专利名称：光时钟信号再生成装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及长距离大容量光纤网络的光中继器中使用的光时钟信号再生成装置。
背景技术：
近年来，光通信网络一直追求长距离大容量化。在长距离大容量光纤网络中，每隔规定的传输距离就配置一个用于再生成光信号的中继器。这是为了补偿伴随着长距离传输之光信号的恶化。在这种光中继器中，谋求正确地再生成光时钟信号。在已有的光中继器中，暂时将所接收的光信号转换为电信号。根据该电信号正确再生成电时钟信号。将再生成的电时钟信号再次转换为光时钟信号。如此来执行光时钟信号的正确再生成。
但是，近年来，随着光信号的高比特率化的发展，在电子设备中，正变得难以追随这种高比特率化。
因此，需要开发不将光信号临时转换为电信号，而直接再生成光时钟信号的技术。作为这种技术开发的一个例子，公开有使用模式同步半导体激光器的方法(例如请参见非专利文献1)。
(非专利文献1)T.Ono，T.Shimizu，Y.Yano，and H.Yokoyama，OFC’95Technical Digest，ThL4 P288-289“Optical clock extraction from10-Gbit/s data pulses by using monolithic mode-locked laser diodes”发明内容在上述非专利文件1中所示的、模式同步半导体激光器的时钟再生成操作很大程度上依赖于输入光信号的偏振面。即，在这种半导体激光器中，输入光信号具有这样一种极端的偏振依赖性在横偏振状态的情况下得到良好的操作，而在纵偏振状态的情况下得不到良好的操作。
另一方面，作为光信号的长距离传播媒体的光纤(普通单模式光纤)完全不具有偏振依赖性。因此，在光纤的输入端，尽管输入了被正确控制为横偏振状态的光信号，但由于光纤的铺设状态、传输通路中的周围环境等，而使在光纤中传输的光信号的偏振面随意旋转，从而在输出端组合有横偏振状态的信号分量以及纵偏振状态的信号分量。
其结果，具有应当解决的、接收该输出光信号的模式同步半导体激光器的时钟再生成操作不稳定的缺陷。
为了解决上述问题，本发明采用以下结构。
(结构1)一种光时钟信号再生成装置，具有从构成光谐振器的两端面分别输入规定偏振状态的光信号并从至少任一个端面输出再生成光时钟信号的模式同步半导体激光器，其特征在于，它包含偏振状态分离单元以及偏振面旋转单元。其中，所述偏振状态分离单元用于将输入光信号分离为上述预定偏振状态的光信号以及偏振面与该预定偏振状态有π/2差异的偏振状态的光信号，并将上述预定偏振状态的光信号输出到上述模式同步半导体激光器的一个端面上；而所述偏振面旋转单元用于接收来自于该偏振状态分离单元的、上述偏振面有π/2差异的偏振状态的光信号，将该偏振面旋转π/2后，将其引导到上述模式同步半导体激光器的另一个端面上。
(结构2)结构2的特征在于具有光行进方向规定单元、偏振状态分离单元、偏振面旋转单元以及模式同步半导体激光器。其中，所述光行进方向规定单元用于将从第一端子接受的光信号输出到第二端子，并将从上述第二端子接受的光信号输出到第三端子；所述偏振状态分离单元用于从第一端口接受上述第二端子输出的光信号，将其分离为预定偏振状态的光信号，以及偏振面与该预定偏振状态有π/2差异的偏振状态的光信号，并将上述预定偏振状态的光信号输出到第二端口，将上述偏振面具有π/2差异的偏振状态的光信号输出到第三端口，之后，将从上述第二端口输入的上述预定偏振状态的光信号以及从上述第三端口接受的上述偏振面具有π/2差异的偏振状态的光信号输出到上述第一端口；所述偏振面旋转单元用于接受来自于上述第三端口的、上述偏振面具有π/2差异的偏振状态的光信号，将该光信号的偏振面旋转π/2后，输出上述预定偏振状态的光信号；所述模式同步半导体激光器用于从一个端面接受该偏振面旋转单元输出的上述预定偏振状态的光信号，并从另一个端面接受上述第二端口输出的上述预定偏振状态的光信号，之后，从上述两端面中的至少一个输出再生成的光时钟信号。将上述第一端子作为输入的光信号的输入端子，将上述第三端子作为再生成的光时钟信号的输出端子。
(结构3)在结构1或结构2中记载的光时钟信号再生成装置中，其特征在于，将上述偏振面旋转单元为使偏振面保持方向在该偏振面保持光纤的输入输出端部间向着光信号的光行进方向旋转π/2。
(结构4)在结构1或结构2中记载的光时钟信号再生成装置中，其特征在于，在从上述偏振状态分离单元分别到达模式同步半导体激光器的两个端面的光通路中的至少一方的通路上，还具有用于调节该通路内传播的光信号的强度水平的增益调节单元和用于调节在该通路内传输的光信号的相位量的相位调节单元中的至少一个。
(结构5)在结构4中记载的光时钟信号再生成装置中，其特征在于，上述增益调节单元由光放大器和光衰减器中的任何一个构成。
(结构6)结构6具有偏振状态分离单元、第一偏振面旋转单元、第二偏振面旋转单元以及模式同步半导体激光器。其中偏振状态分离单元，用于将从第一端口接收的光信号分离为预定偏振状态的光信号以及偏振面与该预定偏振状态有π/2差异的偏振状态的光信号，将上述预定偏振状态的光信号输入到第二端口，将上述偏振面具有π/2差异的偏振状态的光信号输出到第三端口，将从上述第二端口接收的、上述偏振面具有π/2差异的偏振状态的光信号输入到第四端口，将从上述第三端口接收的、上述偏振面具有π/2差异的偏振状态的光信号输出到上述第一端口；第一偏振面旋转单元，用于接受来自于上述第三端口的、上述偏振面具有π/2差异的偏振状态的光信号后，输出将该光信号的偏振面π/4旋转到规定方向后所得到的光信号；第二偏振面旋转单元，用于接受来自于上述第二端口的上述预定偏振状态的光信号，并与该光信号的行进方向无关地、将其偏振面向与上述预定方向相反的方向旋转π/4；模式同步半导体激光器，从将应当从一个端面接收上述第一偏振面旋转单元的输出光信号、从另一端面接收上述第二偏振面旋转单元输出的光信号分别作为上述预定偏振状态的光信号的两个端面，在与上述规定方向相反的方向上旋转π/4后配置的上述两个端面中的至少一个中输出再生成光时钟信号。将上述第一端口作为被输入的光信号的输入端口，将上述第四端口作为再生成的光时钟信号的输出端口。
(结构7)在结构6中记载的光时钟信号再生成装置中，其特征在于，上述第1偏振面旋转单元由偏振面保持光纤构成，并且被配置为使偏振面保持方向在该偏振面保持光纤的输入输出端部间向着光信号的光行进方向、旋转π/4到上述规定方向上。
(结构8)在结构6中记载的光时钟信号再生成装置中，其特征在于，上述第二偏振面旋转单元是使用磁光效应的法拉弟元件。
图1是实施例1的结构框图。
图2是模式同步半导体激光器的简要说明图。
图3是光时钟信号的抖动特性说明图(之1)。
图4是光时钟信号的抖动特性说明图(之2)。
图5是实施例2的结构框图。
具体实施例方式
以下，将使用实施例来说明本发明的实施例。
(实施例1的结构)在本实施例中，为了得到与输入光信号的偏振状态无关的、操作稳定的光时钟信号再生成装置，而具有偏振状态分离单元、偏振面旋转单元以及模式同步半导体激光器。其中，所述偏振状态分离单元用于将输入光信号分离为横偏振状态的光信号以及纵偏振状态的光信号；偏振面旋转单元用于接受上述纵偏振状态的光信号，将该光信号的偏振状态旋转π/2后，输出横偏振状态的光信号；所述模式同步半导体激光器用于产生与从两端面接受的光信号同步的光时钟信号。将上述偏振状态分离单元分离输出的横偏振状态的光信号以及上述偏振面旋转单元输出的横偏振状态的光信号注入到模式同步半导体激光器的两端面上。以下，将就其内容详细进行说明。
图1是实施例1的结构框图。
如图所示，实施例1的光时钟信号再生成装置具有光传播媒体1-1～1-7、光回转器2、偏振光分束器3-1以及3-2、模式同步半导体激光器4、偏振面保持光纤5、增益调节器6、相位调节器7以及光带通滤波器8。
光传播媒体1-1～1-7连接在上述各设备之间，成为光信号的导通通路部分。尽管光传播媒体通常使用的是光纤(最好是单模光纤)，但是，如果除去对光信号偏振面的预定注意，则也可以使用光波导。另外，如果正确规定了配置位置，则光传播媒体也可以是间隔空间或石英玻璃块等。
光回转器2是具有3个以上端子数的光行进方向规定单元，是将从11端子a接受的光信号输出到第二端子b，并将从上述第二端子b接受的光信号输出到第三端子c的部分。在本实施例中，设第一端子a为输入光信号的输入端子，设第三端子c为再生成光时钟信号的输出端子。这里，所谓端子是指输入输出光信号的部分，也能够将其称为端口，可以根据所面对的光传播媒体1-1～1-7的种类，来适当添加光连接器、棱镜或是其它透镜等。
偏振光分束器3-1是用于将接收的光信号分离为横偏振状态的光信号和纵偏振状态的光信号的偏振状态分离单元。在本实施例中，它是这样一个部分将从第一端口I接收的光信号分离为横偏振状态的光信号和纵偏振状态的光信号，之后，将横偏振状态的光信号输出到第二端口II，将纵偏振状态的光信号输出到第三端口III，并将从第二端口II接受的横偏振状态的光信号和从第三端口III接受的纵偏振状态的光信号输出到第一端口I。通常，使用将2个偏振光棱镜对立粘在一起的物体。在本实施例中，第一端口I通过光传播媒体1-2而与上述第二端子b连接，第二端口II通过光传播媒体1-3连接在模式同步半导体激光器4的端面L上，第三端口III连接至偏振面保持光纤5。
这里，所谓端口是输入输出光信号的部分，可以根据所面对的光传播媒体1-1～1-7的种类，而适当添加光连接器、棱镜或其它透镜。
另外，这里所谓的横偏振状态的光信号是指具有垂直于图1纸面的偏振面的光信号，而所谓纵偏振状态的光信号是指具有平行于图1纸面的偏振面的光信号。
模式同步半导体激光器4是这样一种模式同步半导体激光器从一个端面R接受横偏振面保持光纤5输出的横偏振状态的光信号，从另一个端面L接受偏振光分束器3-1的第二端口II输出的横偏振状态的光信号，并从两个端面中的至少一个输出同步于这些光信号的再生成光时钟信号。以下将对其概要进行说明。
图2是模式同步半导体激光器的简要说明图。
这里，作为一个例子，将对DBR(分布反射)型模式同步半导体激光器进行说明。
正如以往我们所了解的那样，该DBR型模式同步半导体激光器10具有由半导体材料构成的n型包层11-1、p型包层11-2、以及在这两者间具有光波导层11-3的层叠结构。该DBR型模式同步半导体激光器所具有的光波导层11-3由光调制器区域11-4、用于产生受激发射光的增益区域11-5、以及无源光波导区域11-6构成。在无源光波导区域11-6的全部或者一部分上，设置了这样一种衍射晶格11-7，它具有连续的、一律具有统一的规定晶格间隔。在这个例子中，衍射晶格11-7是利用无源光波导区域11-6的部分表面的凹凸而形成的，但是，也可以使用其他方法，例如是使用通过改变无源光波导区域11-6的一部分的折射率来形成的方法，或者使用复合了这两种方法的方法。
例如，通过分别以n型InP形成n型包层11-1，以p型InP形成p型包层11-2，以InGaAsP形成光波导层11-3，能够在上述层叠结构中采用双重异质结构。
在n型包层11-1上设置了接地的公共电极11-8，在p型包层11-2上，对应于光调制器区域11-4以及增益区域11-5，分别形成了光调制器区域的电极11-9以及增益区域的电极11-10。
在增益区域的电极11-10和公共电极11-8之间，连接有直流电源11-11。增益区域11-5是利用该正向直流电源11-11来发射规定的受激发射光的部分。该受激发射光，以光波导层11-3的两个端面为反射面，在这两个端面之间，以规定的光谐振器长度，在光波导层11-3内进行循环。
可以在对应于光调制器区域11-4的光调制器区域的电极11-9和公共电极11-8之间，提供一个由反向偏置直流电源11-12产生的反向偏置电压。通过从反向偏置直流电源11-12向光调制器区域11-4施加一个反向偏置电压，光调制器区域11-4能够有效吸收部分在光波导层11-3内进行循环的受激发射光。
由此，受激发射光，以大家以往熟知的方式取得其模式间的同步。如果取得该同步的受激发射光达到规定强度，则从光波导层11-3的至少一个端面上将其作为基本上与由谐振器长所规定的模式同步频率fML对应的光脉冲串而发射出。
另外，分别从一个端面R接受偏振面保持光纤5输出的横偏振状态的光信号、从另一个端面L接受偏振光分束器3-1的第二端口II输出的横偏振状态的光信号后，从两端面中的至少一个端面输出与这些光信号同步的再生成光时钟信号。但是，从端面R接受的光信号的相位与从端面L接受的光信号的相位的相位差必须是上述模式同步周期频率fML的脉冲重复周期的1/2的奇数倍。
再次返回图1，偏振面保持光纤5是一个偏振面旋转单元，用于接受来自偏振光分束器3-1的第三端口III的纵偏振状态的光信号后，将该光信号的偏振状态旋转π/2，输出横偏振状态的光信号。偏振面保持光纤5，通常是这样一种光纤在利用通过从横向和竖向对光纤的纤芯部分施加不同大小的应力等而得到的双折射，输入与上述横向或竖向一致的偏振光的光信号的情况下，具有这种偏振面保持功能。
在本发明中，偏振面保持光纤5被如此配置在偏振光分束器3-1的第三端口III和增益调节器6之间，使得在输入端和输出端之间成为机械扭转90度(π/2)的状态(旋转偏振面保持方向的状态)。由此，可以在接受来自于偏振光分束器3-1的第三端口III的纵偏振状态的光信号后，将横偏振状态的光信号提供给增益调节器6，同时，在接受来自于增益调节器6的横偏振状态的光信号后，将纵偏振状态的光信号输出到偏振光分束器3-1的第三端口III。
增益调节器6配置在模式同步半导体激光器4和偏振面保持光纤5之间，是用于将注入光波导层11-3(图2)的两端面上的光信号的光强度水平之差调节到3dB以内的光放大器或光衰减器。通过使注入光波导层11-3(图2)的两端面上的光信号的光强度水平之差处于3dB以内，能够再生成不依赖于输入光信号的偏振状态的、稳定的光时钟信号。在后面的操作项中，将会详细说明如何使光强度水平之差位于3dB以内。
这里，所谓通过两个端面注入的光信号的光强度水平之差是指从偏振光分束器3-1的第三端口III输出的、通过偏振面保持光纤5、增益调节器6、相位调节器7、以及光传播媒体1-4、并经由模式同步半导体激光器4的端面R到达光波导层11-3(图2)为止的光耦合损失以及光传输损失的总和与从偏振光分束器3-1的第二端口输出的、通过光传播媒体1-3、并经由模式同步半导体激光器4的端面L到达光波导层11-3(图2)为止的光耦合损失以及光传输损失的总和的光强度水平之差。
在本实施例中，使用DBR(分布反射)型作为模式同步半导体激光器4，但是在本发明中，也可以使用CPM(冲突脉冲)型作为模式同步半导体激光器4。在这种情况下，由于激光器的谐振器结构为相对于谐振器中心而左右对称的结构，因此，此时，应当留意到应输入到两端面上的光强度水平之差变小。
作为上述光放大器，也可以使用半导体型光放大器，或者也可以使用添加了稀土元素的光纤的放大器等。但是，使用添加了稀土元素的光纤的普通放大器由于具有方向性，因此，必须要考虑除去在内部配置的隔离器(isolator)等。另一方面，尽管可以将光学薄膜物品用作光衰减器，但是，由于近年来不断地普及反射光小且精密的光纤型光衰减器等，因此，也可以使用后者。
相位调节器7是一种光延迟线，用于将从偏振光分束器3-1的第三端口III输出的、通过偏振面保持光纤5、增益调节器6、相位调节器7、以及光传播媒体1-4、并经由模式同步半导体激光器4的端面R到达光波导层11-3(图2)为止的光传播相位量的总和与从偏振光分束器3-1的第二端口输出的、通过光传播媒体1-3、并经由模式同步半导体激光器4的端面L到达光波导层11-3(图2)为止的光传播相位量的总和之差调节为时钟信号周期的1/2的奇数倍。
作为光延迟线，使用能够随沿光学单晶的规定方向施加的电场强度的变化来调整延迟时间的光可变延迟线等是有效的。不用说，也可以正确测量相位量，并选择具有最佳延迟时间的、延迟时间固定的光延时线来用作光延迟线。
另外，在使用DBR(分布反射)型等作为模式同步半导体激光器的情况下，利用相位调节器7将在上述2个光通路间的光传播相位量之差调节为时钟信号周期的1/2的奇数倍，但是，在使用CPM(冲突脉冲)型作为模式同步半导体激光器的情况下，将在上述2个光通路间的光传播相位量之差调节为时钟信号周期的整数倍。这是由在两个激光器中的光波导层内产生的光脉冲串的循环模式的差异而引起的。对与本发明没有直接关系的部件，省略其说明。
与上述偏振光分束器3-1相同，偏振光分束器3-2也是一种偏振状态分离单元，用于将接受的光信号分离为横偏振状态的光信号和纵偏振状态的光信号。在本实施例中，它是这样一个部分将从其第一端口I接受的光信号分离为横偏振状态的光信号和纵偏振状态的光信号，并将横偏振状态的光信号输出到第二端口II上，将纵偏振状态的光信号输出到端口III上。通常，使用将2个偏振光棱镜对立粘在一起的物品。在本实施例中，第一端口I通过光传播媒体1-5与上述第三端子c相连；第二端口II通过光传播媒体1-6而连接至光带通滤波器8，第三端口III通过光传播媒体1-7而连接到图中未示的其他设备。
光带通滤波器8通过光传播媒体1-6而连接到偏振光分束器3-2的第二端口II，是仅使规定波长的光信号通过的光滤波器，通常使用层叠了多个光学薄膜的多层膜滤波器等。该输出光信号成为再生成的输出光时钟信号。
(实施例1的操作)本实施例的光时钟信号再生成装置在接受来自于图中未示的外部装置的输入光信号S0后开始操作。输入光信号S0从光回转器2的第一端子a输入，并输出到第二端子b。
从该第二端子b输出的输入光信号S0被输入到偏振光分束器3-1的第一端口I。在偏振光分束器3-1的内部被分离为纵偏振分量S1和横偏振分量S2，纵偏振分量S1从第三端口III输出，而横偏振分量S2从第二端口II输出。
从第三端口III输出的纵偏振分量S1被输入到偏振面保持光纤5。通过该偏振面保持光纤5，偏振面得以保持，并被原样不变地送到增益调节器6。但是，如上所述，由于偏振面保持光纤5被配置为在输入端和输出端之间机械扭转90度(π/2)的状态，因此，纵偏振分量S1使偏振面旋转90度(π/2)，从而变为成为横偏振状态的横偏振分量s1而被输出。该横偏振分量s1通过增益调节器6以及相位调节器7，从模式同步半导体激光器4的端面R一侧提供给光波导层11-3(图2)。以后，将该通路记为通路A。
另一方面，从第二端口II输出的横偏振分量S2通过光传播媒体1-3，从模式同步半导体激光器4的端面L一侧注入到光波导层11-3(图2)。以后，将该通路记为通路B。
这里，将就模式同步半导体激光器4在通过通路A接受了来自于端面R一侧的横偏振分量s1、通过通路B接受了来自于端面L一侧的横偏振分量S2后，再生成光时钟信号时的操作进行说明。
现在，将从模式同步半导体激光器4的两端面注入的合计光强度设为Is，将通过通路A从端面R一侧注入到模式同步半导体激光器4的横偏振分量s1的光强度设为Is·y，将通过通路B从端面L一侧注入到模式同步半导体激光器4的横偏振分量S2的光强度设为Is·(1-y)(其中，0≤y≤1)。
另外，为了保证模式同步半导体激光器4的稳定的时钟提取操作，理论上将所求取的输入光信号的光强度的范围设定为Ip/z～Ip(其中，z＞1)。
根据上述设定，在模式同步半导体激光器4仅利用通过通路A从端面R一侧注入的横偏振分量s1的光强度Is·y时，用于保证稳定的时钟提取操作的条件为Ip/z≤Is·y≤Ip......(1式)。
同样，在模式同步半导体激光器4仅利用通过通路B从端面L一侧注入的横偏振分量S2的光强度Is·(1-y)时，用于保证稳定的时钟提取操作的条件为Ip/z≤Is·(1-y)≤Ip......(2式)。
根据上述(1式)、(2式)，在模式同步半导体激光器4利用通过通路A以及通路B注入的合计光强度Is时，用于保证稳定的时钟提取操作的条件通过简单的算式变换而求得Is≤Ip，且Ip/Is≤z/2......(3式)。
按照(3式)，在设定Is＝Ip的情况下，为2≤z。
即，成为Ip/z≤Ip/2，如果模式同步半导体激光器4具有即使利用Ip的一半以下的输入也能保证稳定的时钟提取操作的性能(如果存在3dB以上的功率裕量)，则意味着可在0≤y≤1的范围内进行操作。
图3是光时钟信号的抖动特性说明图(之1)。
横轴表示注入光强度(dBm)，纵轴表示时间抖动(ps微微秒)。这张图表示当从脉冲重复频率160GHz的模式同步半导体激光器4的单侧端面R注入脉冲重复频率160Ghz的横偏振状态的光信号时、相对于注入光强度而产生的时钟信号的抖动特性。
如图所示，注入光强度在-8dBm到-14dBm之间，时间抖动为0.42ps的程度，可以看出几乎没有变化。该范围是用于保证稳定的时钟提取操作的、从两端面注入的合计光强度的范围(Ip/z～Ip)。即，理解为满足上述3dB以上的功率裕量的条件。
在以上说明的(1式)、(2式)、(3式)的导入过程中，没有涉及由于通路A和通路B内的光耦合损耗、光传播损耗等的差异、由DBR型模式同步半导体激光器4的端面L一侧(一例)上具有的衍射晶格11-7(图2)产生的衰减量。但是，实际上不能忽视这些值。
因此，使用上述增益调节器6，来调节由于通路A和通路B内的光耦合损耗、光传播损耗等的差异、由DBR型模式同步半导体激光器4的端面L一侧(一例)上具有的衍射晶格11-7(图2)产生的衰减量所带来的差。特别是，由于不能忽视由衍射晶格11-7(图2)引起的衰减量，因此，通过通路B从端面L一侧注入到模式同步半导体激光器4内部的横偏振分量S2一般要比通过通路A从端面R一侧注入到模式同步半导体激光器4内部的横偏振分量s1的光强度小。但是，在使用CPM型模式同步半导体激光器4的情况下，应当注意，没有必要考虑由于衍射晶格11-7(图2)引起的衰减量。
图4是光时钟信号的抖动特性说明图(其2)。
横轴表示注入光强度(dBm)，纵轴表示时间抖动(ps)。这张图表示当从脉冲重复频率160GHz的模式同步半导体激光器4的单侧端面注入脉冲重复频率160Ghz的横偏振状态的光信号时、相对于注入光强度而产生的时钟信号的抖动特性。这里，曲线L表示从模式同步半导体激光器4的端面L注入了横偏振状态的光信号情况下的特性，曲线R表示从模式同步半导体激光器4的端面R注入了横偏振状态的光信号情况下的特性。
如图所示，在曲线L和曲线R之间，可以看出注入光强度有大约3dB左右的差异，可以认为两者在注入光强度到-14dBm之前，时间抖动良好。该试验数据证明了如果通路A中的光传播损耗和通路B中的光传播损耗相等，则可以实现不太依赖于输入光信号S0的偏振面的光时钟信号再生成装置。
另外，该图是使用DBR型模式同步半导体激光器4的情况，但是，在使用CPM型的模式同步半导体激光器4的情况下，由于没有由于衍射晶格引起的衰减，因此，在曲线L和曲线R之间，几乎没有注入光强度差，不需要增益调节器6。
在以上说明中，在模式同步半导体激光器4中，没有涉及通过通路A从端面R注入的横偏振分量s1与通过通路B从端面R注入的横偏振分量S2的相位差。但是，在现实中，由于通路A和通路B内的延迟时间的差异，其相位差很不相同。此外，在DBR型等模式同步半导体激光器中，从两端面注入的注入光的相位差必须错开脉冲重复周期的1/2的奇数倍来执行注入，但是，在使用CPM型模式同步半导体激光器的情况下，从两端面注入的注入光的相位差必须在符合脉冲重复周期的整数倍的状态下进行注入。可以使用相位调节器7来调节这些相位差。
如上所述，以利用模式同步半导体激光器4再生成的光时钟信号的一部分为来自端面L的横偏振分量P2，并通过光传播媒体1-3被传送到偏振光分束器3-1的第二端口II。同样，以再生成的光时钟信号的剩余部分为来自端面R的横偏振分量P2，通过光传播媒体1-4、相位调节器7、增益调节器6，而被传送到偏振面保持光纤5。该横偏振分量P2利用偏振面保持光纤5，将偏振面旋转π/2，作为纵偏振分量p2而传送到偏振光分束器3-1的第三端口III上。
合成输入到偏振光分束器3-1的第二端口II的横偏振分量P2和输入到其第三端口III上的纵偏振分量p2，通过光传播媒体1-2，从第一端口I传送到光回转器2的第二端子b。该合成光波通过光传播媒体1-5，从光回转器2的第三端子c传送到偏振光分束器3-2的第一端口I。
传送到偏振光分束器3-2的第一端口I的合成光在偏振光分束器3-2的内部被分离为纵偏振分量p2和横偏振分量P2。纵偏振分量p2通过光传播媒体1-7从第三端口III传送到图中未示的其他设备。横偏振分量P2通过光传播媒体1-6从第二端口II传送到光带通滤波器8。该横偏振状态的光时钟信号P2在光带通滤波器8中被去除了光噪声，作为再生成时钟信号而被输出。
(实施例1的效果)如以上说明所述，由于使用了本实施例的光时钟信号再生成装置，能够获得所谓与输入光信号的偏振状态无关地再生成操作稳定的光时钟信号的效果。
另外，在将CPM型用作模式同步半导体激光器的情况下，由于几乎能够忽略曲线L和曲线R之间的注入光强度差，因此，得到了所谓的不需要增益调节器的效果。
(实施例2的结构)在本实施例中，为了谋求装置整体的成本降低，以从实施例1的结构中除去光回转器等昂贵部件为目的，如下构成。
图5是实施例2的结构框图。
如图所示，实施例2的光时钟信号再生成装置具有光传播媒体1-4、光传播媒体21-1～21-4、偏振光分束器3-1、模式同步半导体激光器14、偏振面保持光纤15、增益调节器6、相位调节器7、光带通滤波器8、以及法拉弟元件12。
以下，将仅就与实施例的不同点进行说明。对于与实施例1相同的元件赋予相同的符号。图中所示的偏振面的旋转矢量、以及模式同步半导体激光器14的配置角度，在所有图中，都表示从左向右看过去时的旋转角度。
由于光传播媒体21-1～21-4与实施例1的光传播媒体1-1～1-7仅仅是连接的相对要素不同，因此，对与实施例1中记载的内容相同的部分，省略其结构以及功能的说明。
模式同步半导体激光器14从一个端面接收了在偏振面保持光纤15(第一偏振面旋转单元)输出的规定方向上(这里作为例子，例如是逆时针方向)将偏振面旋转π/4后所得到的光信号。此外，从另一个端面接收了在法拉弟元件12(第二偏振面旋转单元)输出的、与规定方向相反方向(顺时针方向)上将偏振面旋转π/4后所得到的光信号。当接收这两个信号时，如此配置模式同步半导体激光器14，使得各个信号作为针对自己的光波导层11-3(图2)的横偏振状态的信号而被接收，按照时钟方向旋转两端面，使其在顺时针方向上旋转π/4。结构及功能与实施例其所示的模式同步半导体激光器4(图1)完全相同。
将偏振面光纤15配置为在偏振光分束器3-1的第三端口III和增益调节器6之间，在输入端和输出端之间，按照45度(π/4)扭转的状态(旋转偏振面保持方向的状态)。如此，接收了来自偏振光分束器3-1的第三端口III的纵偏振状态的光信号，并将偏振面按照逆时针方向旋转π/4后的光信号s11提供给增益调节器6。同时，可以从增益调节器6接收将偏振面从横偏振状态顺时针方向旋转π/4后的光信号P11，并将纵偏振状态的光信号p11输出到偏振光分束器3-1的第三端口III。
法拉弟元件12(第二偏振面旋转单元)是一种磁光元件，用于接收来自于第二端口II的横偏振状态的光信号，并使用与该光信号行进方向无关地、将其偏振面向着与上述规定方向相反的方向(顺时针方向)旋转π/4的法拉弟效应。
(实施例的操作)根据本实施例的光时钟信号再生成装置接收了来自于图中未示的外部装置的输入光信号S0后开始操作。从偏振光分束器3-1的第一端口I输入了输入光信号S10。在偏振光分束器3-1的内部，将其分离为纵偏振分量S11和横偏振分量S12，纵偏振分量S11从第三端口III输出，横偏振分量S12从第二端口II输出。
从第三端口III输出的纵偏振分量S11被输入到偏振面保持光纤15。通过该偏振面保持光纤15，将保持的偏振面原样不动地传送给增益调节器6。但是，如上所述，由于偏振面保持光纤15被配置为在输入端和输出端之间沿逆时针方向(一个例子)机械扭转45度(π/4)的状态，因此，输入的纵偏振分量S11作为偏振面向着逆时针方向旋转π/4后的光信号s11而被输出。该光信号s11通过增益调节器6和相位调节器7，从模式同步半导体激光器14的端面R一侧被提供给光波导层11-3(图2)。以后，将该通路记为通路C。
另一方面，从第二端口II输出的横偏振分量S12，通过光传播媒体21-2而被传送到法拉弟元件12。该横偏振分量S12的偏振面通过法拉弟元件12而向着顺时针方向旋转π/4，之后，被注入到端面L向着顺时针方向旋转π/4后的模式同步半导体激光器14的光波导层11-3(图2)。以后，将该通路记为通路D。
这里，对模式同步半导体激光器14通过通路C接收来自于端面R一侧的光信号s11、通过通路D接收输入来自于端面L一侧的光信号s12后，再生成光时钟信号时的操作来说，由于与实施例1完全相同，因此省略其说明，以下，将就使用模式同步半导体激光器14再生成光时钟信号后的操作进行说明。
以再生成的光时钟信号的一部分为来自端面L的光时钟信号P12，通过光传播媒体21-3将其传送到法拉弟元件12。该光时钟信号P12的偏振面通过法拉弟元件12向顺时针方向旋转π/4、成为偏振状态的光时钟信号p12后，通过光传播媒体21-2被传送到偏振光分束器3-1的第二端口II。同样，以再生成的光时钟信号的残余部分为来自端面R的光时钟信号P11，并通过光传播媒体1-4、相位调节器7、以及增益调节器6而被传送到偏振面保持光纤15。该光时钟信号P11通过偏振面保持光纤15，使偏振面向顺时针方向旋转π/4(这里，是由于光的行进方向相反)、成为纵偏振状态的光时钟信号p11后被传送到偏振光分束器3-1的第三端口III。
偏振光分束器3-1的、输入到第二端口II的纵偏振状态的光时钟信号p12通过从第四端口IV输入的光传输媒体21-4而被送到光带通滤波器8。该纵偏振状态的光时钟信号p12在光带通滤波器8中作为去除了光噪声的再生成光时钟信号而被输出。
另外，传送到偏振光分束器3-1的第三端口III的纵偏振状态的光时钟信号p11被输出到第一端口I。
(实施例2的效果)如以上说明所述，通过使用本实施例的光时钟信号再生成装置，除了实施例1的效果外，又由于没有必要使用光回转器等昂贵部件，因此，得到了降低装置整体成本的效果。
在上述各具体实施例中，尽管是以使用DBR型或CPM型作为模式同步半导体激光器为例进行的说明，但是，本发明并不仅限于此，当然可以使用所有类型的、具有利用输入的光信号而再生成光时钟信号的操作的模式同步半导体激光器来实现本发明。
(发明效果)本发明具有偏振状态分离单元，用于将接收的光信号分离为横偏振状态的光信号以及纵偏振状态的光信号；偏振面旋转单元，用于输入接受上述纵偏振状态的光信号，将该光信号的偏振状态旋转π/2，之后，输出横偏振状态的光信号；以及，模式同步半导体激光器，用于产生与从两端面接收的光信号同步的光时钟脉冲串。通过将上述偏振状态分离单元分离出的横偏振状态的光信号，以及上述偏振面旋转单元输出的偏振状态的光信号，注入到模式同步半导体激光器的两端面上，从而得到能够与输入光信号的偏振状态无关地获得操作稳定的光时钟信号的再生成装置的效果。
权利要求
1.一种光时钟信号再生成装置，具有从构成光谐振器的两个端面分别输入规定偏振状态的光信号并从至少任一个端面输出再生成光时钟信号的模式同步半导体激光器，其特征在于，包含偏振状态分离单元，用于将输入光信号分离为所述预定偏振状态的光信号以及偏振面与该预定偏振状态有π/2差异的偏振状态的光信号，并将所述预定偏振状态的光信号输出到所述模式同步半导体激光器的一个端面上；偏振面旋转单元，用于接收来自于所述偏振状态分离单元的、所述偏振面具有π/2差异的偏振状态的光信号，将该偏振面旋转π/2后引导到所述模式同步半导体激光器的另一个端面上。
2.一种光时钟信号再生成装置，其特征在于，包括光行进方向规定单元，用于将从第一端子接收的光信号输出到第二端子，将从所述第二端子接收的光信号输出到第三端子；偏振状态分离单元，用于从第一端口接收所述第二端子输出的光信号，将其分离为预定偏振状态的光信号和偏振面与该预定偏振状态有π/2差异的偏振状态的光信号，将所述预定偏振状态的光信号输出到第二端口，将所述偏振面具有π/2差异的偏振状态的光信号输出到第三端口，并将从所述第二端口接收的所述预定偏振状态的光信号和从所述第三端口接收的、所述偏振面具有π/2差异的偏振状态的光信号输出到所述第一端口；偏振面旋转单元，用于接收来自于上述第三端口的、所述偏振面具有π/2差异的偏振状态的光信号，将该光信号的偏振面旋转π/2后，输出所述预定偏振状态的光信号；以及模式同步半导体激光器，用于从一个端面接收该偏振面旋转单元输出的所述预定偏振状态的光信号，并从另一个端面接收所述第二端口输出的所述预定偏振状态的光信号，之后，从所述两个端面中的至少一个上输出再生成光时钟信号；其中将所述第一端子作为被输入的光信号的输入端子，将所述第三端子作为再生成光时钟信号的输出端子。
3.如权利要求1或2所述的光时钟信号再生成装置，其特征在于，所述偏振面旋转单元由偏振面保持光纤构成，并且偏振面保持方向被配置为在该偏振面保持光纤的输入输出端部间向着光信号的光行进方向旋转π/2。
4.如权利要求1或2所述的光时钟信号再生成装置，其特征在于，在从所述偏振状态分离单元分别到达模式同步半导体激光器的两个端面的光通路中的至少一个通路上，还具有以下2个单元中的至少一个增益调节单元，用于调节在该通路内传播的光信号的光强度水平；以及，相位调节单元，用于调节在该通路内传播的光信号的相位量。
5.如权利要求4所述的光时钟信号再生成装置，其特征在于，所述增益调节单元由光放大器以及光衰减器中的任何一个构成。
6.一种光时钟信号再生成装置，其特征在于包括偏振状态分离单元，用于将从第一端口接收的光信号分离为预定偏振状态的光信号和偏振面与该预定偏振状态有π/2差异的偏振状态的光信号，并将所述预定偏振状态的光信号输出到第二端口，将所述偏振面具有π/2差异的偏振状态的光信号输出到第三端口，将从所述第二端口接收的、所述偏振面具有π/2差异的偏振状态的光信号输出到第四端口，将从所述第三端口接收的、所述偏振面具有π/2差异的偏振状态的光信号输出到所述第一端口；第一偏振面旋转单元，用于接收来自于所述第三端口的、所述偏振面具有π/2差异的偏振状态的光信号，输出将该光信号的偏振面向规定方向旋转π/4后所得到的光信号；第二偏振面旋转单元，接收来自于所述第二端口的所述预定偏振状态的光信号，与该光信号的行进方向无关地、将其偏振面向与所述规定方向相反的方向旋转π/4；以及模式同步半导体激光器，被配置为使应当从一个端面接收所述第一偏振面旋转单元输出的光信号、从另一端面接收所述第二偏振面旋转单元输出的光信号、并将这些接收的光信号分别作为所述预定偏振状态的光信号的两个端面向与所述规定方向相反的方向旋转π/4，并从所述两个端面中的至少一个输出再生成光时钟信号；其中将所述第一端口作为被输入的光信号的输入端口，将所述第四端口作为再生成光时钟信号的输出端口。
7.如权利要求6所述的光时钟信号再生成装置，其特征在于，所述第一偏振面旋转单元由偏振面保持光纤构成，并且被配置为偏振面保持方向在该偏振面保持光纤的输入输出端部之间，向着光信号的光行进方向，被旋转π/4到所述规定方向上。
8.如权利要求6所述的光时钟信号再生成装置，其特征在于，所述第二偏振面旋转单元是使用磁光效应的法拉弟元件。
全文摘要
本发明提供一种光时钟信号再生成装置。偏振光分束器3－1将输入光信号S0分离为横偏振分量S2以及纵偏振分量S1，将上述横偏振分量S2输出到模式同步半导体激光器4的一个端面L上，偏振面保持光纤5接收了来自于上述偏振光分束器3－1的上述纵偏振分量S1，并使该偏振面旋转π/2，并将其引导到模式同步半导体激光器4的另一个端面R内。因此，能够与输入光信号S0的偏振状态无关地再生成操作稳定的光时钟信号。
文档编号G02B6/26GK1574723SQ20041004609
公开日2005年2月2日 申请日期2004年6月4日 优先权日2003年6月4日
发明者荒平慎 申请人:冲电气工业株式会社