JP4604162B2 - RZ-FSK modulator and UWB signal generator - Google Patents
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Description
本発明は，光FSK変調器を用いたRZ-FSK変調器及びUWB信号の発生装置などに関する。 The present invention relates to an RZ-FSK modulator using an optical FSK modulator, a UWB signal generator, and the like.
光周波数シフトキーイング（光FSK）は，光の周波数に変調をかけ，周波数の違いを信号として伝える技術である。ＦＳＫ信号は，一般にその振幅には情報がないので，レベル変動や雑音の影響を受けにくいという特徴がある。 Optical frequency shift keying (optical FSK) is a technology that modulates the optical frequency and conveys the difference in frequency as a signal. Since the FSK signal generally has no information in its amplitude, it is characterized by being less susceptible to level fluctuations and noise.
図11に従来の光FSK変調器の例を示す。図11に示されるように，光FSK変調器101は，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）102と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）103と，前記ＭＺA及び前記ＭＺBとを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）104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の電極（ＤＣA電極）105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の電極（ＤＣB電極）106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）107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）108と，前記ＭＺA及び前記ＭＺBのバイアス電圧を制御することにより前記ＭＺA及び前記ＭＺBを伝播する光の位相を制御する直流または低周波用電極（ＤＣC電極）109とを具備する。なお，ＤＣC電極にＲＦ信号を入力してもよい（ＲＦC電極）。図中，符号110，111，112及び113は，それぞれ第1，第2，第3及び第4のパスである。この例は，光ＳＳＢ変調器を改良したものの例である。すなわち，従来の光ＳＳＢ変調器において，ＤＣC電極に相当する部分に進行波電極であるＲＦC電極により周波数変調を行うため，高速に（例えば，0.2ns程度）周波数シフト信号を出力できる。
FIG. 11 shows an example of a conventional optical FSK modulator. As shown in FIG. 11, the
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ＤＣA電極，ＤＣB電極，ＲＦC電極（ＤＣC電極）に印加するバイアス電圧を調整する。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（下記非特許文献１（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)．）参照）。
The operation of the optical FSK modulator will be described below. Sinusoidal RF signals whose phases differ by 90 ° are input to four optical phase modulators in parallel. Further, the bias voltage applied to the DC A electrode, the DC B electrode, and the RF C electrode (DC C electrode) is adjusted so that the phase difference of each light is 90 °. Then, light whose frequency is shifted by the frequency of the RF signal is output. The direction of frequency shift (decrease / increase) can be selected by setting the bias voltage. In other words, each phase modulator has a phase difference of 90 ° for both electricity and light. When an X-cut substrate is used as the substrate, only four sine waves with a phase difference of 90 ° are supplied to the RF signal electrode RF A electrode and the RF B electrode. 90 °, 180 °, and 270 ° RF signal modulation can be realized (Non-Patent
図12は，光FSK変調器の各点での光スペクトルを示す概念図である。図中の矢印は光を表す。図11のそれぞれのＭＺ構造部分においてＤＣA電極，ＤＣB電極のバイアス電圧を2つのPath（パス１とパス３，パス2とパス4）での光の位相差が180°となるように調整する（図12左）。ＲＦC電極（ＤＣC電極）のバイアス電圧を，2つのＭＺ構造部分の光位相差が90°となるように調整する。図11のＰ点，及びＱ点においては，それぞれ両側波帯が存在する（図12中央）。しかしながら，図11のＰ点とＱ点とでは，下側波帯の位相が逆である。このため，これらの光を合波した出力光では，上側波成分のみが含まれる（図12右）。
FIG. 12 is a conceptual diagram showing an optical spectrum at each point of the optical FSK modulator. The arrow in the figure represents light. In each MZ structure part of Fig. 11, the bias voltage of DC A electrode and DC B electrode is adjusted so that the phase difference of light in two paths (
一方，ＲＦC電極（ＤＣC電極）のバイアス電圧を，2つのＭＺ構造部分の光位相差が270°となるように調整すると，下側波成分のみが出力される。したがって，ＲＦC電極の信号電圧を切り替えることで，上側波成分（USB）と下側波成分（LSB）とを切り替えて出力できる。ＲＦC電極として，ＲＦ周波数に対応した進行波型電極を用いたので，上記の周波数シフトを高速に行うことができる。このような光FSK信号は，光情報通信などに用いられるので，質の向上が期待される。 On the other hand, when the bias voltage of the RF C electrode (DC C electrode) is adjusted so that the optical phase difference between the two MZ structure portions is 270 °, only the lower side wave component is output. Therefore, by switching the signal voltage of the RF C electrode, it can be output by switching the upper side band component (USB) and a lower side band component (LSB). Since the traveling wave type electrode corresponding to the RF frequency is used as the RF C electrode, the above-described frequency shift can be performed at high speed. Since such optical FSK signals are used for optical information communication and the like, improvement in quality is expected.
また，光FSK変調によるコヒーレント変調及び復調を行う場合，従来は，半導体レーザを直接変調していた。しかし，半導体レーザを直接変調する場合は，半導体レーザの注入時間が律速となる。このため，このような方法では，高速に変調した光FSK信号を得ることは困難であった（下記非特許文献２（K. Iwashita, T. Imai, T. Matsumoto, and G. Motosugi,"400Mbit/s optical FSK transmission experiment over270km of single-mode fibre, " Electron. Lett., vol. 22, no.10, pp. 164-165, 1986.）参照。）。一方，光FSK変調器（たとえば，MZ導波路を利用した変調器）は，外部変調により光FSK信号を変調できる。このため，高速に変調できる。しかしながら，光位相が乱れるため，コヒーレント変調及び復調には必ずしも向かない。
本発明は，質の高い光FSK信号を得ることができる光FSK変調器を提供することを第一の目的とする。 The first object of the present invention is to provide an optical FSK modulator capable of obtaining a high-quality optical FSK signal.
本発明は，過渡信号を積極的に利用した，UWB（ウルトラワイドバンド）信号の発生装置を提供することを第二の目的とする。 A second object of the present invention is to provide a UWB (ultra-wide band) signal generator that actively uses transient signals.
本発明は，USB信号とLSB信号の光位相を制御した光FSK変調信号（光RZ-FSK変調信号）を得ることのできる同期型光FSK(光RZ-FSK)変調器を提供することを第三の目的とする。 The present invention provides a synchronous optical FSK (optical RZ-FSK) modulator capable of obtaining an optical FSK modulation signal (optical RZ-FSK modulation signal) in which the optical phases of the USB signal and the LSB signal are controlled. Three purposes.
本発明者らは，従来の光FSK変調器では，USBとLSBとを切り替える際の過渡期に，これらベースバンド信号（光FSK信号）が同時に発生し，両信号のビートにより光信号強度が高速に変化する。この過渡信号が，光伝送システムにおいて信号劣化などをもたらす原因となることを見出した。そして，この過渡信号を制御するため研究を重ね，本発明を完成するに至った。 In the conventional optical FSK modulator, the baseband signal (optical FSK signal) is generated simultaneously during the transition period when switching between USB and LSB, and the optical signal intensity is high-speed due to the beat of both signals. To change. It has been found that this transient signal causes signal degradation in an optical transmission system. And research was repeated in order to control this transient signal, and it came to complete this invention.
本発明の第一の態様は，過渡信号の強度を小さくした光FSK変調器に関する。この発明は，基本的には，光FSK信号に強度変調を加え，USB信号とLSB信号との過渡期の出力強度を小さくすることにより，過渡信号の強度を小さくする（抑圧する）というものである。このようにすれば，光FSK信号のうちUSB信号やLSB信号の強度をわずかに損なうものの，過渡信号の強度を小さくできるので，品質の高い光FSK信号を得ることができる。 The first aspect of the present invention relates to an optical FSK modulator with a reduced transient signal intensity. The present invention basically reduces the intensity of the transient signal by applying intensity modulation to the optical FSK signal and reducing the output intensity of the USB signal and the LSB signal during the transition period. is there. In this way, although the strength of the USB signal and LSB signal of the optical FSK signal is slightly impaired, the strength of the transient signal can be reduced, so that a high-quality optical FSK signal can be obtained.
本発明の第二の態様は，光FSK変調器における過渡信号を積極的に利用したUWB信号の発生装置に関する。この発明は，基本的には，光FSK信号に強度変調を加え，USB信号とLSB信号との過渡期の出力強度を大きくするものである。そして，できるだけこの過渡期以外の光強度を抑圧する。このようにすれば，光FSK変調器の本来の目的信号であるUSB信号とLSB信号との強度が弱まる（又は抑圧される）が，光FSK信号の劣化をもたらすとされた過渡信号を利用することでUWB信号を得ることができる。そして，このUWB信号は，UWB-on-Fiber（ファイバ）信号として光ファイバにより伝送可能なので，UWB信号を遠隔地に供給できることとなる。 The second aspect of the present invention relates to a UWB signal generator that actively uses a transient signal in an optical FSK modulator. The present invention basically adds intensity modulation to the optical FSK signal to increase the output intensity of the USB signal and the LSB signal during the transition period. Then, the light intensity outside this transition period is suppressed as much as possible. In this way, the transient signal that is supposed to cause deterioration of the optical FSK signal is used although the intensity of the USB signal and the LSB signal, which are the original target signals of the optical FSK modulator, is weakened (or suppressed). In this way, a UWB signal can be obtained. Since this UWB signal can be transmitted as an UWB-on-Fiber (fiber) signal through an optical fiber, the UWB signal can be supplied to a remote place.
すなわち，本発明の第一の態様にかかる，光RZ-FSK変調器(1)は，基本的には強度変調器(2)と光FSK変調器(11)とを具備する光RZ-FSK変調器(1)である。強度変調器が，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度を小さくするように強度変調を施す。そして，過渡信号の強度を小さくすることにより光RZ-FSK信号を取得できる。なおRZ信号は，リターントゥゼロ信号を意味し，信号強度が０（又は０付近）に戻る信号を意味する。
That is, the optical RZ-FSK modulator (1) according to the first aspect of the present invention is basically an optical RZ-FSK modulator comprising an intensity modulator (2) and an optical FSK modulator (11). (1). The intensity modulator performs intensity modulation so as to reduce the intensity of the transient signal that is a signal generated in the transient period among the outputs from the optical FSK modulator. An optical RZ-FSK signal can be acquired by reducing the intensity of the transient signal. The RZ signal means a return-to-zero signal and a signal whose signal strength returns to 0 (or near 0).
本発明の第一の態様にかかる光RZ-FSK変調器(1)の好ましい側面は，強度変調器(2)が，プッシュプル型マッハツェンダー導波路である光RZ-FSK変調器である。
A preferable aspect of the optical RZ-FSK modulator (1) according to the first embodiment of the present invention is an optical RZ-FSK modulator in which the intensity modulator (2) is a push-pull type Mach-Zehnder waveguide.
本発明の第一の態様にかかる光RZ-FSK変調器(1)の好ましい別の側面は，光FSK変調器(11)が，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）(12)と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）(13)と，前記ＭＺA及び前記ＭＺBとを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）(14)とを具備する光RZ-FSK変調器である。
Another preferable aspect of the optical RZ-FSK modulator (1) according to the first embodiment of the present invention is that the optical FSK modulator (11) includes the first sub Mach-Zehnder waveguide (MZ A ) (12). , A second sub Mach-Zehnder waveguide (MZ B ) (13) and a main Mach-Zehnder waveguide (MZ C ) (14) comprising the MZ A and the MZ B. It is a vessel.
また，本発明の第二の態様にかかる，UWB信号発生装置は，基本的には強度変調器(2)と光FSK変調器(11)とを具備するUWB信号発生装置である。強度変調器が，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度を大きくし，かつ光FSK信号の強度を小さくするように強度変調を施す。これにより，本来の光FSK信号を抑圧し，過渡信号に基づくUWB信号を取得することができる。
The UWB signal generator according to the second aspect of the present invention is basically a UWB signal generator including an intensity modulator (2) and an optical FSK modulator (11). The intensity modulator performs intensity modulation so as to increase the intensity of the transient signal, which is a signal generated during the transition period, from the output from the optical FSK modulator and to decrease the intensity of the optical FSK signal. Thereby, the original optical FSK signal can be suppressed and the UWB signal based on the transient signal can be acquired.
本発明の第二の態様にかかるUWB信号発生装置の好ましい側面は，前記強度変調器(2)が，プッシュプル型マッハツェンダー導波路であるUWB信号発生装置である。
A preferable aspect of the UWB signal generation device according to the second aspect of the present invention is the UWB signal generation device in which the intensity modulator (2) is a push-pull type Mach-Zehnder waveguide.
本発明の第二の態様にかかるUWB信号発生装置の好ましい別の側面は，光FSK変調器(11)が，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）(12)と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）(13)と，前記ＭＺA及び前記ＭＺBとを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）(14)とを具備する請求項4に記載のUWB信号発生装置である。
Another preferable aspect of the UWB signal generator according to the second aspect of the present invention is that an optical FSK modulator (11) includes a first sub Mach-Zehnder waveguide (MZ A ) (12) and a
本発明の第一の態様にかかる光RZ-FSK変調器(1)の好ましい利用態様は，強度変調器(2)と光FSK変調器(11)とを用い，前記強度変調器は，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度が小さくなるように強度変調を施すことにより，前記過渡信号の強度を小さくする光RZ-FSK信号の取得方法である。
A preferred application mode of the optical RZ-FSK modulator (1) according to the first aspect of the present invention uses an intensity modulator (2) and an optical FSK modulator (11), and the intensity modulator is an optical FSK. This is a method for obtaining an optical RZ-FSK signal in which the intensity of the transient signal is reduced by performing intensity modulation so that the intensity of the transient signal, which is a signal generated during the transition period, out of the output from the modulator is reduced.
本発明の第二の態様にかかるUWB信号発生装置の好ましい利用態様は，強度変調器(2)と光FSK変調器(11)とを用い，前記強度変調器は，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度を大きくなり，かつ光FSK信号の強度が小さくなるように強度変調を施すことにより，前記過渡信号に基づくUWB信号を取得するUWB信号の取得方法である。
A preferred usage mode of the UWB signal generator according to the second aspect of the present invention uses an intensity modulator (2) and an optical FSK modulator (11), and the intensity modulator outputs from the optical FSK modulator. increases and the strength of the transient signal is a signal produced during the transient period of, and by the intensity of the optical FSK signal subjected to intensity modulation so that a small, acquisition of the UWB signal to acquire the UWB signal based on the transient signal Is the method.
本発明の第三の態様にかかる同期型光FSK変調器は，基本的には，光FSK変調器(11)のクロック信号とベースバンド信号とを同期するための手段と，光FSK変調器(11)とを具備し，クロック信号とベースバンド信号の同期をとることによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御する同期型光FSK変調器である。これにより，クロック信号とベースバンド信号との位相差を制御できるので，USB信号とLSB信号の位相差も制御できる。たとえば，クロック信号とベースバンド信号の位相が同じになるようなタイミングでクロック信号とベースバンド信号の同期をとることにより，USB信号とLSB信号の位相差を一定のものとすることができる。よって，コヒーレントな変調信号を発生することができる。また，光FSK信号の各ビット内で，USB信号とLSB信号の光位相を制御できるので，たとえば，比較した信号の位相が同一であるか（USB信号同士，又はLSB信号同士），又は比較した信号の位相が異なる（USB信号とLSB信号）かで，異なる光位相差を得ることができる。したがって，光位相検波を行うことにより，信号を復調することができる。従来の非同期型FSK変調の場合には，USB信号及びLSB信号を光フィルタで光周波数分離する必要があり，周波数占有帯域を大きくせざるを得なかった。それに対し，本発明の同期型光FSK変調信号では，USB信号とLSB信号との周波数離調が小さくても，後述のような光遅延検波器などを用いた復調技術を用いることができるので，より周波数占有帯域の小さな光FSK変調を実現できる。
The synchronous optical FSK modulator according to the third aspect of the present invention basically includes means for synchronizing the clock signal and the baseband signal of the optical FSK modulator (11), an optical FSK modulator ( And a synchronous optical FSK modulator that controls the phase difference between the clock signal and the baseband signal by synchronizing the clock signal and the baseband signal. As a result, the phase difference between the clock signal and the baseband signal can be controlled, so that the phase difference between the USB signal and the LSB signal can also be controlled. For example, the phase difference between the USB signal and the LSB signal can be made constant by synchronizing the clock signal and the baseband signal at a timing such that the phases of the clock signal and the baseband signal are the same. Therefore, a coherent modulation signal can be generated. In addition, the optical phase of the USB signal and the LSB signal can be controlled within each bit of the optical FSK signal. For example, the phases of the compared signals are the same (USB signals or LSB signals) or compared. Different optical phase differences can be obtained depending on the signal phase (USB signal and LSB signal). Therefore, the signal can be demodulated by performing optical phase detection. In the case of conventional asynchronous FSK modulation, the USB signal and LSB signal must be optically frequency-separated with an optical filter, and the frequency occupation band must be increased. On the other hand, in the synchronous optical FSK modulation signal of the present invention, even if the frequency detuning between the USB signal and the LSB signal is small, a demodulation technique using an optical delay detector as described later can be used. Optical FSK modulation with a smaller frequency occupation band can be realized.
本発明の第三の態様にかかる同期型光FSK変調器の好ましい側面は，強度変調器(2)と上記の同期型光FSK変調器とを具備する光RZ-FSK変調器に用いるものである。同期型光FSK変調器が，光FSK変調器(11)のクロック信号とベースバンド信号とを同期することによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御し，USB信号とLSB信号の位相差を制御する。一方，前記強度変調器が，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度が小さくなるように強度変調を施すことにより，前記過渡信号を抑圧した光RZ-FSK信号を取得できる。よって，上記の同期型光FSK変調器とを具備する光RZ-FSK変調器によれば，USB信号とLSB信号の光位相を制御した，光RZ-FSK信号を取得できる。
A preferable aspect of the synchronous optical FSK modulator according to the third aspect of the present invention is used for an optical RZ-FSK modulator including the intensity modulator (2) and the synchronous optical FSK modulator. . The synchronous optical FSK modulator controls the phase difference between the clock signal and the baseband signal by synchronizing the clock signal and the baseband signal of the optical FSK modulator (11), and the phase difference between the USB signal and the LSB signal. To control. On the other hand, the intensity modulator performs intensity modulation so that the intensity of the transient signal, which is a signal generated in the transition period, out of the output from the optical FSK modulator is reduced, thereby reducing the optical signal RZ-FSK. The signal can be acquired. Therefore, according to the optical RZ-FSK modulator including the above-described synchronous optical FSK modulator, an optical RZ-FSK signal in which the optical phases of the USB signal and the LSB signal are controlled can be acquired.
本発明の第三の態様にかかる同期型光FSK変調器の好ましい利用態様は，光FSK変調器(11)のクロック信号とベースバンド信号とを同期するための手段と，光FSK変調器(11)とを用いた変調信号の取得方法であって，光FSK変調器(11)のクロック信号とベースバンド信号とを同期することによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御する光FSK信号の取得方法に用いるものである。
A preferred usage mode of the synchronous optical FSK modulator according to the third aspect of the present invention is a means for synchronizing a clock signal and a baseband signal of the optical FSK modulator (11), and an optical FSK modulator (11 ) And an optical FSK signal for controlling the phase difference between the clock signal and the baseband signal by synchronizing the clock signal and the baseband signal of the optical FSK modulator (11). It is used for the acquisition method.
本発明の第三の態様にかかる同期型光FSK変調器の好ましい利用態様は，強度変調器(2)と上記の同期型光FSK変調器とを具備する光RZ-FSK変調器を用いた光RZ-FSK信号の取得方法に関する。同期型光FSK変調器が，光FSK変調器(11)のクロック信号とベースバンド信号とを同期することによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御した光信号を出力する。一方，強度変調器は，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度が小さくなるように強度変調を施すことにより，前記過渡信号の強度を小さくする。これにより，USB信号とLSB信号の光位相を制御した，光RZ-FSK信号を取得できる。 A preferred usage mode of the synchronous optical FSK modulator according to the third aspect of the present invention is an optical device using an optical RZ-FSK modulator comprising the intensity modulator (2) and the synchronous optical FSK modulator. The present invention relates to an RZ-FSK signal acquisition method. The synchronous optical FSK modulator outputs an optical signal in which the phase difference between the clock signal and the baseband signal is controlled by synchronizing the clock signal and the baseband signal of the optical FSK modulator (11). On the other hand, the intensity modulator reduces the intensity of the transient signal by performing intensity modulation so that the intensity of the transient signal, which is a signal generated in the transition period, out of the output from the optical FSK modulator is reduced. This makes it possible to acquire an optical RZ-FSK signal that controls the optical phase of the USB and LSB signals.
本発明によれば，過渡信号を抑圧できるので質の高い光FSK信号を得ることができる光FSK変調器を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical FSK modulator that can obtain a high-quality optical FSK signal because a transient signal can be suppressed.
本発明は，過渡信号を積極的に利用した，UWB信号の発生装置を提供できる。 The present invention can provide a UWB signal generator that actively uses transient signals.
本発明は，USB信号とLSB信号の光位相を制御した光FSK変調信号（光RZ-FSK変調信号）を得ることのできる同期型光FSK(光RZ-FSK)変調器を提供できる。 The present invention can provide a synchronous optical FSK (optical RZ-FSK) modulator capable of obtaining an optical FSK modulation signal (optical RZ-FSK modulation signal) in which the optical phases of the USB signal and the LSB signal are controlled.
１．光RZ-FSK変調器
以下，図面を用いて本発明の第一の態様にかかる光RZ（Return to Zero：リターントゥゼロ）-FSK変調器を説明する。図１は，本発明の光RZ-FSK変調器の基本構成を示す図である。図１に示されるとおり，本発明の光RZ-FSK変調器(1)は，強度変調器(2)と光FSK変調器(11)とを具備する。なお，本発明の光RZ-FSK変調器(1)は，強度変調器を用いて，光FSK信号の信号強度を0付近まで周期的に落とすので，光RZ-FSK変調器とよぶ。なお，図１中，hνは光を表し，矢印は光の進行方向を表し，符合3は強度変調器へ信号を印加するための電極を表し，符号12，及び13は，それぞれ光FSK変調器の第一及び第二のサブマッハツェンダー導波路を表し，符合14は光FSK変調器のメインマッハツェンダー導波路を表し，符号15,16,17はそれぞれ電極を表す。
1. Optical RZ-FSK Modulator Hereinafter, an optical RZ (Return to Zero) -FSK modulator according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an optical RZ-FSK modulator according to the present invention. As shown in FIG. 1, the optical RZ-FSK modulator (1) of the present invention comprises an intensity modulator (2) and an optical FSK modulator (11). Note that the optical RZ-FSK modulator (1) of the present invention is called an optical RZ-FSK modulator because the signal intensity of the optical FSK signal is periodically lowered to near 0 using an intensity modulator. In FIG. 1, hv represents light, the arrow represents the traveling direction of light,
1.1. 強度変調器
強度変調器(2)は，信号の強度を変調するための装置である。強度変調装置として，信号の強度を，光FSK信号の周期と同期した所定の周期で変調できるものであれば特に限定されない。好ましい光強度変調器は，マッハツェンダー導波路であり，より好ましくはプッシュプル型マッハツェンダー導波路である。マッハツェンダー導波路であれば，後述の光FSK変調器と同一の基板上に設けることができるからである。また，マッハツェンダー導波路であれば，強度変調時の不要な光位相変化（周波数チャープ）を回避することが出来るからである。このようなマッハツェンダー導波路として，公知の光SSB変調器などに用いられたマッハツェンダー導波路を利用できる。
1.1. Intensity Modulator The intensity modulator (2) is a device for modulating the intensity of a signal. The intensity modulation device is not particularly limited as long as the intensity of the signal can be modulated with a predetermined period synchronized with the period of the optical FSK signal. A preferred light intensity modulator is a Mach-Zehnder waveguide, and more preferably a push-pull type Mach-Zehnder waveguide. This is because the Mach-Zehnder waveguide can be provided on the same substrate as the optical FSK modulator described later. In addition, the Mach-Zehnder waveguide can avoid unnecessary optical phase change (frequency chirp) during intensity modulation. As such a Mach-Zehnder waveguide, a Mach-Zehnder waveguide used in a known optical SSB modulator or the like can be used.
図２は，マッハツェンダー導波路における位相差と，強度変調器に印加される正弦波クロック信号の関係を示す図である。図２（A）は，位相差が±90°の場合の正弦波クロック信号の例を示す図である（動作条件A）。図２（B）は，位相差が0°の場合の正弦波クロック信号の例を示す図である（動作条件B）。図２（C）は，位相差が180°の場合の正弦波クロック信号の例を示す図である（動作条件C）。図２（D）は，光信号と位相差との関係を示す図である。なお，光FSK変調器のベースバンド信号の周波数をf[Hz]とした場合に，強度変調器には，f[Hz]又はf/2[Hz]の正弦波クロック信号を印加すれば，本発明の目的を好適に達成できる。強度変調器へ印加される正弦波クロック信号の周波数がf[Hz]の場合は，マッハツェンダー導波路における位相差が±90°（動作条件A）となるように設定すればよい。また，強度変調器へ印加される正弦波クロック信号の周波数がf/2[Hz]の場合は，マッハツェンダー導波路における位相差がバイアス点（0°）（動作条件B），（180°）（動作条件C）となるように設定すればよい。なお，プッシュプル型とは，スイッチング電源の回路方式の名称であり，メインスイッチング素子をふたつ使用し，スイッチングトランスを交互に駆動するものである。 FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the phase difference in the Mach-Zehnder waveguide and the sine wave clock signal applied to the intensity modulator. FIG. 2A is a diagram showing an example of a sine wave clock signal when the phase difference is ± 90 ° (operation condition A). FIG. 2B is a diagram illustrating an example of a sine wave clock signal when the phase difference is 0 ° (operation condition B). FIG. 2C is a diagram showing an example of a sine wave clock signal when the phase difference is 180 ° (operation condition C). FIG. 2D is a diagram illustrating the relationship between the optical signal and the phase difference. If the frequency of the baseband signal of the optical FSK modulator is f [Hz], this can be achieved by applying a sine wave signal of f [Hz] or f / 2 [Hz] to the intensity modulator. The object of the invention can be suitably achieved. When the frequency of the sine wave clock signal applied to the intensity modulator is f [Hz], the phase difference in the Mach-Zehnder waveguide may be set to be ± 90 ° (operating condition A). When the frequency of the sine wave clock signal applied to the intensity modulator is f / 2 [Hz], the phase difference in the Mach-Zehnder waveguide is bias point (0 °) (operating condition B), (180 °) (Operation condition C) may be set. The push-pull type is a name for a circuit system of a switching power supply, and uses two main switching elements to alternately drive a switching transformer.
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3にマッハツェンダー導波路の基本構成を示す。図3に示されるように，マッハツェンダー導波路は，対抗する第一の導波路(3)と第2の導波路(4)とを具備する。そして，両アームに信号を印加するための電極(5)をさらに備える。このようなマッハツェンダー導波路は，公知である。 The Mach-Zehnder waveguide is configured to include, for example, two phase modulators in parallel. Fig. 3 shows the basic configuration of the Mach-Zehnder waveguide. As shown in FIG. 3, the Mach-Zehnder waveguide includes a first waveguide (3) and a second waveguide (4) that oppose each other. An electrode (5) for applying a signal to both arms is further provided. Such a Mach-Zehnder waveguide is known.
マッハツェンダー導波路の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。チタンなどを基板に拡散させた部分は，他の基板部分と屈折率などが異なりこの部分を光が通る。そこで，チタンなどを基板に拡散させた部分を導波路として用いればよい。また，基板上に設けられた金属めっきを電極とすればよい。 The material of the substrate of the Mach-Zehnder waveguide is preferably an electro-optic crystal such as lithium niobate, lithium tantalate, or lithium niobate-lithium tantalate solid solution, and particularly preferably an X-cut (X-cut) LiNbO 3 substrate. The portion where titanium or the like is diffused in the substrate is different in refractive index from other substrate portions, and light passes through this portion. Therefore, a portion in which titanium or the like is diffused in the substrate may be used as the waveguide. Further, metal plating provided on the substrate may be used as the electrode.
1.2. 光FSK変調器
以下，本発明の第１の実施形態に用いられる光FSK変調器(11)の例を説明する。光FSK変調器(11)は，たとえば図11に記載したような公知のものを用いることができる。具体的には，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，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）とを具備するものを用いることができる。なお，基板，導波路，及びマッハツェンダー導波路として，先の強度変調器において説明したものを用いることができる。電極は，共振型電極と進行波型電極とがある。
1.2. Optical FSK Modulator An example of the optical FSK modulator (11) used in the first embodiment of the present invention will be described below. As the optical FSK modulator (11), for example, a known one as shown in FIG. 11 can be used. Specifically, the first sub-Mach-Zehnder waveguide (MZ A ), the second sub-Mach-Zehnder waveguide (MZ B ), the MZ A and the MZ B , and an optical input unit; A main Mach-Zehnder waveguide (MZ C ) having a modulated light output section and a bias voltage between the two arms constituting the MZ A are controlled to propagate through the two arms of the MZ A a first direct current or low frequency electrode to control the phase of light (DC a electrode), by controlling the bias voltage between the two arms composing the MZ B, the two arms of the MZ B A second direct current or low frequency electrode (DC B electrode) for controlling the phase of propagating light, and a first RF electrode (RF) for inputting a radio frequency (RF) signal to the two arms constituting the MZ A A electrode) and the MZ B A second RF electrode (RF B electrode) for inputting an RF signal to two constituting arms, and a traveling wave for controlling the frequency of the light output from the output unit by controlling the frequency of the input RF signal can be used for and a type electrode (RF C electrode). As the substrate, the waveguide, and the Mach-Zehnder waveguide, those described in the previous intensity modulator can be used. There are a resonance type electrode and a traveling wave type electrode.
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。 A resonance type photoelectrode (resonance type optical modulator) is an electrode that performs modulation using resonance of a modulation signal. A well-known thing can be employ | adopted as a resonance-type electrode, for example, can employ | adopt the thing as described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-268025.
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。 A traveling wave type electrode (traveling wave type optical modulator) is an electrode (modulator) that modulates light while guiding and guiding light waves and electrical signals in the same direction (for example, Hiroshi Nishihara, Haruna) Masamitsu, Toshiaki Sugawara, “Optical Integrated Circuit” (Revised Supplement), Ohmsha, pp. 119-120). As the traveling wave type electrode, known ones can be adopted. For example, JP-A-11-295674, JP-A-11-295674, JP-A-2002-169133, JP-A-2002-40381, JP-A-2000- Those disclosed in Japanese Patent No. 267056, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-47159, Japanese Patent Laid-Open No. 10-133159, and the like can be used.
進行波型電極として好ましくは，いわゆる対称型の接地電極配置（進行波型の信号電極の両側に，少なくとも一対の接地電極が設けられているもの）を採用するものが挙げられる。このように，信号電極を挟んで接地電極を対称に配置することによって，信号電極から出力される高周波は，信号電極の左右に配置された接地電極に印加されやすくなるので，高周波の基板側への放射を，抑圧できる。 The traveling wave electrode preferably employs a so-called symmetrical ground electrode arrangement (having at least a pair of ground electrodes on both sides of the traveling wave signal electrode). Thus, by arranging the ground electrodes symmetrically across the signal electrode, the high frequency output from the signal electrode is easily applied to the ground electrodes arranged on the left and right sides of the signal electrode. Can be suppressed.
1.3.光ＦＳＫ変調器の動作
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（日隈ら，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)．）。この点は，従来技術において説明したとおりである。なお，ＲＦC電極として，ＲＦ周波数に対応した進行波型電極を用いれば，周波数シフトを高速に行うことができるので好ましい。
1.3. Operation of Optical FSK Modulator The operation of the optical FSK modulator will be described below. Sinusoidal RF signals whose phases are different by 90 ° are input to four optical phase modulators in parallel. In addition, the bias voltage DC A electrode, DC B electrode, and RF C electrode are adjusted so that the phase difference of each light is 90 °. Then, light whose frequency is shifted by the frequency of the RF signal is output. The direction of frequency shift (decrease / increase) can be selected by setting the bias voltage. In other words, each phase modulator has a phase difference of 90 ° for both electricity and light. If an X-cut substrate is used as the substrate, only four sine waves with a phase difference of 90 ° are supplied to the RF signal electrode RF A electrode and the RF B electrode. Modulation of 90 °, 180 °, and 270 ° RF signals can be realized (Nichijo et al., X-cut lithium niobium optical SSB modulator, Electron Letter, vol. 37, 515-516 (2001)). This point is as described in the prior art. Note that it is preferable to use a traveling wave electrode corresponding to the RF frequency as the RF C electrode because the frequency shift can be performed at high speed.
2. UWB信号の発生装置
UWB信号の発生装置も基本的には上記の光RZ-FSK信号の発生装置と同じ構成を採用できる。ここでは，上記した光RZ-FSK信号の発生装置に関する記載を引用したものとする。すなわち，強度変調器の変調周期を変化させ，FSK変調信号を抑圧することにより過渡信号に由来するUWB信号を得ることができる。
2. UWB signal generator
The UWB signal generator can basically adopt the same configuration as the optical RZ-FSK signal generator. Here, the above description regarding the optical RZ-FSK signal generator is cited. That is, the UWB signal derived from the transient signal can be obtained by changing the modulation period of the intensity modulator and suppressing the FSK modulation signal.
3.光RZ-FSK信号の発生装置及びUWB信号の発生装置の製造方法
本発明の光RZ-FSK信号の発生装置及びUWB信号の発生装置（本発明の各装置）は，基板上に光導波路と電極を形成することにより製造できる。光導波路の形成方法として，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，各装置は，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時間とすればよい。次いで，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本発明の各装置を製造できる。
3. Optical RZ-FSK signal generator and UWB signal generator manufacturing method The optical RZ-FSK signal generator and UWB signal generator of the present invention (each device of the present invention) are optical waveguides on a substrate. And an electrode. As a method for forming the optical waveguide, a known forming method such as an internal diffusion method such as a titanium diffusion method or a proton exchange method can be used. That is, each device can be manufactured as follows, for example. First, titanium is patterned on a lithium niobate wafer by photolithography, and titanium is diffused by thermal diffusion to form an optical waveguide. The conditions at this time may be that the thickness of titanium is 100 to 2000 angstroms, the diffusion temperature is 500 to 2000 ° C., and the diffusion time is 10 to 40 hours. Next, an insulating buffer layer (thickness 0.5-2 μm) of silicon dioxide is formed on the main surface of the substrate. Next, an electrode made of metal plating having a thickness of 15 to 30 μm is formed thereon. Next, the wafer is cut. In this way, each device of the present invention in which a titanium diffusion waveguide is formed can be manufactured.
4.光RZ-FSK信号の発生装置の基本動作
図4は，強度変調を加えない，光FSK信号の信号強度を示す図である。図4Aは，光FSK信号の強度変化を示す概念図である。図4Bは，光FSK信号の周波数変化を示す図である。図4A中，点線で囲った部分は，過渡信号を表す。図4A及び図4B中，USBは上側波帯信号を示し，LSBは下側波帯信号を示す。図4Aに示されるように，所定周期（ここでは，ｔ1とした。）ごとに，強度が高速に変化する過渡信号が現れる。図5は，このような過渡信号を抑圧するための強度変調信号の例である。この例では，信号強度が光FSK信号と同期して印加されるようになっている。そして，過渡信号が現れる時点での強度が０になるような変調（RZ）を施している。このような変調を施すことにより，過渡信号が抑圧され，USB信号及びLSB信号の質が高まる。なお，強度変調信号と，光FSK変調信号とのタイミング制御は，公知の方法により制御できる。具体的には，強度変調器に印加する信号と光FSK変調器の各電極に印加される信号とのタイミングを制御することにより，光RZ-FSK信号を得ることができる。具体的には，強度変調器に印加する信号と，光FSK変調器に印加される信号も同期を取ることで，光FSK変調信号の周期に合わせて強度変調を行うことができるようにされている。
4. Basic operation of optical RZ-FSK signal generator Fig. 4 shows the signal strength of an optical FSK signal without intensity modulation. FIG. 4A is a conceptual diagram showing an intensity change of the optical FSK signal. FIG. 4B is a diagram showing a frequency change of the optical FSK signal. In FIG. 4A, the portion surrounded by a dotted line represents a transient signal. 4A and 4B, USB indicates an upper sideband signal, and LSB indicates a lower sideband signal. As shown in FIG. 4A, a transient signal whose intensity changes at high speed appears every predetermined period (here, t 1 ). FIG. 5 is an example of an intensity modulation signal for suppressing such a transient signal. In this example, the signal intensity is applied in synchronization with the optical FSK signal. Then, modulation (RZ) is performed so that the intensity becomes zero when a transient signal appears. By applying such modulation, the transient signal is suppressed and the quality of the USB signal and the LSB signal is improved. The timing control between the intensity modulation signal and the optical FSK modulation signal can be controlled by a known method. Specifically, the optical RZ-FSK signal can be obtained by controlling the timing of the signal applied to the intensity modulator and the signal applied to each electrode of the optical FSK modulator. Specifically, the signal applied to the intensity modulator and the signal applied to the optical FSK modulator are synchronized so that the intensity modulation can be performed in accordance with the period of the optical FSK modulation signal. Yes.
5. UWB信号の発生装置の基本動作
図6は，過渡信号を残し他の信号を抑圧するための強度変調信号の例である。この例では，信号強度が光FSK信号と同期して印加されるようになっている。このような強度変調を図4に示される光FSK信号に印加する。すなわち，過渡信号が現れる時点での強度がMaxになり，ある時点での信号強度が0とるような変調（RZ）を施す。このような変調を施すことにより，USB信号及びLSB信号が抑圧され，過渡信号が残る。この過渡信号が，ミリ波・マイクロ波領域の信号であるので，この装置を用いれば，UWB信号を得ることができる。
5. Basic operation of UWB signal generator Fig. 6 shows an example of an intensity-modulated signal that leaves a transient signal and suppresses other signals. In this example, the signal intensity is applied in synchronization with the optical FSK signal. Such intensity modulation is applied to the optical FSK signal shown in FIG. That is, the modulation (RZ) is performed such that the intensity at the time when the transient signal appears becomes Max and the signal intensity at a certain time becomes 0. By performing such modulation, the USB signal and the LSB signal are suppressed, and a transient signal remains. Since this transient signal is a signal in the millimeter wave / microwave region, a UWB signal can be obtained by using this device.
6. ミリ波・マイクロ波パルス発生方法
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，過渡信号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））に記載のものなどがあげられる。
6. Millimeter-wave / microwave pulse generation method The following describes the millimeter-wave / microwave pulse generation method of the present invention. The millimeter wave / microwave pulse generation method of the present invention is a millimeter wave / microwave pulse generation method using a photodetector capable of responding to the frequency component of a transient signal. As such a photodetector, “single traveling carrier photodiode” (Tadao Ishibashi, Hiroshi Ito, “single traveling carrier photodiode”, Applied Physics, Vol. 70, No. 11, p.1304- 1307 (2001)).
本発明のミリ波・マイクロ波パルス発生方法は，光ＦＳＫ変調器において，光周波数切替え時に上側波帯，下側波帯の２成分が過渡的に同時に発生し，過渡信号を発生するという現象を利用するものである。これらの２成分の周波数差（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に変調器の出力光を導くと，２成分が同時発生している間のみ周波数差に相当する周波数をもつＲＦ信号が発生する。周波数切替え時の過渡的な現象であるので，光周波数切替えのための信号（ＲＦC）を立ち上がり・立ち下がり時間の短い矩形パルスとすると，非常に短い時間だけＲＦ信号を発生させることができる。 The millimeter wave / microwave pulse generation method of the present invention is a phenomenon in which, in an optical FSK modulator, two components of an upper sideband and a lower sideband are transiently generated simultaneously when an optical frequency is switched, and a transient signal is generated. It is what you use. When the output light of the modulator is guided to a photodetector that can respond to a frequency component greater than the frequency difference between these two components (twice the RF signal frequency input to the RF A and RF B electrodes), the two components are generated simultaneously. An RF signal having a frequency corresponding to the frequency difference is generated only during the period. Since this is a transient phenomenon at the time of frequency switching, if the signal (RF C ) for switching the optical frequency is a rectangular pulse with a short rise / fall time, an RF signal can be generated for a very short time.
すなわち，本発明のミリ波・マイクロ波パルスの発生方法は，光FSK変調器のRFc電極に印加される信号を例えば高周波矩形パルスであって，立ち上がり時間が1%~10%のものを用いることにより，ミリ波・マイクロ波パルスを得るものである。また，このようにして得られたミリ波・マイクロ波パルスを用いれば，UWB信号を得ることができるので，UWB無線通信システムを得ることができる。例えばRFcに立ち上がり時間0.05ナノ秒の矩形パルスを入力し，ＲＦA電極及びＲＦB電極に入力するＲＦ信号周波数を25ＧＨｚとした場合，パルス幅0.1ナノ秒の50GHzRF信号（UWB信号）が得られる。 That is, in the method for generating millimeter-wave / microwave pulses of the present invention, the signal applied to the RFc electrode of the optical FSK modulator is, for example, a high-frequency rectangular pulse having a rise time of 1% to 10%. By using this method, millimeter and microwave pulses can be obtained. Further, if the millimeter wave / microwave pulse obtained in this way is used, a UWB signal can be obtained, so that a UWB wireless communication system can be obtained. For example, when a rectangular pulse with a rise time of 0.05 nanoseconds is input to RFc and the RF signal frequency input to the RF A electrode and the RF B electrode is 25 GHz, a 50 GHz RF signal (UWB signal) with a pulse width of 0.1 nanoseconds is obtained.
UWB無線通信システムは，1ナノ秒以下という非常に幅の狭いパルス（インパルス波）を用いた，非常に広帯域な周波数幅（数GHz~数十GHz程度）を使用する無線システムであり，通信やリモートセンシングに利用されるシステムである。この方式を用いることにより，従来に比べてより少ない消費電力で高いデータ伝送速度の通信を実現できる。UWB無線通信システムの帯域幅は，既存のワイドバンドCDMA（Wide-band CDMA）などに比べ千倍以上の帯域幅となる。比帯域幅＝（帯域幅）/（中心周波数）で25％以上のものを通常，UWBとよぶ。 The UWB wireless communication system is a wireless system that uses a very narrow frequency band (several GHz to several tens of GHz) using a very narrow pulse (impulse wave) of 1 nanosecond or less. This system is used for remote sensing. By using this method, it is possible to realize communication at a high data transmission rate with less power consumption than in the past. The bandwidth of UWB wireless communication systems is more than 1000 times the bandwidth of existing wideband CDMA (Wide-band CDMA). A specific bandwidth of (bandwidth) / (center frequency) of 25% or more is usually called UWB.
UWB無線通信システムは，電力スペクトル密度が極めて低い（雑音レベル，DS-SS(直接拡散を用いたスペクトラム拡散方式 SS: Spread Spectrum)以下）という特徴がある。また，UWB無線通信システムは，既存の通信システムとの与干渉・被干渉が少なく，共存が可能であるという特徴がある。UWB無線通信システムは，平均電力レベルが１ｍＷ以下で数キロメートル伝送できるという特徴がある。また，UWB無線通信システムは，極めて短い(ns単位)のパルスを利用しているので，ＲＡＫＥ受信によりマルチパスに強い
（すなわち高いパス分離能力を有する）という特徴があり，またレーダとして用いた場合は，高精度測距（数cm単位）が可能（高い距離分解能を有する）という特徴がある。UWB無線通信システムは，キャリアが無く，信号放射時間が極めて短いので小型・低消費電力のシステムを構築できるという特徴がある。UWB無線通信システムは，常に広い帯域（例えばＧＨｚオーダ）を占有できるので，大容量多元接続・超高速伝送（＜数百Ｍbps）が可能となる。UWB無線通信システムは通信と測距が同時にできるのでＩＴＳ (車−車間通信など)に応用できる。
The UWB wireless communication system is characterized by extremely low power spectrum density (noise level, DS-SS (Spread Spectrum System using Direct Spreading or less)). In addition, the UWB wireless communication system is characterized in that it can coexist with less interference and interference with existing communication systems. The UWB wireless communication system is characterized by being able to transmit several kilometers with an average power level of 1 mW or less. In addition, since the UWB wireless communication system uses extremely short (ns unit) pulses, it has a characteristic of being strong against multipaths (that is, having a high path separation capability) by RAKE reception, and when used as a radar. Is characterized by high-precision ranging (in the order of several centimeters) (having high distance resolution). The UWB wireless communication system is characterized by the fact that there is no carrier and the signal emission time is extremely short, so that a compact and low power consumption system can be constructed. Since the UWB wireless communication system can always occupy a wide band (eg, on the order of GHz), large capacity multiple access / ultra-high speed transmission (<several hundred Mbps) is possible. The UWB wireless communication system can be used for ITS (car-to-car communication, etc.) because it can communicate and measure distance simultaneously.
UWB信号のキャリア周波数は高周波電気信号源の周波数の２倍となるので，高い周波数成分を有する信号を生成でき，また周波数を容易に制御できる。UWB信号のパルス波形はＲＦC信号波形によって決まるので，UWB信号のパルス形状を例えば，立ち上がり時間などを調整することによって容易に制御できる。 Since the carrier frequency of the UWB signal is twice that of the high-frequency electric signal source, a signal having a high frequency component can be generated and the frequency can be easily controlled. Since the pulse waveform of the UWB signal is determined by the RF C signal waveform, the pulse shape of the UWB signal, for example, can be easily controlled by adjusting the rise time.
図7は，本発明のミリ波・マイクロ波パルス発生方法によって出力される出力信号の波形例を表すグラフである。図7（ａ）はUWB信号（ミリ波・マイクロ波パルス）を表し，図7（ｂ）はその拡大図を表す。この例では，信号源からの信号を立ち上がり時間が５％である１ＧＨｚの繰り返し矩形パルスとし，高周波電気信号源からの信号を２５ＧＨｚの信号とし，高速光検出器を用いて検出した。なお，ＲＦCによる光位相変化をPとすると，光検出器出力の包絡線はCOS(P/2)SIN(P/2)で表される。ここでP=0度の場合は，λ１のみ出力され，P=180度の場合はλ２のみ出力されるとした。過渡状態では0< P <180度となり光検出器からＲＦ信号が発生する。図7から，UWB信号を得ることができることがわかる。 FIG. 7 is a graph showing a waveform example of an output signal output by the millimeter wave / microwave pulse generation method of the present invention. FIG. 7A shows a UWB signal (millimeter wave / microwave pulse), and FIG. 7B shows an enlarged view thereof. In this example, the signal from the signal source is a 1 GHz repetitive rectangular pulse with a rise time of 5%, the signal from the high frequency electrical signal source is a 25 GHz signal, and is detected using a high-speed photodetector. If the optical phase change due to RF C is P, the envelope of the photodetector output is represented by COS (P / 2) SIN (P / 2). Here, when P = 0 degrees, only λ1 is output, and when P = 180 degrees, only λ2 is output. In the transient state, 0 <P <180 degrees and an RF signal is generated from the photodetector. From FIG. 7, it can be seen that a UWB signal can be obtained.
図8は，本発明に基づく光強度波形の計算結果を示す図である。図8Aは，過渡信号を抑圧したものを示す。図8Bは，過渡信号を強調したものを示す。この波形は，以下の条件に基づき求めたものである。すなわち，信号源からの信号の立ち上がり時間を200ＭＨｚ（40%）の繰り返し矩形パスルとし，高周波電気信号源からの信号を10GHzとした。強度変調器の駆動条件は，先に説明した動作条件A（強度変調器へ印加される正弦波クロック信号の周波数がf[Hz]であって，マッハツェンダー導波路における位相差が±90°）とした。 FIG. 8 is a diagram showing the calculation result of the light intensity waveform based on the present invention. FIG. 8A shows a suppressed transient signal. FIG. 8B shows the enhancement of the transient signal. This waveform was obtained based on the following conditions. In other words, the signal rise time from the signal source was a 200 MHz (40%) repetitive rectangular pulse, and the signal from the high frequency electrical signal source was 10 GHz. The driving condition of the intensity modulator is the operating condition A described above (the frequency of the sine wave clock signal applied to the intensity modulator is f [Hz] and the phase difference in the Mach-Zehnder waveguide is ± 90 °) It was.
7.同期型光FSK変調器の基本構成
以下，本発明の第三の実施態様にかかる同期型光FSK変調器について説明する。図9は，本発明の同期型光FSK変調器の基本構成を示す図である。各符号は，図１におけるものと同様である。図9において，18は，強度変調器に印加される信号を示す。19は，サブサブマッハツェンダー導波路の電極に印加される信号（クロック信号）を示す。20は，メインマッハツェンダー導波路の電極に印加される信号（ベースバンド信号）を示す。図9に示す同期型光FSK変調器の導波路は，マッハツェンダー導波路により構成される強度変調器と複数のマッハツェンダー導波路により構成される光FSK変調器と，図示しない，各電極に印加される信号のタイミングを制御する制御手段を具備し，クロック信号19とベースバンド信号20の同期をとることによりクロック信号19とベースバンド信号20との位相差を制御する。なお，強度変調器に印加する信号と，光FSK変調器に印加される信号18も同期が取られており，光FSK変調信号の周期に合わせて強度変調を行うことができるようにされている。
7. Basic Configuration of Synchronous Optical FSK Modulator Hereinafter, a synchronous optical FSK modulator according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a diagram showing a basic configuration of the synchronous optical FSK modulator of the present invention. Each symbol is the same as that in FIG. In FIG. 9,
7.1.同期型光FSK変調器及び動作
上記に説明したとおり，同期型光FSK変調器では各電極に印加される信号のタイミングを制御する手段が，クロック信号とベースバンド信号の同期をとることによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御する手段を有する。このような制御手段として，公知の同期手段を用いればよい。具体的には，クロック信号とベースバンド信号の同期が取れるように，各電極に印加する信号のタイミングを制御した回路を用いればよい。図9に示す例では，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）とに印加される信号（クロック信号19）と，ＭＺA及びＭＺBとを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）に印加される信号（ベースバンド信号20）とを同期する。これにより，クロック信号とベースバンド信号の位相差を（たとえば，なくするように）制御できるので，USB信号とLSB信号の光位相差も制御できる。よって，上記の同期型光FSK変調器によれば，高速に変調できるコヒーレントな変調信号を得ることができる。
7.1. Synchronous optical FSK modulator and operation As described above, in the synchronous optical FSK modulator, means for controlling the timing of the signal applied to each electrode is achieved by synchronizing the clock signal and the baseband signal. Means for controlling the phase difference between the clock signal and the baseband signal. As such control means, known synchronization means may be used. Specifically, a circuit in which the timing of the signal applied to each electrode is controlled so that the clock signal and the baseband signal can be synchronized may be used. In the example shown in FIG. 9, a signal (clock signal 19) applied to the first sub Mach-Zehnder waveguide (MZ A ) and the second sub-Mach-Zehnder waveguide (MZ B ), and MZ A and MZ A signal (baseband signal 20) applied to the main Mach-Zehnder waveguide (MZ C ) having B is synchronized. Thereby, since the phase difference between the clock signal and the baseband signal can be controlled (for example, so as to be eliminated), the optical phase difference between the USB signal and the LSB signal can also be controlled. Therefore, according to the synchronous optical FSK modulator, a coherent modulation signal that can be modulated at high speed can be obtained.
7.2.復調器
図10は，上記の同期型光FSK変調器からの光FSK変調信号を復調するための復調器（光検出系）の例を示す図である。図10において，21及び22は光路長さの異なる導波路（ＭＺ干渉計のアーム）である。23は，光結合器である。24は，フォトダイードなどの光検出器である。25は，差分器である。導波路として，先に説明した導波路などを用いることができる。また，光結合器として，公知のフォトカプラなどを用いることができる。差分器は，オペアンプなどの差動増幅器を用いてもよく，公知の差分回路などを用いることができる。この光検出系は，光路長の異なる二つのアーム(21,22)を具備するマッハツェンダー導波路により構成される。この光検出系は，最も実践的な光位相検波技術として知られている（たとえば，“M. Rohde et al., Electron. Lett. 36 (2001) p. 1483”を参照。）。２つの光路間(21,22)の光遅延量は，変調信号の整数倍（N倍）に相当するので，２つの光路を通過する光の位相を制御できる。これにより，光変調信号のNビット前の信号成分との光位相を比較することができるので，光位相検波を行うことができる。たとえば，比較した信号の位相が同一であるか（USB信号同士，又はLSB信号同士），又は比較した信号の位相が異なる（USB信号とLSB信号）かで，異なる光位相差を得ることができる。したがって，光位相検波を行うことにより，信号を復調することができる。
7.2. Demodulator FIG. 10 is a diagram showing an example of a demodulator (light detection system) for demodulating the optical FSK modulation signal from the above-mentioned synchronous optical FSK modulator. In FIG. 10, 21 and 22 are waveguides (MZ interferometer arms) having different optical path lengths. 23 is an optical coupler.
本発明の第三の態様にかかる同期型光FSK変調器の好ましい利用態様は，強度変調器と上記の同期型光FSK変調器とを具備する光RZ-FSK変調器，及びそのような光RZ-FSK変調器を用いた光RZ-FSK信号の取得方法に関する。同期型光FSK変調器が，光FSK変調器のクロック信号とベースバンド信号とを同期することによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御した光FSK変調信号を出力する。一方，強度変調器は，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度が小さくなるように強度変調を施す。よって，過渡信号の強度が小さくなる。したがって，同期型光FSK変調器と光RZ-FSK変調器とを組み合わせることにより，USB信号とLSB信号の光位相を制御した，光RZ-FSK信号を取得できることとなる。 A preferred application mode of the synchronous optical FSK modulator according to the third aspect of the present invention is an optical RZ-FSK modulator comprising an intensity modulator and the synchronous optical FSK modulator, and such an optical RZ. The present invention relates to an optical RZ-FSK signal acquisition method using an FSK modulator. The synchronous optical FSK modulator outputs an optical FSK modulated signal in which the phase difference between the clock signal and the baseband signal is controlled by synchronizing the clock signal and the baseband signal of the optical FSK modulator. On the other hand, the intensity modulator performs intensity modulation so that the intensity of the transient signal, which is a signal generated in the transition period, out of the output from the optical FSK modulator becomes small. Therefore, the intensity of the transient signal is reduced. Therefore, by combining a synchronous optical FSK modulator and an optical RZ-FSK modulator, an optical RZ-FSK signal in which the optical phase of the USB signal and the LSB signal is controlled can be acquired.
１ 光RZ-FSK変調器
２ 強度変調器
３ 電極
11光FSK変調器
12 サブマッハツェンダー導波路
13 サブマッハツェンダー導波路
14 メインマッハツェンダー導波路
15 電極
16 電極
17 電極
18強度変調器に印加される信号
19サブサブマッハツェンダー導波路の電極に印加される信号
20メインマッハツェンダー導波路の電極に印加される信号
21導波路（アーム）
22導波路（アーム）
23光結合器（カプラ）
24光検出器
25差分器（オペアンプ）
101 光ＦＳＫ変調器101
102 第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）
103 第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）
104 メインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）
105 ＤＣA電極
106 ＤＣB電極
107 ＲＦA電極
108 ＲＦB電極
109 ＤＣC電極（ＲＦC電極）
1 Optical RZ-
11 optical FSK modulator
12 Sub Mach-Zehnder waveguide
13 Sub Mach-Zehnder waveguide
14 Main Mach-Zehnder waveguide
15 electrodes
16 electrodes
17 electrodes
18Signal applied to intensity modulator
Signal applied to the electrodes of the 19 sub-sub Mach-Zehnder waveguide
20 Signal applied to the electrodes of the main Mach-Zehnder waveguide
21 waveguide (arm)
22 waveguide (arm)
23 Optical coupler (coupler)
24 photodetector
25 differentiator (op-amp)
101
102 First sub Mach-Zehnder waveguide (MZ A )
103 Second sub Mach-Zehnder waveguide (MZ B )
104 Main Mach-Zehnder waveguide (MZ C )
105 DC A electrode
106 DC B electrode
107 RF A electrode
108 RF B electrode
109 DC C electrode (RF C electrode)
Claims (8)
前記光FSK変調器(11)は，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ A ）(12)と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ B ）(13)と，前記ＭＺ A 及び前記ＭＺ B とを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺ C ）(14)とを具備し，
前記強度変調器(2)は，光FSK変調器からの出力のうち，上側波成分と下側波成分とを切り替える際の過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度が小さくなるように強度変調を施す
光RZ-FSK変調器(1)。
An optical RZ-FSK modulator (1) comprising an intensity modulator (2) and an optical FSK modulator (11),
The optical FSK modulator (11) includes a first sub-Mach-Zehnder waveguide (MZ A ) (12), a second sub-Mach-Zehnder waveguide (MZ B ) (13), the MZ A and the MZ. A main Mach-Zehnder waveguide (MZ C ) (14) having B ;
The intensity modulator (2) modulates the intensity of the output from the optical FSK modulator so that the intensity of the transient signal, which is a signal generated in the transition period when switching between the upper side wave component and the lower side wave component, is reduced. Apply optical RZ-FSK modulator (1).
The optical RZ-FSK modulator according to claim 1, wherein the intensity modulator (2) is a push-pull type Mach-Zehnder waveguide.
前記光FSK変調器(11)は，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ A ）(12)と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ B ）(13)と，前記ＭＺ A 及び前記ＭＺ B とを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺ C ）(14)とを具備し，
前記強度変調器(2)は，光FSK変調器からの出力のうち，上側波成分と下側波成分とを切り替える際の過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度が大きくなり，かつ光FSK信号の強度が小さくなるように強度変調を施す
光RZ-FSK変調器(1)。
A UWB signal generator comprising an intensity modulator (2) and an optical FSK modulator (11),
The optical FSK modulator (11) includes a first sub-Mach-Zehnder waveguide (MZ A ) (12), a second sub-Mach-Zehnder waveguide (MZ B ) (13), the MZ A and the MZ. A main Mach-Zehnder waveguide (MZ C ) (14) having B ;
The intensity modulator (2) increases the intensity of a transient signal, which is a signal generated in a transition period when switching between an upper side wave component and a lower side wave component among outputs from the optical FSK modulator, and the optical FSK. An optical RZ-FSK modulator (1) that performs intensity modulation to reduce the signal intensity.
The UWB signal generator according to claim 3 , wherein the intensity modulator (2) is a push-pull type Mach-Zehnder waveguide.
前記光FSK変調器(11)は，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ A ）(12)と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ B ）(13)と，前記ＭＺ A 及び前記ＭＺ B とを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺ C ）(14)とを具備するものであり，
前記強度変調器は，光FSK変調器からの出力のうち，上側波成分と下側波成分とを切り替える際の過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度が小さくなるように強度変調を施すことにより，前記過渡信号の強度を小さくする光RZ-FSK信号の取得方法。
Using an intensity modulator (2) and an optical FSK modulator (11),
The optical FSK modulator (11) includes a first sub-Mach-Zehnder waveguide (MZ A ) (12), a second sub-Mach-Zehnder waveguide (MZ B ) (13), the MZ A and the MZ. And a main Mach-Zehnder waveguide (MZ C ) (14) having B ,
The intensity modulator performs intensity modulation so that the intensity of the transient signal, which is a signal generated in the transition period when switching between the upper side wave component and the lower side wave component, of the output from the optical FSK modulator is reduced. A method of acquiring an optical RZ-FSK signal that reduces the intensity of the transient signal.
前記光FSK変調器(11)は，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ A ）(12)と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ B ）(13)と，前記ＭＺ A 及び前記ＭＺ B とを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺ C ）(14)とを具備するものであり，
前記強度変調器は，光FSK変調器からの出力のうち，上側波成分と下側波成分とを切り替える際の過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度が大きくなり，かつ光FSK信号の強度が小さくなるように強度変調を施すことにより，前記過渡信号に基づくUWB信号を取得するUWB信号の取得方法。
Using an intensity modulator (2) and an optical FSK modulator (11),
The optical FSK modulator (11) includes a first sub-Mach-Zehnder waveguide (MZ A ) (12), a second sub-Mach-Zehnder waveguide (MZ B ) (13), the MZ A and the MZ. And a main Mach-Zehnder waveguide (MZ C ) (14) having B ,
The intensity modulator increases the intensity of the transient signal, which is a signal generated in the transition period when switching the upper side wave component and the lower side wave component among the outputs from the optical FSK modulator, and the intensity of the optical FSK signal. A UWB signal acquisition method for acquiring a UWB signal based on the transient signal by performing intensity modulation so as to be small.
光FSK変調器(11)のクロック信号とベースバンド信号とを同期するための手段と，光FSK変調器(11)とを備え，クロック信号とベースバンド信号の同期をとることによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御する同期型光FSK変調器とを具備する，光RZ-FSK変調器であって，
前記光FSK変調器(11)は，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ A ）(12)と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ B ）(13)と，前記ＭＺ A 及び前記ＭＺ B とを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺ C ）(14)とを具備し，
前記強度変調器は(2)，光FSK変調器からの出力のうち，上側波成分と下側波成分とを切り替える際の過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度が小さくなるように強度変調を施すことにより，前記過渡信号の強度を小さくする
光RZ-FSK変調器。
An intensity modulator (2);
Means for synchronizing the clock signal and baseband signal of the optical FSK modulator (11) and the optical FSK modulator (11) are provided, and the clock signal and the baseband signal are synchronized by synchronizing the clock signal and the baseband signal. An optical RZ-FSK modulator comprising a synchronous optical FSK modulator that controls a phase difference with a band signal,
The optical FSK modulator (11) includes a first sub-Mach-Zehnder waveguide (MZ A ) (12), a second sub-Mach-Zehnder waveguide (MZ B ) (13), the MZ A and the MZ. A main Mach-Zehnder waveguide (MZ C ) (14) having B ;
The intensity modulator is (2) intensity modulated so that the intensity of the transient signal, which is a signal generated in the transition period when switching the upper side wave component and the lower side wave component among the outputs from the optical FSK modulator, is reduced. An optical RZ-FSK modulator that reduces the intensity of the transient signal by applying
前記光FSK変調器(11)は，光FSK変調器(11)のクロック信号とベースバンド信号とを同期することによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御した光信号を出力し，
前記強度変調器は，光FSK変調器からの出力のうち，上側波成分と下側波成分とを切り替える際の過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度が小さくなるように強度変調を施すことにより，前記過渡信号の強度を小さくする光RZ-FSK信号の取得方法。 Using the optical RZ-FSK modulator according to claim 7 ,
The optical FSK modulator (11) outputs an optical signal in which the phase difference between the clock signal and the baseband signal is controlled by synchronizing the clock signal and the baseband signal of the optical FSK modulator (11),
The intensity modulator performs intensity modulation so that the intensity of the transient signal, which is a signal generated in the transition period when switching between the upper side wave component and the lower side wave component, of the output from the optical FSK modulator is reduced. A method of acquiring an optical RZ-FSK signal that reduces the intensity of the transient signal.
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