JP4372527B2

JP4372527B2 - 周波数アップ変換器

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Publication number: JP4372527B2
Application number: JP2003413039A
Authority: JP
Inventors: 直文清水; 雅生遊部
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: JP2005173199A

Description

本発明は周波数アップ変換器に関し、特に、光無線リンクシステムにおいて、データ信号の周波数を無線周波数にアップ変換する周波数アップ変換器に関するものである。

ブロードバンドのアクセス網を実現する手段の一つとして光無線リンクシステムが提案されている。その構成には、例えば、非特許文献１に記載されているように、図１１に模式図で示すものがある。図中の 1101 は局所発振信号発生器（ＬＯ信号発生器）、1102 は伝送すべきデータを発生させるデータ信号発生器、1103 はＬＯ信号とデータ信号をミキシングさせるための周波数ミキサ、1104 は光変調器駆動用のドライバアンプ、1105 は光源、1106 は光変調器、1107 は光増幅器、1108 は光受信機、1109 は光伝送路である。

図１１に示した構成において、データ信号がどのように変換されるかを以下に説明する。

図１２はＬＯ信号発生器 1101 で発生する周波数ω_ｆの電気信号 1201のスペクトルを表す。また、図１３は、データ信号発生器 1102 で発生するデータ信号 1301 のスペクトルを表す。図１２と図１３で表される信号が周波数ミキサ 1103 に入力された時に発生するミキシング信号のスペクトルは図１４のようになる。ここで、1401 はＬＯ信号発生器 1101 で発生された周波数ω_ｆの信号であり、1402 は周波数ω_ｆの信号にまとわりつくデータ信号である。ここで分かるように、データ信号 1402 が周波数ω_ｆに周波数アップ変換されている。

このようなスペクトルで表される電気信号で、周波数ω_ｏｐｔの光を変調した場合に得られる光信号のスペクトルは、図１５で表される。ここで、1501 は周波数ω_ｏｐｔの光キャリアを表し、1502 はω_ｏｐｔから周波数ω_ｆだけ低い周波数に現れる下側波帯、1503 はω_ｏｐｔから周波数ω_ｆだけ高い周波数に現れる上側波帯を表す。

この光信号を光伝送路 1109 を通して光受信機 1108 に送った際に光電変換して得られる電気信号のスペクトルは図１４に示したものと同じである。この信号は、データ信号が周波数ω_ｆに周波数アップ変換されたものである。

本構成においては、電気の基準信号発生器（ＬＯ信号発生器 1101 ）から発生する信号（周波数ω_ｆ）を元に周波数アップ変換させているため、基準信号との同期は確立している。

論文「Ｔ．Ｋｕｒｉ，Ｋ．Ｋｉｔａｙａｍａ，Ａ．Ｓｔｏｅｈｒ，ａｎｄＹ．Ｏｇａｗａ、"Ｆｉｂｅｒ−ＯｐｔｉｃＭｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−ＷａｖｅＤｏｗｎＬｉｎｋＳｙｓｔｅｍＵｓｉｎｇ６０ＧＨｚ−ＢａｎｄＥｘｔｅｒｎａｌＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ，" ＩＥＥＥＪ．ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌ．，１７，７９９−８０６，（１９９９）．」

ところで、近年のパーソナルコンピュータをはじめとする情報機器の情報処理速度の向上とインターネットをはじめとするネットワーク技術の向上により、ネットワーク上でやり取りされる単位時間当たりの情報量は増大しており、現在実用化されている光ファイバを用いたシステムでは、そのデータレートは最高１０Ｇｂ/ｓにまで達している。このような大容量のデータを光無線リンクシステムで伝送しようとする場合、その無線搬送波の周波数ω_ｆは、１００ＧＨｚを超える値とする必要がある。

この場合、ＬＯ信号発生器 1101、ＬＯ信号とデータ信号をミキシングさせるための周波数ミキサ 1103、光変調器駆動用のドライバアンプ 1104、光変調器 1106が、１００ＧＨｚ以上の周波数で動作することが必要となるが、現在までのところ、そのような高い周波数で動作する、光変調器及びドライバアンプは存在しない。

上記で示したように、従来方法は、基準信号が電気であるため、基準信号との同期は確立しているが、光変調器及び駆動回路の動作帯域に上限があるため、１００ＧＨｚを超えるＬＯ信号の周波数を用いることは困難であった。

本発明の主たる目的は、上述の間題点を解決して、入力される光信号を、電気の基準信号発振器と同期した１００ＧＨｚかそれ以上の高純度の周波数信号に周波数アップ変換する周波数アップ変換器を提供することにある。

本発明においては、請求項１に記載のように、
周波数ω_ｆの基準電気信号を発生する基準信号発生器と、周波数ω_ＬＯの光を放射する光源と、前記周波数ω_ＬＯの光を前記基準電気信号で変調する光変調器と、前記光変調器の出力光を増幅する第一の光増幅器と、データ信号で変調された周波数ω_ｄａｔａの入力光を増幅する第二の光増幅器と、前記第一の光増幅器の出力光と前記第二の光増幅器の出力光とを合波する合波器と、前記合波器の出力を入力とする、ｎを正の整数としたときの、周波数ω_ｄａｔａと周波数ω_ＬＯ−ｎω_ｆと周波数ω_ＬＯ＋ｎω_ｆとに透過率の極大を有する第一の波長選択器と、前記第一の波長選択器の出力光を入力とする擬似位相整合非線形光学材料導波路素子と、前記擬似位相整合非線形光学材料導波路素子の出力を入力とする、周波数２ω_ＬＯ−ω_ｄａｔａ−２ｎω_ｆと周波数２ω_ＬＯ−ω_ｄａｔａ＋２ｎω_ｆとに透過率の極大を有する第二の波長選択器と、前記第二の波長選択器の出力光を入力とし４ｎω_ｆに周波数アップ変換された電気信号を出力する光検出器とを構成要素とする周波数アップ変換器を構成する。

また、本発明においては、請求項２に記載のように、
周波数ω_ｆの基準電気信号を発生する基準信号発生器と、前記周波数ω_ｆの基準電気信号を増幅するドライバアンプと、周波数ω_ＬＯの光を放射する光源と、前記周波数ω_ＬＯの光を前記ドライバアンプの出力で変調する光変調器と、前記光変調器の出力光を増幅する第一の光増幅器と、データ信号で変調された周波数ω_ｄａｔａの光を入力するための入力ポートと、前記入力ポートから入力された周波数ω_ｄａｔａの光を増幅する第二の光増幅器と、前記第一の光増幅器の出力光と前記第二の光増幅器の出力光とを合波する合波器と、前記合波器の出力を入力とする、ｎを正の整数としたときの、周波数ω_ｄａｔａと周波数ω_ＬＯ−ｎω_ｆと周波数ω_ＬＯ＋ｎω_ｆとに透過率の極大を有する第一の波長選択器と、前記第一の波長選択器の出力光を入力とし周波数ω_ＬＯ±ｎω_ｆの波とその２倍波（第二高調波）が擬似位相整合条件を満たし、かつ周波数２ω_ＬＯ±２ｎω_ｆの波と周波数ω_ｄａｔａの波、周波数２ω_ＬＯ±２ｎω_ｆ−ω_ｄａｔａの波が擬似位相整合条件を満たす擬似位相整合ニオブ酸リチウム導波路素子と、前記擬似位相整合ニオブ酸リチウム導波路素子の出力光を入力とする、周波数２ω_ＬＯ−ω_ｄａｔａ−２ｎω_ｆと周波数２ω_ＬＯ−ω_ｄａｔａ＋２ｎω_ｆとに透過率の極大を有する第二の波長選択器と、前記第二の波長選択器の出力光を入力とし４ｎω_ｆに周波数アップ変換された電気信号を出力する光検出器とを構成要素とする周波数アップ変換器を構成する。

本発明の実施によって、入力される光信号を、電気の基準信号発振器と同期した１００ＧＨｚかそれ以上の高純度の周波数信号に周波数アップ変換する周波数アップ変換器を提供することが可能となる。

電気の基準信号発生器で発生する周波数ω_ｆの信号で光変調器を駆動することで、発振周波数ω_ＬＯで、周波数ω_ｆの高調波成分が含まれる光ＬＯ信号が発生する。この信号と周波数アップ変換させたい光信号ω_ｄａｔａを合波させる。次に初段の波長選択手段により、光ＬＯ信号のうちで変調周波数の特定の高調波の上側波と下側波成分と周波数ω_ｄａｔａの光だけを、擬似位相整合非線形光学材料導波路素子、たとえば、擬似位相整合ニオブ酸リチウム導波路素子（ＱＰＭ−ＬＮ）に導入する。

ＱＰＭ−ＬＮは、光ＬＯ信号の当該の高調波の上側波および下側波と、光ＬＯ信号の当該の高調波の上側波および下側波の２倍波（第二高調波）光の間で擬似位相整合条件を満たしており、かつ光ＬＯ信号の当該の高調波の上側波及び下側波の２倍波光と入力データ信号光（周波数ω_ｄａｔａ）と、光ＬＯ信号の当該の高調波の上側波と下側波の２倍波光と入力データ信号光（周波数ω_ｄａｔａ）の差周波の光信号が擬似位相整合条件を満たしているので、ＱＰＭ−ＬＮにて光ＬＯ信号の当該高調波の上側波の２倍波信号光と入力データ信号光（周波数ω_ｄａｔａ）の差周波の光信号と、光ＬＯ信号の当該高調波の下側波の２倍波信号光と入力データ信号光（周波数ω_ｄａｔａ）の差周波の光信号が発生する。

ＱＰＭ−ＬＮ後段の波長選択手段により、光ＬＯ信号の当該高調波の上側波の２倍波信号光と入力データ信号光ω（周波数_ｄａｔａ）の差周波の光信号と、光ＬＯ信号の当該高調波の下側波の２倍波信号光と入力データ信号光（周波数ω_ｄａｔａ）の差周波の光信号だけを取り出し、光検出器で光電変換する。すると得られる電気信号は、周波数ω_ｆの信号の当該高調波の２倍の周波数にデータ信号が重畳された信号、つまり周波数アップ変換された信号となる。得られた周波数アップ変換された信号は、元信号が電気の基準信号発生器であるため、電気回路との同期が確立されている。差周波発生は、ＱＰＭ−ＬＮを形成するニオブ酸リチウム結晶の光学的非線形性に起因するコヒーレントな波の合成によって発生するもので、信号ビットレートや信号フォーマットに依存せず発生する。

また、初段の波長選択手段により選ぶ変調周波数の高調波次数をｎとすれば、ＱＰＭ−ＬＮで発生する光ＬＯ信号の高調波の上側波の２倍波信号光と入力データ信号光（周波数ω_ｄａｔａ）の差周波の光信号と、光ＬＯ信号の当該高調波の下側波の２倍波信号光と入力データ信号光（周波数ω_ｄａｔａ）の差周波の光信号の周波数差は４ｎω_ｆとなり周波数アップ変換により得られる信号のキャリア周波数は元の電気の基準信号の４ｎ倍となる。具体的には、高調波次数ｎを２とし、電気により容易に発生することができる１２．５〜６０ＧＨｚの基準電気信号を元にすると、４ｎ＝８となるので、１００〜４８０ＧＨｚのキャリア周波数の電気信号を発生させることができる。したがって、このような構成を採ることで、入力される光信号を、電気の基準信号発振器と同期した１００ＧＨｚかそれ以上の高純度の周波数信号に周波数アップ変換することが可能となる。

以下に本発明の実施例を挙げ、図面に基いて更に詳細に説明する。

図１は本発明の実施例である周波数アップ変換器を示す模式図である。図中 101 は周波数ω_ｆの基準電気信号を発生する基準信号発生器、102 は基準信号発生器 101 が発生する周波数ω_ｆの基準電気信号を増幅する光変調器駆動用ドライバアンプ、103 はニオブ酸リチウム分岐干渉型光変調器 106 にバイアスを印加するための直流電源、104 はバイアスＴ、105 は周波数ω_ＬＯの光を放射する光源、106 はニオブ酸リチウム分岐干渉型光変調器、107 はニオブ酸リチウム分岐干渉型光変調器 106 の出力光を増幅する第一の光増幅器、108 は第一の光増幅器 107 で発生する光ノイズを抑圧するための光バンドパスフィルタ、109 は周波数アップ変換の対象となるデータ信号で変調された周波数ω_ｄａｔａの入力光を入力するためのデータ信号入力ポート、110 は光入力ポート 109 から入力した光を増幅するための第二の光増幅器、111 は第二の光増幅器 110 で発生する光ノイズを抑圧するための光バンドパスフィルタ、112 は、光バンドパスフィルタ 108 で光ノイズを抑圧された第一の光増幅器 107 の出力光と光バンドパスフィルタ 111 で光ノイズを抑圧された第二の光増幅器 110 の出力光とを入力とし、周波数ω_ｄａｔａと周波数ω_ＬＯ−２ω_ｆと周波数ω_ＬＯ＋２ω_ｆとに透過率の極大を有する第一の波長選択器であるアレー導波路型回折格子である。アレー導波路型回折格子 112 は、第一の光増幅器 107 の出力光と第二の光増幅器 110 の出力光とを合波する合波器でもある。

113 はアレー導波路型回折格子 112 の出力光を入力とする前記擬似位相整合非線形光学材料導波路素子の一例である擬似位相整合ニオブ酸リチウム導波路素子（ＱＰＭ−ＬＮ）である。擬似位相整合ニオブ酸リチウム導波路素子（ＱＰＭ−ＬＮ）113 において、光ＬＯ信号光（周波数ω_ＬＯ）と光ＬＯ信号の２倍波信号光（周波数２ω_ＬＯ）が擬似位相整合条件を満たし、かつ光ＬＯ信号の２倍波信号光（周波数２ω_ＬＯ）と入力データ信号光（中心周波数ω_ｄａｔａ）、光ＬＯ信号の２倍波信号光（周波数２ω_ＬＯ）と入力データ信号光（中心周波数ω_ｄａｔａ）の差周波の光信号（キャリア周波数＝２ω_ＬＯ−ω_ｄａｔａ）が擬似位相整合条件を満たしている。

擬似位相整合ニオブ酸リチウム導波路素子（ＱＰＭ−ＬＮ）113 が満たす擬似位相整合条件とは、導波路中で光ＬＯ信号光の伝播定数の２倍が光ＬＯ信号光の２倍波信号光の伝播定数に擬似的に一致し、かつ光データ信号光の伝播定数と、光ＬＯ信号光の２倍波信号と光データ信号光の差周波光の伝播定数の和が光ＬＯ信号光の２倍波信号光の伝播定数に擬似的に一致するよう、光導波路の進行方向に周期的に分極反転させてある状態を意味する。この条件が満たされることによって、擬似位相整合ニオブ酸リチウム導波路素子（ＱＰＭ−ＬＮ）113 からは、所望の、たとえば図７に示すような、スペクトルを持つ出力光が効率よく出射するようになる。

114 は周波数２ω_ＬＯ−ω_ｄａｔａを中心として±４ω_ｆだけ離れたところの周波数、すなわち、２ω_ＬＯ−ω_ｄａｔａ−４ω_ｆと２ω_ＬＯ−ω_ｄａｔａ＋４ω_ｆとに透過率の極大を有する第二の波長選択器であるアレー導波路型回折格子であり、115 はアレー導波路型回折格子 114 の出力光を増幅する光増幅器、116 は光増幅器 115 で増幅されたアレー導波路型回折格子 114 の出力光を検知する光検出器である。

本実施例の周波数アップ変換器においてデータ信号がどのように変換されるかを以下に説明する。

図２は、光源 105 で得られる光のスペクトルを横軸を光の周波数にして模式的に表した図である。このようなスペクトルを有する光をニオブ酸リチウム分岐干渉型光変調器 106 で変調した時に得られる光信号のスペクトルは図３のようになる。ここで 301 はもとの周波数ω_ＬＯの信号を表し、302 は変調された光の下側波、303 は変調された光の上側波、304 と 305 は２倍変調波成分を表し、304 はその下側波、305 は上側波を表す。

図４はデータ信号入力ポート 109 から入力した光データ信号の光スペクトルを、横軸を光の周波数にして、模式的に表した図である。401 は光キャリア強度を表し、402 はデータ信号のスペクトルを表す。アレー導波路型回折格子 112 の周波数−透過特性は図５のようになっているので、アレー導波路型回折格子 112 から擬似位相整合ニオブ酸リチウム導波路素子（ＱＰＭ−ＬＮ）113 へ入射する光のスペクトルは図６に示すような形状を示す。

図６のスペクトルで示される光信号は、光ＬＯ信号光（周波数ω_ＬＯ）と光ＬＯ信号の２倍波信号光（周波数２ω_ＬＯ）が擬似位相整合条件を満たし、かつ光ＬＯ信号の２倍波信号光（周波数２ω_ＬＯ）と入力データ信号光（中心周波数ω_ｄａｔａ）、光ＬＯ信号の２倍波信号光（周波数２ω_ＬＯ）と入力データ信号光（中心周波数ω_ｄａｔａ）の差周波の光信号が擬似位相整合条件を満たしているので、図６のスペクトルで示される光信号が擬似位相整合ニオブ酸リチウム導波路素子（ＱＰＭ−ＬＮ）113 へ入射した際に、上記信号の差周波信号として、擬似位相整合ニオブ酸リチウム導波路素子（ＱＰＭ−ＬＮ）113 において、図７に示したスペクトルを持つ光が新たに発生する。

図７において、701 は光ＬＯ信号の２倍の高調波成分の下側波である下側２倍変調波
304 と上側２倍変調波 305 のミキシング信号（周波数２ω_ＬＯ）とデータ信号（中心周波数ω_ｄａｔａ）の差周波信号光、702 は光ＬＯ信号の２倍の高調波成分の下側波である下側２倍変調波 304 の２倍波信号光（周波数２ω_ＬＯ−４ω_ｆ）とデータ信号（中心周波数ω_ｄａｔａ）の差周波信号光、703 は光ＬＯ信号の２倍の高調波成分の上側波である上側２倍変調波
305 の２倍波信号光（周波数２ω_ＬＯ＋４ω_ｆ）とデータ信号（中心周波数ω_ｄａｔａ）の差周波信号光である。

図７に示すようなスペクトルを持つ、擬似位相整合ニオブ酸リチウム導波路素子（ＱＰＭ−ＬＮ）113 からの出力光を、周波数２ω_ＬＯ−ω_ｄａｔａを中心として±４ω_ｆだけ離れたところの周波数に透過率の極大を有するアレー導波路型回折格子 114 に通すと、得られる光のスペクトルは図８のようになる。この光を光増幅器 115 で増幅後、光検出器 116 で電気信号に変換すると、その電気信号のスペクトルは図９のようになる。ここで 901 は周波数８ω_ｆに現れる信号光 702 と 703 のうなり信号、902 は周波数８ω_ｆの信号にまとわりつくデータ信号である。ここで分かるように、データ信号が周波数８ω_ｆに周波数アップ変換されている。図１０は、本実施例の効果を説明する図である。

上記の実施例では、合波器と第一の波長選択器とを合体した形のアレー導波路型回折格子 112 を用いたが、波長選択手段はこれに限定されるものではなく、多層膜波長フィルタ、ファイバーグレーティング型フィルタを用いてもよく、また、合波手段としては従来から用いられている合波器を用いても、本発明の周波数アップ変換器が実現可能なことは自明である。

また、擬似位相整合ニオブ酸リチウム導波路素子（ＱＰＭ−ＬＮ）に代えて、ニオブ酸リチウム以外の非線形光学材料を用いた擬似位相整合非線形光学材料導波路素子を用いても、本発明の周波数アップ変換器が実現可能なことは自明である。

上記の実施例では、光ＬＯ信号として２次の高調波（高調波次数ｎが２である場合）を用いたが、本実施例に提案された方式に限定されるものでなく、次数ｎを上下させても、たとえば次数ｎを１または３としても、本周波数アップ変換が可能であることは明らかである。周波数は、ｎ＝１の場合には４ω_ｆに、ｎ＝３の場合には１２ω_ｆに、それぞれアップ変換される。

また、ニオブ酸リチウム分岐干渉型光変調器（ＱＰＭ−ＬＮ）の擬似位相整合条件を工夫し、ＱＰＭ−ＬＮ自体に光フィルタ機能を持たせることによっても本周波数アップ変換器が実現可能なことは自明である。

以上説明したとおり、本発明の周波数アップ変換器によれば、入力される光信号を、電気の基準信号発振器と同期した１００ＧＨｚかそれ以上の高純度の周波数信号に周波数アップ変換することが可能となる。

本発明の実施例を示す周波数アップ変換器を示す模式図である。本発明の実施例において、光源で発生する光の周波数ω_ｆの光信号のスペクトルを、横軸を光の周波数にして、模式的に表した説明図である。本発明の実施例において、周波数ω_ｆで変調された光ＬＯ信号の光スペクトルを、横軸を光の周波数にして、模式的に表した説明図である。本発明の実施例において、光データ信号の光スペクトルを、横軸を光の周波数にして、模式的に表した説明図である。本発明の実施例において、ＱＰＭ−ＬＮ前におかれる光フィルタの透過特性を模式的に表した説明図である。本発明の実施例において、図５で表した透過特性を有する光フィルタを透過した後の合波された光信号のスペクトルを模式的に表す説明図である。本発明の実施例において、図６で示された光スペクトルを有する信号がＱＰＭ−ＬＮに入射したときに生じる差周波信号のスペクトルを模式的に説明する説明図である。ＱＰＭ−ＬＮの後段に置かれる光フィルタを通過した後の光信号のスペクトルを模式的に表した説明図である。図８で示される光スペクトルを有する光信号を光検出器で検出した際に得られる電気信号のスペクトルを模式的に表した説明図である。本発明の実施例の効果を説明する図である。従来の周波数アップ変換器の構成例を示す説明図である。従来の周波数アップ変換器のＬＯ信号発生器で発生する周波数ω_ｆの電気信号のスペクトルを表す説明図である。従来の周波数アップ変換器のデータ信号発生器で発生するデータ信号のスペクトルを表す説明図である。従来の周波数アップ変換器の周波数ミキサで発生するミキシング信号のスペクトルを表す説明図である。従来の周波数アップ変換器で発生する光ＬＯ信号の光スペクトルを表す説明図である。

符号の説明

101…基準信号発生器、102…光変調器駆動用ドライバアンプ、103…直流電源、104…バイアスＴ、105…光源、106…ニオブ酸リチウム分岐干渉型光変調器、107…光増幅器、108…光バンドパスフィルタ、109…データ信号入力ポート、110…第二の光増幅器、111…光バンドパスフィルタ、112…アレー導波路型回折格子、113…擬似位相整合ニオブ酸リチウム導波路素子（ＱＰＭ−ＬＮ）、114…アレー導波路型回折格子、115…光増幅器、116…光検出器、301…周波数ω_ＬＯの信号、302…下側変調波、303…上側変調波、304…下側２倍変調波、305…上側２倍変調波、401…光キャリア強度、402…データ信号のスペクトル、701…中心周波数２ω_ＬＯ−ω_ｄａｔａの信号、702…中心周波数２ω_ＬＯ−４ω_ｆ−ω_ｄａｔａの信号、703…中心周波数２ω_ＬＯ＋４ω_ｆ−ω_ｄａｔａの信号、901…信号 702 と信号 703のうなり信号、902…周波数８ω_ｆの信号にまつわりつくデータ信号、1101…局所発振信号発生器、1102…データ信号発生器、1103…周波数ミキサ、1104…ドライバアンプ、1105…光源、1106…光変調器、1107…光増幅器、1108…光受信機、1109…光伝送路、1201…ＬＯ信号発生器で発生する電気信号、1301…データ信号、1401…周波数ω_ｆの信号、1402…データ信号、1501…光キャリア、1502下側波帯…、1503…上側波帯。

Claims

周波数ω_ｆの基準電気信号を発生する基準信号発生器と、周波数ω_ＬＯの光を放射する光源と、前記周波数ω_ＬＯの光を前記基準電気信号で変調する光変調器と、前記光変調器の出力光を増幅する第一の光増幅器と、データ信号で変調された周波数ω_ｄａｔａの入力光を増幅する第二の光増幅器と、前記第一の光増幅器の出力光と前記第二の光増幅器の出力光とを合波する合波器と、前記合波器の出力を入力とする、ｎを正の整数としたときの、周波数ω_ｄａｔａと周波数ω_ＬＯ−ｎω_ｆと周波数ω_ＬＯ＋ｎω_ｆとに透過率の極大を有する第一の波長選択器と、前記第一の波長選択器の出力光を入力とする擬似位相整合非線形光学材料導波路素子と、前記擬似位相整合非線形光学材料導波路素子の出力を入力とする、周波数２ω_ＬＯ−ω_ｄａｔａ−２ｎω_ｆと周波数２ω_ＬＯ−ω_ｄａｔａ＋２ｎω_ｆとに透過率の極大を有する第二の波長選択器と、前記第二の波長選択器の出力光を入力とし４ｎω_ｆに周波数アップ変換された電気信号を出力する光検出器とを構成要素とする周波数アップ変換器。
周波数ω_ｆの基準電気信号を発生する基準信号発生器と、前記周波数ω_ｆの基準電気信号を増幅するドライバアンプと、周波数ω_ＬＯの光を放射する光源と、前記周波数ω_ＬＯの光を前記ドライバアンプの出力で変調する光変調器と、前記光変調器の出力光を増幅する第一の光増幅器と、データ信号で変調された周波数ω_ｄａｔａの光を入力するための入力ポートと、前記入力ポートから入力された周波数ω_ｄａｔａの光を増幅する第二の光増幅器と、前記第一の光増幅器の出力光と前記第二の光増幅器の出力光とを合波する合波器と、前記合波器の出力を入力とする、ｎを正の整数としたときの、周波数ω_ｄａｔａと周波数ω_ＬＯ−ｎω_ｆと周波数ω_ＬＯ＋ｎω_ｆとに透過率の極大を有する第一の波長選択器と、前記第一の波長選択器の出力光を入力とし周波数ω_ＬＯ±ｎω_ｆの波とその２倍波（第二高調波）が擬似位相整合条件を満たし、かつ周波数２ω_ＬＯ±２ｎω_ｆの波と周波数ω_ｄａｔａの波、周波数２ω_ＬＯ±２ｎω_ｆ−ω_ｄａｔａの波が擬似位相整合条件を満たす擬似位相整合ニオブ酸リチウム導波路素子と、前記擬似位相整合ニオブ酸リチウム導波路素子の出力光を入力とする、周波数２ω_ＬＯ−ω_ｄａｔａ−２ｎω_ｆと周波数２ω_ＬＯ−ω_ｄａｔａ＋２ｎω_ｆとに透過率の極大を有する第二の波長選択器と、前記第二の波長選択器の出力光を入力とし４ｎω_ｆに周波数アップ変換された電気信号を出力する光検出器とを構成要素とする周波数アップ変換器。