JPH1138456A - 光信号パルスの受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光検出装置の応答速度による制限を回避し、
高速な光信号パルスの分離検出を可能とする。 【解決手段】 光の照射によって屈折率が変化するフォ
トリフラクティブ素子５、光信号パルス１の光路を二つ
に分離したのちフォトリフラクティブ素子の上でこれら
を重ね合わせて干渉縞を形成させる光学系２，４、光信
号パルスの周期に同期してその整数倍の周期で鋸歯状に
波長掃引され、フォトリフラクティブ素子に形成された
干渉縞に順次光照射され、その波長と干渉縞間隔とで決
まる上記整数通りの方向に回折されるように設置された
参照光光源６、およびフォトリフラクティブ素子から上
記整数通りの方向に回折された光をそれぞれ検出するた
めに空間的に配列された上記整数個の光検出素子９を備
えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、時間軸上を高密度
で伝送されてくる高速光信号パルス情報を受信するため
の装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】まず、本発明の背景について説明する。
マルティメディア、インターネットが普及するにつれて
情報伝送速度の高速化の要求が強くなる。高速化に伴っ
て、光ファイバによって伝送される情報が周波数軸上で
も時間軸上でも高密度になる。時間軸上での高密度化に
関して言えば、100ギガビット毎秒（以下Gb/sと略す）
を越える速度の光信号パルスを時間多重化技術などによ
って発生することができる。ところが、これを離れたノ
ードで受信しようとするとき、通常の半導体光検出素子
の応答速度は高々４０ギガヘルツ（以下GHzと略す）な
ので光検出素子とその後段にある電気信号を処理するた
めの電気回路の動作速度により受信できる伝送速度が制
限されることになる。そこで、そのような制限を回避し
て高速の光信号を分離して受信できる装置の開発が望ま
れる。

【０００３】図３に例えば刊行物（‘OPTICS LETTERS’
Vol.19,No.9,May1,1994）に記載された従来の光信号パ
ルスの受信装置の構成を示す。図において、１は入力光
信号、２１は光サーキュレータ、２２，２４，２５は光
カプラ、２３は光ファイバ、２６は制御光パルス、２７
は右回り光信号、２８は左回り光信号、２９は次のノー
ドもしくは次の受信装置への光信号、３０はこの受信装
置によって取り出された光信号である。

【０００４】図３において、入力光信号１は、光サーキ
ュレータ２１を通じて、光ファイバ２３に結合される。
次にその光信号は光カプラ２２によってパワーが右回り
光信号２７と左回り光信号２８に等分にわけられる。こ
のままこの二つの光信号が進行し、光カプラ２２に戻っ
てくると、光カプラ２２で干渉して、すべての光パワー
が光サーキュレータ２１の方へ戻り、光サーキュレータ
２１を通じて次のノードもしくは受信装置へ送られる。
今、制御光パルス２６のａ，ｃと光信号のうちａ，ｃが
一致して伝搬していくように制御光が信号光に同期し
て、光カプラ２４によって光ファイバ２３に導入された
とする。制御光の強度は強いので非線形光学効果のため
に光ファイバ２３の屈折率が変化する。その結果、右回
り光信号のうちａ，ｃはほかの光パルスとは異なる位相
変化を受けて光カプラ２２に戻ってくる。光パルスａ，
ｃが受ける位相変化が他のパルスに比べてπだけ異なる
とすると、光パルスａ，ｃは干渉の結果、出力光パルス
３０として取り出され、他の光パルスは次のノードもし
くは受信装置への光信号２９として戻される。光カプラ
２５は使用済みの制御光パルスを光ファイバ２３から取
り除く。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の光信号パルスの
受信装置はこのように構成されているので、出力光信号
３０として取り出せる信号の速さは光検出素子の応答速
度で制限される。

【０００６】本発明はこのような従来の装置の問題点を
解決するためになされたもので、高速で送られてくる光
信号パルスを空間的に分離し、それぞれの光パルスを複
数の光検出装置で検出することによって、光検出装置の
応答速度による制限を回避し、高速な光信号パルスの検
出を可能とすることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光信号パル
スの受信装置は、光の照射によって屈折率が変化するフ
ォトリフラクティブ素子、光信号パルスの光路を二つに
分離したのち上記フォトリフラクティブ素子の上でこれ
らを重ね合わせて干渉縞を形成させる光学系、上記光信
号パルスの周期に同期してその整数倍の周期で波長掃引
され、上記フォトリフラクティブ素子に形成された干渉
縞に順次光照射され、その波長と干渉縞間隔とで決まる
上記整数通りの方向に回折されるように設置された参照
光光源、および上記フォトリフラクティブ素子から上記
整数通りの方向に回折された光をそれぞれ検出するため
に空間的に配列された上記整数個の光検出素子を備えた
ものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．本発明の実施の形態１による光信号パル
スの受信装置は図１に示すように構成されている。すな
わち、受信の対象となる入力光信号１のパワーを二分
し、フォトリフラクティブ素子５の上で重ね、干渉縞を
形成するようにした光学系（ハーフミラー２とミラー４
など）と、入力光信号パルス１の周期に同期してその整
数倍の周期で波長が鋸歯状に繰り返し掃引される参照光
光源６と、その参照光光源６からの参照光７をフォトリ
フラクティブ素子５に照射するための光学系１３と、フ
ォトリフラクティブ素子５からいくつかの決められた方
向に回折されてくる光を検出するよう空間的に配列され
た複数の光検出素子９とからなる。なお、フォトリフラ
クティブ素子５は、多重量子井戸構造を有する半導体か
らなり、光の照射によって屈折率が変化する。また、波
長掃引される参照光光源６としては、半導体レーザもし
くはＥｒドープファイバレーザをモードロック動作ある
いは利得スイッチ動作させ、その出力光パルスを光ファ
イバを伝送させることによって分散させたものを用い
る。

【０００９】入力光信号パルス１は、高速（例えば100G
b/s）の光のパルス列（パルスの有無によって１または
０を表示している）からなる。これを４bits毎に空間的
に配列された四つの光検出素子９で電気信号に変換する
場合を例にして動作を説明する。図２は信号光１と参照
光７の波長及び受信する光検出素子９（９１〜９４）の
関係を説明する図である。単一波長の光を選択する波長
フィルター１２を通った高速光パルス列はハーフミラー
２で二つに分岐され、その後、それぞれミラー４で反射
させてフォトリフラクティブ素子５の上で重ね合わせら
れる。分岐して伝搬したそれぞれの光ビームの光路長は
等しくされている。その結果、フォトリフラクティブ素
子５の中に形成される干渉縞が周期的屈折率変化を形成
する。フォトリフラクティブ素子５の屈折率変化は光の
場がなくなると直ちに屈折率変化が消滅するような緩和
の速い素子５を選んでいる。そのため、分岐した後の二
つの光パルスがフォトリフラクティブ素子５の中をほぼ
同時に透過する短い時間の間だけ干渉縞が発生する。と
ころで波長掃引された参照光光源６からの参照光７は光
学系１３の作用によりフォトリフラクティブ素子５を照
射する。この波長は25GHzの周波数（信号光の繰り返し
の1/4の周波数）で鋸歯状に変化する。またこの繰り返
し周期は送信されてくる入力光信号パルス１の周期に同
期している。ある波長の光λ₁がフォトリフラクティブ
素子５を照射するとき、信号光１によって干渉縞が形成
されていれば、干渉縞間隔Λと参照光７波長λ₁で決ま
る方向に回折光８が照射される。その光を１番目の光検
出素子９１で検出する。一掃引時間のうち異なる時刻に
光信号パルス１が干渉縞を形成していたとするとその時
刻にフォトリフラクティブ素子５に到達した参照光７が
その波長λ₂と干渉縞間隔Λによって決まる方向に回折
され、２番目の光検出素子９２によって検出される。こ
のようにして、時間軸上を100Gbpsという高速で送られ
てくる光パルスを４bit毎に空間的に分離して、四つの
異なる光検出素子９１〜９４で検出することになる。し
たがって、それぞれの光検出素子９１，９２，９３，９
４は25GHzの応答速度であっても並列に受信することに
よって100Gb/sの受信が可能になり、個々の光検出素子
９の応答速度の４倍の高速信号を受信することができ
る。

【００１０】なお、上記図および説明では、入力信号パ
ルス１が全て「１」を表示している場合を示したが、例
えば、ｎ番目のパルスが無い、すなわち「０」を表示し
ている場合には、フォトリフラクティブ素子５に入力光
信号パルスが照射されないので、干渉縞は形成されな
い。したがって、この時刻に参照光７が照射されても回
折光８は得られず、出力電気信号１０は「０」となる。
このようにして、パルスの有無によって「１」または
「０」を表示する入力光信号パルス１が一掃引時間のう
ちに照射されると、入力光信号パルスの「１」に対応し
た時刻にのみフォトリフラクティブ素子５に干渉縞が形
成され、この時刻に照射された参照光７のみが回折光８
を発生する。したがって、入力光信号パルスの「１」，
「０」のパターンが回折光８の「有」，「無」のパター
ンに変換され、それぞれの回折光位置に設けられた光検
出素子９により上記パターンが検出される。

【００１１】なお、上記実施の形態では参照光７を光信
号パルス１の４倍の周期で波長掃引して４個の光検出素
子９で検出する場合について説明したが、これに限るも
のではなく、整数倍の周期であればよく、上記整数個の
検出素子で検出できるのは言うまでもない。

【００１２】実施の形態２．上記の実施の形態１では、
入力光信号を「１」，「０」の値を持つバイナリー信号
として扱ったが、フォトリフラクティブ素子５の屈折率
変化量が入力光信号の強度にほぼ比例することを利用し
て、アナログ信号の分離・受信に利用することもでき
る。すなわち、入力信号光パルス１によってフォトリフ
ラクティブ素子５に形成される干渉縞の強度は入力光パ
ルス１の強度にほぼ比例するので、この干渉縞によって
形成された参照光７の回折光８の強度も入力光信号パル
ス１の強度にほぼ比例したものとなる。したがって、回
折光８の強度が入力光信号パルス１のアナログ情報を反
映したものとなり、アナログ情報の分離・受信が可能で
ある。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、光の照射によって屈折
率が変化するフォトリフラクティブ素子、光信号パルス
の光路を二つに分離したのち上記フォトリフラクティブ
素子の上でこれらを重ね合わせて干渉縞を形成させる光
学系、上記光信号パルスの周期に同期してその整数倍の
周期で波長掃引され、上記フォトリフラクティブ素子に
形成された干渉縞に順次光照射され、その波長と干渉縞
間隔とで決まる上記整数通りの方向に回折されるように
設置された参照光光源、および上記フォトリフラクティ
ブ素子から上記整数通りの方向に回折された光をそれぞ
れ検出するために空間的に配列された上記整数個の光検
出素子を備えたので、高速で送られてくる入力光信号パ
ルスを空間的に分離し、それぞれの光パルスを複数の光
検出素子で検出することによって、光検出素子の応答速
度による制限を回避し、高速な光信号パルスの検出が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１による光信号パルスの
受信装置を説明する構成図である。

【図２】 本発明の実施の形態１に係わり図１に示した
装置の分離・受信動作を説明する図である。

【図３】 従来の光信号パルスの受信装置を示す構成図
である。

【符号の説明】 １ 入力光信号パルス、 ２ ハーフミラー、 ４ ミ
ラー、 ５ フォトリフラクティブ素子、 ６ 波長掃
引参照光光源、 ７ 参照光、 ８ 回折光、９ 光検
出素子、 １０ 出力電気信号、 １２ 波長フィル
タ、 １３ 波長掃引された光源からの光をフォトリフ
ラクティブ素子に導くための光学系、２１ 光サーキュ
レータ、 ２２，２４，２５ 光カプラ、 ２３ 光フ
ァイバ、 ２６ 制御光パルス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光の照射によって屈折率が変化するフォ
   トリフラクティブ素子、光信号パルスの光路を二つに分
   離したのち上記フォトリフラクティブ素子の上でこれら
   を重ね合わせて干渉縞を形成させる光学系、上記光信号
   パルスの周期に同期してその整数倍の周期で波長掃引さ
   れ、上記フォトリフラクティブ素子に形成された干渉縞
   に順次光照射され、その波長と干渉縞間隔とで決まる上
   記整数通りの方向に回折されるように設置された参照光
   光源、および上記フォトリフラクティブ素子から上記整
   数通りの方向に回折された光をそれぞれ検出するために
   空間的に配列された上記整数個の光検出素子を備えた光
   信号パルスの受信装置。