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JPH01150121A - Optical circuit for self-timing extraction - Google Patents

Optical circuit for self-timing extraction

Info

Publication number
JPH01150121A
JPH01150121A JP62310291A JP31029187A JPH01150121A JP H01150121 A JPH01150121 A JP H01150121A JP 62310291 A JP62310291 A JP 62310291A JP 31029187 A JP31029187 A JP 31029187A JP H01150121 A JPH01150121 A JP H01150121A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical
input
signal
directional coupler
loop circuit
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.)
Pending
Application number
JP62310291A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Jinno
正彦 神野
Masabumi Koga
正文 古賀
Takao Matsumoto
松本 隆男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP62310291A priority Critical patent/JPH01150121A/en
Publication of JPH01150121A publication Critical patent/JPH01150121A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/28Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/293Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means
    • G02B6/29331Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals with wavelength selective means operating by evanescent wave coupling
    • G02B6/29335Evanescent coupling to a resonator cavity, i.e. between a waveguide mode and a resonant mode of the cavity
    • G02B6/29338Loop resonators
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/28Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G02B6/2861Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using fibre optic delay lines and optical elements associated with them, e.g. for use in signal processing, e.g. filtering
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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    • H04L7/0075Arrangements for synchronising receiver with transmitter with photonic or optical means

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain an optical clock signal synchronized directly from an input optical signal and without having jitter by realizing an optical loop circuit consisting of an optical directional coupler and an optical delay element and furthermore, an optical band-pass filter with high Q value by using a light amplifier, and combining the filter with a light limiter. CONSTITUTION:The optical directional coupler 2 includes a second output port, and a branching means is included in the coupler 2, and branches the signal of a second input port to the second output port. The second output port is coupled with an optical limiter 5 via an optical waveguide 4 optically. The optical loop circuit 3 is constituted of the optical delay element, and length L is set at C/nT assuming the clock cycle of an input light signal as T. Where, C shows luminous flux, and (n) is the refractive index of the loop circuit 3. The optical BPF is formed by the coupler 2 and the loop 3. It is permitted to provide the light amplifier 6 on the loop 3. The amplifier 6 is a semiconductor laser whose injection current is suppressed less than an oscillation threshold value, and the optical limiter 5 is the semiconductor laser having an electrode bi-sected in the direction of a resonator. By constituting a circuit in such way, it is possible to extract the optical clock synchronized with input whose pulse strength is modulated.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光通信装置に利用する。特に、光信号を電気信
号に変換することなく処理するため、入力光信号に同期
した光クロック信号をその入力光信号自身から抽出する
光回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention is applied to an optical communication device. In particular, the present invention relates to an optical circuit that extracts an optical clock signal synchronized with an input optical signal from the input optical signal itself in order to process the optical signal without converting it into an electrical signal.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

現在の光通信装置では、実際に光信号が流れているのは
伝送部分だけであり、中継器、多重・分離装置および交
換機では、光信号を一旦電気信号に変換してから電子回
路的に種々の処理を行い、その後に再び光信号に戻す必
要がある。このため、装置構成が複雑になってしまう。
In current optical communication equipment, only the transmission section is where the optical signal actually flows; repeaters, multiplexing/demultiplexing equipment, and exchanges convert the optical signal into an electrical signal and then use various electronic circuits to convert it into an electrical signal. It is necessary to process the signal and then convert it back into an optical signal. Therefore, the device configuration becomes complicated.

また、電子回路による処理では、10〜数106bit
/s程度のビット速度に原理的な処理速度の限界が存在
する。このような電気的処理が介在することにより装置
構成の複雑下および処理速度の制限の問題を解決するた
めには、光信号を電気信号に変換することなく、光信号
のままで処理することが必要である。
In addition, in processing by electronic circuits, 10 to several 106 bits
There is a theoretical limit to the processing speed at a bit rate of about /s. In order to solve the problem of complicated equipment configuration and limited processing speed due to the intervention of electrical processing, it is possible to process optical signals as they are without converting them into electrical signals. is necessary.

このような中継、多重・分離、交換その他の各機能を電
気信号に変換することなく光信号のままで実現するため
には、入力光信号に同期した光クロック信号を入力光信
号自身から抽出する技術が不可欠である。このような光
による自己タイミング抽出技術として、特開昭62−6
3923号公報には光位相同期ループが開示れている。
In order to achieve relaying, multiplexing/demultiplexing, switching, and other functions using optical signals without converting them to electrical signals, it is necessary to extract an optical clock signal synchronized with the input optical signal from the input optical signal itself. Technology is essential. As a self-timing extraction technology using light, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-6
No. 3923 discloses an optical phase locked loop.

第11図は光位相同期ループのブロック構成図を示す。FIG. 11 shows a block diagram of the optical phase-locked loop.

位相比較器113は、光導波路112の端面111に入
射された入力光信号と、光制御負性抵抗発光素子117
の第一の出射端から先導波路118に入射された光クロ
ック信号とを受は取り、先導波路114に位相差光信号
を出射する。この位相差光信号は、先導波路114を経
由して光ファイバ115に導かれる。光制御負性抵抗発
光素子117は、光導波路118が接続された第一の出
射端および光導波路119が接続された第二の出射端か
ら、パルス強度変調されたクロック信号を出射する。こ
れにより、光導波路119の端面120に光クロック信
号が得られる。
The phase comparator 113 receives the input optical signal incident on the end face 111 of the optical waveguide 112 and the optically controlled negative resistance light emitting element 117.
It receives and receives an optical clock signal inputted into the leading waveguide 118 from the first output end of the waveguide 118 , and outputs a phase difference optical signal to the leading waveguide 114 . This phase difference optical signal is guided to an optical fiber 115 via a leading wavepath 114. The optically controlled negative resistance light emitting element 117 emits a pulse intensity modulated clock signal from a first output end to which the optical waveguide 118 is connected and a second output end to which the optical waveguide 119 is connected. As a result, an optical clock signal is obtained at the end face 120 of the optical waveguide 119.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし、光位相同期ループは、電気における位相同期ル
ープと同様に、 ■ 回路規模が大きく、 ■ 位相同期ループの伝達関数に急峻な低域通過特性を
もたせようとすると、伝達関数にピ一り利得が生じ、多
段中継により特定の周波数のジッタが増幅される という欠点がある。
However, optical phase-locked loops, like electrical phase-locked loops, ■ have large circuit scales, and ■ attempt to give steep low-pass characteristics to the transfer function of a phase-locked loop, resulting in a sharp gain increase in the transfer function. This has the drawback that jitter at a specific frequency is amplified by multi-stage relay.

本発明は、以上の問題点を解決し、簡単な受動共振型の
構成で、パルス強度変調された入力光信号に同期した光
クロック信号を電気信号に変換することなく抽出するこ
とができ、しかも特定のジッタに対して利得をもつこと
のない自己タイミング抽出光回路を提供することを目的
とする。
The present invention solves the above problems, and can extract an optical clock signal synchronized with a pulse intensity modulated input optical signal without converting it into an electrical signal with a simple passive resonance type configuration. It is an object of the present invention to provide a self-timing extraction optical circuit that does not have a gain for specific jitter.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の自己タイミング抽出光回路は、二以上の入力ポ
ートに入力された光信号を一以上の出力ポートに結合す
る光方向性結合器と、この光方向性結合器の第一の入力
ポートにパルス強度変調された入力光信号を供給する人
力手段と、上記光方向性結合器の出力ポートから出力さ
れる光信号を上記入力光信号のクロック周期と等しい時
間だけ遅延させて上記光方向性結合器の第二の入力ポー
トに供給する光ループ回路と、この光ループ回路から光
信号を分岐する分岐手段と、この分岐手段が分岐した光
信号の波形を整形して上記入力光信号に同期した光クロ
ック信号を出力する光リミッタとを備えたことを特徴と
する。
The self-timing extraction optical circuit of the present invention includes an optical directional coupler that couples optical signals input to two or more input ports to one or more output ports, and a first input port of the optical directional coupler. manual means for supplying a pulse intensity modulated input optical signal; and the optical directional coupling by delaying the optical signal output from the output port of the optical directional coupler by a time equal to the clock period of the input optical signal. an optical loop circuit that supplies a second input port of the device, a branching means for branching an optical signal from the optical loop circuit, and a branching means that shapes the waveform of the branched optical signal and synchronizes it with the input optical signal. It is characterized by comprising an optical limiter that outputs an optical clock signal.

光方向性結合器は第二の出力ポートを含み、分岐手段は
この光方向性結合器に含まれ、特分岐手段は、上記光方
向性結合器を利用してその第二の入力ポートの信号をそ
の第二の出力ポートに分岐する構成でもよく、上記光方
向性結合器とは別に光ループ回路上に設けられた第二の
光方向性結合器を利用してもよい。
The optical directional coupler includes a second output port, branching means is included in the optical directional coupler, and the branching means utilizes the optical directional coupler to output the signal of the second input port. Alternatively, a second optical directional coupler provided on the optical loop circuit separately from the optical directional coupler may be used.

光ループ回路には光増幅器を含むことができる。The optical loop circuit can include an optical amplifier.

〔作 用〕[For production]

本発明の自己タイミング抽出光回路は、光方向性結合器
と光ループ回路とにより急峻な帯域通過特性をもつ光帯
域通過フィルタを構成し、この光帯域通過フィルタの出
力光信号を光リミッタにより整形して出力する。
In the self-timing extraction optical circuit of the present invention, an optical directional coupler and an optical loop circuit constitute an optical band-pass filter having steep band-pass characteristics, and the output optical signal of this optical band-pass filter is shaped by an optical limiter. and output.

したがって、光・電気変換および電気・光変換の必要な
しに、パルス強度変調された入力光信号から、この信号
に同期した光クロック信号を抽出することができる。ま
た、光帯域通過フィルタを用いることから、ジッタを平
均化することができ、特定のジッタが増幅されることは
ない。
Therefore, an optical clock signal synchronized with the pulse intensity modulated input optical signal can be extracted from the pulse intensity modulated input optical signal without the need for optical-to-electrical conversion and electric-to-optical conversion. Furthermore, since an optical bandpass filter is used, jitter can be averaged, and specific jitter is not amplified.

また、本発明の光回路では、従来の光位相同期ループで
必要とされる光位相比較器および光制御負性抵抗発光素
子のような複雑な素子は不要である。
Further, the optical circuit of the present invention does not require complicated elements such as an optical phase comparator and an optically controlled negative resistance light emitting element, which are required in a conventional optical phase-locked loop.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明第一実施例の自己タイミング抽出光回路
のブロック構成図である。
FIG. 1 is a block diagram of a self-timing extraction optical circuit according to a first embodiment of the present invention.

この自己タイミング抽出光回路は、二つの人力ポートに
入力された光信号を二つの出力ポートに結合する光方向
性結合器2と、この光方向性結合器2の第一の入力ポー
トにパルス強度変調された入力光信号を供給する人力手
段として先導波路1と、光方向性結合器2の第一の出力
ポートから出力される光信号を上記入力光信号のクロッ
ク周期と等しい時間だけ遅延させて光方向性結合器2の
第二の入力ポートに供給する光ループ回路3と、この光
ループ回路3から光信号を分岐する分岐手段と、この分
岐手段が分岐した光信号の波形を整形して上記入力光信
号に同期した光クロック信号を出力する光リミッタ5と
を備える。
This self-timing extraction optical circuit includes an optical directional coupler 2 that couples optical signals input into two human power ports to two output ports, and a pulse intensity input to the first input port of this optical directional coupler 2. As a manual means for supplying a modulated input optical signal, the optical signal outputted from the leading waveguide 1 and the first output port of the optical directional coupler 2 is delayed by a time equal to the clock period of the input optical signal. An optical loop circuit 3 for supplying to the second input port of the optical directional coupler 2, a branching means for branching an optical signal from the optical loop circuit 3, and a branching means for shaping the waveform of the branched optical signal. and an optical limiter 5 that outputs an optical clock signal synchronized with the input optical signal.

本実施例では、光方向性結合器2が第二の出力ポートを
含み、分岐手段はこの光方向性結合器2に含まれ、その
第二の人力ボートの信号をその第二の出力ポートに分岐
する構成である。この第二の出力ポートは、先導波路4
を介して光リミッタ5に光学的に結合される。
In this embodiment, the optical directional coupler 2 includes a second output port, and the branching means is included in the optical directional coupler 2 to route the signal of the second human-powered boat to the second output port. It has a branching configuration. This second output port is connected to the leading waveguide 4.
It is optically coupled to the optical limiter 5 via.

光ループ回路3は光遅延素子により構成され、その長さ
Lは、入力光信号のクロック周期をTとしてc / n
 Tに設定されている。ここで、Cは真空中の光速、n
は光ループ回路3の屈折率である。
The optical loop circuit 3 is composed of an optical delay element, and its length L is c/n, where T is the clock period of the input optical signal.
It is set to T. Here, C is the speed of light in vacuum, n
is the refractive index of the optical loop circuit 3.

この自己タイミング抽出回路において、光方向性結合器
2ふよび光ループ回路3は光帯域通過フィルタ10を構
成する。
In this self-timing extraction circuit, the optical directional coupler 2 and the optical loop circuit 3 constitute an optical bandpass filter 10.

第2図は本発明第二実施例の自己タイミング抽出光回路
のブロック構成図である。この実施例は、光ループ回路
3上に光増幅器6を設けたことが第一実施例と異なる。
FIG. 2 is a block diagram of a self-timing extraction optical circuit according to a second embodiment of the present invention. This embodiment differs from the first embodiment in that an optical amplifier 6 is provided on the optical loop circuit 3.

第3図は第一実施例および第二実施例の動作原理を示す
図であり、(a)はパルス強度変調された入力光信号、
(b)は光方向性結合器2の第二の出力ポートから出力
される光信号、(C)は光リミッタ5から出力される光
クロック信号を示す。
FIG. 3 is a diagram showing the operating principle of the first embodiment and the second embodiment, in which (a) shows a pulse intensity modulated input optical signal;
(b) shows an optical signal output from the second output port of the optical directional coupler 2, and (C) shows an optical clock signal output from the optical limiter 5.

第3図(a)に示すように、入力光信号には、種々の雑
音や符号パターンによるジッタが付加されている。この
ため、光パルス位相の進みまたは遅れが生じる。
As shown in FIG. 3(a), the input optical signal has added jitter due to various noises and code patterns. Therefore, the phase of the optical pulse is advanced or delayed.

このような入力光信号に対して光帯域通過フィルタ10
は、1/Tの整数倍の周波数で強度変調された光信号だ
けを通過させる。したがって光方向性結合器2の第二の
出力ポートには、第3図ら)に示した光信号が得られる
。この光信号は、ジッタが平均化され、入力光信号のク
ロック周期に等しい周期をもつ光パルス列となる。
For such an input optical signal, an optical bandpass filter 10 is applied.
allows only optical signals whose intensity is modulated at a frequency that is an integral multiple of 1/T to pass through. Therefore, the optical signal shown in FIG. 3 is obtained at the second output port of the optical directional coupler 2. This optical signal has its jitter averaged and becomes an optical pulse train having a period equal to the clock period of the input optical signal.

光リミッタ5は、この光パルス列の波形を整形し、第3
図(C)に示したように、ジッタが吸収された矩形パル
ス列を出力する。
The optical limiter 5 shapes the waveform of this optical pulse train and
As shown in Figure (C), a rectangular pulse train with jitter absorbed is output.

次に、光帯域通過フィルタ10の特性について説明する
Next, the characteristics of the optical bandpass filter 10 will be explained.

光方向性結合器2の第一の入力ポート、第二の人力ポー
ト、第一の出力ポートおよび第二の出力ポートが光強度
をそれぞれP3、P2、P3およびP4とすると、光方
向性結合器20入出力特性は、 ・  (1) と表すことができる。ここでkは光方向性結合器2の分
岐比を表し、Q<k<1である。また、光方向性結合器
2の損失については、簡単化のために無視した。光増幅
器6の増幅率をaとすると、光帯域通過フィルタ10の
インパルス応答h (t)は、デルタ関数δ(1)を用
いて1 、(2) で表される。第一実施例はa=lの場合と考えることが
できる。(2)式をフーリエ変換すると、伝達関数の絶
対値H(fT)は、 l H(fT) 1 −・・・−・ (3) となる。ここで、fは強度変調周波数である。
If the first input port, second manual port, first output port, and second output port of the optical directional coupler 2 have optical intensities P3, P2, P3, and P4, respectively, the optical directional coupler 20 input/output characteristics can be expressed as: (1). Here, k represents the branching ratio of the optical directional coupler 2, and Q<k<1. Furthermore, the loss of the optical directional coupler 2 has been ignored for the sake of simplicity. When the amplification factor of the optical amplifier 6 is a, the impulse response h (t) of the optical bandpass filter 10 is expressed as 1 and (2) using a delta function δ(1). The first embodiment can be considered as a case where a=l. When formula (2) is subjected to Fourier transformation, the absolute value H(fT) of the transfer function becomes l H(fT) 1 -...- (3). Here, f is the intensity modulation frequency.

また、光ループ回路3を一周したときの光強度はa(1
−k)となる。この値を「ループゲイン」と呼び、Gt
、と書くことにする。
Furthermore, the light intensity when going around the optical loop circuit 3 is a(1
-k). This value is called "loop gain" and Gt
, I will write it as .

第4図は光帯域通過フィルタ100周波数特性の計算値
を示す。この計算では、ループゲインGLを0.9とし
、分岐比kをパラメータとした。
FIG. 4 shows calculated values of the frequency characteristics of the optical bandpass filter 100. In this calculation, the loop gain GL was set to 0.9, and the branching ratio k was used as a parameter.

この図に示したように、光帯域通過フィルタ10は入力
光信号のクロック周波数1/Tの整数倍の周波数に対し
て帯域通過特性を示す。帯域通過フィルタ10の共振の
鋭さを示す指数Qを共振ピークの半値全幅の逆数で定義
する。このQ値が大きいほど、光帯域通過フィルタ10
のジッタ吸収が大きい。分岐比kが0.5のとき、Q値
は、・−・・・−(4) で表される。
As shown in this figure, the optical bandpass filter 10 exhibits bandpass characteristics for frequencies that are integral multiples of the clock frequency 1/T of the input optical signal. An index Q indicating the sharpness of the resonance of the bandpass filter 10 is defined as the reciprocal of the full width at half maximum of the resonance peak. The larger the Q value, the more the optical bandpass filter 10
jitter absorption is large. When the branching ratio k is 0.5, the Q value is expressed as...-(4).

第5図は(1/(1−k)) −aに対するQ値の変化
を示す。ただし分岐比には0.5である。
FIG. 5 shows the change in Q value with respect to (1/(1-k))-a. However, the branching ratio is 0.5.

この図に示したように、光増幅器6の増幅率aが1/(
1−k)に近づくほど、すなわちループゲインGLが「
1」に近づくほどQが大きくなり、増幅率a=1.99
のときにはQ=360と大きな値が得られる。
As shown in this figure, the amplification factor a of the optical amplifier 6 is 1/(
1-k), that is, the loop gain GL becomes "
1", the larger Q becomes, and the amplification factor a = 1.99.
When , a large value of Q=360 is obtained.

第一実施例の場合にはa=lであるが、これは、分岐比
kが0.5であることから、第5図における横軸(1/
(1−k))−aが「1」のときに相当する。
In the case of the first embodiment, a=l, but since the branching ratio k is 0.5, this is due to the horizontal axis (1/
(1-k)) This corresponds to when -a is "1".

このときにもQ値は「1」より大きく、帯域通過特性が
得られる。
At this time as well, the Q value is greater than "1" and bandpass characteristics are obtained.

光増幅器6としては、発振しきい値以下に注入電流をバ
イアスした半導体レーザ素子を用いる。
As the optical amplifier 6, a semiconductor laser element whose injection current is biased below the oscillation threshold is used.

この半導体レーザ素子の一方の端面から活性層に光信号
を入射すると、活性層を伝撮するときの誘導放出光によ
り増幅された光信号を他方の端面から取り出すことがで
きる。光増幅器の入射波長依存性を弱めるためには、半
導体レーザ素子の両端面に無反射被膜を施すことが有効
である。また、誘導放出光を抑えるためには、光増幅器
の出射側に波長フィルタを設置することが有効である。
When an optical signal is incident on the active layer from one end face of this semiconductor laser element, the optical signal amplified by the stimulated emission light transmitted through the active layer can be extracted from the other end face. In order to weaken the dependence of the optical amplifier on the incident wavelength, it is effective to apply a non-reflection coating to both end faces of the semiconductor laser element. Furthermore, in order to suppress stimulated emission light, it is effective to install a wavelength filter on the output side of the optical amplifier.

このような半導体レーザ素子を用いた光増幅器について
は、IREεジャーナル・オブ・クラオンタム・エレク
トロニクス第23巻第1010頁、rl、5贋Ga1n
AsP  )ラベリングウェーブ・セミコンダクタ・レ
ーザ・アンプリアイアJ (TEEB Jounal 
of QuantumElectronics、  V
ol、23.  pplolo、  ’1.5μm G
alnAsPtraveling−wave semi
conductor 1aser amplifier
’)に詳細に述べられている。
Regarding optical amplifiers using such semiconductor laser elements, please refer to IREε Journal of Curontum Electronics Vol. 23, p. 1010, rl, 5 Fake Ga1n.
AsP) Labeling Wave Semiconductor Laser Amplifier J (TEEB Journal
of Quantum Electronics, V
ol, 23. pplolo, '1.5μm G
alnAsPtraveling-wave semi
conductor 1aser amplifier
') is described in detail.

第6図は光リミッタ5の一例を示す斜視図である。この
先リミッタ5は、共振器方向に二分割された電極62.
63を備えた半導体レーザ素子61により構成される。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of the optical limiter 5. FIG. The limiter 5 has an electrode 62. which is divided into two in the direction of the resonator.
The semiconductor laser device 61 includes a semiconductor laser device 63.

この素子を光リミッタとして動作させるには、電極62
.63に別々の電流を注入し、電極62から電流が供給
される領域64を低注入電流状態の可飽和吸収状態とし
、電極63から電流が供給される領域65を高注入電流
状態の利得状態とし、さらに、共振器の全領域にわたる
利得が損失を下回ってレーザ発振が生じないように設定
する。
To operate this element as a light limiter, the electrode 62
.. 63, the region 64 to which current is supplied from the electrode 62 is brought into a saturable absorption state with a low injection current state, and the region 65 to which current is supplied from the electrode 63 is brought into a gain state with a high injection current state. Furthermore, the gain over the entire region of the resonator is set to be less than the loss, so that laser oscillation does not occur.

この状態で半導体レーザ素子61の一方の端面から活性
層に光信号66を入射する。光信号660強度が小さい
ときには、領域64が吸収体として働き、共振器損失が
大きく、レーザ発振は生じない。したがって、半導体レ
ーザ素子61の光出力67は自然放出光によるものだけ
で、その強度は小さい値に抑えられている。しかし、光
信号66の強度が大きくなると、これによる光励起が増
加し、領域64の吸収が飽和して透明になる。このため
、共振器損失が急激に低下する。このときの利得はレー
ザ発振しきい値より十分に大きな値となっているので、
レーザ発振の急激な立ち上がりが発生し、光出力67が
急激に大きくなる。
In this state, an optical signal 66 is incident on the active layer from one end face of the semiconductor laser element 61. When the optical signal 660 intensity is low, the region 64 acts as an absorber, the resonator loss is large, and no laser oscillation occurs. Therefore, the optical output 67 of the semiconductor laser element 61 is only due to spontaneous emission light, and its intensity is suppressed to a small value. However, as the intensity of the optical signal 66 increases, the resulting optical excitation increases and the absorption of the region 64 becomes saturated and becomes transparent. Therefore, the resonator loss sharply decreases. The gain at this time is sufficiently larger than the laser oscillation threshold, so
A rapid rise in laser oscillation occurs, and the optical output 67 suddenly increases.

このようにして、共振器方向に二分割された電極62.
63を備えた半導体レーザ素子61の入力光強度と出力
光強度との間に、微分利得特性が現れる。
In this way, the electrode 62 is divided into two parts in the direction of the resonator.
A differential gain characteristic appears between the input light intensity and the output light intensity of the semiconductor laser element 61 including the semiconductor laser element 63.

この特性を第7図に示す。This characteristic is shown in FIG.

このような半導体レーザ素子の非線形性については、オ
プティカル・アンド・クラオンタム・エレクトロニクス
第19巻、「アブソーブ5テイブ・アンド・デイスパー
シブ・パイスタビリテイ・イン・セミコンダクタ・イン
ジェクション・レーザズ」(0ptical and 
Quantum Blectronics、  Vol
、19゜” Absorptive and disp
ersive bistability  insem
iconductor 1njection 1ase
rs”)  に詳細に説明されている。
Regarding the nonlinearity of such semiconductor laser devices, see Optical and Quantum Electronics Volume 19, "Absorbing and Dispersive Pistability in Semiconductor Injection Lasers".
Quantum Blectronics, Vol.
, 19゜” Absorptive and disp
ersive stability insem
iconductor 1injection 1ase
rs”).

第8図は本発明第三実施例自己タイミング抽出光回路の
ブロック構成図である。
FIG. 8 is a block diagram of a self-timing extraction optical circuit according to a third embodiment of the present invention.

この実施例は、分岐手段として、光方向性結合器2とは
別に光ループ回路3上に第二の光方向性結合器7が設け
られたことが第一実施例と異なる。
This embodiment differs from the first embodiment in that a second optical directional coupler 7 is provided on the optical loop circuit 3 in addition to the optical directional coupler 2 as a branching means.

すなわち、二つの入力ポートに入力された光信号を一以
上の出力ポートに結合する光方向性結合器2と、この光
方向性結合器2の第一の人力ボートにパルス強度変調さ
れた入力光信号を供給する人力手段として光導波路1と
、光方向性結合器2の第一の出力ポートから出力される
光信号を上記入力光信号のクロック周期と等しい時間だ
け遅延させて光方向性結合器2の第二の入力ポートに供
給する光ループ回路3と、この光ループ回路3から光信
号を分岐する分岐手段として第二の光方向性結合器7と
、この光方向性結合器7が分岐した光信号の波形を整形
して上記入力光信号に同期した光クロック信号を出力す
る光リミッタ5とを備える。
That is, an optical directional coupler 2 that couples optical signals input to two input ports to one or more output ports, and a pulse intensity modulated input light to a first manual boat of this optical directional coupler 2. An optical directional coupler is used as a manual means for supplying a signal by delaying the optical signal outputted from the first output port of the optical waveguide 1 and the optical directional coupler 2 by a time equal to the clock period of the input optical signal. 2, a second optical directional coupler 7 as branching means for branching an optical signal from this optical loop circuit 3, and this optical directional coupler 7 and an optical limiter 5 that shapes the waveform of the input optical signal and outputs an optical clock signal synchronized with the input optical signal.

この実施例では、光方向性結合器2.7および光ループ
回路3により光帯域通過フィルタ10′が構成される。
In this embodiment, the optical directional coupler 2.7 and the optical loop circuit 3 constitute an optical bandpass filter 10'.

この光帯域通過フィルタ10′のインパルス応答は、光
方向性結合器2.7の分岐比を共にkとしたとき、 ・  (5) で表される。これをフーリエ変換すると、伝達関数の絶
対値I H(fT) lは、 1 H(fT) l =□ 1+ (1−h) ’−2(1−11) ’C092π
fTとなる。
The impulse response of this optical bandpass filter 10' is expressed as follows (5), where both the branching ratios of the optical directional coupler 2.7 are k. When this is Fourier transformed, the absolute value of the transfer function I H(fT) l is 1 H(fT) l =□ 1+ (1-h) '-2(1-11) 'C092π
fT.

第9図は分岐比kをパタメータとする光帯域通過フィル
タ10′の周波数特性の計算結果を示す。
FIG. 9 shows the calculation results of the frequency characteristics of the optical bandpass filter 10' using the branching ratio k as a parameter.

また、共振の鋭さを表す指数Qは、 で与えられる。In addition, the index Q representing the sharpness of resonance is is given by

第10図は分岐比にとQ値との関係を表す。分岐比kが
小さくなるほどQ値は大きくなり、分岐比kが0.01
のときQ値として90が得られる。
FIG. 10 shows the relationship between the branching ratio and the Q value. The smaller the branching ratio k, the larger the Q value becomes, and the branching ratio k becomes 0.01.
When this happens, a Q value of 90 is obtained.

この実施例の場合にも、第二実施例と同様に、光ループ
回路3内に光増幅器を挿入してQ値を高めることができ
る。
In this embodiment, as in the second embodiment, an optical amplifier can be inserted into the optical loop circuit 3 to increase the Q value.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明の自己タイミング抽出光回
路は、光間性結合器および光遅延素子により構成される
光ループ回路、さらには光増幅器を用いて高Q値の光帯
域通過フィルタを実現し、これと光リミッタとを組み合
わせることにより、光電気変換を行うことなく、入力光
信号から直接に、この入力光信号に同期したジッタのな
い光クロック信号を得ることができる。
As explained above, the self-timing extraction optical circuit of the present invention realizes an optical bandpass filter with a high Q value by using an optical loop circuit composed of an optical coupler and an optical delay element, and an optical amplifier. However, by combining this with an optical limiter, a jitter-free optical clock signal synchronized with the input optical signal can be obtained directly from the input optical signal without performing photoelectric conversion.

本発明は、電気的な信号処理が必要ないことから、光中
継器、光交換機、光多重・分離装置その他に利用し、処
理の超高速化および構成の簡易化を行うことができる効
果がある。
Since the present invention does not require electrical signal processing, it can be used in optical repeaters, optical exchanges, optical multiplexing/demultiplexing devices, etc., and has the effect of ultra-high-speed processing and simplified configuration. .

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明第一実施例自己タイミング抽出光回路の
ブロック構成図。 第2図は本発明第二実施例自己タイミング抽出光回路の
ブロック構成図。 第3図は第一実施例および第二実施例の動作原理を示す
図。 第4図は光帯域通過フィルタの周波数特性の計算値を示
す図。 第5図は光帯域通過フィルタのQ値の変化の一例を示す
図。 第6図は光リミッタの斜視図。 第7図は光リミッタの特性を示す図。 第8図は本発明第三実施例自己タイミング抽出光回路の
ブロック構成図。 第9図は光帯域通過フィルタの周波数特性の計算結果を
示す図。 第10図は分岐比にとQ値との関係を表す図。 第11図は光位相同期ループのブロック構成図。 1.4・・・先導波路、2.7・・・光方向性結合器、
3・・・光ループ回路、5・・・光リミッタ、6・・・
光増幅器、10.10′・・・光帯域通過フィルタ。 尾−夾胴例 ;!Pi 1 口 第二夷1例 第 2 図 111   0911“11  10°  1原理反影 邦 3 図 ライ−リ  ミ −ノ タ ;¥i 6 図 入力九嵌度 光リミー、りの先入出力将柾 W:J7  図 篤三大発例 尾 8 図 菖1o  回 従来例 扇11図
FIG. 1 is a block diagram of a self-timing extraction optical circuit according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of a self-timing extraction optical circuit according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing the operating principle of the first embodiment and the second embodiment. FIG. 4 is a diagram showing calculated values of frequency characteristics of an optical bandpass filter. FIG. 5 is a diagram showing an example of a change in the Q value of an optical bandpass filter. FIG. 6 is a perspective view of the optical limiter. FIG. 7 is a diagram showing the characteristics of the optical limiter. FIG. 8 is a block diagram of a self-timing extraction optical circuit according to a third embodiment of the present invention. FIG. 9 is a diagram showing calculation results of frequency characteristics of an optical bandpass filter. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the branching ratio and the Q value. FIG. 11 is a block diagram of an optical phase-locked loop. 1.4... Leading waveguide, 2.7... Optical directional coupler,
3... Optical loop circuit, 5... Optical limiter, 6...
Optical amplifier, 10.10'...optical bandpass filter. Tail-condominium example;! Pi 1 口 2nd 宷 1st example 2nd figure 111 0911"11 10° 1 principle reflection country 3 fig. :J7 Figure Atsushi three major cases tail 8 Figure Iris 1o times Conventional example fan Figure 11

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)二以上の入力ポートに入力された光信号を一以上
の出力ポートに結合する光方向性結合器と、この光方向
性結合器の第一の入力ポートにパルス強度変調された入
力光信号を供給する入力手段と、 上記光方向性結合器の出力ポートから出力される光信号
を上記入力光信号のクロック周期と等しい時間だけ遅延
させて上記光方向性結合器の第二の入力ポートに供給す
る光ループ回路と、 この光ループ回路から光信号を分岐する分岐手段と、 この分岐手段が分岐した光信号の波形を整形して上記入
力光信号に同期した光クロック信号を出力する光リミッ
タと を備えた自己タイミング抽出光回路。
(1) An optical directional coupler that couples optical signals input to two or more input ports to one or more output ports, and a pulse intensity modulated input light to the first input port of this optical directional coupler. input means for supplying a signal; and a second input port of the optical directional coupler that delays the optical signal output from the output port of the optical directional coupler by a time equal to the clock period of the input optical signal. an optical loop circuit for supplying an optical signal to the input optical signal; a branching means for branching an optical signal from the optical loop circuit; and an optical branching means for shaping the waveform of the optical signal branched by the branching means and outputting an optical clock signal synchronized with the input optical signal. Self-timing extraction optical circuit with limiter.
(2)光方向性結合器は第二の出力ポートを含み、分岐
手段はこの光方向性結合器に含まれ、その第二の入力ポ
ートの信号をその第二の出力ポートに分岐する構成であ
る 特許請求の範囲第(1)項に記載の自己タイミング抽出
光回路。
(2) The optical directional coupler includes a second output port, and the branching means is included in the optical directional coupler and is configured to branch the signal of the second input port to the second output port. A self-timing extraction optical circuit according to claim (1).
(3)分岐手段は上記光方向性結合器とは別に光ループ
回路上に設けられた第二の光方向性結合器を含む特許請
求の範囲第(1)項に記載の自己タイミング抽出光回路
(3) The self-timing extraction optical circuit according to claim 1, wherein the branching means includes a second optical directional coupler provided on the optical loop circuit separately from the optical directional coupler. .
(4)光ループ回路は光増幅器を含む特許請求の範囲第
(1)項ないし第(3)項のいずれかに記載の自己タイ
ミング抽出光回路。
(4) The self-timing extraction optical circuit according to any one of claims (1) to (3), wherein the optical loop circuit includes an optical amplifier.
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