光クロック信号抽出回路
【課題】 偏波無依存かつ簡単な構成で超高速の光信号からクロック信号を抽出する。
【解決手段】 時間空間上の強度変調ＲＺ光信号をフーリエ変換して実空間上に展開した光周波数分布信号を出力する第１の手段（１−１）と、この光周波数分布信号を入力し、強度変調ＲＺ光信号のクロック周波数に対応する実空間上の光周波数分布成分のみをフィルタリングする第２の手段（２）と、この光周波数分布成分をフーリエ変換して時間空間上に再生した光クロック信号を出力する第３の手段（１−２）とを備える。第２の手段には、空間フィルタまたはアレイ導波路が用いられる。
【解決手段】 時間空間上の強度変調ＲＺ光信号をフーリエ変換して実空間上に展開した光周波数分布信号を出力する第１の手段（１−１）と、この光周波数分布信号を入力し、強度変調ＲＺ光信号のクロック周波数に対応する実空間上の光周波数分布成分のみをフィルタリングする第２の手段（２）と、この光周波数分布成分をフーリエ変換して時間空間上に再生した光クロック信号を出力する第３の手段（１−２）とを備える。第２の手段には、空間フィルタまたはアレイ導波路が用いられる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超高速の光信号からクロック信号を抽出する光クロック信号抽出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】伝送された光信号を検波する際には、検波のタイミングを得るクロック信号が必要である。超高速の光信号からクロック信号を抽出する従来の光クロック信号抽出回路には、マッハツェンダ干渉計を用いた光微分回路による構成、進行波型増幅器とファラデー回転子とによる自励発振を用いた構成、モードロックレーザを用いた構成などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の光クロック信号抽出回路は、光学系あるいは電気系の構成が複雑であったり、偏波依存性があって光伝送路における偏波揺らぎに弱かったりする問題点があった。
【０００４】本発明は、偏波無依存かつ簡単な構成で超高速の光信号からクロック信号を抽出することができる光クロック信号抽出回路を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の光クロック信号抽出回路は、時間空間上の強度変調ＲＺ光信号をフーリエ変換して実空間上に展開した光周波数分布信号を出力する第１の手段と、この光周波数分布信号を入力し、強度変調ＲＺ光信号のクロック周波数に対応する実空間上の光周波数分布成分のみをフィルタリングする第２の手段と、この光周波数分布成分をフーリエ変換して時間空間上に再生した光クロック信号を出力する第３の手段とを備える。
【０００６】請求項１の光クロック信号抽出回路における第２の手段は、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調して入力光信号のクロック周波数成分のみを透過する空間フィルタとする（請求項２）。あるいは、入力光信号のクロック周波数に対応する一定周期で離散的に配置された複数の導波路を有し、入力光信号のスペクトル成分のうちクロック周波数成分のみを透過するアレイ導波路とする（請求項３）。
【０００７】また、請求項１の光クロック信号抽出回路における第２の手段は、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調して入力光信号のクロック周波数成分のみを反射する空間フィルタであり、この空間フィルタの反射光を第１の手段に逆方向から再入力することにより、第１の手段を第３の手段としても用いる（請求項４）。
【０００８】請求項１の光クロック信号抽出回路における第１の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子とする（請求項５）。あるいは、回折格子とレンズで構成する（請求項６）。
【０００９】請求項１の光クロック信号抽出回路における第３の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子とする（請求項７）。あるいは、回折格子とレンズで構成する（請求項８）。
【００１０】請求項９の光クロック信号抽出回路は、時間空間上のＮＲＺ光信号をフーリエ変換して実空間上に展開した光周波数分布信号を出力する第１の手段と、この光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与え、かつＮＲＺ光信号のクロック周波数の１／２倍に対応する実空間上の光周波数分布成分のみをフィルタリングする第２の手段と、第２の手段でフィルタリングされた光周波数分布成分をフーリエ変換して時間空間上に再生した光信号を出力する第３の手段と、この光信号を受光して二乗検波し、ＮＲＺ光信号のクロック信号を出力する第４の手段とを備える。
【００１１】請求項９の光クロック信号抽出回路における第２の手段は、光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与える位相フィルタと、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調して入力光信号のクロック周波数の１／２倍に対応する実空間上の光周波数分布成分のみを透過する強度フィルタとを組み合わせた空間フィルタとする（請求項１０）。あるいは、一定周期で離散的に配置された複数の導波路を有し、その中心位置からいずれか一方の導波路長が１／２波長だけ長く形成され、入力光信号のスペクトル成分のうちクロック周波数の１／２倍に対応する実空間上の光周波数分布成分のみを透過するアレイ導波路とする（請求項１１）。
【００１２】また、請求項９の光クロック信号抽出回路の第２の手段は、光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与える位相フィルタと、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調して入力光信号のクロック周波数の１／２倍に対応する実空間上の光周波数分布成分のみを反射する強度フィルタとを組み合わせた空間フィルタであり、この空間フィルタの反射光を第１の手段に逆方向から再入力することにより第１の手段を第３の手段としても用いる（請求項１２）。
【００１３】請求項９に光クロック信号抽出回における第１の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子とする（請求項１３）。あるいは、回折格子とレンズで構成する（請求項１４）。
【００１４】請求項９の光クロック信号抽出回路における第３の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子とする（請求項１５）。あるいは、回折格子とレンズで構成する（請求項１６）。
【００１５】請求項１７の光クロック信号抽出回路は、時間空間上のＮＲＺ光信号をフーリエ変換して実空間上に展開した光周波数分布信号を出力する第１の手段と、この光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与える第２の手段と、この光周波数分布成分をフーリエ変換して時間空間上に再生した光信号を出力する第３の手段と、この光信号を受光して二乗検波し、ＮＲＺ光信号のクロック信号を出力する第４の手段とを備える。
【００１６】請求項１７の光クロック信号抽出回路における第２の手段は、光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与えて透過する空間フィルタとする（請求項１８）。
【００１７】また、請求項１７の光クロック信号抽出回路における第２の手段は、光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に180度の位相変化を与えて反射する空間フィルタであり、この空間フィルタの反射光を第１の手段に逆方向から再入力することにより、第１の手段を第３の手段としても用いる（請求項１９）。
【００１８】請求項１７の光クロック信号抽出回路における第１の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子とする（請求項２０）。あるいは、回折格子とレンズで構成する（請求項２１）。
【００１９】請求項１７の光クロック信号抽出回路における第３の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子とする（請求項２２）。あるいは、回折格子とレンズで構成する（請求項２３）。
【００２０】請求項１７の光クロック信号抽出回路における第４の手段は、入力光信号を二乗検波する光検出器と、光検出器から出力される電気信号を入力し、ＮＲＺ光信号のクロック周波数に対応した周波数近傍のみをフィルタリングしてクロック信号を再生する狭帯域電気フィルタとを備える（請求項２４）。
【００２１】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、本発明の光クロック信号抽出回路の第１の実施形態を示す。本実施形態の光クロック信号抽出回路は、ＲＺ符号により強度変調された光信号（強度変調ＲＺ光信号）のクロック抽出に用いられるものであり、１対のアレイ導波路回折格子１−１，１−２を対称に配置し、その間に透過型の空間フィルタ２を挿入した構成である。
【００２２】アレイ導波路回折格子１−１は、光信号を入力する導波路１１−１、スラブ導波路１２−１、アレイ導波路１３−１、スラブ導波路１４−１を順次接続した構成である。アレイ導波路回折格子１−２はアレイ導波路回折格子１−１と対称構造であり、スラブ導波路１４−２、アレイ導波路１３−２、スラブ導波路１２−２、光信号を出力する導波路１１−２を順次接続した構成である。空間フィルタ２は、スラブ導波路１４−１，１４−２の各焦点面の間にほぼ密着させて挿入される。なお、スラブ導波路の焦点面上にレンズを設けて位相補償を行う構成としてもよい。
【００２３】導波路１１−１から入力された光信号は、スラブ導波路１２−１で回折により広がり、その回折面と垂直に配置されたアレイ導波路１３−１に分配される。アレイ導波路１３−１は、各導波路が所定の導波路長差で順次長くなるように構成されており、各導波路を伝搬してスラブ導波路１４−１に到達した光には導波路長差に対応する位相差が生じる。すなわち、入力光信号の時間波形がアレイ導波路１３−１の出力端で空間光信号に展開される。スラブ導波路１４−１は、アレイ導波路１３−１との接続面が円弧上になっているのでレンズとしての効果を有し、アレイ導波路１３−１の各出力光をそれぞれフーリエ変換する。したがって、スラブ導波路１４−１の焦点面上では、入力光信号の周波数スペクトルが空間的に展開され、周波数軸と空間軸が１対１の線形写像された実空間上の光周波数分布信号が得られる。空間フィルタ２は、入力光信号のクロック周波数に対応した実空間上の光周波数分布成分のみをフィルタリングする。
【００２４】図２は、空間フィルタ２の周波数特性を示す。空間フィルタ２は、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調することにより、入力光信号のクロック周波数成分のみを透過する。このような空間フィルタ２は、例えばシリコン基板上に誘電体多層膜により無反射コーティングを施した後に、フォトリソグラフィーによりストライプ状のパターンを形成し、クロムおよび金を蒸着してリフトオフすることにより作製できる。
【００２５】ここで、入力光信号として例えば 100Ｇbit/s のＲＺ信号のクロック抽出を行う場合に、その中心周波数（キャリア周波数）に相当する空間位置を基準として、金ストライプの幅および周期は、周波数軸上でそれぞれ10ＧHz、100 ＧHzになるように設定される。なお、これらの幅および周期は任意に設定可能である。また、チューナビリティをもたせるために、幅および周期を可変にできる２次元パターンでもよい。
【００２６】このような空間フィルタ２を用いたフィルタリングにより、光クロック信号が再生される原理は以下の通りである。例えば、 100Ｇbit/s の光信号を作るためには、まず繰り返し周波数 100ＧHzのパルス光源を用意する。これには、モードロックレーザを用いるのが一般的である。このパルス光源からの出力は、ＲＺフォーマットではすべて「１」の状態である。これを外部変調器で変調することにより、10ｐｓごとの「１」または「０」の光信号を作ることができる。
【００２７】ここで、変調前のスペクトルを図３(a) に示す。周波数軸上では、 100ＧHz間隔で急峻なスペクトルが現れる。これに外部変調を行うと低周波成分が現れ、図３(b) に示すように広がったスペクトルになる。このような光信号と、図２に示す周波数特性をもつ空間フィルタ２をかけ合わせることにより、図３(a) に示すようなスペクトルに戻すことができる。その結果、変調により生じた低周波成分が失われ、クロック成分を抽出することが可能となる。
【００２８】空間フィルタ２でフィルタリングされた光信号は、他方のアレイ導波路回折格子１−２のスラブ導波路１４−２、アレイ導波路１３−２、スラブ導波路１２−２を介して導波路１１−２に集光し、光クロック信号として出力される。
【００２９】本実施形態のアレイ導波路回折格子１−１，１−２は、次のようにして作製する。まず、単結晶シリコン基板上に火炎加水分解堆積法（ＦＨＤ法）により下部クラッド層、コア層の順にガラス微粒子膜として堆積させ、アニール炉中で高温に加熱し、シリコン基板上を覆う透明なガラス膜とする。次に、導波路の形にパターニングを施し、ドライエッチングを用いて不要なコア層を除去し、再びＦＨＤ法を用いて上部クラッド層を堆積させ、高温に加熱して上部クラッド層を透明化させることにより作製できる。なお、ＩnＰ などの半導体層にコア層として、ＩnＧaＡsＰ などのクラッドよりも屈折率が高い半導体をエピタキシャル成長させ、パターニングおよびエッチングによって作製した半導体の導波路構造や、コアを重水素化ＰＭＭＡ、クラッドを紫外線硬化樹脂とするようなポリマーからなる導波路構造などを用いることも可能である。ただし、使用する波長域において材料が十分に透明であることが望ましい。
【００３０】（第２の実施形態）図４は、本発明の光クロック信号抽出回路の第２の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第１の実施形態の透過型の空間フィルタ２に代えて、一方のアレイ導波路回折格子１−１のスラブ導波路１４−１と、他方のアレイ導波路回折格子１−２のスラブ導波路１４−２の各焦点面同士をアレイ導波路３で接続するところにある。アレイ導波路３の各導波路は一定周期で離散的に配置され、入力光信号のスペクトル成分のうちクロック周波数成分のみが透過するように構成される。
【００３１】（第３の実施形態）図５は、本発明の光クロック信号抽出回路の第３の実施形態を示す。本実施形態に用いる空間フィルタ４は、第１の実施形態の空間フィルタ２を反射型にしたものであり、図２に示す周波数特性を有する。この空間フィルタ４は、アレイ導波路回折格子１−１のスラブ導波路１４−１の焦点面近傍に配置され、入力光信号のクロック周波数成分のみを反射する。これにより、空間フィルタ４の反射光はアレイ導波路回折格子１−１を逆行して導波路１１−１から出力される。すなわち、第１の実施形態におけるアレイ導波路回折格子１−２の機能がアレイ導波路回折格子１−１で実現される。なお、導波路１１−１の入力光信号と出力光信号を分離するために、光サーキュレータ２１が用いられる。
【００３２】本実施形態の構成により 100ＧHzのクロック抽出実験を行ったところ、クロック信号が抽出されていることが確認された。クロック信号のピークのばらつきは4.5％以内であり、その有効性を確認することができた。
【００３３】（第４の実施形態）図６は、本発明の光クロック信号抽出回路の第４の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第３の実施形態のアレイ導波路回折格子１−１の機能を回折格子２２およびレンズ２３により実現したものである。回折格子２２は、スラブ導波路１２−１およびアレイ導波路１３−１の機能（時間−空間変換機能）をもち、レンズ２３はスラブ導波路１４−１の機能（フーリエ変換機能）をもつ。なお、回折格子とレンズによる構成は、第１の実施形態および第２の実施形態の構成にも適用可能である。
【００３４】（第５の実施形態）図７は、本発明の光クロック信号抽出回路の第５の実施形態を示す。本実施形態の光クロック信号抽出回路は、ＮＲＺ符号により強度変調された光信号（強度変調ＮＲＺ光信号）のクロック抽出に用いられるものであり、１対のアレイ導波路回折格子１−１，１−２を対称に配置し、その間に透過型の空間フィルタ５を挿入し、アレイ導波路回折格子１−２の導波路１１−２に光検出器２４を接続した構成である。
【００３５】アレイ導波路回折格子１−１，１−２は、第１の実施形態のものと同様であり、アレイ導波路回折格子１−１のスラブ導波路１４−１の焦点面には、入力光信号の周波数スペクトルが空間的に展開され、周波数軸と空間軸が１対１の線形写像された実空間上の光周波数分布信号が得られる。空間フィルタ５は、スラブ導波路１４−１の焦点面近傍に配置され、光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布した光分布成分に 180度の位相変化を与え、かつ入力光信号のクロック周波数の１／２倍に対応した実空間上の光周波数分布成分のみをフィルタリングする。
【００３６】図８は、空間フィルタ５の周波数特性を示す。(a) は強度成分、(b) は位相成分を周波数軸上に示したものである。このような空間フィルタ５は、次のようにして作製可能である。まず、ＩnＰ 半導体基板上にエピタキシャル成長により、入力光信号の１／２波長に相当するＩnＧaＡsＰ を形成する。このような基板に図８R>８(b) に示す周波数特性をもたせるためにステップ型に選択エッチングし、フォトリソグラフィーにより図８(a) に示す周波数特性をもたせるためのストライプ状のパターンを形成し、金を蒸着後にリフトオフすることにより作製される。
【００３７】このような空間フィルタ５を用いたフィルタリングにより、ＮＲＺ信号のクロック抽出が可能な原理は以下の通りである。入力される強度変調ＮＲＺ光信号が100Ｇbit/s のビットレートの場合に、その時間波形は例えば図９(a) に示すように表すことができる。これに周波数軸上で図８(b) に示す位相変調を加えると、変調信号の変化を振幅変化に変換することができる。強度変調ＮＲＺ光信号の電場をｆ(t) とすると、図８(b) に示す位相変調を加えた場合の出力は、ｇ(t) ＝（ｄf(t)／ｄt)＊(−２log｜t｜）
≒ｄf(t)／ｄt …(1)となる。ここで、＊はコンボリューションを表す。−２log｜t｜は、原点ｔ＝０において急激に発散する関数であるので、デルタ関数で近似した。式(1) は、信号ｆ(t) の変化分が出力信号として得られることを表している。この出力信号は、図９(b) のようになる。
【００３８】さらに、図８(a) に示す周波数特性により重ねて強度変調を加えると、光信号を変調することによって発生した低周波成分がフィルタリングによって抑圧され、50ＧHzの周波数成分のみが残り、図９(c) に示すように交代的な正負の電場の振幅ピーク対が10ｐｓ周期で現れる。なお、 100Ｇbit/s のＮＲＺ信号には 100ＧHzの周波数成分は含まれず、その１／２の周期である50ＧHzの成分しか含まれないので、第１の実施形態の空間フィルタ２とは異なり、空間フィルタ５は周波数軸上で50ＧHz周期となる。
【００３９】空間フィルタ５でフィルタリングされた光信号は、他方のアレイ導波路回折格子１−２のスラブ導波路１４−２、アレイ導波路１３−２、スラブ導波路１２−２を介して導波路１１−２に集光し、光検出器２２に受光される。光検出器２２では二乗検波を行うことにより、図９(d) に示すように 100ＧHzのクロック信号が得られる。
【００４０】（第６の実施形態）図１０は、本発明の光クロック信号抽出回路の第６の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第５の実施形態の透過型の空間フィルタ５に代えて、一方のアレイ導波路回折格子１−１のスラブ導波路１４−１と、他方のアレイ導波路回折格子１−２のスラブ導波路１４−２の各焦点面同士をアレイ導波路６−１，６−２で接続するところにある。
【００４１】アレイ導波路６−１，６−２の各導波路の間隔は、抽出する光クロック信号の１／２の周波数間隔とする。さらに、図８(b) に示す位相遅延を周波数軸上で与えるために、一方のアレイ導波路６−２の導波路長が他方のアレイ導波路６−１よりも、入力光信号の半波長だけ長くなるように設定される。これにより、入力光信号の中心周波数を境に 180度の位相差が与えられる。
【００４２】（第７の実施形態）図１１は、本発明の光クロック信号抽出回路の第７の実施形態を示す。本実施形態に用いる空間フィルタ７は、第５の実施形態の空間フィルタ５を反射型にしたものであり、図８に示す周波数特性を有する。ただし、ＩnＰ 半導体基板上にエピタキシャル成長により形成するＩnＧaＡsＰ は、入力光信号の１／４波長に相当する厚さとする。
【００４３】この空間フィルタ７は、アレイ導波路回折格子１−１のスラブ導波路１４−１の焦点面近傍に配置され、光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布した光分布成分に 180度の位相変化を与え、さらに入力光信号のクロック周波数成分の１／２倍に対応した光周波数成分のみを反射する。これにより、空間フィルタ７の反射光はアレイ導波路回折格子１−１を逆行して導波路１１−１から出力され、光サーキュレータ２１を介して光検出器２４に受光される。すなわち、第５の実施形態におけるアレイ導波路回折格子１−２の機能がアレイ導波路回折格子１−１で実現される。
【００４４】本実施形態の構成により 100ＧHzのクロック抽出実験を行ったところ、クロック信号が抽出されていることが確認された。クロック信号のピークのばらつきは５％以内であり、その有効性を確認することができた。
【００４５】（第８の実施形態）第５〜第７の実施形態では、ＮＲＺ符号により強度変調された光信号を入力信号としたが、ＮＲＺ符号により位相変調された光信号（位相変調ＮＲＺ光信号）を入力信号としてもよい。位相変調信号をｆ(t) ＝Ａexp(ｉφ(t))とすると、出力信号の振幅波形は、ｄf(t)／ｄt ≒ｉφ'(t)Ａexp(ｉφ(t)) …(2)となる。式(2) では、位相変調信号の位相変化φ'(t)が振幅項に現れるので、位相変調信号を入力信号とした場合でも、出力は強度変調信号として得ることができる。すなわち、図１２(a) に示す入力位相変調信号は、図８に示す周波数特性を有する空間フィルタでフィルタリングすることにより、図１２(b) に示す強度変調信号に変換することができる。したがって、強度変調ＮＲＺ光信号の場合と同様の原理により、光検出器２４で二乗検波を行うことによりクロック信号を抽出することができる。
【００４６】（第９の実施形態）図１３は、本発明の光クロック信号抽出回路の第９の実施形態を示す。第８の実施形態では、位相変調ＮＲＺ光信号からクロック抽出するために、図８(a),(b) に示す周波数特性を有する空間フィルタを用いたが、図８(b) に示す周波数特性のみをもつ空間フィルタ（位相フィルタ）を用いてもクロック抽出が可能である。このような空間フィルタは、ＩnＰ 半導体基板上にエピタキシャル成長により入力光信号の１／４波長に相当するＩnＧaＡsＰ を形成する。この基板に図８(b) に示す周波数特性をもたせるためにステップ型に選択エッチングして作製される。
【００４７】本実施形態は、図１１に示す第７の実施形態の構成における空間フィルタ７を上記の特性を有する空間フィルタ８に置き換えたものである。図において、位相変調ＮＲＺ光信号は、アレイ導波路回折格子１−１の導波路１１−１から入力され、スラブ導波路１４−１の焦点面には、入力光信号の周波数スペクトルが空間的に展開され、周波数軸と空間軸が１対１の線形写像された実空間上の光周波数分布信号が得られる。空間フィルタ８は、光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布した光分布成分に 180度の位相変化を与えて反射し、その反射光はアレイ導波路回折格子１−１を逆行して導波路１１−１から出力され、光サーキュレータ２１を介して光検出器２４に受光される。光検出器２４の後段に、 100ＧHz近傍の周波数帯域の電気信号のみを透過する狭帯域電気フィルタ２５を接続することにより、上記の実施形態と同様にクロック信号を抽出することができる。
【００４８】なお、空間フィルタ８を透過型とすることにより、図９に示す第５の実施形態の透過型の空間フィルタ５に置き換えることも可能である。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光クロック信号抽出回路は、アレイ導波路回折格子のような高分解能の分波手段と、入力光信号のクロック周波数成分をフィルタリングする手段（空間フィルタまたはアレイ導波路）を用いることにより、偏波無依存で簡単かつ安価な構成で超高速の光信号からクロック信号を抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光クロック信号抽出回路の第１の実施形態を示す図。
【図２】第１の実施形態における空間フィルタ２の周波数特性を示す図。
【図３】変調前、変調後の光信号のスペクトルの概略を示す図。
【図４】本発明の光クロック信号抽出回路の第２の実施形態を示す図。
【図５】本発明の光クロック信号抽出回路の第３の実施形態を示す図。
【図６】本発明の光クロック信号抽出回路の第４の実施形態を示す図。
【図７】本発明の光クロック信号抽出回路の第５の実施形態を示す図。
【図８】第５の実施形態における空間フィルタ５の周波数特性を示す図。
【図９】第５の実施形態の動作原理を説明する図。
【図１０】本発明の光クロック信号抽出回路の第６の実施形態を示す図。
【図１１】本発明の光クロック信号抽出回路の第７の実施形態を示す図。
【図１２】第８の実施形態の動作原理を説明する図。
【図１３】本発明の光クロック信号抽出回路の第９の実施形態を示す図。
【符号の説明】
１ アレイ導波路回折格子
２，４，５，７，８ 空間フィルタ
３，６ アレイ導波路
１１ 導波路
１２，１４ スラブ導波路
１３ アレイ導波路
２１ 光サーキュレータ
２２ 回折格子
２３ レンズ
２４ 光検出器
２５ 狭帯域電気フィルタ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超高速の光信号からクロック信号を抽出する光クロック信号抽出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】伝送された光信号を検波する際には、検波のタイミングを得るクロック信号が必要である。超高速の光信号からクロック信号を抽出する従来の光クロック信号抽出回路には、マッハツェンダ干渉計を用いた光微分回路による構成、進行波型増幅器とファラデー回転子とによる自励発振を用いた構成、モードロックレーザを用いた構成などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の光クロック信号抽出回路は、光学系あるいは電気系の構成が複雑であったり、偏波依存性があって光伝送路における偏波揺らぎに弱かったりする問題点があった。
【０００４】本発明は、偏波無依存かつ簡単な構成で超高速の光信号からクロック信号を抽出することができる光クロック信号抽出回路を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の光クロック信号抽出回路は、時間空間上の強度変調ＲＺ光信号をフーリエ変換して実空間上に展開した光周波数分布信号を出力する第１の手段と、この光周波数分布信号を入力し、強度変調ＲＺ光信号のクロック周波数に対応する実空間上の光周波数分布成分のみをフィルタリングする第２の手段と、この光周波数分布成分をフーリエ変換して時間空間上に再生した光クロック信号を出力する第３の手段とを備える。
【０００６】請求項１の光クロック信号抽出回路における第２の手段は、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調して入力光信号のクロック周波数成分のみを透過する空間フィルタとする（請求項２）。あるいは、入力光信号のクロック周波数に対応する一定周期で離散的に配置された複数の導波路を有し、入力光信号のスペクトル成分のうちクロック周波数成分のみを透過するアレイ導波路とする（請求項３）。
【０００７】また、請求項１の光クロック信号抽出回路における第２の手段は、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調して入力光信号のクロック周波数成分のみを反射する空間フィルタであり、この空間フィルタの反射光を第１の手段に逆方向から再入力することにより、第１の手段を第３の手段としても用いる（請求項４）。
【０００８】請求項１の光クロック信号抽出回路における第１の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子とする（請求項５）。あるいは、回折格子とレンズで構成する（請求項６）。
【０００９】請求項１の光クロック信号抽出回路における第３の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子とする（請求項７）。あるいは、回折格子とレンズで構成する（請求項８）。
【００１０】請求項９の光クロック信号抽出回路は、時間空間上のＮＲＺ光信号をフーリエ変換して実空間上に展開した光周波数分布信号を出力する第１の手段と、この光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与え、かつＮＲＺ光信号のクロック周波数の１／２倍に対応する実空間上の光周波数分布成分のみをフィルタリングする第２の手段と、第２の手段でフィルタリングされた光周波数分布成分をフーリエ変換して時間空間上に再生した光信号を出力する第３の手段と、この光信号を受光して二乗検波し、ＮＲＺ光信号のクロック信号を出力する第４の手段とを備える。
【００１１】請求項９の光クロック信号抽出回路における第２の手段は、光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与える位相フィルタと、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調して入力光信号のクロック周波数の１／２倍に対応する実空間上の光周波数分布成分のみを透過する強度フィルタとを組み合わせた空間フィルタとする（請求項１０）。あるいは、一定周期で離散的に配置された複数の導波路を有し、その中心位置からいずれか一方の導波路長が１／２波長だけ長く形成され、入力光信号のスペクトル成分のうちクロック周波数の１／２倍に対応する実空間上の光周波数分布成分のみを透過するアレイ導波路とする（請求項１１）。
【００１２】また、請求項９の光クロック信号抽出回路の第２の手段は、光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与える位相フィルタと、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調して入力光信号のクロック周波数の１／２倍に対応する実空間上の光周波数分布成分のみを反射する強度フィルタとを組み合わせた空間フィルタであり、この空間フィルタの反射光を第１の手段に逆方向から再入力することにより第１の手段を第３の手段としても用いる（請求項１２）。
【００１３】請求項９に光クロック信号抽出回における第１の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子とする（請求項１３）。あるいは、回折格子とレンズで構成する（請求項１４）。
【００１４】請求項９の光クロック信号抽出回路における第３の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子とする（請求項１５）。あるいは、回折格子とレンズで構成する（請求項１６）。
【００１５】請求項１７の光クロック信号抽出回路は、時間空間上のＮＲＺ光信号をフーリエ変換して実空間上に展開した光周波数分布信号を出力する第１の手段と、この光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与える第２の手段と、この光周波数分布成分をフーリエ変換して時間空間上に再生した光信号を出力する第３の手段と、この光信号を受光して二乗検波し、ＮＲＺ光信号のクロック信号を出力する第４の手段とを備える。
【００１６】請求項１７の光クロック信号抽出回路における第２の手段は、光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与えて透過する空間フィルタとする（請求項１８）。
【００１７】また、請求項１７の光クロック信号抽出回路における第２の手段は、光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に180度の位相変化を与えて反射する空間フィルタであり、この空間フィルタの反射光を第１の手段に逆方向から再入力することにより、第１の手段を第３の手段としても用いる（請求項１９）。
【００１８】請求項１７の光クロック信号抽出回路における第１の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子とする（請求項２０）。あるいは、回折格子とレンズで構成する（請求項２１）。
【００１９】請求項１７の光クロック信号抽出回路における第３の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子とする（請求項２２）。あるいは、回折格子とレンズで構成する（請求項２３）。
【００２０】請求項１７の光クロック信号抽出回路における第４の手段は、入力光信号を二乗検波する光検出器と、光検出器から出力される電気信号を入力し、ＮＲＺ光信号のクロック周波数に対応した周波数近傍のみをフィルタリングしてクロック信号を再生する狭帯域電気フィルタとを備える（請求項２４）。
【００２１】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、本発明の光クロック信号抽出回路の第１の実施形態を示す。本実施形態の光クロック信号抽出回路は、ＲＺ符号により強度変調された光信号（強度変調ＲＺ光信号）のクロック抽出に用いられるものであり、１対のアレイ導波路回折格子１−１，１−２を対称に配置し、その間に透過型の空間フィルタ２を挿入した構成である。
【００２２】アレイ導波路回折格子１−１は、光信号を入力する導波路１１−１、スラブ導波路１２−１、アレイ導波路１３−１、スラブ導波路１４−１を順次接続した構成である。アレイ導波路回折格子１−２はアレイ導波路回折格子１−１と対称構造であり、スラブ導波路１４−２、アレイ導波路１３−２、スラブ導波路１２−２、光信号を出力する導波路１１−２を順次接続した構成である。空間フィルタ２は、スラブ導波路１４−１，１４−２の各焦点面の間にほぼ密着させて挿入される。なお、スラブ導波路の焦点面上にレンズを設けて位相補償を行う構成としてもよい。
【００２３】導波路１１−１から入力された光信号は、スラブ導波路１２−１で回折により広がり、その回折面と垂直に配置されたアレイ導波路１３−１に分配される。アレイ導波路１３−１は、各導波路が所定の導波路長差で順次長くなるように構成されており、各導波路を伝搬してスラブ導波路１４−１に到達した光には導波路長差に対応する位相差が生じる。すなわち、入力光信号の時間波形がアレイ導波路１３−１の出力端で空間光信号に展開される。スラブ導波路１４−１は、アレイ導波路１３−１との接続面が円弧上になっているのでレンズとしての効果を有し、アレイ導波路１３−１の各出力光をそれぞれフーリエ変換する。したがって、スラブ導波路１４−１の焦点面上では、入力光信号の周波数スペクトルが空間的に展開され、周波数軸と空間軸が１対１の線形写像された実空間上の光周波数分布信号が得られる。空間フィルタ２は、入力光信号のクロック周波数に対応した実空間上の光周波数分布成分のみをフィルタリングする。
【００２４】図２は、空間フィルタ２の周波数特性を示す。空間フィルタ２は、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調することにより、入力光信号のクロック周波数成分のみを透過する。このような空間フィルタ２は、例えばシリコン基板上に誘電体多層膜により無反射コーティングを施した後に、フォトリソグラフィーによりストライプ状のパターンを形成し、クロムおよび金を蒸着してリフトオフすることにより作製できる。
【００２５】ここで、入力光信号として例えば 100Ｇbit/s のＲＺ信号のクロック抽出を行う場合に、その中心周波数（キャリア周波数）に相当する空間位置を基準として、金ストライプの幅および周期は、周波数軸上でそれぞれ10ＧHz、100 ＧHzになるように設定される。なお、これらの幅および周期は任意に設定可能である。また、チューナビリティをもたせるために、幅および周期を可変にできる２次元パターンでもよい。
【００２６】このような空間フィルタ２を用いたフィルタリングにより、光クロック信号が再生される原理は以下の通りである。例えば、 100Ｇbit/s の光信号を作るためには、まず繰り返し周波数 100ＧHzのパルス光源を用意する。これには、モードロックレーザを用いるのが一般的である。このパルス光源からの出力は、ＲＺフォーマットではすべて「１」の状態である。これを外部変調器で変調することにより、10ｐｓごとの「１」または「０」の光信号を作ることができる。
【００２７】ここで、変調前のスペクトルを図３(a) に示す。周波数軸上では、 100ＧHz間隔で急峻なスペクトルが現れる。これに外部変調を行うと低周波成分が現れ、図３(b) に示すように広がったスペクトルになる。このような光信号と、図２に示す周波数特性をもつ空間フィルタ２をかけ合わせることにより、図３(a) に示すようなスペクトルに戻すことができる。その結果、変調により生じた低周波成分が失われ、クロック成分を抽出することが可能となる。
【００２８】空間フィルタ２でフィルタリングされた光信号は、他方のアレイ導波路回折格子１−２のスラブ導波路１４−２、アレイ導波路１３−２、スラブ導波路１２−２を介して導波路１１−２に集光し、光クロック信号として出力される。
【００２９】本実施形態のアレイ導波路回折格子１−１，１−２は、次のようにして作製する。まず、単結晶シリコン基板上に火炎加水分解堆積法（ＦＨＤ法）により下部クラッド層、コア層の順にガラス微粒子膜として堆積させ、アニール炉中で高温に加熱し、シリコン基板上を覆う透明なガラス膜とする。次に、導波路の形にパターニングを施し、ドライエッチングを用いて不要なコア層を除去し、再びＦＨＤ法を用いて上部クラッド層を堆積させ、高温に加熱して上部クラッド層を透明化させることにより作製できる。なお、ＩnＰ などの半導体層にコア層として、ＩnＧaＡsＰ などのクラッドよりも屈折率が高い半導体をエピタキシャル成長させ、パターニングおよびエッチングによって作製した半導体の導波路構造や、コアを重水素化ＰＭＭＡ、クラッドを紫外線硬化樹脂とするようなポリマーからなる導波路構造などを用いることも可能である。ただし、使用する波長域において材料が十分に透明であることが望ましい。
【００３０】（第２の実施形態）図４は、本発明の光クロック信号抽出回路の第２の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第１の実施形態の透過型の空間フィルタ２に代えて、一方のアレイ導波路回折格子１−１のスラブ導波路１４−１と、他方のアレイ導波路回折格子１−２のスラブ導波路１４−２の各焦点面同士をアレイ導波路３で接続するところにある。アレイ導波路３の各導波路は一定周期で離散的に配置され、入力光信号のスペクトル成分のうちクロック周波数成分のみが透過するように構成される。
【００３１】（第３の実施形態）図５は、本発明の光クロック信号抽出回路の第３の実施形態を示す。本実施形態に用いる空間フィルタ４は、第１の実施形態の空間フィルタ２を反射型にしたものであり、図２に示す周波数特性を有する。この空間フィルタ４は、アレイ導波路回折格子１−１のスラブ導波路１４−１の焦点面近傍に配置され、入力光信号のクロック周波数成分のみを反射する。これにより、空間フィルタ４の反射光はアレイ導波路回折格子１−１を逆行して導波路１１−１から出力される。すなわち、第１の実施形態におけるアレイ導波路回折格子１−２の機能がアレイ導波路回折格子１−１で実現される。なお、導波路１１−１の入力光信号と出力光信号を分離するために、光サーキュレータ２１が用いられる。
【００３２】本実施形態の構成により 100ＧHzのクロック抽出実験を行ったところ、クロック信号が抽出されていることが確認された。クロック信号のピークのばらつきは4.5％以内であり、その有効性を確認することができた。
【００３３】（第４の実施形態）図６は、本発明の光クロック信号抽出回路の第４の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第３の実施形態のアレイ導波路回折格子１−１の機能を回折格子２２およびレンズ２３により実現したものである。回折格子２２は、スラブ導波路１２−１およびアレイ導波路１３−１の機能（時間−空間変換機能）をもち、レンズ２３はスラブ導波路１４−１の機能（フーリエ変換機能）をもつ。なお、回折格子とレンズによる構成は、第１の実施形態および第２の実施形態の構成にも適用可能である。
【００３４】（第５の実施形態）図７は、本発明の光クロック信号抽出回路の第５の実施形態を示す。本実施形態の光クロック信号抽出回路は、ＮＲＺ符号により強度変調された光信号（強度変調ＮＲＺ光信号）のクロック抽出に用いられるものであり、１対のアレイ導波路回折格子１−１，１−２を対称に配置し、その間に透過型の空間フィルタ５を挿入し、アレイ導波路回折格子１−２の導波路１１−２に光検出器２４を接続した構成である。
【００３５】アレイ導波路回折格子１−１，１−２は、第１の実施形態のものと同様であり、アレイ導波路回折格子１−１のスラブ導波路１４−１の焦点面には、入力光信号の周波数スペクトルが空間的に展開され、周波数軸と空間軸が１対１の線形写像された実空間上の光周波数分布信号が得られる。空間フィルタ５は、スラブ導波路１４−１の焦点面近傍に配置され、光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布した光分布成分に 180度の位相変化を与え、かつ入力光信号のクロック周波数の１／２倍に対応した実空間上の光周波数分布成分のみをフィルタリングする。
【００３６】図８は、空間フィルタ５の周波数特性を示す。(a) は強度成分、(b) は位相成分を周波数軸上に示したものである。このような空間フィルタ５は、次のようにして作製可能である。まず、ＩnＰ 半導体基板上にエピタキシャル成長により、入力光信号の１／２波長に相当するＩnＧaＡsＰ を形成する。このような基板に図８R>８(b) に示す周波数特性をもたせるためにステップ型に選択エッチングし、フォトリソグラフィーにより図８(a) に示す周波数特性をもたせるためのストライプ状のパターンを形成し、金を蒸着後にリフトオフすることにより作製される。
【００３７】このような空間フィルタ５を用いたフィルタリングにより、ＮＲＺ信号のクロック抽出が可能な原理は以下の通りである。入力される強度変調ＮＲＺ光信号が100Ｇbit/s のビットレートの場合に、その時間波形は例えば図９(a) に示すように表すことができる。これに周波数軸上で図８(b) に示す位相変調を加えると、変調信号の変化を振幅変化に変換することができる。強度変調ＮＲＺ光信号の電場をｆ(t) とすると、図８(b) に示す位相変調を加えた場合の出力は、ｇ(t) ＝（ｄf(t)／ｄt)＊(−２log｜t｜）
≒ｄf(t)／ｄt …(1)となる。ここで、＊はコンボリューションを表す。−２log｜t｜は、原点ｔ＝０において急激に発散する関数であるので、デルタ関数で近似した。式(1) は、信号ｆ(t) の変化分が出力信号として得られることを表している。この出力信号は、図９(b) のようになる。
【００３８】さらに、図８(a) に示す周波数特性により重ねて強度変調を加えると、光信号を変調することによって発生した低周波成分がフィルタリングによって抑圧され、50ＧHzの周波数成分のみが残り、図９(c) に示すように交代的な正負の電場の振幅ピーク対が10ｐｓ周期で現れる。なお、 100Ｇbit/s のＮＲＺ信号には 100ＧHzの周波数成分は含まれず、その１／２の周期である50ＧHzの成分しか含まれないので、第１の実施形態の空間フィルタ２とは異なり、空間フィルタ５は周波数軸上で50ＧHz周期となる。
【００３９】空間フィルタ５でフィルタリングされた光信号は、他方のアレイ導波路回折格子１−２のスラブ導波路１４−２、アレイ導波路１３−２、スラブ導波路１２−２を介して導波路１１−２に集光し、光検出器２２に受光される。光検出器２２では二乗検波を行うことにより、図９(d) に示すように 100ＧHzのクロック信号が得られる。
【００４０】（第６の実施形態）図１０は、本発明の光クロック信号抽出回路の第６の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、第５の実施形態の透過型の空間フィルタ５に代えて、一方のアレイ導波路回折格子１−１のスラブ導波路１４−１と、他方のアレイ導波路回折格子１−２のスラブ導波路１４−２の各焦点面同士をアレイ導波路６−１，６−２で接続するところにある。
【００４１】アレイ導波路６−１，６−２の各導波路の間隔は、抽出する光クロック信号の１／２の周波数間隔とする。さらに、図８(b) に示す位相遅延を周波数軸上で与えるために、一方のアレイ導波路６−２の導波路長が他方のアレイ導波路６−１よりも、入力光信号の半波長だけ長くなるように設定される。これにより、入力光信号の中心周波数を境に 180度の位相差が与えられる。
【００４２】（第７の実施形態）図１１は、本発明の光クロック信号抽出回路の第７の実施形態を示す。本実施形態に用いる空間フィルタ７は、第５の実施形態の空間フィルタ５を反射型にしたものであり、図８に示す周波数特性を有する。ただし、ＩnＰ 半導体基板上にエピタキシャル成長により形成するＩnＧaＡsＰ は、入力光信号の１／４波長に相当する厚さとする。
【００４３】この空間フィルタ７は、アレイ導波路回折格子１−１のスラブ導波路１４−１の焦点面近傍に配置され、光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布した光分布成分に 180度の位相変化を与え、さらに入力光信号のクロック周波数成分の１／２倍に対応した光周波数成分のみを反射する。これにより、空間フィルタ７の反射光はアレイ導波路回折格子１−１を逆行して導波路１１−１から出力され、光サーキュレータ２１を介して光検出器２４に受光される。すなわち、第５の実施形態におけるアレイ導波路回折格子１−２の機能がアレイ導波路回折格子１−１で実現される。
【００４４】本実施形態の構成により 100ＧHzのクロック抽出実験を行ったところ、クロック信号が抽出されていることが確認された。クロック信号のピークのばらつきは５％以内であり、その有効性を確認することができた。
【００４５】（第８の実施形態）第５〜第７の実施形態では、ＮＲＺ符号により強度変調された光信号を入力信号としたが、ＮＲＺ符号により位相変調された光信号（位相変調ＮＲＺ光信号）を入力信号としてもよい。位相変調信号をｆ(t) ＝Ａexp(ｉφ(t))とすると、出力信号の振幅波形は、ｄf(t)／ｄt ≒ｉφ'(t)Ａexp(ｉφ(t)) …(2)となる。式(2) では、位相変調信号の位相変化φ'(t)が振幅項に現れるので、位相変調信号を入力信号とした場合でも、出力は強度変調信号として得ることができる。すなわち、図１２(a) に示す入力位相変調信号は、図８に示す周波数特性を有する空間フィルタでフィルタリングすることにより、図１２(b) に示す強度変調信号に変換することができる。したがって、強度変調ＮＲＺ光信号の場合と同様の原理により、光検出器２４で二乗検波を行うことによりクロック信号を抽出することができる。
【００４６】（第９の実施形態）図１３は、本発明の光クロック信号抽出回路の第９の実施形態を示す。第８の実施形態では、位相変調ＮＲＺ光信号からクロック抽出するために、図８(a),(b) に示す周波数特性を有する空間フィルタを用いたが、図８(b) に示す周波数特性のみをもつ空間フィルタ（位相フィルタ）を用いてもクロック抽出が可能である。このような空間フィルタは、ＩnＰ 半導体基板上にエピタキシャル成長により入力光信号の１／４波長に相当するＩnＧaＡsＰ を形成する。この基板に図８(b) に示す周波数特性をもたせるためにステップ型に選択エッチングして作製される。
【００４７】本実施形態は、図１１に示す第７の実施形態の構成における空間フィルタ７を上記の特性を有する空間フィルタ８に置き換えたものである。図において、位相変調ＮＲＺ光信号は、アレイ導波路回折格子１−１の導波路１１−１から入力され、スラブ導波路１４−１の焦点面には、入力光信号の周波数スペクトルが空間的に展開され、周波数軸と空間軸が１対１の線形写像された実空間上の光周波数分布信号が得られる。空間フィルタ８は、光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布した光分布成分に 180度の位相変化を与えて反射し、その反射光はアレイ導波路回折格子１−１を逆行して導波路１１−１から出力され、光サーキュレータ２１を介して光検出器２４に受光される。光検出器２４の後段に、 100ＧHz近傍の周波数帯域の電気信号のみを透過する狭帯域電気フィルタ２５を接続することにより、上記の実施形態と同様にクロック信号を抽出することができる。
【００４８】なお、空間フィルタ８を透過型とすることにより、図９に示す第５の実施形態の透過型の空間フィルタ５に置き換えることも可能である。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光クロック信号抽出回路は、アレイ導波路回折格子のような高分解能の分波手段と、入力光信号のクロック周波数成分をフィルタリングする手段（空間フィルタまたはアレイ導波路）を用いることにより、偏波無依存で簡単かつ安価な構成で超高速の光信号からクロック信号を抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光クロック信号抽出回路の第１の実施形態を示す図。
【図２】第１の実施形態における空間フィルタ２の周波数特性を示す図。
【図３】変調前、変調後の光信号のスペクトルの概略を示す図。
【図４】本発明の光クロック信号抽出回路の第２の実施形態を示す図。
【図５】本発明の光クロック信号抽出回路の第３の実施形態を示す図。
【図６】本発明の光クロック信号抽出回路の第４の実施形態を示す図。
【図７】本発明の光クロック信号抽出回路の第５の実施形態を示す図。
【図８】第５の実施形態における空間フィルタ５の周波数特性を示す図。
【図９】第５の実施形態の動作原理を説明する図。
【図１０】本発明の光クロック信号抽出回路の第６の実施形態を示す図。
【図１１】本発明の光クロック信号抽出回路の第７の実施形態を示す図。
【図１２】第８の実施形態の動作原理を説明する図。
【図１３】本発明の光クロック信号抽出回路の第９の実施形態を示す図。
【符号の説明】
１ アレイ導波路回折格子
２，４，５，７，８ 空間フィルタ
３，６ アレイ導波路
１１ 導波路
１２，１４ スラブ導波路
１３ アレイ導波路
２１ 光サーキュレータ
２２ 回折格子
２３ レンズ
２４ 光検出器
２５ 狭帯域電気フィルタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 時間空間上の強度変調ＲＺ光信号をフーリエ変換して実空間上に展開した光周波数分布信号を出力する第１の手段と、前記光周波数分布信号を入力し、前記強度変調ＲＺ光信号のクロック周波数に対応する実空間上の光周波数分布成分のみをフィルタリングする第２の手段と、前記第２の手段でフィルタリングされた光周波数分布成分をフーリエ変換して時間空間上に再生した光クロック信号を出力する第３の手段とを備えたことを特徴とする光クロック信号抽出回路。
【請求項２】 前記第２の手段は、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調して入力光信号のクロック周波数成分のみを透過する空間フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項３】 前記第２の手段は、一定周期で離散的に配置された複数の導波路を有し、入力光信号のスペクトル成分のうちクロック周波数成分のみを透過するアレイ導波路であることを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項４】 前記第２の手段は、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調して入力光信号のクロック周波数成分のみを反射する空間フィルタであり、この空間フィルタの反射光を前記第１の手段に逆方向から再入力することにより、前記第１の手段を前記第３の手段としても用いる構成であることを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項５】 前記第１の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項６】 前記第１の手段は、回折格子とレンズで構成されることを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項７】 前記第３の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項８】 前記第３の手段は、回折格子とレンズで構成されることを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項９】 時間空間上のＮＲＺ光信号をフーリエ変換して実空間上に展開した光周波数分布信号を出力する第１の手段と、前記光周波数分布信号を入力し、その実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与え、かつ前記ＮＲＺ光信号のクロック周波数の１／２倍に対応する実空間上の光周波数分布成分のみをフィルタリングする第２の手段と、前記第２の手段でフィルタリングされた光周波数分布成分をフーリエ変換して時間空間上に再生した光信号を出力する第３の手段と、前記第３の手段から出力される光信号を受光して二乗検波し、前記ＮＲＺ光信号のクロック信号を出力する第４の手段とを備えたことを特徴とする光クロック信号抽出回路。
【請求項１０】 前記第２の手段は、前記光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与える位相フィルタと、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調して入力光信号のクロック周波数の１／２倍に対応する実空間上の光周波数分布成分のみを透過する強度フィルタとを組み合わせた空間フィルタであることを特徴とする請求項９に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１１】 前記第２の手段は、一定周期で離散的に配置された複数の導波路を有し、その中心位置からいずれか一方の導波路長が１／２波長だけ長く形成され、入力光信号のスペクトル成分のうちクロック周波数の１／２倍に対応する実空間上の光周波数分布成分のみを透過するアレイ導波路であることを特徴とする請求項９に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１２】 前記第２の手段は、前記光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与える位相フィルタと、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調して入力光信号のクロック周波数の１／２倍に対応する実空間上の光周波数分布成分のみを反射する強度フィルタとを組み合わせた空間フィルタであり、この空間フィルタの反射光を前記第１の手段に逆方向から再入力することにより、前記第１の手段を前記第３の手段としても用いる構成であることを特徴とする請求項９に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１３】 前記第１の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項９に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１４】 前記第１の手段は、回折格子とレンズで構成されることを特徴とする請求項９に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１５】 前記第３の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項９に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１６】 前記第３の手段は、回折格子とレンズで構成されることを特徴とする請求項９に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１７】 時間空間上のＮＲＺ光信号をフーリエ変換して実空間上に展開した光周波数分布信号を出力する第１の手段と、前記光周波数分布信号を入力し、その実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与える第２の手段と、前記第２の手段から出力された光周波数分布成分をフーリエ変換して時間空間上に再生した光信号を出力する第３の手段と、前記第３の手段から出力される光信号を受光して二乗検波し、前記ＮＲＺ光信号のクロック信号を出力する第４の手段とを備えたことを特徴とする光クロック信号抽出回路。
【請求項１８】 前記第２の手段は、前記光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与えて透過する空間フィルタであることを特徴とする請求項１７に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１９】 前記第２の手段は、前記光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与えて反射する空間フィルタであり、この空間フィルタの反射光を前記第１の手段に逆方向から再入力することにより、前記第１の手段を前記第３の手段としても用いる構成であることを特徴とする請求項１７に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項２０】 前記第１の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１７に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項２１】 前記第１の手段は、回折格子とレンズで構成されることを特徴とする請求項１７に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項２２】 前記第３の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１７に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項２３】 前記第３の手段は、回折格子とレンズで構成されることを特徴とする請求項１７に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項２４】 前記第４の手段は、入力光信号を二乗検波する光検出器と、前記光検出器から出力される電気信号を入力し、前記ＮＲＺ光信号のクロック周波数に対応した周波数近傍のみをフィルタリングしてクロック信号を再生する狭帯域電気フィルタとを備えた構成であることを特徴とする請求項１７に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１】 時間空間上の強度変調ＲＺ光信号をフーリエ変換して実空間上に展開した光周波数分布信号を出力する第１の手段と、前記光周波数分布信号を入力し、前記強度変調ＲＺ光信号のクロック周波数に対応する実空間上の光周波数分布成分のみをフィルタリングする第２の手段と、前記第２の手段でフィルタリングされた光周波数分布成分をフーリエ変換して時間空間上に再生した光クロック信号を出力する第３の手段とを備えたことを特徴とする光クロック信号抽出回路。
【請求項２】 前記第２の手段は、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調して入力光信号のクロック周波数成分のみを透過する空間フィルタであることを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項３】 前記第２の手段は、一定周期で離散的に配置された複数の導波路を有し、入力光信号のスペクトル成分のうちクロック周波数成分のみを透過するアレイ導波路であることを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項４】 前記第２の手段は、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調して入力光信号のクロック周波数成分のみを反射する空間フィルタであり、この空間フィルタの反射光を前記第１の手段に逆方向から再入力することにより、前記第１の手段を前記第３の手段としても用いる構成であることを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項５】 前記第１の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項６】 前記第１の手段は、回折格子とレンズで構成されることを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項７】 前記第３の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項８】 前記第３の手段は、回折格子とレンズで構成されることを特徴とする請求項１に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項９】 時間空間上のＮＲＺ光信号をフーリエ変換して実空間上に展開した光周波数分布信号を出力する第１の手段と、前記光周波数分布信号を入力し、その実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与え、かつ前記ＮＲＺ光信号のクロック周波数の１／２倍に対応する実空間上の光周波数分布成分のみをフィルタリングする第２の手段と、前記第２の手段でフィルタリングされた光周波数分布成分をフーリエ変換して時間空間上に再生した光信号を出力する第３の手段と、前記第３の手段から出力される光信号を受光して二乗検波し、前記ＮＲＺ光信号のクロック信号を出力する第４の手段とを備えたことを特徴とする光クロック信号抽出回路。
【請求項１０】 前記第２の手段は、前記光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与える位相フィルタと、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調して入力光信号のクロック周波数の１／２倍に対応する実空間上の光周波数分布成分のみを透過する強度フィルタとを組み合わせた空間フィルタであることを特徴とする請求項９に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１１】 前記第２の手段は、一定周期で離散的に配置された複数の導波路を有し、その中心位置からいずれか一方の導波路長が１／２波長だけ長く形成され、入力光信号のスペクトル成分のうちクロック周波数の１／２倍に対応する実空間上の光周波数分布成分のみを透過するアレイ導波路であることを特徴とする請求項９に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１２】 前記第２の手段は、前記光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与える位相フィルタと、入力光信号の中心周波数を基準として、スペクトル成分の強度を周期的に変調して入力光信号のクロック周波数の１／２倍に対応する実空間上の光周波数分布成分のみを反射する強度フィルタとを組み合わせた空間フィルタであり、この空間フィルタの反射光を前記第１の手段に逆方向から再入力することにより、前記第１の手段を前記第３の手段としても用いる構成であることを特徴とする請求項９に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１３】 前記第１の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項９に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１４】 前記第１の手段は、回折格子とレンズで構成されることを特徴とする請求項９に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１５】 前記第３の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項９に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１６】 前記第３の手段は、回折格子とレンズで構成されることを特徴とする請求項９に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１７】 時間空間上のＮＲＺ光信号をフーリエ変換して実空間上に展開した光周波数分布信号を出力する第１の手段と、前記光周波数分布信号を入力し、その実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与える第２の手段と、前記第２の手段から出力された光周波数分布成分をフーリエ変換して時間空間上に再生した光信号を出力する第３の手段と、前記第３の手段から出力される光信号を受光して二乗検波し、前記ＮＲＺ光信号のクロック信号を出力する第４の手段とを備えたことを特徴とする光クロック信号抽出回路。
【請求項１８】 前記第２の手段は、前記光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与えて透過する空間フィルタであることを特徴とする請求項１７に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項１９】 前記第２の手段は、前記光周波数分布信号の実空間上の中心位置からいずれか一方に分布する光周波数分布成分に 180度の位相変化を与えて反射する空間フィルタであり、この空間フィルタの反射光を前記第１の手段に逆方向から再入力することにより、前記第１の手段を前記第３の手段としても用いる構成であることを特徴とする請求項１７に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項２０】 前記第１の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１７に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項２１】 前記第１の手段は、回折格子とレンズで構成されることを特徴とする請求項１７に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項２２】 前記第３の手段は、第１のスラブ導波路とアレイ導波路と第２のスラブ導波路で構成されるアレイ導波路回折格子であることを特徴とする請求項１７に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項２３】 前記第３の手段は、回折格子とレンズで構成されることを特徴とする請求項１７に記載の光クロック信号抽出回路。
【請求項２４】 前記第４の手段は、入力光信号を二乗検波する光検出器と、前記光検出器から出力される電気信号を入力し、前記ＮＲＺ光信号のクロック周波数に対応した周波数近傍のみをフィルタリングしてクロック信号を再生する狭帯域電気フィルタとを備えた構成であることを特徴とする請求項１７に記載の光クロック信号抽出回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０００−２３２４１１（Ｐ２０００−２３２４１１Ａ）
【公開日】平成１２年８月２２日（２０００．８．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１１−３２９０７
【出願日】平成１１年２月１０日（１９９９．２．１０）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１２年８月２２日（２０００．８．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１１年２月１０日（１９９９．２．１０）
【出願人】（０００００４２２６）日本電信電話株式会社 (13,992)
【Ｆターム（参考）】
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