光时钟信号提取装置和光时钟信号提取方法
专利名称：光时钟信号提取装置和光时钟信号提取方法
技术领域：
本发明涉及用于长距离大容量光纤通信系统的光中继器等的光时钟信号提取装置，特别涉及提取超过电子设备的上限工作速度的快速光时钟信号的装置。
背景技术：
光通信网络的传送的长距离化和大容量化得到了发展。随着传送的长距离化，发生光传送路径中的光损失、由于光放大器的多级使用而导致的S/N比的降低、以及光纤的群速度分散或光纤中的非线性光学效应导致的波形失真，由于上述等情况，成为光信号的质量恶化的问题。频率波形失真和时间波形失真的发生随着传送容量越大，成为越显著的问题。
因此，在光传送路径的中途以数十到数百千米的间隔设置中继器，在该中继器中进行将光信号的频率波形和时间波形恢复成原来的形状的所谓光信号的再现。该中继器的主要任务之一是时钟信号提取。时钟信号提取是指根据由时间波形失真的光脉冲构成的光信号即所谓的质量恶化的光信号，生成与其比特速率对应的频率的脉冲输出(或正弦波输出)信号。
作为时钟信号，有作为电信号被提取的情况和作为光信号被提取的情况，在以后的说明中，只有在需要特别明示以哪种形式被提取时，分别分开写成电时钟信号和光时钟信号。另外，与光信号的比特速率对应的频率是指，在光信号的比特速率为f时，指f的频率。例如在光信号的比特速率为fGbit/s时，指fGHz的频率。在以后的说明中，有时也把与光信号的比特速率对应的频率称为比特速率频率。这里，采用了用Gbit/s来表示比特速率，用GHz来表示频率的例子，在以后的说明中，不管它们的单位表述如何都成立。因此，在以后的说明中，除了特别需要的情况以外，有时也省略单位表述。
作为时钟信号提取方法，以往所公知的一般方法之一为如下的方法将质量恶化的光信号输入光电二极管等中进行光电转换，利用带通滤波器对来自该光电二极管的输出电信号进行滤波，从而仅提取出与输入光信号的比特速率对应的频率成分。在以后的说明中，包括质量恶化的光信号在内，将成为提取时钟信号的对象的光信号称为输入光信号。
使用光电二极管和带通滤波器生成电时钟信号，使用该电时钟信号使半导体激光器等光脉冲激光器装置动作，从而生成光脉冲串。该光脉冲串是以反复频率与输入光信号的比特速率频率相当的周期在时间轴上排列光脉冲的光脉冲串。在以后的说明中，光信号是指作为2值数字信号即RZ(恢复到0，return to zero)信号而生成的信号。该光信号是对在时间轴上规则正确地以一定的周期间隔排列的光脉冲串进行光调制而生成的信号。另一方面，光脉冲串这样的表述用来指在时间轴上规则正确地以一定的周期间隔排列的光脉冲的总体。
一般情况下，由于光电二极管的光电转换特性的偏振波依赖性小，所以即使输入光信号的偏光面存在时间上的波动，通过利用光电二极管也能够稳定地提取时钟信号。
另一方面，作为用于增大光通信网络的传送容量的技术，正在研究光时分复用(Optical Time Division Multiplexing)等复用传送技术。复用信号的比特速率为其被复用的每一信道的比特速率的信道数倍，所以是非常大的比特速率。在以后的说明中，有时也把复用信号的比特速率称为传送速率，把每一信道的比特速率称为基础速率。
若复用信号的比特速率超过40Gbit/s，则在电子设备中很难提取时钟信号。这是因为尚未开发出即使对于40Gbit/s以上的比特速率的光信号也能够工作的光电二极管、以及即使对于40GHz以上的电信号也能够工作的电气窄频带滤波器。
因此，为了从快速光信号中提取时钟信号，使用不进行光电转换而直接提取光时钟信号的方法。在以后的说明中，有时也把不进行光电转换而直接提取光时钟信号的方法称为全光时钟信号提取方法。
作为全光时钟信号提取方法，已报告有利用锁模激光器的方法(例如，参照非专利文献1)。另外，还报告了利用自脉动激光器等自激光脉冲产生激光器的方法(例如参照非专利文献2)。
在这些方法的任一种方法中，均将输入光信号输入到以接近输入光信号的比特速率的反复频率产生光脉冲的锁模激光器或自脉动激光器中，使来自同步激光器或自脉动激光器的输出光脉冲与输入光信号的比特速率同步，从而提取光时钟信号。
这些方法的优点是，如上所述，能够提取在电子设备中不可能实现的快速时钟信号作为光时钟信号。例如，已报告有成功地从160Gbit/s的光信号中提取出光时钟信号的例子(例如，参照非专利文献3)。
T.Ono，T.Shimizu，Y.Yano，and H.Yokoyama，“Opticalclock extraction from 10-Gbit/s data pulses by using monolithic mode-lockedlaser diodes，”OFC’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，上述的以往的全光时钟信号提取方法存在下面所述的问题。即，光时钟信号提取用的动作依赖于输入光信号的偏振光方向。为了利用锁模激光器或自脉动激光器来提取光时钟信号，需要使输入光信号的偏振光方向与这些激光器的振荡光的偏振光方向一致。
因此，当输入光信号的偏振光方向因为某种原因而发生变动时，则不能稳定地提取光时钟信号。一般情况下，输入光信号在没有保障偏振光方向的保存的单模光纤中传播，并输入到光中继器等中。因此，必须研究以输入到光中继器等中的输入光信号的偏振光方向在时间上变化为前提，即使偏振光方向发生变动也能稳定地提取光时钟信号的方法。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种不依赖于输入光信号的偏振光方向，即可提取光时钟信号的光时钟信号提取装置。
为了达成上述目的，第一发明的光时钟信号提取装置具有第一转换单元和第二转换单元。第一转换单元具有第一光转换器和波长为λ2的连续波光源。向第一光转换器输入比特速率为f(例如f Gbit/s)波长为λ1的输入光信号、和波长为λ2的连续波光。并且，第一光转换器不依赖于输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号。第二转换单元具有第二光转换器，向该第二光转换器输入中间生成光信号，通过第二光转换器的被动锁模动作生成反复频率为f(例如f GHz)、波长为λ3的光时钟信号，并从该第二转换单元输出。
第二发明的光时钟信号提取装置的第一转换单元与上述的第一发明的光时钟信号提取装置不同。第二发明的光时钟信号提取装置的第一转换单元除了第一光转换器和波长为λ2的连续波光源外，还具有波长为λ4的连续波光源。第一光转换器输入比特速率为f、波长为λ1的输入光信号、波长为λ2的连续波光和波长为λ4的连续波光，不依赖于输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号，并从该第一光转换器输出。
在第一和第二发明的光时钟信号提取装置中，优选第一光转换器是半导体光放大器(Semiconductor Optical AmplifierSOA)，该半导体光放大器的活性层由体结晶(バルク結晶)形成，且入射端和射出端被施加了无反射涂层，放大率不依赖于输入光信号的偏振光方向。
并且，在第一和第二发明的光时钟信号提取装置中，优选第一光转换器是SOA，该SOA的活性层由拉伸应变量子阱结构形成，且入射端和射出端被施加了无反射涂层，放大率不依赖于输入光信号的偏振光方向。
并且，在第一发明的光时钟信号提取装置中，优选第一光转换器是可饱和吸收体，该可饱和吸收体的活性层由拉伸应变量子阱结构形成，且入射端和射出端被施加了无反射涂层，放大率不依赖于输入光信号的偏振光方向。
并且，在第一发明的光时钟信号提取装置中，优选第一光转换器是电场吸收型光调制器(EAMElectro-absorption Modulator)，该电场吸收型光调制器的活性层由拉伸应变量子阱结构形成，目入射端和射出端被施加了无反射涂层，放大率不依赖于输入光信号的偏振光方向。
在第一和第二发明的光时钟信号提取装置中，优选第二光转换器是被动锁模半导体激光器，该被动锁模半导体激光器具有增益区域和可饱和吸收区域。
根据上述的第一发明的光时钟信号提取装置，可实现以下说明的第一转换步骤和第二转换步骤。第一转换步骤是如下的步骤将比特速率为f波长为λ1的输入光信号、和波长为λ2的连续波光输入到第一光转换器，利用通过输入光信号和波长为λ2的连续波光而表现出的交叉增益调制效应，并且不依赖于输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号并输出。第二转换步骤是如下的步骤将该中间生成光信号输入到第二光转换器，通过第二光转换器的被动锁模动作生成反复频率为f、波长为λ3的光时钟信号并输出。
并且，根据上述的第二发明的光时钟信号提取装置，可实现以下说明的第一转换步骤。第一转换步骤是如下的步骤将比特速率为f波长为λ1的输入光信号、波长为λ2的连续波光和波长为λ4的连续波光输入到第一光转换器，利用通过波长为λ1的输入光信号、波长为λ2的连续波光和波长为λ4的连续波光表现出的交叉增益调制效应，并且不依赖于输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号并输出。第二转换步骤与通过第一发明的光时钟信号提取装置实现的第二转换步骤相同。
另外，如果使用具有增益区域和可饱和吸收区域的被动锁模半导体激光器作为第二光转换器，则能够将被动锁模半导体激光器的振荡纵模式中的任一个设定为接近中间生成光信号的波长λ2的值，来执行第二转换步骤。
若将比特速率为f波长为λ1的输入光信号、和波长为λ2的连续波光输入到第一光转换器中，则利用交叉增益调制(XGMCross GainModulation)效应，生成反复频率为f、波长为λ2的中间生成光信号(第一转换步骤)。具体情况将在后面叙述，XGM效应是指当将构成输入光信号的光脉冲输入到第一光转换器中时，为了利用该光脉冲使第一光转换器的增益减少，反映构成输入光信号的光脉冲在时间轴上的配置关系来调制第一光转换器的增益的现象。该现象是根据由于存在光脉冲而使第一光转换器的增益减少、如果不存在光脉冲则该增益恢复的情况而产生的。
即，当如作为波长为λ1的输入光信号的光脉冲信号和波长为λ2的连续波光在第一光转换器内共存那样输入到第一光转换器中时，通过作为输入光信号的光脉冲信号调制第一光转换器的增益。通过这样来调制第一光转换器的增益，从而调制波长为λ2的连续波光的强度。因此，输入光信号、和作为波长为λ2的连续波光被调制的结果而生成的波长为λ2的中间生成光信号逻辑反转。即，在构成输入光信号的光脉冲所存在的时间带，不存在中间生成光信号的光脉冲，相反，在构成输入光信号的光脉冲不存在的时间带存在中间生成光信号的光脉冲。
第一光转换器不依赖于输入光信号的偏振光方向，利用交叉增益调制效应，生成波长为λ2的中间生成光信号并输出，所以即使输入光信号由于传送路径的状态等的时间变动而在传播过程中其偏振光方向发生变动，也能够稳定地生成中间生成光信号。
当将中间生成光信号输入到第二光转换器中时，通过被动锁模动作，生成反复频率为f、波长为λ3的光时钟信号(第二转换步骤)。由于第一光转换器和第二光转换器能够收纳于同一个壳体内，所以能够容易地实现在保存从第一光转换器输出的中间生成光信号的偏振光方向的状态下将其输入到第二光转换器中。例如，可以通过利用偏振波面保存光纤等保持偏振光方向恒定并传播的光学部件来实现第一光转换器和第二光转换器。
因此，根据第一发明的光时钟信号提取装置，不依赖于输入光信号的偏振光方向而生成中间生成光信号，保持该中间生成光信号的偏振光方向恒定并将其输入到第二光转换器中，所以在第二光转换器中，能够稳定地实现被动锁模动作，通过第二光转换器，不依赖于输入光信号的偏振光方向而提取出光时钟信号。
在第一和第二发明的光时钟信号提取装置中，通过使第一光转换器为活性层由体结晶形成，并且入射端和射出端被实施了无反射涂层的SOA，从而能够使放大率不依赖于输入光信号的偏振光方向。这是由于，在为了构成SOA而利用的InP、GaAs等或它们的混晶即III-V族半导体体结晶中，已知其增益不依赖于偏振光方向，通过在SOA所具备的光波导中采用增益区域，能够使该光波导中的增益不依赖于偏振光方向。
并且，在第一和第二发明的光时钟信号提取装置中，通过使第一光转换器为活性层由拉伸应变量子阱结构形成，并且入射端和射出端被实施了无反射涂层的SOA，从而能够使放大率不依赖于输入光信号的偏振光方向。这是由于，通过在增益区域中采用由导入了拉伸应变的量子晶结构形成的光波导，能够使该光波导中的增益不依赖于偏振光方向。
根据第二发明的光时钟信号提取装置，在第一转换步骤中除了波长为λ2的连续波光外，还把波长为λ4的连续波光也输入到第一光转换器中。利用SOA作为第一光转换器，向该SOA除了提供波长为λ2的连续波光外还提供波长为λ4的连续波光，从而可得到如下的效果，但具体情况将在后面再叙述。在SOA的活性区域中，通过供给波长为λ4的连续波光，增强了感应放出。这样，可以增大载流子密度的恢复速度。其结果，能够由比特速率更快的输入光信号生成中间生成光信号(第一转换步骤)，其结果，能够从比特速率更快的输入光信号中提取光时钟信号。
在第一发明的光时钟信号提取装置中，如果使第一光转换器为活性层由拉伸应变量子阱结构形成、并且入射端和射出端被实施了无反射涂层、放大率不依赖于输入光信号的偏振光方向的可饱和吸收体，则能够通过交叉吸收调制(XAMcross absorption modulation)效应而生成中间生成光信号。
并且，在第一发明的光时钟信号提取装置中，通过使第一光转换器为活性层由拉伸应变量子阱结构形成、并且入射端和射出端被实施了无反射涂层、且放大率不依赖于输入光信号的偏振光方向的EAM，从而与上述的可饱和吸收体同样地，能够通过XAM效应而生成中间生成光信号。
XAM效应是利用负的光学增益(即光吸收)，通过输入光信号来调制连续波光的效应。XAM效应与上述的XGM效应相比它们的物理机制不同，但在通过输入光信号来调制连续波光这一点上是相同的。即，可以利用XAM效应和XGM效应中的任意一方作为通过输入光信号来调制连续波光的手段。并且，利用XAM效应来实现第一转换步骤能够使动作更快速，具体情况将在后面叙述。
通过使用具备增益区域和可饱和吸收区域的被动锁模半导体激光器来作为第二光转换器，把被动锁模半导体激光器的振荡纵模式中的任一个设定成接近于中间生成光信号的波长λ2的值，来执行第二转换步骤，从而能够降低时间抖动，并且能够以更高的灵敏度来提取光时钟信号。即，即使在输入光信号的强度弱的情况、或SOA的增益小的情况、波长为λ2的连续波光的强度弱的情况等的中间生成光信号弱的情况下，也能够高效地进行光时钟信号提取。
图1是第一实施方式的光时钟信号提取装置的概要结构框图。
图2是第二实施方式的光时钟信号提取装置的概要结构框图。
图3是被动锁模半导体激光器的概要剖面结构图。
图4是用于说明输入光信号、中间生成光信号以及光时钟信号的时间波形的图。
图5是表示相对于波长失谐和模式间隔之比的时间抖动的特性的图。
图6是用于说明被动锁模的动作原理的图。
图7是用于说明模式(pattern)效应的图。
图8是在光时钟信号的提取实验中使用的装置的概要结构框图。
图9是表示输入光信号和光时钟信号的时间波形的图。
图10是第三实施方式的光时钟信号提取装置的概要结构框图。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的实施方式。另外，各图是图示本发明涉及的一个构成例的图，只不过在能够理解本发明的程度上概要地示出了各构成要素的配置关系等，本发明并不限于图示例子。并且，在以下的说明中，虽然使用了特定的材料和条件等，但这些材料和条件只不过是优选例之一而已，因此，完全不被它们所限定。并且，各图中对于同样的构成要素，有时也省略其重复说明。在以下示出的图中，利用粗线表示光纤等光路径，利用细线来表示电信号传送的路径。并且对这些粗线和细线所标注的编号除了用于指示路径本身之外，在不会发生混乱的范围内，有时还意味着在各个路径上传播的光脉冲信号或电信号。
<第一实施方式>
参照图1，说明用于实现第一发明的光时钟信号提取装置的第一实施方式。第一发明的光时钟信号提取装置包括第一转换单元30和第二转换单元52。第一转换单元30具有第一光转换器12和波长为λ2的连续波光源16。向第一光转换器12输入比特速率为f、波长为λ1的输入光信号100、和波长为λ2的连续波光200。在第一光转换器12中，利用通过输入光信号100、和波长为λ2的连续波光200表现出的交叉增益调制效应，不依赖于输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号220。
第二转换单元52具有第二光转换器18。向该第二光转换器18输入中间生成光信号112，通过第二光转换器18的被动锁模动作，生成反复频率为f、波长为λ3的光时钟信号320，从该第二光转换器18输出。
输入光信号100在光路径20中传播，从光循环器10的端口a输入从端口b输出，作为输入光信号110在光路径22中传播，从第一转换单元30的第一光转换器12的端面L1输入。在第一光转换器12和波长为λ2的连续波光源16之间，为了遮挡向连续波光源16的返回光而设置了光隔离器14。从连续波光源16输出的波长为λ2的连续波光200在光路径26中传播，通过光隔离器14作为连续波光210在光路径24中传播，从第一光转换器12的端面R1输入到第一光转换器12中。
这里，对于第一光转换器12，使用活性层为由体结晶或拉伸应变量子阱结构形成的SOA。该SOA的光射入射出的两个端面(端面R1和端面L1)分别被利用SiNxOy(其中x和y是表示组成比的参数)材料进行了无反射涂层处理。
在第一光转换器12中生成的波长为λ2的中间生成光信号220从第一光转换器12的端面L1输出，在光路径22中传播，输入到光循环器10的端口b，从端口c作为中间生成光信号112输出。从端口c输出的中间生成光信号112在光路径28中传播，输入到第二转换单元52中。
第二转换单元52具有第二光转换器18、光带通滤波器36、用于遮挡来自第二光转换器18的返回光的光隔离器32、用于遮挡来自光带通滤波器36的返回光的光隔离器34。光隔离器32和34虽然不一定是必要的，但通过利用它们来遮挡来自第二光转换器18或光带通滤波器36的返回光，能够保证第一光转换器12和第二光转换器18的动作的稳定性。
中间生成光信号112在光路径28中传播，通过光隔离器32，作为中间生成光信号114在光路径40中传播，从端面L2输入到第二光转换器18中。这里，作为第二光转换器18，利用具备增益区域和可饱和吸收区域的被动锁模半导体激光器。
从第二光转换器18的端面R2输出波长为λ3的光时钟信号300。光时钟信号300在光路径42中传播，通过光隔离器34，作为光时钟信号310在光路径44中传播，输入到光带通滤波器36中。光带通滤波器36的透过波长是λ3，是特别为了遮挡波长λ1和λ2的光成分的目的而设置的。从光带通滤波器36输出波长为λ3的光时钟信号320，输入到光路径37中，并输出到外部。
上述的光路径20、22、24、26、28、37、40、42和44可以由光纤或透镜等的结合光学系统适当地构成。特别是在连续波光源16的输出端到光路径26、24、22及28的一系列光路径的中途设置偏振波面控制器，或者由偏振波面保存光纤构成到光路径26、24、22和28的一系列光路径。其理由是为了根据利用被动锁模半导体激光器作为第二光转换器18的关系，使得从该被动锁模半导体激光器的端面L2输入的中间生成光信号114的偏振光方向与构成第二光转换器18的被动锁模半导体激光器的振荡光的偏振光方向一致。
第一转换单元30和第二转换单元52可以被一体化地制作于一个壳体中，因此，上述光路径20、22、24、26、28、37、40、42和44的全长分别最长是10cm左右。因此，通过利用偏振波面控制器或偏振波面保存光纤，能够容易地使从被动锁模半导体激光器的端面L2输入的中间生成光信号114的偏振光方向与被动锁模半导体激光器的振荡光的偏振光方向一致。
<第二实施方式>
参照图2，将与用于实现第一发明的光时钟信号提取装置的上述第一实施方式不同的另一方式作为第二实施方式来进行说明。第二实施方式与第一实施方式的不同在于第二转换单元的结构。第一转换单元的结构与第一实施方式相同，所以省略其说明。
第二实施方式的第二转换单元54具有光循环器38、第二光转换器18和光带通滤波器36。第二光转换器18和光带通滤波器36可以利用与第一实施方式相同的装置。
在图2中，光循环器10利用与第一实施方式中利用的光循环器相同的光循环器，但这里为了避免混乱，方便起见，区别开来将光循环器10的三个端口记为a1、b1、c1，将光循环器38的三个端口记为a2、b2、c2。
从光循环器10的端口c1输出的中间生成光信号112被输入光循环器38的端口a2，从端口b2输出，在光路径23中传播，输入到第二光转换器18中。从第二光转换器18输出的波长为λ3的光时钟信号300在光路径23中传播，输入至光循环器38的端口b2，从端口c2作为光时钟信号330而输出。光时钟信号330在光路径50中传播，输入到光带通滤波器36，从光带通滤波器36输出波长为λ3的光时钟信号340，输入到光路径51中，并输出到外部。
为了实现第一发明的光时钟信号提取装置而采用上述第一实施方式，还是采用第二实施方式，是根据第一发明的光时钟信号提取装置被利用的方式，即根据设计上的情况而决定的事项。
<被动锁模半导体激光器>
参照图3说明被用作第二光转换器18的优选的被动锁模半导体激光器的结构及其动作。当然，被用作第二光转换器18的优选的被动锁模半导体激光器不限于图3所示的装置，还可以利用被动波导区域或布拉格衍射区域等被进一步集成化的类型、或者将增益区域或可饱和吸收区域进一步分割的类型的被动锁模半导体激光器等。以后将被动锁模半导体激光器(passive mode-locked laser diodeMLLD)简记为MLLD。
图3是从与光波导垂直的侧面方向观察2电极型被动锁模半导体激光器的概要剖面结构图。图3所示的MLLD是包括形成反转分布的增益区域80、和具有对光强度进行调制的功能的可饱和吸收区域82，并且增益区域80和可饱和吸收区域82串联地配置的半导体激光器。增益区域80和可饱和吸收区域82如图3所示，形成为单片集成电路。通过n侧共同电极62和增益区域的p侧电极74，由恒流源78向增益区域80注入电流。通过n侧共同电极62和可饱和吸收区域的p侧电极72，由恒压源76向可饱和吸收区域82施加反偏置电压。
通过向增益区域80注入电流，向可饱和吸收区域82施加反偏置电压，产生被动锁模动作，产生近似于MLLD的谐振器旋转(周回)频率的自然数倍的频率的光脉冲串。这里，近似于MLLD的谐振器旋转频率的自然数倍的频率意味着，与MLLD的谐振器旋转频率比较，MLLD的谐振器旋转频率的自然数倍的频率和光脉冲串的频率之差小到可以忽略的程度。
输入光信号的波长λ1与连续波光的波长λ2之间的关系必须设定成如后面所述的那样，满足如下的关系通过将波长λ1的输入光信号输入到第一光转换器12中，使得波长λ2的连续波光能够受到调制。即，波长λ1与波长λ2双方均必须在第一光转换器12的增益频带内。另一方面，连续波光的波长λ2与MLLD的振荡频谱的关系必须设定成如下的关系λ2近似地等于与MLLD的多个纵模式中的一个纵模式对应的波长。这里，近似地等于意味着与纵模式间隔相比，MLLD的纵模式中的一个纵模式与波长λ2之差小到可以忽略的程度。
存在于增益区域80的光波导66(以后也称为“增益区域80的光波导66”)和存在于可饱和吸收区域82的光波导68(以后也称为“可饱和吸收区域82的光波导68”)均构成为被共同的第一包层64和第二包层70所夹持。这里，设第一包层64是n型包层，第二包层70是p型包层。构成光波导66和光波导68的结晶材料由输入到MLLD的输入光信号的波长所决定。例如，如果该输入光信号的波长为1.5μm频带，则可以使用基于InP类半导体体结晶材料或InP类半导体结晶材料的量子阱结构。
这里，按如下所述来定义输入光信号的偏振光的状态。即，将在光波导66以及光波导68中导波的光的偏振光面(光的电场转矩的振动面)的方向为与这些光波导的宽度方向平行的方向时设为TE偏振光，当为与厚度方向(在图1中为上下方向)平行的方向时设为TM偏振光。
另外，假设增益区域80的光波导66由体结晶或导入了拉伸应变的的量子阱结构形成，MLLD的振荡光的偏振光状态为TE偏振光，以下进行说明。以后，也把振荡光是TE偏振光的激光器振荡动作称作TE模式动作，把光波导66和光波导68中的振荡光的导波模式称作TE模式。同样，也把振荡光是TM偏振光的激光器振荡动作称作TM模式动作，把光波导66和光波导68中的振荡光的导波模式称作TM模式。
<光时钟信号提取动作>
把第一发明的光时钟信号提取装置的动作原理分为(A)第一转换步骤和(B)第二转换步骤来分别进行说明。
(A)第一转换步骤第一转换步骤是如下的步骤将输入光信号和连续波光输入到第一光转换器中，利用通过输入光信号和连续波光而表现出的交叉增益调制效应，不依赖于输入光信号的偏振光方向而生成中间生成光信号，从第一光转换器输出。这里，举利用SOA作为第一光转换器的情况作为例子来进行说明。
可用作第一光转换器的光学元件如后面所述，除了SOA以外，还可以利用基于可饱和吸收体的光学元件或EAM等。
当向SOA输入波长λ1的输入光信号时，通过该输入光信号使感应放出增强，因而SOA中的载流子密度减小。其结果，SOA的光学增益减小。在输入到SOA中的输入光信号是RZ信号的情况下，构成输入光信号的光脉冲输入到SOA的瞬间SOA的光学增益减小，而在光脉冲没有输入到SOA中的瞬间SOA的光学增益维持原来的值。即，SOA的光学增益和载流子密度被调制为将输入光信号的RZ信号模式反转的模式。
若对其进行具体说明则为如下所述。例如，举波长λ1的输入光信号的RZ信号模式是(1、1、0、0、0、1、1、1、0、...)的情况为例进行说明。这里，为“1”的位存在光脉冲，为“0”的位不存在光脉冲。另一方面，若SOA的光学增益减小的情况表现为“0”，光学增益维持原来的值的情况表现为“1”，则在上述的RZ信号模式中为“0”的部分，SOA的光学增益为“1”，在上述的RZ信号模式中为“1”的部分，SOA的光学增益为“0”。因此，若光学增益的模式利用与上述的RZ信号模式相同的方式来表现，则成为“0、0、1、1、1、0、0、0、1、...”。这样，进行使为“0”的部分成为“1”、使为“1”的部分成为“0”的所谓逻辑反转的调制。
当向对光学增益进行了上面所述的与输入光信号的RZ信号模式逻辑反转的调制的SOA，输入与输入光信号的波长不同的波长λ2的连续波光时，上述光学增益的调制转化为该连续波光，生成波长λ2的中间生成光信号，从SOA输出。即，在SOA的光学增益减小的情况(用“0”来表现的情况)下，波长为λ2的连续波光被吸收。另一方面，在SOA的光学增益维持原来的值的情况(用“1”来表现的情况)下，波长为λ2的连续波光不被吸收，而被放大。其结果，波长为λ1的输入光信号的RZ信号模式与波长为λ2的中间生成光信号成为逻辑反转的关系，但输入光信号的RZ信号模式作为被复制为波长为λ2的中间生成光信号的信号而生成。
如上所述，输入光信号的RZ信号模式与波长为λ2的连续波光相互作用，被复制为波长为λ2的中间生成光信号而生成的现象，称为交叉增益调制(Cross Gain ModulationXGM)效应。在以后的说明中，也把交叉增益调制简记作XGM。XGM效应作为在光通信系统等中实现使用各种应用所必需的波长转换的一个手段，被广泛利用。
第一转换步骤换句话来说可以称作是如下的步骤利用XGM效应，将波长为λ1的输入光信号的RZ信号模式转化为连续波光，生成波长为λ2的中间生成光信号。关于输入光信号的波长λ1的条件是，存在于可以对SOA的载流子密度进行调制的波段内。另外，关于连续波光的波长λ2的条件是，存在于随着由输入光信号引起的载流子密度的调制而发生光学增益的变化的波段内。更具体地说，条件为波长λ1和波长λ2均存在于SOA具有的增益频带内。
波长为λ2的中间生成光信号的信号模式与输入光信号的RZ信号模式为逻辑反转的关系，但由第一发明的光时钟信号提取装置最终生成并输出的是作为在时间轴上规则正确地以一定的时间间隔排列的光脉冲串的光时钟信号。因此，处于该逻辑反转的关系在实现提取光时钟信号的目的方面，没有任何问题。
在图1和图2中，关于中间生成光信号220从SOA 12输出而传播的光路径22，中间生成光信号220沿图中左方向传播，而同时从SOA 12反射输出的输入光信号成分同时也沿图中左方向传播。因此，中间生成光信号220与从SOA 12反射输出的输入光信号成分相互干涉，被反射的输入光信号成分具有因为该干涉而波动的成分，被输入到构成第二光转换器18的被动锁模半导体激光器中。强度发生波动的输入光信号成分被输入到被动锁模半导体激光器成为被动锁模半导体激光器的动作发生不稳定的原因，是不优选的。因此，优选构成为中间生成光信号220不与输入光信号成分发生干涉。
因此，在图1和图2所示的第一发明的光时钟信号提取装置中，SOA12的对置的端面(分别是端面L1和端面R1)被实施了无反射膜涂层处理。即，图1和图2所示的第一发明的光时钟信号提取装置构成为，输入光信号110和波长为λ2的连续波光210分别从SOA 12的对置的被实施了无反射膜涂层处理的端面(分别是端面L1和端面R1)输入到SOA 12中。因此，从SOA的端面L1仅有中间生成光信号220相对于光路径22沿左方向输出，而不存在相对于光路径22沿左方向传播的输入光信号成分。因此，中间生成光信号220不与输入光信号110干涉，不会产生上述的强度发生波动的输入光信号被输入到被动锁模半导体激光器中这样的问题。
在第一转换步骤中重要之处在于，不依赖于输入光信号110的偏振光方向而表现出XGM效应。不依赖于输入光信号的偏振光方向而表现出XGM效应的SOA，如以往所公知的那样，通过利用体结晶或导入了拉伸应变的多重量子阱形成该SOA的活性层(即光放大区域)，可容易地实现。即，作为第一光转换器，通过活性层利用由体结晶或拉伸应变量子阱结构形成的半导体光放大器，可以不依赖于输入光信号的偏振光方向，而表现出XGM效应，可以实现第一转换步骤。
参照图4(A)和(B)，说明输入光信号100和110与中间生成光信号220、112以及120的偏振光方向。另外，图4(A)、(B)、(C)是分别用于说明输入光信号100和110、中间生成光信号220、112和120、以及光时钟信号300的时间波形的图。另外，图4(C)主要是在说明第二转换步骤时参照的。
图4(A)、(B)、(C)的横轴利用任意的刻度来表示时间，分别采用与横轴(时间轴)垂直的方向利用其剖面图的方式来表示TE偏振光成分以及TM偏振光成分的强度。
由于输入光信号100和110的偏振光方向不确定，所以如图4(A)所示，包含有TE偏振光成分和TM偏振光成分双方的成分。由于输入光信号是RZ信号，所以在时间轴上具有存在光脉冲的部分(也称为时隙)和不存在光脉冲的时隙。在图中，存在光脉冲的时隙上表示为“1”，不存在光脉冲的时隙上表示为“0”。即，作为输入光信号，假设(1、1、0、1、1、0、1)这样的RZ信号进行了描绘。
中间生成光信号220、112和120如图4(B)所示，仅由TE成分构成，从而成为与MLLD的振荡光的偏振光方向相等的偏振光方向。另外，中间生成光信号220、112和120与输入光信号的RZ信号的模式处于逻辑反转的关系，所以是(0、0、1、0、0、1、0)这样的RZ信号。
(B)第二转换步骤第二转换步骤是如下的步骤将中间生成光信号输入到第二光转换器中，通过该第二光转换器的被动锁模动作生成反复频率为f、波长为λ3的光时钟信号，并输出。这里，举利用MLLD作为第二光转换器的情况为例子来进行说明。
在将中间生成光信号输入到MLLD 18中时，必须与MLLD 18的振荡光的偏振光方向一致。这里，所谓中间生成光信号，具体地来说，在图1所示的光时钟信号提取装置中是指从光隔离器32输出的中间生成光信号114，另一方面，在图2所示的光时钟信号提取装置中是指从光循环器38的端口b2输出的中间生成光信号120。
为了使中间生成光信号的偏振光方向与MLLD 18的振荡光的偏振光方向一致，如上面所述，从SOA 12通过光循环器等到达MLLD 18的光路径由可维持在该光路径中传播的光的偏振光方向的光学系统形成。
当中间生成光信号在与MLLD 18的振荡光的偏振光方向一致的状态下被输入到MLLD 18中时，表现出被动锁模动作，在MLLD 18中生成光时钟信号300并输出。
由于在MLLD 18中生成的波长为λ3的光时钟信号300与MLLD 18的振荡光的偏振光方向一致，所以如图4(C)所示，成为仅由TE成分构成的光脉冲串。另外，波长为λ2的中间生成光信号的信号模式与输入光信号的RZ信号模式为相互逻辑反转的关系，因此两者均存在没有光脉冲存在的时隙。与此相对，由MLLD生成的光时钟信号如图4(C)所示，为在时间轴上规则正确地以一定的时间间隔排列的光脉冲串。
在SOA 12中不依赖于输入光信号100的偏振光方向而生成中间生成光信号，如上所述，在由维持偏振光方向的光学系统形成的光路径中传播，被输入到MLLD 18中。因此，不管输入光信号100的偏振光方向如何变化，输入到MLLD 18中的中间生成光信号的偏振光方向(这里是TE偏振光)也始终保持恒定。于是，不管输入光信号100的偏振光方向如何变化，也可以由MLLD 18稳定地提取出光时钟信号300。
在第二转换步骤中的重要之处是，基于在MLLD 18的谐振器内部表现出的谐振器效应的复用调制效应被积极地利用。利用该复用调制效应可实现下面的两个优点。首先，第一个优点是，即使输入光信号的强度变弱，也能够提取光时钟信号。另外，第二个优点是，能够吸收在执行第一转换步骤时产生的模式效应。下面，对这两点进行详细说明。
首先，说明基于谐振器效应的复用调制效应。从中间生成光信号中提取光时钟信号的原理是，利用构成输入光信号的光脉冲来调制可饱和吸收区域的光吸收系数，把MLLD的反复频率锁定为与输入光信号的比特速率相当的频率。当中间生成光信号被输入到MLLD中时，构成中间生成光信号的光脉冲被MLLD的谐振器端面(在图1和图2中相当于端面L2和端面R2)反射，绕MLLD的谐振器旋转。即，构成中间生成光信号的光脉冲多次通过MLLD的可饱和吸收区域，在每一次通过时都对该可饱和吸收区域的光吸收系数进行调制。
假定输入到MLLD的中间生成光信号的波长(这里时λ2)是满足MLLD的谐振条件的波长的情况。此时，构成到达了MLLD的可饱和吸收区域的中间生成光信号的光脉冲中的一个，与构成在该光脉冲输入以前被输入到MLLD的中间生成光信号的光脉冲中的一个、且已经绕MLLD的谐振器旋转多次并到达了该可饱和吸收区域的光脉冲，彼此为相同相位。即，两个光脉冲在可饱和吸收区域发生干涉，其强度变强。其结果，可饱和吸收区域所实际感受到的光脉冲的强度，比单一光脉冲的光强度强，可饱和吸收区域的光吸收系数被调制得更强。
另一方面，在输入到MLLD中的中间生成光信号的波长(这里是λ2)为不满足MLLD的谐振条件的波长的情况下，上述的两个光脉冲在可饱和吸收区域中不成为相同相位。其结果，可饱和吸收区域的光吸收系数的调制效果小。另一方面，中间生成光信号的波长为满足MLLD的谐振条件的波长的情况下，即使中间生成光信号的强度弱，也能够实现MLLD的被动锁模动作。这意味着，即使在输入光信号的强度弱、其结果中间生成光信号的强度也弱的情况下，也能发挥可稳定地提取光时钟信号的良好效果。
若将以上说明的进行汇总，即为如下所述。即，在利用具有增益区域和可饱和吸收区域的MLLD来实现第二转换步骤的方法中，通过将MLLD的振荡纵模式中的任意一个设定成接近于中间生成光信号的波长λ2的值，来执行光时钟信号提取方法，从而能以更高灵敏度进行光时钟信号的提取。即，即使在输入光信号的强度弱的情况下，也能够高效地提取光时钟信号。并且，如后面所述，对于提取的光时钟信号的时间抖动的降低也是有效的。
这里，MLLD的振荡纵模式中的任意一个是接近于中间生成光信号的波长λ2的值(是近似相等的值)的具体意义意味着，λ2是与MLLD的振荡纵模式中的任意一个接近而达到在MLLD的可饱和吸收区域中，上述的光脉冲之间可视为彼此为相同相位的程度，即能识别出复用调制效应表现的程度的值。换言之，MLLD的振荡纵模式中的任意一个是近似地等于中间生成光信号的波长λ2的值，意味着与纵模式间隔相比，MLLD的纵模式中的一个纵模式与波长λ2的差小到可以忽略的程度。
该光时钟信号提取装置的发明者为了确认上述的谐振效应，进行了下面的实验。即，进行向具有由相同组成的压缩应变量子阱构成的增益区域和可饱和吸收区域的以往类型的MLLD(在该实验中利用的MLLD的反复频率是40GHz)，注入具有与该MLLD的反复频率40GHz近似地一致的反复频率的低抖动的主光脉冲串，确认从MLLD输出的光脉冲串的时间抖动降低的实验。在该实验中，使主光脉冲串的中心波长变化，观察随着该变化、从MLLD输出的光脉冲串的时间抖动的大小的变化。另外，将主光脉冲串的偏振光方向调整为与MLLD的振荡光的偏振光方向相等的TE偏振光而进行了实验。
参照图5和图6(A)、(B)，说明该实验结果。图5是用于说明时间抖动特性的表示相对于波长失谐和纵模式间隔之比的时间抖动的特性的图，图6(A)、(B)是用于说明被动锁模的动作原理的图。图5所示的曲线图的横轴表示利用纵模式间隔将波长失谐进行了分割后的值，纵轴以ps(微微秒)为单位给出刻度来表示时间抖动的大小。波长失谐是指MLLD的中心波长与主光脉冲串的中心波长之差。当将图5的横轴所示的波长失谐量除以纵模式间隔而得到的值为整数值时，意味着主光脉冲串满足MLLD的谐振条件。
在图6(A)、(B)中，横轴以任意刻度示出了波长。并且，虽然省略了纵轴，但在纵轴方向上以任意刻度示出了光强度。
图6(A)表示与MLLD的振荡频谱、即纵模式与主光脉冲串的光谱不一致的状态的情况。另外，图6(B)示出了MLLD的纵模式与主光脉冲串的光谱一致的状态的情况。在图5中，用A表示的观测值是MLLD的振荡频谱与主光脉冲串的光谱不一致的状态，即为图6(A)所示的关系时所观测到的时间抖动的值。另外，用B表示的观测值是MLLD的振荡频谱与主光脉冲串的光谱一致的状态，即为图6(B)所示的关系时所观测到的时间抖动的值。
从以上说明的实验结果可知，在主光脉冲串的波长为MLLD的谐振器波长，即位于相邻的纵模式的中间位置、与MLLD的振荡频谱不一致的情况(用A表示的观测值)下，从MLLD输出的光脉冲串的时间抖动变得极大。在该情况下，为了降低从MLLD输出的光脉冲串的时间抖动所必需的、注入到MLLD的主光脉冲的强度变得最大。
另一方面，在主光脉冲串的波长与MLLD的振荡频谱一致的情况(用B表示的观测值)下，从MLLD输出的光脉冲串的时间抖动变得极小，意味着为了降低时间抖动所必需的、注入到MLLD的主光脉冲的强度变得最小。
从以上说明的实验结果可知，通过利用MLLD的谐振器中的主光脉冲串(即注入光)的谐振效应，可以降低为了降低从MLLD输出的光脉冲串的时间抖动所必需的注入光的强度。为了满足表现出谐振效应用的条件，只要使中间生成光信号的波长(即中间生成光信号的波长频谱)与MLLD的振荡纵模式中的任意一个近似一致即可。
在第一发明的光时钟信号提取装置中，与注入到MLLD中的主光脉冲串相当的注入光是中间生成信号，该信号的波长由第一转换单元所具有的连续波光源(这里是输出波长λ2的连续波光源16)的输出波长所唯一确定的。第一转换单元所具有的连续波光源是设置在装置内的半导体激光器等光源，能够容易地将其波长设定成与MLLD的振荡纵模式中的任意一个一致。
另外，被用作第二光转换器的MLLD的谐振条件不依赖于输入光信号的波长(这里是λ1)。即，即使在光纤传送路径中长距离地传送并输入到光时钟信号提取装置中的输入光信号的波长从λ1发生了变化，由于MLLD的谐振条件由第一转换单元所具有的连续波光源的波长(这里是λ2)所规定，所以对于光时钟信号的提取动作也不会产生影响。
接着，参照图7(A1)到(B3)，说明执行第一转换步骤时产生的模式效应的吸收作用。图7(A1)到(A3)表示与输入光信号的比特速率相比、SOA内的载流子密度的恢复速度非常快的情况(即SOA的响应速度快的情况)，图7(B1)到(B3)表示与输入光信号的比特速率相比、SOA内的载流子密度的恢复速度慢的情况(即SOA的响应速度慢的情况)。在图7(A1)到(B3)中，横轴全部是时间轴，用任意刻度来表示时间。图7(A1)以及(B1)表示输入光信号的时间波形，纵轴方向进行了省略描绘，但用任意刻度来表示光强度。图7(A2)以及(B2)表示SOA内的载流子密度的时间变化，纵轴方向进行了省略描绘，但用任意刻度来表示载流子密度。图7(A3)以及(B3)表示中间生成光信号的时间波形，纵轴方向进行了省略描绘，但用任意刻度来表示光强度。
在第一转换步骤中，在SOA内利用XGM效应生成中间生成光信号。该XGM效应的响应速度在构成输入光信号的光脉冲输入到SOA中后，由载流子密度的恢复速度所支配。载流子密度的恢复速度由基于在SOA内的能带(band)间迁移的载流子寿命所支配，该载流子寿命为数百ps(微微秒)到数ns(纳秒)的程度。
在输入光信号的比特速率与SOA的载流子寿命相比非常慢的情况下，向SOA输入构成输入光信号的光脉冲，在接着要输入的光脉冲被输入之前的期间，SOA的载流子密度恢复到光脉冲被输入之前的状态。即，SOA的光学增益在光脉冲输入的前后，总是恢复到光脉冲没有被输入时的SOA的光学增益即原来的非饱和水平。
在该情况下，不依赖于作为输入光信号的RZ信号的模式历史，SOA的光学增益对于时间轴上的光脉冲的存在和不存在总是取恒定的值。由此，如图7(A1)到(A3)所示，对应于构成输入光信号的光脉冲(图7(A)所示)，中间生成光信号的时间波形(图7(A3)所示)总是正确地作为逻辑反转的模式而被生成。
另一方面，在输入光信号的比特速率与SOA的载流子寿命相比非常快的情况下，向SOA输入构成输入光信号的光脉冲，在接着要输入的光脉冲被输入之前的期间，SOA的载流子密度不恢复到光脉冲被输入之前的状态。SOA的载流子密度的恢复程度很大地依赖于作为输入光信号的RZ信号的模式历史。
例如，当连续输入“1”(连续输入光脉冲)时，向处于载流子密度低的状态的SOA持续输入光脉冲。相反，在连续输入“0”，即未连续输入光脉冲的情况下，意味着接在“0”后面被输入的“1”的光脉冲被输入到处于载流子密度已恢复的状态下的SOA中。于是，SOA的光学增益依赖于RZ信号的模式历史而不取恒定值。这样将SOA的光学增益依赖于RZ信号的模式历史的现象称为模式效应。
当表现出模式效应时，构成中间生成光信号的光脉冲的强度发生偏差。其结果，中间生成光信号消光比减小，对于在第二转换单元中执行的光脉冲生成步骤(第二转换步骤)产生坏的影响。
然而，本发明的发明者已经确认了，通过采用使用MLLD来进行光时钟信号的提取的方式，可以吸收上述的模式效应(参照非专利文献3)。下面，说明针对模式效应的吸收的实验结果。在该实验中，利用反复频率为160GHz的MLLD，尝试了160Gbit/s的全光时钟信号提取方法。图8示出了在该实验的光时钟信号的提取实验中使用的装置的概要结构框图。
首先，使用反复频率为40GHz的MLLD(被动锁模半导体激光器)400和EAM 402，生成40Gbit/s的伪RZ信号403。在利用掺饵光纤放大器(EDFAErbium-doped Fiber Amplifier)404将该40Gbit/s的光脉冲串放大后，通过光带通滤波器406和偏振波面控制器408，通过使用玻璃基板而形成的光时分复用(OTDMOptical Time Division Multiplexing)电路410进行4倍复用(即4倍增)，生成160Gbit/s的光脉冲串411。
通过光隔离器412从160GHz的MLLD(被动锁模半导体激光器)414的一侧端面(省略图示)输入光脉冲串411，从另一个端面(省略图示)输出的160Gbit/s的光脉冲串415(对应于160GHz的光时钟信号)通过光隔离器416在采样示波器418中进行观测。
这里，对于从OTDM电路410输出的光脉冲串411(复用信号)，有目的地对OTDM电路410进行了设定，以使得构成光脉冲串411的光脉冲的峰值强度、以及相当于时间抖动的光脉冲在时间轴上的位置发生偏差。并且，将构成光脉冲串411的光脉冲的脉宽设定成4ps。另一方面，将光脉冲串411的时隙设定成6.3ps。为了出现干涉效应，光脉冲的脉宽与光脉冲串的时隙两者的值(分别是4ps和6.3ps)是非常接近的值。这样，将构成光脉冲串411的光脉冲的脉宽(4ps)设定得较宽，达到出现光脉冲间的干涉的影响的程度。
从基准频率信号产生器422向脉冲模式产生器420提供39.67137GHz的正弦波信号423a，从脉冲模式产生器420向采样示波器418提供触发信号422a。并且，从脉冲模式产生器420向EAM 402提供伪随机数据422b(相当于通常的光通信中的RZ信号)。另一方面，从基准频率信号产生器422通过电放大器424向MLLD 400提供39.67137 GHz的正弦波信号423b。由此，由MLLD 400生成与来自基准频率信号产生器422的39.67137 GHz的正弦波信号423a和423b同步的光脉冲串401，并输出。光脉冲串401被输入到EAM 402中，生成伪RZ信号403并输出。伪RZ信号403如上所述，被OTDM电路410进行4倍复用(即4倍增)，生成了160Gbit/s的光脉冲串411。
参照图9(A)和(B)，说明针对模式效应的吸收的实验结果。图9(A)表示相当于输入光信号的光脉冲串的411的时间波形，图9(B)表示相当于再现的光时钟信号的光脉冲串415的时间波形。图9(A)和(B)的横轴是时间轴，一个刻度是相当于6.3ps的间隔。另外，图9(A)和(B)的纵轴利用任意刻度来表示光强度。
图9(A)所示的相当于输入光信号的光脉冲串411的时间波形如上所述，该光脉冲强度有偏差，并且还存在时间抖动。然而，由MLLD 414从光脉冲串411提取出的相当于光时钟信号的光脉冲串415的构成该光脉冲串415的光脉冲的峰值强度一致，并且也不存在时间抖动。即，可以看出构成光脉冲串415的光脉冲的峰值位置在时间轴上等间隔地排列。根据图9(A)和(B)所示的实验结果，确认了通过采用使用MLLD来进行光脉冲信号的提取的方式，可以吸收模式效应。
以上的结果与上述的谐振器效应相同，可以利用MLLD内的复用调制效应来说明以上的结果。即，利用基于绕MLLD的谐振器旋转的光脉冲的复用调制效应，将MLLD的可饱和吸收区域的光吸收系数的调制量在时间上平均化。其结果，即使输入的光脉冲的时间间隔和其峰值强度存在偏差，通过将它们的偏差进行时间平均，从而校正成实质上不存在偏差的状态。
如以上所说明的那样，即使由于模式效应而使得输入的光脉冲的时间间隔和其峰值强度存在偏差，在MLLD中，可吸收这些偏差，生成相等的峰值强度的光脉冲按等间隔排列的光脉冲串，并输出。其结果，表示即使对于比特速率比SOA的响应速度还快速的输入光信号，也能够提取光时钟信号。
以实现波长转换自身为目的而被利用的SOA能够适应的比特速率为从大致10Gbit/s到最高40Gbit/s，是被SOA的载流子寿命限制速率的范围内的值。根据第一发明的光时钟信号提取装置，即使利用像这样制造方法已经被确立的SOA，也能够从比特速率比由SOA的载流子寿命限制的速率快的输入光信号中，提取出光脉冲信号。
另外，如果像以往的方式(例如非专利文献1和3中所公开的方式)那样，将输入光信号直接输入到MLLD中，利用基于MLLD内的谐振的复用调制效应，从弱的输入光信号中提取光时钟信号，则会产生以下的问题。即，产生在波分复用(WDMWavelength Division Multiplexing)光通信系统中，提取光时钟信号时所产生的问题。在WDM系统中，分配给各个信道的波长不允许随意地分配任意的波长，而必须对应于依据统一规格的波长栅格(grid)。
对本发明进行具体说明，从MLLD输出的光时钟信号的波长λ3必须与该波长栅格一致。假设如果输入光信号的波长λ1与光时钟信号的波长λ3相同，则当然满足应该与该波长栅格一致这样的条件。然而，在λ1λ3时，波长λ3不一定与波长栅格一致。
在WDM系统中，为了不引起信道间的光信号之间的干涉，设定成使波长栅格的间隔与比特速率频率不一致。例如，比特速率是39.81312GHz，波长栅格的间隔是50GHz等。即，波长栅格的间隔是比特速率频率的整数倍这样的简单关系不成立。因此，根据以往方式，在提取光时钟信号时，在λ1λ3时，若要利用基于MLLD的谐振的复用调制效应，则由于WDM光通信系统设定成满足λ1波长栅格，所以MLLD的固有的振荡波长λ3不能够满足波长栅格。这是因为如上所述，λ1与λ3之比必须为整数比。
另一方面，根据第一发明的光时钟信号提取装置，由于通过第一转换单元来进行，从而通过第一转换单元把中间生成光信号的波长λ2设定为与λ1成整数比，从而即使在λ1λ3时，也能够使提取的光时钟信号的波长λ3与波长栅格一致。即，可以说第一发明的光时钟信号提取装置也是适合于在WDM光通信系统中利用的装置。
<第一光转换器>
也可以代替SOA，而使用可饱和吸收体或EAM作为第一发明的光时钟信号提取装置的构成要素的第一光转换器，来实现该第一发明的光时钟信号提取装置。作为可饱和吸收体或EAM，例如可以利用参照图3所说明的MLLD的可饱和吸收区域。这里，使用体结晶或拉伸应变量子阱来形成作为可饱和吸收体或EAM而起作用的光波导，对于不依赖于输入光信号的偏振光方向而表现出后述的交叉吸收调制效应(XAMcrossabsorption modulation)是优选的。
在图1和图2所示的光脉冲信号提取装置中，利用在作为第一光转换器的SOA内表现出的XGM来生成中间生成光信号(波长λ2)。即，在SOA内利用通过输入光信号来调制正的增益的现象，把波长λ2的连续波光复原，生成中间生成光信号。
与此相对，在利用可饱和吸收体或EAM来实现第一光转换器时，利用XAM来生成中间生成光信号(波长λ2)。此时，利用通过输入光信号来调制可饱和吸收体或EAM的负的增益即光吸收系数的现象，由波长λ2的连续波光生成中间生成光信号。其中，在利用XAM生成中间生成光信号时，作为输入光信号的RZ信号模式与所生成的中间生成光信号的模式不是逻辑反转的关系，而是相同逻辑的关系。然而，这里也如已经叙述的那样，作为输入光信号的RZ信号模式与所生成的中间生成光信号的模式不管是逻辑反转的关系也好还是相同逻辑的关系也好，在实现提取光时钟信号这个目的方面，并不会产生任何问题。
取代SOA而利用可饱和吸收体或EAM来实现第一光转换器的优点是，与利用SOA来实现第一光转换器的情况相比，能够更快地从输入光信号中提取光时钟信号。
如已经说明的那样，即使在利用SOA来实现第一光转换器的情况下，也能够从比特速率比SOA的响应速度快的输入光信号中提取光时钟信号，然而其程度上存在限制。当SOA的响应速度与输入光信号的比特速率频率相比极其慢时，SOA的载流子密度调制的程度非常小，从SOA输出的中间生成光信号成为具有与连续波光接近的时间波形的信号。这样，即使把具有与连续波光接近的时间波形的中间生成光信号输入到MLLD中，也不能够产生被动锁模动作。即，在MLLD中，不能够实现作为光时钟信号提取动作的光脉冲生成步骤(第二转换步骤)。为了在MLLD中快速地实现光时钟信号提取动作，需要更快速的器件作为第一光转换器。
如果取代SOA而利用可饱和吸收体或EAM作为第一光转换器，则其动作速度能够进一步快速化。这样能够快速化的理由在于，可饱和吸收体或EAM的动作速度，是由通过施加于可饱和吸收体或EAM上的反偏置电压来挑选由于输入构成输入光信号的光脉冲而产生的载流子的速度所决定的。即，该载流子被挑选的速度与基于能带间迁移的载流子的寿命相比非常快速，从数ps到最慢数十ps。该速度与上述的作为基于SOA内的能带间迁移的载流子寿命的数百ps(微微秒)到数ns(纳秒)左右的速度相比非常快速。其结果，通过取代SOA而利用可饱和吸收体或EAM作为第一光转换器，能够从更加快速的比特速率的输入光信号中提取光时钟信号。
<第三实施方式>
作为第三实施方式，参照图10说明第二发明的光时钟信号提取装置和光时钟信号提取方法。图10是该光时钟信号提取装置的概要结构框图。
第二发明的光时钟信号提取装置与上述的第一发明的光时钟信号提取装置和第一转换单元不同。作为第一转换单元所具备的第一光转换器，可以利用SOA，但与第一发明的光时钟信号提取装置的情况不同，不能够利用可饱和吸收体或EAM。即，在第二发明的光时钟信号提取方法中，不利用XAM，而利用XGM来实现第一转换步骤。
若利用XGM来实现第一转换步骤，则与上面所叙述那样利用XAM来实现的情况相比，其速度变慢。然而，如后面所述，可以不仅将波长为λ2的连续波光而且将波长为λ4的连续波光也同时输入到作为第一光转换器的SOA中，从而提高SOA的响应速度。
第二发明的光时钟信号提取装置中的第一转换单元56除了具有第一光转换器12(这里是SOA)和波长为λ2的连续波光源16外，还具有波长为λ4的连续波光源50。将比特速率为f、波长为λ1的输入光信号100、波长为λ2的连续波光200和波长为λ4的连续波光58输入到第一光转换器12中，利用通过输入光信号110、波长为λ2的连续波光210和波长为λ4的连续波光58而表现出的交叉增益调制效应，并且不依赖于输入光信号110的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号220并输出。在图10所示的第二发明的光时钟信号提取装置中，从连续波光源50输出的波长为λ4的连续波光58在光路径48中传播，通过光耦合器46，输入到第一光转换器12中。
光循环器10和光隔离器14与第一发明中利用的装置相同，所以省略说明。并且，对于第二转换单元52也与第一发明中利用的相同，所以省略其说明。
第二发明的光时钟信号提取装置中，其动作也与第一发明的光时钟信号提取装置相同，按照通过第一转换步骤和第二转换步骤提取光时钟信号这样的动作原理来动作，在这一点上是相同的。不同点在于，在第一转换步骤中，输入到第一光转换器12中的连续波光不是一种类型，而是除了波长为λ2的连续波光外还加了波长为λ4的连续波光的2种类型。这样，与输入到第一光转换器12中的连续波光为一种类型的情况相比，能够增强构成第一光转换器12的SOA的感应放出，能够使载流子的恢复速度快速化。其结果，如上所述，能够提高SOA的响应速度。
通过不采用一种类型，而是除了波长为λ2的连续波光外还加了波长为λ4的连续波光的2种类型，从而能够增强SOA的感应放出这样的事实，在文献(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.)中已经公开。
这样，构成为利用SOA作为第一转换单元，使得输入到该SOA中的连续波光为波长不同的两种类型，从而使第一转换步骤的动作快速化，所以即使从快速的输入光信号中也能够提取光时钟信号。第二发明的光时钟信号提取装置如在第一发明的光时钟信号提取装置中利用可饱和吸收体或EAM来实现第一光转换器那样，能够使光时钟信号的提取动作快速化。在这一点上，两者均具有相同的优点。
然而，相对于在第二发明的光时钟信号提取装置中始终利用感应放出的效应的情况，在第一发明的光时钟信号提取装置中使用可饱和吸收体或EAM的情况下，利用光吸收效应。其结果，在利用感应放出的效应的第二发明的光时钟信号提取装置中，在第一转换单元中生成的中间生成光信号可容易地具有足够的强度而生成。其另一方面，在第二发明的光时钟信号提取装置中，必须多准备一种连续波光源。因此，采用第一还是第二发明的光时钟信号提取装置，是装入光时钟信号提取功能的系统的设计上的考虑事项。
在以上的说明中，把MLLD的振荡光的偏振波模式作为TE偏振光来进行了说明，但可知，在MLLD的振荡光的偏振波模式是TM偏振光的情况下，通过把中间生成光信号的偏振波模式作为TM偏振光，同样也能够实现第一和第二光时钟信号提取方法。为了把中间生成光信号的偏振波模式作为TM偏振光，只要利用偏振波面保存光纤形成光路径28，把其导波模式设置成在输入到MLLD中时成为TM偏振光即可。这样设置偏振波面保存光纤对于本领域技术人员而言是很容易的。
权利要求
1.一种光时钟信号提取装置，其特征在于，该光时钟信号提取装置具有第一转换单元，该第一转换单元具有第一光转换器和波长为λ2的连续波光源，向所述第一光转换器输入比特速率为f波长为λ1的输入光信号、和波长为λ2的连续波光，不依赖于输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号并输出；以及第二转换单元，该第二转换单元具有第二光转换器，向该第二光转换器输入所述中间生成光信号，通过该第二光转换器的被动锁模动作生成反复频率为f、波长为λ3的光时钟信号并输出。
2.根据权利要求1所述的光时钟信号提取装置，其特征在于，所述第一光转换器是半导体光放大器，该半导体光放大器的活性层由体结晶形成，且放大率不依赖于所述输入光信号的偏振光方向。
3.根据权利要求1所述的光时钟信号提取装置，其特征在于，所述第一光转换器是半导体光放大器，该半导体光放大器的活性层由拉伸应变量子阱结构形成，且放大率不依赖于所述输入光信号的偏振光方向。
4.根据权利要求1所述的光时钟信号提取装置，其特征在于，所述第一光转换器是可饱和吸收体，该可饱和吸收体的活性层由拉伸应变量子阱结构形成，且放大率不依赖于所述输入光信号的偏振光方向。
5.根据权利要求1所述的光时钟信号提取装置，其特征在于，所述第一光转换器是电场吸收型光调制器，该电场吸收型光调制器的活性层由拉伸应变量子阱结构形成，且放大率不依赖于所述输入光信号的偏振光方向。
6.一种光时钟信号提取装置，其特征在于，该光时钟信号提取装置具有第一转换单元，该第一转换单元具有第一光转换器、波长为λ2的连续波光源和波长为λ4的连续波光源，向所述第一光转换器输入比特速率为f波长为λ1的输入光信号、波长为λ2的连续波光和波长为λ4的连续波光，不依赖于输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号并输出；以及第二转换单元，该第二转换单元具有第二光转换器，向该第二光转换器输入所述中间生成光信号，通过该第二光转换器的被动锁模动作生成反复频率为f、波长为λ3的光时钟信号并输出。
7.根据权利要求6所述的光时钟信号提取装置，其特征在于，所述第一光转换器是半导体光放大器，该半导体光放大器的活性层由体结晶形成，且放大率不依赖于所述输入光信号的偏振光方向。
8.根据权利要求6所述的光时钟信号提取装置，其特征在于，所述第一光转换器是半导体光放大器，该半导体光放大器的活性层由拉伸应变量子阱结构形成，且放大率不依赖于所述输入光信号的偏振光方向。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的光时钟信号提取装置，其特征在于，所述第二光转换器是被动锁模半导体激光器，该被动锁模半导体激光器具有增益区域和可饱和吸收区域。
10.一种光时钟信号提取方法，其特征在于，该光时钟信号提取方法包括第一转换步骤，该第一转换步骤将比特速率为f波长为λ1的输入光信号、和波长为λ2的连续波光输入到第一光转换器中，利用通过所述输入光信号和所述连续波光而表现出的交叉增益调制效应，并且不依赖于输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号并输出；以及第二转换步骤，该第二转换步骤将所述中间生成光信号输入到第二光转换器中，通过该第二光转换器的被动锁模动作生成反复频率为f、波长为λ3的光时钟信号并输出。
11.一种光时钟信号提取方法，其特征在于，该光时钟信号提取方法包括第一转换步骤，该第一转换步骤将比特速率为f波长为λ1的输入光信号、波长为λ2的连续波光和波长为λ4的连续波光输入到第一光转换器中，不依赖于所述输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号并输出；以及第二转换步骤，该第二转换步骤将所述中间生成光信号输入到第二光转换器中，通过该第二光转换器的被动锁模动作生成反复频率为f、波长为λ3的光时钟信号并输出。
12.根据权利要求10或11所述的光时钟信号提取方法，其特征在于，所述第二转换步骤使用具有增益区域和可饱和吸收区域的被动锁模半导体激光器，将该被动锁模半导体激光器的振荡纵模式中的任一个设定成接近所述中间生成光信号的波长λ2的值来执行。
全文摘要
光时钟信号提取装置和光时钟信号提取方法，不依赖输入光信号的偏振光方向提取光时钟信号。该装置具有第一转换单元(30)，其有第一光转换器(12)和波长λ
文档编号H04L7/00GK101022313SQ20071000428
公开日2007年8月22日 申请日期2007年1月19日 优先权日2006年2月14日
发明者荒平慎 申请人:冲电气工业株式会社
技术领域：
本发明涉及用于长距离大容量光纤通信系统的光中继器等的光时钟信号提取装置，特别涉及提取超过电子设备的上限工作速度的快速光时钟信号的装置。
背景技术：
光通信网络的传送的长距离化和大容量化得到了发展。随着传送的长距离化，发生光传送路径中的光损失、由于光放大器的多级使用而导致的S/N比的降低、以及光纤的群速度分散或光纤中的非线性光学效应导致的波形失真，由于上述等情况，成为光信号的质量恶化的问题。频率波形失真和时间波形失真的发生随着传送容量越大，成为越显著的问题。
因此，在光传送路径的中途以数十到数百千米的间隔设置中继器，在该中继器中进行将光信号的频率波形和时间波形恢复成原来的形状的所谓光信号的再现。该中继器的主要任务之一是时钟信号提取。时钟信号提取是指根据由时间波形失真的光脉冲构成的光信号即所谓的质量恶化的光信号，生成与其比特速率对应的频率的脉冲输出(或正弦波输出)信号。
作为时钟信号，有作为电信号被提取的情况和作为光信号被提取的情况，在以后的说明中，只有在需要特别明示以哪种形式被提取时，分别分开写成电时钟信号和光时钟信号。另外，与光信号的比特速率对应的频率是指，在光信号的比特速率为f时，指f的频率。例如在光信号的比特速率为fGbit/s时，指fGHz的频率。在以后的说明中，有时也把与光信号的比特速率对应的频率称为比特速率频率。这里，采用了用Gbit/s来表示比特速率，用GHz来表示频率的例子，在以后的说明中，不管它们的单位表述如何都成立。因此，在以后的说明中，除了特别需要的情况以外，有时也省略单位表述。
作为时钟信号提取方法，以往所公知的一般方法之一为如下的方法将质量恶化的光信号输入光电二极管等中进行光电转换，利用带通滤波器对来自该光电二极管的输出电信号进行滤波，从而仅提取出与输入光信号的比特速率对应的频率成分。在以后的说明中，包括质量恶化的光信号在内，将成为提取时钟信号的对象的光信号称为输入光信号。
使用光电二极管和带通滤波器生成电时钟信号，使用该电时钟信号使半导体激光器等光脉冲激光器装置动作，从而生成光脉冲串。该光脉冲串是以反复频率与输入光信号的比特速率频率相当的周期在时间轴上排列光脉冲的光脉冲串。在以后的说明中，光信号是指作为2值数字信号即RZ(恢复到0，return to zero)信号而生成的信号。该光信号是对在时间轴上规则正确地以一定的周期间隔排列的光脉冲串进行光调制而生成的信号。另一方面，光脉冲串这样的表述用来指在时间轴上规则正确地以一定的周期间隔排列的光脉冲的总体。
一般情况下，由于光电二极管的光电转换特性的偏振波依赖性小，所以即使输入光信号的偏光面存在时间上的波动，通过利用光电二极管也能够稳定地提取时钟信号。
另一方面，作为用于增大光通信网络的传送容量的技术，正在研究光时分复用(Optical Time Division Multiplexing)等复用传送技术。复用信号的比特速率为其被复用的每一信道的比特速率的信道数倍，所以是非常大的比特速率。在以后的说明中，有时也把复用信号的比特速率称为传送速率，把每一信道的比特速率称为基础速率。
若复用信号的比特速率超过40Gbit/s，则在电子设备中很难提取时钟信号。这是因为尚未开发出即使对于40Gbit/s以上的比特速率的光信号也能够工作的光电二极管、以及即使对于40GHz以上的电信号也能够工作的电气窄频带滤波器。
因此，为了从快速光信号中提取时钟信号，使用不进行光电转换而直接提取光时钟信号的方法。在以后的说明中，有时也把不进行光电转换而直接提取光时钟信号的方法称为全光时钟信号提取方法。
作为全光时钟信号提取方法，已报告有利用锁模激光器的方法(例如，参照非专利文献1)。另外，还报告了利用自脉动激光器等自激光脉冲产生激光器的方法(例如参照非专利文献2)。
在这些方法的任一种方法中，均将输入光信号输入到以接近输入光信号的比特速率的反复频率产生光脉冲的锁模激光器或自脉动激光器中，使来自同步激光器或自脉动激光器的输出光脉冲与输入光信号的比特速率同步，从而提取光时钟信号。
这些方法的优点是，如上所述，能够提取在电子设备中不可能实现的快速时钟信号作为光时钟信号。例如，已报告有成功地从160Gbit/s的光信号中提取出光时钟信号的例子(例如，参照非专利文献3)。
T.Ono，T.Shimizu，Y.Yano，and H.Yokoyama，“Opticalclock extraction from 10-Gbit/s data pulses by using monolithic mode-lockedlaser diodes，”OFC’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，上述的以往的全光时钟信号提取方法存在下面所述的问题。即，光时钟信号提取用的动作依赖于输入光信号的偏振光方向。为了利用锁模激光器或自脉动激光器来提取光时钟信号，需要使输入光信号的偏振光方向与这些激光器的振荡光的偏振光方向一致。
因此，当输入光信号的偏振光方向因为某种原因而发生变动时，则不能稳定地提取光时钟信号。一般情况下，输入光信号在没有保障偏振光方向的保存的单模光纤中传播，并输入到光中继器等中。因此，必须研究以输入到光中继器等中的输入光信号的偏振光方向在时间上变化为前提，即使偏振光方向发生变动也能稳定地提取光时钟信号的方法。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种不依赖于输入光信号的偏振光方向，即可提取光时钟信号的光时钟信号提取装置。
为了达成上述目的，第一发明的光时钟信号提取装置具有第一转换单元和第二转换单元。第一转换单元具有第一光转换器和波长为λ2的连续波光源。向第一光转换器输入比特速率为f(例如f Gbit/s)波长为λ1的输入光信号、和波长为λ2的连续波光。并且，第一光转换器不依赖于输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号。第二转换单元具有第二光转换器，向该第二光转换器输入中间生成光信号，通过第二光转换器的被动锁模动作生成反复频率为f(例如f GHz)、波长为λ3的光时钟信号，并从该第二转换单元输出。
第二发明的光时钟信号提取装置的第一转换单元与上述的第一发明的光时钟信号提取装置不同。第二发明的光时钟信号提取装置的第一转换单元除了第一光转换器和波长为λ2的连续波光源外，还具有波长为λ4的连续波光源。第一光转换器输入比特速率为f、波长为λ1的输入光信号、波长为λ2的连续波光和波长为λ4的连续波光，不依赖于输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号，并从该第一光转换器输出。
在第一和第二发明的光时钟信号提取装置中，优选第一光转换器是半导体光放大器(Semiconductor Optical AmplifierSOA)，该半导体光放大器的活性层由体结晶(バルク結晶)形成，且入射端和射出端被施加了无反射涂层，放大率不依赖于输入光信号的偏振光方向。
并且，在第一和第二发明的光时钟信号提取装置中，优选第一光转换器是SOA，该SOA的活性层由拉伸应变量子阱结构形成，且入射端和射出端被施加了无反射涂层，放大率不依赖于输入光信号的偏振光方向。
并且，在第一发明的光时钟信号提取装置中，优选第一光转换器是可饱和吸收体，该可饱和吸收体的活性层由拉伸应变量子阱结构形成，且入射端和射出端被施加了无反射涂层，放大率不依赖于输入光信号的偏振光方向。
并且，在第一发明的光时钟信号提取装置中，优选第一光转换器是电场吸收型光调制器(EAMElectro-absorption Modulator)，该电场吸收型光调制器的活性层由拉伸应变量子阱结构形成，目入射端和射出端被施加了无反射涂层，放大率不依赖于输入光信号的偏振光方向。
在第一和第二发明的光时钟信号提取装置中，优选第二光转换器是被动锁模半导体激光器，该被动锁模半导体激光器具有增益区域和可饱和吸收区域。
根据上述的第一发明的光时钟信号提取装置，可实现以下说明的第一转换步骤和第二转换步骤。第一转换步骤是如下的步骤将比特速率为f波长为λ1的输入光信号、和波长为λ2的连续波光输入到第一光转换器，利用通过输入光信号和波长为λ2的连续波光而表现出的交叉增益调制效应，并且不依赖于输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号并输出。第二转换步骤是如下的步骤将该中间生成光信号输入到第二光转换器，通过第二光转换器的被动锁模动作生成反复频率为f、波长为λ3的光时钟信号并输出。
并且，根据上述的第二发明的光时钟信号提取装置，可实现以下说明的第一转换步骤。第一转换步骤是如下的步骤将比特速率为f波长为λ1的输入光信号、波长为λ2的连续波光和波长为λ4的连续波光输入到第一光转换器，利用通过波长为λ1的输入光信号、波长为λ2的连续波光和波长为λ4的连续波光表现出的交叉增益调制效应，并且不依赖于输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号并输出。第二转换步骤与通过第一发明的光时钟信号提取装置实现的第二转换步骤相同。
另外，如果使用具有增益区域和可饱和吸收区域的被动锁模半导体激光器作为第二光转换器，则能够将被动锁模半导体激光器的振荡纵模式中的任一个设定为接近中间生成光信号的波长λ2的值，来执行第二转换步骤。
若将比特速率为f波长为λ1的输入光信号、和波长为λ2的连续波光输入到第一光转换器中，则利用交叉增益调制(XGMCross GainModulation)效应，生成反复频率为f、波长为λ2的中间生成光信号(第一转换步骤)。具体情况将在后面叙述，XGM效应是指当将构成输入光信号的光脉冲输入到第一光转换器中时，为了利用该光脉冲使第一光转换器的增益减少，反映构成输入光信号的光脉冲在时间轴上的配置关系来调制第一光转换器的增益的现象。该现象是根据由于存在光脉冲而使第一光转换器的增益减少、如果不存在光脉冲则该增益恢复的情况而产生的。
即，当如作为波长为λ1的输入光信号的光脉冲信号和波长为λ2的连续波光在第一光转换器内共存那样输入到第一光转换器中时，通过作为输入光信号的光脉冲信号调制第一光转换器的增益。通过这样来调制第一光转换器的增益，从而调制波长为λ2的连续波光的强度。因此，输入光信号、和作为波长为λ2的连续波光被调制的结果而生成的波长为λ2的中间生成光信号逻辑反转。即，在构成输入光信号的光脉冲所存在的时间带，不存在中间生成光信号的光脉冲，相反，在构成输入光信号的光脉冲不存在的时间带存在中间生成光信号的光脉冲。
第一光转换器不依赖于输入光信号的偏振光方向，利用交叉增益调制效应，生成波长为λ2的中间生成光信号并输出，所以即使输入光信号由于传送路径的状态等的时间变动而在传播过程中其偏振光方向发生变动，也能够稳定地生成中间生成光信号。
当将中间生成光信号输入到第二光转换器中时，通过被动锁模动作，生成反复频率为f、波长为λ3的光时钟信号(第二转换步骤)。由于第一光转换器和第二光转换器能够收纳于同一个壳体内，所以能够容易地实现在保存从第一光转换器输出的中间生成光信号的偏振光方向的状态下将其输入到第二光转换器中。例如，可以通过利用偏振波面保存光纤等保持偏振光方向恒定并传播的光学部件来实现第一光转换器和第二光转换器。
因此，根据第一发明的光时钟信号提取装置，不依赖于输入光信号的偏振光方向而生成中间生成光信号，保持该中间生成光信号的偏振光方向恒定并将其输入到第二光转换器中，所以在第二光转换器中，能够稳定地实现被动锁模动作，通过第二光转换器，不依赖于输入光信号的偏振光方向而提取出光时钟信号。
在第一和第二发明的光时钟信号提取装置中，通过使第一光转换器为活性层由体结晶形成，并且入射端和射出端被实施了无反射涂层的SOA，从而能够使放大率不依赖于输入光信号的偏振光方向。这是由于，在为了构成SOA而利用的InP、GaAs等或它们的混晶即III-V族半导体体结晶中，已知其增益不依赖于偏振光方向，通过在SOA所具备的光波导中采用增益区域，能够使该光波导中的增益不依赖于偏振光方向。
并且，在第一和第二发明的光时钟信号提取装置中，通过使第一光转换器为活性层由拉伸应变量子阱结构形成，并且入射端和射出端被实施了无反射涂层的SOA，从而能够使放大率不依赖于输入光信号的偏振光方向。这是由于，通过在增益区域中采用由导入了拉伸应变的量子晶结构形成的光波导，能够使该光波导中的增益不依赖于偏振光方向。
根据第二发明的光时钟信号提取装置，在第一转换步骤中除了波长为λ2的连续波光外，还把波长为λ4的连续波光也输入到第一光转换器中。利用SOA作为第一光转换器，向该SOA除了提供波长为λ2的连续波光外还提供波长为λ4的连续波光，从而可得到如下的效果，但具体情况将在后面再叙述。在SOA的活性区域中，通过供给波长为λ4的连续波光，增强了感应放出。这样，可以增大载流子密度的恢复速度。其结果，能够由比特速率更快的输入光信号生成中间生成光信号(第一转换步骤)，其结果，能够从比特速率更快的输入光信号中提取光时钟信号。
在第一发明的光时钟信号提取装置中，如果使第一光转换器为活性层由拉伸应变量子阱结构形成、并且入射端和射出端被实施了无反射涂层、放大率不依赖于输入光信号的偏振光方向的可饱和吸收体，则能够通过交叉吸收调制(XAMcross absorption modulation)效应而生成中间生成光信号。
并且，在第一发明的光时钟信号提取装置中，通过使第一光转换器为活性层由拉伸应变量子阱结构形成、并且入射端和射出端被实施了无反射涂层、且放大率不依赖于输入光信号的偏振光方向的EAM，从而与上述的可饱和吸收体同样地，能够通过XAM效应而生成中间生成光信号。
XAM效应是利用负的光学增益(即光吸收)，通过输入光信号来调制连续波光的效应。XAM效应与上述的XGM效应相比它们的物理机制不同，但在通过输入光信号来调制连续波光这一点上是相同的。即，可以利用XAM效应和XGM效应中的任意一方作为通过输入光信号来调制连续波光的手段。并且，利用XAM效应来实现第一转换步骤能够使动作更快速，具体情况将在后面叙述。
通过使用具备增益区域和可饱和吸收区域的被动锁模半导体激光器来作为第二光转换器，把被动锁模半导体激光器的振荡纵模式中的任一个设定成接近于中间生成光信号的波长λ2的值，来执行第二转换步骤，从而能够降低时间抖动，并且能够以更高的灵敏度来提取光时钟信号。即，即使在输入光信号的强度弱的情况、或SOA的增益小的情况、波长为λ2的连续波光的强度弱的情况等的中间生成光信号弱的情况下，也能够高效地进行光时钟信号提取。
图1是第一实施方式的光时钟信号提取装置的概要结构框图。
图2是第二实施方式的光时钟信号提取装置的概要结构框图。
图3是被动锁模半导体激光器的概要剖面结构图。
图4是用于说明输入光信号、中间生成光信号以及光时钟信号的时间波形的图。
图5是表示相对于波长失谐和模式间隔之比的时间抖动的特性的图。
图6是用于说明被动锁模的动作原理的图。
图7是用于说明模式(pattern)效应的图。
图8是在光时钟信号的提取实验中使用的装置的概要结构框图。
图9是表示输入光信号和光时钟信号的时间波形的图。
图10是第三实施方式的光时钟信号提取装置的概要结构框图。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的实施方式。另外，各图是图示本发明涉及的一个构成例的图，只不过在能够理解本发明的程度上概要地示出了各构成要素的配置关系等，本发明并不限于图示例子。并且，在以下的说明中，虽然使用了特定的材料和条件等，但这些材料和条件只不过是优选例之一而已，因此，完全不被它们所限定。并且，各图中对于同样的构成要素，有时也省略其重复说明。在以下示出的图中，利用粗线表示光纤等光路径，利用细线来表示电信号传送的路径。并且对这些粗线和细线所标注的编号除了用于指示路径本身之外，在不会发生混乱的范围内，有时还意味着在各个路径上传播的光脉冲信号或电信号。
<第一实施方式>
参照图1，说明用于实现第一发明的光时钟信号提取装置的第一实施方式。第一发明的光时钟信号提取装置包括第一转换单元30和第二转换单元52。第一转换单元30具有第一光转换器12和波长为λ2的连续波光源16。向第一光转换器12输入比特速率为f、波长为λ1的输入光信号100、和波长为λ2的连续波光200。在第一光转换器12中，利用通过输入光信号100、和波长为λ2的连续波光200表现出的交叉增益调制效应，不依赖于输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号220。
第二转换单元52具有第二光转换器18。向该第二光转换器18输入中间生成光信号112，通过第二光转换器18的被动锁模动作，生成反复频率为f、波长为λ3的光时钟信号320，从该第二光转换器18输出。
输入光信号100在光路径20中传播，从光循环器10的端口a输入从端口b输出，作为输入光信号110在光路径22中传播，从第一转换单元30的第一光转换器12的端面L1输入。在第一光转换器12和波长为λ2的连续波光源16之间，为了遮挡向连续波光源16的返回光而设置了光隔离器14。从连续波光源16输出的波长为λ2的连续波光200在光路径26中传播，通过光隔离器14作为连续波光210在光路径24中传播，从第一光转换器12的端面R1输入到第一光转换器12中。
这里，对于第一光转换器12，使用活性层为由体结晶或拉伸应变量子阱结构形成的SOA。该SOA的光射入射出的两个端面(端面R1和端面L1)分别被利用SiNxOy(其中x和y是表示组成比的参数)材料进行了无反射涂层处理。
在第一光转换器12中生成的波长为λ2的中间生成光信号220从第一光转换器12的端面L1输出，在光路径22中传播，输入到光循环器10的端口b，从端口c作为中间生成光信号112输出。从端口c输出的中间生成光信号112在光路径28中传播，输入到第二转换单元52中。
第二转换单元52具有第二光转换器18、光带通滤波器36、用于遮挡来自第二光转换器18的返回光的光隔离器32、用于遮挡来自光带通滤波器36的返回光的光隔离器34。光隔离器32和34虽然不一定是必要的，但通过利用它们来遮挡来自第二光转换器18或光带通滤波器36的返回光，能够保证第一光转换器12和第二光转换器18的动作的稳定性。
中间生成光信号112在光路径28中传播，通过光隔离器32，作为中间生成光信号114在光路径40中传播，从端面L2输入到第二光转换器18中。这里，作为第二光转换器18，利用具备增益区域和可饱和吸收区域的被动锁模半导体激光器。
从第二光转换器18的端面R2输出波长为λ3的光时钟信号300。光时钟信号300在光路径42中传播，通过光隔离器34，作为光时钟信号310在光路径44中传播，输入到光带通滤波器36中。光带通滤波器36的透过波长是λ3，是特别为了遮挡波长λ1和λ2的光成分的目的而设置的。从光带通滤波器36输出波长为λ3的光时钟信号320，输入到光路径37中，并输出到外部。
上述的光路径20、22、24、26、28、37、40、42和44可以由光纤或透镜等的结合光学系统适当地构成。特别是在连续波光源16的输出端到光路径26、24、22及28的一系列光路径的中途设置偏振波面控制器，或者由偏振波面保存光纤构成到光路径26、24、22和28的一系列光路径。其理由是为了根据利用被动锁模半导体激光器作为第二光转换器18的关系，使得从该被动锁模半导体激光器的端面L2输入的中间生成光信号114的偏振光方向与构成第二光转换器18的被动锁模半导体激光器的振荡光的偏振光方向一致。
第一转换单元30和第二转换单元52可以被一体化地制作于一个壳体中，因此，上述光路径20、22、24、26、28、37、40、42和44的全长分别最长是10cm左右。因此，通过利用偏振波面控制器或偏振波面保存光纤，能够容易地使从被动锁模半导体激光器的端面L2输入的中间生成光信号114的偏振光方向与被动锁模半导体激光器的振荡光的偏振光方向一致。
<第二实施方式>
参照图2，将与用于实现第一发明的光时钟信号提取装置的上述第一实施方式不同的另一方式作为第二实施方式来进行说明。第二实施方式与第一实施方式的不同在于第二转换单元的结构。第一转换单元的结构与第一实施方式相同，所以省略其说明。
第二实施方式的第二转换单元54具有光循环器38、第二光转换器18和光带通滤波器36。第二光转换器18和光带通滤波器36可以利用与第一实施方式相同的装置。
在图2中，光循环器10利用与第一实施方式中利用的光循环器相同的光循环器，但这里为了避免混乱，方便起见，区别开来将光循环器10的三个端口记为a1、b1、c1，将光循环器38的三个端口记为a2、b2、c2。
从光循环器10的端口c1输出的中间生成光信号112被输入光循环器38的端口a2，从端口b2输出，在光路径23中传播，输入到第二光转换器18中。从第二光转换器18输出的波长为λ3的光时钟信号300在光路径23中传播，输入至光循环器38的端口b2，从端口c2作为光时钟信号330而输出。光时钟信号330在光路径50中传播，输入到光带通滤波器36，从光带通滤波器36输出波长为λ3的光时钟信号340，输入到光路径51中，并输出到外部。
为了实现第一发明的光时钟信号提取装置而采用上述第一实施方式，还是采用第二实施方式，是根据第一发明的光时钟信号提取装置被利用的方式，即根据设计上的情况而决定的事项。
<被动锁模半导体激光器>
参照图3说明被用作第二光转换器18的优选的被动锁模半导体激光器的结构及其动作。当然，被用作第二光转换器18的优选的被动锁模半导体激光器不限于图3所示的装置，还可以利用被动波导区域或布拉格衍射区域等被进一步集成化的类型、或者将增益区域或可饱和吸收区域进一步分割的类型的被动锁模半导体激光器等。以后将被动锁模半导体激光器(passive mode-locked laser diodeMLLD)简记为MLLD。
图3是从与光波导垂直的侧面方向观察2电极型被动锁模半导体激光器的概要剖面结构图。图3所示的MLLD是包括形成反转分布的增益区域80、和具有对光强度进行调制的功能的可饱和吸收区域82，并且增益区域80和可饱和吸收区域82串联地配置的半导体激光器。增益区域80和可饱和吸收区域82如图3所示，形成为单片集成电路。通过n侧共同电极62和增益区域的p侧电极74，由恒流源78向增益区域80注入电流。通过n侧共同电极62和可饱和吸收区域的p侧电极72，由恒压源76向可饱和吸收区域82施加反偏置电压。
通过向增益区域80注入电流，向可饱和吸收区域82施加反偏置电压，产生被动锁模动作，产生近似于MLLD的谐振器旋转(周回)频率的自然数倍的频率的光脉冲串。这里，近似于MLLD的谐振器旋转频率的自然数倍的频率意味着，与MLLD的谐振器旋转频率比较，MLLD的谐振器旋转频率的自然数倍的频率和光脉冲串的频率之差小到可以忽略的程度。
输入光信号的波长λ1与连续波光的波长λ2之间的关系必须设定成如后面所述的那样，满足如下的关系通过将波长λ1的输入光信号输入到第一光转换器12中，使得波长λ2的连续波光能够受到调制。即，波长λ1与波长λ2双方均必须在第一光转换器12的增益频带内。另一方面，连续波光的波长λ2与MLLD的振荡频谱的关系必须设定成如下的关系λ2近似地等于与MLLD的多个纵模式中的一个纵模式对应的波长。这里，近似地等于意味着与纵模式间隔相比，MLLD的纵模式中的一个纵模式与波长λ2之差小到可以忽略的程度。
存在于增益区域80的光波导66(以后也称为“增益区域80的光波导66”)和存在于可饱和吸收区域82的光波导68(以后也称为“可饱和吸收区域82的光波导68”)均构成为被共同的第一包层64和第二包层70所夹持。这里，设第一包层64是n型包层，第二包层70是p型包层。构成光波导66和光波导68的结晶材料由输入到MLLD的输入光信号的波长所决定。例如，如果该输入光信号的波长为1.5μm频带，则可以使用基于InP类半导体体结晶材料或InP类半导体结晶材料的量子阱结构。
这里，按如下所述来定义输入光信号的偏振光的状态。即，将在光波导66以及光波导68中导波的光的偏振光面(光的电场转矩的振动面)的方向为与这些光波导的宽度方向平行的方向时设为TE偏振光，当为与厚度方向(在图1中为上下方向)平行的方向时设为TM偏振光。
另外，假设增益区域80的光波导66由体结晶或导入了拉伸应变的的量子阱结构形成，MLLD的振荡光的偏振光状态为TE偏振光，以下进行说明。以后，也把振荡光是TE偏振光的激光器振荡动作称作TE模式动作，把光波导66和光波导68中的振荡光的导波模式称作TE模式。同样，也把振荡光是TM偏振光的激光器振荡动作称作TM模式动作，把光波导66和光波导68中的振荡光的导波模式称作TM模式。
<光时钟信号提取动作>
把第一发明的光时钟信号提取装置的动作原理分为(A)第一转换步骤和(B)第二转换步骤来分别进行说明。
(A)第一转换步骤第一转换步骤是如下的步骤将输入光信号和连续波光输入到第一光转换器中，利用通过输入光信号和连续波光而表现出的交叉增益调制效应，不依赖于输入光信号的偏振光方向而生成中间生成光信号，从第一光转换器输出。这里，举利用SOA作为第一光转换器的情况作为例子来进行说明。
可用作第一光转换器的光学元件如后面所述，除了SOA以外，还可以利用基于可饱和吸收体的光学元件或EAM等。
当向SOA输入波长λ1的输入光信号时，通过该输入光信号使感应放出增强，因而SOA中的载流子密度减小。其结果，SOA的光学增益减小。在输入到SOA中的输入光信号是RZ信号的情况下，构成输入光信号的光脉冲输入到SOA的瞬间SOA的光学增益减小，而在光脉冲没有输入到SOA中的瞬间SOA的光学增益维持原来的值。即，SOA的光学增益和载流子密度被调制为将输入光信号的RZ信号模式反转的模式。
若对其进行具体说明则为如下所述。例如，举波长λ1的输入光信号的RZ信号模式是(1、1、0、0、0、1、1、1、0、...)的情况为例进行说明。这里，为“1”的位存在光脉冲，为“0”的位不存在光脉冲。另一方面，若SOA的光学增益减小的情况表现为“0”，光学增益维持原来的值的情况表现为“1”，则在上述的RZ信号模式中为“0”的部分，SOA的光学增益为“1”，在上述的RZ信号模式中为“1”的部分，SOA的光学增益为“0”。因此，若光学增益的模式利用与上述的RZ信号模式相同的方式来表现，则成为“0、0、1、1、1、0、0、0、1、...”。这样，进行使为“0”的部分成为“1”、使为“1”的部分成为“0”的所谓逻辑反转的调制。
当向对光学增益进行了上面所述的与输入光信号的RZ信号模式逻辑反转的调制的SOA，输入与输入光信号的波长不同的波长λ2的连续波光时，上述光学增益的调制转化为该连续波光，生成波长λ2的中间生成光信号，从SOA输出。即，在SOA的光学增益减小的情况(用“0”来表现的情况)下，波长为λ2的连续波光被吸收。另一方面，在SOA的光学增益维持原来的值的情况(用“1”来表现的情况)下，波长为λ2的连续波光不被吸收，而被放大。其结果，波长为λ1的输入光信号的RZ信号模式与波长为λ2的中间生成光信号成为逻辑反转的关系，但输入光信号的RZ信号模式作为被复制为波长为λ2的中间生成光信号的信号而生成。
如上所述，输入光信号的RZ信号模式与波长为λ2的连续波光相互作用，被复制为波长为λ2的中间生成光信号而生成的现象，称为交叉增益调制(Cross Gain ModulationXGM)效应。在以后的说明中，也把交叉增益调制简记作XGM。XGM效应作为在光通信系统等中实现使用各种应用所必需的波长转换的一个手段，被广泛利用。
第一转换步骤换句话来说可以称作是如下的步骤利用XGM效应，将波长为λ1的输入光信号的RZ信号模式转化为连续波光，生成波长为λ2的中间生成光信号。关于输入光信号的波长λ1的条件是，存在于可以对SOA的载流子密度进行调制的波段内。另外，关于连续波光的波长λ2的条件是，存在于随着由输入光信号引起的载流子密度的调制而发生光学增益的变化的波段内。更具体地说，条件为波长λ1和波长λ2均存在于SOA具有的增益频带内。
波长为λ2的中间生成光信号的信号模式与输入光信号的RZ信号模式为逻辑反转的关系，但由第一发明的光时钟信号提取装置最终生成并输出的是作为在时间轴上规则正确地以一定的时间间隔排列的光脉冲串的光时钟信号。因此，处于该逻辑反转的关系在实现提取光时钟信号的目的方面，没有任何问题。
在图1和图2中，关于中间生成光信号220从SOA 12输出而传播的光路径22，中间生成光信号220沿图中左方向传播，而同时从SOA 12反射输出的输入光信号成分同时也沿图中左方向传播。因此，中间生成光信号220与从SOA 12反射输出的输入光信号成分相互干涉，被反射的输入光信号成分具有因为该干涉而波动的成分，被输入到构成第二光转换器18的被动锁模半导体激光器中。强度发生波动的输入光信号成分被输入到被动锁模半导体激光器成为被动锁模半导体激光器的动作发生不稳定的原因，是不优选的。因此，优选构成为中间生成光信号220不与输入光信号成分发生干涉。
因此，在图1和图2所示的第一发明的光时钟信号提取装置中，SOA12的对置的端面(分别是端面L1和端面R1)被实施了无反射膜涂层处理。即，图1和图2所示的第一发明的光时钟信号提取装置构成为，输入光信号110和波长为λ2的连续波光210分别从SOA 12的对置的被实施了无反射膜涂层处理的端面(分别是端面L1和端面R1)输入到SOA 12中。因此，从SOA的端面L1仅有中间生成光信号220相对于光路径22沿左方向输出，而不存在相对于光路径22沿左方向传播的输入光信号成分。因此，中间生成光信号220不与输入光信号110干涉，不会产生上述的强度发生波动的输入光信号被输入到被动锁模半导体激光器中这样的问题。
在第一转换步骤中重要之处在于，不依赖于输入光信号110的偏振光方向而表现出XGM效应。不依赖于输入光信号的偏振光方向而表现出XGM效应的SOA，如以往所公知的那样，通过利用体结晶或导入了拉伸应变的多重量子阱形成该SOA的活性层(即光放大区域)，可容易地实现。即，作为第一光转换器，通过活性层利用由体结晶或拉伸应变量子阱结构形成的半导体光放大器，可以不依赖于输入光信号的偏振光方向，而表现出XGM效应，可以实现第一转换步骤。
参照图4(A)和(B)，说明输入光信号100和110与中间生成光信号220、112以及120的偏振光方向。另外，图4(A)、(B)、(C)是分别用于说明输入光信号100和110、中间生成光信号220、112和120、以及光时钟信号300的时间波形的图。另外，图4(C)主要是在说明第二转换步骤时参照的。
图4(A)、(B)、(C)的横轴利用任意的刻度来表示时间，分别采用与横轴(时间轴)垂直的方向利用其剖面图的方式来表示TE偏振光成分以及TM偏振光成分的强度。
由于输入光信号100和110的偏振光方向不确定，所以如图4(A)所示，包含有TE偏振光成分和TM偏振光成分双方的成分。由于输入光信号是RZ信号，所以在时间轴上具有存在光脉冲的部分(也称为时隙)和不存在光脉冲的时隙。在图中，存在光脉冲的时隙上表示为“1”，不存在光脉冲的时隙上表示为“0”。即，作为输入光信号，假设(1、1、0、1、1、0、1)这样的RZ信号进行了描绘。
中间生成光信号220、112和120如图4(B)所示，仅由TE成分构成，从而成为与MLLD的振荡光的偏振光方向相等的偏振光方向。另外，中间生成光信号220、112和120与输入光信号的RZ信号的模式处于逻辑反转的关系，所以是(0、0、1、0、0、1、0)这样的RZ信号。
(B)第二转换步骤第二转换步骤是如下的步骤将中间生成光信号输入到第二光转换器中，通过该第二光转换器的被动锁模动作生成反复频率为f、波长为λ3的光时钟信号，并输出。这里，举利用MLLD作为第二光转换器的情况为例子来进行说明。
在将中间生成光信号输入到MLLD 18中时，必须与MLLD 18的振荡光的偏振光方向一致。这里，所谓中间生成光信号，具体地来说，在图1所示的光时钟信号提取装置中是指从光隔离器32输出的中间生成光信号114，另一方面，在图2所示的光时钟信号提取装置中是指从光循环器38的端口b2输出的中间生成光信号120。
为了使中间生成光信号的偏振光方向与MLLD 18的振荡光的偏振光方向一致，如上面所述，从SOA 12通过光循环器等到达MLLD 18的光路径由可维持在该光路径中传播的光的偏振光方向的光学系统形成。
当中间生成光信号在与MLLD 18的振荡光的偏振光方向一致的状态下被输入到MLLD 18中时，表现出被动锁模动作，在MLLD 18中生成光时钟信号300并输出。
由于在MLLD 18中生成的波长为λ3的光时钟信号300与MLLD 18的振荡光的偏振光方向一致，所以如图4(C)所示，成为仅由TE成分构成的光脉冲串。另外，波长为λ2的中间生成光信号的信号模式与输入光信号的RZ信号模式为相互逻辑反转的关系，因此两者均存在没有光脉冲存在的时隙。与此相对，由MLLD生成的光时钟信号如图4(C)所示，为在时间轴上规则正确地以一定的时间间隔排列的光脉冲串。
在SOA 12中不依赖于输入光信号100的偏振光方向而生成中间生成光信号，如上所述，在由维持偏振光方向的光学系统形成的光路径中传播，被输入到MLLD 18中。因此，不管输入光信号100的偏振光方向如何变化，输入到MLLD 18中的中间生成光信号的偏振光方向(这里是TE偏振光)也始终保持恒定。于是，不管输入光信号100的偏振光方向如何变化，也可以由MLLD 18稳定地提取出光时钟信号300。
在第二转换步骤中的重要之处是，基于在MLLD 18的谐振器内部表现出的谐振器效应的复用调制效应被积极地利用。利用该复用调制效应可实现下面的两个优点。首先，第一个优点是，即使输入光信号的强度变弱，也能够提取光时钟信号。另外，第二个优点是，能够吸收在执行第一转换步骤时产生的模式效应。下面，对这两点进行详细说明。
首先，说明基于谐振器效应的复用调制效应。从中间生成光信号中提取光时钟信号的原理是，利用构成输入光信号的光脉冲来调制可饱和吸收区域的光吸收系数，把MLLD的反复频率锁定为与输入光信号的比特速率相当的频率。当中间生成光信号被输入到MLLD中时，构成中间生成光信号的光脉冲被MLLD的谐振器端面(在图1和图2中相当于端面L2和端面R2)反射，绕MLLD的谐振器旋转。即，构成中间生成光信号的光脉冲多次通过MLLD的可饱和吸收区域，在每一次通过时都对该可饱和吸收区域的光吸收系数进行调制。
假定输入到MLLD的中间生成光信号的波长(这里时λ2)是满足MLLD的谐振条件的波长的情况。此时，构成到达了MLLD的可饱和吸收区域的中间生成光信号的光脉冲中的一个，与构成在该光脉冲输入以前被输入到MLLD的中间生成光信号的光脉冲中的一个、且已经绕MLLD的谐振器旋转多次并到达了该可饱和吸收区域的光脉冲，彼此为相同相位。即，两个光脉冲在可饱和吸收区域发生干涉，其强度变强。其结果，可饱和吸收区域所实际感受到的光脉冲的强度，比单一光脉冲的光强度强，可饱和吸收区域的光吸收系数被调制得更强。
另一方面，在输入到MLLD中的中间生成光信号的波长(这里是λ2)为不满足MLLD的谐振条件的波长的情况下，上述的两个光脉冲在可饱和吸收区域中不成为相同相位。其结果，可饱和吸收区域的光吸收系数的调制效果小。另一方面，中间生成光信号的波长为满足MLLD的谐振条件的波长的情况下，即使中间生成光信号的强度弱，也能够实现MLLD的被动锁模动作。这意味着，即使在输入光信号的强度弱、其结果中间生成光信号的强度也弱的情况下，也能发挥可稳定地提取光时钟信号的良好效果。
若将以上说明的进行汇总，即为如下所述。即，在利用具有增益区域和可饱和吸收区域的MLLD来实现第二转换步骤的方法中，通过将MLLD的振荡纵模式中的任意一个设定成接近于中间生成光信号的波长λ2的值，来执行光时钟信号提取方法，从而能以更高灵敏度进行光时钟信号的提取。即，即使在输入光信号的强度弱的情况下，也能够高效地提取光时钟信号。并且，如后面所述，对于提取的光时钟信号的时间抖动的降低也是有效的。
这里，MLLD的振荡纵模式中的任意一个是接近于中间生成光信号的波长λ2的值(是近似相等的值)的具体意义意味着，λ2是与MLLD的振荡纵模式中的任意一个接近而达到在MLLD的可饱和吸收区域中，上述的光脉冲之间可视为彼此为相同相位的程度，即能识别出复用调制效应表现的程度的值。换言之，MLLD的振荡纵模式中的任意一个是近似地等于中间生成光信号的波长λ2的值，意味着与纵模式间隔相比，MLLD的纵模式中的一个纵模式与波长λ2的差小到可以忽略的程度。
该光时钟信号提取装置的发明者为了确认上述的谐振效应，进行了下面的实验。即，进行向具有由相同组成的压缩应变量子阱构成的增益区域和可饱和吸收区域的以往类型的MLLD(在该实验中利用的MLLD的反复频率是40GHz)，注入具有与该MLLD的反复频率40GHz近似地一致的反复频率的低抖动的主光脉冲串，确认从MLLD输出的光脉冲串的时间抖动降低的实验。在该实验中，使主光脉冲串的中心波长变化，观察随着该变化、从MLLD输出的光脉冲串的时间抖动的大小的变化。另外，将主光脉冲串的偏振光方向调整为与MLLD的振荡光的偏振光方向相等的TE偏振光而进行了实验。
参照图5和图6(A)、(B)，说明该实验结果。图5是用于说明时间抖动特性的表示相对于波长失谐和纵模式间隔之比的时间抖动的特性的图，图6(A)、(B)是用于说明被动锁模的动作原理的图。图5所示的曲线图的横轴表示利用纵模式间隔将波长失谐进行了分割后的值，纵轴以ps(微微秒)为单位给出刻度来表示时间抖动的大小。波长失谐是指MLLD的中心波长与主光脉冲串的中心波长之差。当将图5的横轴所示的波长失谐量除以纵模式间隔而得到的值为整数值时，意味着主光脉冲串满足MLLD的谐振条件。
在图6(A)、(B)中，横轴以任意刻度示出了波长。并且，虽然省略了纵轴，但在纵轴方向上以任意刻度示出了光强度。
图6(A)表示与MLLD的振荡频谱、即纵模式与主光脉冲串的光谱不一致的状态的情况。另外，图6(B)示出了MLLD的纵模式与主光脉冲串的光谱一致的状态的情况。在图5中，用A表示的观测值是MLLD的振荡频谱与主光脉冲串的光谱不一致的状态，即为图6(A)所示的关系时所观测到的时间抖动的值。另外，用B表示的观测值是MLLD的振荡频谱与主光脉冲串的光谱一致的状态，即为图6(B)所示的关系时所观测到的时间抖动的值。
从以上说明的实验结果可知，在主光脉冲串的波长为MLLD的谐振器波长，即位于相邻的纵模式的中间位置、与MLLD的振荡频谱不一致的情况(用A表示的观测值)下，从MLLD输出的光脉冲串的时间抖动变得极大。在该情况下，为了降低从MLLD输出的光脉冲串的时间抖动所必需的、注入到MLLD的主光脉冲的强度变得最大。
另一方面，在主光脉冲串的波长与MLLD的振荡频谱一致的情况(用B表示的观测值)下，从MLLD输出的光脉冲串的时间抖动变得极小，意味着为了降低时间抖动所必需的、注入到MLLD的主光脉冲的强度变得最小。
从以上说明的实验结果可知，通过利用MLLD的谐振器中的主光脉冲串(即注入光)的谐振效应，可以降低为了降低从MLLD输出的光脉冲串的时间抖动所必需的注入光的强度。为了满足表现出谐振效应用的条件，只要使中间生成光信号的波长(即中间生成光信号的波长频谱)与MLLD的振荡纵模式中的任意一个近似一致即可。
在第一发明的光时钟信号提取装置中，与注入到MLLD中的主光脉冲串相当的注入光是中间生成信号，该信号的波长由第一转换单元所具有的连续波光源(这里是输出波长λ2的连续波光源16)的输出波长所唯一确定的。第一转换单元所具有的连续波光源是设置在装置内的半导体激光器等光源，能够容易地将其波长设定成与MLLD的振荡纵模式中的任意一个一致。
另外，被用作第二光转换器的MLLD的谐振条件不依赖于输入光信号的波长(这里是λ1)。即，即使在光纤传送路径中长距离地传送并输入到光时钟信号提取装置中的输入光信号的波长从λ1发生了变化，由于MLLD的谐振条件由第一转换单元所具有的连续波光源的波长(这里是λ2)所规定，所以对于光时钟信号的提取动作也不会产生影响。
接着，参照图7(A1)到(B3)，说明执行第一转换步骤时产生的模式效应的吸收作用。图7(A1)到(A3)表示与输入光信号的比特速率相比、SOA内的载流子密度的恢复速度非常快的情况(即SOA的响应速度快的情况)，图7(B1)到(B3)表示与输入光信号的比特速率相比、SOA内的载流子密度的恢复速度慢的情况(即SOA的响应速度慢的情况)。在图7(A1)到(B3)中，横轴全部是时间轴，用任意刻度来表示时间。图7(A1)以及(B1)表示输入光信号的时间波形，纵轴方向进行了省略描绘，但用任意刻度来表示光强度。图7(A2)以及(B2)表示SOA内的载流子密度的时间变化，纵轴方向进行了省略描绘，但用任意刻度来表示载流子密度。图7(A3)以及(B3)表示中间生成光信号的时间波形，纵轴方向进行了省略描绘，但用任意刻度来表示光强度。
在第一转换步骤中，在SOA内利用XGM效应生成中间生成光信号。该XGM效应的响应速度在构成输入光信号的光脉冲输入到SOA中后，由载流子密度的恢复速度所支配。载流子密度的恢复速度由基于在SOA内的能带(band)间迁移的载流子寿命所支配，该载流子寿命为数百ps(微微秒)到数ns(纳秒)的程度。
在输入光信号的比特速率与SOA的载流子寿命相比非常慢的情况下，向SOA输入构成输入光信号的光脉冲，在接着要输入的光脉冲被输入之前的期间，SOA的载流子密度恢复到光脉冲被输入之前的状态。即，SOA的光学增益在光脉冲输入的前后，总是恢复到光脉冲没有被输入时的SOA的光学增益即原来的非饱和水平。
在该情况下，不依赖于作为输入光信号的RZ信号的模式历史，SOA的光学增益对于时间轴上的光脉冲的存在和不存在总是取恒定的值。由此，如图7(A1)到(A3)所示，对应于构成输入光信号的光脉冲(图7(A)所示)，中间生成光信号的时间波形(图7(A3)所示)总是正确地作为逻辑反转的模式而被生成。
另一方面，在输入光信号的比特速率与SOA的载流子寿命相比非常快的情况下，向SOA输入构成输入光信号的光脉冲，在接着要输入的光脉冲被输入之前的期间，SOA的载流子密度不恢复到光脉冲被输入之前的状态。SOA的载流子密度的恢复程度很大地依赖于作为输入光信号的RZ信号的模式历史。
例如，当连续输入“1”(连续输入光脉冲)时，向处于载流子密度低的状态的SOA持续输入光脉冲。相反，在连续输入“0”，即未连续输入光脉冲的情况下，意味着接在“0”后面被输入的“1”的光脉冲被输入到处于载流子密度已恢复的状态下的SOA中。于是，SOA的光学增益依赖于RZ信号的模式历史而不取恒定值。这样将SOA的光学增益依赖于RZ信号的模式历史的现象称为模式效应。
当表现出模式效应时，构成中间生成光信号的光脉冲的强度发生偏差。其结果，中间生成光信号消光比减小，对于在第二转换单元中执行的光脉冲生成步骤(第二转换步骤)产生坏的影响。
然而，本发明的发明者已经确认了，通过采用使用MLLD来进行光时钟信号的提取的方式，可以吸收上述的模式效应(参照非专利文献3)。下面，说明针对模式效应的吸收的实验结果。在该实验中，利用反复频率为160GHz的MLLD，尝试了160Gbit/s的全光时钟信号提取方法。图8示出了在该实验的光时钟信号的提取实验中使用的装置的概要结构框图。
首先，使用反复频率为40GHz的MLLD(被动锁模半导体激光器)400和EAM 402，生成40Gbit/s的伪RZ信号403。在利用掺饵光纤放大器(EDFAErbium-doped Fiber Amplifier)404将该40Gbit/s的光脉冲串放大后，通过光带通滤波器406和偏振波面控制器408，通过使用玻璃基板而形成的光时分复用(OTDMOptical Time Division Multiplexing)电路410进行4倍复用(即4倍增)，生成160Gbit/s的光脉冲串411。
通过光隔离器412从160GHz的MLLD(被动锁模半导体激光器)414的一侧端面(省略图示)输入光脉冲串411，从另一个端面(省略图示)输出的160Gbit/s的光脉冲串415(对应于160GHz的光时钟信号)通过光隔离器416在采样示波器418中进行观测。
这里，对于从OTDM电路410输出的光脉冲串411(复用信号)，有目的地对OTDM电路410进行了设定，以使得构成光脉冲串411的光脉冲的峰值强度、以及相当于时间抖动的光脉冲在时间轴上的位置发生偏差。并且，将构成光脉冲串411的光脉冲的脉宽设定成4ps。另一方面，将光脉冲串411的时隙设定成6.3ps。为了出现干涉效应，光脉冲的脉宽与光脉冲串的时隙两者的值(分别是4ps和6.3ps)是非常接近的值。这样，将构成光脉冲串411的光脉冲的脉宽(4ps)设定得较宽，达到出现光脉冲间的干涉的影响的程度。
从基准频率信号产生器422向脉冲模式产生器420提供39.67137GHz的正弦波信号423a，从脉冲模式产生器420向采样示波器418提供触发信号422a。并且，从脉冲模式产生器420向EAM 402提供伪随机数据422b(相当于通常的光通信中的RZ信号)。另一方面，从基准频率信号产生器422通过电放大器424向MLLD 400提供39.67137 GHz的正弦波信号423b。由此，由MLLD 400生成与来自基准频率信号产生器422的39.67137 GHz的正弦波信号423a和423b同步的光脉冲串401，并输出。光脉冲串401被输入到EAM 402中，生成伪RZ信号403并输出。伪RZ信号403如上所述，被OTDM电路410进行4倍复用(即4倍增)，生成了160Gbit/s的光脉冲串411。
参照图9(A)和(B)，说明针对模式效应的吸收的实验结果。图9(A)表示相当于输入光信号的光脉冲串的411的时间波形，图9(B)表示相当于再现的光时钟信号的光脉冲串415的时间波形。图9(A)和(B)的横轴是时间轴，一个刻度是相当于6.3ps的间隔。另外，图9(A)和(B)的纵轴利用任意刻度来表示光强度。
图9(A)所示的相当于输入光信号的光脉冲串411的时间波形如上所述，该光脉冲强度有偏差，并且还存在时间抖动。然而，由MLLD 414从光脉冲串411提取出的相当于光时钟信号的光脉冲串415的构成该光脉冲串415的光脉冲的峰值强度一致，并且也不存在时间抖动。即，可以看出构成光脉冲串415的光脉冲的峰值位置在时间轴上等间隔地排列。根据图9(A)和(B)所示的实验结果，确认了通过采用使用MLLD来进行光脉冲信号的提取的方式，可以吸收模式效应。
以上的结果与上述的谐振器效应相同，可以利用MLLD内的复用调制效应来说明以上的结果。即，利用基于绕MLLD的谐振器旋转的光脉冲的复用调制效应，将MLLD的可饱和吸收区域的光吸收系数的调制量在时间上平均化。其结果，即使输入的光脉冲的时间间隔和其峰值强度存在偏差，通过将它们的偏差进行时间平均，从而校正成实质上不存在偏差的状态。
如以上所说明的那样，即使由于模式效应而使得输入的光脉冲的时间间隔和其峰值强度存在偏差，在MLLD中，可吸收这些偏差，生成相等的峰值强度的光脉冲按等间隔排列的光脉冲串，并输出。其结果，表示即使对于比特速率比SOA的响应速度还快速的输入光信号，也能够提取光时钟信号。
以实现波长转换自身为目的而被利用的SOA能够适应的比特速率为从大致10Gbit/s到最高40Gbit/s，是被SOA的载流子寿命限制速率的范围内的值。根据第一发明的光时钟信号提取装置，即使利用像这样制造方法已经被确立的SOA，也能够从比特速率比由SOA的载流子寿命限制的速率快的输入光信号中，提取出光脉冲信号。
另外，如果像以往的方式(例如非专利文献1和3中所公开的方式)那样，将输入光信号直接输入到MLLD中，利用基于MLLD内的谐振的复用调制效应，从弱的输入光信号中提取光时钟信号，则会产生以下的问题。即，产生在波分复用(WDMWavelength Division Multiplexing)光通信系统中，提取光时钟信号时所产生的问题。在WDM系统中，分配给各个信道的波长不允许随意地分配任意的波长，而必须对应于依据统一规格的波长栅格(grid)。
对本发明进行具体说明，从MLLD输出的光时钟信号的波长λ3必须与该波长栅格一致。假设如果输入光信号的波长λ1与光时钟信号的波长λ3相同，则当然满足应该与该波长栅格一致这样的条件。然而，在λ1λ3时，波长λ3不一定与波长栅格一致。
在WDM系统中，为了不引起信道间的光信号之间的干涉，设定成使波长栅格的间隔与比特速率频率不一致。例如，比特速率是39.81312GHz，波长栅格的间隔是50GHz等。即，波长栅格的间隔是比特速率频率的整数倍这样的简单关系不成立。因此，根据以往方式，在提取光时钟信号时，在λ1λ3时，若要利用基于MLLD的谐振的复用调制效应，则由于WDM光通信系统设定成满足λ1波长栅格，所以MLLD的固有的振荡波长λ3不能够满足波长栅格。这是因为如上所述，λ1与λ3之比必须为整数比。
另一方面，根据第一发明的光时钟信号提取装置，由于通过第一转换单元来进行，从而通过第一转换单元把中间生成光信号的波长λ2设定为与λ1成整数比，从而即使在λ1λ3时，也能够使提取的光时钟信号的波长λ3与波长栅格一致。即，可以说第一发明的光时钟信号提取装置也是适合于在WDM光通信系统中利用的装置。
<第一光转换器>
也可以代替SOA，而使用可饱和吸收体或EAM作为第一发明的光时钟信号提取装置的构成要素的第一光转换器，来实现该第一发明的光时钟信号提取装置。作为可饱和吸收体或EAM，例如可以利用参照图3所说明的MLLD的可饱和吸收区域。这里，使用体结晶或拉伸应变量子阱来形成作为可饱和吸收体或EAM而起作用的光波导，对于不依赖于输入光信号的偏振光方向而表现出后述的交叉吸收调制效应(XAMcrossabsorption modulation)是优选的。
在图1和图2所示的光脉冲信号提取装置中，利用在作为第一光转换器的SOA内表现出的XGM来生成中间生成光信号(波长λ2)。即，在SOA内利用通过输入光信号来调制正的增益的现象，把波长λ2的连续波光复原，生成中间生成光信号。
与此相对，在利用可饱和吸收体或EAM来实现第一光转换器时，利用XAM来生成中间生成光信号(波长λ2)。此时，利用通过输入光信号来调制可饱和吸收体或EAM的负的增益即光吸收系数的现象，由波长λ2的连续波光生成中间生成光信号。其中，在利用XAM生成中间生成光信号时，作为输入光信号的RZ信号模式与所生成的中间生成光信号的模式不是逻辑反转的关系，而是相同逻辑的关系。然而，这里也如已经叙述的那样，作为输入光信号的RZ信号模式与所生成的中间生成光信号的模式不管是逻辑反转的关系也好还是相同逻辑的关系也好，在实现提取光时钟信号这个目的方面，并不会产生任何问题。
取代SOA而利用可饱和吸收体或EAM来实现第一光转换器的优点是，与利用SOA来实现第一光转换器的情况相比，能够更快地从输入光信号中提取光时钟信号。
如已经说明的那样，即使在利用SOA来实现第一光转换器的情况下，也能够从比特速率比SOA的响应速度快的输入光信号中提取光时钟信号，然而其程度上存在限制。当SOA的响应速度与输入光信号的比特速率频率相比极其慢时，SOA的载流子密度调制的程度非常小，从SOA输出的中间生成光信号成为具有与连续波光接近的时间波形的信号。这样，即使把具有与连续波光接近的时间波形的中间生成光信号输入到MLLD中，也不能够产生被动锁模动作。即，在MLLD中，不能够实现作为光时钟信号提取动作的光脉冲生成步骤(第二转换步骤)。为了在MLLD中快速地实现光时钟信号提取动作，需要更快速的器件作为第一光转换器。
如果取代SOA而利用可饱和吸收体或EAM作为第一光转换器，则其动作速度能够进一步快速化。这样能够快速化的理由在于，可饱和吸收体或EAM的动作速度，是由通过施加于可饱和吸收体或EAM上的反偏置电压来挑选由于输入构成输入光信号的光脉冲而产生的载流子的速度所决定的。即，该载流子被挑选的速度与基于能带间迁移的载流子的寿命相比非常快速，从数ps到最慢数十ps。该速度与上述的作为基于SOA内的能带间迁移的载流子寿命的数百ps(微微秒)到数ns(纳秒)左右的速度相比非常快速。其结果，通过取代SOA而利用可饱和吸收体或EAM作为第一光转换器，能够从更加快速的比特速率的输入光信号中提取光时钟信号。
<第三实施方式>
作为第三实施方式，参照图10说明第二发明的光时钟信号提取装置和光时钟信号提取方法。图10是该光时钟信号提取装置的概要结构框图。
第二发明的光时钟信号提取装置与上述的第一发明的光时钟信号提取装置和第一转换单元不同。作为第一转换单元所具备的第一光转换器，可以利用SOA，但与第一发明的光时钟信号提取装置的情况不同，不能够利用可饱和吸收体或EAM。即，在第二发明的光时钟信号提取方法中，不利用XAM，而利用XGM来实现第一转换步骤。
若利用XGM来实现第一转换步骤，则与上面所叙述那样利用XAM来实现的情况相比，其速度变慢。然而，如后面所述，可以不仅将波长为λ2的连续波光而且将波长为λ4的连续波光也同时输入到作为第一光转换器的SOA中，从而提高SOA的响应速度。
第二发明的光时钟信号提取装置中的第一转换单元56除了具有第一光转换器12(这里是SOA)和波长为λ2的连续波光源16外，还具有波长为λ4的连续波光源50。将比特速率为f、波长为λ1的输入光信号100、波长为λ2的连续波光200和波长为λ4的连续波光58输入到第一光转换器12中，利用通过输入光信号110、波长为λ2的连续波光210和波长为λ4的连续波光58而表现出的交叉增益调制效应，并且不依赖于输入光信号110的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号220并输出。在图10所示的第二发明的光时钟信号提取装置中，从连续波光源50输出的波长为λ4的连续波光58在光路径48中传播，通过光耦合器46，输入到第一光转换器12中。
光循环器10和光隔离器14与第一发明中利用的装置相同，所以省略说明。并且，对于第二转换单元52也与第一发明中利用的相同，所以省略其说明。
第二发明的光时钟信号提取装置中，其动作也与第一发明的光时钟信号提取装置相同，按照通过第一转换步骤和第二转换步骤提取光时钟信号这样的动作原理来动作，在这一点上是相同的。不同点在于，在第一转换步骤中，输入到第一光转换器12中的连续波光不是一种类型，而是除了波长为λ2的连续波光外还加了波长为λ4的连续波光的2种类型。这样，与输入到第一光转换器12中的连续波光为一种类型的情况相比，能够增强构成第一光转换器12的SOA的感应放出，能够使载流子的恢复速度快速化。其结果，如上所述，能够提高SOA的响应速度。
通过不采用一种类型，而是除了波长为λ2的连续波光外还加了波长为λ4的连续波光的2种类型，从而能够增强SOA的感应放出这样的事实，在文献(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.)中已经公开。
这样，构成为利用SOA作为第一转换单元，使得输入到该SOA中的连续波光为波长不同的两种类型，从而使第一转换步骤的动作快速化，所以即使从快速的输入光信号中也能够提取光时钟信号。第二发明的光时钟信号提取装置如在第一发明的光时钟信号提取装置中利用可饱和吸收体或EAM来实现第一光转换器那样，能够使光时钟信号的提取动作快速化。在这一点上，两者均具有相同的优点。
然而，相对于在第二发明的光时钟信号提取装置中始终利用感应放出的效应的情况，在第一发明的光时钟信号提取装置中使用可饱和吸收体或EAM的情况下，利用光吸收效应。其结果，在利用感应放出的效应的第二发明的光时钟信号提取装置中，在第一转换单元中生成的中间生成光信号可容易地具有足够的强度而生成。其另一方面，在第二发明的光时钟信号提取装置中，必须多准备一种连续波光源。因此，采用第一还是第二发明的光时钟信号提取装置，是装入光时钟信号提取功能的系统的设计上的考虑事项。
在以上的说明中，把MLLD的振荡光的偏振波模式作为TE偏振光来进行了说明，但可知，在MLLD的振荡光的偏振波模式是TM偏振光的情况下，通过把中间生成光信号的偏振波模式作为TM偏振光，同样也能够实现第一和第二光时钟信号提取方法。为了把中间生成光信号的偏振波模式作为TM偏振光，只要利用偏振波面保存光纤形成光路径28，把其导波模式设置成在输入到MLLD中时成为TM偏振光即可。这样设置偏振波面保存光纤对于本领域技术人员而言是很容易的。
权利要求
1.一种光时钟信号提取装置，其特征在于，该光时钟信号提取装置具有第一转换单元，该第一转换单元具有第一光转换器和波长为λ2的连续波光源，向所述第一光转换器输入比特速率为f波长为λ1的输入光信号、和波长为λ2的连续波光，不依赖于输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号并输出；以及第二转换单元，该第二转换单元具有第二光转换器，向该第二光转换器输入所述中间生成光信号，通过该第二光转换器的被动锁模动作生成反复频率为f、波长为λ3的光时钟信号并输出。
2.根据权利要求1所述的光时钟信号提取装置，其特征在于，所述第一光转换器是半导体光放大器，该半导体光放大器的活性层由体结晶形成，且放大率不依赖于所述输入光信号的偏振光方向。
3.根据权利要求1所述的光时钟信号提取装置，其特征在于，所述第一光转换器是半导体光放大器，该半导体光放大器的活性层由拉伸应变量子阱结构形成，且放大率不依赖于所述输入光信号的偏振光方向。
4.根据权利要求1所述的光时钟信号提取装置，其特征在于，所述第一光转换器是可饱和吸收体，该可饱和吸收体的活性层由拉伸应变量子阱结构形成，且放大率不依赖于所述输入光信号的偏振光方向。
5.根据权利要求1所述的光时钟信号提取装置，其特征在于，所述第一光转换器是电场吸收型光调制器，该电场吸收型光调制器的活性层由拉伸应变量子阱结构形成，且放大率不依赖于所述输入光信号的偏振光方向。
6.一种光时钟信号提取装置，其特征在于，该光时钟信号提取装置具有第一转换单元，该第一转换单元具有第一光转换器、波长为λ2的连续波光源和波长为λ4的连续波光源，向所述第一光转换器输入比特速率为f波长为λ1的输入光信号、波长为λ2的连续波光和波长为λ4的连续波光，不依赖于输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号并输出；以及第二转换单元，该第二转换单元具有第二光转换器，向该第二光转换器输入所述中间生成光信号，通过该第二光转换器的被动锁模动作生成反复频率为f、波长为λ3的光时钟信号并输出。
7.根据权利要求6所述的光时钟信号提取装置，其特征在于，所述第一光转换器是半导体光放大器，该半导体光放大器的活性层由体结晶形成，且放大率不依赖于所述输入光信号的偏振光方向。
8.根据权利要求6所述的光时钟信号提取装置，其特征在于，所述第一光转换器是半导体光放大器，该半导体光放大器的活性层由拉伸应变量子阱结构形成，且放大率不依赖于所述输入光信号的偏振光方向。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的光时钟信号提取装置，其特征在于，所述第二光转换器是被动锁模半导体激光器，该被动锁模半导体激光器具有增益区域和可饱和吸收区域。
10.一种光时钟信号提取方法，其特征在于，该光时钟信号提取方法包括第一转换步骤，该第一转换步骤将比特速率为f波长为λ1的输入光信号、和波长为λ2的连续波光输入到第一光转换器中，利用通过所述输入光信号和所述连续波光而表现出的交叉增益调制效应，并且不依赖于输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号并输出；以及第二转换步骤，该第二转换步骤将所述中间生成光信号输入到第二光转换器中，通过该第二光转换器的被动锁模动作生成反复频率为f、波长为λ3的光时钟信号并输出。
11.一种光时钟信号提取方法，其特征在于，该光时钟信号提取方法包括第一转换步骤，该第一转换步骤将比特速率为f波长为λ1的输入光信号、波长为λ2的连续波光和波长为λ4的连续波光输入到第一光转换器中，不依赖于所述输入光信号的偏振光方向，生成波长为λ2的中间生成光信号并输出；以及第二转换步骤，该第二转换步骤将所述中间生成光信号输入到第二光转换器中，通过该第二光转换器的被动锁模动作生成反复频率为f、波长为λ3的光时钟信号并输出。
12.根据权利要求10或11所述的光时钟信号提取方法，其特征在于，所述第二转换步骤使用具有增益区域和可饱和吸收区域的被动锁模半导体激光器，将该被动锁模半导体激光器的振荡纵模式中的任一个设定成接近所述中间生成光信号的波长λ2的值来执行。
全文摘要
光时钟信号提取装置和光时钟信号提取方法，不依赖输入光信号的偏振光方向提取光时钟信号。该装置具有第一转换单元(30)，其有第一光转换器(12)和波长λ
文档编号H04L7/00GK101022313SQ20071000428
公开日2007年8月22日 申请日期2007年1月19日 优先权日2006年2月14日
发明者荒平慎 申请人:冲电气工业株式会社
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