部で吸収されるため、２チャンネルの直並列変換信号を同時に取り出すことはできない。図５に示した偏光変調器５を用いることにより、２チャンネルの直並列変換信号を同時に取り出すことができる。
以上の実験結果より、本発明の光クロック抽出・光データ直並列変換装置を用いることにより、２分周された光クロック信号の抽出と、光データ信号の直並列変換が、同時に実現できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の光・電気分周クロック発生装置と、光クロック分周装置と、光・電気分周クロック抽出装置と、光分周クロック抽出・光データ直並列変換装置と、光変調フォーマット変換装置により、従来の技術では困難であった、分周成分の有無に依存しない、光クロック分周と、光・電気分周クロック抽出と、光データ信号の直並列変換と、ＯＯＫ／ＱＰＳＫ変換などの変調フォーマット変換が可能になる。
これにより、様々なビットレートや変調形式の光信号が混在する光通信ネットワークにおいて、光データ信号の変換、信号再生、波長変換、スイッチングなどの種々の処理を、電気信号に変換することなく、光信号のまま行うことが可能になり、光通信ネットワークの性能向上と、消費電力の低減に寄与する。
以上の説明から明らかなように、様々なビットレートや変調形式の光信号が混在する光通信ネットワークの技術分野において本発明を適用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る光・電気分周クロック発生装置の構成図である。
【図２】本発明に係る光クロック分周装置の構成図である。
【図３】本発明に係る光・電気分周クロック抽出装置の構成図である。
【図４】本発明に係る光時分割多重分離装置の構成図である。
【図５】本発明に係る光分周クロック抽出・光データ直並列変換装置の構成図である。
【図６】本発明に係る光変調フォーマット変換装置の構成図である。
【図７】光クロック分周の実験装置の構成図である。
【図８】図７の光クロック分周の実験装置における光クロック信号の光サンプリング波形を示す図である。
【図９】図７の光クロック分周の実験装置における電気クロック信号のスペクトラムを示す図である。
【図１０】図７の実験装置で求めた光クロック信号のスペクトラムを示す図である。
【図１１】光分周クロック抽出・光データ直並列変換の実験装置を示す図である。
【図１２】図１１の実験装置における光データ信号、および光クロック信号の光サンプリング波形を示す図である。
【図１３】図１１の実験装置における電気クロック信号のスペクトラムを示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    単一周波数レーザー光源
２    光強度変調器
３    光方向性結合器
４    可変光遅延線
５    光検出器
６    バンドパスフィルタ
７    ２Ｎ分周器
８    増幅器
９    パワーディバイダ
１０    光バンドパスフィルタ
１１    偏光変調器
１２    ２分周器
１３    偏光ビームスプリッタ
１４    光クロック抽出・光データ直並列変換装置
１５    光位相変調素子
１６    光位相シフタ
１７    能動モード同期半導体レーザー
１８    シンセサイザ
１９    外部共振器型半導体レーザー
２０    能動モード同期光ファイバレーザー
２１    符号発生器
２２    光時分割多重器
２３    波長可変光バンドパスフィルタ
【図１】
0005004092.tif 000002
【図２】
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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】
0005004092.tif 000008
【図１２】
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【図１３】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0005004092.tif 000013
【図６】
0005004092.tif 000014