JP3937237B2 - 光周波数シフトキーイング変調器 - Google Patents
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Description
数シフトキーイング変調器に高周波電気信号を与えるための高周波電気信号源とを具備し、前記受信機は、前記送信機から送信された光信号の強度を測定するための強度測定用光検出器と、前記送信機から送信された光信号をその波長に応じて分波する分波器と、前記分波器により分波された一方の光信号を検出するための第1の光検出器と、前記分波器により分波された残りの光信号を検出するための第2の光検出器と、前記第1の光検出器の出力信号と、前記第2の光検出器の出力信号との差分を計算する減算器とを具備する。
(13)ミリ波・マイクロ波パルス発生装置の好ましい態様は,前記RFC電極に入力されるRF信号として、矩形パルスを用いる上記(12)に記載のミリ波・マイクロ波パルス発生装置である。
(14)上記課題の少なくともひとつ以上を解決するため、本発明のミリ波・マイクロ波パルス発生方法は、上記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の光周波数シフトキーイング変調器と、前記光周波数シフトキーイング変調器によって光周波数が切替えられた光信号が入力し、前記光周波数シフトキーイング変調器のRFA電極及びRFB電極に入力するRF信号周波数の2倍以上の周波数成分に応答できる光検出器を用い、前記光周波数シフトキーイング変調器によるて光周波数が切替えられた光信号を前記光検出器に入力し、前記光周波数シフトキーイング変調器によって光信号の光周波数切替え時に発生する上側波帯及び下側波帯の差周波数に相当する信号を得るミリ波・マイクロ波パルス発生方法である。
以下、本発明の第1の実施形態である光FSK変調器10について、図面を参照しながら説明する。図2は、このような光FSK変調器の基本構成を表すブロック図である。図2に示されるように本発明の光FSK変調器は、例えば、第1のサブマッハツェンダー導波路(MZA)2と、第2のサブマッハツェンダー導波路(MZB)3と、前記MZA及び前記MZBとを含み、光の入力部と、変調された光の出力部とを具備するメインマッハツェンダー導波路(MZC)4と、前記MZAを構成する2つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより、前記MZAの2つのアームを伝播する光の位相を制御する第1の直流または低周波用電極(DCA電極)5と、前記MZBを構成する2つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより、前記MZBの2つのアームを伝播する光の位相を制御する第2の直流または低周波用電極(DCB電極)6と、前記MZAを構成する2つのアームにラジオ周波数(RF)信号を入力する第1のRF電極(RFA電極)7と、前記MZBを構成する2つのアームにRF信号を入力する第2のRF電極(RFB電極)8と、入力されるRF信号の周波数を制御することにより前記出力部から出力される光の周波数を制御する進行波型電極(RFC電極)11とを具備する。
それぞれのマッハツェンダー導波路は、例えば、並列する2つの位相変調器を具備するようにして構成される。図2の例では、第1のサブマッハツェンダー導波路(MZA)2と、第2のサブマッハツェンダー導波路(MZB)3と、前記MZA及び前記MZBとを含み、光の入力部と、変調された光の出力部とを具備するメインマッハツェンダー導波路(MZC)4とを含む。
基板の材質としては、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体等の電気光学結晶が好ましく、X−cut(X−カット)LiNbO3基板が特に好ましい。光導波路の形成方法としては、チタン拡散法等の内拡散法やプロトン交換法など公知の形成方法を利用できる。すなわち、本発明の光FSK変調器は、例えば以下のようにして製造できる。まず、ニオブ酸リチウムのウエハー上に、フォトリソグラフィー法によって、チタンをパターニングし、熱拡散法によってチタンを拡散させ、光導波路を形成する。この際の条件は、チタンの厚さを100〜2000オングストロームとし、拡散温度を500〜2000℃とし、拡散時間を10〜40時間としすればよい。基板の主面に、二酸化珪素の絶縁バッファー層(厚さ0.5−2μm)を形成する。次いで、これらの上に厚さ15−30μmの金属メッキからなる電極を形成する。次いでウエハーを切断する。このようして、チタン拡散導波路が形成された光変調器が形成される。
共振型光電極(共振型光変調器)は、変調信号の共振を用いて変調を行う電極である。共振型電極としては公知のものを採用でき、例えば特開2002−268025号公報に記載のものを採用できる。
進行波型電極(進行波型光変調器)は、光波と電気信号を同方向に導波させ導波している間に光を変調する電極(変調器)である(例えば、西原浩、春名正光、栖原敏明著、「光集積回路」(改訂増補版)オーム社、119頁〜120頁)。進行波型電極は公知のものを採用でき、例えば、特開平11−295674号公報、特開平11−295674号公報、特開2002−169133号公報、特開2002−40381号公報、特開2000−267056号公報、特開2000−47159号公報、特開平10−133159号公報などに開示されたものを用いることができる。
光FSK変調器の動作を以下に説明する。並列する4つの光位相変調器に位相が90°ずつ異なる正弦波RF信号を入力する。また、光に関してもそれぞれの位相差が90°となるようにバイアス電圧DCA電極、DCB電極、RFC電極を調整する。すると、RF信号の周波数分だけ周波数がシフトした光が出力される。周波数シフトの方向(減少/増加)は、バイアス電圧を設定することにより選択できる。すなわち、各位相変調器で、電気・光とも90°ずつの位相差をもつ。なお、基板として、X−カット基板を用いるとRF信号用電極RFA電極、及びRFB電極に位相が90°異なる正弦波を供給するだけで、4つの位相変調器でそれぞれ位相が0°、90°、180°、270°のRF信号の変調を実現できる(日隅ら,Xカットリチウムニオブ光SSB変調器,エレクトロンレター,vol. 37, 515-516 (2001).)。
光FSK通信システムとは、光周波数シフトキーイングを用いた光情報通信のためのシステムである。本発明の光FSK通信システムを図面に従って説明する。図4は、本発明の光FSK通信システムの基本構成を示すブロック図である。図4に示されるように、本発明の光FSK通信システムは、通常の光通信システムと同様に、送信機(21)と、受信機(22)と、送信機と受信機とを連結するファイバ(23)とを含む。
図4に示されるように、本発明の光FSK通信システムにおける送信機(21)は、レーザ光源(24)と、前記レーザ光源からの光が入力される光FSK変調器(25)と、前記光FSK変調器へ伝達すべき信号を出力するための信号源(26)と、前記光周波数シフトキーイング変調器に高周波電気信号を与えるための高周波電気信号源(27)とを具備する。
レーザ光源(24)は、レーザを発生するためのデバイスである。従来の光FSKシステムでは、レーザ光源から発生するレーザ自体の波長を変化させていた。しかしながら、本発明の光FSK変調器、及び光FSK通信システムでは、光変調器を用いるので、レーザ光源自体の出力を一定に保つことができる。
光FSK変調器(25)としては、先に説明した光FSK変調器を用いることができる。
信号源(26)は、光FSK変調器へ伝達すべき信号を出力するためのデバイスであり、公知の信号源を採用できる。信号源(FSK信号源)は、光FSK変調器のRFC電極へ伝達される信号を制御する。信号源として、複数の電圧レベルを設定して切り替えることのできるものを用いることは、多値変調可能な光FSK通信に関する態様である。信号源からRFC電極に入力される信号としては、好ましくは500MHz以上、300GHz以下の周波数成分をもつ信号が挙げられ、好ましくは500MHz〜10GHzである。なお、信号源が制御するRFC電極へ伝達される信号の周波数は、後述の高周波電気信号源が制御するRFA電極及びRFB電極へ伝達される信号の周波数に比べて小さいことが好ましい。信号源が制御するRFC電極へ伝達される信号の周波数が、後述の高周波電気信号源が制御するRFA電極及びRFB電極へ伝達される信号の周波数に比べて大きいと装置が複雑となるからである。
高周波電気信号源(27)は、光周波数シフトキーイング変調器に高周波電気信号を与えるためのデバイスであり、公知の高周波電気信号源を採用できる。高周波電気信号源は、主にRFA電極及びRFB電極へ伝達される信号を制御する。高周波周波数としては、例えば1GHz〜100GHzが挙げられる。高周波電気信号源の出力としては、一定の周波数を有する正弦波が挙げられる。
図4に示されるように、本発明の光FSK通信システムにおける受信機(22)は、前記送信機から送信された光信号をその波長に応じて分波する分波器(28)と、前記分波器により分波された一方の光信号を検出するための第1の光検出器(29)と、前記分波器により分波された残りの光信号を検出するための第2の光検出器(30)と、前記第1の光検出器の出力信号と、前記第2の光検出器の出力信号との差分を計算する減算器(31)とを具備する。
分波器(28)は、送信機から送信された光信号をその波長に応じて分波するデバイスであり、公知の分波器を採用できる。
光検出器(29、30)は、分波器により分波された光信号を検出するためのデバイスであり、公知の光検出器を採用できる。この光検出器としては、例えばフォトダイオードを含むデバイスを採用できる。光検出器は、例えば、光信号を検出し、電気信号に変換するものが挙げられる。光検出器によって、光信号の強度などが検出できる。
減算器(31)は、第1の光検出器の出力信号と、前記第2の光検出器の出力信号との差分を計算する計算回路などを含むデバイスであり、公知の減算器を採用できる。
以下では、光FSK通信システムの動作の例を説明する。レーザ光源からの光が光FSK変調器(25)に入力される。光FSK変調器では、信号源(26)によって、RFC電極へ所定の信号が加えられ、高周波電気信号源(27)からRFA電極及びRFB電極へ所定の信号が加えられる。これにより所定の信号が送信機から送信される。
多値変調光FSK通信システムでは、上記の光FSK通信システムの動作において、信号源が、複数の電圧レベルを設定して切り替えることにより達成される。先に説明した光FSK通信システムでは、出力信号が「1」か「−1」であった。しかしながら、多値変調光FSK通信システムでは、光FSK変調器から出力される2種類の波長の光の強度をも調整できるので、複数のレベルの出力信号を得ることができる。
本発明の光FSK、及び光強度変調通信システムを、図面を参照しつつ説明する。図8は、本発明の光FSK、及び光強度変調通信システムの基本構成を示す概略図である。図8に示されるとおり、本発明の光FSK、及び光強度変調通信システムは、通常の光通信システムと同様に、送信機(21)と、受信機(22)と、送信機と受信機とを連結するファイバ(23)とを含む。
図8に示されるように、送信機(21)は、レーザ光源(24)と、前記レーザ光源からの光の強度を変調する光強度変調器(32)と、前記光強度変調器がその強度を変調したレーザ光源からの光が入力される光周波数シフトキーイング変調器(25)と、前記光強度変調器へ伝達すべき信号を出力するための強度変調信号源(33)と、前記光周波数シフトキーイング変調器へ伝達すべき信号を出力するための信号源(FSK信号源)(26)と、前記光周波数シフトキーイング変調器に高周波電気信号を与えるための高周波電気信号源(27)とを具備する。送信機の構成のうち、先に光FSK通信システムの説明において説明してものについては、これらと同様のものを同様にして用いることができる。
(6.1.1.光強度変調器)
光強度変調器(32)は、レーザ光源からの光の強度を変調するためのデバイスであり、公知の光強度変調器を採用できる。なお、光強度変調器は、レーザ光源からの出力光の強度を直接変調してもよいし、光周波数シフトキーイング変調器からの出力光の強度を変調してもよい。
強度変調信号源は、光強度変調器へ伝達すべき信号を出力するためのデバイスであり、公知の強度変調信号源を採用できる。
図8に示されるように、本発明の光FSK、及び光強度変調通信システムにおける受信機(22)は、前記送信機から送信された光信号の強度を測定するための強度測定用光検出器(34)と、前記送信機から送信された光信号をその波長に応じて分波する分波器(28)と、前記分波器により分波された一方の光信号を検出するための第1の光検出器(29)と、前記分波器により分波された残りの光信号を検出するための第2の光検出器(30)と、前記第1の光検出器の出力信号と、前記第2の光検出器の出力信号との差分を計算する減算器(31)とを具備する。受信機の構成のうち、先に光FSK通信システムの説明において説明してものについては、これらと同様のものを同様にして用いることができる。
強度測定用光検出器(34)は、送信機から送信された光信号の強度を測定するためのデバイスであり、公知の光検出器を採用できる。
本発明の光FSK、及び光強度変調通信システムの動作は、基本的には先に説明した光FSK通信システムの動作と同様である。本発明の光FSK、及び光強度変調通信システムでは、レーザ光源からの光の強度を変調し、送信機から伝送された光信号を分波する前に、その光信号の強度を測定する。
以下では、本発明のミリ波・マイクロ波パルス発生方法について説明する。本発明のミリ波・マイクロ波パルス発生方法は、光周波数シフトキーイング変調器と前記光周波数シフトキーイング変調器のRFA電極及びRFB電極に入力するRF信号周波数の2倍以上の周波数成分に応答できる光検出器を用いたミリ波・マイクロ波パルス発生方法である。このような光検出器としては、「単一走行キャリア・フォトダイオード」(石橋忠夫、伊藤弘、「単一走行キャリア・フォトダイオード」、応用物理、 第70巻、第11号、 p.1304-1307(2001))などが挙げられる。
2 第1のサブマッハツェンダー導波路(MZA)
3 第2のサブマッハツェンダー導波路(MZB)
4 メインマッハツェンダー導波路(MZC)
5 第1の電極(DCA電極)
6 第2の電極(DCB電極)
7 第1のRF電極(RFA電極)
8 第2のRF電極(RFB電極)
9 直流または低周波用電極(DCC電極)
10 光FSK変調器
11 第3のRF電極(RFC電極)
21 送信機
22 受信機
23 ファイバ
24 レーザ光源
25 光FSK変調器
26 信号源
27 高周波電気信号源
28 分波器
29 第1の光検出器
30 第2の光検出器
31 減算器
32 光強度変調器
33 強度変調信号源
34 強度測定用光検出器
Claims (15)
- 第1のサブマッハツェンダー導波路(MZA)と、第2のサブマッハツェンダー導波路(MZB)と、
前記MZA及び前記MZBとを含み、光の入力部と、変調された光の出力部とを具備するメインマッハツェンダー導波路(MZC)と、
前記MZAを構成する2つのアームにラジオ周波数(RF)信号を入力する第1のRF電極(RFA電極)と、
前記MZBを構成する2つのアームにRF信号を入力する第2のRF電極(RFB電極)と、
入力されるRF信号の電圧を制御することにより前記出力部から出力される光の周波数を制御する進行波型電極である第3のRF電極(RFC電極)とを具備し、
RF信号に対応した進行波型電極であるRFC電極に入力されるRF信号の電圧を制御することにより出力部から出力される光の周波数を変調する光周波数シフトキーイング変調器。 - RFA電極及びRFB電極として共振型電極を用いる請求項1に記載の光周波数シフトキーイング変調器。
- 前記MZAを構成する2つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより、前記MZAの2つのアームを伝播する光の位相を制御する第1の直流または低周波用電極(DCA電極)と、
前記MZBを構成する2つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより、前記MZBの2つのアームを伝播する光の位相を制御する第2の直流または低周波用電極(DCB電極)と、
を具備する請求項1又は請求項2に記載の光周波数シフトキーイング変調器。 - 前記MZCを構成する2つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより、前記MZCの2つのアームを伝播する光の位相を制御する第3の直流または低周波用電極(DCC電極)を具備する請求項1〜3のいずれか1項に記載の光周波数シフトキーイング変調器。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の光周波数シフトキーイング変調器を用いた光情報伝達方法であって、
前記光の入力部に光を導入する光導入工程と、
前記RFA電極、及び前記RFB電極にRF信号を入力するRF信号入力工程と、
前記RFC電極に入力される信号の電圧を制御することにより前記出力部から出力される光の周波数を制御する出力光周波数シフト工程とを含む
光情報伝達方法。 - 前記RFC電極に入力される信号が500MHz以上周波数成分をもつ請求項5記載の光情報伝達方法。
- RFA電極及びRFB電極のいずれか又は両方に入力されるRF信号の強度を制御することにより出力光の振幅を変調し、変調された振幅をも情報として伝達する請求項5に記載の光情報伝達方法。
- 送信機と、受信機と、送信機と受信機とを連結するファイバとを含む光通信システムであって、
前記送信機は、レーザ光源と、前記レーザ光源からの光が入力される請求項1〜4のいずれか1項に記載の光周波数シフトキーイング変調器と、前記光周波数シフトキーイング変調器へ伝達すべき信号を出力するための信号源と、前記光周波数シフトキーイング変調器に高周波電気信号を与えるための高周波電気信号源とを具備し、
前記受信機は、前記送信機から送信された光信号をその波長に応じて分波する分波器と、
前記分波器により分波された一方の光信号を検出するための第1の光検出器と、
前記分波器により分波された残りの光信号を検出するための第2の光検出器と、
前記第1の光検出器の出力信号と、前記第2の光検出器の出力信号との差分を計算する
減算器とを具備する、
光FSK通信システム。 - 前記信号源は、複数の電圧レベルを設定して切り替えることのできるものである請求項8に記載の光FSK通信システム。
- 送信機と、受信機と、送信機と受信機とを連結するファイバとを含む光通信システムであって、
前記送信機は、レーザ光源と、前記レーザ光源からの光の強度を変調する光強度変調器と、前記光強度変調器がその強度を変調したレーザ光源からの光が入力される請求項1〜4のいずれか1項に記載の光周波数シフトキーイング変調器と、前記光強度変調器へ伝達すべき信号を出力するための強度変調信号源と、前記光周波数シフトキーイング変調器へ伝達すべき信号を出力するための信号源と、前記光周波数シフトキーイング変調器に高周波電気信号を与えるための高周波電気信号源とを具備し、
前記受信機は、前記送信機から送信された光信号の強度を測定するための強度測定用光検出器と、
前記送信機から送信された光信号をその波長に応じて分波する分波器と、
前記分波器により分波された一方の光信号を検出するための第1の光検出器と、
前記分波器により分波された残りの光信号を検出するための第2の光検出器と、
前記第1の光検出器の出力信号と、前記第2の光検出器の出力信号との差分を計算する減算器とを具備する、
光FSK、及び光強度変調通信システム。 - 送信機と、受信機と、送信機と受信機とを連結するファイバとを含む光通信システムであって、
前記送信機は、レーザ光源と、前記レーザ光源からの光が入力される請求項1〜4のいずれか1項に記載の光周波数シフトキーイング変調器と、前記光周波数シフトキーイング変調器がその周波数を変調したレーザ光源からの光の強度を変調する光強度変調器と、前記光強度変調器へ伝達すべき信号を出力するための強度変調信号源と、前記光周波数シフトキーイング変調器へ伝達すべき信号を出力するための信号源と、前記光周波数シフトキーイング変調器に高周波電気信号を与えるための高周波電気信号源とを具備し、
前記受信機は、前記送信機から送信された光信号の強度を測定するための強度測定用光検出器と、
前記送信機から送信された光信号をその波長に応じて分波する分波器と、
前記分波器により分波された一方の光信号を検出するための第1の光検出器と、
前記分波器により分波された残りの光信号を検出するための第2の光検出器と、
前記第1の光検出器の出力信号と、前記第2の光検出器の出力信号との差分を計算する
減算器とを具備する、
光FSK、及び光強度変調通信システム。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の光周波数シフトキーイング変調器と、
前記光周波数シフトキーイング変調器による光周波数が切替えられた光信号が入力し、 前記光周波数シフトキーイング変調器のRFA電極及びRFB電極に入力するRF信号周波数の2倍以上の周波数成分に応答できる光検出器と、
を具備し、
前記光周波数シフトキーイング変調器による光信号の光周波数切替え時に発生する上側波帯及び下側波帯の差周波数に相当する信号を得る
ミリ波・マイクロ波パルス発生装置。 - 前記RF C 電極に入力されるRF信号として、矩形パルスを用いる請求項12に記載のミリ波・マイクロ波パルス発生装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の光周波数シフトキーイング変調器と、前記光周波数シフトキーイング変調器によって光周波数が切替えられた光信号が入力し、前記光周波数シフトキーイング変調器のRFA電極及びRFB電極に入力するRF信号周波数の2倍以上の周波数成分に応答できる光検出器を用い、
前記光周波数シフトキーイング変調器によるて光周波数が切替えられた光信号を前記光検出器に入力し、前記光周波数シフトキーイング変調器によって光信号の光周波数切替え時に発生する上側波帯及び下側波帯の差周波数に相当する信号を得る
ミリ波・マイクロ波パルス発生方法。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の光周波数シフトキーイング変調器と、
前記光周波数シフトキーイング変調器による光周波数が切替えられた光信号が入力し、 前記光周波数シフトキーイング変調器のRFA電極及びRFB電極に入力するRF信号周波数の2倍以上の周波数成分に応答できる光検出器と、
を具備し、
前記光周波数シフトキーイング変調器による光信号の光周波数切替え時に発生する上側波帯及び下側波帯の差周波数に相当するUWB信号を得て、得られたUWB信号を用いるUWB無線通信システム。
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