JP2010041204A - テラヘルツ波変調装置、信号送信装置及び信号送信方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】テラヘルツ波変調装置は、サブテラヘルツ波またはテラヘルツ波を出力するテラヘルツ波源(2、21、311)と、光強度が可変な信号光を出力する信号光源(3、22、312)と、テラヘルツ波源から出力されたサブテラヘルツ波またはテラヘルツ波が入射し、かつ信号光源から出力された信号光により照射されるように配置されたテラヘルツ波変調素子(4、14、23、313)とを有する。そのテラヘルツ波変調素子(4、14、23、313)は、信号光源(3、22、312)から出力された信号光の照射強度が大きくなるにつれてテラヘルツ波源(2、21、311)から出力されたサブテラヘルツ波またはテラヘルツ波の振幅が小さくなるように変調する。
【選択図】図1
Description
また、本発明の他の目的は、テラヘルツ波を直接光信号によって変調可能なテラヘルツ波変調装置を利用した信号送信装置及び信号送信方法を提供することにある。
本発明に係るテラヘルツ波変調装置は、振幅が一定のテラヘルツ波をテラヘルツ波変調素子である半導体素子に入射させるとともに、強度可変な可視光または赤外光を信号光として、その半導体素子に重畳的に入射させて、その信号光の強度に応じたキャリアを半導体素子に発生させることで、半導体素子のテラヘルツ波に対する吸収率を変化させることにより、テラヘルツ波の振幅を変調する。
テラヘルツ波源2から発したテラヘルツ波は、搬送波として利用される。
この場合、複数の信号光源を用いてもよい。そして、図2(a)及び(b)において点線で示すように、それら複数の信号光源がテラヘルツ波の伝播経路に沿って照射スポットを結ぶように配置される。さらに、各信号光源を同期制御して、テラヘルツ波の振幅を減衰させたいときにはそれら信号光源のうちの何れか一つから信号光を照射させることにより、各信号光源として、単一の信号光源を用いる場合よりも出射光の強度変動の周期が低いものを利用することができる。
第2の実施形態に係るテラヘルツ波変調装置10は、第1の実施形態に係るテラヘルツ波変調装置1と比較して、テラヘルツ波変調素子14がp-i-n型の3層構造を有する半導体により構成される、平行平板状の導波路である点で相違する。
同様に、信号光源3から出射された信号光も、テラヘルツ波変調素子14のi層にカップリングするように、テラヘルツ波変調素子14の側面へ入射される。その際、信号光により発生したキャリアが効率良くテラヘルツ波を吸収できるために、信号光とテラヘルツ波が、i層の中で交差するように信号光の入射位置が調整される。そこで、テラヘルツ波源2とテラヘルツ波変調素子14の間にビームスプリッタ(図示せず)を配置してもよい。この場合、信号光源3とビームスプリッタの位置を適切に調整することにより、信号光源3から出射された信号光がそのビームスプリッタによって反射されてテラヘルツ波に対して平行かつ空間的に重なった光となり、テラヘルツ波と信号光をテラヘルツ波変調素子14の同じ位置かつ平行に入射させることが可能となる。
第3の実施形態に係るテラヘルツ波変調装置20は、第1の実施形態に係るテラヘルツ波変調装置1と比較して、テラヘルツ波源21、信号光源22及びテラヘルツ波変調素子23が半導体27上にモノリシックに集積された構成を有する点で相違する。
図5に、信号送信装置30の概略構成図を示す。信号送信装置30は、上記の何れかの構成を有するテラヘルツ波変調装置31とコントローラ32とを有する。
コントローラ32は、例えばCPUなどの演算装置と、ROM、RAMなどのメモリと、それらの周辺回路により構成され、例えば、コンピュータあるいはコンピュータと接続されて動作するICカードに実装される。そしてコントローラ32は、テラヘルツ波変調装置31のテラヘルツ波源311を制御して、テラヘルツ波を出力させたり、またその出力を停止させる。さらにコントローラ32は、送信したい信号に応じて信号光強度を決定し、決定された強度の信号光が出力されるようにテラヘルツ波変調装置31の信号光源312を制御する。
コントローラ32は、コントローラ32上で動作するアプリケーションプログラム、あるいは、信号送信装置30と接続されたコンピュータからの信号送信要求を受信すると、テラヘルツ波源311を制御してテラヘルツ波の出力を開始する(ステップS101)。
次に、コントローラ32は、送信しようとするデータを、所定の通信規格にしたがって符号化処理等を行って、送信用の信号列に変換する(ステップS102)。その後コントローラ42は、信号光源312を制御して、その信号列に含まれる各信号に応じた強度の信号光を出力させる(ステップS103)。そしてテラヘルツ波変調素子313によりテラヘルツ波が送信される信号の値に応じて振幅変調され、テラヘルツ波変調装置31から出射する(ステップS104)。この手順により、信号が振幅変調されて送信される。
なお、信号送信装置30に対応する受信装置は、既知のテラヘルツ波受光素子及びその受光素子によりテラヘルツ波から変換された光信号または電気信号に基づいて復号処理を行う演算回路などを有するものであればよい。
以下、本発明のテラヘルツ波変調装置の動作を検証するための実験を行った結果について説明する。
図7に、検証実験を行った実験系700の概略構成図を示す。図7に示すように、テラヘルツ波源は、16GHzの周波数及び10dBmの電界強度を持つ電磁波を発生させる信号発生器701と、信号発生器701から受け取った電磁波の周波数を6倍して、約100GHz(サブテラヘルツ波)を発生させるマルチプライヤ702により構成した。
一方、信号光源は、波長1.55μmの近赤外レーザ光を発振するレーザダイオード703と、レーザダイオード703から出力されたレーザ光を増幅するエルビウム添加光ファイバ(以下、EDFという)704と、EDF704により増幅された光を120Hzでスイッチングするチョッパ705により構成した。
また、テラヘルツ波変調素子706として、厚さ2μmの平行平板状のInGaAs半導体を用いた。
この振幅減衰率A(x)に、実験系700において検出されるサブテラヘルツ波の無変調時の振幅に相当する電圧を乗じてフィッティングした計算値が曲線811である。図8から明らかなように、そのフィッティング曲線811は、実験による測定値と良好に一致していることが分かる。
2、21、311 テラヘルツ波源
3、22、312 信号光源
4、14、23、313 テラヘルツ波変調素子
32 コントローラ
Claims (5)
- サブテラヘルツ波またはテラヘルツ波の振幅を変調して出力するテラヘルツ波変調装置であって、
サブテラヘルツ波またはテラヘルツ波を出力するテラヘルツ波源と、
光強度が可変な信号光を出力する信号光源と、
前記テラヘルツ波源から出力されたサブテラヘルツ波またはテラヘルツ波が入射し、かつ前記信号光源から出力された信号光により照射されるように配置されたテラヘルツ波変調素子であって、前記信号光源から出力された信号光の照射強度が大きくなるにつれて前記テラヘルツ波源から出力されたサブテラヘルツ波またはテラヘルツ波の振幅が小さくなるように変調するテラヘルツ波変調素子と、
を有することを特徴としたテラヘルツ波変調装置。 - 前記テラヘルツ波変調素子は、前記信号光源から出力された信号光の照射位置が前記テラヘルツ波源から出力されたサブテラヘルツ波またはテラヘルツ波の前記テラヘルツ波変調素子内の伝播経路の少なくとも一部と重なるように配置される、請求項1に記載のテラヘルツ波変調装置。
- 前記テラヘルツ波変調素子は、p-i-n型の3層構造を有する半導体であり、前記テラヘルツ波変調素子に逆バイアス電圧を印加する電源回路をさらに有する、請求項1または2に記載のテラヘルツ波変調装置。
- サブテラヘルツ波またはテラヘルツ波を搬送波として出力するテラヘルツ波源と、
光強度が可変な信号光を出力する信号光源と、
前記テラヘルツ波源から出力されたサブテラヘルツ波またはテラヘルツ波が入射し、かつ前記信号光源から出力された信号光により照射されるように配置されたテラヘルツ波変調素子であって、前記信号光源から出力された信号光の照射強度が大きくなるにつれて前記テラヘルツ波源から出力されたサブテラヘルツ波またはテラヘルツ波の振幅が小さくなるように変調するテラヘルツ波変調素子と、
送信する信号の値に応じた強度の信号光を出力するように、前記信号光源を制御するコントローラと、
を有することを特徴とする信号送信装置。 - テラヘルツ波源にサブテラヘルツ波またはテラヘルツ波を搬送波として出力させるステップと、
送信する信号の値に応じて信号光の強度を決定し、該強度の信号光を強度可変信号光源に出力させるステップと、
前記テラヘルツ波源から出力されたサブテラヘルツ波またはテラヘルツ波が入射し、かつ前記信号光源から出力された信号光により照射されるように配置されたテラヘルツ波変調素子によって、前記強度可変信号光源から出力された信号光の照射強度が大きくなるにつれて前記テラヘルツ波源から出力されたサブテラヘルツ波またはテラヘルツ波の振幅が小さくなるように変調するステップと、
を有することを特徴とする信号送信方法。
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