DE19506380A1

DE19506380A1 - Phasenregelkreisschaltung unter Verwendung der optischen Korrelationserkennung

Info

Publication number: DE19506380A1
Application number: DE19506380A
Authority: DE
Inventors: Satoki Kawanishi; Osamu Kamatani; Masatoshi Saruwatari
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1994-02-23
Filing date: 1995-02-23
Publication date: 1995-08-24
Also published as: US5706113A; US5574588A

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Phasenregelkreis-Taktschaltung (nachstehend auch PLL-Schaltung genannt) und eine optische Korrelationerkennungsschaltung, die für den Aufbau dieser optischen Phasenregelkreis-Taktschaltung besonders geeignet ist, wobei beide zum Einrasten von Frequenz und Phase des Taktsignals in optischen Leitungsverstärkern, optischen Endeinrichtungen und in der optischen Signalverarbeitung im Bereich der optischen Hochgeschwindigkeits-Nachrichtenübertragungen verwendet werden.

Fig. 10 ist eine strukturelle Darstellung eines Beispiels für eine herkömmliche optische Phasenregelkreis-Taktschaltung. In dieser Abbildung sind ein optischer Signaleingangsanschluß 601, ein Optokoppler 602, ein Wanderwelle-Halbleiterlaser- Verstärker 603, ein optischer Bandpaßfilter 604, ein optischer Empfängerschaltkreis 605, ein Phasenkomparator 606, ein spannungsgeregelter Oszillator 607 (nachfolgend als "VCO" bezeichnet), ein Mikrowellenmischer 608, ein optischer Impulsgenerator 609, ein optischer Impulsmultiplexer 610, ein Niederfrequenzsender 611 und ein Frequenzvervielfacher 612 dargestellt. Die Schwingfrequenz von VCO 607 ist mit f₀ bezeichnet und der Wert dieser Schwingfrequenz f₀ ist derart eingestellt, daß die Übertragungsgeschwindigkeit (Bit/Sek.) des optischen Signals, das über den optischen Signaleingangsanschluß 601 eingegeben wird, nf₀ beträgt (n ist eine ganze Zahl oder größer gleich 1).

Nachfolgend wird der effektive Aufbau des optischen Impulsmultiplexers erklärt. Fig. 11 ist eine strukturelle Darstellung eines 2-fachen optischen Impulsmultiplexers unter Verwendung einer Glasfaser. In dieser Abbildung sind Eingangsanschluß 701, Glasfaser-Koppler 702, Glasfaser- Verzögerungsleitung 703, Glasfaser-Koppler 704 und Ausgangsanschluß 705 dargestellt. In dieser Anordnung wird der optische Taktimpuls, der am Eingangsanschluß 701 eintritt, mit Hilfe des Glasfaser-Kopplers 702 in 2 geteilt. Einer dieser geteilten optischen Taktimpulse wird mit Hilfe der Glasfaser- Verzögerungsleitung 703 um T/2 + mT verzögert (T ist der Zeitschlitz des optischen Eingangstaktimpulses = 1/f₀, und m ist eine ganze Zahl) und anschließend mit Hilfe des Glasfaser- Kopplers 704 wieder eingekoppelt, so daß eine Wiederholungsfrequenz entsteht, die mit 2× den optischen Takt gleich ist (d. h. optischer Takt multipliziert mit 2). Im oben genannten Falle beträgt die Wiederholungsfrequenz des gebildeten optischen Taktsignals 2×(f₀+Δf). Für den Fall, daß der Vervielfachungsfaktor des Taktsignals größer als 2 ist, wird der zuvor genannte Multiplexer mehrstufig geschaltet. Der Vervielfachungsfaktor des Taktsignals beträgt dann 2^K durch eine Zuschaltung von k Stufen. In diesem Fall beträgt jedoch der Verzögerungswert der Glasfaser-Verzögerungsleitung im k-ten Multiplexer von der einfallenden Seite (T/2^K + mT).

Fig. 12 ist eine strukturelle Darstellung eines dreistufigen 8-fachen optischen Impulsmultiplexers unter Verwendung eines Lichtwellenleiters. In dieser Abbildung werden ein Eingangsanschluß 801, eine optische Kombinations-/Teilungs- Einrichtung 802, Lichtwellenleiter 803 und 804, ein optischer Teiler 805, Lichtwellenleiter 806 und 807, eine optische Kombinations-/Teilungs-Vorrichtung 808, Lichtwellenleiter 809 und 810, eine optische Kombinations-/Teilungs-Vorrichtung 811 sowie ein Ausgangsanschluß 812 dargestellt. Diese Schaltung ist durch Integration der in Fig. 11 erklärten Funktionen, auf einen Siliziumträger aufgebaut. Die Funktionen sind die gleichen wie die der Anordnung in Fig. 11; wegen der monolithischen Integration zeigt die vorliegende Schaltung jedoch eine kompakte Form und eine stabilere Betriebsweise, die durch Temperaturschwankungen und dergleichen nicht beeinflußt wird.

Ein Beispiel für das Erreichen des optischen Taktmultiplexens unter Verwendung der vorliegenden Schaltung wird in in S. Kawanishi, et al. beschrieben ("100 Gbit/s, 50 km, and Non- Repeated Optical Transmission Employing All-Optical Multi/Demultiplexing and PLL-Timing", Electronics Letters, vol. 29, pp. 1075-1076, 1993).

Nachfolgend werden die Vorgänge in einem herkömmlichen Phasenregelkreis für die optische Taktschaltung nach Fig. 10 erklärt. Das Ausgangssignal von VCO 607 unterliegt einer Frequenzverschiebung auf (f₀+Δf) durch Niederfrequenzoszillator 611 und Mikrowellenmischer 608 unterworfen. Der optische Impulsgenerator 609 wird anschließend durch das Signal gesteuert, das der zuvor beschriebenen Frequenzverschiebung unterzogen wird. Als Ergebnis wird vom optischen Impulsgenerator 609 ein optisches Taktsignal mit einer Wiederholungsfrequenz von (f₀+Δf) erzeugt. Wie oben beschrieben wird das vom optischen Impulsgenerator 609 erzeugte optische Taktsignal mit Hilfe des optischen Taktmultiplexers 610 dem Multiplexvorgang unterzogen, der sowohl in der Anordnung der Fig. 11 als auch in der Fig. 12 dargestellt ist, und als ein dem Multiplexvorgang unterzogenes Taktsignal ausgegeben, in dem die Wiederholungsfrequenz n-fach ist (n ist eine ganze Zahl). Das optische Taktsignal, das durch den optischen Taktimpulsmultiplexer 610 dem Multiplexvorgang unterzogen wurde, wird mit einem optischen Signalimpuls des optischen Signaleingangsanschlusses 601 kombiniert, indem beide den Optokoppler 602 passieren, und anschließend in den Wanderwellen- Halbleiterlaser-Verstärker 603 eingespeist werden. Wenn nun n = 2^K festgelegt ist, damit die Frequenz des Taktsignals, die dem Multiplexvorgang unterzogen wird, eine Frequenz von 2^K (f₀+Δf) entsprechend der Übertragungsgeschwindigkeit nf₀ des optischen Signals erreicht, selbst wenn der optische Signalimpuls ein vollkommen zufälliges Modulationssignal ist, wird die nΔf- Komponente, die als Korrelation für den optischen Signalimpuls und das optische Taktsignal dient, von diesen beiden Lichtsignalen erzeugt.

Im folgenden werden die Vorgänge im Wanderwellen- Halbleiterlaser-Verstärker 603, der als optische Modulationsvorrichtung dient, beschrieben. Die Wellenlänge λ_sig des optischen Signals, das in den Wanderwellen-Halbleiterlaser- Verstärker 603 eingespeist wird, und die Wellenlänge λ_clk des optischen Taktsignals unterscheiden sich so stark voneinander, daß keine kohärente Interferenz entsteht. Wenn ein optisches Taktsignal mit einer bestimmten optischen Intensität in den Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker eintritt, wird der Träger im Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker 603 moduliert. Die Modulation dieses Trägers bedeutet, daß die Verstärkung durch Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker 603 bezüglich eines optischen Signals moduliert wird, das als weiterer optischer Eingang dient. Die Prinzipien dieser Modulation sind ausführlich in Kawanishi, S. et al. beschrieben ("Ultra-high speed PLL-type clock recovery circuit based on all-optical gain modulation in traveling-wave laser diode amplifier"; IEEE Journal of Light Wave Technology, vol. 11, pp. 2123-2129; 1993).

Wie oben beschrieben ist die Korrelationskomponente beider Lichtsignale in dem optischen Signal enthalten, wobei die Verstärkung durch das oben genannte optische Taktsignal moduliert ist. Als Ergebnis wird dieses optische Signal mit Hilfe des optischen Bandpaßfilters 604 ausgekoppelt, mit Hilfe des optischen Empfängerschaltkreises 605 in ein elektrisches Signal umgewandelt und mit Hilfe des Phasenkomparators 606 mit einem Standardsignal verglichen. Der PLL-Betrieb wird dann durch Rückkopplung dieser Ausgabe zu VCO 607 erreicht.

Nachfolgend wird der Hauptvorgang dieser PLL-Schaltung beschrieben. Zunächst wird das optische Signal (mit der Wiederholungsfrequenz nf₀), das am optischen Signaleingangsanschluß 601 eingegeben wurde, mit einem dem Multiplexvorgang unterzogenen optischen Taktsignal über Optokoppler 602 kombiniert und in Wanderwellen-Halbleiterlaser- Verstärker 603 eingespeist. Der Einfachheit halber ist sowohl der optische Signalimpuls als auch das Taktsignal eine Sinuswelle und werden entsprechend durch die unten angegebenen Formeln Ps(t) und Pc(t) dargestellt.

Ps(t) = Ps {1 + sin n (2πf₀t + Φ) (t))} (1)

Pc(t) = Pc {1 + sin (2πn (f₀ + Δf)t)} (2)

In den Formeln sind Ps und Pc Konstanten. Desweiteren stellt f(t) die Phasendifferenz (der Reziprokwert der Zeitdifferenz der Impuls lagen) zwischen dem optischen Signalimpuls und dem optischen Taktsignal dar. Dieses Φ(t) stellt die Steuerfunktion der PLL-Schaltung dar und sollte auf 0 oder einen konstanten Wert gesetzt werden.

Daher treten das optische Signal und das optische Taktsignal in den Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker 603 ein und erfahren eine Verstärkungsmodulation. Im Lichtsignal, das von Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker 603 ausgegeben wird, entsprechen nun jeweils P_sout und P_cout dem zuvor genannten optischen Signal bzw. optischen Taktsignal. P_sout und P_cout werden durch die folgenden Formeln dargestellt:

P_sout = G · Ps [1 + sin n {2πf₀t + Φ(t)}] ·
[1 + m(Pc) sin {2π (f₀ + Δf) t + π}] (3)

P_cout = G · Pc [1 + sin 2nπ (f₀ + Δf)} ·
[1 + m(Ps) sin n {2πf₀t + Φ(t) + π}] (4)

In den oben erwähnten Formeln stellt G die ungesättigte Verstärkung von Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker 603 dar und m(Pc) und m(Ps) das Ausmaß der Verstärkungsmodulation des optischen Taktsignals bzw. des optischen Signals.

Wenn die Intensität des optischen Taktimpulses den Scheitelwert erreicht, wird die Anzahl der Träger im Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker 603 minimiert. Folglich unterscheidet sich die Phase der Verstärkungsmodulation im Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker 603 von der Phase des einfallenden optischen Taktsignals um π. Daher wird diese Phasendifferenz π wie in den Formeln (3) und (4) gezeigt addiert. Von dem optischen Signal und dem optischen Taktsignal, ausgegeben von dem verstärkungsmodulierenden Wanderwellen- Halbleiterlaser-Verstärker 603, wird nur das optische Signal mit Hilfe des optischen Filters 604 ausgekoppelt. Da die Verstärkungsbandbreite (Wellenlängenkonversion) von Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker 603 etwa 50 nm beträgt, ist es möglich, nur ein Lichtsignal mittels des optischen Filters 604 durch hinreichende Trennung der Wellenlänge des optischen Signals und der des optischen Taktsignals innerhalb der zuvor genannten Bandbreite auszukoppeln. Das mit Hilfe des optischen Filters 604 ausgekoppelte optische Signal wird in den optischen Empfängerschaltkreis 605 eingespeist. Nachträglich wird der entsprechende Photostrom Os(t) unter Verwendung einer PIN-Photodiode als optischer Empfänger im optischen Empfängerschaltkreis 605 dargestellt.

Os (t) = (eη/hv) · G · Ps · [l+m(Pc) {sin 2nπ(f₀+Δf)t+π}
+{sin n(2πf₀t+4Φ(t))}
-(1/2)m(Pc) cos{2nπ(2f₀+Δf) t+nΦ(t)+π}
+(1/2)m (Pc) cos{2nπΔft-nΦ(t)+π} (5)

In der oben erwähnten Formel steht e für die Elektronenladung, η für die Quantenausbeute der PIN-Photodiode und hn für die Energie der Photonen. Der letzte Teil der Formel (5) ist die nΔf-Komponente, die durch Korrelation mit dem optischen Taktsignal gebildet wurde, und daher wird die Schwankung der Phasendifferenz zwischen dem optischen Signalimpuls und dem optischen Taktimpuls durch die Änderung dieser nΔf-Komponente ersetzt. Der PLL-Betrieb wird dann mittels Durchführung eines Phasenvergleichs dieser nΔf-Ausgabe und der Δf-Ausgabe des ursprünglichen Oszillators mit einem n-fach multiplizierten nΔf-Referenzsignal und anschließender Zuleitung der Rückkopplung zu VCO 607 erreicht.

Die derzeitigen experimentellen Ergebnisse finden sich in der Referenzliteratur (S. Kawanishi, et al., "Ultra-high-speed PLL-type clock recover circuit based on all-optical gain modulation in traveling-wave laser diode amplifier"; IEEE Journal of Eight Wave Technology, vol. 11, pp. 2123-2129; 1993). Da nun der Phasenvergleich unter Verwendung der nΔf-Komponente durchgeführt wird, ist die Ausgabe des Phasenkomparators proportional zu nΔf. Folglich beträgt bei Betrieb der PLL- Schaltung das Rückkopplungssignal zu VCO 607 den Wert 0, wenn nΔΦ gleich 0 ist, und die Energieschwankung des optischen Signals bleibt unbeeinflußt. Setzt man nΔf auf einen Wert von ca. einigen 100 kHz, ist ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb im elektrischen Phasenkomparator 606 nicht erforderlich und daher kann insgesamt ein Hochgeschwindigkeits-PLL-Betrieb erwartet werden.

In den oben beschriebenen herkömmlichen PLL-Schaltungen bestehen jedoch noch die beiden folgenden Probleme.

Problem 1

Die Verstärkungsmodulation eines Wanderwellen- Halbleiterlaser-Verstärkers ist als Verfahren für die Korrelationerkennung eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses weit verbreitet. Die Effizienz der Modulation hängt dabei jedoch von der Frequenz ab, wie aus den Formeln (3) und (4) ersichtlich ist; genauer gesagt ist diese Effizienz umgekehrt proportional zum Quadrat der Frequenz. In der in S. Kawanishi, et al. ("Ultra-high-speed PLL-type clock recover circuit based on all-optical gain modulation in traveling-wave laser diode amplifier"; IEEE Journal of bight Wave Technology, vol. 11, pp. 2123-2129; 1993) beschriebenen Berechnung liegt der obere Grenzwert der Betriebsgeschwindigkeit der PLL-Schaltung unter Verwendung der Verstärkungsmodulation eines Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärkers bei etwa 100 GHz. Das Erreichen der Betriebsgeschwindigkeiten, die diesen oberen Grenzwert überschreiten, wird als technisch schwierig eingestuft.

Problem 2

Als Verfahren für die Korrelationerkennung eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses wird ein Verfahren verwendet, bei dem die Taktgeschwindigkeit unter Verwendung eines optischen Impulsmultiplexers vervielfacht wird, um eine Übereinstimmung zwischen der Taktgeschwindigkeit und der Übertragungsgeschwindigkeit nf₀ des optischen Signalimpulses herbeizuführen. Nach diesem Verfahren ist jedoch nicht nur der Aufbau des verwendeten Gerätes sehr komplex, sondern auch die Taktfrequenz ist wegen der Betriebsweise der optischen Zeitmultiplex-Schaltung weitgehend festgelegt. Der veränderbare Bereich der Taktfrequenz beträgt höchstens etwa 5%; jeder Versuch, die Taktfrequenz um mehr als den zuvor genannten Wert zu ändern, führt zur Erzeugung von Jittern (Schwankungen) beim Taktmultiplexvorgang, die wiederum eine Funktionsstörung der PLL-Schaltung mit sich bringen. Darüberhinaus können entsprechend der in Fig. 12 gezeigten Anordnung nur Vielfache von 2^K gehandhabt werden, d. h. 2, 4, 8, 16 . . . , und folglich ist die optische Taktvervielfachung mit zufälligen ganzen Zahlen schwierig.

Zusammenfassung der Erfindung

Unter Berücksichtigung des zuvor genannten Problems ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Phasenregelkreis-Taktschaltung für die optische Taktschaltung bereitzustellen, die sich für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb eignet und die zuvor genannten Probleme 1 und 2 löst.

Zur Lösung des zuvor genannten Problems 1 umfaßt daher die vorliegende Erfindung als Verfahren für die Korrelationerkennung eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses eine Ultra-Hochgeschwindigkeits-PLL-Schaltung unter Verwendung eines optischen Hochgeschwindigkeitsphänomens, das schneller ist als das, das durch die Verstärkungsmodulation durch Vier-Wellen- Mischung in einem Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker hervorgerufen wird, Glasfaser und dergleichen sowie Summenfrequenzbildung in einem nichtlinearen optischen Kristall.

Genauer gesagt stellt die vorliegende Erfindung einen Takt- Phasenregelkreis zur Verfügung bestehend aus:
einer ersten Oszillatorvorrichtung, in der die Schwingfrequenz und -phase entsprechend einer externen Steuerung variieren;
einer zweiten Oszillatorvorrichtung zur Ausgabe eines Wechselstromsignals;
einer Frequenzmischvorrichtung zur Erzeugung eines Signals durch Mischen eines Ausgangssignals der ersten Oszillatorvorrichtung mit einem Ausgangssignal der zweiten Oszillatorvorrichtung mit einer Frequenz, die einer Summe, Differenz oder Summe und Differenz der Frequenzen dieser Ausgangssignale übereinstimmt;
einer optischen Impulsgeneratorvorrichtung zur Erzeugung eines optischen Impulses mit einer Wiederholungsfrequenz, die der Frequenz des Ausgangssignals der Frequenzmischvorrichtung entspricht;
einer optischen Multiplexvorrichtung zur Durchführung eines optischen Zeitmultiplexvorganges des optischen Impulses und zur Vervielfachung der Wiederholungsfrequenz um den Faktor n, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer optischen Korrelationerkennungs-Vorrichtung für die Ausgabe des Produkts der Lichtintensitäten eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses, der von der optischen Multiplexvorrichtung ausgegeben wird;
einer optischen Empfängervorrichtung zur Umwandlung der optischen Ausgabe der optischen Korrelationerkennungs- Vorrichtung in ein elektrisches Signal; und
einer Vorrichtung zur Steuerung der Phase der ersten Oszillatorvorrichtung durch den Vergleich der Phase des von der optischen Empfängervorrichtung ausgegebenen elektrischen Signals mit der Phase des Signals, das durch Vervielfachung des Standardsignals um den Faktor n erzeugt wird, so daß die Phasendifferenz der Signale einen bestimmten Wert annimmt;
wobei die optische Korrelationerkennungs-Vorrichtung aus einer optischen Kombinationsvorrichtung zum Kombinieren des optischen Signalimpulses mit dem optischen Taktimpuls besteht, einer Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker-Vorrichtung zur Verstärkung eines Signals, das durch diese Kombination erzeugt wird, und einer optischen Teilungsvorrichtung zur alleinigen Auskopplung der Wellenlänge des Vier-Wellen-Mischlichts aus dem optischen Ausgangssignal der Wanderwellen-Halbleiterlaser- Verstärker-Vorrichtung, die eine Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses ist;
wobei die Schwingfrequenz der ersten Oszillatorvorrichtung auf 1/n der Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signalimpulses eingestellt wird, und die Wellenlängen des optischen Signals und des optischen Ausgangs der optischen Impulsgeneratorvorrichtung sind auf solche Werte eingestellt, daß die Signale kohärent interferieren.

Entsprechend dem zuvor Genannten wird die Korrelationerkennung eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses unter Verwendung eines Ultra- Hochgeschwindigkeits-Vier-Wellen-Misch-Phänomens im Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker durchgeführt, und selbst wenn die Korrelationerkennung eines Ultra-Hochgeschwindigkeits- Signals durchgeführt wird, kann als Ergebnis ein mit diesem Ultra-Hochgeschwindigkeits-Signalsynchronisiertes Taktsignal ohne Verschlechterung der Mischung der Vier-Wellen-Mischung erzeugt werden.

Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung zur Lösung des oben genannten Problems 2 eine optische Ultra- Hochgeschwindigkeits-PLL-Schaltung zur Verfügung, die als Verfahren zur Erkennung der Korrelation zwischen einem optischen Signalimpuls und einem optischen Taktimpuls, ein Verfahren zur direkten Erkennung eines Korrelationssignals zwischen einem kurzen optischen Taktimpuls und einem optischen Signalimpuls verwendet, wobei der kurze optische Taktimpuls keinem Zeitmultiplexvorgang wie im Stand der Technik unterzogen wird.

Genauer gesagt besteht die optische Korrelationerkennungsschaltung der optischen PLL-Schaltung aus:
einer optischen Kombinationsvorrichtung zum Kombinieren eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses mit einer genügend engen Impulsbreite zum Einschließen der n-ten Oberwellenkomponente einer Wiederholungsfrequenz, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker-Vorrichtung zur Ausgabe eines Produkts der Intensitäten des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses; und
einer optischen Teilungsvorrichtung zur alleinigen Auskopplung der Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses aus einem optischen Ausgangssignal der Wanderwellen-Halbleiterlaser- Verstärker-Vorrichtung.

In der Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker-Vorrichtung wird die Verstärkungsmodulation des optischen Taktimpulses oder die Vier-Wellen-Mischung zwischen dem optischen Taktimpuls und dem optischen Signalimpuls erzeugt, um eine Ausgabe, die ein Korrelationssignal enthält, zwischen beiden optischen Impulsen zu erzeugen. Anschließend wird das Korrelationssignal im Ausgangssignal durch die optische Teilungsvorrichtung erkannt.

Anders ausgedrückt wird unter Verwendung eines kurzen optischen Taktimpulses, der keinem optischen Zeitmultipexvorgang unterzogen wird, das Korrelationssignal zwischen einem optischen Signal und einem optischen Taktsignal durch Ultra- Hochgeschwindigkeits-Vier-Wellen-Mischung und dergleichen erkannt. Als Ergebnis ist es möglich, ein Taktsignal zu erzeugen, das auf 1/n der Wiederholungsfrequenz eines optischen Ultra-Hochgeschwindigkeits-Signals synchronisiert ist. Desweiteren ist es entsprechend der vorliegenden PLL-Schaltung möglich, ein Taktsignal und einen Teilungstakt zu erzeugen, die mit einem zufällig modulierten optischen Signal synchronisiert sind, und daher ist die vorliegende PLL-Schaltung leistungsfähiger, wenn sie im Bereich der optischen Ultra- Hochgeschwindigkeits-Nachrichtenübertragung, Signalverarbeitung und dergleichen eingesetzt wird.

Kurze Beschreibung der Abbildungen (Figuren)

Fig. 1A ist ein Diagramm, das die Anordnung entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 1B ist ein Diagramm, das eine weitere Anordnung entsprechend einer ersten Ausführungsform zeigt.

Fig. 2A ist ein Diagramm, das das Spektrum für den Fall zeigt, daß die Wellenlängen des optischen Signals und des optischen Taktsignals, die in den Wanderwellen-Halbleiterlaser- Verstärker eintreten, gemäß der gleichen Ausführungsform getrennt sind.

Fig. 2B ist ein Diagramm, das den Fall darstellt, wenn die Wellenlängen derart nahe aneinander liegen, daß beide Lichtsignale kohärent interferieren.

Fig. 3A ist ein Diagramm, das die Anordnung einer Abänderung des Beispiels 1 entsprechend einer ersten Ausführungsform zeigt.

Fig. 3B ist ein Diagramm, das eine weitere Anordnung der Abänderung des Beispiels 1 zeigt.

Fig. 4A ist ein Diagramm, das die Anordnung einer Abänderung des Beispiels 2 entsprechend einer ersten Ausführungsform zeigt.

Fig. 4B ist ein Diagramm, das eine weitere Anordnung der Abänderung des Beispiels 2 zeigt.

Fig. 5A ist ein Diagramm, das die Anordnung einer Abänderung des Beispiels 3 entsprechend einer ersten Ausführungsform zeigt.

Fig. 5B ist ein Diagramm, das eine weitere Anordnung der Abänderung des Beispiels 3 zeigt.

Fig. 6A ist ein Diagramm, das die Anordnung einer zweiten Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 6B ist ein Diagramm, das eine weitere Anordnung einer zweiten Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Spektren des optischen Signal- und Taktimpulses darstellt, die in Optokoppler 102 eingegeben werden, sowie das Spektrum des Ausgangslichts des Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärkers 103.

Fig. 8A ist ein Diagramm, das die Anordnung einer Abänderung des Beispiels 4 entsprechend einer zweiten Ausführungsform zeigt.

Fig. 8B ist ein Diagramm, das eine weitere Anordnung der Abänderung des Beispiels 4 zeigt.

Fig. 9A ist ein Diagramm, das die Anordnung einer Abänderung des Beispiels 5 entsprechend einer zweiten Ausführungsform zeigt.

Fig. 9B ist ein Diagramm, das eine weitere Anordnung der Abänderung des Beispiels 5 zeigt.

Fig. 10 ist ein Diagramm, das einen herkömmliche Aufbau zeigt.

Fig. 11 ist ein strukturelles Diagramm, das den 2-fachen Multiplexer eines optischen Taktsignals unter Verwendung einer Glasfaser zeigt.

Fig. 12 ist ein strukturelles Diagramm, das einen dreistufigen 8-fachen optischen Impulsmultiplexer unter Verwendung eines Lichtwellenleiters zeigt.

Fig. 13 ist ein Diagramm, das die Anordnung einer Abänderung des Beispiels 6 entsprechend einer zweiten Ausführungsform zeigt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Nachfolgend werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildungen erklärt.

Erste Ausführungsform

Fig. 1A zeigt ein Diagramm, das die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In dieser Abbildung sind ein optischer Signaleingangsanschluß 101, ein Optokoppler 102, ein Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker 103, ein optisches Bandpaßfilter 104, ein optischer Empfängerschaltkreis 105, ein Phasenkomparator 106, ein VCO 107, ein Mikrowellenmischer 108, ein optischer Impulsgenerator 109, ein optischer Impulsmultiplexer 110, ein Niederfrequenzoszillator 111 und ein Frequenzvervielfacher 112 dargestellt. Die Schwingfrequenz f₀ von VCO 107 ist so eingestellt, daß die Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signals, das über den optischen Signaleingangsanschluß 101 eingegeben wird, nf₀ beträgt (n ist eine ganze Zahl größer gleich 1), wie in der oben gezeigten Anordnung nach Fig. 10 gezeigt.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.

Das Ausgangssignal von VCO 107 wird durch Niederfrequenzoszillator 111 und Mikrowellenmischer 108 einer Frequenzverschiebung unterzogen. Der optische Impulsgenerator 109 wird durch dieses frequenzverschobene Signal gesteuert, und der Ausgangsimpuls des optischen Impulsgenerators 109 wird durch den optischen Impulsmultiplexer 110 dem Multiplexvorgang unterzogen, um ein optisches Taktsignals zu erzeugen, in dem die Frequenz dem Multiplexvorgang unterzogen wird (d. h. mit Faktor n vervielfacht). Die oben erwähnten Vorgänge sind denen, die in Fig. 10 dargestellt werden, ähnlich.

Nachfolgend werden die Vorgänge im Wanderwellen- Halbleiterlaser-Verstärker 103 erklärt, der als optische Modulationsvorrichtung dient. Die Fig. 2A und 2B zeigen das Verhältnis zwischen der Wellenlänge λ_sig eines optischen Signals und der Wellenlänge λ_clk eines optischen Taktsignals, die in den Wanderwellen-Hableiterlaser-Verstärker 103 eintreten. Fig. 2A zeigt das Verhältnis des optischen Signals zum optischen Taktsignal entsprechend einer herkömmlichen Technologie, falls die Wellenlängen beider Lichtsignale getrennt werden; Fig. 2B zeigt den Fall der vorliegenden Ausführungsform, in dem die Wellenlängen beider Lichtsignale derart nahe aneinander liegen, daß eine kohärente Interferenz zu beobachten ist. Im Falle von Fig. 2B, d. h. falls die Wellenlängen λ_sig und λ_clk hinreichend nahe aneinander liegen, um eine kohärente Interferenz zu beobachten, wird eine Komponente entsprechend der Korrelation beider Lichtsignale mit einer neuen Wellenlänge Σ_FWM durch Vier-Wellen- Mischung zwischen dem optischen Signal und dem optischen Taktsignal innerhalb des Halbleiterlasers erzeugt (Hinweis: I/λ_FWM = 2/λ_sig - 1/λ_clk). Die vorliegende Ausführungsform macht von diesem Phänomen Gebrauch.

Das vorliegende Phänomen ist ein nichtlineares optisches Ultra-Hochgeschwindigkeits-Phänomen, das sich im wesentlichen vollkommen von dem der Verstärkungsmodulation entsprechend dem herkömmlichen Stand der Technik unterscheidet. Eine genauere Erklärung findet sich in Y. R. Shen, "The Priciples of Nonlinear Optics", Wiley Interscience, pp. 242-266, 1984. Auf diese Weise enthält das durch die Vier-Wellen-Mischung erzeugte Licht eine Korrelationskomponente (nΔf) beider zuvor genannten Größen. Deshalb erreicht man nach Auskopplung dieses Vier-Wellen- Mischlichts durch ein optisches Bandpaßfilter 104 den PLL- Betrieb wie im herkömmlichen Stand der Technik beschrieben, d. h. durch Umwandlung in ein elektrisches Signal durch den optischen Empfängerschaltkreis 105, durch den Vergleich eines Standardsignals mit einem n-fachen nΔf-Signal durch Phasenkomparator 106 und nachfolgende Rückkopplung dieser Ausgabe zu VCO 107.

Desweiteren ist es in Hinblick auf den Vorgang in Phasenkomparator 106 ebenfalls möglich, eine Schaltungsaufbau nach Fig. 1B zu verwenden. In Fig. 1B wird die Ausgangsfrequenz des optischen Empfängerschaltkreises 105 durch den Teilerschaltkreis 113 mit m/n multipliziert (m ist eine rationale Zahl), und beide in den Phasenkomparator 106 einzugebende Frequenzen werden mit den Phasen beider Lichtsignale als mΔf, durch Vervielfachung der Ausgabe des Wechselstromsignalgenerators 111 mit m, verglichen. Wenn m=1 ist, kann nun Frequenzvervielfacherschaltkreis 112 ausgelassen werden, und wenn m=n ist, kann der Teilerschaltkreis 113 entfallen.

Abänderung des Beispiels 1

Fig. 3A ist ein Diagramm, das eine Abänderung der oben genannten ersten Ausführungsform zeigt. In dieser Abbildung sind ein optischer Signaleingangsanschluß 301, ein Optokoppler 302, eine Glasfaser 303, ein optisches Bandpaßfilter 304, ein optischer Empfängerschaltkreis 305, ein Phasenkomparator 306, ein VCO 307, ein Mikrowellenmischer 308, ein optischer Impulsgenerator 309, ein optischer Impulsmultiplexer 310, ein Niederfrequenzoszillator 311 und ein Frequenzvervielfacher 312 dargestellt.

In dem vorliegenden abgeänderten Beispiel wird Glasfaser 303 als Medium zur Erzeugung der Vier-Wellen-Mischung verwendet. In dieser Glasfaser können die entsprechenden Wellenlängen des optischen Signals und des optischen Taktsignals auf ±10 nm der abweichungsfreien (Null Dispersion) Wellenlänge von Glasfaser 303 eingestellt werden.

Wie für die erste Ausführungsform gezeigt, ist es desweiteren ebenfalls möglich, den Aufbau nach Fig. 3B für die vorliegende Abänderung zu verwenden. Die Vorgänge sind mit denen, die in Zusammenhang mit Fig. 1B beschrieben werden, identisch.

Abänderung des Beispiels 2

Fig. 4A ist ein Diagramm, das eine weitere Abänderung der oben genannten ersten Ausführungsform zeigt. In dieser Abbildung sind ein optischer Signaleingangsanschluß 401, ein Optokoppler 402, ein nichtlineares optisches Kristall 403, ein optisches Bandpaßfilter 404, ein optischer Empfängerschaltkreis 405, ein Phasenkomparator 406, ein VCO 407, ein Mikrowellenmischer 408, ein optischer Impulsgenerator 409, ein optischer Impulsmultiplexer 410, ein Niederfrequenzoszillator 411 und ein Frequenzvervielfacher 412 dargestellt.

In dem vorliegenden abgeänderten Beispiel wird das Phänomen der Summenfrequenzbildung in einem nichtlinearen optischen Kristall als optische Modulationsvorrichtung verwendet. Dieses Phänomen der Summenfrequenzbildung führt. Wenn zwei Lichtarten mit den optischen Wellenlängen ν1 und ν2 in das nichtlineare optische Kristall einfallen, führt dieses Phänomen der Summenfrequenzbildung zur Ausgabe eines Lichts mit einer optischen Frequenz, die der Summe beider Lichtsignale entspricht, bei einer Amplitude, die proportional zum Produkt der Intensitäten der beiden einfallenden Lichtsignale ist. Ausführliche Hinweise zu diesem Phänomen finden sich in H. Takara, et al., ("Ultra-high-speed optical waveform measurement method using optical sampling with sum-frequency generation" (auf japanisch), Denshi Jouhou Tsushin Gakkai Ronbunshi B-1, J75-B-1; pp. 372-380: 1992). In Hinblick auf dieses Phänomen beträgt die optische Frequenz des erzeugten Korrelationssignals (ν1+ν2); wenn z. B. für zwei Lichtsignale 1,55 µm und 1,3 µm gemessen wird, führt dies zu einem Lichtsignal der Summenfrequenz von 0,7 µm. Im Falle der Vier-Wellen-Mischung, wie zuvor in der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben, ist es notwendig, daß die Wellenlängen der einfallenden zwei Lichtsignale in einem Abstand von etwa 10 nm zueinander liegen, und die Wellenlänge des Ausgangslichts befinden sich ebenfalls innerhalb des Bereichs von etwa 10 nm zu den einfallenden Lichtsignalen. Im Gegensatz dazu ist es bei der Summenfrequenzbildung möglich, diese über einen weiteren Wellenlängenbereich als im Falle der Vier-Wellen-Mischung durch Einstellen der Einfallswinkel der Lichtsignale und dergleichen in den Kristall zu erhalten (wie beispielsweise durch die Lichtsignale mit 1,55 µm und 1,3 µm gezeigt). Als nichtlineares optisches Kristall kann jedes Material, das zu Summenfrequenzbildung führt, wie beispielsweise LiIO₃, LiNbO₃, KTP, KNbO₃ und dergleichen, die in der oben angegeben Dokumentation erwähnt sind, verwendet werden. Da das erzeugte Summenfrequenzlicht genau die gleiche Korrelationskomponente wie das Vier-Wellenmischlicht besitzt, wird der PLL-Betrieb wie in der ersten und zweiten Ausführungsform erreicht werden, indem das zuvor genannte Lichtsignal in ein elektrisches Signal gewandelt wird und anschließend zum VCO rückgeführt wird.

Wie in der ersten Ausführungsform gezeigt ist es desweiteren ebenfalls möglich, den Aufbau nach Fig. 4B für die vorliegende Abänderung zu verwenden. Die Vorgänge sind mit denen, die in Zusammenhang mit Fig. 1B beschrieben werden, identisch.

Abänderung des Beispiels 3

Fig. 5A ist ein Diagramm, das eine weitere Abänderung der ersten Ausführungsform zeigt. In dieser Abbildung sind ein spannungsgeregelter Oszillator 501, ein Mischer 502, ein optischer Impulsgenerator 503, ein Optokoppler 504, eine Glasfaser 505, ein Optokoppler 506, ein optischer Teiler 507, ein optischer Signaleingangsanschluß 508, ein optische Ausgangsanschluß 509, ein optischer Empfängerschaltkreis 510, ein Niederfrequenzoszillator 511, ein Phasenkomparator 512, ein optischer Impulsmultiplexer 513 und ein Frequenzvervielfacher 514 dargestellt.

Nachfolgend werden die Vorgänge der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Abänderung erklärt. Zunächst wird die optische Signalimpulsfolge in den Optokoppler 506 über den Eingangsanschluß 508 eingegeben. Bezüglich des Optokopplers 506 wird das Verzweigungsverhältnis der Lichtintensität auf 1 : 1 gesetzt. Das optische Signal von Eingangsanschluß 508 wird dann durch Optokoppler 506 in 2 Signale geteilt und nach Ausbreitung in beide Richtungen auf der gleichen Strecke kehrt das optische Signal zum Optokoppler 506 mit der gleichen Phase zurück und verläßt dann Einfallanschluß 508. Wenn ein optischer Steuerimpuls über Optokoppler 504 eintritt, breitet sich das Steuerlicht nur im Uhrzeigersinn in der Abbildung über die Schleife aus, die durch Glasfaser 505 gebildet wird. Daher erfährt das optische Signal, das sich in einer entgegengesetzter Richtung über die gleiche Schleife ausbreitet, eine Phasenverschiebung unterschiedlichen Ausmaßes durch einen nichtlinearen optischen Effekt (optischer "Kerr- Effekt") des Steuerlichts. Als Ergebnis wird die Phasengleichheit beider Lichtsignale gestört, wenn das zuvor genannte Signal zum Optokoppler 506 zurückkehrt. Ein Teil des Signallichts tritt dann durch einen weiteren Anschluß des Optokopplers 506 als Reaktion auf diese Phasendifferenz aus, passiert den optischen Teiler 507 und wird über Ausgangsanschluß 509 ausgegeben. Mit anderen Worten wird die Berechnung des Produkts des optischen Signalimpulses und optischen Steuerimpulses durch die Schleife, die aus Glasfaser 505, Optokoppler 504 und Optokoppler 506 besteht, durchgeführt.

Wenn beide zuvor genannten Lichtsignale in die optische nichtlineare Schleife, die aus Koppler 504, Koppler 506 und Faser 505 besteht, eintreten, wird die optische Ausgangssignalform durch das Produkt der Intensitäten der beiden Lichtsignale bereitgestellt. Im Ausgangslicht des Schleifenspiegels wird eine Wiederholungsfrequenz, wie in der oben ausgeführten ersten Ausführungsform, als nΔf-Komponente gebildet, und daher kann der PLL-Betrieb entsprechend der gleichen Betriebsprinzipien wie in der ersten Ausführungsform erreicht werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann eine optische Ultra-Hochgeschwindigkeits-PLL-Schaltung aufgrund der Verwendung des Ultra-Hochgeschwindigkeits-Kerr-Effekts als optische Modulationsvorrichtung erreicht werden.

Wie für die erste Ausführungsform gezeigt, ist es desweiteren ebenfalls möglich, den Aufbau nach Fig. 5B für die vorliegende Abänderung zu verwenden. Die Vorgänge sind mit denen, die in Zusammenhang mit Fig. 1B beschrieben werden, identisch.

Zweite Ausführungsform

Fig. 6A ist ein Diagramm, das die Anordnung entsprechend der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Abbildung sind ein optischer Signaleingangsanschluß 151, ein Optokoppler 152, ein Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker 153, ein optisches Bandpaßfilter 154, ein optischer Empfängerschaltkreis 155, ein Phasenkomparator 156, ein spannungsgeregelter Oszillator 157 (VCO), ein Mikrowellenmischer 158, ein optischer Impulsgenerator 159, ein Niederfrequenzoszillator 160 und ein Frequenzvervielfacher 161 dargestellt. Die Schwingfrequenz f₀ von VCO 157 ist derart eingestellt, daß die Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signals, das über den optischen Signaleingangsanschluß 151 eingegeben wird, nf₀ beträgt (n ist eine ganze Zahl größer gleich 1).

Nachfolgend wird die Wirkungsweise der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Ausgangssignal von VCO 157 erfährt durch Niederfrequenzoszillator 160 und Mikrowellenmischer 158 eine Frequenzverschiebung, und steuert anschließend den optischen Impulsgenerator 159. Die Wiederholungsfrequenz erzeugt anschließend einen optischen Taktimpuls der Frequenz f₀ + Δf (oder f₀ - Δf oder f₀ ± Δf). Die Wellenform des optischen Taktimpulses in der vorliegenden Erfindung muß eher eine Oberwellenkomponente als eine Sinuswelle enthalten, damit sie mit der engen Impulsbreite zurechtkommt. Unter der Annahme, daß die zeitliche Wellenform Pc(t) der erzeugten optischen Impulsfolge Gauß-förmig ist, beschreibt die folgende Formel diese zeitliche Wellenform Pc(t).

Pc(t)=ΣAexp {-α(t+kT)²} (6)

In der oben erwähnten Formel ist Σ ein Operator für die Gesamtsumme von k = - ∞ ∼ + ∞ Desweiteren sind A und α Konstanten und T = 1/(f₀+Δf). Wenn Pc(t) zu einer Fourier-Reihe entwickelt wird, erhält man die folgende Formel:

Pc(t)=A[1+2Σexp {-(1/α)(nπ/T)²} ·
cos {n · 2π(f₀+Δf)t}] (7)

In der oben erwähnten Gleichung ist Σ ein Operator für die Gesamtsumme von n = 1 ∼ + ∞. In Formel (7) gibt es eine n-te Oberwellenkomponente n(f₀+Δf) im zweiten Glied. Diese n-te Oberwellenkomponente nimmt mit steigendem n infolge der Reduktion des Koeffizienten ab. Wenn die Impulsbreite jedoch eng ist (d. h. α klein ist), wird der Koeffizient groß und daher können die n-ten Oberwellen erzeugt werden.

Da die nΔf-Komponente durch Erkennung der Korrelation zwischen diesen n-ten Oberwellen n(f₀+Δf) und der optischen Signalkomponente gebildet wird, ist in der vorliegenden Ausführungsform der optische Zeitmultiplexschaltkreis entsprechend den Abb. 11 und 12 nicht notwendig. Zur Erzeugung eines Korrelationssignals mit hinreichendem Pegel bezüglich eines optischen Signals mit hoher Übertragungsgeschwindigkeit ist es notwendig, daß der erzeugte Taktimpuls eine enge Impulsbreite aufweist. Gegenwärtig ermöglicht der Einsatz eines verstärkungsgeschalteten Halbleiterlasers, eines phasenverriegelten Lasers oder dergleichen als ultrakurze optische Lichtimpulsquelle die Erzeugung eines optischen Impulses mit einer Impulsbreite von 5 ps oder kleiner. Unter Verwendung dieses optischen Impulses ist es möglich, eine Korrelationerkennung selbst für ein optisches Signal von 100 GBit/s und mehr durchzuführen. Fig. 7 zeigt das Spektrum eines optischen Signal- und Taktimpulses, das in einem Optokoppler 152 eingespeist werden, und das Spektrum des optischen Ausgangsimpulses des Wanderwellen-Halbleiterlaser- Verstärkers 153.

Die Wirkungsweise des Wanderwellen-Halbleiterlaser- Verstärkers 153, der als optische Korrelationerkennungs- Vorrichtung dient, ist mit dem der in Zusammenhang mit den Abb. 1, 2A und 2B für die erste Ausführungsform beschrieben wird, identisch. Für den Fall, daß Wellenlänge λ_sig des optischen Signals und Wellenlänge λ_clk des optischen Taktsignals, die in Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker 153 eintreten, für eine kohärente Interferenz hinreichend eng aneinander liegen, wird eine Komponente entsprechend der Korrelation beider Lichtsignale mit einer neuen Wellenlänge λ_FWM durch die Vier-Wellen-Mischung gebildet, die ihrerseits zwischen dem optischen Signal und dem optischen Taktsignal im Halbleiterlaser erzeugt wird.

Das Licht, das entweder durch ein der Verstärkungsmodulation unterzogenes optisches Signal oder durch die Vier-Wellen-Mischung erzeugt wird, enthält die Korrelationskomponente beider Lichtsignale (nΔf). Deshalb kann nach der Auskopplung des zuvor genannten optischen Signals oder des Vier-Wellenmischlichts durch das optische Bandpaßfilter 154 der PLL-Betrieb genauso erreicht werden wie im herkömmlichen Stand der Technik durch Wandlung eines der zuvor genannten Lichtsignale in ein elektrisches Signal unter Verwendung des optischen Empfängerschaltkreises 155 und, bezüglich der enthaltenen nΔf-Komponente, durch den Vergleich eines Standardsignals mit dem n-fachen nΔf-Signal durch Phasenkomparator 156 und anschließend durch Rückkopplung dieser Ausgabe zum VCO.

Desweiteren ist es in Bezug auf den Vorgang in Phasenkomparator 156 ebenfalls möglich, den Schaltungsaufbau nach Fig. 6B zu verwenden. In Fig. 6B wird die Ausgangsfrequenz des optischen Empfängerschaltkreises 155 durch den Teilerschaltkreis 162 mit m/n multipliziert (m ist eine rationale Zahl), und beide Frequenzen, die in den Phasenkomparator 156 eingegeben werden, werden mit den Phasen beider Lichtsignale als mΔf, durch Vervielfachung der Ausgabe des Wechselstromsignalgenerators 160 mit m, verglichen. Wenn m=1 ist, kann nun der Frequenzvervielfacherschaltkreis 161 ausgelassen werden, und wenn m=n ist, kann der Teilerschaltkreis 162 entfallen.

Abänderung des Beispiels 4

Fig. 8A ist ein Diagramm, das eine Abänderung der zweiten Ausführungsform zeigt. In dieser Abbildung sind ein optischer Signaleingangsanschluß 351, ein Optokoppler 352, eine Glasfaser 353, ein optisches Bandpaßfilter 354, ein optischer Empfängerschaltkreis 355, ein Phasenkomparator 356, ein spannungsgeregelter Oszillator 357 (VCO), ein Mikrowellenmischer 358, ein optischer Impulsgenerator 359, ein Niederfrequenzoszillator 360 und ein Frequenzvervielfacher 361 dargestellt.

In dieser vorliegenden Abänderung wird Glasfaser 353 als Medium zur Erzeugung der Vier-Wellen-Mischung verwendet. Im Falle der vorliegenden Abänderung ist es möglich, die Bedingung der Phasenübereinstimmung zu erfüllen durch Einstellen der entsprechenden Wellenlängen des optischen Signals und des optischen Taktsignals auf 110 nm der abweichungsfreien (Null Dispersion) Wellenlänge von Glasfaser 353. Auf diese Weise kann die Vier-Wellen-Mischung genauso erzeugt werden wie im Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker und daher wird anschließend der PLL-Betrieb durch die vorliegende Anordnung erreicht.

Wie in der zweiten Ausführungsform gezeigt ist es desweiteren ebenfalls möglich, den Aufbau nach Fig. 8B für die vorliegende Abänderung zu verwenden. Die Vorgänge sind mit denen, die in Zusammenhang mit Fig. 6B beschrieben werden, identisch.

Abänderung des Beispiels 5

Fig. 9A ist ein Diagramm, das eine weitere Abänderung der zweiten Ausführungsform zeigt. In dieser Abbildung sind ein spannungsgeregelter Oszillator 551, ein Frequenzmischer 552, ein optischer Impulsgenerator 553, ein Optokoppler 554, eine Glasfaser 555, ein Optokoppler 556, ein optischer Teiler 557, ein optischer Signaleingangsanschluß 558, ein optischer Ausgangsanschluß 559, ein optischer Empfängerschaltkreis 560, ein Niederfrequenzoszillator 561, ein Phasenkomparator 562 und ein Frequenzvervielfacher 563 dargestellt.

In dieser vorliegenden Abänderung ist ein optischer Zeitmultiplexschaltkreis überflüssig, da ein optischer Taktimpuls, der die n-ten Oberwellenkomponente des Lichts einschließt, wie in der zweiten Ausführungsform von Impulsgenerator 553 erzeugt wird. Mit Ausnahme dieses Punktes erfolgt der Betrieb genauso wie in Abänderung des Beispiels 3.

Mit anderen Worten, wenn der optische Signalimpuls und der optische Steuerimpuls in den optischen nichtlinearen Schleifenspiegel, der aus den Kopplern 554 und 556 und Faser 555 besteht, eintreten, wird die optische Ausgangssignalform durch das Produkt der Intensitäten der beiden Lichtsignale bereitgestellt. Genauso wie in der ersten Ausführungsform wird im optischen Ausgang des zuvor genannten Schleifenspiegels die nΔf-Komponente durch die Wiederholungsfrequenz gebildet, und daher wird der PLL-Betrieb entsprechend der gleichen Betriebsprinzipien wie in der ersten Ausführungsform erreicht. In der vorliegenden Abänderung wird der optische Ultra- Hochgeschwindigkeits-Kerr-Effekt als optische Modulationserkennungsvorrichtung verwendet und daher ist die Verwirklichung einer optischen Ultra-Hochgeschwindigkeits-PLL- Schaltung zu erwarten.

Wie in der zweiten Ausführungsform gezeigt, ist es desweiteren ebenfalls möglich, den Aufbau nach Fig. 9B für die vorliegende Abänderung zu verwenden. Die Vorgänge sind mit denen, die in Zusammenhang mit Fig. 6B beschrieben werden, identisch.

Abänderung des Beispiels 6

Fig. 13 ist ein Diagramm, das eine weitere Abänderung der zweiten Ausführungsform zeigt. In dieser Abbildung werden ein optischer Signaleingangsanschluß 901, ein Optokoppler 902, ein nichtlineares optisches Kristall 903, ein optisches Bandpaßfilter 904, ein optischer Empfängerschaltkreis 905, ein Phasenkomparator 906, ein VCO 907, ein Mikrowellenmischer 908, ein optischer Impulsgenerator 909, ein Niederfrequenzoszillator 910, ein Frequenzvervielfacher 911 und ein Teilerschaltkreis 912 dargestellt.

In der vorliegenden Abänderung des Beispiels wird das Phänomen der optischen Summenfrequenzbildung eines nichtlinearen optischen Kristalls, wie in der Abänderung des Beispiels 2 beschrieben, als optische Modulationsvorrichtung verwendet. Die Vorgänge sind mit denen, die in Zusammenhang mit Fig. 6B beschrieben werden, identisch.

Claims

1. Optischer Takt-Phasenregelkreis bestehend aus:
einer ersten Oszillatorvorrichtung, in der die Schwingfrequenz und -phase entsprechend einer externen Steuerung variieren;
einer zweiten Oszillatorvorrichtung zur Ausgabe eines Wechselstromsignals;
einer Frequenzmischvorrichtung zur Erzeugung eines Signals durch Mischen eines Ausgangssignals der ersten Oszillatorvorrichtung mit einem Ausgangssignal der zweiten Oszillatorvorrichtung mit einer Frequenz, die einer Summe, Differenz oder Summe und Differenz der Frequenzen dieser Ausgangssignale übereinstimmt;
einer optischen Impulsgeneratorvorrichtung zur Erzeugung eines optischen Impulses mit einer Wiederholungsfrequenz, die der Frequenz des Ausgangssignals der Frequenzmischvorrichtung entspricht;
einer optischen Multiplexvorrichtung zur Durchführung eines optischen Zeitmultiplexvorganges des optischen Impulses und zur Vervielfachung der Wiederholungsfrequenz um den Faktor n, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer optischen Korrelationerkennungs-Vorrichtung für die Ausgabe des Produkts der Lichtintensitäten eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses, der von der optischen Multiplexvorrichtung ausgegeben wird;
einer optischen Empfängervorrichtung zur Umwandlung der optischen Ausgabe der optischen Korrelationerkennungs- Vorrichtung in ein elektrisches Signal; und
einer Vorrichtung zur Steuerung der Phase der ersten Oszillatorvorrichtung durch den Vergleich der Phase des von der optischen Empfängervorrichtung ausgegebenen elektrischen Signals mit der Phase des Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des Standardsignals um den Faktor n erzeugt wird, so daß die Phasendifferenz der Signale einen bestimmten Wert annimmt;
wobei die optische Korrelationerkennungs-Vorrichtung aus einer optischen Kombinationsvorrichtung zum Kombinieren des optischen Signalimpulses mit dem optischen Taktimpuls besteht, einer Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker-Vorrichtung zur Verstärkung eines Signals, das durch diese Kombination erzeugt wird, und einer optischen Teilungsvorrichtung zur alleinigen Auskopplung der Wellenlänge des Vier-Wellen-Mischlichts aus dem optischen Ausgangssignal der Wanderwellen-Halbleiterlaser- Verstärker-Vorrichtung, die eine Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses ist; und
wobei die Schwingfrequenz der ersten Oszillatorvorrichtung auf 1/n der Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signalimpulses eingestellt wird, und die Wellenlängen des optischen Signals und des optischen Ausgangs der optischen Impulsgeneratorvorrichtung sind auf solche Werte eingestellt, daß die Signale kohärent interferieren.

2. Optischer Takt-Phasenregelkreis bestehend aus:
einer ersten Oszillatorvorrichtung, in der die Schwingfrequenz und -phase entsprechend einer externen Steuerung variieren;
einer zweiten Oszillatorvorrichtung zur Ausgabe eines Wechselstromsignals;
einer Frequenzmischvorrichtung zur Erzeugung eines Signals durch Mischen eines Ausgangssignals der ersten Oszillatorvorrichtung mit einem Ausgangssignal der zweiten Oszillatorvorrichtung mit einer Frequenz, die einer Summe, Differenz oder Summe und Differenz der Frequenzen dieser Ausgangssignale übereinstimmt;
einer optischen Impulsgeneratorvorrichtung zur Erzeugung eines optischen Impulses mit einer Wiederholungsfrequenz, die der Frequenz des Ausgangssignals der Frequenzmischvorrichtung entspricht;
einer optischen Multiplexvorrichtung zur Durchführung eines optischen Zeitmultiplexvorganges des optischen Impulses und zur Vervielfachung der Wiederholungsfrequenz um den Faktor n, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer optischen Korrelationerkennungs-Vorrichtung für die Ausgabe des Produkts der Lichtintensitäten eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses, der von der optischen Multiplexvorrichtung ausgegeben wird;
einer optischen Empfängervorrichtung zur Umwandlung der optischen Ausgabe der optischen Korrelationerkennungs- Vorrichtung in ein elektrisches Signal; und
einer Vorrichtung zur Steuerung der Phase der ersten Oszillatorvorrichtung durch den Vergleich der Phase des von der optischen Empfängervorrichtung ausgegebenen elektrischen Signals mit der Phase des Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des Standardsignals um den Faktor n erzeugt wird, so daß die Phasendifferenz der Signale einen bestimmten Wert annimmt;
wobei die optische Korrelationerkennungs-Vorrichtung aus einer optischen Kombinationsvorrichtung zum Kombinieren des optischen Signalimpulses mit dem optischen Taktimpuls besteht;
einer Glasfaser zur Erzeugung einer Vier-Wellen-Mischung aus dem optischen Signalimpuls und dem optischen Taktimpuls; und einer optischen Teilungsvorrichtung für die alleinige Auskopplung der Wellenlänge der Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses aus dem optischen Ausgangssignal der Glasfaser; und
wobei die Schwingfrequenz der ersten Oszillatorvorrichtung auf 1/n der Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signalimpulses eingestellt wird, und die Wellenlängen des optischen Signals und des optische Ausgabe der optischen Impulsgeneratorvorrichtung auf Werte in der Nähe der abweichungsfreien Wellenlänge der Glasfaser eingestellt werden.

3. Optischer Takt-Phasenregelkreis bestehend aus:
einer ersten Oszillatorvorrichtung, in der die Schwingfrequenz und -phase entsprechend einer externen Steuerung variieren;
einer zweiten Oszillatorvorrichtung zur Ausgabe eines Wechselstromsignals;
einer Frequenzmischvorrichtung zur Erzeugung eines Signals durch Mischen eines Ausgangssignals der ersten Oszillatorvorrichtung mit einem Ausgangssignal der zweiten Oszillatorvorrichtung mit einer Frequenz, die einer Summe, Differenz oder Summe und Differenz der Frequenzen dieser Ausgangssignale übereinstimmt;
einer optischen Impulsgeneratorvorrichtung zur Erzeugung eines optischen Impulses mit einer Wiederholungsfrequenz, die der Frequenz des Ausgangssignals der Frequenzmischvorrichtung entspricht;
einer optischen Multiplexvorrichtung zur Durchführung eines optischen Zeitmultiplexvorganges des optischen Impulses und zur Vervielfachung der Wiederholungsfrequenz um den Faktor n, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer optischen Korrelationerkennungs-Vorrichtung für die Ausgabe des Produkts der Lichtintensitäten eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses, der von der optischen Multiplexvorrichtung ausgegeben wird;
einer optischen Empfängervorrichtung zur Umwandlung der optischen Ausgabe der optischen Korrelationerkennungs- Vorrichtung in ein elektrisches Signal; und
einer Vorrichtung zur Steuerung der Phase der ersten Oszillatorvorrichtung durch den Vergleich der Phase des von der optischen Empfängervorrichtung ausgegebenen elektrischen Signals mit der Phase des Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des Standardsignals um den Faktor n erzeugt wird, so daß die Phasendifferenz der Signale einen bestimmten Wert annimmt;
wobei die optische Korrelationerkennungs-Vorrichtung aus einer optischen Kombinationsvorrichtung zum Kombinieren des optischen Signalimpulses mit dem optischen Taktimpuls besteht;
einem nichtlinearen optischen Kristall zur Bildung eines Summenfrequenzlichts des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses; und einer optischen Teilungsvorrichtung zur alleinigen Auskopplung der Wellenlänge der Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses aus dem optischen Ausgangssignal des nichtlinearen optischen Kristalls; und
wobei die Schwingfrequenz der ersten Oszillatorvorrichtung auf 1/n der Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signalimpulses eingestellt wird.

4. Optischer Takt-Phasenregelkreis bestehend aus:
einer ersten Oszillatorvorrichtung, in der die Schwingfrequenz und -phase entsprechend einer externen Steuerung variieren;
einer zweiten Oszillatorvorrichtung zur Ausgabe eines Wechselstromsignals;
einer Frequenzmischvorrichtung zur Erzeugung eines Signals durch Mischen eines Ausgangssignals der ersten Oszillatorvorrichtung mit einem Ausgangssignal der zweiten Oszillatorvorrichtung mit einer Frequenz, die einer Summe, Differenz oder Summe und Differenz der Frequenzen dieser Ausgangssignale übereinstimmt;
einer optischen Impulsgeneratorvorrichtung zur Erzeugung eines optischen Impulses mit einer Wiederholungsfrequenz, die der Frequenz des Ausgangssignals der Frequenzmischvorrichtung entspricht;
einer optischen Multiplexvorrichtung zur Durchführung eines optischen Zeitmultiplexvorganges des optischen Impulses und zur Vervielfachung der Wiederholungsfrequenz um den Faktor n, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer optischen Korrelationerkennungs-Vorrichtung für die Ausgabe des Produkts der Lichtintensitäten eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses, der von der optischen Multiplexvorrichtung ausgegeben wird;
einer optischen Empfängervorrichtung zur Umwandlung der optischen Ausgabe der optischen Korrelationerkennungs- Vorrichtung in ein elektrisches Signal; und
einer Vorrichtung zur Steuerung der Phase der ersten Oszillatorvorrichtung durch den Vergleich der Phase des von der optischen Empfängervorrichtung ausgegebenen elektrischen Signals mit der Phase des Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des Standardsignals um den Faktor n erzeugt wird, so daß die Phasendifferenz der Signale einen bestimmten Wert annimmt;
wobei die optische Korrelationerkennungs-Vorrichtung aus einer Glasfaserschleife, die durch eine optische Kopplungsvorrichtung zur Eingabe des optischen Signalimpulses besteht; einer Vorrichtung zur Eingabe des optischen Taktimpulses; und einer Glasfaser; und einer optischen Teilungsvorrichtung zur alleinigen Auskopplung der Wellenlänge des optischen Signals aus dem optischen Ausgangssignal der Glasfaserschleife; und
wobei die Schwingfrequenz der ersten Oszillatorvorrichtung auf 1/n der Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signalimpulses eingestellt wird.

5. Eine optische Korrelationerkennungsschaltung bestehend aus:
einer optischen Kombinationsvorrichtung zum Kombinieren eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses mit einer hinreichend engen Impulsbreite zum Einschließen der n ten Oberwellenkomponente einer Wiederholungsfrequenz, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker-Vorrichtung zur Ausgabe eines Produkts der Intensitäten des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses; und
einer optische Teilungsvorrichtung zur alleinigen Auskopplung der Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses aus einem optischen Ausgangssignal der Wanderwellen-Halbleiterlaser- Verstärker-Vorrichtung.

6. Eine optische Korrelationerkennungsschaltung nach Anspruch 5, wobei der optische Signalimpuls und der optische Taktimpuls Lichtsignale solcher Wellenlänge sind, die miteinander kohärent interferieren.

7. Eine optische Korrelationerkennungsschaltung nach Anspruch 5, wobei der optische Signalimpuls und der optische Taktimpuls Lichtsignale solcher Wellenlänge sind, die beide miteinander kohärent interferieren, und eine Korrelationskomponete eines kohärenten Lichts erzeugt wird.

8. Eine optische Korrelationerkennungsschaltung nach Anspruch 5, wobei eine Verstärkung in Bezug auf einen optischen Signalimpuls der Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker- Vorrichtung unter Verwendung der Intensität eines optischen Taktsignals moduliert wird; und wobei die Korrelationskomponente ein optisches Signal ist, das einer Intensitätsmodulation unterworfen wurde.

9. Eine optische Korrelationerkennungsschaltung nach Anspruch 5, wobei die Korrelationskomponente ein Vier-Wellen-Mischlicht ist, das in der Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker- Vorrichtung zwischen dem optischen Signalimpuls und dem optischen Taktimpuls erzeugt wird.

10. Eine optische Korrelationerkennungsschaltung bestehend aus:
einer optischen Kombinationsvorrichtung zum Kombinieren eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses mit einer hinreichend engen Impulsbreite zum Einschließen der n ten Oberwellenkomponente einer Wiederholungsfrequenz, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer Glasfaser zur Ausgabe eines Produktes der Intensitäten des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses und
einer optische Teilungsvorrichtung zur alleinigen Auskopplung der Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses aus einem optischen Ausgangssignal der Glasfaser;
wobei das optische Signal bzw. das optische Taktsignal eine Wellenlänge in der Nähe der abweichungsfreien Wellenlänge der Glasfaser ausweist.

11. Eine optische Korrelationerkennungsschaltung bestehend aus:
einer optischen Kombinationsvorrichtung zum Kombinieren eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses mit einer hinreichend engen Impulsbreite zum Einschließen der n ten Oberwellenkomponente einer Wiederholungsfrequenz, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer Glasfaser zur Ausgabe eines Produktes der Intensitäten des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses; und
einer optische Teilungsvorrichtung zur alleinigen Auskopplung der Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses aus einem optischen Ausgangssignal der Glasfaser;
wobei die optische Kombinationsvorrichtung eine Schleife ist, die durch optische Kopplung der optischen Kombinationsvorrichtung und der Glasfaser gebildet wird, und die jeweils eine separate Vorrichtung für den optischen Signalimpuls und für den optischen Taktimpuls besitzt.

12. Ein optischer Takt-Phasenregelkreis bestehend aus:
einer ersten Oszillatorvorrichtung, in der Schwingfrequenz und -phase entsprechend einer externen Steuerung variieren; einer zweiten Oszillatorvorrichtung zur Ausgabe eines Wechselstromsignals;
einer Frequenzmischvorrichtung für die Bildung einer Summe, einer Differenz oder einer Summe und Differenz aus den Ausgangssignalfrequenzen der ersten Oszillatorvorrichtung und der zweiten Oszillatorvorrichtung;
einer optischen Impulsgeneratorvorrichtung, die durch ein Ausgangssignal der Frequenzmischvorrichtung gesteuert wird, für die Erzeugung eines optischen Impulses mit einer hinreichend engen Impulsbreite zum Einschließen der n-ten Oberwellenkomponente, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer optischen Korrelationerkennungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 11 für die Ausgabe der Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses;
einer optischen Empfängervorrichtung für die Umwandlung der optischen Ausgabe dieser optischen Korrelationerkennungs- Vorrichtung in ein elektrisches Signal; und
einer Vorrichtung zur Steuerung einer Phase der Oszillatorvorrichtung durch den Vergleich der Phase des Ausgangssignals der optischen Empfängervorrichtung mit einer Phase des Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des Wechselstromsignals um den Faktor n gebildet wird, so daß die Phasendifferenz dieser Signale einen vorherbestimmten Wert annimmt;
wobei die Schwingfrequenz der ersten Oszillatorvorrichtung auf 1/n der Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signalimpulses eingestellt ist.

13. Optischer Takt-Phasenregelkreis bestehend aus:
einer ersten Oszillatorvorrichtung, in der die Schwingfrequenz und -phase entsprechend einer externen Steuerung variieren;
einer zweiten Oszillatorvorrichtung zur Ausgabe eines Wechselstromsignals;
einer Frequenzmischvorrichtung zur Erzeugung eines Signals durch Mischen eines Ausgangssignals der ersten Oszillatorvorrichtung mit einem Ausgangssignal der zweiten Oszillatorvorrichtung mit einer Frequenz, die einer Summe, Differenz oder Summe und Differenz der Frequenzen dieser Ausgangssignale übereinstimmt;
einer optischen Impulsgeneratorvorrichtung zur Erzeugung eines optischen Impulses mit einer Wiederholungsfrequenz, die der Frequenz des Ausgangssignals der Frequenzmischvorrichtung entspricht;
einer optischen Multiplexvorrichtung zur Durchführung eines optischen Zeitmultiplexvorganges des optischen Impulses und zur Vervielfachung der Wiederholungsfrequenz um den Faktor n, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer optischen Korrelationerkennungs-Vorrichtung für die Ausgabe des Produkts der Lichtintensitäten eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses, der von der optischen Multiplexvorrichtung ausgegeben wird;
einer optischen Empfängervorrichtung zur Umwandlung der optischen Ausgabe der optischen Korrelationerkennungs- Vorrichtung in ein elektrisches Signal; und
einer Vorrichtung zur Steuerung der Phase der ersten Oszillatorvorrichtung durch den Vergleich der Phase eines Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des von der optischen Empfängervorrichtung ausgegebenen elektrischen Signals mit 1/n erzeugt wird, mit der Phase des Wechselstromsignals, so daß die Phasendifferenz der Signale einen vorherbestimmten Wert annimmt;
wobei die optische Korrelationerkennungs-Vorrichtung aus einer optischen Kombinationsvorrichtung zum Kombinieren des optischen Signalimpulses mit dem optischen Taktimpuls besteht, einer Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker-Vorrichtung zur Verstärkung eines Signals, das durch diese Kombination erzeugt wird, und einer optischen Teilungsvorrichtung zur alleinigen Auskopplung der Wellenlänge des Vier-Wellen-Mischlichts aus dem optischen Ausgangssignal der Wanderwellen-Halbleiterlaser- Verstärker-Vorrichtung, die eine Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses ist; und wobei die Schwingfrequenz der ersten Oszillatorvorrichtung auf 1/n der Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signalimpulses eingestellt wird, und die Wellenlängen des optischen Signals und des optischen Ausgangs der optischen Impulsgeneratorvorrichtung sind auf solche Werte eingestellt, daß die Signale sich kohärent überlagern.

14. Optischer Takt-Phasenregelkreis bestehend aus:
einer ersten Oszillatorvorrichtung, in der die Schwingfrequenz und -phase entsprechend einer externen Steuerung variieren;
einer zweiten Oszillatorvorrichtung zur Ausgabe eines Wechselstromsignals;
einer Frequenzmischvorrichtung zur Erzeugung eines Signals durch Mischen eines Ausgangssignals der ersten Oszillatorvorrichtung mit einem Ausgangssignal der zweiten Oszillatorvorrichtung mit einer Frequenz, die einer Summe, Differenz oder Summe und Differenz der Frequenzen dieser Ausgangssignale übereinstimmt;
einer optischen Impulsgeneratorvorrichtung zur Erzeugung eines optischen Impulses mit einer Wiederholungsfrequenz, die der Frequenz des Ausgangssignals der Frequenzmischvorrichtung entspricht;
einer optischen Multiplexvorrichtung zur Durchführung eines optischen Zeitmultiplexvorganges des optischen Impulses und zur Vervielfachung der Wiederholungsfrequenz um den Faktor n, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer optischen Korrelationerkennungs-Vorrichtung für die Ausgabe des Produkts der Lichtintensitäten eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses, der von der optischen Multiplexvorrichtung ausgegeben wird;
einer optischen Empfängervorrichtung zur Umwandlung der optischen Ausgabe der optischen Korrelationerkennungs- Vorrichtung in ein elektrisches Signal; und
einer Vorrichtung zur Steuerung der Phase der ersten Oszillatorvorrichtung durch den Vergleich der Phase des Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des durch die optische Empfängervorrichtung ausgegebenen elektrischen Signals mit m/n gebildet wird (wobei m eine rationale Zahl ist), mit der Phase eines Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des Wechselstromsignals um den Faktor m erzeugt wird, so daß die Phasendifferenz der Signale einen vorher bestimmten Wert annimmt;
wobei die optische Korrelationerkennungs-Vorrichtung aus einer optischen Kombinationsvorrichtung zum Kombinieren des optischen Signalimpulses mit dem optischen Taktimpuls besteht, einer Wanderwellen-Halbleiterlaser-Verstärker-Vorrichtung zur Verstärkung eines Signals, das durch diese Kombination erzeugt wird, und einer optischen Teilungsvorrichtung zur alleinigen Auskopplung der Wellenlänge des Vier-Wellen-Mischlichts aus dem optischen Ausgangssignal der Wanderwellen-Halbleiterlaser- Verstärker-Vorrichtung, die eine Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses ist;
wobei die Schwingfrequenz der ersten Oszillatorvorrichtung auf 1/n der Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signalimpulses eingestellt wird, und die Wellenlängen des optischen Signals und des optischen Ausgangs der optischen Impulsgeneratorvorrichtung sind auf solche Werte eingestellt, daß die Signale sich kohärent überlagern.

15. Optischer Takt-Phasenregelkreis bestehend aus:
einer ersten Oszillatorvorrichtung, in der die Schwingfrequenz und -phase entsprechend einer externen Steuerung variieren;
einer zweiten Oszillatorvorrichtung zur Ausgabe eines Wechselstromsignals;
einer Frequenzmischvorrichtung zur Erzeugung eines Signals durch Mischen eines Ausgangssignals der ersten Oszillatorvorrichtung mit einem Ausgangssignal der zweiten Oszillatorvorrichtung mit einer Frequenz, die einer Summe, Differenz oder Summe und Differenz der Frequenzen dieser Ausgangssignale übereinstimmt;
einer optischen Impulsgeneratorvorrichtung zur Erzeugung eines optischen Impulses mit einer Wiederholungsfrequenz, die der Frequenz des Ausgangssignals der Frequenzmischvorrichtung entspricht;
einer optischen Multiplexvorrichtung zur Durchführung eines optischen Zeitmultiplexvorganges des optischen Impulses und zur Vervielfachung der Wiederholungsfrequenz um den Faktor n, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer optischen Korrelationerkennungs-Vorrichtung für die Ausgabe des Produkts der Lichtintensitäten eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses, der von der optischen Multiplexvorrichtung ausgegeben wird;
einer optischen Empfängervorrichtung zur Umwandlung der optischen Ausgabe der optischen Korrelationerkennungs- Vorrichtung in ein elektrisches Signal; und
einer Vorrichtung zur Steuerung der Phase der ersten Oszillatorvorrichtung durch den Vergleich der Phase eines Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des von der optischen Empfängervorrichtung ausgegebenen elektrischen Signals mit 1/n gebildet wird, mit der Phase des Wechselstromsignals, so daß die Phasendifferenz dieser Signale einen vorherbestimmten Wert annimmt;
wobei die optische Korrelationerkennungs-Vorrichtung aus einer optischen Kombinationsvorrichtung zum Kombinieren des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses, einer Glasfaser zur Erzeugung einer Vier-Wellen-Mischung des optischen Signalimpuls und des optischen Taktimpuls besteht; und einer optischen Teilungsvorrichtung für die alleinige Auskopplung der Wellenlänge der Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses aus dem optischen Ausgangssignal der Glasfaser; und
wobei die Schwingfrequenz der ersten Oszillatorvorrichtung auf 1/n der Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signalimpulses eingestellt wird, und die Wellenlängen des optischen Signals und des optischen Ausgangs der optischen Impulsgeneratorvorrichtung auf Werte in der Nähe der abweichungsfreien Wellenlänge der Glasfaser eingestellt werden.

16. Optischer Takt-Phasenregelkreis bestehend aus:
einer ersten Oszillatorvorrichtung, in der die Schwingfrequenz und -phase entsprechend einer externen Steuerung variieren;
einer zweiten Oszillatorvorrichtung zur Ausgabe eines Wechselstromsignals;
einer Frequenzmischvorrichtung zur Erzeugung eines Signals durch Mischen eines Ausgangssignals der ersten Oszillatorvorrichtung mit einem Ausgangssignal der zweiten Oszillatorvorrichtung mit einer Frequenz, die einer Summe, Differenz oder Summe und Differenz der Frequenzen dieser Ausgangssignale übereinstimmt;
einer optischen Impulsgeneratorvorrichtung zur Erzeugung eines optischen Impulses mit einer Wiederholungsfrequenz, die der Frequenz des Ausgangssignals der Frequenzmischvorrichtung entspricht;
einer optischen Multiplexvorrichtung zur Durchführung eines optischen Zeitmultiplexvorganges des optischen Impulses und zur Vervielfachung der Wiederholungsfrequenz um den Faktor n, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer optischen Korrelationerkennungs-Vorrichtung für die Ausgabe des Produkts der Lichtintensitäten eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses, der von der optischen Multiplexvorrichtung ausgegeben wird;
einer optischen Empfängervorrichtung zur Umwandlung der optischen Ausgabe der optischen Korrelationerkennungs- Vorrichtung in ein elektrisches Signal; und
einer Vorrichtung zur Steuerung der Phase der ersten Oszillatorvorrichtung durch den Vergleich der Phase des Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des durch die optische Empfängervorrichtung ausgegebenen elektrischen Signals mit m/n gebildet wird (wobei m ist eine rationale Zahl ist), mit der Phase eines Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des Wechselstromsignals um den Faktor m erzeugt wird, so daß die Phasendifferenz dieser Signale einen vorherbestimmten Wert annimmt;
wobei die optische Korrelationerkennungs-Vorrichtung aus einer optischen Kombinationsvorrichtung zum Kombinieren des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses, einer Glasfaser zur Erzeugung einer Vier-Wellen-Mischung des optischen Signalimpuls und des optischen Taktimpuls besteht; und einer optischen Teilungsvorrichtung für die alleinige Auskopplung der Wellenlänge der Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses aus dem optischen Ausgangssignal der Glasfaser; und
wobei die Schwingfrequenz der ersten Oszillatorvorrichtung auf 1/n der Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signalimpulses eingestellt wird, und die Wellenlängen des optischen Signals und des optischen Ausgangs der optischen Impulsgeneratorvorrichtung auf Werte in der Nähe der abweichungsfreien Wellenlänge der Glasfaser eingestellt werden.

17. Optischer Takt-Phasenregelkreis bestehend aus:
einer ersten Oszillatorvorrichtung, in der die Schwingfrequenz und -phase entsprechend einer externen Steuerung variieren;
einer zweiten Oszillatorvorrichtung zur Ausgabe eines Wechselstromsignals;
einer Frequenzmischvorrichtung zur Erzeugung eines Signals durch Mischen eines Ausgangssignals der ersten Oszillatorvorrichtung mit einem Ausgangssignal der zweiten Oszillatorvorrichtung mit einer Frequenz, die einer Summe, Differenz oder Summe und Differenz der Frequenzen dieser Ausgangssignale übereinstimmt;
einer optischen Impulsgeneratorvorrichtung zur Erzeugung eines optischen Impulses mit einer Wiederholungsfrequenz, die der Frequenz des Ausgangssignals der Frequenzmischvorrichtung entspricht;
einer optischen Multiplexvorrichtung zur Durchführung eines optischen Zeitmultiplexvorganges des optischen Impulses und zur Vervielfachung der Wiederholungsfrequenz um den Faktor n, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer optischen Korrelationerkennungs-Vorrichtung für die Ausgabe des Produkts der Lichtintensitäten eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses, der von der optischen Multiplexvorrichtung ausgegeben wird;
einer optischen Empfängervorrichtung zur Umwandlung der optischen Ausgabe der optischen Korrelationerkennungs- Vorrichtung in ein elektrisches Signal; und
einer Vorrichtung zur Steuerung der Phase der ersten Oszillatorvorrichtung durch den Vergleich der Phase eines Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des von der optischen Empfängervorrichtung ausgegebenen elektrischen Signals mit 1/n gebildet wird, mit der Phase des Wechselstromsignals, so daß die Phasendifferenz der Signale einen vorherbestimmten Wert annimmt;
wobei die optische Korrelationerkennungs-Vorrichtung aus einer optischen Kombinationsvorrichtung zum Kombinieren des optischen Signalimpulses, mit dem optischen Taktimpuls besteht; einem nichtlinearen optischen Kristall zur Erzeugung eines Summenfrequenzlichts des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses; und einer optischen Teilungsvorrichtung zur alleinigen Auskopplung der Wellenlänge der Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses aus dem optischen Ausgangssignal des nichtlinearen optischen Kristalls; und
wobei die Schwingfrequenz der ersten Oszillatorvorrichtung auf 1/n der Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signalimpulses eingestellt ist.

18. Optischer Takt-Phasenregelkreis bestehend aus:
einer ersten Oszillatorvorrichtung, in der die Schwingfrequenz und -phase entsprechend einer externen Steuerung variieren;
einer zweiten Oszillatorvorrichtung zur Ausgabe eines Wechselstromsignals;
einer Frequenzmischvorrichtung zur Erzeugung eines Signals durch Mischen eines Ausgangssignals der ersten Oszillatorvorrichtung mit einem Ausgangssignal der zweiten Oszillatorvorrichtung mit einer Frequenz, die einer Summe, Differenz oder Summe und Differenz der Frequenzen dieser Ausgangssignale übereinstimmt;
einer optischen Impulsgeneratorvorrichtung zur Erzeugung eines optischen Impulses mit einer Wiederholungsfrequenz, die der Frequenz des Ausgangssignals der Frequenzmischvorrichtung entspricht;
einer optischen Multiplexvorrichtung zur Durchführung eines optischen Zeitmultiplexvorganges des optischen Impulses und zur Vervielfachung der Wiederholungsfrequenz um den Faktor n, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer optischen Korrelationerkennungs-Vorrichtung für die Ausgabe des Produkts der Lichtintensitäten eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses, der von der optischen Multiplexvorrichtung ausgegeben wird;
einer optischen Empfängervorrichtung zur Umwandlung der optischen Ausgabe der optischen Korrelationerkennungs- Vorrichtung in ein elektrisches Signal; und
einer Vorrichtung zur Steuerung der Phase der ersten Oszillatorvorrichtung durch den Vergleich der Phase des Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des durch die optische Empfängervorrichtung ausgegebenen elektrischen Signals mit m/n erzeugt wird (wobei m ist eine rationale Zahl ist), mit der Phase eines Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des Wechselstromsignals um den Faktor m gebildet wird, so daß die Phasendifferenz dieser Signale einen vorherbestimmten Wert annimmt;
wobei die optische Korrelationerkennungs-Vorrichtung aus einer optischen Kombinationsvorrichtung zum Kombinieren des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses besteht; einem nichtlinearen optischen Kristall zur Erzeugung eines Summenfrequenzlichts des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses, und einer optischen Teilungsvorrichtung zur alleinigen Auskopplung der Wellenlänge der Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses aus dem optischen Ausgangssignal des nichtlinearen optischen Kristalls; und
wobei die Schwingfrequenz der ersten Oszillatorvorrichtung auf 1/n der Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signalimpulses eingestellt ist.

19. Optischer Takt-Phasenregelkreis bestehend aus:
einer ersten Oszillatorvorrichtung, in der die Schwingfrequenz und -phase entsprechend einer externen Steuerung variieren;
einer zweiten Oszillatorvorrichtung zur Ausgabe eines Wechselstromsignals;
einer Frequenzmischvorrichtung zur Erzeugung eines Signals durch Mischen eines Ausgangssignals der ersten Oszillatorvorrichtung mit einem Ausgangssignal der zweiten Oszillatorvorrichtung mit einer Frequenz, die einer Summe, Differenz oder Summe und Differenz der Frequenzen dieser Ausgangssignale übereinstimmt;
einer optischen Impulsgeneratorvorrichtung zur Erzeugung eines optischen Impulses mit einer Wiederholungsfrequenz, die der Frequenz des Ausgangssignals der Frequenzmischvorrichtung entspricht;
einer optischen Multiplexvorrichtung zur Durchführung eines optischen Zeitmultiplexvorganges des optischen Impulses und zur Vervielfachung der Wiederholungsfrequenz um den Faktor n, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer optischen Korrelationerkennungs-Vorrichtung für die Ausgabe des Produkts der Lichtintensitäten eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses, der von der optischen Multiplexvorrichtung ausgegeben wird;
einer optischen Empfängervorrichtung zur Umwandlung der optischen Ausgabe der optischen Korrelationerkennungs- Vorrichtung in ein elektrisches Signal; und
einer Vorrichtung zur Steuerung der Phase der ersten Oszillatorvorrichtung durch den Vergleich der Phase eines Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des von der optischen Empfängervorrichtung ausgegebenen elektrischen Signals mit 1/n gebildet wird, mit der Phase des Wechselstromsignals, so daß die Phasendifferenz der Signale einen vorherbestimmten Wert annimmt;
wobei die optische Korrelationerkennungs-Vorrichtung aus einer Glasfaserschleife besteht, die durch eine optische Kopplung der Vorrichtung für die Eingabe des optischen Signalimpulses gebildet wird; aus der Vorrichtung für die Eingabe des optischen Taktimpulses; und aus einer Glasfaser; und einer optischen Teilungsvorrichtung zur alleinigen Auskopplung der Wellenlänge des optischen Signals aus dem optischen Ausgangssignal der Glasfaserschleife; und
wobei Schwingfrequenz der ersten Oszillatorvorrichtung auf 1/n der Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signalimpulses eingestellt ist.

20. Optischer Takt-Phasenregelkreis bestehend aus:
einer ersten Oszillatorvorrichtung, in der die Schwingfrequenz und -phase entsprechend einer externen Steuerung variieren;
einer zweiten Oszillatorvorrichtung zur Ausgabe eines Wechselstromsignals;
einer Frequenzmischvorrichtung zur Erzeugung eines Signals durch Mischen eines Ausgangssignals der ersten Oszillatorvorrichtung mit einem Ausgangssignal der zweiten Oszillatorvorrichtung mit einer Frequenz, die einer Summe, Differenz oder Summe und Differenz der Frequenzen dieser Ausgangssignale übereinstimmt;
einer optischen Impulsgeneratorvorrichtung zur Erzeugung eines optischen Impulses mit einer Wiederholungsfrequenz, die der Frequenz des Ausgangssignals der Frequenzmischvorrichtung entspricht;
einer optischen Multiplexvorrichtung zur Durchführung eines optischen Zeitmultiplexvorganges des optischen Impulses und zur Vervielfachung der Wiederholungsfrequenz um den Faktor n, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer optischen Korrelationerkennungs-Vorrichtung für die Ausgabe des Produkts der Lichtintensitäten eines optischen Signalimpulses und eines optischen Taktimpulses, der von der optischen Multiplexvorrichtung ausgegeben wird;
einer optischen Empfängervorrichtung zur Umwandlung der optischen Ausgabe der optischen Korrelationerkennungs- Vorrichtung in ein elektrisches Signal; und
einer Vorrichtung zur Steuerung der Phase der ersten Oszillatorvorrichtung durch den Vergleich der Phase eines Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des durch die optische Empfängervorrichtung ausgegebenen elektrischen Signals mit m/n erzeugt wird (m ist eine rationale Zahl), mit der Phase eines Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des Wechselstromsignals um den Faktor m erzeugt wird, so daß die Phasendifferenz der Signale einen vorherbestimmten Wert annimmt;
wobei die optische Korrelationerkennungs-Vorrichtung aus einer Glasfaserschleife besteht, die durch eine optische Kopplung der Vorrichtung für die Eingabe des optischen Signalimpulses gebildet wird, der Vorrichtung für die Eingabe des optischen Taktimpulses, und einer Glasfaser; und einer optischen Teilungsvorrichtung zur alleinigen Auskopplung der Wellenlänge des optischen Signals aus dem optischen Ausgangssignal der Glasfaserschleife; und
wobei die Schwingfrequenz der ersten Oszillatorvorrichtung auf 1/n der Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signalimpulses eingestellt ist.

21. Optischer Takt-Phasenregelkreis bestehend aus:
einer ersten Oszillatorvorrichtung, in der Schwingfrequenz und -phase entsprechend einer externen Steuerung variieren; einer zweiten Oszillatorvorrichtung zur Ausgabe eines Wechselstromsignals;
einer Frequenzmischvorrichtung zur Bildung einer Summe, Differenz oder Summe und Differenz der Ausgangssignalfrequenzen der ersten Oszillatorvorrichtung und der zweiten Oszillatorvorrichtung;
einer optischen Impulsgeneratorvorrichtung, die durch ein Ausgangssignal der Frequenzmischvorrichtung gesteuert wird, zur Erzeugung eines optischen Impulses mit einer hinreichend engen Impulsbreite zum Einschließen der n-ten Oberwellenkomponente, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer optischen Korrelationerkennungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-11 für die Ausgabe der Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des
optischen Taktimpulses; einer optischen Empfängervorrichtung zur Umwandlung der optischen Ausgabe der optischen Korrelationerkennungsvorrichtung in ein elektrisches Signal; und
einer Vorrichtung zur Steuerung der Phase der ersten Oszillatorvorrichtung durch den Vergleich der Phase eines Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des von der optischen Empfängervorrichtung ausgegebenen elektrischen Signals mit 1/n gebildet wird, mit einer Phase des Wechselstromsignals, so daß die Phasendifferenz der Signale einen vorherbestimmten Wert annimmt;
wobei die Schwingfrequenz der ersten Oszillatorvorrichtung auf 1/n der Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signalimpulses eingestellt ist.

22. Optischer Takt-Phasenregelkreis bestehend aus:
einer ersten Oszillatorvorrichtung, in der Schwingfrequenz und -phase entsprechend einer externen Steuerung variieren;
einer zweiten Oszillatorvorrichtung zur Ausgabe eines Wechselstromsignals;
einer Frequenzmischvorrichtung zur Bildung einer Summe, Differenz, oder Summe und Differenz der Ausgangssignalfrequenzen der ersten Oszillatorvorrichtung und der zweiten Oszillator vorrichtung;
einer optischen Impulsgeneratorvorrichtung, die durch ein Ausgangssignal der Frequenzmischvorrichtung gesteuert wird, zur Erzeugung eines optischen Impulses mit einer hinreichend engen Impulsbreite zum Einschließen der n-ten Oberwellenkomponente, wobei n eine natürliche Zahl ist;
einer optischen Korrelationerkennungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-11 zur Ausgabe der Korrelationskomponente des optischen Signalimpulses und des optischen Taktimpulses; einer optischen Empfängervorrichtung zur Umwandlung der optischen Ausgabe einer optischen Korrelationerkennungs- Vorrichtung in ein elektrisches Signal; und
einer Vorrichtung zur Steuerung der Phase der ersten Oszillatorvorrichtung durch den Vergleich der Phase des Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des durch die optische Empfängervorrichtung ausgegebenen elektrischen Signals mit m/n gebildet wird (wobei m ist eine rationale Zahl ist), mit der Phase eines Signals, das durch Vervielfachung der Frequenz des Wechselstromsignals um den Faktor m erzeugt wird, so daß die Phasendifferenz der Signale einen vorherbestimmten Wert annimmt;
wobei die Schwingfrequenz der ersten Oszillatorvorrichtung auf 1/n der Übertragungsgeschwindigkeit des optischen Signalimpulses eingestellt ist.