JP2006128828A - Optical/electric clock signal extraction device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振幅・タイミング雑音、パルス広がりなどの波形劣化を引き起こした光データ信号から、光データ信号と位相同期し、かつ振幅一定の光クロック信号と、電気クロック信号を同時に生成することのできるクロック抽出装置に関し、特に、ビットレートが40−160Gbit/sの光ファイバ通信システムの中継器や受信器に用い、信号再生や多重分離に必要とされるクロック抽出機能を有する光・電気クロック信号抽出装置に関する。 The present invention can simultaneously generate an optical clock signal and an electric clock signal that are phase-synchronized with an optical data signal and have a constant amplitude from an optical data signal that has caused waveform degradation such as amplitude / timing noise and pulse broadening. With regard to the clock extractor, in particular, an optical / electrical clock signal extractor having a clock extractor function required for signal regeneration and demultiplexing used in a repeater or receiver of an optical fiber communication system having a bit rate of 40 to 160 Gbit / s. Relates to the device.
ビットレートが40−160Gbit/sの光ファイバ通信システムでは、中継器におけるデータ信号の再生や、受信器における多重分離を行うために、高速の光、および電気クロック信号を抽出する技術が必要となる。
その為、従来のクロック信号抽出装置では、光・電気ハイブリッド構成の位相同期ループ回路を用いている。位相同期ループ回路は、位相比較器と高周波の電圧制御発振器(VCO:Voltage−Controlled Oscillator)により構成されるが、位相比較器は光学的な手法により構成され、電圧制御発振器VCOは電子回路で構成される。
例えば、特許文献1の「超高速クロック抽出回路」では、光変調器を用いた位相比較器により誤差信号を検出して電圧制御発振器VCOを制御し、電圧制御発振器VCOの電気出力で局部発振パルスレーザー光源を駆動している。
特許文献2の「超高速クロック抽出回路」では、電圧制御発振器VCOの電気出力で光変調器を駆動して光クロック信号を得ている。
In an optical fiber communication system having a bit rate of 40 to 160 Gbit / s, a technique for extracting high-speed optical and electrical clock signals is necessary to reproduce data signals in a repeater and to perform demultiplexing in a receiver. .
Therefore, the conventional clock signal extraction device uses a phase-locked loop circuit having an optical / electric hybrid configuration. The phase-locked loop circuit is composed of a phase comparator and a high-frequency voltage-controlled oscillator (VCO), but the phase comparator is composed of an optical method, and the voltage-controlled oscillator VCO is composed of an electronic circuit. Is done.
For example, in the “ultra-high-speed clock extraction circuit” of Patent Document 1, an error signal is detected by a phase comparator using an optical modulator to control the voltage-controlled oscillator VCO, and a local oscillation pulse is output from the electrical output of the voltage-controlled oscillator VCO. The laser light source is driven.
In the “ultra-high-speed clock extraction circuit” of Patent Document 2, an optical modulator is driven by an electric output of a voltage controlled oscillator VCO to obtain an optical clock signal.
また、特許文献3の「光クロック信号抽出回路」では、電圧制御発振器VCOの電気出力で電界吸収型光変調器を駆動して光クロック信号を得ている。
特許文献4「光クロック信号抽出装置」では、光電子発振器(Optoelectronic Oscillator)と、半導体光増幅器における相互利得変調効果、または相互位相変調効果とを用いて、光クロック信号を直接抽出する装置を用いている。
図10は特許文献4の光クロック信号抽出装置を説明する図である。
光クロック抽出装置は、入力する光データ信号に位相同期し、かつ振幅一定の光クロック信号を直接発生する光クロック抽出装置であり、バンドパスフィルタ8出力の高周波電気信号駆動により光クロック信号を発生する光クロック信号源1と、光方向性結合器2と、可変光遅延線3と、光クロック信号源1から出力される光クロック信号を前記光データ信号で強度変調する光・光変調回路4と、光サーキュレータ5と、光検出器6と、増幅器7とを備える。
入力信号である光データ信号は、例えば、光パルスの振幅やパルス幅が不揃いの信号も含む。
Further, in the “optical clock signal extraction circuit” of Patent Document 3, an optical clock signal is obtained by driving an electroabsorption optical modulator with an electrical output of a voltage controlled oscillator VCO.
Patent Document 4 “Optical Clock Signal Extraction Device” uses an apparatus that directly extracts an optical clock signal using an optoelectronic oscillator and a mutual gain modulation effect or a mutual phase modulation effect in a semiconductor optical amplifier. Yes.
FIG. 10 is a diagram for explaining the optical clock signal extraction device disclosed in Patent Document 4. In FIG.
The optical clock extraction device is an optical clock extraction device that directly generates an optical clock signal that is phase-synchronized with an input optical data signal and has a constant amplitude, and generates an optical clock signal by driving a high-frequency electrical signal output from a bandpass filter 8. An optical clock signal source 1, an optical directional coupler 2, a variable optical delay line 3, and an optical / optical modulation circuit 4 for intensity-modulating the optical clock signal output from the optical clock signal source 1 with the optical data signal. And an optical circulator 5, a photodetector 6, and an amplifier 7.
An optical data signal that is an input signal includes, for example, a signal with an uneven amplitude or pulse width of an optical pulse.
光クロック抽出装置は、光クロック信号源1からの出力の一部を可変光遅延線3と、劣化した光データ信号が入力された光・光変調回路4を通過させた後、光サーキュレータ5を介して光検出器6で受光し、光検出器6から出力される高周波電気信号を増幅器7、バンドパスフィルタ8を介して、光クロック信号源1の駆動電気信号として正帰還することにより光電子発振器を構成し、光サーキュレータ5で入力の光データ信号と位相同期し、かつ振幅一定の光クロック信号を生成する。光サーキュレータ5は信号処理の便宜上記載されているが、光サーキュレータ5および光・光変調回路4は、半導体光増幅器で構成される。 The optical clock extraction device passes a part of the output from the optical clock signal source 1 through the variable optical delay line 3 and the optical / optical modulation circuit 4 to which the deteriorated optical data signal is input, and then the optical circulator 5 The high-frequency electrical signal received by the photodetector 6 and output from the photodetector 6 is positively fed back as a driving electrical signal of the optical clock signal source 1 through the amplifier 7 and the bandpass filter 8 to thereby generate an optoelectronic oscillator. The optical circulator 5 generates an optical clock signal that is phase-synchronized with the input optical data signal and has a constant amplitude. Although the optical circulator 5 is described for convenience of signal processing, the optical circulator 5 and the light / light modulation circuit 4 are constituted by semiconductor optical amplifiers.
光・光変調回路4に光データ信号が入力されない状態でも、光クロック信号源1は自励発振動作し、発振周波数はバンドパスフィルタ8の中心周波数と、正帰還ループの遅延時間により決まる。劣化した光データ信号から光クロック信号を抽出するためには、予め光クロック信号源1の自励発振周波数を、光データ信号のビットレートに近い値に設定しておく必要がある。光クロック信号源1の自励発振周波数の調整は、可変光遅延線3により正帰還ループの遅延時間を変化させることにより行う。
上記特許文献1〜3に示されるような従来の光・電気ハイブリッド構成の位相同期ループ回路は、電子回路により構成した電圧制御発振器VCOを用いているために、電圧制御発振器VCOの出力として抽出されるクロック信号は電気信号のみとなる。中継器における信号再生や、受信器における多重分離では、光のクロック信号を必要とするため、電圧制御発振器VCOから出力される電気クロック信号により、パルスレーザー光源、または光変調器を駆動して光クロック信号を生成する必要がある。このため、装置が大型、複雑になり、消費電力の増大を引き起こすことになる。
特許文献4の「光クロック信号抽出装置」は、光クロック信号を直接抽出する装置を提供し、従来の光・電気ハイブリッド構成の位相同期ループ回路装置における装置の大型化、複雑化、消費電力増大の問題を解消することができる。
Since the conventional phase-locked loop circuit having an optical / electric hybrid structure as shown in Patent Documents 1 to 3 uses a voltage controlled oscillator VCO configured by an electronic circuit, it is extracted as an output of the voltage controlled oscillator VCO. The clock signal is only an electric signal. Since signal regeneration in a repeater and demultiplexing in a receiver require an optical clock signal, a pulse laser light source or an optical modulator is driven by an electrical clock signal output from a voltage controlled oscillator VCO. It is necessary to generate a clock signal. For this reason, an apparatus becomes large sized and complicated, and causes an increase in power consumption.
The “optical clock signal extraction device” of Patent Document 4 provides a device that directly extracts an optical clock signal, and increases the size, complexity, and power consumption of the conventional phase-locked loop circuit device having an optical / electric hybrid configuration. The problem can be solved.
しかしながら、半導体光増幅器における相互利得変調効果、または相互位相変調効果を利用するため、光データ信号に含まれるクロック成分を抽出する感度が低く、光データ信号のパワーを増大する必要がある。さらに、クロック成分抽出感度が低いことに起因して、光データ信号と同じビットレートの光クロック信号は抽出できるが、光データ信号と異なるビットレートの光クロック信号、例えば、160Gbit/sの光データ信号から40Gbit/sの光クロック信号を抽出することは困難である。
さらに、特許文献4の「光クロック信号抽出装置」では、抽出する光クロック信号と光データ信号とのクロストークを抑えるため、光クロック信号は光データ信号と異なる波長に設定する必要があり、動作波長に対する制約がある。
However, since the mutual gain modulation effect or the mutual phase modulation effect in the semiconductor optical amplifier is used, the sensitivity of extracting the clock component contained in the optical data signal is low, and it is necessary to increase the power of the optical data signal. Further, although the clock component extraction sensitivity is low, an optical clock signal having the same bit rate as the optical data signal can be extracted, but an optical clock signal having a bit rate different from that of the optical data signal, for example, 160 Gbit / s optical data. It is difficult to extract a 40 Gbit / s optical clock signal from the signal.
Furthermore, in the “optical clock signal extraction device” of Patent Document 4, in order to suppress crosstalk between the extracted optical clock signal and the optical data signal, the optical clock signal must be set to a wavelength different from that of the optical data signal. There are constraints on the wavelength.
本発明は、上記の問題を解決するために、波形劣化した光データ信号から光、および電気クロック信号を同時に直接抽出できる光・電気クロック信号抽出装置を提供するとともに、光データ信号からのクロック抽出感度を向上させ、必要な光データ信号のパワーを低減し、光データ信号と異なるビットレートの光クロック信号の抽出と、光クロック信号の波長と光データ信号の波長を自由に設定できる光・電気クロック信号抽出装置を提供することを目的とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides an optical / electrical clock signal extraction device capable of directly extracting optical and electrical clock signals simultaneously from an optical data signal whose waveform has deteriorated, and also extracts a clock from the optical data signal. Optical / electricity that improves sensitivity, reduces the power of the required optical data signal, extracts the optical clock signal with a bit rate different from that of the optical data signal, and can freely set the wavelength of the optical clock signal and the wavelength of the optical data signal An object of the present invention is to provide a clock signal extraction device.
上記の目的を達成するため、本発明の光・電気クロック抽出装置では、電子回路により構成される従来の電圧制御発振器VCOに代わって、光、電気クロックを同時に直接発生できる光電子発振器(Optoelectronic Oscillator)を用いる。具体的には、
(1) 光・電気クロック抽出装置は、閉ループ正帰還回路を構成し、光データ信号を入力とし、前記光データ信号と位相同期し、かつ振幅一定の光クロック信号と、電気クロック信号を同時に生成する光・電気クロック抽出装置であって、電気クロック信号により駆動される光クロック信号源と、前記光クロック信号源から出力される光クロック信号と前記光データ信号を光方向性結合器により完全に分離してそれぞれ入力し、電気クロック信号を出力する電気クロック抽出回路とを備えることを特徴とする。
(2) 上記(1)記載の光・電気クロック信号抽出装置は、前記光クロック信号源から出力される前記光クロック信号の一部を、光遅延線を通過させた後、前記光データ信号と合流して前記電気クロック抽出回路に入力し、前記電気クロック抽出回路から出力される電気クロック信号を光クロック信号源の駆動電気信号として帰還して、前記光データ信号と位相同期し、かつ振幅一定の光クロック信号と、電気クロック信号を同時に生成することを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the optical / electrical clock extraction apparatus of the present invention, an optoelectronic oscillator (Optoelectronic Oscillator) capable of directly generating optical and electric clocks simultaneously instead of a conventional voltage controlled oscillator VCO configured by an electronic circuit. Is used. In particular,
(1) The optical / electrical clock extraction device constitutes a closed-loop positive feedback circuit, receives an optical data signal as input, and simultaneously generates an optical clock signal and an electric clock signal that are phase-synchronized with the optical data signal and have a constant amplitude. And an optical clock signal source driven by an electrical clock signal, an optical clock signal output from the optical clock signal source, and the optical data signal completely by an optical directional coupler. And an electrical clock extraction circuit for separately inputting and outputting an electrical clock signal.
(2) In the optical / electrical clock signal extraction device according to (1) above, after passing a part of the optical clock signal output from the optical clock signal source through an optical delay line, the optical data signal and Combined and input to the electrical clock extraction circuit, the electrical clock signal output from the electrical clock extraction circuit is fed back as a drive electrical signal of the optical clock signal source, phase-synchronized with the optical data signal, and constant amplitude The optical clock signal and the electrical clock signal are generated simultaneously.
(3) 上記(1)又は(2)記載の光クロック信号源は、単一周波数レーザー光源とその出力光を前記電気クロック信号により変調する光強度変調器で構成したことを特徴とする。
(4) 上記(1)又は(2)記載の光クロック信号源は、上記(3)記載の単一周波数レーザー光源と前記光強度変調器の代わりに、能動モード同期半導体レーザーを用いることを特徴とする。
(5) 上記(1)乃至(4)のいずれか1項記載の電気クロック抽出回路は、光検出器と、増幅器と、前記電気クロック信号に同調したバンドパスフィルタとにより構成されることを特徴とする。
(3) The optical clock signal source described in the above (1) or (2) is characterized by comprising a single frequency laser light source and an optical intensity modulator for modulating the output light by the electric clock signal.
(4) The optical clock signal source described in the above (1) or (2) uses an active mode-locked semiconductor laser instead of the single frequency laser light source described in the above (3) and the optical intensity modulator. And
(5) The electrical clock extraction circuit according to any one of (1) to (4) is configured by a photodetector, an amplifier, and a bandpass filter tuned to the electrical clock signal. And
本発明による光クロック抽出装置では、従来の電子回路による電圧制御発振器VCOに代わり、光クロック信号、および電気クロック信号を同時に直接発生できる光電子発振器OEOを用いるため、電気から光へのクロック信号の変換装置が不要になり、構成が簡略化され、消費電力も低減できる。また、高速動作が可能な光クロック信号源と光検出器を用いることにより、電子回路による電圧制御発振器VCOに比べてより高速な動作が可能になる。また、クロック成分の抽出感度が向上するため、必要な光データ信号のパワーを低減することでき、光データ信号と異なるビットレートの光クロック信号の抽出も可能になる。さらに、光クロック信号の波長と光データ信号の波長を任意に設定することができるため、適用範囲を拡大できる。 In the optical clock extracting apparatus according to the present invention, since an optical clock signal and an optical clock oscillator OEO capable of directly generating an electrical clock signal at the same time are used in place of the voltage controlled oscillator VCO based on a conventional electronic circuit, the clock signal is converted from electricity to light. No device is required, the configuration is simplified, and power consumption can be reduced. Further, by using an optical clock signal source and a photodetector capable of high-speed operation, it is possible to operate at higher speed than a voltage-controlled oscillator VCO using an electronic circuit. Further, since the extraction sensitivity of the clock component is improved, the power of the required optical data signal can be reduced, and an optical clock signal having a bit rate different from that of the optical data signal can be extracted. Furthermore, since the wavelength of the optical clock signal and the wavelength of the optical data signal can be arbitrarily set, the applicable range can be expanded.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明にかかる光・電気クロック信号抽出装置の概略を説明する図である。光・電気クロック信号抽出装置は、入力する光データ信号に位相同期し、かつ振幅一定の光クロック信号と、電気クロック信号を同時に直接発生する光・電気クロック抽出装置であり、光クロック信号源1と、光方向性結合器2と、可変光遅延線3と、電気クロック抽出回路9と、パワーディバイダ10とを備える。光クロック信号源1は、高周波電気変調信号を入力することにより光クロック信号を発生する機能を有する。電気クロック抽出回路9は、光クロック信号源1から出力される光クロック信号と、光データ信号を入力として、電気クロック信号を出力する機能を有する。
入力信号である光データ信号は、例えば、光パルスの振幅、位置、パルス幅が不揃いの信号も含む。光・電気クロック抽出信号装置では、光クロック信号源1の出力を光方向性結合器2により2分岐して、一方の分岐出力は光クロック信号として外部に取り出し、他方の分岐出力は可変光遅延線3を通過させた後、光方向性結合器2により劣化した光データ信号と合流させて、電気クロック抽出回路9に入力する。
FIG. 1 is a diagram for explaining the outline of an optical / electrical clock signal extraction apparatus according to the present invention. The optical / electrical clock signal extracting device is an optical / electrical clock extracting device that directly generates an optical clock signal having a constant amplitude and an electric clock signal simultaneously in phase with an input optical data signal. An optical directional coupler 2, a variable optical delay line 3, an electrical clock extraction circuit 9, and a power divider 10. The optical clock signal source 1 has a function of generating an optical clock signal by inputting a high frequency electrical modulation signal. The electrical clock extraction circuit 9 has a function of receiving an optical clock signal output from the optical clock signal source 1 and an optical data signal and outputting an electrical clock signal.
The optical data signal that is an input signal includes, for example, a signal in which the amplitude, position, and pulse width of the optical pulse are not uniform. In the optical / electrical clock extraction signal device, the output of the optical clock signal source 1 is bifurcated by an optical directional coupler 2, one branch output is taken out as an optical clock signal, and the other branch output is a variable optical delay. After passing through the line 3, the optical data signal deteriorated by the optical directional coupler 2 is merged and input to the electric clock extraction circuit 9.
このように、光データ信号と光クロック信号は、光クロック信号源1と可変光遅延線3の間に設けた光方向性結合器2により完全に分離されるため、クロストークは全く生じない。これにより、光データ信号の波長と光クロック信号の波長は任意に設定することができる。
電気クロック抽出回路9から出力される高周波電気クロック信号をパワーディバイダ10により2分し、一方は電気クロック信号として出力する。パワーディバイダ10の他方の出力は光クロック信号源1の駆動電気信号として正帰還することにより光電子発振器を構成し、入力の光データ信号と位相同期し、かつ振幅一定の光クロック信号を生成する。
Thus, since the optical data signal and the optical clock signal are completely separated by the optical directional coupler 2 provided between the optical clock signal source 1 and the variable optical delay line 3, no crosstalk occurs. Thereby, the wavelength of the optical data signal and the wavelength of the optical clock signal can be arbitrarily set.
The high frequency electric clock signal output from the electric clock extraction circuit 9 is divided into two by the power divider 10, and one is output as an electric clock signal. The other output of the power divider 10 is positively fed back as a drive electric signal of the optical clock signal source 1 to constitute an optoelectronic oscillator, and generates an optical clock signal having a constant amplitude and phase-synchronized with the input optical data signal.
光電子発信器は、本発明の光・電気クロック信号抽出装置と比べると、劣化した光データ信号を入力して位相同期した光クロック信号を発生するか、回路の自励発信周波数で発信動作するかにより決まる。
即ち、光電子発信器と光・電気クロック信号抽出装置は、構成上同じ回路構成を有する。しかし、データ信号を入力するのが光・電気クロック信号抽出装置であり、データ信号を入力しないで単独で発信動作するのが光電子発信器である。
図1の光電子発振器は、光クロック信号源、光方向性結合器2、可変光遅延線3、光方向性結合器2、電気クロック抽出回路9、パワーディバイダ10により構成される。
Compared with the optical / electrical clock signal extraction device of the present invention, whether the optoelectronic transmitter generates a phase-synchronized optical clock signal by inputting a deteriorated optical data signal, or does it operate at the self-excited oscillation frequency of the circuit? It depends on.
In other words, the optoelectronic transmitter and the optical / electrical clock signal extraction device have the same circuit configuration. However, an optical / electrical clock signal extracting device inputs a data signal, and an optoelectronic transmitter operates independently without inputting a data signal.
1 includes an optical clock signal source, an optical directional coupler 2, a variable optical delay line 3, an optical directional coupler 2, an electric clock extraction circuit 9, and a power divider 10.
図2は単一周波数レーザー光源と光強度変調器を用いた光クロック信号源を説明する図である。
前記光クロック信号源1は、単一周波数レーザー光源11と、その出力光を電気信号により変調する光強度変調器12とから構成する。
光強度変調器12としては、Mach−Zehnder型の光強度変調器、または電界吸収型光変調器を用い、振幅、タイミング、およびパルス幅が一定の光クロック信号として出力する。
FIG. 2 is a diagram for explaining an optical clock signal source using a single frequency laser light source and an optical intensity modulator.
The optical clock signal source 1 comprises a single frequency laser light source 11 and a light intensity modulator 12 that modulates the output light with an electric signal.
As the optical intensity modulator 12, a Mach-Zehnder type optical intensity modulator or an electroabsorption optical modulator is used, and an optical clock signal having a constant amplitude, timing, and pulse width is output.
図3は前記能動モード同期半導体レーザーを用いた光クロック信号源を説明する図である。
また、前記光クロック信号源1は単一周波数レーザー光源11と光強度変調器12の代わりに、能動モード同期半導体レーザー13を用いることができる。
能動モード同期半導体レーザー13は、直接変調し、光データ信号のビットレートと同じ周波数で動作できることが必要である。能動モード同期半導体レーザー13を用いる方式は、機能的には前記単一周波数レーザー光源11と光強度変調器12を用いる方式と同一であるが、パルス幅のより小さい光クロック信号を発生することが可能である。
図2の前記電気クロック抽出回路9は、光クロック信号や光データ信号からクロック成分を抽出し、高周波電気信号として出力する機能を有する。
FIG. 3 is a diagram for explaining an optical clock signal source using the active mode-locked semiconductor laser.
The optical clock signal source 1 can use an active mode-locked semiconductor laser 13 in place of the single frequency laser light source 11 and the light intensity modulator 12.
The active mode-locked semiconductor laser 13 needs to be directly modulated and operable at the same frequency as the bit rate of the optical data signal. The method using the active mode-locked semiconductor laser 13 is functionally the same as the method using the single frequency laser light source 11 and the light intensity modulator 12, but can generate an optical clock signal with a smaller pulse width. Is possible.
The electric clock extraction circuit 9 in FIG. 2 has a function of extracting a clock component from an optical clock signal or an optical data signal and outputting it as a high frequency electric signal.
図4は電気クロック抽出回路9を説明する図である。電気クロック抽出回路9は、光検出器6と、増幅器7と、バンドパスフィルタ8とから構成される。光検出器6に入力された光信号が電気信号に変換され、バンドパスフィルタ8によりクロック周波数成分が取り出される。光データ信号は光検出器6に直接入力されるため、クロック成分に対する抽出感度が向上し、抽出される光クロック信号の純度と、信号対雑音比が著しく向上する。また、抽出感度が向上することにより、光データ信号と同じビットレートの光クロック信号抽出だけでなく、光データ信号と異なるビットレートの光クロック信号抽出、例えば、ビットレートが160Gbit/sの光データ信号からビットレートが40Gbit/sの光クロック信号抽出が可能となる。 FIG. 4 is a diagram for explaining the electric clock extraction circuit 9. The electrical clock extraction circuit 9 includes a photodetector 6, an amplifier 7, and a band pass filter 8. The optical signal input to the photodetector 6 is converted into an electric signal, and the clock frequency component is extracted by the band pass filter 8. Since the optical data signal is directly input to the photodetector 6, the extraction sensitivity to the clock component is improved, and the purity of the extracted optical clock signal and the signal-to-noise ratio are significantly improved. Further, by improving the extraction sensitivity, not only optical clock signal extraction with the same bit rate as the optical data signal but also optical clock signal extraction with a bit rate different from the optical data signal, for example, optical data with a bit rate of 160 Gbit / s. An optical clock signal with a bit rate of 40 Gbit / s can be extracted from the signal.
光データ信号が入力されない状態でも、光電子発振器は自励発振動作し、発振周波数はバンドパスフィルタ8の中心周波数と、正帰還ループの遅延時間により決まる。劣化した光データ信号から光クロック信号を抽出するためには、予め光電子発振器の自励発振周波数を、光データ信号のビットレートに近い値に設定しておく必要がある。光電子発振器の自励発振周波数の調整は、可変光遅延線3により正帰還ループの遅延時間を変化させることにより行う。 Even when no optical data signal is input, the optoelectronic oscillator performs self-oscillation, and the oscillation frequency is determined by the center frequency of the bandpass filter 8 and the delay time of the positive feedback loop. In order to extract the optical clock signal from the degraded optical data signal, it is necessary to set the self-excited oscillation frequency of the optoelectronic oscillator to a value close to the bit rate of the optical data signal in advance. The self-oscillation frequency of the optoelectronic oscillator is adjusted by changing the delay time of the positive feedback loop by the variable optical delay line 3.
自励発振動作している光電子発振器に光データ信号を入力すると、光データ信号に含まれるクロック周波数成分が、電気クロック抽出回路9により取り出され、光クロック信号源1に正帰還される。これにより、光電子発振器は注入同期動作に移行し、入力の光データ信号と位相同期し、かつ振幅一定の光クロック信号を発生する。また、光電子発振器はパワーディバイダ10を介して、入力の光データ信号と位相同期し、かつ振幅一定の電気クロック信号を発生する。 When an optical data signal is input to an optoelectronic oscillator operating in self-excited oscillation, a clock frequency component included in the optical data signal is extracted by the electric clock extraction circuit 9 and positively fed back to the optical clock signal source 1. As a result, the optoelectronic oscillator shifts to an injection locking operation, and generates an optical clock signal that is phase-locked with the input optical data signal and has a constant amplitude. Further, the optoelectronic oscillator generates an electric clock signal having a constant amplitude and phase-synchronized with the input optical data signal via the power divider 10.
図5は、本発明の光・電気クロック信号抽出装置を用いた39.81312Gbit/sクロック抽出実験を説明する図である。実験に用いた光・電気クロック抽出装置は、主に、図2に示す光クロック信号源と、図4に示す電気クロック抽出回路から構成される。図5に示すように、本発明にかかる光クロック抽出装置は、ビットレートが40Gbit/s、または160Gbit/sの光データ信号を発生する光データ信号生成部と、光クロック信号を抽出する光電子発振器から構成される。
光データ信号生成部は、所定の周波数、例えばITU−Tの標準である9.95328GHzの信号を発生するシンセサイザ14と、シンセサイザ14からの信号に基づき光クロック信号を発生する能動モード同期光ファイバリングレーザー15と、シンセサイザ14の信号を基に1、0のパルスパターンを発生する符号発生器16と、前記光クロック信号を1、0のパルスパターン信号で変調する光変調器12と、変調された光データ信号をより高いビットレートの光データ信号に変換するOTDMマルチプレクサ17とからなる。
FIG. 5 is a diagram for explaining a 39.81312 Gbit / s clock extraction experiment using the optical / electrical clock signal extraction device of the present invention. The optical / electrical clock extraction device used in the experiment is mainly composed of an optical clock signal source shown in FIG. 2 and an electric clock extraction circuit shown in FIG. As shown in FIG. 5, the optical clock extraction apparatus according to the present invention includes an optical data signal generation unit that generates an optical data signal having a bit rate of 40 Gbit / s or 160 Gbit / s, and an optoelectronic oscillator that extracts the optical clock signal. Consists of
The optical data signal generator includes a synthesizer 14 that generates a signal having a predetermined frequency, for example, ITU-T standard 9.95328 GHz, and an active mode-locked optical fiber ring that generates an optical clock signal based on the signal from the synthesizer 14. A laser 15, a code generator 16 that generates a 1 and 0 pulse pattern based on a signal from the synthesizer 14, an optical modulator 12 that modulates the optical clock signal with a 1 and 0 pulse pattern signal, and a modulated signal It comprises an OTDM multiplexer 17 that converts an optical data signal into a higher bit rate optical data signal.
光データ信号生成部では、繰り返し周波数が9.95328GHzの能動モード同期光ファイバリングレーザー15から発生するパルス幅が約3psの光パルスを、光強度変調器12に入力し、符号発生器16から出力される231−1疑似ランダムビット列でデータ変調を行った後、OTDMマルチプレクサ17により4倍、または16倍の光時分割多重化(OTDM:Optical Time Division Multiplexing)を行い、39.81312Gbit/s、または、159.25246Gbit/sのデータ信号を生成する。光データ信号の中心波長は1550nmである。 In the optical data signal generation unit, an optical pulse having a pulse width of about 3 ps generated from the active mode-locked optical fiber ring laser 15 having a repetition frequency of 9.95328 GHz is input to the optical intensity modulator 12 and output from the code generator 16. After performing data modulation with 2 31 -1 pseudo-random bit sequence, optical time division multiplexing (OTDM: Optical Time Division Multiplexing) 4 times or 16 times is performed by the OTDM multiplexer 17, and 39.81312 Gbit / s, Alternatively, a data signal of 159.25246 Gbit / s is generated. The center wavelength of the optical data signal is 1550 nm.
一方、光電子発振器は、単一周波数レーザー光源11、光強度変調器12、光方向性結合器2、可変光遅延線3、光検出器6、増幅器7、バンドパスフィルタ8により構成される。単一周波数レーザー光源11から出力された波長1540nmの光は、光強度変調器12を通過することにより光クロック信号に変換され、光方向性結合器2によりその一部が外部に取り出される。残りの光クロック信号は、可変光遅延線3を通過した後、光検出器6により電気信号に変換され、2段の増幅器7と、中心周波数が39.813GHz、3dB通過帯域幅が41MHzのバンドパスフィルタ8を介して、光強度変調器12に正帰還される。なお、図1の光・電気クロック信号抽出装置の概略を表す図では、電気クロック信号を取り出すために、パワーディバイダ10を利用しているが、図5においては、光強度変調器12の外部終端出力端子から電気クロック信号を取り出している。 On the other hand, the optoelectronic oscillator includes a single frequency laser light source 11, a light intensity modulator 12, an optical directional coupler 2, a variable optical delay line 3, a photodetector 6, an amplifier 7, and a band pass filter 8. The light having a wavelength of 1540 nm output from the single frequency laser light source 11 is converted into an optical clock signal by passing through the light intensity modulator 12, and a part thereof is extracted to the outside by the optical directional coupler 2. The remaining optical clock signal passes through the variable optical delay line 3 and is then converted into an electrical signal by the photodetector 6, and is a two-stage amplifier 7 and a band whose center frequency is 39.813 GHz and 3 dB pass bandwidth is 41 MHz. Positive feedback is provided to the light intensity modulator 12 via the pass filter 8. In the figure showing the outline of the optical / electrical clock signal extraction device in FIG. 1, the power divider 10 is used to extract the electric clock signal. However, in FIG. 5, the external termination of the optical intensity modulator 12 is used. The electric clock signal is taken out from the output terminal.
光方向性結合器2に光データ信号が入力されない場合、光電子発振器は自励発振し、周波数が39.813GHz付近の光クロック信号を生成する。自励発振の繰り返し周波数はループの遅延時間や光強度変調器7の直流バイアス電圧に依存し、可変光遅延線3を調整して39.81312GHz付近に設定する。この状態で光方向性結合器2を介して光データ信号を入力すると、光データ信号に同期した周波数39.81312GHzの光、及び電気クロック信号を同時に発生する。 When no optical data signal is input to the optical directional coupler 2, the optoelectronic oscillator self-oscillates and generates an optical clock signal having a frequency of around 39.813 GHz. The repetition frequency of the self-excited oscillation depends on the delay time of the loop and the DC bias voltage of the light intensity modulator 7, and is adjusted to about 39.8112 GHz by adjusting the variable optical delay line 3. When an optical data signal is input via the optical directional coupler 2 in this state, light having a frequency of 39.8112 GHz synchronized with the optical data signal and an electric clock signal are generated simultaneously.
図6は抽出された電気クロック信号のスペクトラムを表す図である。横軸はオフセット周波数fcを基準とした周波数(MHz)、縦軸は規格化RFパワー(dB)を表す。光データ信号のビットレートは39.81312Gbit/s、分解能帯域幅は10kHzである。光データ信号を入力しないフリーランニング状態においても、高いスペクトル純度が得られているが、光データ信号を入力して注入同期を起こすことにより、サイドバンドの強度が減少し、スペクトル純度が更に向上している。 FIG. 6 is a diagram showing the spectrum of the extracted electrical clock signal. The horizontal axis represents the frequency (MHz) based on the offset frequency fc, and the vertical axis represents the normalized RF power (dB). The bit rate of the optical data signal is 39.83112 Gbit / s, and the resolution bandwidth is 10 kHz. Even in a free-running state in which no optical data signal is input, high spectral purity is obtained. However, when optical data signal is input and injection locking occurs, the intensity of the sideband is reduced and the spectral purity is further improved. ing.
図7は抽出された光クロック信号の光スペクトラムを表す図である。横軸はオフセット波長λcを基準とした波長(nm)、縦軸は規格化パワー(dB)を表す。光データ信号のビットレートは39.81312Gbit/s、分解能帯域幅は10pmである。光クロック信号に現れている多数のサイドバンドから、光データ信号に含まれるクロック周波数成分が抽出されていることがわかる。 FIG. 7 is a diagram showing the optical spectrum of the extracted optical clock signal. The horizontal axis represents the wavelength (nm) based on the offset wavelength λc, and the vertical axis represents the normalized power (dB). The bit rate of the optical data signal is 39.83112 Gbit / s, and the resolution bandwidth is 10 pm. It can be seen that the clock frequency components included in the optical data signal are extracted from the many sidebands appearing in the optical clock signal.
図8は光サンプリング波形を表す図である。図8(上図)は、ビットレート39.81312Gbit/sの光データ信号、図8(下図)は、抽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。横軸は時間(ps)、縦軸は光強度(mW)を表す。サンプリング間隔は2.5fs、時間分解能はおよそ800fsである。データ成分が除去されて、繰り返し周波数39.81312GHzの光クロック信号が抽出されている。光クロック信号のパルス幅は9.8psである。 FIG. 8 shows an optical sampling waveform. FIG. 8 (upper diagram) shows an optical data signal with a bit rate of 39.8112 Gbit / s, and FIG. 8 (lower diagram) shows an optical sampling waveform of the extracted optical clock signal. The horizontal axis represents time (ps), and the vertical axis represents light intensity (mW). The sampling interval is 2.5 fs, and the time resolution is about 800 fs. The data component is removed, and an optical clock signal with a repetition frequency of 39.81312 GHz is extracted. The pulse width of the optical clock signal is 9.8 ps.
図9は光サンプリング波形を表す図である。図9(上図)は、ビットレート159.25246Gbit/sの光データ信号、図9(下図)は、抽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。横軸は時間(ps)、縦軸は光強度(mW)を表す。光データ信号のビットレートの1/4に相当する繰り返し周波数39.81312GHzの光クロック信号が抽出されている。光クロック信号のパルス幅は11.3psである。このような分周されたクロック信号の抽出は、受信器における多重分離を実現する上で有効な技術である。
本発明は以上述べたように構成したことにより所期の効果を奏する。本発明の光クロック抽出装置を構成する構成要素は所期の機能を奏する限りにおいて変更可能である。
FIG. 9 shows an optical sampling waveform. FIG. 9 (upper diagram) shows an optical data signal with a bit rate of 159.25246 Gbit / s, and FIG. 9 (lower diagram) shows an optical sampling waveform of the extracted optical clock signal. The horizontal axis represents time (ps), and the vertical axis represents light intensity (mW). An optical clock signal with a repetition frequency of 39.81312 GHz corresponding to ¼ of the bit rate of the optical data signal is extracted. The pulse width of the optical clock signal is 11.3 ps. Extraction of the frequency-divided clock signal is an effective technique for realizing demultiplexing in the receiver.
The present invention produces the desired effect by being configured as described above. The components constituting the optical clock extracting apparatus of the present invention can be changed as long as the desired functions are exhibited.
本発明は、従来の発振器VCOでは不可能であった光クロック信号と電気クロック信号の同時、直接発生が可能になる。電気クロック信号から光クロック信号への変換装置が不要になるため、システムを簡素化でき、消費電力も大幅に低減できる。これにより、ビットレートが40Gbit/s以上の光ファイバ通信システムにおける中継器や受信器への適用が可能になる。 The present invention enables the simultaneous and direct generation of an optical clock signal and an electrical clock signal, which was impossible with a conventional oscillator VCO. Since a conversion device from an electrical clock signal to an optical clock signal is not required, the system can be simplified and power consumption can be greatly reduced. As a result, application to a repeater or a receiver in an optical fiber communication system having a bit rate of 40 Gbit / s or more becomes possible.
1 光クロック信号源
2 光方向性結合器
3 可変光遅延線
4 光・光変調回路
5 光サーキュレータ
6 光検出器
7 増幅器
8 バンドパスフィルタ
9 電気クロック抽出回路
10 パワーディバイダ
11 単一周波数レーザー光源
12 光強度変調器
13 能動モード同期半導体レーザー
14 シンセサイザ
15 能動モード同期光ファイバリングレーザー
16 符号発生器
17 OTDMマルチプレクサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Optical clock signal source 2 Optical directional coupler 3 Variable optical delay line 4 Optical / optical modulation circuit 5 Optical circulator 6 Optical detector 7 Amplifier 8 Band pass filter 9 Electric clock extraction circuit 10 Power divider 11 Single frequency laser light source 12 Optical intensity modulator 13 Active mode-locked semiconductor laser 14 Synthesizer 15 Active mode-locked optical fiber ring laser 16 Code generator 17 OTDM multiplexer
Claims (5)
5. The optical / electrical device according to claim 1, wherein the electrical clock extraction circuit includes a photodetector, an amplifier, and a band-pass filter tuned to the electrical clock signal. 6. Clock signal extraction device.
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JP2009200659A (en) * | 2008-02-20 | 2009-09-03 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Optical and electric frequency division clock generator and optical signal processor using the same |
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