JPH1138371A - クロック抽出装置、リタイミング装置及び波形転写装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広帯域受光素子を用いずに光パルス信号から
クロックを抽出し、光パルス信号をリタイミングする。 【解決手段】 吸収型半導体光変調器１０には光パルス
信号が印加される。光変調器１０は入力光に応じたフォ
トカレントを発生し、発生したフォトカレントは電極１
０ａからサーキュレータ１２に印加され、そのポートＣ
からＤＣカットのコンデンサ１８、ＲＦアンプ２０及び
狭帯域共振器フィルタ２２を介して可変位相調整回路２
４に印加される。ＲＦパワー検出器４０はフォトカレン
トのパワーを検出し、最小値制御回路４２は検出器４０
の出力が最低になるように可変位相調整回路２４の位相
調整量を制御する。回路２４の出力は、アイソレータ２
６、ＤＣカット用コンデンサ２８並びにサーキュレータ
１２のポートＡ及びＢを介して光変調器１０に変調信号
として印加される。変調器１０にはまた、バイアス電源
１６からインダクタンス１４を介してバイアス電圧が印
加されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、クロック抽出装
置、リタイミング装置及び波形転写装置に関し、より具
体的には、光パルス信号、例えば、数Ｇｂｐｓ／秒以上
のビットレートで変調された光パルス信号からクロック
を抽出するクロック抽出装置、クロック抽出と同じに当
該光パルス信号をリタイミングするリタイミング装置、
及び抽出されたクロックにより入力光パルス信号の波形
を別の入力光に転写する波形転写装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】数Ｇｂｉｔ／ｓ以上の高速・長距離の光
伝送システムでは、中継器で光信号を再生する際に、光
パルスを波形整形及び／又はリタイミングすべき状況が
あり、そのために、クロック抽出装置及び波形整形装置
が中継器に設けられる。

【０００３】図１０は、従来のクロック抽出・波形整形
装置の概略構成ブロック図を示す。本線からの光信号
は、光分岐素子１１０により２分割されその大部分が光
強度変調器１１２に印加され、残りがＲＦクロック抽出
回路１１４に供給される。

【０００４】ＲＦクロック抽出回路１１４では、光分岐
素子１１０からの光信号は広帯域の受光素子１１６に入
力し、電気信号に波形転写される。狭帯域アンプ１１８
は受光素子１１６の出力信号を増幅し、その出力は、Ｓ
ＡＷからなる狭帯域共振器フィルタ１２０に印加され、
ここで既知のクロック周波数帯域のみが抽出される。可
変位相調整回路１２２は、後述するクロック位相制御回
路１３２からのクロック位相制御信号に従い、フィルタ
１２０の出力信号の位相を調整する。可変位相調整回路
１２２の出力が、ＲＦクロック抽出回路１１４の出力と
なる。

【０００５】ＲＦクロック抽出回路１１４（の可変位相
調整回路１２２）の出力は高出力アンプ１２４に印加さ
れ、アンプ１２４は、可変位相調整回路１２２の出力を
光強度変調器１１２を駆動できる電圧まで増幅する。ア
ンプ１２４の出力は、コンデンサ１２６Ｃを介して光強
度変調器１１２の一方の電極に印加され、その同じ電極
には、バイアス電源１２８からのバイアス電圧又は電流
が、高周波除去用のインダクタンス１２６Ｌを介して印
加される。コンデンサ１２６Ｃ及びインダクタンス１２
６Ｌは、アンプ１２４の出力にバイアス電圧又は電流を
加算するバイアス加算回路を構成する。

【０００６】光強度変調器１１２は、バイアス加算回路
１２６からの電気信号に従い、光分岐素子１１０からの
光信号を強度変調する。バイアス電源１２８の出力する
バイアス値は、光強度変調器１１２が、ＲＦクロック抽
出回路１１４から出力されるクロック・パルスの持続期
間では、入力光を低損失又は無損失で透過し、非持続期
間では、入力光を大きく損失又は遮断するように、設定
される。これにより、ＲＦクロック抽出回路１１４から
出力されるクロック・パルスの非持続期間では、雑音が
抑圧される。また、ＲＦクロック抽出回路１１４から出
力されるクロックの持続期間では、入射光パルスがオフ
のときには、若干の雑音が残るものの、入射光パルスが
オンのときには、抽出されたクロックの波形と光強度変
調器１１２の印加電圧対透過率特性により入射光パルス
を波形整形できる。ＲＦクロック抽出回路１１４から出
力されるクロックの持続期間を短くすることで、波形整
形機能、例えば、光パルス幅低減機能を持たせることが
できる。

【０００７】光強度変調器１１２の出力光は、光分岐素
子１３０により２分割され、その大部分が後段の光回路
又は光伝送路に供給されるが、一部がクロック位相制御
回路１３２の、出力光強度をモニタするための受光素子
１３４に入力する。受光素子１３４は入力光をその光強
度に応じた電気信号に波形転写して、最大値制御回路１
３６に印加する。最大値制御回路１３６は、受光素子１
３４の出力を一定期間内で積分又は平均化し、受光素子
１３４の出力電圧が最大になるようにＲＦクロック抽出
回路１１４の可変位相調整回路１２２の位相調整量を制
御する。これにより、光強度変調器１１２による光強度
の調整タイミング、即ち波形整形タイミングを最適化制
御できる。

【０００８】狭帯域アンプ１１８及び狭帯域共振器フィ
ルタ１２０の代わりにＰＬＬ回路を使用した構成も知ら
れている。図１１は、従来のＲＦクロック抽出回路の概
略構成ブロック図を示す。図１１に示すＲＦクロック抽
出回路１４０では、光分岐素子１１０からの受信光は、
広帯域受光素子１１４と同様の性能の広帯域受光素子１
４２に入射する。位相比較器１４４、ＤＣアンプ１４
６、積分回路（又はループ・フィルタ）１４８及び電圧
制御発振器（ＶＣＯ）１５０は、周知のＰＬＬ回路を構
成する。位相比較器１４４は、受光素子１４２の出力と
電圧制御発振器１５０の出力の位相を比較し、その位相
差に応じた電圧値の電圧信号を出力する。位相比較器１
４４の出力電圧はＤＣアンプ１４６により増幅され、積
分回路１４８により平滑化されて、電圧制御発振器１５
０に印加される。電圧制御発振器１５０は、周知の通り
入力電圧に応じた発振周波数で発振し、その出力クロッ
ク信号は、位相比較のために位相比較器１４４に印加さ
れると共に、可変位相調整回路１５２にも印加される。
可変位相調整回路１５２は、クロック位相制御回路１３
２からのクロック位相制御信号に従い電圧制御発振器１
５０からのクロック信号の位相を調整して、高出力アン
プ１２４に出力する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来例では、入力光か
らクロック信号を抽出するのに広帯域の受光素子１１
４，１４２が不可欠である。

【００１０】また、クロックを抽出するのに、入射光を
２分割する光分岐素子１１０が必要になり、光分岐素子
１１０での分波により、光強度変調器１１２の入射光強
度が減少し、信号対雑音比が低下する。この結果、光パ
ルスの再生性能又は雑音抑圧性能が低下する。

【００１１】本発明は、このような問題点を解決し、広
帯域受光素子を必要としないクロック抽出装置並びにそ
の抽出クロックを利用するリタイミング装置及び波形転
写装置を提示することを目的とする。

【００１２】本発明はまた、クロックを抽出するための
光分岐素子を必要としないクロック抽出装置並びにその
抽出クロックを利用するリタイミング装置及び波形転写
装置を提示することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では、光素子、例
えば、光変調手段が入力光パルス信号の入力に応じて発
生するフォトカレントを利用し、当該入力光パルス信号
のクロック成分を抽出する。抽出されたクロック信号を
当該光変調手段に印加して、強度変調することにより、
入力光パルス信号をリタイミングできる。即ち、単一の
光素子で、クロック成分の抽出とリタイミングの両方を
実現できることになる。

【００１４】単純なフィルタ又はＰＬＬにより、簡単に
フォトカレントからクロック成分を得ることができる。
フォトカレントの強度が最小になるように、抽出クロッ
クの位相を調整する構成を採用することにより、リタイ
ミング後の光パルスを分岐しなくて良くなる。

【００１５】光素子又は光変調手段から当該フォトカレ
ントを取り出すと共に、当該位相調整手段の出力を、当
該光素子から取り出された当該フォトカレントとは分離
して変調信号として当該光素子又は光変調手段に印加す
る分離手段を設けることにより、簡易な構造で、フォト
カレントの取り出しと、同じ素子への変調信号の印加を
実現できる。即ち、１つの素子でクロック抽出と、抽出
したクロックによるリタイミングの両方に実現でき、構
成を簡略化できる。この分離手段は例えばサーキュレー
タからなる。

【００１６】更には、光変調手段に入力光パルス信号と
は分離自在にＣＷプローブ光を入力することで、特別の
クロック源無しで効率的に入力光パルス信号の波形をプ
ローブ光に転写できる。即ち、入力光パルス信号と同じ
パルス波形のプローブ光を得ることができる。ＣＷのプ
ローブ光に波形転写するので、得られた波形転写光は、
ノイズ光の少ない高品質のパルス光となる。入力光パル
ス信号の波長とプローブ光の波長を別にすれば、波長変
換も同時に実現できる。外部クロック源が不要になるの
で、構成を簡略化でき、安価に実現できる。

【００１７】プローブ光を、光変調手段内で入力光パル
ス信号とは逆の伝搬方向に伝搬するように入力すること
で、波形転写後のプローブ光を容易に取り出せる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。

【００１９】図１は、本発明の第１実施例の概略構成ブ
ロック図を示す。１０は、印加電圧に応じて入力光の透
過率が変化し、光ゲート素子として機能し得る吸収型半
導体光変調器である。吸収型半導体光変調器はまた、入
力光の強度（その吸収の程度）に応じた大きさのフォト
カレントを電極に発生し、本実施例では、このフォトカ
レントを利用して入力光パルスからクロック成分を抽出
する。

【００２０】光変調器１０の一方の電極１０ａはアース
に接続し、他方の電極１０ｂは、サーキュレータ１２の
ポートＢに接続すると共に、インダクタンス１４を介し
てバイアス電源１６の出力に接続する。サーキュレータ
１２はポートＡの入力をポートＢから出力し、ポートＢ
の入力をポートＣから出力する電気素子である。サーキ
ュレータ１２のポートＣは、ＤＣカット用のコンデンサ
１８を介してＲＦアンプ２０の入力に接続する。ＲＦア
ンプ２０の出力は、クロック周波数帯域を抽出するＳＡ
Ｗからなる狭帯域共振器フィルタ２２に印加され、フィ
ルタ２２の出力は、可変長位相調整回路２４に印加され
る。可変位相調整回路２４には、後述するクロック位相
制御回路３６からクロック位相制御信号が供給され、そ
のクロック位相制御信号に従いフィルタ２２の出力の位
相を調整する。可変位相調整回路２４の出力は、アイソ
レータ２６と図示しない２Ｒ光中継系などに印加され
る。アイソレータ２６の出力は、ＤＣカット用コンデン
サ２８を介してサーキュレータ１２のポートＡに印加さ
れる。

【００２１】光変調器１０には、光パルス信号が入力用
光伝送路３０を介して印加され、光変調器１０は、処理
後の光パルス信号を出力用光伝送路３２に出力する。出
力用光伝送路３２には、出力用光伝送路３２を伝搬する
光信号の一部を取り出してクロック位相制御回路３６に
供給する光分岐素子３４が設けられている。クロック位
相制御回路３６は、従来例のクロック位相制御回路１３
０と同様の構成及び機能からなり、処理後の光パルス信
号の強度が最大になるように可変位相調整回路２４の位
相調整量を制御するクロック位相制御信号を生成し、可
変位相調整回路２４に印加する。

【００２２】図１に示す実施例の動作を説明する。バイ
アス電源１６の出力電圧はインダクタンス１４を介して
光変調器１０に印加される。バイアス電源１６の出力す
るバイアス値及び可変位相調整回路２４の出力の振幅
は、可変位相調整回路２４から出力されるクロック信号
の正の半周期（又はパルス持続期間）では、光変調器１
０が入力光を低損失又は無損失で透過し、負の半周期
（又はパルス非持続期間）では、入力光を大きく損失又
は遮断するように、設定される。

【００２３】光変調器１０に入力用光伝送路３０から光
信号パルスが入力すると、光変調器１０は、その入力光
パルスの強度（正しくは、その吸収量）に応じた大きさ
のフォトカレントが発生する。このフォトカレントは、
光変調器１０の印加電圧が一定であれば、入力光パルス
の時間波形を相似した波形を具備し、少なくとも入力光
パルスの有無を反映する。発生したフォトカレントは、
電極１０ｂから取り出され、サーキュレータ１２のポー
トＢに印加され、ポートＣから出力される。サーキュレ
ータ１２のポートＣから出力される電流は、コンデンサ
１８によりＤＣ成分をカットされて、ＲＦアンプ２０に
印加され、電流／電圧波形転写及び増幅される。ＲＦア
ンプ２０は、図１０に示すアンプ１１８と同様に、クロ
ック成分を選択的に増幅するように設計されている。Ｓ
ＡＷからなる狭帯域共振器フィルタ２２は、アンプ２０
の出力から既知のクロック周波数帯域のみを抽出し、可
変位相調整回路２４に印加する。

【００２４】可変位相調整回路２４は、可変位相調整回
路１２２と同様に、クロック位相制御回路３６からのク
ロック位相制御信号に従いフィルタ２２の出力信号の位
相を調整する。可変位相調整回路２４の出力が、入力用
光伝送路３０から入力する光パルス信号から抽出したＲ
Ｆクロック信号となり、反射除去のためのアイソレータ
２６及びＤＣカット用のコンデンサ２８を介してサーキ
ュレータ１２のポートＡに印加され、そのポートＢから
変調信号として光変調器１０に供給される。従って、可
変位相調整回路２４の出力（ＲＦクロック信号）が、バ
イアス電源１６の出力するバイアス電圧に重畳して、光
変調器１０の電極１０ｂに印加されることになる。

【００２５】図２は、本実施例のタイミング・チャート
を示す。図２（ａ）は、入力用光伝送路３０を伝搬し
て、光変調器１０に入力する光パルス信号の波形図、同
（ｂ）は、可変位相調整回路２４の出力（抽出されたＲ
Ｆクロック信号）、同（ｃ）は、光変調器１０の出力光
の波形図をそれぞれ示す。この実施例では、図２（ａ）
に示すように、光パルス信号はＲＺ信号であり、光パル
スと光パルスの間には、無視できない大きさのノイズ光
が存在する。ノイズ光は一般に、伝送距離が長くなるほ
ど大きくなる。

【００２６】抽出されたクロック信号が可変位相調整回
路２４で最適に位相調整されている場合、光変調器１０
は入力光パルスのパルス期間（データ内容によってはパ
ルス光が存在し得る期間を含む。）をほとんど吸収せず
に透過出力するので、フォトカレント出力が減少する。
しかし、実際には、入力光パルスには絶えず時間的に変
動する揺らぎ（ジッタ）が存在するので、フォトカレン
ト出力が定常的にゼロになることは無い。従って、本実
施例の光変調器１０は、ジッタ成分の抑圧された光パル
ス信号を出力できる。即ち、本実施例より、光パルス信
号を正しくリタイミングできる。

【００２７】本実施例でも、従来例と同様に、入力光パ
ルスを、これから抽出されたＲＦクロック信号によりゲ
ートすることになり、図２（ｃ）に示すように、光パル
スの存在し得る期間（パルス期間）のノイズ光を除去す
ることはできないものの、光パルスの存在し得ない期間
（非パルス期間）のノイズ光を効果的に除去できる。即
ち、本実施例は、ノイズ光抑圧装置として機能する。ま
た、図１に示す実施例では、光変調器１０が、印加電圧
に応じて透過率の変化する光素子である場合、可変位相
調整回路２４の出力するＲＦクロック信号の時間波形を
意図的に鋭くすることで、光パルス波形を時間軸上で細
くすることも原理的には可能である。勿論、光変調器１
０の応答速度が十分に速いことが前提となる。例えば、
図２（ｂ）では、可変位相調整回路２４の出力するＲＦ
クロック信号は正弦波になっているが、これを持続期間
のごく短い矩形パルス又は三角波パルスとすることで、
入力光パルスのパルス幅をより狭くできる。即ち、本実
施例は、波形整形装置として機能させることもできる。

【００２８】光変調器１０から出力用光伝送路３２に出
力された光パルス信号は、そのまま、出力用光伝送路３
２を伝搬するが、光分岐素子３４により一部が分岐され
て、クロック位相制御回路３６に入力する。クロック位
相制御回路３６は従来例のクロック位相制御回路１３２
と全く同じ回路構成からなり、入力光の強度（即ち、出
力用光伝送路３２を伝搬する光パルス信号の強度）が最
大になるように、可変位相調整回路２４の位相調整量を
制御する。これにより、光変調器１１２による光強度の
調整タイミング、即ち波形整形タイミングを最適化制御
できる。

【００２９】図１に示す実施例では、サーキュレータ１
２は、光変調器１０から取り出されるフォトカレント
と、光変調器１０に印加すべき変調信号（抽出されたＲ
Ｆクロック信号）を分離する手段として機能する。サー
キュレータ１２以外にも、このような分離機能を具備す
る回路又は素子を使用し得ることはいうまでもない。

【００３０】図１に示す実施例の光変調器１０の代わり
に半導体レーザ増幅器を使用しても、光変調器１０の場
合と全く同じ作用効果を得ることができる。何故なら
ば、半導体レーザ増幅器も、印加電流に応じて入力光を
ゲートできると共に、入力光に応じて電極にフォトカレ
ントを発生するからである。また、ＲＦアンプ２０及び
フィルタ２２の代わりに、図１１に示すＰＬＬ回路構成
を使用しても良いことは明らかである。

【００３１】図１に示す実施例では、処理後の光信号の
強度をモニタした結果により、ＲＦクロック信号の位相
を調整したが、フォトカレントの大きさによりクロック
信号の位相を調整しても、同様の作用効果を得ることが
できる。この場合、光分岐素子３４を設けなくてよくな
るので、リタイミングした光信号を有効利用できる。図
３は、その変更実施例の概略構成ブロック図を示す。図
１と同じ構成要素には同じ符号を付してある。ＲＦパワ
ー検出器４０は、アンプ２０の入力信号のパワーを検出
し、最小値制御回路４２は、ＲＦパワー検出器４０の検
出出力に従い、ＲＦパワー検出器４０の出力が最低にな
るように可変位相調整回路２４の位相調整量を制御す
る。このように、光変調器１０に変調信号として印加さ
れるＲＦクロック信号の位相が、光変調器１０に入力す
る光パルスの位相と最もよく合致する場合に、発生する
フォトカレントが最も小さくなるので、最小値制御回路
４２が、そのように可変位相調整回路２４を制御する。

【００３２】図３に示すように変更することで、光分岐
素子３４が不要になる。即ち、図１に示す実施例では、
光分岐素子３４により、リタイミング後の光信号が減少
し、信号対雑音比が劣化するが、図３に示す変更実施例
では、このような弊害が無くなる。

【００３３】次に、双方向共振器型構成のクロック抽出
回路を用いた実施例を説明する。図４は、その実施例の
概略構成ブロック図を示す。５０は、吸収型半導体光変
調器１０と同様の特性の吸収型半導体光変調器であり、
その一方の電極５０ａはアースに接続し、他方の電極５
０ｂは、インダクタンス５２を介してバイアス電源５４
の出力に接続すると共に、コンデンサ５６を介して双方
向狭帯域アンプ５８の一方の入出力端子に接続する。双
方向狭帯域アンプ５８の他方の入出力端子は、位相調整
器６０を介して狭帯域共振器フィルタ６２に接続する。
双方向狭帯域アンプ５８は、光パルス信号のクロック成
分を選択的に、しかも双方向で増幅する増幅装置であ
る。狭帯域共振器フィルタ６２は、入力光に含まれるク
ロック周波数帯を共振器構造により選択的に反射する。
位相調整器６０は、アンプ５８からの信号及びフィルタ
６２からの信号に等しい量の位相シフトを与える。

【００３４】６４は光変調器５０に光パルス信号を入力
する入力用光伝送路、６６は、光変調器５０から出力さ
れるリタイミング後の光パルスを伝搬する出力用光伝送
路、６７は出力用光伝送路６６を伝搬する光パルスを分
岐する光分岐素子、６８は光分岐素子６７からの光パル
ス信号の強度が最大になるように、位相調整器６０の位
相量を制御するクロック位相制御回路である。

【００３５】図４に示す実施例の動作を説明する。バイ
アス電源５４の出力電圧はインダクタンス５２を介して
光変調器５０に印加される。この実施例でも、バイアス
電源５４の出力するバイアス値及び双方向狭帯域アンプ
５８の利得は、アンプ５８からコンデンサ５６を介して
光変調器５０に供給される変調信号（ＲＦクロック信
号）の正の半周期（又はパルス持続期間）では、光変調
器５０が入力光を低損失又は無損失で透過し、負の半周
期（又はパルス非持続期間）では、入力光を大きく損失
又は遮断するように、設定される。

【００３６】光変調器１０の場合と同様に、光変調器５
０も、入力用光伝送路６４から光信号パルスが入力する
と、その入力光パルスの強度（正しくは、その吸収量）
に応じた大きさのフォトカレントを発生する。このフォ
トカレントは、光変調器５０の印加電圧が一定であれ
ば、入力光パルスの時間波形に相似した波形を具備し、
少なくとも入力光パルスの有無を反映する。発生したフ
ォトカレントは、電極５０ｂから取り出され、コンデン
サ５６によりＤＣ成分をカットされて双方向狭帯域アン
プ５８に印加され、増幅される。アンプ５８により増幅
されたフォトカレント成分は、位相調整器６０により位
相調整され、狭帯域共振器フィルタ６２に印加され。狭
帯域共振器フィルタ６２は、位相調整器６０からの信号
からクロック成分を抽出して、位相調整器６０に戻す。
位相調整器６０は、フィルタ６２からの信号（クロック
成分）を再び、同じ量だけ位相調整して、アンプ５８に
印加する。アンプ５８は位相調整器６０からのクロック
信号成分を選択的に増幅し、その出力はコンデンサ５６
を介して光変調器５０の電極５０ｂに変調信号として印
加される。

【００３７】光変調器５０は光変調器１０の場合と同様
に、抽出されたクロック信号により、入力用光伝送路６
４からの光パルス信号を強度変調し、パルス期間の光を
無損失又は低損失で透過し、それ以外の期間の光を遮断
又は大きく減衰する。このようにリタイミングされた光
パルス信号は、出力用光伝送路６６を介して後段の光回
路又は光伝送路に供給される。

【００３８】図１の光分岐素子３４及びクロック位相制
御回路３６と同様に、クロック位相制御回路６８が、光
分岐素子６７からの光パルス信号に従い、その光強度が
最大になるように、位相調整器６０の位相調整量を制御
する。

【００３９】このようにして、図１及び図３と同様に、
光変調器５０に入力する入力光パルス信号からフォトカ
レントによりクロック成分を抽出し、同じ光変調器５０
の透過特性を制御することより、広帯域受光素子を使用
せずに、簡単な構成で入力光パルス信号をリタイミング
することができる。また、スペース期間のノイズ光を除
去でき、必要により光パルスを波形整形できる。

【００４０】図５は、図３に示す実施例を利用して、信
号光のパルス波形（データ波形）を別の光（プローブ
光）に波形転写する波形転写装置の実施例の概略構成ブ
ロック図を示す。図３と同じ構成要素には、同じ符号を
付してある。この実施例では、フォトカレントによるク
ロック抽出技術を使用することにより、信号光に同期し
たクロックを自動生成できるので、外部クロック無しに
波形転写装置を実現できる。

【００４１】なお、吸収型半導体光変調器又は半導体レ
ーザ増幅器の一端面に波長λｐのプローブ光を入射し、
他端面に波長λｓの信号光を入射することで、信号光の
波形をプローブ光に波形転写する波長波形転写装置は、
周知である。例えば、同じ出願人による平成８年特許願
第２３３７９６号がある。この波長変換装置では、例え
ば、その図１０に図示されているように、プローブ光を
信号光に同期した光パルス信号とし、必要により光変調
器の印加電圧にも信号光に同期したクロック信号を重畳
することで、波形整形機能及びビット抽出機能をも持た
せることができる。同出願に記載の装置構成では、プロ
ーブ光及び／又は光変調器の変調信号に信号光に同期し
た繰り返し信号を含ませるために、従来例で説明したよ
うに、信号光からクロック成分を抽出するクロック抽出
回路と抽出されたクロックによりプローブ光を変調する
プローブ光変調回路等を別に設ける必要がある。

【００４２】図５の構成及び動作を説明する。光サーキ
ュレータ７０のポートＡには波長λｓのＲＺ形式のパル
ス信号光（以下、信号光λｓと表記する。）が入力す
る。光サーキュレータ７０のポートＢは光伝送路７２を
介して光変調器１０の一端面に接続し、光変調器１０の
他端面には光伝送路７４を介して波長λｐのプローブ光
（以下、プローブ光λｐと表記する。）が印加される。
プローブ光λｐは、本実施例では、ＣＷ光である。

【００４３】図６は、図５に示す実施例における光波形
図であって、図６（ａ）は信号光λｓの波形図、同
（ｂ）はプローブ光λｐの波形図、同（ｃ）は光サーキ
ュレータ７０のポートＣから出力される波長λｐの波形
転写光（以下、波形転写光λｐと表記する。）の波形図
をそれぞれ示す。図６（ａ），（ｂ）及び（ｃ）で、縦
軸は光強度、横軸は時間を示す。

【００４４】光サーキュレータ７０は、ポートＡの入力
光をポートＢから出力するので、光サーキュレータ７０
のポートＡに入力する信号光λｓは光サーキュレータ７
０のポートＢから光伝送路７２を介して光変調器１０に
入力する。他方、光変調器１０には、光伝送路７４を介
してＣＷのプローブ光λｐが、信号光λｓとは逆の伝搬
方向で入射する。バイアス電源１６の発生するバイアス
電圧は、光変調器１０において信号光λｓからプローブ
光λｐへの波形転写が適切に行われるようなレベルに設
定されることはいうまでもない。

【００４５】図３に示す実施例で説明したように、可変
位相調整回路２４で生成され、アイソレータ２６、コン
デンサ２８及びサーキュレータ１２を介して光変調器１
０の電極１０ｂに印加されるＲＦクロック信号又は変調
信号は、信号光λｓに含まれるクロック周波数成分と周
波数及び位相がほぼ合致したものとなる。従って、バイ
アス電源１６による一定バイアス下でも、先の平成８年
特許願第２３３７９６号に記載されるように、プローブ
光λｐは、光変調器１０により信号光λｓの波形に相似
した波形に変形されるが、本実施例では更に、フォトカ
レントにより抽出された信号光λｓのクロック信号によ
る変調効果により、信号光λｓのパルス期間に相当する
期間の選択性が強まると共に、光パルスの存在すべきで
ない期間の光強度の減衰量が増加する。ＣＷのプローブ
光λｐをベースにしているので、パルス期間及び低レベ
ル期間の何れでも、光ノイズが低減する。即ち、光変調
器１０から出力された波形転写光λｐは、光変調器１０
に直流バイアス電圧のみを印加する場合に比べて、消光
比及び信号対雑音比が大幅に向上する。光変調器１０か
ら出力される波形転写されたプローブ光λｐは、光伝送
路７２を伝搬して光サーキュレータ７０のポートＢに入
力し、そのポートＣから出力される。

【００４６】本実施例では、信号光λｓを分岐してクロ
ックを抽出する手段を別に設けなくていいので、信号対
雑音比の良い信号光λｓを光変調器１０に入力でき、こ
れも、波形転写光λｐの品質向上に寄与する。

【００４７】プローブ光λｐの波長λｐを信号光λｓの
波長λｓと等しくすることで、同じ波長間での波形転写
を実現できることはいうまでもない。

【００４８】上記実施例では、ＲＺ形式の光パルス信号
をリタイミングしたが、以下のようにすることで、ＮＲ
Ｚ形式の光パルス信号もリタイミングできる。図７は、
その実施例の概略構成ブロック図を示す。図３と同じ構
成要素には同じ符号を付してある。図３に示す実施例と
の相違は、光信号の入力側に正分散ファイバ８０を配置
したことである。正分散ファイバ８０は、その非線形性
作用により、ＮＲＺ光信号をＲＺ形式に波形転写する。
図８は、本実施例の波形例を示す。図８（ａ）は正分散
ファイバ８０に入力するＮＲＡＺ光信号、同（ｂ）は正
分散ファイバ８０から出力される光信号、同（ｃ）は同
（ｂ）に示される光信号から抽出再生された２次高調波
クロック、同（ｄ）は、光変調器１０の出力光パルス、
同（ｅ）は、受信側で復調されたデータ信号をそれぞれ
示す。図８（ａ）〜（ｄ）の縦軸は光強度、横軸は時間
を示す。図８（ｅ）の縦軸はデータ値、横軸は時間を示
す。

【００４９】図８（ａ）に示すように、例えば、“０１
０１１０１０”というデータ列のＮＲＺ光信号が図７に
示す実施例の正分散ファイバ８０に入力したとすると、
そのＮＲＺ光信号は、正分散ファイバ８０の非線形作用
により差動符号化され、図８（ｂ）に示すようにＲＺ信
号となる。

【００５０】図８（ｂ）に示すようなＲＺ光信号が光変
調器１０に入力すると、図３に示す実施例で説明したの
同様にして図８（ｃ）に示すようなクロック信号が抽出
及び再生され、光変調器１０に変調信号として印加され
る。ここで抽出されるクロック信号は、元もとのＮＲＺ
光信号のクロックの２倍の周波数（２倍高調波）であ
る。これにより、図８（ｂ）に示す光信号はリタイミン
グされると共に、スペース期間の雑音を抑制され、図８
（ｄ）に示すような綺麗は光パルス信号になる。受信側
では、図８（ｄ）に示す光パルス信号を電気信号に波形
転写した後、差動復号化することで、図８（ｅ）に示す
ように、ＮＲＺデータを復元できる。

【００５１】図１及び図３に示す実施例はまた、モード
ロック・ファイバ・リング・レーザに適用して、モード
ロック動作の安定化を図ることができる。図９は、図３
に示す実施例を利用したモードロック・ファイバ・リン
グ・レーザの概略構成ブロック図を示す。９０はエルビ
ウムドプ光増幅ファイバ、９２は指定の所望の波長光の
みを通過する波長可変光フィルタ、９４は、図１、図３
又は図４に示すリタイミング装置であり、これらは、光
ファイバ９６によりリング状に接続されている。光増幅
ファイバ９０、波長可変フィルタ９２、リタイミング装
置９４及び光ファイバ９６からなるファイバ・リングの
適当な箇所に、リング中でのレーザ発振光を取り出す出
力用ファイバ・カップラ９８を設けてある。

【００５２】このようなリング構成では、光増幅ファイ
バ９０で増幅された光から、波長可変フィルタ９２が指
定の波長（又は波長帯）を選択し、リタイミング装置９
４で強度変調されて、再び光増幅ファイバ９０に入力す
る。この循環の過程で後述するような条件が成立する波
長でレーザ発振する。レーザ発振光は、出力用ファイバ
・カップラ９８から外部に取り出される。

【００５３】このようなリング・レーザでは、リング中
の変調器（本実施例では、リタイミング装置９４の光変
調器１０）の変調周波数ｆｍは、リングの実効ファイバ
長をＬ、光速をｃとしたとき、ｆｏ＝ｃ／Ｌを基本周波
数として、そのｆｏの整数倍である必要がある。実効フ
ァイバ長Ｌが変動すると、ｆｏが変化することになり、
安定したモードロックを維持できなくなる。しかし、本
実施例では、リタイミング装置９４は、入力光からクロ
ックを自動抽出してリタイミングするので、リングの実
効ファイバ長Ｌの変動に追随した周波数で入力光を変調
することが可能になり、安定したモードロック動作を維
持できる。リタイミング装置９４が入力光を分岐せずに
フォトカレントによりクロックを抽出するので、リング
中の光ロスが少なくなり、レーザ発振を得やすくなる。
この意味では、変調後（リタイミング後）の光信号を分
岐して抽出クロックの位相を調整する図１又は図４に示
す実施例より、フォトカレントの強度により抽出クロッ
クの位相を調整する図３に示す実施例の方が、光ロスが
少ないので、リタイミング装置９４に適している。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明から容易に理解できるよう
に、本発明によれば、簡単な構成で光パルス信号をリタ
イミングできる。即ち、光パルス信号のスペース期間の
光ノイズを抑圧でき、光パルスの所定のタイミング位置
に合わせると共に、パルス波形を整形できる。また、外
部クロック無しで光パルス信号の波形を別のプローブ光
に波形転写できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例の概略構成ブロック図で
ある。

【図２】 図１に示す実施例の波形例である。

【図３】 本発明の第２実施例の概略構成ブロック図で
ある。

【図４】 双方向共振器構造の本発明の第３実施例の概
略構成ブロック図である。

【図５】 図３に示す実施例を波形転写装置に適用した
例の概略構成ブロック図である。

【図６】 図５に示す実施例の波形例である。

【図７】 ＮＲＺ光信号をリタイミングする本発明の実
施例の概略構成ブロック図である。

【図８】 図７に示す実施例の波形例である。

【図９】 本実施例を適用したモードロック・ファイバ
・リング・レーザの概略構成ブロック図である。

【図１０】 従来のリタイミング装置の概略構成ブロッ
ク図である。

【図１１】 ＰＬＬを用いたＲＦクロック抽出回路の従
来例の概略構成ブロック図である。

【符号の説明】

１０：吸収型半導体光変調器 １０ａ，１０ｂ：電極 １２：サーキュレータ １４：インダクタンス １６：バイアス電源 １８：ＤＣカット用コンデンサ ２０：ＲＦアンプ ２２：狭帯域共振器フィルタ ２４：可変長位相調整回路 ２６：アイソレータ ２８：ＤＣカット用コンデンサ ３０：入力用光伝送路 ３２：出力用光伝送路 ３４：光分岐素子 ３６：クロック位相制御回路 ４０：ＲＦパワー検出器 ４２：最小値制御回路 ５０：吸収型半導体光変調器 ５０ａ，５０ｂ：電極 ５２：インダクタンス ５４：バイアス電源 ５６：コンデンサ ５８：双方向狭帯域アンプ ６０：位相調整器 ６２：狭帯域共振器フィルタ ６４：入力用光伝送路 ６６：出力用光伝送路 ６７：光分岐素子 ６８：クロック位相制御回路 ７０：光サーキュレータ ７２：光伝送路 ７４：光伝送路 ８０：正分散ファイバ ９０：エルビウムドプ光増幅ファイバ ９２：波長可変光フィルタ ９４：リタイミング装置 ９６：光ファイバ ９８：出力用ファイバ・カップラ １１０：光分岐素子 １１２：光強度変調器 １１４：ＲＦクロック抽出回路 １１６：広帯域の受光素子 １１８：狭帯域アンプ １２０：狭帯域共振器フィルタ １２２：可変位相調整回路 １２４：高出力アンプ １２６Ｃ：コンデンサ １２６Ｌ：インダクタンス １２８：バイアス電源 １３０：光分岐素子 １３２：クロック位相制御回路 １３４：受光素子 １３６：最大値制御回路 １４０：ＲＦクロック抽出回路 １４２：広帯域受光素子 １４４：位相比較器 １４６：ＤＣアンプ １４８：積分回路（又はループ・フィルタ） １５０：電圧制御発振器（ＶＣＯ） １５２：可変位相調整回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/06 10/00 (72)発明者 山本 周 東京都新宿区西新宿２丁目３番２号国際電 信電話株式会社内 (72)発明者 秋葉 重幸 東京都新宿区西新宿２丁目３番２号国際電 信電話株式会社内

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力光パルス信号からクロック成分を抽
   出するクロック抽出装置であって、 当該入力光パルス信号に応じてフォトカレントを発生す
   る光素子と、 当該光素子から出力されるフォトカレントから所定周波
   数帯のクロック成分を抽出するクロック抽出手段と、 当該クロック抽出手段の出力を位相調整する位相調整手
   段とからなることを特徴とするクロック抽出装置。
2. 【請求項２】 当該クロック抽出手段が、当該光素子か
   ら出力されるフォトカレントから所定周波数帯を抽出す
   るフィルタ手段からなる請求項１に記載のクロック抽出
   装置。
3. 【請求項３】 当該クロック抽出手段がＰＬＬ回路から
   なる請求項１に記載のクロック抽出装置。
4. 【請求項４】 更に、当該光素子から出力されるフォト
   カレントの強度を検出するフォトカレント強度検出手段
   と、当該フォトカレント強度検出手段の出力に従い、当
   該フォトカレントの強度が実質的に最小になるように当
   該位相調整手段の位相調整量を制御する位相制御手段と
   を具備する請求項１に記載のクロック抽出装置。
5. 【請求項５】 更に、当該光素子から当該フォトカレン
   トを取り出すと共に、当該位相調整手段の出力を、当該
   光素子から取り出された当該フォトカレントとは分離し
   て変調信号として当該光素子に印加する分離手段を具備
   する請求項１に記載のクロック抽出装置。
6. 【請求項６】 当該分離手段がサーキュレータからなる
   請求項５に記載のクロック抽出装置。
7. 【請求項７】 入力光パルス信号をリタイミングするリ
   タイミング装置であって、 当該入力光パルス信号が入力し、当該入力光パルス信号
   に応じてフォトカレントを発生すると共に、外部変調信
   号に応じて当該入力光パルス信号を強度変調する光変調
   手段と、 当該光変調手段から出力されるフォトカレントから所定
   周波数帯のクロック成分を抽出するクロック抽出手段
   と、 当該クロック抽出手段の出力を位相調整する位相調整手
   段と、 当該光変調手段から当該フォトカレントを取り出して当
   該クロック抽出手段に供給すると共に、当該位相調整手
   段の出力を、当該光変調手段から取り出された当該フォ
   トカレントとは分離して変調信号として当該光変調手段
   に印加する分離手段と、 当該光変調手段に当該変調信号として印加される当該位
   相調整手段の出力が、当該入力光パルス信号と所定の位
   相関係になるように当該位相調整手段の位相調整量を制
   御するクロック位相制御手段と、 当該光変調手段のバイアスを発生するバイアス発生手段
   とからなることを特徴とするリタイミング装置。
8. 【請求項８】 当該クロック抽出手段が、当該光変調手
   段から出力されるフォトカレントから所定周波数帯を抽
   出するフィルタ手段からなる請求項７に記載のリタイミ
   ング装置。
9. 【請求項９】 当該クロック抽出手段がＰＬＬ回路から
   なる請求項７に記載のリタイミング装置。
10. 【請求項１０】 当該クロック位相制御手段が、当該光
    変調手段から取り出されたフォトカレントの強度を検出
    するフォトカレント強度検出手段と、当該フォトカレン
    ト強度検出手段の出力に従い、当該フォトカレントの強
    度が実質的に最小になるように当該位相調整手段の位相
    調整量を制御する位相制御手段とからなる請求項７に記
    載のリタイミング装置。
11. 【請求項１１】 当該クロック位相制御手段が、当該光
    変調手段の出力光強度を検出する出力光強度検出手段
    と、当該出力光強度検出手段の出力に従い、当該光変調
    手段の出力光強度が実質的に最大になるように当該位相
    調整手段の位相調整量を制御する位相制御手段とからな
    る請求項７に記載のリタイミング抽出装置。
12. 【請求項１２】 当該分離手段がサーキュレータからな
    る請求項７に記載のリタイミング装置。
13. 【請求項１３】 入力光パルス信号のデータ波形をＣＷ
    のプローブ光に転写する波形転写装置であって、 外部変調信号に応じて入力光を強度変調する光変調手段
    であって、当該入力光パルス信号及び当該プローブ光が
    互いに分離自在に入力し、当該入力光パルス信号に応じ
    てフォトカレントを発生する光変調手段と、 当該光変調手段から出力されるフォトカレントから所定
    周波数帯のクロック成分を抽出するクロック抽出手段
    と、 当該クロック抽出手段の出力を位相調整する位相調整手
    段と、 当該光変調手段から当該フォトカレントを取り出して当
    該クロック抽出手段に供給すると共に、当該位相調整手
    段の出力を、当該光変調手段から取り出された当該フォ
    トカレントとは分離して変調信号として当該光変調手段
    に印加する分離手段と、 当該光変調手段に当該変調信号として印加される当該位
    相調整手段の出力が、当該入力光パルス信号と所定の位
    相関係になるように当該位相調整手段の位相調整量を制
    御するクロック位相制御手段と、 当該光変調手段のバイアスを発生するバイアス発生手段
    と、 当該光変調手段により強度変調された当該プローブ光を
    外部に出力する出力手段とからなることを特徴とする波
    形転写装置。
14. 【請求項１４】 当該クロック抽出手段が、当該光変調
    手段から出力されるフォトカレントから所定周波数帯を
    抽出するフィルタ手段からなる請求項１３に記載の波形
    転写装置。
15. 【請求項１５】 当該クロック抽出手段がＰＬＬ回路か
    らなる請求項１３に記載の波形転写装置。
16. 【請求項１６】 当該クロック位相制御手段が、当該光
    変調手段から取り出されたフォトカレントの強度を検出
    するフォトカレント強度検出手段と、当該フォトカレン
    ト強度検出手段の出力に従い、当該フォトカレントの強
    度が実質的に最小になるように当該位相調整手段の位相
    調整量を制御する位相制御手段とからなる請求項１３に
    記載の波形転写装置。
17. 【請求項１７】 当該分離手段がサーキュレータからな
    る請求項１３に記載の波形転写装置。
18. 【請求項１８】 更に、当該プローブ光を当該光変調手
    段内で当該入力光パルス信号とは逆の伝搬方向に伝搬す
    るように入力するプローブ光入力手段と、当該入力光パ
    ルス信号を当該光変調手段に供給すると共に、当該光変
    調手段から出力される当該プローブ光の成分を外部に出
    力する光サーキュレータ手段とを具備する請求項１３に
    記載の波形転写装置。