專利名稱：光時鐘信號提取裝置和光時鐘信號提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于長距離大容量光纖通信系統(tǒng)的光中繼器等的光時鐘信號提取裝置，特別涉及提取超過電子設(shè)備的上限工作速度的快速光時鐘信號的裝置。
背景技術(shù)：
光通信網(wǎng)絡(luò)的傳送的長距離化和大容量化得到了發(fā)展。隨著傳送的長距離化，發(fā)生光傳送路徑中的光損失、由于光放大器的多級使用而導(dǎo)致的S/N比的降低、以及光纖的群速度分散或光纖中的非線性光學效應(yīng)導(dǎo)致的波形失真，由于上述等情況，成為光信號的質(zhì)量惡化的問題。頻率波形失真和時間波形失真的發(fā)生隨著傳送容量越大，成為越顯著的問題。
因此，在光傳送路徑的中途以數(shù)十到數(shù)百千米的間隔設(shè)置中繼器，在該中繼器中進行將光信號的頻率波形和時間波形恢復(fù)成原來的形狀的所謂光信號的再現(xiàn)。該中繼器的主要任務(wù)之一是時鐘信號提取。時鐘信號提取是指根據(jù)由時間波形失真的光脈沖構(gòu)成的光信號即所謂的質(zhì)量惡化的光信號，生成與其比特速率對應(yīng)的頻率的脈沖輸出(或正弦波輸出)信號。
作為時鐘信號，有作為電信號被提取的情況和作為光信號被提取的情況，在以后的說明中，只有在需要特別明示以哪種形式被提取時，分別分開寫成電時鐘信號和光時鐘信號。另外，與光信號的比特速率對應(yīng)的頻率是指，在光信號的比特速率為f時，指f的頻率。例如在光信號的比特速率為fGbit/s時，指fGHz的頻率。在以后的說明中，有時也把與光信號的比特速率對應(yīng)的頻率稱為比特速率頻率。這里，采用了用Gbit/s來表示比特速率，用GHz來表示頻率的例子，在以后的說明中，不管它們的單位表述如何都成立。因此，在以后的說明中，除了特別需要的情況以外，有時也省略單位表述。
作為時鐘信號提取方法，以往所公知的一般方法之一為如下的方法將質(zhì)量惡化的光信號輸入光電二極管等中進行光電轉(zhuǎn)換，利用帶通濾波器對來自該光電二極管的輸出電信號進行濾波，從而僅提取出與輸入光信號的比特速率對應(yīng)的頻率成分。在以后的說明中，包括質(zhì)量惡化的光信號在內(nèi)，將成為提取時鐘信號的對象的光信號稱為輸入光信號。
使用光電二極管和帶通濾波器生成電時鐘信號，使用該電時鐘信號使半導(dǎo)體激光器等光脈沖激光器裝置動作，從而生成光脈沖串。該光脈沖串是以反復(fù)頻率與輸入光信號的比特速率頻率相當?shù)闹芷谠跁r間軸上排列光脈沖的光脈沖串。在以后的說明中，光信號是指作為2值數(shù)字信號即RZ(恢復(fù)到0，return to zero)信號而生成的信號。該光信號是對在時間軸上規(guī)則正確地以一定的周期間隔排列的光脈沖串進行光調(diào)制而生成的信號。另一方面，光脈沖串這樣的表述用來指在時間軸上規(guī)則正確地以一定的周期間隔排列的光脈沖的總體。
一般情況下，由于光電二極管的光電轉(zhuǎn)換特性的偏振波依賴性小，所以即使輸入光信號的偏光面存在時間上的波動，通過利用光電二極管也能夠穩(wěn)定地提取時鐘信號。
另一方面，作為用于增大光通信網(wǎng)絡(luò)的傳送容量的技術(shù)，正在研究光時分復(fù)用(Optical Time Division Multiplexing)等復(fù)用傳送技術(shù)。復(fù)用信號的比特速率為其被復(fù)用的每一信道的比特速率的信道數(shù)倍，所以是非常大的比特速率。在以后的說明中，有時也把復(fù)用信號的比特速率稱為傳送速率，把每一信道的比特速率稱為基礎(chǔ)速率。
若復(fù)用信號的比特速率超過40Gbit/s，則在電子設(shè)備中很難提取時鐘信號。這是因為尚未開發(fā)出即使對于40Gbit/s以上的比特速率的光信號也能夠工作的光電二極管、以及即使對于40GHz以上的電信號也能夠工作的電氣窄頻帶濾波器。
因此，為了從快速光信號中提取時鐘信號，使用不進行光電轉(zhuǎn)換而直接提取光時鐘信號的方法。在以后的說明中，有時也把不進行光電轉(zhuǎn)換而直接提取光時鐘信號的方法稱為全光時鐘信號提取方法。
作為全光時鐘信號提取方法，已報告有利用鎖模激光器的方法(例如，參照非專利文獻1)。另外，還報告了利用自脈動激光器等自激光脈沖產(chǎn)生激光器的方法(例如參照非專利文獻2)。
在這些方法的任一種方法中，均將輸入光信號輸入到以接近輸入光信號的比特速率的反復(fù)頻率產(chǎn)生光脈沖的鎖模激光器或自脈動激光器中，使來自同步激光器或自脈動激光器的輸出光脈沖與輸入光信號的比特速率同步，從而提取光時鐘信號。
這些方法的優(yōu)點是，如上所述，能夠提取在電子設(shè)備中不可能實現(xiàn)的快速時鐘信號作為光時鐘信號。例如，已報告有成功地從160Gbit/s的光信號中提取出光時鐘信號的例子(例如，參照非專利文獻3)。
T.Ono，T.Shimizu，Y.Yano，and H.Yokoyama，“Opticalclock extraction from 10-Gbit/s data pulses by using monolithic mode-lockedlaser diodes，”O(jiān)FC’95 Technical Digest，ThL4. M.Jinno and T.Matsumoto，“All-optical timingextraction using a 1.5μm self pulsating multielectrode DFB LD，”Electron.Lett.，vol.24，No.23 PP.1426-1427，1988. S.Arahira，S.Sasaki，K.Tachibana，Y.Ogawa，“All-optical 160-Gb/s clock extraction with a mode-locked laser diode module，”IEEE Photon.Technol.Lett.Vol.16，No.6，PP.1558-1560，2004.
然而，上述的以往的全光時鐘信號提取方法存在下面所述的問題。即，光時鐘信號提取用的動作依賴于輸入光信號的偏振光方向。為了利用鎖模激光器或自脈動激光器來提取光時鐘信號，需要使輸入光信號的偏振光方向與這些激光器的振蕩光的偏振光方向一致。
因此，當輸入光信號的偏振光方向因為某種原因而發(fā)生變動時，則不能穩(wěn)定地提取光時鐘信號。一般情況下，輸入光信號在沒有保障偏振光方向的保存的單模光纖中傳播，并輸入到光中繼器等中。因此，必須研究以輸入到光中繼器等中的輸入光信號的偏振光方向在時間上變化為前提，即使偏振光方向發(fā)生變動也能穩(wěn)定地提取光時鐘信號的方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種不依賴于輸入光信號的偏振光方向，即可提取光時鐘信號的光時鐘信號提取裝置。
為了達成上述目的，第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置具有第一轉(zhuǎn)換單元和第二轉(zhuǎn)換單元。第一轉(zhuǎn)換單元具有第一光轉(zhuǎn)換器和波長為λ2的連續(xù)波光源。向第一光轉(zhuǎn)換器輸入比特速率為f(例如f Gbit/s)波長為λ1的輸入光信號、和波長為λ2的連續(xù)波光。并且，第一光轉(zhuǎn)換器不依賴于輸入光信號的偏振光方向，生成波長為λ2的中間生成光信號。第二轉(zhuǎn)換單元具有第二光轉(zhuǎn)換器，向該第二光轉(zhuǎn)換器輸入中間生成光信號，通過第二光轉(zhuǎn)換器的被動鎖模動作生成反復(fù)頻率為f(例如f GHz)、波長為λ3的光時鐘信號，并從該第二轉(zhuǎn)換單元輸出。
第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置的第一轉(zhuǎn)換單元與上述的第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置不同。第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置的第一轉(zhuǎn)換單元除了第一光轉(zhuǎn)換器和波長為λ2的連續(xù)波光源外，還具有波長為λ4的連續(xù)波光源。第一光轉(zhuǎn)換器輸入比特速率為f、波長為λ1的輸入光信號、波長為λ2的連續(xù)波光和波長為λ4的連續(xù)波光，不依賴于輸入光信號的偏振光方向，生成波長為λ2的中間生成光信號，并從該第一光轉(zhuǎn)換器輸出。
在第一和第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中，優(yōu)選第一光轉(zhuǎn)換器是半導(dǎo)體光放大器(Semiconductor Optical AmplifierSOA)，該半導(dǎo)體光放大器的活性層由體結(jié)晶(バルク結(jié)晶)形成，且入射端和射出端被施加了無反射涂層，放大率不依賴于輸入光信號的偏振光方向。
并且，在第一和第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中，優(yōu)選第一光轉(zhuǎn)換器是SOA，該SOA的活性層由拉伸應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)形成，且入射端和射出端被施加了無反射涂層，放大率不依賴于輸入光信號的偏振光方向。
并且，在第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中，優(yōu)選第一光轉(zhuǎn)換器是可飽和吸收體，該可飽和吸收體的活性層由拉伸應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)形成，且入射端和射出端被施加了無反射涂層，放大率不依賴于輸入光信號的偏振光方向。
并且，在第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中，優(yōu)選第一光轉(zhuǎn)換器是電場吸收型光調(diào)制器(EAMElectro-absorption Modulator)，該電場吸收型光調(diào)制器的活性層由拉伸應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)形成，目入射端和射出端被施加了無反射涂層，放大率不依賴于輸入光信號的偏振光方向。
在第一和第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中，優(yōu)選第二光轉(zhuǎn)換器是被動鎖模半導(dǎo)體激光器，該被動鎖模半導(dǎo)體激光器具有增益區(qū)域和可飽和吸收區(qū)域。
根據(jù)上述的第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置，可實現(xiàn)以下說明的第一轉(zhuǎn)換步驟和第二轉(zhuǎn)換步驟。第一轉(zhuǎn)換步驟是如下的步驟將比特速率為f波長為λ1的輸入光信號、和波長為λ2的連續(xù)波光輸入到第一光轉(zhuǎn)換器，利用通過輸入光信號和波長為λ2的連續(xù)波光而表現(xiàn)出的交叉增益調(diào)制效應(yīng)，并且不依賴于輸入光信號的偏振光方向，生成波長為λ2的中間生成光信號并輸出。第二轉(zhuǎn)換步驟是如下的步驟將該中間生成光信號輸入到第二光轉(zhuǎn)換器，通過第二光轉(zhuǎn)換器的被動鎖模動作生成反復(fù)頻率為f、波長為λ3的光時鐘信號并輸出。
并且，根據(jù)上述的第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置，可實現(xiàn)以下說明的第一轉(zhuǎn)換步驟。第一轉(zhuǎn)換步驟是如下的步驟將比特速率為f波長為λ1的輸入光信號、波長為λ2的連續(xù)波光和波長為λ4的連續(xù)波光輸入到第一光轉(zhuǎn)換器，利用通過波長為λ1的輸入光信號、波長為λ2的連續(xù)波光和波長為λ4的連續(xù)波光表現(xiàn)出的交叉增益調(diào)制效應(yīng)，并且不依賴于輸入光信號的偏振光方向，生成波長為λ2的中間生成光信號并輸出。第二轉(zhuǎn)換步驟與通過第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置實現(xiàn)的第二轉(zhuǎn)換步驟相同。
另外，如果使用具有增益區(qū)域和可飽和吸收區(qū)域的被動鎖模半導(dǎo)體激光器作為第二光轉(zhuǎn)換器，則能夠?qū)⒈粍渔i模半導(dǎo)體激光器的振蕩縱模式中的任一個設(shè)定為接近中間生成光信號的波長λ2的值，來執(zhí)行第二轉(zhuǎn)換步驟。
若將比特速率為f波長為λ1的輸入光信號、和波長為λ2的連續(xù)波光輸入到第一光轉(zhuǎn)換器中，則利用交叉增益調(diào)制(XGMCross GainModulation)效應(yīng)，生成反復(fù)頻率為f、波長為λ2的中間生成光信號(第一轉(zhuǎn)換步驟)。具體情況將在后面敘述，XGM效應(yīng)是指當將構(gòu)成輸入光信號的光脈沖輸入到第一光轉(zhuǎn)換器中時，為了利用該光脈沖使第一光轉(zhuǎn)換器的增益減少，反映構(gòu)成輸入光信號的光脈沖在時間軸上的配置關(guān)系來調(diào)制第一光轉(zhuǎn)換器的增益的現(xiàn)象。該現(xiàn)象是根據(jù)由于存在光脈沖而使第一光轉(zhuǎn)換器的增益減少、如果不存在光脈沖則該增益恢復(fù)的情況而產(chǎn)生的。
即，當如作為波長為λ1的輸入光信號的光脈沖信號和波長為λ2的連續(xù)波光在第一光轉(zhuǎn)換器內(nèi)共存那樣輸入到第一光轉(zhuǎn)換器中時，通過作為輸入光信號的光脈沖信號調(diào)制第一光轉(zhuǎn)換器的增益。通過這樣來調(diào)制第一光轉(zhuǎn)換器的增益，從而調(diào)制波長為λ2的連續(xù)波光的強度。因此，輸入光信號、和作為波長為λ2的連續(xù)波光被調(diào)制的結(jié)果而生成的波長為λ2的中間生成光信號邏輯反轉(zhuǎn)。即，在構(gòu)成輸入光信號的光脈沖所存在的時間帶，不存在中間生成光信號的光脈沖，相反，在構(gòu)成輸入光信號的光脈沖不存在的時間帶存在中間生成光信號的光脈沖。
第一光轉(zhuǎn)換器不依賴于輸入光信號的偏振光方向，利用交叉增益調(diào)制效應(yīng)，生成波長為λ2的中間生成光信號并輸出，所以即使輸入光信號由于傳送路徑的狀態(tài)等的時間變動而在傳播過程中其偏振光方向發(fā)生變動，也能夠穩(wěn)定地生成中間生成光信號。
當將中間生成光信號輸入到第二光轉(zhuǎn)換器中時，通過被動鎖模動作，生成反復(fù)頻率為f、波長為λ3的光時鐘信號(第二轉(zhuǎn)換步驟)。由于第一光轉(zhuǎn)換器和第二光轉(zhuǎn)換器能夠收納于同一個殼體內(nèi)，所以能夠容易地實現(xiàn)在保存從第一光轉(zhuǎn)換器輸出的中間生成光信號的偏振光方向的狀態(tài)下將其輸入到第二光轉(zhuǎn)換器中。例如，可以通過利用偏振波面保存光纖等保持偏振光方向恒定并傳播的光學部件來實現(xiàn)第一光轉(zhuǎn)換器和第二光轉(zhuǎn)換器。
因此，根據(jù)第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置，不依賴于輸入光信號的偏振光方向而生成中間生成光信號，保持該中間生成光信號的偏振光方向恒定并將其輸入到第二光轉(zhuǎn)換器中，所以在第二光轉(zhuǎn)換器中，能夠穩(wěn)定地實現(xiàn)被動鎖模動作，通過第二光轉(zhuǎn)換器，不依賴于輸入光信號的偏振光方向而提取出光時鐘信號。
在第一和第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中，通過使第一光轉(zhuǎn)換器為活性層由體結(jié)晶形成，并且入射端和射出端被實施了無反射涂層的SOA，從而能夠使放大率不依賴于輸入光信號的偏振光方向。這是由于，在為了構(gòu)成SOA而利用的InP、GaAs等或它們的混晶即III-V族半導(dǎo)體體結(jié)晶中，已知其增益不依賴于偏振光方向，通過在SOA所具備的光波導(dǎo)中采用增益區(qū)域，能夠使該光波導(dǎo)中的增益不依賴于偏振光方向。
并且，在第一和第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中，通過使第一光轉(zhuǎn)換器為活性層由拉伸應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)形成，并且入射端和射出端被實施了無反射涂層的SOA，從而能夠使放大率不依賴于輸入光信號的偏振光方向。這是由于，通過在增益區(qū)域中采用由導(dǎo)入了拉伸應(yīng)變的量子晶結(jié)構(gòu)形成的光波導(dǎo)，能夠使該光波導(dǎo)中的增益不依賴于偏振光方向。
根據(jù)第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置，在第一轉(zhuǎn)換步驟中除了波長為λ2的連續(xù)波光外，還把波長為λ4的連續(xù)波光也輸入到第一光轉(zhuǎn)換器中。利用SOA作為第一光轉(zhuǎn)換器，向該SOA除了提供波長為λ2的連續(xù)波光外還提供波長為λ4的連續(xù)波光，從而可得到如下的效果，但具體情況將在后面再敘述。在SOA的活性區(qū)域中，通過供給波長為λ4的連續(xù)波光，增強了感應(yīng)放出。這樣，可以增大載流子密度的恢復(fù)速度。其結(jié)果，能夠由比特速率更快的輸入光信號生成中間生成光信號(第一轉(zhuǎn)換步驟)，其結(jié)果，能夠從比特速率更快的輸入光信號中提取光時鐘信號。
在第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中，如果使第一光轉(zhuǎn)換器為活性層由拉伸應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)形成、并且入射端和射出端被實施了無反射涂層、放大率不依賴于輸入光信號的偏振光方向的可飽和吸收體，則能夠通過交叉吸收調(diào)制(XAMcross absorption modulation)效應(yīng)而生成中間生成光信號。
并且，在第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中，通過使第一光轉(zhuǎn)換器為活性層由拉伸應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)形成、并且入射端和射出端被實施了無反射涂層、且放大率不依賴于輸入光信號的偏振光方向的EAM，從而與上述的可飽和吸收體同樣地，能夠通過XAM效應(yīng)而生成中間生成光信號。
XAM效應(yīng)是利用負的光學增益(即光吸收)，通過輸入光信號來調(diào)制連續(xù)波光的效應(yīng)。XAM效應(yīng)與上述的XGM效應(yīng)相比它們的物理機制不同，但在通過輸入光信號來調(diào)制連續(xù)波光這一點上是相同的。即，可以利用XAM效應(yīng)和XGM效應(yīng)中的任意一方作為通過輸入光信號來調(diào)制連續(xù)波光的手段。并且，利用XAM效應(yīng)來實現(xiàn)第一轉(zhuǎn)換步驟能夠使動作更快速，具體情況將在后面敘述。
通過使用具備增益區(qū)域和可飽和吸收區(qū)域的被動鎖模半導(dǎo)體激光器來作為第二光轉(zhuǎn)換器，把被動鎖模半導(dǎo)體激光器的振蕩縱模式中的任一個設(shè)定成接近于中間生成光信號的波長λ2的值，來執(zhí)行第二轉(zhuǎn)換步驟，從而能夠降低時間抖動，并且能夠以更高的靈敏度來提取光時鐘信號。即，即使在輸入光信號的強度弱的情況、或SOA的增益小的情況、波長為λ2的連續(xù)波光的強度弱的情況等的中間生成光信號弱的情況下，也能夠高效地進行光時鐘信號提取。


圖1是第一實施方式的光時鐘信號提取裝置的概要結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是第二實施方式的光時鐘信號提取裝置的概要結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是被動鎖模半導(dǎo)體激光器的概要剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖4是用于說明輸入光信號、中間生成光信號以及光時鐘信號的時間波形的圖。
圖5是表示相對于波長失諧和模式間隔之比的時間抖動的特性的圖。
圖6是用于說明被動鎖模的動作原理的圖。
圖7是用于說明模式(pattern)效應(yīng)的圖。
圖8是在光時鐘信號的提取實驗中使用的裝置的概要結(jié)構(gòu)框圖。
圖9是表示輸入光信號和光時鐘信號的時間波形的圖。
圖10是第三實施方式的光時鐘信號提取裝置的概要結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式
以下，參照

本發(fā)明的實施方式。另外，各圖是圖示本發(fā)明涉及的一個構(gòu)成例的圖，只不過在能夠理解本發(fā)明的程度上概要地示出了各構(gòu)成要素的配置關(guān)系等，本發(fā)明并不限于圖示例子。并且，在以下的說明中，雖然使用了特定的材料和條件等，但這些材料和條件只不過是優(yōu)選例之一而已，因此，完全不被它們所限定。并且，各圖中對于同樣的構(gòu)成要素，有時也省略其重復(fù)說明。在以下示出的圖中，利用粗線表示光纖等光路徑，利用細線來表示電信號傳送的路徑。并且對這些粗線和細線所標注的編號除了用于指示路徑本身之外，在不會發(fā)生混亂的范圍內(nèi)，有時還意味著在各個路徑上傳播的光脈沖信號或電信號。
<第一實施方式>
參照圖1，說明用于實現(xiàn)第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置的第一實施方式。第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置包括第一轉(zhuǎn)換單元30和第二轉(zhuǎn)換單元52。第一轉(zhuǎn)換單元30具有第一光轉(zhuǎn)換器12和波長為λ2的連續(xù)波光源16。向第一光轉(zhuǎn)換器12輸入比特速率為f、波長為λ1的輸入光信號100、和波長為λ2的連續(xù)波光200。在第一光轉(zhuǎn)換器12中，利用通過輸入光信號100、和波長為λ2的連續(xù)波光200表現(xiàn)出的交叉增益調(diào)制效應(yīng)，不依賴于輸入光信號的偏振光方向，生成波長為λ2的中間生成光信號220。
第二轉(zhuǎn)換單元52具有第二光轉(zhuǎn)換器18。向該第二光轉(zhuǎn)換器18輸入中間生成光信號112，通過第二光轉(zhuǎn)換器18的被動鎖模動作，生成反復(fù)頻率為f、波長為λ3的光時鐘信號320，從該第二光轉(zhuǎn)換器18輸出。
輸入光信號100在光路徑20中傳播，從光循環(huán)器10的端口a輸入從端口b輸出，作為輸入光信號110在光路徑22中傳播，從第一轉(zhuǎn)換單元30的第一光轉(zhuǎn)換器12的端面L1輸入。在第一光轉(zhuǎn)換器12和波長為λ2的連續(xù)波光源16之間，為了遮擋向連續(xù)波光源16的返回光而設(shè)置了光隔離器14。從連續(xù)波光源16輸出的波長為λ2的連續(xù)波光200在光路徑26中傳播，通過光隔離器14作為連續(xù)波光210在光路徑24中傳播，從第一光轉(zhuǎn)換器12的端面R1輸入到第一光轉(zhuǎn)換器12中。
這里，對于第一光轉(zhuǎn)換器12，使用活性層為由體結(jié)晶或拉伸應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)形成的SOA。該SOA的光射入射出的兩個端面(端面R1和端面L1)分別被利用SiNxOy(其中x和y是表示組成比的參數(shù))材料進行了無反射涂層處理。
在第一光轉(zhuǎn)換器12中生成的波長為λ2的中間生成光信號220從第一光轉(zhuǎn)換器12的端面L1輸出，在光路徑22中傳播，輸入到光循環(huán)器10的端口b，從端口c作為中間生成光信號112輸出。從端口c輸出的中間生成光信號112在光路徑28中傳播，輸入到第二轉(zhuǎn)換單元52中。
第二轉(zhuǎn)換單元52具有第二光轉(zhuǎn)換器18、光帶通濾波器36、用于遮擋來自第二光轉(zhuǎn)換器18的返回光的光隔離器32、用于遮擋來自光帶通濾波器36的返回光的光隔離器34。光隔離器32和34雖然不一定是必要的，但通過利用它們來遮擋來自第二光轉(zhuǎn)換器18或光帶通濾波器36的返回光，能夠保證第一光轉(zhuǎn)換器12和第二光轉(zhuǎn)換器18的動作的穩(wěn)定性。
中間生成光信號112在光路徑28中傳播，通過光隔離器32，作為中間生成光信號114在光路徑40中傳播，從端面L2輸入到第二光轉(zhuǎn)換器18中。這里，作為第二光轉(zhuǎn)換器18，利用具備增益區(qū)域和可飽和吸收區(qū)域的被動鎖模半導(dǎo)體激光器。
從第二光轉(zhuǎn)換器18的端面R2輸出波長為λ3的光時鐘信號300。光時鐘信號300在光路徑42中傳播，通過光隔離器34，作為光時鐘信號310在光路徑44中傳播，輸入到光帶通濾波器36中。光帶通濾波器36的透過波長是λ3，是特別為了遮擋波長λ1和λ2的光成分的目的而設(shè)置的。從光帶通濾波器36輸出波長為λ3的光時鐘信號320，輸入到光路徑37中，并輸出到外部。
上述的光路徑20、22、24、26、28、37、40、42和44可以由光纖或透鏡等的結(jié)合光學系統(tǒng)適當?shù)貥?gòu)成。特別是在連續(xù)波光源16的輸出端到光路徑26、24、22及28的一系列光路徑的中途設(shè)置偏振波面控制器，或者由偏振波面保存光纖構(gòu)成到光路徑26、24、22和28的一系列光路徑。其理由是為了根據(jù)利用被動鎖模半導(dǎo)體激光器作為第二光轉(zhuǎn)換器18的關(guān)系，使得從該被動鎖模半導(dǎo)體激光器的端面L2輸入的中間生成光信號114的偏振光方向與構(gòu)成第二光轉(zhuǎn)換器18的被動鎖模半導(dǎo)體激光器的振蕩光的偏振光方向一致。
第一轉(zhuǎn)換單元30和第二轉(zhuǎn)換單元52可以被一體化地制作于一個殼體中，因此，上述光路徑20、22、24、26、28、37、40、42和44的全長分別最長是10cm左右。因此，通過利用偏振波面控制器或偏振波面保存光纖，能夠容易地使從被動鎖模半導(dǎo)體激光器的端面L2輸入的中間生成光信號114的偏振光方向與被動鎖模半導(dǎo)體激光器的振蕩光的偏振光方向一致。
<第二實施方式>
參照圖2，將與用于實現(xiàn)第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置的上述第一實施方式不同的另一方式作為第二實施方式來進行說明。第二實施方式與第一實施方式的不同在于第二轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)。第一轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同，所以省略其說明。
第二實施方式的第二轉(zhuǎn)換單元54具有光循環(huán)器38、第二光轉(zhuǎn)換器18和光帶通濾波器36。第二光轉(zhuǎn)換器18和光帶通濾波器36可以利用與第一實施方式相同的裝置。
在圖2中，光循環(huán)器10利用與第一實施方式中利用的光循環(huán)器相同的光循環(huán)器，但這里為了避免混亂，方便起見，區(qū)別開來將光循環(huán)器10的三個端口記為a1、b1、c1，將光循環(huán)器38的三個端口記為a2、b2、c2。
從光循環(huán)器10的端口c1輸出的中間生成光信號112被輸入光循環(huán)器38的端口a2，從端口b2輸出，在光路徑23中傳播，輸入到第二光轉(zhuǎn)換器18中。從第二光轉(zhuǎn)換器18輸出的波長為λ3的光時鐘信號300在光路徑23中傳播，輸入至光循環(huán)器38的端口b2，從端口c2作為光時鐘信號330而輸出。光時鐘信號330在光路徑50中傳播，輸入到光帶通濾波器36，從光帶通濾波器36輸出波長為λ3的光時鐘信號340，輸入到光路徑51中，并輸出到外部。
為了實現(xiàn)第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置而采用上述第一實施方式，還是采用第二實施方式，是根據(jù)第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置被利用的方式，即根據(jù)設(shè)計上的情況而決定的事項。
<被動鎖模半導(dǎo)體激光器>
參照圖3說明被用作第二光轉(zhuǎn)換器18的優(yōu)選的被動鎖模半導(dǎo)體激光器的結(jié)構(gòu)及其動作。當然，被用作第二光轉(zhuǎn)換器18的優(yōu)選的被動鎖模半導(dǎo)體激光器不限于圖3所示的裝置，還可以利用被動波導(dǎo)區(qū)域或布拉格衍射區(qū)域等被進一步集成化的類型、或者將增益區(qū)域或可飽和吸收區(qū)域進一步分割的類型的被動鎖模半導(dǎo)體激光器等。以后將被動鎖模半導(dǎo)體激光器(passive mode-locked laser diodeMLLD)簡記為MLLD。
圖3是從與光波導(dǎo)垂直的側(cè)面方向觀察2電極型被動鎖模半導(dǎo)體激光器的概要剖面結(jié)構(gòu)圖。圖3所示的MLLD是包括形成反轉(zhuǎn)分布的增益區(qū)域80、和具有對光強度進行調(diào)制的功能的可飽和吸收區(qū)域82，并且增益區(qū)域80和可飽和吸收區(qū)域82串聯(lián)地配置的半導(dǎo)體激光器。增益區(qū)域80和可飽和吸收區(qū)域82如圖3所示，形成為單片集成電路。通過n側(cè)共同電極62和增益區(qū)域的p側(cè)電極74，由恒流源78向增益區(qū)域80注入電流。通過n側(cè)共同電極62和可飽和吸收區(qū)域的p側(cè)電極72，由恒壓源76向可飽和吸收區(qū)域82施加反偏置電壓。
通過向增益區(qū)域80注入電流，向可飽和吸收區(qū)域82施加反偏置電壓，產(chǎn)生被動鎖模動作，產(chǎn)生近似于MLLD的諧振器旋轉(zhuǎn)(周回)頻率的自然數(shù)倍的頻率的光脈沖串。這里，近似于MLLD的諧振器旋轉(zhuǎn)頻率的自然數(shù)倍的頻率意味著，與MLLD的諧振器旋轉(zhuǎn)頻率比較，MLLD的諧振器旋轉(zhuǎn)頻率的自然數(shù)倍的頻率和光脈沖串的頻率之差小到可以忽略的程度。
輸入光信號的波長λ1與連續(xù)波光的波長λ2之間的關(guān)系必須設(shè)定成如后面所述的那樣，滿足如下的關(guān)系通過將波長λ1的輸入光信號輸入到第一光轉(zhuǎn)換器12中，使得波長λ2的連續(xù)波光能夠受到調(diào)制。即，波長λ1與波長λ2雙方均必須在第一光轉(zhuǎn)換器12的增益頻帶內(nèi)。另一方面，連續(xù)波光的波長λ2與MLLD的振蕩頻譜的關(guān)系必須設(shè)定成如下的關(guān)系λ2近似地等于與MLLD的多個縱模式中的一個縱模式對應(yīng)的波長。這里，近似地等于意味著與縱模式間隔相比，MLLD的縱模式中的一個縱模式與波長λ2之差小到可以忽略的程度。
存在于增益區(qū)域80的光波導(dǎo)66(以后也稱為“增益區(qū)域80的光波導(dǎo)66”)和存在于可飽和吸收區(qū)域82的光波導(dǎo)68(以后也稱為“可飽和吸收區(qū)域82的光波導(dǎo)68”)均構(gòu)成為被共同的第一包層64和第二包層70所夾持。這里，設(shè)第一包層64是n型包層，第二包層70是p型包層。構(gòu)成光波導(dǎo)66和光波導(dǎo)68的結(jié)晶材料由輸入到MLLD的輸入光信號的波長所決定。例如，如果該輸入光信號的波長為1.5μm頻帶，則可以使用基于InP類半導(dǎo)體體結(jié)晶材料或InP類半導(dǎo)體結(jié)晶材料的量子阱結(jié)構(gòu)。
這里，按如下所述來定義輸入光信號的偏振光的狀態(tài)。即，將在光波導(dǎo)66以及光波導(dǎo)68中導(dǎo)波的光的偏振光面(光的電場轉(zhuǎn)矩的振動面)的方向為與這些光波導(dǎo)的寬度方向平行的方向時設(shè)為TE偏振光，當為與厚度方向(在圖1中為上下方向)平行的方向時設(shè)為TM偏振光。
另外，假設(shè)增益區(qū)域80的光波導(dǎo)66由體結(jié)晶或?qū)肓死鞈?yīng)變的的量子阱結(jié)構(gòu)形成，MLLD的振蕩光的偏振光狀態(tài)為TE偏振光，以下進行說明。以后，也把振蕩光是TE偏振光的激光器振蕩動作稱作TE模式動作，把光波導(dǎo)66和光波導(dǎo)68中的振蕩光的導(dǎo)波模式稱作TE模式。同樣，也把振蕩光是TM偏振光的激光器振蕩動作稱作TM模式動作，把光波導(dǎo)66和光波導(dǎo)68中的振蕩光的導(dǎo)波模式稱作TM模式。
<光時鐘信號提取動作>
把第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置的動作原理分為(A)第一轉(zhuǎn)換步驟和(B)第二轉(zhuǎn)換步驟來分別進行說明。
(A)第一轉(zhuǎn)換步驟第一轉(zhuǎn)換步驟是如下的步驟將輸入光信號和連續(xù)波光輸入到第一光轉(zhuǎn)換器中，利用通過輸入光信號和連續(xù)波光而表現(xiàn)出的交叉增益調(diào)制效應(yīng)，不依賴于輸入光信號的偏振光方向而生成中間生成光信號，從第一光轉(zhuǎn)換器輸出。這里，舉利用SOA作為第一光轉(zhuǎn)換器的情況作為例子來進行說明。
可用作第一光轉(zhuǎn)換器的光學元件如后面所述，除了SOA以外，還可以利用基于可飽和吸收體的光學元件或EAM等。
當向SOA輸入波長λ1的輸入光信號時，通過該輸入光信號使感應(yīng)放出增強，因而SOA中的載流子密度減小。其結(jié)果，SOA的光學增益減小。在輸入到SOA中的輸入光信號是RZ信號的情況下，構(gòu)成輸入光信號的光脈沖輸入到SOA的瞬間SOA的光學增益減小，而在光脈沖沒有輸入到SOA中的瞬間SOA的光學增益維持原來的值。即，SOA的光學增益和載流子密度被調(diào)制為將輸入光信號的RZ信號模式反轉(zhuǎn)的模式。
若對其進行具體說明則為如下所述。例如，舉波長λ1的輸入光信號的RZ信號模式是(1、1、0、0、0、1、1、1、0、...)的情況為例進行說明。這里，為“1”的位存在光脈沖，為“0”的位不存在光脈沖。另一方面，若SOA的光學增益減小的情況表現(xiàn)為“0”，光學增益維持原來的值的情況表現(xiàn)為“1”，則在上述的RZ信號模式中為“0”的部分，SOA的光學增益為“1”，在上述的RZ信號模式中為“1”的部分，SOA的光學增益為“0”。因此，若光學增益的模式利用與上述的RZ信號模式相同的方式來表現(xiàn)，則成為“0、0、1、1、1、0、0、0、1、...”。這樣，進行使為“0”的部分成為“1”、使為“1”的部分成為“0”的所謂邏輯反轉(zhuǎn)的調(diào)制。
當向?qū)鈱W增益進行了上面所述的與輸入光信號的RZ信號模式邏輯反轉(zhuǎn)的調(diào)制的SOA，輸入與輸入光信號的波長不同的波長λ2的連續(xù)波光時，上述光學增益的調(diào)制轉(zhuǎn)化為該連續(xù)波光，生成波長λ2的中間生成光信號，從SOA輸出。即，在SOA的光學增益減小的情況(用“0”來表現(xiàn)的情況)下，波長為λ2的連續(xù)波光被吸收。另一方面，在SOA的光學增益維持原來的值的情況(用“1”來表現(xiàn)的情況)下，波長為λ2的連續(xù)波光不被吸收，而被放大。其結(jié)果，波長為λ1的輸入光信號的RZ信號模式與波長為λ2的中間生成光信號成為邏輯反轉(zhuǎn)的關(guān)系，但輸入光信號的RZ信號模式作為被復(fù)制為波長為λ2的中間生成光信號的信號而生成。
如上所述，輸入光信號的RZ信號模式與波長為λ2的連續(xù)波光相互作用，被復(fù)制為波長為λ2的中間生成光信號而生成的現(xiàn)象，稱為交叉增益調(diào)制(Cross Gain ModulationXGM)效應(yīng)。在以后的說明中，也把交叉增益調(diào)制簡記作XGM。XGM效應(yīng)作為在光通信系統(tǒng)等中實現(xiàn)使用各種應(yīng)用所必需的波長轉(zhuǎn)換的一個手段，被廣泛利用。
第一轉(zhuǎn)換步驟換句話來說可以稱作是如下的步驟利用XGM效應(yīng)，將波長為λ1的輸入光信號的RZ信號模式轉(zhuǎn)化為連續(xù)波光，生成波長為λ2的中間生成光信號。關(guān)于輸入光信號的波長λ1的條件是，存在于可以對SOA的載流子密度進行調(diào)制的波段內(nèi)。另外，關(guān)于連續(xù)波光的波長λ2的條件是，存在于隨著由輸入光信號引起的載流子密度的調(diào)制而發(fā)生光學增益的變化的波段內(nèi)。更具體地說，條件為波長λ1和波長λ2均存在于SOA具有的增益頻帶內(nèi)。
波長為λ2的中間生成光信號的信號模式與輸入光信號的RZ信號模式為邏輯反轉(zhuǎn)的關(guān)系，但由第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置最終生成并輸出的是作為在時間軸上規(guī)則正確地以一定的時間間隔排列的光脈沖串的光時鐘信號。因此，處于該邏輯反轉(zhuǎn)的關(guān)系在實現(xiàn)提取光時鐘信號的目的方面，沒有任何問題。
在圖1和圖2中，關(guān)于中間生成光信號220從SOA 12輸出而傳播的光路徑22，中間生成光信號220沿圖中左方向傳播，而同時從SOA 12反射輸出的輸入光信號成分同時也沿圖中左方向傳播。因此，中間生成光信號220與從SOA 12反射輸出的輸入光信號成分相互干涉，被反射的輸入光信號成分具有因為該干涉而波動的成分，被輸入到構(gòu)成第二光轉(zhuǎn)換器18的被動鎖模半導(dǎo)體激光器中。強度發(fā)生波動的輸入光信號成分被輸入到被動鎖模半導(dǎo)體激光器成為被動鎖模半導(dǎo)體激光器的動作發(fā)生不穩(wěn)定的原因，是不優(yōu)選的。因此，優(yōu)選構(gòu)成為中間生成光信號220不與輸入光信號成分發(fā)生干涉。
因此，在圖1和圖2所示的第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中，SOA12的對置的端面(分別是端面L1和端面R1)被實施了無反射膜涂層處理。即，圖1和圖2所示的第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置構(gòu)成為，輸入光信號110和波長為λ2的連續(xù)波光210分別從SOA 12的對置的被實施了無反射膜涂層處理的端面(分別是端面L1和端面R1)輸入到SOA 12中。因此，從SOA的端面L1僅有中間生成光信號220相對于光路徑22沿左方向輸出，而不存在相對于光路徑22沿左方向傳播的輸入光信號成分。因此，中間生成光信號220不與輸入光信號110干涉，不會產(chǎn)生上述的強度發(fā)生波動的輸入光信號被輸入到被動鎖模半導(dǎo)體激光器中這樣的問題。
在第一轉(zhuǎn)換步驟中重要之處在于，不依賴于輸入光信號110的偏振光方向而表現(xiàn)出XGM效應(yīng)。不依賴于輸入光信號的偏振光方向而表現(xiàn)出XGM效應(yīng)的SOA，如以往所公知的那樣，通過利用體結(jié)晶或?qū)肓死鞈?yīng)變的多重量子阱形成該SOA的活性層(即光放大區(qū)域)，可容易地實現(xiàn)。即，作為第一光轉(zhuǎn)換器，通過活性層利用由體結(jié)晶或拉伸應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)形成的半導(dǎo)體光放大器，可以不依賴于輸入光信號的偏振光方向，而表現(xiàn)出XGM效應(yīng)，可以實現(xiàn)第一轉(zhuǎn)換步驟。
參照圖4(A)和(B)，說明輸入光信號100和110與中間生成光信號220、112以及120的偏振光方向。另外，圖4(A)、(B)、(C)是分別用于說明輸入光信號100和110、中間生成光信號220、112和120、以及光時鐘信號300的時間波形的圖。另外，圖4(C)主要是在說明第二轉(zhuǎn)換步驟時參照的。
圖4(A)、(B)、(C)的橫軸利用任意的刻度來表示時間，分別采用與橫軸(時間軸)垂直的方向利用其剖面圖的方式來表示TE偏振光成分以及TM偏振光成分的強度。
由于輸入光信號100和110的偏振光方向不確定，所以如圖4(A)所示，包含有TE偏振光成分和TM偏振光成分雙方的成分。由于輸入光信號是RZ信號，所以在時間軸上具有存在光脈沖的部分(也稱為時隙)和不存在光脈沖的時隙。在圖中，存在光脈沖的時隙上表示為“1”，不存在光脈沖的時隙上表示為“0”。即，作為輸入光信號，假設(shè)(1、1、0、1、1、0、1)這樣的RZ信號進行了描繪。
中間生成光信號220、112和120如圖4(B)所示，僅由TE成分構(gòu)成，從而成為與MLLD的振蕩光的偏振光方向相等的偏振光方向。另外，中間生成光信號220、112和120與輸入光信號的RZ信號的模式處于邏輯反轉(zhuǎn)的關(guān)系，所以是(0、0、1、0、0、1、0)這樣的RZ信號。
(B)第二轉(zhuǎn)換步驟第二轉(zhuǎn)換步驟是如下的步驟將中間生成光信號輸入到第二光轉(zhuǎn)換器中，通過該第二光轉(zhuǎn)換器的被動鎖模動作生成反復(fù)頻率為f、波長為λ3的光時鐘信號，并輸出。這里，舉利用MLLD作為第二光轉(zhuǎn)換器的情況為例子來進行說明。
在將中間生成光信號輸入到MLLD 18中時，必須與MLLD 18的振蕩光的偏振光方向一致。這里，所謂中間生成光信號，具體地來說，在圖1所示的光時鐘信號提取裝置中是指從光隔離器32輸出的中間生成光信號114，另一方面，在圖2所示的光時鐘信號提取裝置中是指從光循環(huán)器38的端口b2輸出的中間生成光信號120。
為了使中間生成光信號的偏振光方向與MLLD 18的振蕩光的偏振光方向一致，如上面所述，從SOA 12通過光循環(huán)器等到達MLLD 18的光路徑由可維持在該光路徑中傳播的光的偏振光方向的光學系統(tǒng)形成。
當中間生成光信號在與MLLD 18的振蕩光的偏振光方向一致的狀態(tài)下被輸入到MLLD 18中時，表現(xiàn)出被動鎖模動作，在MLLD 18中生成光時鐘信號300并輸出。
由于在MLLD 18中生成的波長為λ3的光時鐘信號300與MLLD 18的振蕩光的偏振光方向一致，所以如圖4(C)所示，成為僅由TE成分構(gòu)成的光脈沖串。另外，波長為λ2的中間生成光信號的信號模式與輸入光信號的RZ信號模式為相互邏輯反轉(zhuǎn)的關(guān)系，因此兩者均存在沒有光脈沖存在的時隙。與此相對，由MLLD生成的光時鐘信號如圖4(C)所示，為在時間軸上規(guī)則正確地以一定的時間間隔排列的光脈沖串。
在SOA 12中不依賴于輸入光信號100的偏振光方向而生成中間生成光信號，如上所述，在由維持偏振光方向的光學系統(tǒng)形成的光路徑中傳播，被輸入到MLLD 18中。因此，不管輸入光信號100的偏振光方向如何變化，輸入到MLLD 18中的中間生成光信號的偏振光方向(這里是TE偏振光)也始終保持恒定。于是，不管輸入光信號100的偏振光方向如何變化，也可以由MLLD 18穩(wěn)定地提取出光時鐘信號300。
在第二轉(zhuǎn)換步驟中的重要之處是，基于在MLLD 18的諧振器內(nèi)部表現(xiàn)出的諧振器效應(yīng)的復(fù)用調(diào)制效應(yīng)被積極地利用。利用該復(fù)用調(diào)制效應(yīng)可實現(xiàn)下面的兩個優(yōu)點。首先，第一個優(yōu)點是，即使輸入光信號的強度變?nèi)?，也能夠提取光時鐘信號。另外，第二個優(yōu)點是，能夠吸收在執(zhí)行第一轉(zhuǎn)換步驟時產(chǎn)生的模式效應(yīng)。下面，對這兩點進行詳細說明。
首先，說明基于諧振器效應(yīng)的復(fù)用調(diào)制效應(yīng)。從中間生成光信號中提取光時鐘信號的原理是，利用構(gòu)成輸入光信號的光脈沖來調(diào)制可飽和吸收區(qū)域的光吸收系數(shù)，把MLLD的反復(fù)頻率鎖定為與輸入光信號的比特速率相當?shù)念l率。當中間生成光信號被輸入到MLLD中時，構(gòu)成中間生成光信號的光脈沖被MLLD的諧振器端面(在圖1和圖2中相當于端面L2和端面R2)反射，繞MLLD的諧振器旋轉(zhuǎn)。即，構(gòu)成中間生成光信號的光脈沖多次通過MLLD的可飽和吸收區(qū)域，在每一次通過時都對該可飽和吸收區(qū)域的光吸收系數(shù)進行調(diào)制。
假定輸入到MLLD的中間生成光信號的波長(這里時λ2)是滿足MLLD的諧振條件的波長的情況。此時，構(gòu)成到達了MLLD的可飽和吸收區(qū)域的中間生成光信號的光脈沖中的一個，與構(gòu)成在該光脈沖輸入以前被輸入到MLLD的中間生成光信號的光脈沖中的一個、且已經(jīng)繞MLLD的諧振器旋轉(zhuǎn)多次并到達了該可飽和吸收區(qū)域的光脈沖，彼此為相同相位。即，兩個光脈沖在可飽和吸收區(qū)域發(fā)生干涉，其強度變強。其結(jié)果，可飽和吸收區(qū)域所實際感受到的光脈沖的強度，比單一光脈沖的光強度強，可飽和吸收區(qū)域的光吸收系數(shù)被調(diào)制得更強。
另一方面，在輸入到MLLD中的中間生成光信號的波長(這里是λ2)為不滿足MLLD的諧振條件的波長的情況下，上述的兩個光脈沖在可飽和吸收區(qū)域中不成為相同相位。其結(jié)果，可飽和吸收區(qū)域的光吸收系數(shù)的調(diào)制效果小。另一方面，中間生成光信號的波長為滿足MLLD的諧振條件的波長的情況下，即使中間生成光信號的強度弱，也能夠?qū)崿F(xiàn)MLLD的被動鎖模動作。這意味著，即使在輸入光信號的強度弱、其結(jié)果中間生成光信號的強度也弱的情況下，也能發(fā)揮可穩(wěn)定地提取光時鐘信號的良好效果。
若將以上說明的進行匯總，即為如下所述。即，在利用具有增益區(qū)域和可飽和吸收區(qū)域的MLLD來實現(xiàn)第二轉(zhuǎn)換步驟的方法中，通過將MLLD的振蕩縱模式中的任意一個設(shè)定成接近于中間生成光信號的波長λ2的值，來執(zhí)行光時鐘信號提取方法，從而能以更高靈敏度進行光時鐘信號的提取。即，即使在輸入光信號的強度弱的情況下，也能夠高效地提取光時鐘信號。并且，如后面所述，對于提取的光時鐘信號的時間抖動的降低也是有效的。
這里，MLLD的振蕩縱模式中的任意一個是接近于中間生成光信號的波長λ2的值(是近似相等的值)的具體意義意味著，λ2是與MLLD的振蕩縱模式中的任意一個接近而達到在MLLD的可飽和吸收區(qū)域中，上述的光脈沖之間可視為彼此為相同相位的程度，即能識別出復(fù)用調(diào)制效應(yīng)表現(xiàn)的程度的值。換言之，MLLD的振蕩縱模式中的任意一個是近似地等于中間生成光信號的波長λ2的值，意味著與縱模式間隔相比，MLLD的縱模式中的一個縱模式與波長λ2的差小到可以忽略的程度。
該光時鐘信號提取裝置的發(fā)明者為了確認上述的諧振效應(yīng)，進行了下面的實驗。即，進行向具有由相同組成的壓縮應(yīng)變量子阱構(gòu)成的增益區(qū)域和可飽和吸收區(qū)域的以往類型的MLLD(在該實驗中利用的MLLD的反復(fù)頻率是40GHz)，注入具有與該MLLD的反復(fù)頻率40GHz近似地一致的反復(fù)頻率的低抖動的主光脈沖串，確認從MLLD輸出的光脈沖串的時間抖動降低的實驗。在該實驗中，使主光脈沖串的中心波長變化，觀察隨著該變化、從MLLD輸出的光脈沖串的時間抖動的大小的變化。另外，將主光脈沖串的偏振光方向調(diào)整為與MLLD的振蕩光的偏振光方向相等的TE偏振光而進行了實驗。
參照圖5和圖6(A)、(B)，說明該實驗結(jié)果。圖5是用于說明時間抖動特性的表示相對于波長失諧和縱模式間隔之比的時間抖動的特性的圖，圖6(A)、(B)是用于說明被動鎖模的動作原理的圖。圖5所示的曲線圖的橫軸表示利用縱模式間隔將波長失諧進行了分割后的值，縱軸以ps(微微秒)為單位給出刻度來表示時間抖動的大小。波長失諧是指MLLD的中心波長與主光脈沖串的中心波長之差。當將圖5的橫軸所示的波長失諧量除以縱模式間隔而得到的值為整數(shù)值時，意味著主光脈沖串滿足MLLD的諧振條件。
在圖6(A)、(B)中，橫軸以任意刻度示出了波長。并且，雖然省略了縱軸，但在縱軸方向上以任意刻度示出了光強度。
圖6(A)表示與MLLD的振蕩頻譜、即縱模式與主光脈沖串的光譜不一致的狀態(tài)的情況。另外，圖6(B)示出了MLLD的縱模式與主光脈沖串的光譜一致的狀態(tài)的情況。在圖5中，用A表示的觀測值是MLLD的振蕩頻譜與主光脈沖串的光譜不一致的狀態(tài)，即為圖6(A)所示的關(guān)系時所觀測到的時間抖動的值。另外，用B表示的觀測值是MLLD的振蕩頻譜與主光脈沖串的光譜一致的狀態(tài)，即為圖6(B)所示的關(guān)系時所觀測到的時間抖動的值。
從以上說明的實驗結(jié)果可知，在主光脈沖串的波長為MLLD的諧振器波長，即位于相鄰的縱模式的中間位置、與MLLD的振蕩頻譜不一致的情況(用A表示的觀測值)下，從MLLD輸出的光脈沖串的時間抖動變得極大。在該情況下，為了降低從MLLD輸出的光脈沖串的時間抖動所必需的、注入到MLLD的主光脈沖的強度變得最大。
另一方面，在主光脈沖串的波長與MLLD的振蕩頻譜一致的情況(用B表示的觀測值)下，從MLLD輸出的光脈沖串的時間抖動變得極小，意味著為了降低時間抖動所必需的、注入到MLLD的主光脈沖的強度變得最小。
從以上說明的實驗結(jié)果可知，通過利用MLLD的諧振器中的主光脈沖串(即注入光)的諧振效應(yīng)，可以降低為了降低從MLLD輸出的光脈沖串的時間抖動所必需的注入光的強度。為了滿足表現(xiàn)出諧振效應(yīng)用的條件，只要使中間生成光信號的波長(即中間生成光信號的波長頻譜)與MLLD的振蕩縱模式中的任意一個近似一致即可。
在第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中，與注入到MLLD中的主光脈沖串相當?shù)淖⑷牍馐侵虚g生成信號，該信號的波長由第一轉(zhuǎn)換單元所具有的連續(xù)波光源(這里是輸出波長λ2的連續(xù)波光源16)的輸出波長所唯一確定的。第一轉(zhuǎn)換單元所具有的連續(xù)波光源是設(shè)置在裝置內(nèi)的半導(dǎo)體激光器等光源，能夠容易地將其波長設(shè)定成與MLLD的振蕩縱模式中的任意一個一致。
另外，被用作第二光轉(zhuǎn)換器的MLLD的諧振條件不依賴于輸入光信號的波長(這里是λ1)。即，即使在光纖傳送路徑中長距離地傳送并輸入到光時鐘信號提取裝置中的輸入光信號的波長從λ1發(fā)生了變化，由于MLLD的諧振條件由第一轉(zhuǎn)換單元所具有的連續(xù)波光源的波長(這里是λ2)所規(guī)定，所以對于光時鐘信號的提取動作也不會產(chǎn)生影響。
接著，參照圖7(A1)到(B3)，說明執(zhí)行第一轉(zhuǎn)換步驟時產(chǎn)生的模式效應(yīng)的吸收作用。圖7(A1)到(A3)表示與輸入光信號的比特速率相比、SOA內(nèi)的載流子密度的恢復(fù)速度非常快的情況(即SOA的響應(yīng)速度快的情況)，圖7(B1)到(B3)表示與輸入光信號的比特速率相比、SOA內(nèi)的載流子密度的恢復(fù)速度慢的情況(即SOA的響應(yīng)速度慢的情況)。在圖7(A1)到(B3)中，橫軸全部是時間軸，用任意刻度來表示時間。圖7(A1)以及(B1)表示輸入光信號的時間波形，縱軸方向進行了省略描繪，但用任意刻度來表示光強度。圖7(A2)以及(B2)表示SOA內(nèi)的載流子密度的時間變化，縱軸方向進行了省略描繪，但用任意刻度來表示載流子密度。圖7(A3)以及(B3)表示中間生成光信號的時間波形，縱軸方向進行了省略描繪，但用任意刻度來表示光強度。
在第一轉(zhuǎn)換步驟中，在SOA內(nèi)利用XGM效應(yīng)生成中間生成光信號。該XGM效應(yīng)的響應(yīng)速度在構(gòu)成輸入光信號的光脈沖輸入到SOA中后，由載流子密度的恢復(fù)速度所支配。載流子密度的恢復(fù)速度由基于在SOA內(nèi)的能帶(band)間遷移的載流子壽命所支配，該載流子壽命為數(shù)百ps(微微秒)到數(shù)ns(納秒)的程度。
在輸入光信號的比特速率與SOA的載流子壽命相比非常慢的情況下，向SOA輸入構(gòu)成輸入光信號的光脈沖，在接著要輸入的光脈沖被輸入之前的期間，SOA的載流子密度恢復(fù)到光脈沖被輸入之前的狀態(tài)。即，SOA的光學增益在光脈沖輸入的前后，總是恢復(fù)到光脈沖沒有被輸入時的SOA的光學增益即原來的非飽和水平。
在該情況下，不依賴于作為輸入光信號的RZ信號的模式歷史，SOA的光學增益對于時間軸上的光脈沖的存在和不存在總是取恒定的值。由此，如圖7(A1)到(A3)所示，對應(yīng)于構(gòu)成輸入光信號的光脈沖(圖7(A)所示)，中間生成光信號的時間波形(圖7(A3)所示)總是正確地作為邏輯反轉(zhuǎn)的模式而被生成。
另一方面，在輸入光信號的比特速率與SOA的載流子壽命相比非?？斓那闆r下，向SOA輸入構(gòu)成輸入光信號的光脈沖，在接著要輸入的光脈沖被輸入之前的期間，SOA的載流子密度不恢復(fù)到光脈沖被輸入之前的狀態(tài)。SOA的載流子密度的恢復(fù)程度很大地依賴于作為輸入光信號的RZ信號的模式歷史。
例如，當連續(xù)輸入“1”(連續(xù)輸入光脈沖)時，向處于載流子密度低的狀態(tài)的SOA持續(xù)輸入光脈沖。相反，在連續(xù)輸入“0”，即未連續(xù)輸入光脈沖的情況下，意味著接在“0”后面被輸入的“1”的光脈沖被輸入到處于載流子密度已恢復(fù)的狀態(tài)下的SOA中。于是，SOA的光學增益依賴于RZ信號的模式歷史而不取恒定值。這樣將SOA的光學增益依賴于RZ信號的模式歷史的現(xiàn)象稱為模式效應(yīng)。
當表現(xiàn)出模式效應(yīng)時，構(gòu)成中間生成光信號的光脈沖的強度發(fā)生偏差。其結(jié)果，中間生成光信號消光比減小，對于在第二轉(zhuǎn)換單元中執(zhí)行的光脈沖生成步驟(第二轉(zhuǎn)換步驟)產(chǎn)生壞的影響。
然而，本發(fā)明的發(fā)明者已經(jīng)確認了，通過采用使用MLLD來進行光時鐘信號的提取的方式，可以吸收上述的模式效應(yīng)(參照非專利文獻3)。下面，說明針對模式效應(yīng)的吸收的實驗結(jié)果。在該實驗中，利用反復(fù)頻率為160GHz的MLLD，嘗試了160Gbit/s的全光時鐘信號提取方法。圖8示出了在該實驗的光時鐘信號的提取實驗中使用的裝置的概要結(jié)構(gòu)框圖。
首先，使用反復(fù)頻率為40GHz的MLLD(被動鎖模半導(dǎo)體激光器)400和EAM 402，生成40Gbit/s的偽RZ信號403。在利用摻餌光纖放大器(EDFAErbium-doped Fiber Amplifier)404將該40Gbit/s的光脈沖串放大后，通過光帶通濾波器406和偏振波面控制器408，通過使用玻璃基板而形成的光時分復(fù)用(OTDMOptical Time Division Multiplexing)電路410進行4倍復(fù)用(即4倍增)，生成160Gbit/s的光脈沖串411。
通過光隔離器412從160GHz的MLLD(被動鎖模半導(dǎo)體激光器)414的一側(cè)端面(省略圖示)輸入光脈沖串411，從另一個端面(省略圖示)輸出的160Gbit/s的光脈沖串415(對應(yīng)于160GHz的光時鐘信號)通過光隔離器416在采樣示波器418中進行觀測。
這里，對于從OTDM電路410輸出的光脈沖串411(復(fù)用信號)，有目的地對OTDM電路410進行了設(shè)定，以使得構(gòu)成光脈沖串411的光脈沖的峰值強度、以及相當于時間抖動的光脈沖在時間軸上的位置發(fā)生偏差。并且，將構(gòu)成光脈沖串411的光脈沖的脈寬設(shè)定成4ps。另一方面，將光脈沖串411的時隙設(shè)定成6.3ps。為了出現(xiàn)干涉效應(yīng)，光脈沖的脈寬與光脈沖串的時隙兩者的值(分別是4ps和6.3ps)是非常接近的值。這樣，將構(gòu)成光脈沖串411的光脈沖的脈寬(4ps)設(shè)定得較寬，達到出現(xiàn)光脈沖間的干涉的影響的程度。
從基準頻率信號產(chǎn)生器422向脈沖模式產(chǎn)生器420提供39.67137GHz的正弦波信號423a，從脈沖模式產(chǎn)生器420向采樣示波器418提供觸發(fā)信號422a。并且，從脈沖模式產(chǎn)生器420向EAM 402提供偽隨機數(shù)據(jù)422b(相當于通常的光通信中的RZ信號)。另一方面，從基準頻率信號產(chǎn)生器422通過電放大器424向MLLD 400提供39.67137 GHz的正弦波信號423b。由此，由MLLD 400生成與來自基準頻率信號產(chǎn)生器422的39.67137 GHz的正弦波信號423a和423b同步的光脈沖串401，并輸出。光脈沖串401被輸入到EAM 402中，生成偽RZ信號403并輸出。偽RZ信號403如上所述，被OTDM電路410進行4倍復(fù)用(即4倍增)，生成了160Gbit/s的光脈沖串411。
參照圖9(A)和(B)，說明針對模式效應(yīng)的吸收的實驗結(jié)果。圖9(A)表示相當于輸入光信號的光脈沖串的411的時間波形，圖9(B)表示相當于再現(xiàn)的光時鐘信號的光脈沖串415的時間波形。圖9(A)和(B)的橫軸是時間軸，一個刻度是相當于6.3ps的間隔。另外，圖9(A)和(B)的縱軸利用任意刻度來表示光強度。
圖9(A)所示的相當于輸入光信號的光脈沖串411的時間波形如上所述，該光脈沖強度有偏差，并且還存在時間抖動。然而，由MLLD 414從光脈沖串411提取出的相當于光時鐘信號的光脈沖串415的構(gòu)成該光脈沖串415的光脈沖的峰值強度一致，并且也不存在時間抖動。即，可以看出構(gòu)成光脈沖串415的光脈沖的峰值位置在時間軸上等間隔地排列。根據(jù)圖9(A)和(B)所示的實驗結(jié)果，確認了通過采用使用MLLD來進行光脈沖信號的提取的方式，可以吸收模式效應(yīng)。
以上的結(jié)果與上述的諧振器效應(yīng)相同，可以利用MLLD內(nèi)的復(fù)用調(diào)制效應(yīng)來說明以上的結(jié)果。即，利用基于繞MLLD的諧振器旋轉(zhuǎn)的光脈沖的復(fù)用調(diào)制效應(yīng)，將MLLD的可飽和吸收區(qū)域的光吸收系數(shù)的調(diào)制量在時間上平均化。其結(jié)果，即使輸入的光脈沖的時間間隔和其峰值強度存在偏差，通過將它們的偏差進行時間平均，從而校正成實質(zhì)上不存在偏差的狀態(tài)。
如以上所說明的那樣，即使由于模式效應(yīng)而使得輸入的光脈沖的時間間隔和其峰值強度存在偏差，在MLLD中，可吸收這些偏差，生成相等的峰值強度的光脈沖按等間隔排列的光脈沖串，并輸出。其結(jié)果，表示即使對于比特速率比SOA的響應(yīng)速度還快速的輸入光信號，也能夠提取光時鐘信號。
以實現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換自身為目的而被利用的SOA能夠適應(yīng)的比特速率為從大致10Gbit/s到最高40Gbit/s，是被SOA的載流子壽命限制速率的范圍內(nèi)的值。根據(jù)第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置，即使利用像這樣制造方法已經(jīng)被確立的SOA，也能夠從比特速率比由SOA的載流子壽命限制的速率快的輸入光信號中，提取出光脈沖信號。
另外，如果像以往的方式(例如非專利文獻1和3中所公開的方式)那樣，將輸入光信號直接輸入到MLLD中，利用基于MLLD內(nèi)的諧振的復(fù)用調(diào)制效應(yīng)，從弱的輸入光信號中提取光時鐘信號，則會產(chǎn)生以下的問題。即，產(chǎn)生在波分復(fù)用(WDMWavelength Division Multiplexing)光通信系統(tǒng)中，提取光時鐘信號時所產(chǎn)生的問題。在WDM系統(tǒng)中，分配給各個信道的波長不允許隨意地分配任意的波長，而必須對應(yīng)于依據(jù)統(tǒng)一規(guī)格的波長柵格(grid)。
對本發(fā)明進行具體說明，從MLLD輸出的光時鐘信號的波長λ3必須與該波長柵格一致。假設(shè)如果輸入光信號的波長λ1與光時鐘信號的波長λ3相同，則當然滿足應(yīng)該與該波長柵格一致這樣的條件。然而，在λ1λ3時，波長λ3不一定與波長柵格一致。
在WDM系統(tǒng)中，為了不引起信道間的光信號之間的干涉，設(shè)定成使波長柵格的間隔與比特速率頻率不一致。例如，比特速率是39.81312GHz，波長柵格的間隔是50GHz等。即，波長柵格的間隔是比特速率頻率的整數(shù)倍這樣的簡單關(guān)系不成立。因此，根據(jù)以往方式，在提取光時鐘信號時，在λ1λ3時，若要利用基于MLLD的諧振的復(fù)用調(diào)制效應(yīng)，則由于WDM光通信系統(tǒng)設(shè)定成滿足λ1波長柵格，所以MLLD的固有的振蕩波長λ3不能夠滿足波長柵格。這是因為如上所述，λ1與λ3之比必須為整數(shù)比。
另一方面，根據(jù)第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置，由于通過第一轉(zhuǎn)換單元來進行，從而通過第一轉(zhuǎn)換單元把中間生成光信號的波長λ2設(shè)定為與λ1成整數(shù)比，從而即使在λ1λ3時，也能夠使提取的光時鐘信號的波長λ3與波長柵格一致。即，可以說第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置也是適合于在WDM光通信系統(tǒng)中利用的裝置。
<第一光轉(zhuǎn)換器>
也可以代替SOA，而使用可飽和吸收體或EAM作為第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置的構(gòu)成要素的第一光轉(zhuǎn)換器，來實現(xiàn)該第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置。作為可飽和吸收體或EAM，例如可以利用參照圖3所說明的MLLD的可飽和吸收區(qū)域。這里，使用體結(jié)晶或拉伸應(yīng)變量子阱來形成作為可飽和吸收體或EAM而起作用的光波導(dǎo)，對于不依賴于輸入光信號的偏振光方向而表現(xiàn)出后述的交叉吸收調(diào)制效應(yīng)(XAMcrossabsorption modulation)是優(yōu)選的。
在圖1和圖2所示的光脈沖信號提取裝置中，利用在作為第一光轉(zhuǎn)換器的SOA內(nèi)表現(xiàn)出的XGM來生成中間生成光信號(波長λ2)。即，在SOA內(nèi)利用通過輸入光信號來調(diào)制正的增益的現(xiàn)象，把波長λ2的連續(xù)波光復(fù)原，生成中間生成光信號。
與此相對，在利用可飽和吸收體或EAM來實現(xiàn)第一光轉(zhuǎn)換器時，利用XAM來生成中間生成光信號(波長λ2)。此時，利用通過輸入光信號來調(diào)制可飽和吸收體或EAM的負的增益即光吸收系數(shù)的現(xiàn)象，由波長λ2的連續(xù)波光生成中間生成光信號。其中，在利用XAM生成中間生成光信號時，作為輸入光信號的RZ信號模式與所生成的中間生成光信號的模式不是邏輯反轉(zhuǎn)的關(guān)系，而是相同邏輯的關(guān)系。然而，這里也如已經(jīng)敘述的那樣，作為輸入光信號的RZ信號模式與所生成的中間生成光信號的模式不管是邏輯反轉(zhuǎn)的關(guān)系也好還是相同邏輯的關(guān)系也好，在實現(xiàn)提取光時鐘信號這個目的方面，并不會產(chǎn)生任何問題。
取代SOA而利用可飽和吸收體或EAM來實現(xiàn)第一光轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點是，與利用SOA來實現(xiàn)第一光轉(zhuǎn)換器的情況相比，能夠更快地從輸入光信號中提取光時鐘信號。
如已經(jīng)說明的那樣，即使在利用SOA來實現(xiàn)第一光轉(zhuǎn)換器的情況下，也能夠從比特速率比SOA的響應(yīng)速度快的輸入光信號中提取光時鐘信號，然而其程度上存在限制。當SOA的響應(yīng)速度與輸入光信號的比特速率頻率相比極其慢時，SOA的載流子密度調(diào)制的程度非常小，從SOA輸出的中間生成光信號成為具有與連續(xù)波光接近的時間波形的信號。這樣，即使把具有與連續(xù)波光接近的時間波形的中間生成光信號輸入到MLLD中，也不能夠產(chǎn)生被動鎖模動作。即，在MLLD中，不能夠?qū)崿F(xiàn)作為光時鐘信號提取動作的光脈沖生成步驟(第二轉(zhuǎn)換步驟)。為了在MLLD中快速地實現(xiàn)光時鐘信號提取動作，需要更快速的器件作為第一光轉(zhuǎn)換器。
如果取代SOA而利用可飽和吸收體或EAM作為第一光轉(zhuǎn)換器，則其動作速度能夠進一步快速化。這樣能夠快速化的理由在于，可飽和吸收體或EAM的動作速度，是由通過施加于可飽和吸收體或EAM上的反偏置電壓來挑選由于輸入構(gòu)成輸入光信號的光脈沖而產(chǎn)生的載流子的速度所決定的。即，該載流子被挑選的速度與基于能帶間遷移的載流子的壽命相比非?？焖?，從數(shù)ps到最慢數(shù)十ps。該速度與上述的作為基于SOA內(nèi)的能帶間遷移的載流子壽命的數(shù)百ps(微微秒)到數(shù)ns(納秒)左右的速度相比非?？焖佟Ｆ浣Y(jié)果，通過取代SOA而利用可飽和吸收體或EAM作為第一光轉(zhuǎn)換器，能夠從更加快速的比特速率的輸入光信號中提取光時鐘信號。
<第三實施方式>
作為第三實施方式，參照圖10說明第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置和光時鐘信號提取方法。圖10是該光時鐘信號提取裝置的概要結(jié)構(gòu)框圖。
第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置與上述的第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置和第一轉(zhuǎn)換單元不同。作為第一轉(zhuǎn)換單元所具備的第一光轉(zhuǎn)換器，可以利用SOA，但與第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置的情況不同，不能夠利用可飽和吸收體或EAM。即，在第二發(fā)明的光時鐘信號提取方法中，不利用XAM，而利用XGM來實現(xiàn)第一轉(zhuǎn)換步驟。
若利用XGM來實現(xiàn)第一轉(zhuǎn)換步驟，則與上面所敘述那樣利用XAM來實現(xiàn)的情況相比，其速度變慢。然而，如后面所述，可以不僅將波長為λ2的連續(xù)波光而且將波長為λ4的連續(xù)波光也同時輸入到作為第一光轉(zhuǎn)換器的SOA中，從而提高SOA的響應(yīng)速度。
第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中的第一轉(zhuǎn)換單元56除了具有第一光轉(zhuǎn)換器12(這里是SOA)和波長為λ2的連續(xù)波光源16外，還具有波長為λ4的連續(xù)波光源50。將比特速率為f、波長為λ1的輸入光信號100、波長為λ2的連續(xù)波光200和波長為λ4的連續(xù)波光58輸入到第一光轉(zhuǎn)換器12中，利用通過輸入光信號110、波長為λ2的連續(xù)波光210和波長為λ4的連續(xù)波光58而表現(xiàn)出的交叉增益調(diào)制效應(yīng)，并且不依賴于輸入光信號110的偏振光方向，生成波長為λ2的中間生成光信號220并輸出。在圖10所示的第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中，從連續(xù)波光源50輸出的波長為λ4的連續(xù)波光58在光路徑48中傳播，通過光耦合器46，輸入到第一光轉(zhuǎn)換器12中。
光循環(huán)器10和光隔離器14與第一發(fā)明中利用的裝置相同，所以省略說明。并且，對于第二轉(zhuǎn)換單元52也與第一發(fā)明中利用的相同，所以省略其說明。
第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中，其動作也與第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置相同，按照通過第一轉(zhuǎn)換步驟和第二轉(zhuǎn)換步驟提取光時鐘信號這樣的動作原理來動作，在這一點上是相同的。不同點在于，在第一轉(zhuǎn)換步驟中，輸入到第一光轉(zhuǎn)換器12中的連續(xù)波光不是一種類型，而是除了波長為λ2的連續(xù)波光外還加了波長為λ4的連續(xù)波光的2種類型。這樣，與輸入到第一光轉(zhuǎn)換器12中的連續(xù)波光為一種類型的情況相比，能夠增強構(gòu)成第一光轉(zhuǎn)換器12的SOA的感應(yīng)放出，能夠使載流子的恢復(fù)速度快速化。其結(jié)果，如上所述，能夠提高SOA的響應(yīng)速度。
通過不采用一種類型，而是除了波長為λ2的連續(xù)波光外還加了波長為λ4的連續(xù)波光的2種類型，從而能夠增強SOA的感應(yīng)放出這樣的事實，在文獻(R.J.Manning，D.A.O.Davies，D.Cotter，and J.K.Lucek，″Enhanced recovery rates in semiconductor laser amplifiers using opticalpumping，″Electron.Lett.vol.30，No.10，pp.787-788，1994.)中已經(jīng)公開。
這樣，構(gòu)成為利用SOA作為第一轉(zhuǎn)換單元，使得輸入到該SOA中的連續(xù)波光為波長不同的兩種類型，從而使第一轉(zhuǎn)換步驟的動作快速化，所以即使從快速的輸入光信號中也能夠提取光時鐘信號。第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置如在第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中利用可飽和吸收體或EAM來實現(xiàn)第一光轉(zhuǎn)換器那樣，能夠使光時鐘信號的提取動作快速化。在這一點上，兩者均具有相同的優(yōu)點。
然而，相對于在第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中始終利用感應(yīng)放出的效應(yīng)的情況，在第一發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中使用可飽和吸收體或EAM的情況下，利用光吸收效應(yīng)。其結(jié)果，在利用感應(yīng)放出的效應(yīng)的第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中，在第一轉(zhuǎn)換單元中生成的中間生成光信號可容易地具有足夠的強度而生成。其另一方面，在第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置中，必須多準備一種連續(xù)波光源。因此，采用第一還是第二發(fā)明的光時鐘信號提取裝置，是裝入光時鐘信號提取功能的系統(tǒng)的設(shè)計上的考慮事項。
在以上的說明中，把MLLD的振蕩光的偏振波模式作為TE偏振光來進行了說明，但可知，在MLLD的振蕩光的偏振波模式是TM偏振光的情況下，通過把中間生成光信號的偏振波模式作為TM偏振光，同樣也能夠?qū)崿F(xiàn)第一和第二光時鐘信號提取方法。為了把中間生成光信號的偏振波模式作為TM偏振光，只要利用偏振波面保存光纖形成光路徑28，把其導(dǎo)波模式設(shè)置成在輸入到MLLD中時成為TM偏振光即可。這樣設(shè)置偏振波面保存光纖對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是很容易的。
權(quán)利要求
1.一種光時鐘信號提取裝置，其特征在于，該光時鐘信號提取裝置具有第一轉(zhuǎn)換單元，該第一轉(zhuǎn)換單元具有第一光轉(zhuǎn)換器和波長為λ2的連續(xù)波光源，向所述第一光轉(zhuǎn)換器輸入比特速率為f波長為λ1的輸入光信號、和波長為λ2的連續(xù)波光，不依賴于輸入光信號的偏振光方向，生成波長為λ2的中間生成光信號并輸出；以及第二轉(zhuǎn)換單元，該第二轉(zhuǎn)換單元具有第二光轉(zhuǎn)換器，向該第二光轉(zhuǎn)換器輸入所述中間生成光信號，通過該第二光轉(zhuǎn)換器的被動鎖模動作生成反復(fù)頻率為f、波長為λ3的光時鐘信號并輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光時鐘信號提取裝置，其特征在于，所述第一光轉(zhuǎn)換器是半導(dǎo)體光放大器，該半導(dǎo)體光放大器的活性層由體結(jié)晶形成，且放大率不依賴于所述輸入光信號的偏振光方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光時鐘信號提取裝置，其特征在于，所述第一光轉(zhuǎn)換器是半導(dǎo)體光放大器，該半導(dǎo)體光放大器的活性層由拉伸應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)形成，且放大率不依賴于所述輸入光信號的偏振光方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光時鐘信號提取裝置，其特征在于，所述第一光轉(zhuǎn)換器是可飽和吸收體，該可飽和吸收體的活性層由拉伸應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)形成，且放大率不依賴于所述輸入光信號的偏振光方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光時鐘信號提取裝置，其特征在于，所述第一光轉(zhuǎn)換器是電場吸收型光調(diào)制器，該電場吸收型光調(diào)制器的活性層由拉伸應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)形成，且放大率不依賴于所述輸入光信號的偏振光方向。
6.一種光時鐘信號提取裝置，其特征在于，該光時鐘信號提取裝置具有第一轉(zhuǎn)換單元，該第一轉(zhuǎn)換單元具有第一光轉(zhuǎn)換器、波長為λ2的連續(xù)波光源和波長為λ4的連續(xù)波光源，向所述第一光轉(zhuǎn)換器輸入比特速率為f波長為λ1的輸入光信號、波長為λ2的連續(xù)波光和波長為λ4的連續(xù)波光，不依賴于輸入光信號的偏振光方向，生成波長為λ2的中間生成光信號并輸出；以及第二轉(zhuǎn)換單元，該第二轉(zhuǎn)換單元具有第二光轉(zhuǎn)換器，向該第二光轉(zhuǎn)換器輸入所述中間生成光信號，通過該第二光轉(zhuǎn)換器的被動鎖模動作生成反復(fù)頻率為f、波長為λ3的光時鐘信號并輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光時鐘信號提取裝置，其特征在于，所述第一光轉(zhuǎn)換器是半導(dǎo)體光放大器，該半導(dǎo)體光放大器的活性層由體結(jié)晶形成，且放大率不依賴于所述輸入光信號的偏振光方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光時鐘信號提取裝置，其特征在于，所述第一光轉(zhuǎn)換器是半導(dǎo)體光放大器，該半導(dǎo)體光放大器的活性層由拉伸應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)形成，且放大率不依賴于所述輸入光信號的偏振光方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任一項所述的光時鐘信號提取裝置，其特征在于，所述第二光轉(zhuǎn)換器是被動鎖模半導(dǎo)體激光器，該被動鎖模半導(dǎo)體激光器具有增益區(qū)域和可飽和吸收區(qū)域。
10.一種光時鐘信號提取方法，其特征在于，該光時鐘信號提取方法包括第一轉(zhuǎn)換步驟，該第一轉(zhuǎn)換步驟將比特速率為f波長為λ1的輸入光信號、和波長為λ2的連續(xù)波光輸入到第一光轉(zhuǎn)換器中，利用通過所述輸入光信號和所述連續(xù)波光而表現(xiàn)出的交叉增益調(diào)制效應(yīng)，并且不依賴于輸入光信號的偏振光方向，生成波長為λ2的中間生成光信號并輸出；以及第二轉(zhuǎn)換步驟，該第二轉(zhuǎn)換步驟將所述中間生成光信號輸入到第二光轉(zhuǎn)換器中，通過該第二光轉(zhuǎn)換器的被動鎖模動作生成反復(fù)頻率為f、波長為λ3的光時鐘信號并輸出。
11.一種光時鐘信號提取方法，其特征在于，該光時鐘信號提取方法包括第一轉(zhuǎn)換步驟，該第一轉(zhuǎn)換步驟將比特速率為f波長為λ1的輸入光信號、波長為λ2的連續(xù)波光和波長為λ4的連續(xù)波光輸入到第一光轉(zhuǎn)換器中，不依賴于所述輸入光信號的偏振光方向，生成波長為λ2的中間生成光信號并輸出；以及第二轉(zhuǎn)換步驟，該第二轉(zhuǎn)換步驟將所述中間生成光信號輸入到第二光轉(zhuǎn)換器中，通過該第二光轉(zhuǎn)換器的被動鎖模動作生成反復(fù)頻率為f、波長為λ3的光時鐘信號并輸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的光時鐘信號提取方法，其特征在于，所述第二轉(zhuǎn)換步驟使用具有增益區(qū)域和可飽和吸收區(qū)域的被動鎖模半導(dǎo)體激光器，將該被動鎖模半導(dǎo)體激光器的振蕩縱模式中的任一個設(shè)定成接近所述中間生成光信號的波長λ2的值來執(zhí)行。
全文摘要
光時鐘信號提取裝置和光時鐘信號提取方法，不依賴輸入光信號的偏振光方向提取光時鐘信號。該裝置具有第一轉(zhuǎn)換單元(30)，其有第一光轉(zhuǎn)換器(12)和波長λ
文檔編號H04L7/00GK101022313SQ20071000428
公開日2007年8月22日 申請日期2007年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月14日
發(fā)明者荒平慎 申請人:沖電氣工業(yè)株式會社