JP5162392B2

JP5162392B2 - 光信号発生装置

Info

Publication number: JP5162392B2
Application number: JP2008246126A
Authority: JP
Inventors: 昭仁大谷
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: JP2010081210A

Description

本発明は、クロック信号に同期してＮＲＺ形式で出力される光パターン信号をクロック信号に同期したクロックパルスによって打ち抜き、ＲＺ形式の光パターン信号に変換することで、パターン依存性ジッタを低減する技術において、波形劣化を少なくするための技術に関する。

光信号を扱う各種光信号装置において、電気信号を光信号に変換するＥ／Ｏ変換部で発生するパターン依存性ジッタやランダムジッタの評価はなくてはならない測定項目である。そこでＥ／Ｏ変換部で発生するパターン依存性ジッタとランダムジッタを分離して評価するために、パターン依存性ジッタが極めて小さい光信号を発生させる技術が必要とされている。

これを実現する技術として、特許文献１には、図６に示すように、光パターン信号発生器１１から電気のクロック信号Ｃに同期したＮＲＺ形式の光パターン信号Ｐａを発生させて光変調器１２に入射し、この光変調器１２にクロック信号Ｃを与えて光パターン信号に対するサンプリング（即ち２値の読取処理）を行い、パターン依存性ジッタが低減されたＲＺ形式の光パターン信号Ｐｂを生成して、パルスストレッチャ１３によってそのパルス幅を拡げてＮＲＺ形式の光パターン信号Ｐａ′に戻す技術が開示されている。

特開２００４−２０１３２７号公報

しかしながら、光信号のビットレートは年々高速化され、近年では４０Ｇを越える光パターン信号が必要となっている。これに対し、前記したように電気のクロック信号Ｃを光変調器１２に入力してサンプリングを行う方法では、インピーダンスの僅かな不整合によりクロックの波形が大きく劣化し、その結果、得られるＲＺ形式の波形も大きく劣化して、ジッタ抑圧効果も低くなってしまうという問題があった。

本発明は、この問題を解決し、パターン依存性ジッタが少なく、波形劣化の少ない高速な光パターン信号を発生できる光信号発生装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の光信号発生装置は、
電気のクロック信号に同期したＮＲＺ形式の光パターン信号を発生する光パターン信号発生器（２１）と、
前記光パターン信号を前記クロック信号に同期したクロックパルスによって打ち抜き、ＲＺ形式の光パターン信号に変換することで、前記パターン依存性ジッタを低減するデータ形式変換部（３０）とを有する光信号発生装置において、
前記データ形式変換部を、
前記クロック信号に同期し、前記光パターン信号の１ビット幅より狭い幅の光クロックパルスを発生する光クロックパルス発生器（３１）と、
前記光パターン信号発生器から出射されたＮＲＺ形式の光パターン信号と、前記光クロックパルス発生器から出射された光クロックパルスとを受け、該光クロックパルスが入射している間だけ前記光パターン信号を通過させるＥＡ変調器（３２）とにより構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項２の光信号発生装置は、請求項１記載の光信号発生装置において、
前記光パターン信号は前記ＥＡ変調器の一方の光端子に入射され、
前記ＥＡ変調器の他方の光端子側には、前記光クロックパルスを該他方の光端子に入射させるとともに、該光クロックパルスが入射したときに前記他方の光端子から出射される光パターン信号成分を前記光クロックパルスの入射光路と異なる光路へ出射させるカプラ（３３）が設けられていることを特徴とする。

また、本発明の請求項３の光信号発生装置は、請求項１記載の光信号発生装置において、
前記光クロックパルスの波長が前記光パターン信号の波長と異なっており、
前記光クロックパルスと前記光パターン信号とを合波して前記ＥＡ変調器の一方の光端子に入射させる合波器（３６）と、
前記ＥＡ変調器の他方の光端子から出射される光のうち、前記光パターン信号の波長成分のみを選択的に出射させる波長フィルタ（３７）とを有していることを特徴とする。

また、本発明の請求項４の光信号発生装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の光信号発生装置において、
前記ＥＡ変調器に入射される光クロックパルスのパワーとパルス幅を可変する手段を有していることを特徴とする。

また、本発明の請求項５の光信号発生装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の光信号発生装置において、
前記ＥＡ変調器から出射されたＲＺ形式の光パターン信号のパルス幅を拡げて、ＮＲＺ形式に変換するパルスストレッチャ（４０）を有していることを特徴とする。

また、本発明の請求項６の光信号発生装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の光信号発生装置において、
前記光クロックパルス発生器は、再生モードロック型ファイバレーザであることを特徴とする。

このように、本発明では、光パターン信号を入射したＥＡ変調器に光クロックパルスを与えてＥＡ変調器内部の光損失を小さくして（これを相互吸収変調効果という）で光パターン信号に対するサンプリングを行っているので、電気信号のようなインピーダンス不整合による波形劣化が発生せず、パターン依存性ジッタの少ない高速な光パターン信号を発生することができる。

また、ＥＡ変調器の一方の光端子に光パターン信号を入射し、他方の光端子に光パルス信号を入射する方式であれば、光パターン信号と光パルス信号の通過方向が互いに逆となるので両者の波長がたとえ等しくても使用でき、波長による制限がなくなる。

また、光パターン信号と光パルス信号の通過方向を同じにして用いる場合には、ＥＡ変調器の出力から波長フィルタで光パターン信号を抽出することで対応できる。

また、ＥＡ変調器に入射される光パルス信号のパワーとパルス幅を可変する手段を設けることで、ＥＡ変調器から出射される光パターン信号の出力およびパルス幅を可変することができる。

また、光パルス発生器を再生モードロック型ファイバレーザで構成すれば、パターンジッタだけでなく、ランダムジッタも抑制することができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した光信号発生装置２０の構成を示している。

この光信号発生装置２０は、光パターン信号発生器２１、クロック信号発生器２５、データ形式変換部３０およびパルスストレッチャ４０を有している。

光パターン信号発生器２１は、所定波長で強度がほぼ一定のレーザ光Ｐ０を出射するレーザ光源２２と、クロック信号発生器２５が図２の（ａ）のように出力する電気の所定周波数（例えば４０ＧＨｚ）のクロック信号Ｃに同期したＮＲＺ形式のパターン信号Ａを発生するパターン信号発生器２３と、レーザ光源２２から出射されたレーザ光Ｐ０をパターン信号Ａで強度変調して、図２の（ｂ）のようにＮＲＺ形式の光パターン信号Ｐａを生成する光変調器２４により構成されている。

この光変調器２４から出射されるＮＲＺ形式の光パターン信号Ｐａには、図２の（ｂ）に示しているように、パターン信号Ａのパターンに依存して生じるジッタ（位相揺らぎ）が含まれている。なお、この例ではクロック信号発生器２５を含む構成としているが、外部から入力されたクロック信号Ｃを用いる構成であってもよい。

データ形式変換部３０は、この光パターン信号Ｐａを受け、クロック信号Ｃに同期したクロックパルスによる打ち抜き処理（２値データのサンプリング処理）を行い、ＲＺ形式の信号に変換することで光パターン信号Ｐａに含まれていたパターン依存性ジッタを低減する。

このデータ形式変換部３０は、クロック信号Ｃに同期し、図２の（ｃ）のように、光パターン信号Ｐａの１ビット幅より狭い幅の光クロックパルスＰｃを発生する光クロックパルス発生器３１と、光パターン信号Ｐａと光クロックパルスＰｃとを受け、光クロックパルスＰｃが入射している間だけ光パターン信号Ｐａを通過（打ち抜き処理）させるＥＡ（Electoro Absorption）変調器３２とを含んでいる。

光クロックパルス発生器３１の構成例は具体的には記載しないが、例えば前記光パターン信号発生器２１でパターン信号Ａの代わりにクロック信号Ｃを光変調器に用いる構成であってもよい。この場合、クロック信号Ｃで変調するのでパターン依存性ジッタは原理的には発生しない。

ただし、クロック信号Ｃにランダムジッタがある場合、出射される光クロックパルスＰｃにもランダムジッタが含まれることになる。そのランダムジッタが問題となるような場合には、ランダムジッタを抑圧する効果をもつ光クロックパルス発生器３１を用いる。例えば、再生モードロック型ファイバレーザを用いることで、クロック信号のランダムジッタが０．５ｐｓ程度であっても、０．１〜０．０１ｐｓ程度までランダムジッタが抑圧された光クロックパルスＰｃを出射することができる。

なお、再生モードロック型ファイバレーザは、例えば次の非特許文献１等に記載された公知のものであり、ここではその詳細については説明しない。

IEEE PHOTONICS TECNOLOGY LETTERS, VOL.11, NO.5, MAY 1999‘Measurement of Timing Jitter and Pulse Energy Fluctuation of a PLLRegeneratively Mode-Locked Fiber Laser’ Eiji Yoshidaand Masataka Nakazawa ,Fellow, IEEE

ＥＡ変調器３２は、一般的には、印加した電気信号の電界強度に応じて光損失が変化する電界吸収効果を用いて入力光を強度変調させているが、前記したように、ここでは、入力した光（この場合光クロックパルス）の強度に応じて、光損失が変化する相互吸収変調効果を利用している。

なお、上記のようなＥＡ変調器３２の相互吸収変調効果を利用する場合には、光クロックパルスＰｃが入射されない期間では、光吸収による損失が大きく光パターン信号Ｐａを通過させないオフ状態となり、光クロックパルスＰｃが入射されている期間では、光吸収による損失が小さくなって光パターン信号Ｐａを通過させるオン状態となる動作点にバイアス電圧Ｖｂを設定している。なお、上記原理を用いているために必然的に光クロックパルスＰｃのピーク強度は、光パターン信号Ｐａの強度より大である。

また、ＥＡ変調器３２に対する光クロックパルスＰｃの入射の仕方としては、図１の例に示しているように、光パターン信号Ｐａが入射される一方の光端子３２ａと逆の他方の光端子３２ｂからカプラ３３を介して入射する方法と、光パターン信号Ｐａが入射される光端子に入射する方法とが考えられる。

図１のように、光パターン信号Ｐａを一方の光端子３２ａに入射し、光クロックパルスＰｃを、カプラ３３を介して他方の光端子３２ｂから入射する場合、光クロックパルスＰｃと光パターン信号Ｐａの通過方向が互いに逆で、光クロックパルスＰｃがパルスストレッチャ４０方向へ出射される心配がないので、光クロックパルスＰｃとしては任意の波長が使用できる。ただし、光端子３２ａから出射された光クロックパルスＰｃの成分が、光パターン信号発生器２１側へ入射される影響を考慮して、光端子３２ａ側にもカプラ３４を挿入して、光パターン信号Ｐａを光端子３２ａへ入射させ、光端子３２ａから出射される光クロックパルスＰｃの成分を光吸収器３５に与えて吸収している。

このようにＥＡ変調器３２に光クロックパルスＰｃを入射することで、図２の（ｄ）に示すように、ＮＲＺ形式の光パターン信号Ｐａの各ビットデータ（ここでは１０１００……と続くパターン）のサンプリングが行われて、ＲＺ形式の光パターン信号Ｐｂが得られる。

なお、光パターン信号Ｐａに対する光クロックパルスＰｃの位相は、光パターン信号Ｐａの各ビットのほぼ中央に光クロックパルスＰｃのピークが合うように図示しない遅延器等で調整されているものとする。

このようにして得られたＲＺ形式の光パターン信号Ｐｂは、パルスストレッチャ４０に入射され、データ１に対応する各パルスの幅が図２の（ｅ）のように、クロック周期と等しい幅まで拡げられて、ＮＲＺ形式の光パターン信号Ｐａ′が得られる。

ここで用いるパルスストレッチャ４０としては、前記した特許文献１で開示されているように、偏光維持ファイバの２つの直交する主軸Ｆ、Ｓに対して角度を持つ直線偏光で光パターン信号Ｐｂを入射させて、主軸Ｆ（高速軸）に沿った成分と主軸Ｓ（低速軸）に沿った成分とを出射端側で合わせてそのパルス幅を拡げる技術が採用できる。
また、入射光を２経路に分けて異なる光路長を経由させて合波する方式であってもよい。

以上のように、実施形態の光信号発生装置２０では、光パターン信号Ｐａを入射したＥＡ変調器３２に光クロックパルスＰｃを与えてＥＡ変調器３２内部の光損失を小さくして（これを相互吸収変調効果という）で光パターン信号Ｐａに対するサンプリングを行っているので、電気信号のようなインピーダンス不整合による波形劣化が発生せず、パターン依存性ジッタの少ない高速な光パターン信号を発生することができる。

なお、ここでは、ＮＲＺ形式の光パターン信号Ｐａ′を得るためにパルスストレッチャ４０を用いているが、装置として要求される出力がＲＺ形式の光パターン信号Ｐｂでよい場合にはパルスストレッチャ４０を省略できる。

また、上記実施形態のデータ形式変換部３０は、ＥＡ変調器３２に対して光パターン信号Ｐａと光クロックパルスＰｃとを入射する光端子を反対にしていたが、図３に示すように、光パターン信号Ｐａと光クロックパルスＰｃとを合波器３６で合波してＥＡ変調器３２の一方の光端子３２ａに入射することもできる。ただし、この場合、光パターン信号Ｐａと光クロックパルスＰｃが同時に他方の光端子３２ｂに出射されてしまい両光の区別ができない。そこで、光パターン信号Ｐａに対して光クロックパルスＰｃの波長を変えておき、他方の光端子３２ｂから出射された光から光パターン信号Ｐａの波長成分を波長フィルタ３７で抽出して出射する構成も採用できる。

また、単純には、図４の（ａ）、（ｂ）に示すように、ＥＡ変調器３２に対する光クロックパルスＰｃの入射角度を光パターン信号Ｐａの入射角度に対して傾けることで、前記カプラ３３、３４、合波器３６、波長フィルタ３７等を用いずに、光パターン信号Ｐｃのサンプリングを行うことができる。

また、ＥＡ変調器３２に光クロックパルスＰｃを与えて光パターン信号Ｐａのサンプリングを行う場合、ＲＺ形式で出射される光パターン信号Ｐｂの強度およびパルス幅は、光クロックパルスＰｃの強度とパルス幅に依存するので、光パターン信号Ｐｂの強度およびパルス幅を可変する必要がある場合には、図５のように、パルス幅可変手段３８とパワー可変手段３９を設ければよい。このパルス幅可変手段３８とパワー可変手段３９を制御することで、ＥＡ変調器３２から出射される光パターン信号Ｐｂの出力およびパルス幅を所定範囲内で可変することができる。

本発明の実施形態の構成図実施形態の動作説明図実施形態の要部の別の構成例を示す図実施形態の要部の別の構成例を示す図実施形態の要部の別の構成例を示す図従来装置の構成図

符号の説明

２１……光パターン信号発生器、２２……レーザ光源、２３……パターン信号発生器、２４……光変調器、２５……クロック信号発生器、３０……データ形式変換部、３１……光クロックパルス発生器、３２……ＥＡ変調器、３３、３４……カプラ、３５……光吸収器、３６……合波器、３７……波長フィルタ、３８……パルス幅可変手段、３９……パワー可変手段、４０……パルスストレッチャ

Claims

電気のクロック信号に同期したＮＲＺ形式の光パターン信号を発生する光パターン信号発生器（２１）と、
前記光パターン信号を前記クロック信号に同期したクロックパルスによって打ち抜き、ＲＺ形式の光パターン信号に変換することで、前記パターン依存性ジッタを低減するデータ形式変換部（３０）とを有する光信号発生装置において、
前記データ形式変換部を、
前記クロック信号に同期し、前記光パターン信号の１ビット幅より狭い幅の光クロックパルスを発生する光クロックパルス発生器（３１）と、
前記光パターン信号発生器から出射されたＮＲＺ形式の光パターン信号と、前記光クロックパルス発生器から出射された光クロックパルスとを受け、該光クロックパルスが入射している間だけ前記光パターン信号を通過させるＥＡ変調器（３２）とにより構成したことを特徴とする光信号発生装置。
前記光パターン信号は前記ＥＡ変調器の一方の光端子に入射され、
前記ＥＡ変調器の他方の光端子側には、前記光クロックパルスを該他方の光端子に入射させるとともに、該光クロックパルスが入射したときに前記他方の光端子から出射される光パターン信号成分を前記光クロックパルスの入射光路と異なる光路へ出射させるカプラ（３３）が設けられていることを特徴とする請求項１記載の光信号発生装置。
前記光クロックパルスの波長が前記光パターン信号の波長と異なっており、
前記光クロックパルスと前記光パターン信号とを合波して前記ＥＡ変調器の一方の光端子に入射させる合波器（３６）と、
前記ＥＡ変調器の他方の光端子から出射される光のうち、前記光パターン信号の波長成分のみを選択的に出射させる波長フィルタ（３７）とを有していることを特徴とする請求項１記載の光信号発生装置。
前記ＥＡ変調器に入射される光クロックパルスのパワーとパルス幅を可変する手段を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光信号発生装置。
前記ＥＡ変調器から出射されたＲＺ形式の光パターン信号のパルス幅を拡げて、ＮＲＺ形式に変換するパルスストレッチャ（４０）を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光信号発生装置。
前記光クロックパルス発生器は、再生モードロック型ファイバレーザであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光信号発生装置。