JP3280185B2 - 時分割多重光信号の多重分離方法及びその装置 - Google Patents
時分割多重光信号の多重分離方法及びその装置Info
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Description
速の光通信を実現する際の多重分離の方法及びその装置
に関するものである。
it/sを越える信号処理は現状では困難なため、これより
高速な光伝送を実現するためには光学的な時分割多重も
しくは波長多重伝送技術が用いられている。波長多重伝
送の場合には、パルス光源を使用波長分だけ用意する必
要がある点と、光増幅器を用いて多波長成分を一括に増
幅中継する際に光増幅器の利得の波長依存性を小さくす
ることが困難であるという欠点がある。
個のFbit/sの信号をタイミングをずらしながら光学的
合波回路で合波することにより容易に行うことができ、
これによりn×Fbit/sの信号が得られるため、光増幅
器の利得や伝送用光ファイバの波長分散特性の波長依存
性に配慮する必要がない。
変調器や電界吸収型半導体変調器を高速の光スイッチと
して用いる方法(R.S.Tucker et al.,"16 Gbit/s optic
al time-division multiplexed transmission system e
xperiment",Proceedings ofOptical Fiber Communicati
on,ThB2(1988))や、光ファイバや半導体中の誘導四光
子混合を用いて、分離したいチャンネルの信号を信号光
とは別の波長に選択的に変換して分離する方法(P.A.An
drekson et al.,"16 Gbit/s all-optical demultiplexi
ng using four-wave mixing",Electronics Letters,vo
l.27,p.922(1991))、非線形ループミラー(NOLM: Nonli
near Optical Loop Mirror)や非線形増幅ループミラー
(NALM: Nonlinear Amplifiing Loop Mirror)を高速の光
スイッチとして用いる方法(K.J.Blow,N.J.Doran,and
B.P.Nelson,"Demonstration of thenonlinear fiber lo
op mirror as an ultrafast all-optical demultiplexe
r",Electronics Letters,vol.26,p.962(1990))などが
提案されている。いずれの方法もスイッチングのため
に、多重化前の信号の繰り返し周波数に相当する周波数
Fのクロック信号が必要である。
図であって、1は光増幅器、2は伝送用光ファイバ、3
は光分岐回路、4は高速受光器、5はクロック抽出回
路、6は1対n光分岐回路、7はクロック分配回路、8
は移相器、SW1,SW2…SWnは多重分離用高速スイ
ッチ、9は受光器、10は識別回路である。これを動作
させるには、まず光増幅器1と伝送用光ファイバ2を用
いて伝搬させてきた多重化光信号を光増幅器1で増幅し
光分岐回路3に入力する。光分岐回路3で、多重化信号
の一部を分岐して高速受光器4で受光し、クロック抽出
回路5に入力する。クロック抽出回路5では、n多重さ
れたFbit/sのデータ信号から多重分離用のFHzの周波
数成分を抽出する。このクロック成分をクロック分配回
路7で各多重分離用高速光スイッチSWに供給し多重分
離を行なう。
分岐回路6でn個の多重分離用高速光スイッチSW1〜
SWnに分配する。多重分離を行なう際のスイッチング
のタイミングは、各光スイッチのゲートの開くタイミン
グが各チャンネル成分の信号の位置に対応するようにク
ロック分配回路7に接続した移相器8で調整する。各チ
ャンネル毎の信号に分離されたデータ信号は受光器9で
受光し識別回路10で多重化前のデータ信号に変換す
る。
パルスの振幅が等しくなるように多重化する方法では、
図12(a)に示す様に多重化後の信号スペクトルの中
には、周波数Fの周波数成分が輝線スペクトルとしては
含まれず、周波数Fのクロック成分を効率良く抽出する
ことは困難であった。データ長27−1の疑似ランダム
信号で変調したパルス信号を4多重し、その中の1チャ
ンネルの信号をk倍の振幅になるように設定した場合の
多重化信号スペクトルに含まれる周波数Fのクロック成
分の大きさを示したのが図12(b),図13(a)お
よび(b)である。これらの図に示すようにパルス振幅
の変化が5%以内の場合には多重化信号に含まれるクロ
ック成分のスペクトル強度が小さく、効率良く分離する
ためには狭帯域の周波数フィルタや高利得の増幅器が必
要であった。
ひとつを図14に示す(S.Kawanisi,T.Morioka, O.Kama
tani, H.Takara, and M.Saruwatari,"Time-division-mu
ltiplexed 100 Gbit/s,200 km optical transmission e
xperiment using PLL timingextraction and all-optic
al demultiplexing based on polarization insensitiv
e four-wave mixing", Proceedings of Optical Fiber
Communication,PD23(1994))。この図で、20は光合波
器、21は半導体レーザ増幅器、22はバンドパスフィ
ルタ、23は受光器、24は位相比較器、25は低周波
発振器、26は逓倍器、27は電圧制御発振器、28は
ミキサー、29は光クロックパルス発生器である。
波数Fの正弦波と、低周波発振器25からの周波数△f
の信号をミキサー28で混合し、周波数F+△fの信号
を用意する。この信号から光クロックパルス発生器29
で周波数F+△fの光パルスを発生し、このパルスと多
重化信号パルスを光合波器20を用いて合波する。この
信号を、半導体レーザ増幅器21に結合し、増幅器内の
誘導4光子混合を用いて多重化信号と光クロックパルス
との相関信号を発生させる。この相関信号成分をバンド
パスフィルタ22で分離し受光器23で電気信号に変換
する。この信号にはn△fの周波数成分が含まれている
ため、この信号と、低周波発振器25の出力を逓倍器2
6でn逓倍した信号との位相を位相比較器24で比較
し、その誤差信号を電圧制御発振器27にフィードバッ
クすることによりnFbit/sの多重化信号と位相の同期
のとれたFHzのクロック信号を得ることができる。
常に複雑になることと、クロック発生回路の他に多重分
離用の回路がもう一つ必要であるという欠点があった。
生型多重分離技術により、受光部における多重分離用の
クロック信号の抽出および多重分離を同時に実現し、経
済的な超高速光伝送システムを提供することにある。
時分割多重化されて伝送された光信号を光スイッチを用
いて多重化前の伝送速度Fに多重分離する方法におい
て、光スイッチとして光強度変調器を用い、前記光強度
変調器の光出力の一部を分岐回路により分岐し、分岐さ
れた前記光出力を電気信号に変換し、前記電気信号から
周波数Fの成分を分離してクロック信号を発生させ、前
記クロック信号が経路を伝播する時間を移相器により調
整し、前記クロック信号から前記光強度変調器を駆動す
る電気パルスを発生させ、前記光強度変調器への入力信
号を前記電気パルスによってスイッチングし、該光強度
変調器を多重化前の伝送速度に相当する繰り返しで発振
する光パルス自励発振器となるように構成し、該光パル
ス自励発振器に該多重化信号を入射せしめ、該多重化信
号に含まれる多重化前の伝送速度の成分により注入同期
を起こさせることにより該光パルス自励発振器の周波数
および前記電気パルスの繰り返し周波数を時分割多重前
のクロック信号に一致させ、前記光スイッチを用いて多
重化信号から多重化前の1チャンネルの信号を分離する
ことを特徴とする。
載の方法で動作する多重分離装置であって、前記光強度
変調器の光出力の一部を分岐する光分岐回路と高速受光
器とクロック抽出回路と増幅器と電気パルス変換器とで
構成され前記電気パルスを発生する電気パルス発生器を
備えることを特徴とする。
うために必要なクロック信号の抽出が従来方法に比べて
容易となり、かつクロック信号と多重化光信号とのタイ
ミング調整は自動的に行なわれる。また、クロック信号
の抽出と同時に多重分離が実現できる利点もある。さら
に、多重化信号の振幅が全て等しく直接多重化信号から
多重分離用のクロック信号成分が抽出できない場合に
も、動作可能である。また、請求項2記載の発明によれ
ば、請求項1と同様な効果を有する多重分離装置を実現
できる。
う)の動作を示す図であって、1は光増幅器、8は移相
器、30は半導体レーザ駆動回路、31はDFBレー
ザ、32は狭帯域光フィルタ、33はパルス圧縮用ファ
イバ、34は偏波コントローラ、35は光合波器、36
は3dBカップラ、37は単一モードファイバ、38は
光バンドパスフィルタ、39はクロック信号発生器であ
る。NOLMは、3dB光カップラ36と単一モードフ
ァイバ37から構成され、光合波器35を通じて入力さ
れる制御光パルスに応じてNOLMへの入力信号をスイ
ッチングする。半導体レーザ駆動回路30、DFBレー
ザ31、狭帯域光フィルタ32、パルス圧縮用ファイバ
33、光増幅器1からなる部分は、クロック信号発生器
39から半導体レーザ駆動回路30へ供給されるクロッ
ク信号に応じてNOLMの制御光パルスを発生するパル
ス発生器として動作する。以下で詳しい動作について説
明する。
ら入力された信号が3dBカップラ36で光ファイバル
ープを時計回りと反時計回りに分かれてループを伝搬
し、ループを一周した後再び3dBカップラ36で合波
して出力される構成になっている。この際、図に示すよ
うにループに設けた光合波器35を通じて制御光パルス
を入力すると、この制御光パルスと同一のタイミングで
かつ同方向(反時計方向)に進む信号光は制御光の光カ
ー効果により非線形な位相変化をうけるが時計回りに進
む信号光はその影響を受けない。その結果、3dBカッ
プラ36の出力側ポートには制御光パルスによってスイ
ッチングされた信号光が出力される。
光成分は、時計回り、反時計回り成分ともループを伝搬
することによって受ける位相変化量が等しいため、NO
LMの出力端子側には出力されず入力端子側に反射され
る。従って、制御光パルスの繰り返し周波数を多重化前
の伝送速度Fに設定することにより、NOLMを用いて
多重化信号から多重化前の1チャンネルの信号を分離す
ることができる。NOLMを用いた光スイッチは、時計
回り、反時計回り成分の位相差がπのとき最大のスイッ
チング効率が得られ、この条件は光合波器35の挿入損
失がないと仮定すると制御光パルスのピーク光パワー
P、ループの長さLを用いて、 P=λA/(2n2L) で与えられる。ここでn2は非線形屈折率、Aは有効断
面積、λは波長である。
信号光の波長λsと制御光の波長λcを異なる波長に設定
しておき光バンドパスフィルタ38で信号光成分を分離
して出力を得ている。制御光パルスは、波長λcのDF
Bレーザ31をクロック信号発生器39から得られる周
波数Fの正弦波で利得スイッチ駆動して繰り返し周波数
Fのパルスを発生させ、狭帯域光フィルタ32でトラン
スフォームリッミトなパルス(パルスのパルス幅とスペ
クトル幅がフーリエ変換の関係で与えられる)に変換
し、それをさらにパルス圧縮用ファイバ33でパルス圧
縮し、エルビウムファイバ増幅器1でNOLMのスイッ
チングが起こる強度まで増幅する。NOLMを用いたス
イッチングの消光比は信号光と制御光の偏波が一致した
とき最大になるので、偏波コントローラ34を用いて制
御光の偏波状態を調整する。尚、多重化信号と制御光パ
ルスの位相はクロック信号発生器39に接続した移相器
8で調整し、所望のチャンネルの信号の多重分離を行
う。
って、即ちNOLMの出力端子とクロック信号入力端子
とを結ぶことにより光の帰還回路を設けたものである。
ここで、1は光増幅器、3は光分岐回路、4は高速受光
器、5はクロック抽出回路、8は移相器、30は半導体
レーザ駆動回路、31はDFBレーザ、32は狭帯域光
フィルタ、33はパルス圧縮用ファイバ、34は偏波コ
ントローラ、35は光合波器、36は3dBカップラ、
37は単一モードファイバ、38は光バンドパスフィル
タである。
クロック信号は、NOLMから出力された信号光成分を
光バンドパスフィルタ38で分離しエルビウムファイバ
増幅器1で増幅した後、その一部を光分岐回路3で分岐
し、これを高速受光器4で電気信号に変換しクロック抽
出回路5で周波数Fの成分を分離することにより得られ
る。
の多重化信号のかわりに波長λsのcw光を入力した場
合、NOLMから光分岐回路3、高速受光器4、クロッ
ク抽出回路5、移相器8、制御光パルス発生部を経て再
びNOLMに戻る経路は、周波数Fのクロック信号(光
信号および電気信号)がこの経路を一周する時間を1/
Fの整数倍になるように移相器8を調整すると、クロッ
ク抽出回路5に含まれる電気フィルタの中心周波数Fで
発振する再生発振器として動作し、波長λs、繰り返し
周波数Fの光パルスが出力端子から得られる。
cw光としたとき自励発振の電気スペクトルを示す。こ
れは、クロック抽出回路内蔵の周波数フィルタの中心周
波数を10GHzとした場合の実験結果である。この例で
は、NOLMを構成する光ファイバとして長さ6kmの分
散シフトファイバ、制御光パルス圧縮用ファイバとして
300mの高分散ファイバを用いてるため、電気回路の
伝搬遅延時間も考慮に入れると信号が系を一周する時間
は約33μsとなる。これに対応する自励発振のモード
間隔は30kHzとなり、周波数フィルタの透過帯域に含
まれる発振モード成分がすべてみられる多モード発振を
していることがわかる。図4は図3の中心部を拡大した
図であり、この図から発振モードの間隔が30kHzであ
ることがわかる。
を入力すると多重化信号に含まれるFHzの周波数成分に
よって注入同期が起こり、それまで自励発振していたル
ープの発振周波数はFHzの単一周波数にロックされる。
この様子を示したのが図5に示すスペクトルであり、こ
の図より多重化信号の多重化前の伝送速度に相当する周
波数成分のみが観測されていることがわかる。
信号(実線)とクロック信号から生成される制御光パル
ス波形(破線)、NOLMの出力波形(太線)との関係
を示した図である。図6(a)は入力信号とクロック信
号のタイミングが一致している場合を示し、図6
(b),図7(a)および(b)はタイミングがずれた
場合を示している。この図から、自励発振を行っている
制御光パルスと入力多重化信号のタイミングがずれてい
ても、NOLMの出力波形は入力信号と制御パルス波形
の積で与えられるためNOLMの出力波形から再びクロ
ック成分を抽出すると、入力パルスと制御パルスとのタ
イミングのずれは入力時に比べて減少する。従って、最
終的には制御パルスのタイミングは入力信号にロックさ
れる。
号の多重化前の繰り返し周波数がF+△Fに変化した場
合でも、その周波数変化量がループの同調範囲内であれ
ばNOLMは入力信号の変化に追随して動作する。従っ
て、一度多重化信号と本実施例の構成で動作するNOL
Mとの同期がとれると多重化信号の入力が途絶えない限
りここで述べた多重分離回路は多重分離のためのクロッ
ク抽出と多重分離を同時に行い続けることができる。
号を同時に多重分離できるように図2を変更した図であ
って、1は光増幅器、3は光分岐回路、4は高速受光
器、5はクロック抽出回路、6は1対n光分岐回路、7
はクロック分配回路、SW1,SW2…SWnは多重分離
用NOLM光スイッチ、8は移相器、9は受光器、10
は識別回路である。ここで多重分離用NOLMスイッチ
SW1〜SWnの各々は、図9に示すように図2の構成か
ら光分岐回路3、高速受光器4、クロック抽出回路5、
移相器8を除いたもので、多重化信号から多重分離用ク
ロック信号に同期した多重分離信号を出力する。
岐回路6でnチャンネルの多重化信号に分岐する。その
際1対n光分岐回路6の分配損失を補償できるように光
増幅器1で増幅しておく。分配された多重化光信号のう
ち1チャンネル(例えばch.n)については、多重分
離用NOLMスイッチSWn、光分岐回路3、高速受光
器4、クロック抽出回路5、移相器8で自励発振回路を
構成し、1対n光分岐回路6からの多重化信号に注入同
期することによりクロック抽出及び多重分離を同時に行
う。次にクロック抽出回路5の出力の一部をクロック分
配回路7に供給し、n−1チャンネルのクロック信号を
作る。チャンネル1からn−1までの信号については、
各チャンネル毎の移相器8の位相を調整して所望のチャ
ンネルの信号を得る。各チャンネル毎の信号に分離され
たデータ信号は、受光器9で受光し識別回路10でもと
の電気信号に変換される。
イッチとしてNOLM以外に光ファイバもしくは半導体
レーザの4光波混合という非線形光学効果を用いても良
い。
光増幅器、3は光分岐回路、4は高速受光器、5はクロ
ック抽出回路、8は移相器、41は光強度変調器、42
は増幅器、43は電気パルス変換器である。本実施例に
おいては多重分離用高速光スイッチとして参考例で述べ
たNOLMのかわりに光強度変調器41を用い、スイッ
チングの制御には電気パルスを用いる。
の出力を光増幅器1で増幅し、その一部を光分岐回路3
で分岐した後に、高速受光器4で受光しクロック抽出回
路5を用いて周波数Fのクロック成分を分離する。クロ
ック成分の位相を移相器8で調整し増幅器42で振幅が
一定の信号とした後に、電気パルス発生器43で繰り返
し周波数Fの電気パルスを発生させる。光強度変調器4
1に電気パルス変換器43からのパルスが入力されたと
きのみ変調器41が透過状態になるように変調器41の
バイアスを調整しておき、光変調器41にcw光を入射
し、クロック抽出回路5を含む帰還ループの伝搬時間が
1/Fの整数倍となるように移相器8を調整すると、こ
の帰還ループはクロック抽出回路5の中心周波数Fで自
励発振を開始し、出力端子からは繰り返し周波数Fの光
パルス列が出力される。この状態で、入力端子にcw信
号のかわりに多重化信号を入力すると多重化信号に含ま
れる周波数Fの成分によって、上記自励発振回路に注入
同期が起こり、多重化前の伝送速度Fの信号成分が分離
されて出力端子から得られる。
型LiNbO3強度変調器もしくは電界吸収型半導体変
調器を用いることができる。光変調器41駆動用の電気
パルスは、たとえばステップリカバリーダイオード(コ
ムジェネレータ)を用いて正弦波から発生することがで
きる。
は、図8と同様に増幅器42電気パルス変換器43、光
変調器41、光増幅器1からなる部分を多重分離用光ス
イッチとみなすと、参考例と同様に各チャンネル毎に多
重分離することができる。
れば、多重分離を行なうために必要なクロック信号の抽
出が従来方法に比べて容易であり、かつクロック信号と
多重化光信号とのタイミング調整が自動的に行なわれる
ため比較的簡単な構成で多重分離回路を提供できるとい
う特徴がある。また、クロック信号の抽出と同時に多重
分離が実現できる利点もある。さらに、多重化信号の振
幅が全て等しく直接多重化信号から多重分離用のクロッ
ク信号成分が抽出できない場合にも、動作可能であると
いう特徴がある。
ある。
示す図である。
スペクトルを示す図である。
作を説明する図である。
作を説明する図である。
成を示す図である。
示す図である。
ある。
ある。
成を示す図である。
路、4…高速受光器、5…クロック抽出回路、6…1対
n光分岐回路、7…クロック分配回路、SW1〜SWn…
多重分離用高速光スイッチ、8…移相器、9…受光器、
10…識別回路、30…半導体レーザ駆動回路、31…
DFBレーザ、32…狭帯域光フィルタ、33…パルス
圧縮用ファイバ、34…偏波コントローラ、35…光合
波器、36…3dBカップラ、37…単一モードファイ
バ、38…光バンドパスフィルタ、39…クロック信号
発生器、41…光強度変調器、42…増幅器、43…電
気パルス変換器。
Claims (2)
- 【請求項1】 時分割多重化されて伝送された光信号を
光スイッチを用いて多重化前の伝送速度Fに多重分離す
る方法において、 光スイッチとして光強度変調器を用い、 前記光強度変調器の光出力の一部を分岐回路により分岐
し、 分岐された前記光出力を電気信号に変換し、 前記電気信号から周波数Fの成分を分離してクロック信
号を発生させ、 前記クロック信号が経路を伝播する時間を移相器により
調整し、 前記クロック信号から前記光強度変調器を駆動する電気
パルスを発生させ、 前記光強度変調器への入力信号を前記電気パルスによっ
てスイッチングし、該光強度変調器を多重化前の伝送速
度に相当する繰り返しで発振する光パルス自励発振器と
なるように構成し、 該光パルス自励発振器に該多重化信号を入射せしめ、 該多重化信号に含まれる多重化前の伝送速度の成分によ
り注入同期を起こさせることにより該光パルス自励発振
器の周波数および前記電気パルスの繰り返し周波数を時
分割多重前のクロック信号に一致させ、前記光スイッチを用いて 多重化信号から多重化前の1チ
ャンネルの信号を分離することを特徴とする時分割多重
光信号の多重分離方法。 - 【請求項2】 請求項1記載の方法で動作する多重分離
装置であって、前記光強度変調器の光出力の一部を分岐
する光分岐回路と高速受光器とクロック抽出回路と増幅
器と電気パルス変換器とで構成され前記電気パルスを発
生する電気パルス発生器を備えることを特徴とする時分
割多重光信号の多重分離装置。
Priority Applications (1)
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JP01107895A JP3280185B2 (ja) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | 時分割多重光信号の多重分離方法及びその装置 |
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1995
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