JP2006064868A - Rz−fsk変調器及びuwb信号の発生装置 - Google Patents
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Abstract
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。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することを第二の目的とする。
【解決手段】
上記の課題は,強度変調器(2)と光FSK変調器(11)とを具備する装置により解決される。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,過渡信号の強度を抑圧することにより,品質の高い光FSK信号を得ることができる。また,USB信号とLSB信号とを抑圧することにより過渡信号を利用してUWB信号を得ることができる。
【選択図】
図1
Description
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, pp.515-516 (2001). K. Iwashita, T. Imai, T. Matsumoto, and G. Motosugi,"400Mbit/s optical FSK transmission experiment over 270km of single-mode fibre, "(270km にわたるシングルモードファイバを用いた400Mbit/s の光FSK 信号輸送実験) Electron. Lett.(エレクトロンレター), vol. 22, no.10, pp. 164-165, 1986.)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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)
Claims (12)
- 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)。
- 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請求項1に記載の光RZ-FSK変調器。
- 前記光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1に記載の光RZ-FSK変調器。
- 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。
- 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請求項4に記載のUWB信号発生装置。
- 前記光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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 強度変調器(2)と,請求項9に記載の同期型光FSK変調器とを具備する,光RZ-FSK変調器。
- 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。 - 請求項10に記載の光RZ-FSK変調器を用い,
前記同期型光FSK変調器は,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。
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