JP3314797B2 - 光相関検出回路および光クロック位相同期ループ回路 - Google Patents
光相関検出回路および光クロック位相同期ループ回路Info
- Publication number
- JP3314797B2 JP3314797B2 JP03414795A JP3414795A JP3314797B2 JP 3314797 B2 JP3314797 B2 JP 3314797B2 JP 03414795 A JP03414795 A JP 03414795A JP 3414795 A JP3414795 A JP 3414795A JP 3314797 B2 JP3314797 B2 JP 3314797B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- optical
- signal
- light
- pulse
- clock
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Description
光中継装置、光端局装置や光信号処理において同期化制
御に用いられる光クロック位相同期ループ回路およびこ
の光クロック位相同期ループ回路を構成するのに好適な
光相関検出回路に関する。
プ回路の構成例を示す図である。この図において、60
1は信号光入力端子、602は光カップラ、603は進
行波型半導体レーザ増幅器、604は光学バンドパスフ
ィルタ、605は受光回路、606は位相比較器、60
7は電圧制御発振器(以下、VCOという)、608は
マイクロ波ミキサ、609は光パルス発生器、610は
光パルス多重回路、611は低周波発振器、612は周
波数逓倍器である。ここで、VCO607の発振周波数
はf0となっており、この発振周波数f0の値は、信号光
入力端子601から入力される信号光のビットレートが
nf0(nは1以上の整数)となるように設定されてい
る。
体的な構成について説明する。図12は、光ファイバを
用いた光パルスの2倍多重回路の構成図であり、701
は入力端子、702は光ファイバカップラ、703は光
ファイバ遅延線、704は光ファイバカップラ、705
は出力端子である。この構成において、入力端子701
から入射したクロック光パルスは、光ファイバカップラ
702によって2分される。2分されたクロック光パル
スの一方は、光ファイバ遅延線703によってT/2+
mT(Tは入力クロック光パルスのタイムスロット=1
/f0、mは整数)の遅延が加えられたのち、光ファイ
バカップラ704によって再び合波され、繰り返し周波
数が2倍の光クロックが生成される。この場合において
は、生成された光クロックの繰り返し周波数は2×(f
0+△f)となる。クロックの多重度を2より大きくす
る場合には、本多重化回路を多段に接続すればよい。k
段の接続によってクロックの多重度は2Kとなる。ただ
し、この場合、入射側からk番目の多重化回路に用いる
光ファイバ遅延線の遅延量は(T/2K+mT)であ
る。
光パルス多重回路の構成図であり、801は入力端子、
802は光合分波器、803および804は光導波路、
805は光分波器、806および807は光導波路、8
08は光合分波器、809および810は光導波路、8
11は光合分波器、812は出力端子である。本回路
は、図12で説明した機能を石英基板上に集積化した構
成であり、機能自体は図12の構成と同じであるが、回
路がモノリシック集積化されているために、小型で温度
等の変動を受けない安定した動作が実現される。本回路
を用いて光パルスの多重化を実現した例としては、S.
Kawanishi et al.,”100 Gbit/s,50km,and Non-Rep
eated Optical Transmission Employing All-
Optical Multi/Demultiplexing and PLL Timin
g,” Electronics Letters, vol.29,pp.1075-1076,1
993.に述べられている。
光位相同期ループ回路の動作を説明する。まず、VCO
607の出力信号は、低周波発振器611およびマイク
ロ波ミキサ608によって周波数が(f0+△f)にシ
フトされ、この周波数シフトのなされた信号により光パ
ルス発生器609が駆動される。この結果、光パルス発
生器609から繰り返し周波数が(f0+△f)である
光クロックが発生される。このようにして光パルス発生
器609から発生された光クロックは、図12または図
13に構成を例示した光パルス多重回路610によって
多重され、繰り返し周波数がn倍(nは自然数)に多重
されたクロックとなって出力される。そして、光パルス
多重回路610によって多重化された光クロックは、光
カップラ602を介すことにより、信号光入力端子60
1からの光信号パルスと合波され、進行波型半導体レー
ザ増幅器603に入射される。このとき、多重化後のク
ロックの周波数が光信号のビットレートnf0に対応し
た周波数2K(f0+△f)となるように、n=2Kに設
定されているものとすると、光信号パルスが完全なラン
ダム変調信号であっても光信号パルスと光クロックとの
間には、両者の相関であるn△f成分が生じる。
ザ増幅器603の動作について説明する。進行波型半導
体レーザ増幅器603に入射する信号光の波長λsigお
よびクロック光の波長λclk は、コヒーレントな干渉が
生じない程度に離れている。いま、進行波型半導体レー
ザ増幅器に、ある程度の光強度を有する光クロックが入
射すると、進行波型半導体レーザ増幅器603中のキャ
リアが変調される。このキャリアが変調されるというこ
とは、他方の光入力である信号光に対する進行波型半導
体レーザ増幅器603の利得が変調されることを意味す
る。原理の詳細については、文献「S.Kawanishi et a
l.,”10GHz timing extraction fromrandomly modula
ted optical pulses using phase-locked loop with tr
avelling-wave laser-diode optical amplifier using
optical gain modulation,”Electronics Letters vo
l.28,pp.510-511,1992」に述べられている。
変調された信号光は、前述のように両者の相関成分を含
んでいるため、この信号光を光学バンドパスフィルタ6
04で取り出して受光回路605で電気信号に変換して
位相比較器606によって基準信号と比較し、その出力
をVCO607にフィードバックすればPLLとしての
動作が実現される。
のように説明される。まず、信号光入力端子601より
入力した光信号(繰り返し周波数nf0)は、光カップ
ラ602を介して多重化した光クロックと合波されて進
行波型半導体レーザ増幅器603に入力される。今、簡
単のため光信号パルスとクロックは共に正弦波であり、
各々、下記式に示すPs(t),Pc(t)により表わされるも
のとする。 Ps(t)=Ps{1+sin n(2πf0t+φ(t))} (1) Pc(t)=Pc{1+sin 2nπ(f0+△f)t} (2) ここにPs,Pcは定数である。また、φ(t) は光信号
パルスと光クロックの位相差(パルス位置の相対時間
差)である。このφ(t)がPLLの制御対象であり、0
もしくは一定値にするべき量である。
型半導体レーザ増幅器603に入射して利得変調を受け
る。このとき進行波型半導体レーザ増幅器603から出
力される光のうち光信号および光クロックに対応したも
のを各々Psout、Pcoutとすると、これらのPsout、P
coutは次式のようになる。 Psout =G・Ps〔1+sin{2πf0t+φ(t)}〕・ 〔1+m(Pc)sin{2π(f0+△f)t+π}〕 (3) Pcout =G・Pc{1+sin2π(f0+△f)t}・ 〔1+m(Ps)sin{2πf0t+φ(t)+π}〕 (4) ここにGは進行波型半導体レーザ増幅器603の未飽和
利得、m(Pc)およびm(Ps)はそれぞれ光クロックおよ
び光信号による利得変調度である。
行波型半導体レーザ増幅器603内のキャリア数は最も
少なくなる。従って、進行波型半導体レーザ増幅器60
3内の利得変調の位相は入射光クロックの位相とπだけ
異なることになり、式(3),(4)に示されるような位相
差πの項がつけ加わる。この利得変調された進行波型半
導体レーザ増幅器603から出力される光信号と光クロ
ックのうち、光信号のみが光フィルタ604によって取
り出される。進行波型半導体レーザ増幅器603の利得
帯域幅(波長換算)は約50nmであるため、光信号と
光クロックの波長を、この帯域内で十分離れたところに
設定しておけば光フィルタ604によって一方の光のみ
を取り出すことが可能である。光フィルタ604によっ
て取り出された光信号は受光回路605に入力される
が、受光回路605の受光素子としてPIN−PDを用
いたときのフォトカレントOs(t)は次のようになる。
hνはフォトンのエネルギーである。式(5)の最後の項
が光クロックとの相関によって生じたn△f成分であ
り、従って光信号パルスと光クロックパルスの位相差の
変動は、このn△f成分の変動に置き換えられることに
なる。このn△f出力ともとの発振器の△f出力をn逓
倍したn△f参照信号との位相比較を行って、VCO6
07にフィードバックすることによりPLL動作が達成
される。
Kawanishi et al.,”10GHz timing extraction from
randomly modulated optical pulses using phase-loc
ked loop with travelling-wave laser-diode optical
amplifier using optical gain modulation,”Electro
nics Letters vol.28,pp.510-511,1992」に述べられて
いる。ここでは、n△f成分によって位相比較を行って
いるため、位相比較出力はn△φに比例する。従ってP
LLが動作してn△φが0のときにはVCO607への
フィードバック信号は0となり、入力光信号のパワーの
変動には影響を受けない。n△fを数100kHz程度
の値に設定しておけば、電気系の位相比較器606に高
速動作は必要とされないため、全体として高速のPLL
動作が期待できる。
図14に示すような回路構成をとってもよい。図14に
おいて、受光回路605の出力周波数を分周回路613
によってm/n倍(mは有理数)し、また、低周波発振
器611の出力をm倍することによって位相比較器60
6に入力する両周波数をmΔfとして両者の位相を比較
する。ここで、m=1の場合は周波数逓倍器612は不
要であり、m=nの場合は分周回路613は不要であ
る。
LL回路においては、信号光パルスとクロック光パルス
の相関検出を行う方法として、信号光パルスのビットレ
ートnf0にクロックの速度を合せるために、光パルス
多重回路を用いてクロックの速度を逓倍する方法を用い
ていたが、本方法では、装置の構成が複雑になるだけで
なく、光時分割多重回路の動作原理上、クロック周波数
が固定される。クロック周波数を可変にできる範囲は高
々5%程度であり、これ以上クロック周波数を変えよう
とすると多重後のクロックにジッタを生じてPLLが機
能しなくなるという問題があった。さらに図13の構成
では、多重数として、2k倍すなわち2、4、8、16
…といった値しかとることができず、任意の整数倍の光
クロック逓倍は困難であるという問題もあった。
ものであり、その目的とするところは上記問題の解決さ
れた高速動作の可能な光クロック位相同期ループ回路を
実現することにある。
解決するため、信号光パルスとクロック光パルスの相関
を検出する方法として、従来技術のようにクロック光パ
ルスを時分割多重化するのではなく、時分割多重化しな
い短光クロックパルスと信号光パルスの相関信号を直接
検出する方法を用いて超高速の光PLLを実現するもの
である。
外部からの制御により発振周波数と位相が可変である第
1の発振器と、交流信号を出力する第2の発振器と、前
記第1の発振器と第2の発振器の出力信号周波数の和ま
たは差または和および差を発生させる周波数混合手段
と、該周波数混合手段の出力信号によって駆動され、繰
り返し周波数の第n高調波成分(nは2以上の整数)を
含むに十分な狭いパルス幅のクロック光パルスを発生さ
せる光パルス発生器と、信号光パルスと前記クロック光
パルスとを合波する合波手段と、前記信号光パルスと前
記クロック光パルスとの強度の積を出力する非線形光学
素子と、該非線形光学素子の出力光信号から前記信号光
パルスと前記クロック光パルスとの相関成分のみを取り
出す光分波手段とから構成される光相関検出回路と、該
光相関検出回路の出力光を電気信号に変換する受光回路
と、該受光回路の出力信号の位相と前記交流信号をn逓
倍した信号の位相とを比較し、両者の位相差が所定値と
なるよう前記第1の発振器の位相を制御する手段とを有
し、前記第1の発振器の発振周波数が前記信号光パルス
のビットレートの1/nであることを特徴とする光クロ
ック位相同期ループ回路を要旨とする。
より発振周波数と位相が可変である第1の発振器と、交
流信号を出力する第2の発振器と、前記第1の発振器と
第2の発振器の出力信号周波数の和または差または和お
よび差を発生させる周波数混合手段と、該周波数混合手
段の出力信号によって駆動され、繰り返し周波数の第n
高調波成分(nは2以上の整数)を含むに十分な狭いパ
ルス幅のクロック光パルスを発生させる光パルス発生器
と、信号光パルスと前記クロック光パルスとを合波する
合波手段と、前記信号光パルスと前記クロック光パルス
との強度の積を出力する非線形光学素子と、該非線形光
学素子の出力光信号から前記信号光パルスと前記クロッ
ク光パルスとの相関成分のみを取り出す光分波手段とか
ら構成される光相関検出回路と、該光相関検出回路の出
力光を電気信号に変換する受光回路と、該受光回路の出
力信号の周波数を1/n倍した信号と前記交流信号との
位相を比較し、両者の位相差が所定値となるよう前記第
1の発振器の位相を制御する手段とを有し、前記第1の
発振器の発振周波数が前記信号光パルスのビットレート
の1/nであることを特徴とする光クロック位相同期ル
ープ回路を要旨とする。
より発振周波数と位相が可変である第1の発振器と、交
流信号を出力する第2の発振器と、前記第1の発振器と
第2の発振器の出力信号周波数の和または差または和お
よび差を発生させる周波数混合手段と、該周波数混合手
段の出力信号によって駆動され、繰り返し周波数の第n
高調波成分(nは2以上の整数)を含むに十分な狭いパ
ルス幅のクロック光パルスを発生させる光パルス発生器
と、信号光パルスと前記クロック光パルスとを合波する
合波手段と、前記信号光パルスと前記クロック光パルス
との強度の積を出力する非線形光学素子と、該非線形光
学素子の出力光信号から前記信号光パルスと前記クロッ
ク光パルスとの相関成分のみを取り出す光分波手段とか
ら構成される光相関検出回路と、該光相関検出回路の出
力光を電気信号に変換する受光回路と、該受光回路の出
力信号の周波数をm/n倍(mは0<m<nを満たす有
理数)した信号と前記交流信号をm逓倍した信号との位
相を比較し、両者の位相差が所定値となるよう前記第1
の発振器の位相を制御する手段とを有し、前記第1の発
振器の発振周波数が前記信号光パルスのビットレートの
1/nであることを特徴とする光クロック位相同期ルー
プ回路を要旨とする。請求項4に係る発明は、前記非線
形光学素子が進行波型半導体レーザ増幅器であることを
特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光クロック
位相同期ループ回路を要旨とする。 請求項5に係る発明
は、前記信号光パルスと前記クロック光パルスは各々互
いにコヒーレント干渉する波長の光であることを特徴と
する請求項4記載の光クロック位相同期ループ回路を要
旨とする。 請求項6に係る発明は、前記非線形光学素子
が光ファイバであり、 前記信号光と前記クロック光は前
記光ファイバの零分散波長付近の波長を有することを特
徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光クロック位
相同期ループ 回路を要旨とする。 請求項7に係る発明
は、前記非線形光学素子が非線形光学結晶であることを
特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光クロック
位相同期ループ回路を要旨とする。 請求項8に係る発明
は、前記合波手段として、信号光パルスに対するものと
前記クロック光パルスに対応するものを各々別個に有
し、 前記非線形光学素子が光ファイバであって、 前記合
波手段と前記光ファイバとを光学的に結合してループを
構成することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記
載の光クロック位相同期ループ回路を要旨とする。
の出力を混合し、これら発振器の出力信号の各周波数の
和または差または和および差の信号を発生させる。該混
合信号により光パルス発生器を駆動して、高調波成分を
含んだ十分狭いパルス幅のクロック光パルスを発生させ
る。光相関検出回路では、クロック光パルスの高調波と
信号光パルスとの相関信号を含んだ信号が非線形光学素
子から得られ、光分波手段により、この信号から相関信
号が検出される。そして、光相関検出回路が出力する相
関成分の出力光を電気信号へ変換し、上記の交流信号と
の位相を比較して、両者の位相差が所定値となるように
第1の発振器の位相を制御して、光PLLの動作を行わ
せる。また請求項4に係る発明によれば、進行波型半導
体レーザ増幅器内において、クロック光パルスによる利
得変調またはクロック光パルスおよび信号光パルスの4
光波混合が生じ、両光パルスの相関信号を含んだ出力が
得られる。そして、光分波手段によって、この出力信号
から相関信号が検出される。請求項5に係る発明によれ
ば、進行波型半導体レーザ増幅器内において信号光パル
スとクロック光パルスが位相整合して発生する4光子混
合によって両者の相関に相当する成分が特定の波長にお
いて発生する。この波長の信号が光分波手段によって検
出される。請求項6に係る発明によれば、光ファイバ内
において信号光パルスとクロック光パルスの4光波混合
が生じ、両者の相関に相当する成分が特定の波長におい
て発生する。請求項7に係る発明によれば、非線形光学
結晶中において和周波光発生現象が生じ、クロック光パ
ルスと信号光パルスの積に相当する光が得られる。この
光に含まれるクロック光パルスと信号光パルスの相関信
号が光分波手段によって検出される。請求項8に係る発
明によれば、光ファイバによるループから、クロック光
パルスと信号光パルスの積に相当する信号が得られ、こ
の信号内のクロック光パルスおよび信号光パルスの相関
信号が光分波手段によって検出される。
る。図1は本発明の第1実施例の構成を示す図であり、
101は信号光入力端子、102は光カップラ、103
は進行波型半導体レーザ増幅器、104は光学バンドパ
スフィルタ、105は受光回路、106は位相比較器、
107は電圧制御発振器(VCO)、108はマイクロ
波ミキサ、109は光パルス発生器、110は低周波発
振器、111は周波数逓倍器である。ここで、VCO1
07の発振周波数f0は、信号光入力端子101から入
力する信号光のビットレートがnf0(nは1以上の整
数)となるように設定されている。
107の出力信号が、低周波発振器110およびマイク
ロ波ミキサ108によって周波数がシフトされ、光パル
ス発生器109を駆動し、繰り返し周波数がf0+△f
(またはf0−△fまたはf0±△f)の光クロックパル
スを発生させる。本発明における光クロックパルスの波
形としては、正弦波状ではなくて、パルス幅が細く、高
調波成分を含んでいることが必要である。いま、発生す
る光パルス列の時間波形Pc(t)がガウス状であると
すると、次のように表される。
総和を意味する演算子である。また、A、αは定数、T
=1/(f0+△f)である。このPc(t)をフーリ
エ級数に展開すると次のようになる Pc(t) =A 1+2Σexp{−(1 /α)(nπ/T)2}・ cos{n・2π(f0+△f)t} (7)
〜+∞についての総和を意味する演算子である。ここ
で、(7)式を見ると、第2項には、n倍高調波成分n
(f0+△f)が存在することがわかる。この第n高調
波成分は、nが大きくなるにつれて係数が小さくなるた
め減少するが、パルス幅が狭い(αが小さい)ときに
は、係数が大きくなって第n高調波を発生させることが
可能である。
(f0+△f) と光信号成分の相関を検出してn△f成
分を発生させるため、光時分割多重回路は不要となる。
高ピットレートの信号光に対して十分なレベルの相関信
号を発生させるためには、発生するクロックパルスのパ
ルス幅が狭い必要がある。現在超短光パルス光源とし
て、ゲインスイッチ半導体レーザや、モード同期レーザ
などを用いれば、5ps以下のパルス幅の光パルスを発
生させることは比較的容易であり、この光パルスを用い
れば、100Gbit/s以上の光信号に対しても相関
検出を行うことが可能である。図2に光カップラ102
に入力される信号光およびクロックパルスのスペクト
ル、進行波型半導体レーザ増幅器103の出力光のスペ
クトルを例示する。
レーザ増幅器103の動作について説明する。図3は進
行波型半導体レーザ増幅器103に入射する信号光の波
長λsigおよびクロック光の波長λclkの関係を示
した図である。図3(a)は両者の波長が離れている場
合の信号光とクロック光の関係を示し、図3(b)は両
者の波長がコヒーレントに干渉する程度に接近している
場合を示している。図3(a)の場合においては、進行
波型半導体レーザ増幅器103内において、クロック光
によって信号光の利得が変調されることによって両光間
の相関が検出される。本動作原理および実験結果の詳細
については、S.Kawanishi et al.,”10GHz timing
extraction from randomly modulatedoptical pulses u
sing phase-locked loop with travelling-wave laser-
diode optical amplifier usingoptical gain modulati
on,”Electronics Letters vol.28,pp.510-511,1992
に述べられている。図3(b)の場合においては、両者
の波長λsig、λclkがコヒーレントに干渉する程
度に接近している場合に、半導体レーザ内で信号光とク
ロック光が位相整合して発生する4光子混合によって両
者の相関に相当する成分が新たな波長λFWMにおいて
発生する。ただし、1/λFWM=2/λsig−1/
λclkである。
る超高速の非線形光学現象であり、その詳細な説明につ
いては、石尾他、「光増幅器とその応用」(オーム社)
pp.69-72に述べられている。このようにして利得変調を
受けた信号光または4光波混合によって発生した光は、
両者の相関成分(n△f)を含んでいるため、この信号
光または4光波混合光を光学バンドパスフィルタ104
で取りだせば、あとは従来技術と同様に、受光回路10
5で電気信号に変換してその中のn△f成分については
位相比較器106によって基準信号をn逓倍したn△f
信号と比較し、その出力をVCOにフィードバックすれ
ばPLLの動作が実現される。
図4に示すような回路構成を用いてもよい。図4におい
て、受光回路105の出力周波数を分周回路112によ
ってm/n倍(mは有理数)し、また、低周波発振器1
10の出力をm倍することによって位相比較器106に
入力する両周波数をmΔfとして両者の位相を比較す
る。ここで、m=1の場合は周波数逓倍器111は不要
であり、m=nの場合は分周回路112は不要である。
り、301は信号光入力端子、302は光カップラ、3
03は光ファイバ、304は光学バンドパスフィルタ、
305は受光回路、306は位相比較器、307は電圧
制御発振器(VCO)、308はマイクロ波ミキサ、3
09は光パルス発生器、310は低周波発振器、311
は周波数逓倍器である。
せる媒質として光ファイバ303が用いられる。本実施
例の場合、光ファイバ303の零分散波長±10nm内
に信号光およびクロック光の波長を設定することによっ
て位相整合条件を満足させることが可能であり、進行波
型半導体レーザ増幅器と同様に4光波混合光を発生させ
ることが可能であり、本構成によってもPLLを実現す
ることができる。また、第1実施例に示したように、本
実施例についても、図6に示すような構成とすることも
できる。その動作は図4と同じであって、第1実施例で
説明した通りである。
り、401は信号光入力端子、402は光カップラ、4
03は非線形光学結晶、404は光学バンドパスフィル
タ、405は受光回路、406は位相比較器、407は
電圧制御発振器(VCO)、408はマイクロ波ミキ
サ、409は光パルス発生器、410は低周波発振器、
411は周波数逓倍器である。
て非線形光学結晶中の和周波光発生現象を利用する。和
周波光発生現象とは、光周波数ν1、ν2の2種類の光
を非線形光学結晶に入射したときに、入射した2つの光
の強度の積に比例した大きさで、両者の和の光周波数の
光を出力する現象である。その現象の詳細については、
高良、川西、山林、猿渡、「和周波光発生を用いた光サ
ンプリングによる超高速光波形測定法」、電子情報通信
学会論文誌B-1、vol.J75-B-1,pp.372-380,1992.に述べ
られている。本現象においては、発生する相関信号の光
周波数が(ν1+ν2)となるため、例えば2つの光を
1.55μmと1.3μmとすると、発生する和周波光
は0.7μmとなる。第1、第2の実施例で述べた4光
波混合の場合は、入射する2光の波長は10nm程度以
内に接近している必要があり、また出力光の波長も入射
光から10nm程度以内の位置にあるのに対して、この
和周波光発生においては、結晶への光の入射角等の調整
によって例えば1.55μmと1.3μmの光などのよ
うに4光波混合の場合よりも広い波長範囲で和周波光発
生を実現することができる。非線形光学結晶としては、
上に挙げた文献にも述べられているように、LiIO3,
LiNbO3,KTP,KNbO3 などの和周波光発生を実
現できるものであれば何でもよい。発生した和周波光
は、4光波混合光と全く同じ相関成分を有しているた
め、これを第1実施例、第2実施例と同様に電気信号に
変換してVCOにフィードバックすればPLLが実現で
きる。また、第1実施例に示したように、本実施例につ
いても、図8に示すような構成とすることもできる。そ
の動作は図4と同じであって、第1実施例で説明した通
りである。
り、501は電圧制御発振器、502はミキサ、503
は光パルス発生器、504は光カップラ、505は光フ
ァイバ、506は光カップラ、507は光分波器、50
8は信号光入力ポート、509は出力光ポート、510
は受光回路、511は低周波発振器、512は位相比較
器、513は周波数逓倍回路である。
説明する。まず、信号光パルス列が、入力端子508か
ら光カップラ506に入力される。光カップラ506
は、光強度の分岐比が1:1に設定されており、508
から入力した信号光は光カップラ506で2分され同一
経路を両向きに伝播したのち、同相でカップラに戻り、
入射ポート508から出射する。ここに、制御光パルス
が入射すると、制御光は光ファイバ505で構成された
ループを時計まわり方向のみに伝播するため、ループ中
を互いに逆まわりに伝播する信号光は、制御光による非
線形光学効果(光カー効果)によって受ける位相シフト
の量が互いに異なっているため、再びカップラに戻って
きたときには両者の位相のバランスが崩れ、信号光の一
部が位相差に応じて光カップラのもう一方のポートに出
射し、光分波器507を通して出力ポート509から出
力する。すなわち、光ファイバ505、光カップラ50
4、506より構成されるループによって信号光パルス
と制御光パルスとの積の演算が行われることになる。
およびファイバ505よりなる光非線形ループミラーに
入射したときの出力光波形は両者の光強度の積で与えら
れる。このループミラーからの出力光には、実施例1と
同様に繰り返し周波数がn△fの成分が生じることにな
るから、実施例1と同様の動作原理によってPLL動作
が実現できる。本実施例においては、光相関検出手段と
して超高速の光カー効果を用いているため、超高速の光
PLLの実現が期待できる。また、第1実施例に示した
ように、本実施例についても、図10に示すような構成
とすることもできる。動作は図4の場合と同じである。
時分割多重しない短光パルス光クロックを用いて、信号
光とクロック光との間の相関信号を、超高速の4光波混
合や、和周波光発生および光カー効果を用いて検出する
ため、超高速光信号の繰り返し周波数の1/nに同期し
たクロックを発生させることができる。また、本PLL
はランダム変調された光信号に同期したクロックおよび
その分周クロックを発生させることが可能であるため、
超高速光伝送や信号処理に用いれば効果が大きい。
される信号光およびクロックパルスのスペクトル、進行
波型半導体レーザ増幅器103の出力光のスペクトルを
例示する図である。
器に入射する光信号と光クロックのスペクトルを示した
図で、(a)は波長が離れている場合、(b)は両者の
光がコヒーレントに干渉する程度に波長が接近している
場合である。
回路の構成図である。
回路の構成図である。
03……進行波型半導体レーザ増幅器、104……光学
バンドパスフィルタ、105……受光回路、106……
位相比較器、107……VCO、108……マイクロ波
ミキサ、109……光パルス発生器、110……低周波
発振器、111……周波数逓倍器、112,312,4
12,515,613……分周回路。
Claims (8)
- 【請求項1】 外部からの制御により発振周波数と位相
が可変である第1の発振器と、 交流信号を出力する第2の発振器と、 前記第1の発振器と第2の発振器の出力信号周波数の和
または差または和および差を発生させる周波数混合手段
と、 該周波数混合手段の出力信号によって駆動され、繰り返
し周波数の第n高調波成分(nは2以上の整数)を含む
に十分な狭いパルス幅のクロック光パルスを発生させる
光パルス発生器と、 信号光パルスと前記クロック光パルスとを合波する合波
手段と、前記信号光パルスと前記クロック光パルスとの
強度の積を出力する非線形光学素子と、該非線形光学素
子の出力光信号から前記信号光パルスと前記クロック光
パルスとの相関成分のみを取り出す光分波手段とから構
成される光相関検出回路と、 該光相関検出回路の出力光を電気信号に変換する受光回
路と、 該受光回路の出力信号の位相と前記交流信号をn逓倍し
た信号の位相とを比較し、両者の位相差が所定値となる
よう前記第1の発振器の位相を制御する手段とを有し、 前記第1の発振器の発振周波数が前記信号光パルスのビ
ットレートの1/nである ことを特徴とする光クロック位相同期ループ回路。 - 【請求項2】 外部からの制御により発振周波数と位相
が可変である第1の発振器と、 交流信号を出力する第2の発振器と、 前記第1の発振器と第2の発振器の出力信号周波数の和
または差または和および差を発生させる周波数混合手段
と、 該周波数混合手段の出力信号によって駆動され、繰り返
し周波数の第n高調波成分(nは2以上の整数)を含む
に十分な狭いパルス幅のクロック光パルスを発生させる
光パルス発生器と、 信号光パルスと前記クロック光パルスとを合波する合波
手段と、前記信号光パ ルスと前記クロック光パルスとの
強度の積を出力する非線形光学素子と、該非線形光学素
子の出力光信号から前記信号光パルスと前記クロック光
パルスとの相関成分のみを取り出す光分波手段とから構
成される光相関検出回路と、 該光相関検出回路の出力光を電気信号に変換する受光回
路と、 該受光回路の出力信号の周波数を1/n倍した信号と前
記交流信号との位相を比較し、両者の位相差が所定値と
なるよう前記第1の発振器の位相を制御する手段とを有
し、 前記第1の発振器の発振周波数が前記信号光パルスのビ
ットレートの1/nである ことを特徴とする光クロック位相同期ループ回路。 - 【請求項3】 外部からの制御により発振周波数と位相
が可変である第1の発振器と、 交流信号を出力する第2の発振器と、 前記第1の発振器と第2の発振器の出力信号周波数の和
または差または和および差を発生させる周波数混合手段
と、 該周波数混合手段の出力信号によって駆動され、繰り返
し周波数の第n高調波成分(nは2以上の整数)を含む
に十分な狭いパルス幅のクロック光パルスを発生させる
光パルス発生器と、 信号光パルスと前記クロック光パルスとを合波する合波
手段と、前記信号光パルスと前記クロック光パルスとの
強度の積を出力する非線形光学素子と、該非線形光学素
子の出力光信号から前記信号光パルスと前記クロック光
パルスとの相関成分のみを取り出す光分波手段とから構
成される光相関検出回路と、 該光相関検出回路の出力光を電気信号に変換する受光回
路と、 該受光回路の出力信号の周波数をm/n倍(mは0<m
<nを満たす有理数)した信号と前記交流信号をm逓倍
した信号との位相を比較し、両者の位相差が所定値とな
るよう前記第1の発振器の位相を制御する手段とを有
し、 前記第1の発振器の発振周波数が前記信号光パルスのビ
ットレートの1/nである ことを特徴とする光クロック位相同期ループ回路。 - 【請求項4】 前記非線形光学素子が進行波型半導体レ
ーザ増幅器であることを特徴とする請求項1〜3のいず
れかに記載の光クロック位相同期ループ回路。 - 【請求項5】 前記信号光パルスと前記クロック光パル
スは各々互いにコヒーレント干渉する波長の光であるこ
とを特徴とする請求項4記載の光クロック位相同期ルー
プ回路。 - 【請求項6】 前記非線形光学素子が光ファイバであ
り、 前記信号光と前記クロック光は前記光ファイバの零分散
波長付近の波長を有することを特徴とする請求項1〜3
のいずれかに記載の光クロック位相同期ループ回路。 - 【請求項7】 前記非線形光学素子が非線形光学結晶で
あることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の
光クロック位相同期ループ回路。 - 【請求項8】 前記合波手段として、信号光パルスに対
するものと前記クロック光パルスに対応するものを各々
別個に有し、 前記非線形光学素子が光ファイバであって、 前記合波手段と前記光ファイバとを光学的に結合してル
ープを構成することを特徴とする請求項1〜3のいずれ
かに記載の光クロック位相同期ループ回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP03414795A JP3314797B2 (ja) | 1994-02-23 | 1995-02-22 | 光相関検出回路および光クロック位相同期ループ回路 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2575194 | 1994-02-23 | ||
JP6-25751 | 1994-02-23 | ||
JP03414795A JP3314797B2 (ja) | 1994-02-23 | 1995-02-22 | 光相関検出回路および光クロック位相同期ループ回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07287264A JPH07287264A (ja) | 1995-10-31 |
JP3314797B2 true JP3314797B2 (ja) | 2002-08-12 |
Family
ID=26363436
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03414795A Expired - Fee Related JP3314797B2 (ja) | 1994-02-23 | 1995-02-22 | 光相関検出回路および光クロック位相同期ループ回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3314797B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3889729B2 (ja) * | 1995-12-13 | 2007-03-07 | 日本電信電話株式会社 | 光増幅器 |
JP3939541B2 (ja) * | 2001-12-04 | 2007-07-04 | 日本電信電話株式会社 | 光クロック位相同期ループ回路 |
JP4807514B2 (ja) * | 2004-02-27 | 2011-11-02 | 日本電気株式会社 | 光クロック抽出装置及び方法 |
-
1995
- 1995-02-22 JP JP03414795A patent/JP3314797B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
O.KAMATANI,et.al.,Prescaled 6.3GHz clock recovery from 50Gbit/s TDM optical signal with 50GHz PLL using four−wave mixi,ELECTRONICS LETTERS,1994年5月12日,Vol.30,No.10,pp.807−809 |
S.KAWANISHI,et.al.,100Gbit/s,50km,AND NONREPEATED OPTICAL TRANSMISSION EMPLOYING ALL−OPTICAL MULTI/DEMULTIPLEXING AND P,ELECTRONICS LETTERS,1993年6月10日,Vol.29,No.12,pp1075−1077 |
S.KAWANISHI,et.al.,Ultra−High−Speed PLL−Type Clock Recovery Circuit Based on All−Optical Gain Modulation in Traveling−W,JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,Vol.11,No.12,pp.2123−2129 |
高良秀彦 他,和周波光発生を用いた光サンプリングによる超高速波形測定方法,電子情報通信学会論文誌 B−I,1992年5月25日,Vol.J75−B−I,No.5,pp.372−380 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07287264A (ja) | 1995-10-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5706113A (en) | Phase lock loop circuit using optical correlation detection | |
US7031614B2 (en) | Polarization scrambler and optical network using the same | |
JP5856083B2 (ja) | 光信号増幅装置 | |
US5457559A (en) | Apparatus for extracting an optical clock and apparatus for demultiplexing a time-division multiplexed signal | |
US7555223B2 (en) | UWB signal generator using optical FSK modulator | |
JP3939541B2 (ja) | 光クロック位相同期ループ回路 | |
McKay et al. | Integrated microwave photonic true-time delay with interferometric delay enhancement based on Brillouin scattering and microring resonators | |
JP2006276650A (ja) | 光電気発振器及び光電気発振方法 | |
US7269354B1 (en) | Superheterodyne photonic receiver using non-serial frequency translation | |
JP3314797B2 (ja) | 光相関検出回路および光クロック位相同期ループ回路 | |
JP3404528B2 (ja) | 逓倍変調による光周波数変換装置 | |
JP3805286B2 (ja) | 半導体光増幅器を用いた全光半加算器の具現方法及び装置 | |
JP3386090B2 (ja) | 光クロック位相同期ループ回路 | |
US6842565B2 (en) | Optical modulation/multiplexing circuit | |
Wang et al. | Effective optical clock recovery and simultaneous fourfold demultiplexing of OTDM signal using an optoelectonic oscillator | |
US20020118439A1 (en) | Optical frequency synthesizing structure | |
Asobe et al. | Phase sensitive amplifier using periodically poled LiNbO 3 waveguides and their applications | |
Kawanishi et al. | Time-division-multiplexed 100 Gbit/s, 200 km optical transmission experiment using PLL timing extraction and all-optical demultiplexing based on polarization insensitive four-wave-mixing | |
CN114696909B (zh) | 倍频微波跳频fh信号的光子产生装置及产生方法 | |
JPH09321700A (ja) | 電磁波発生方法及び装置 | |
JP3412776B2 (ja) | 光時分割分離回路 | |
JPH08220494A (ja) | 偏波無依存光位相同期ループ回路 | |
JP4392162B2 (ja) | 光ダウンコンバータ | |
Zhao et al. | Phase-coded microwave signal generation with a built-in optoelectronic oscillator based on a dual-parallel Mach–Zehnder modulator | |
Bowers et al. | Applications of Traveling-Wave Electroabsorption Modulators in 160 Gbit/s Systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090607 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090607 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100607 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100607 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110607 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120607 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130607 Year of fee payment: 11 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |