JP2011028268A - テラヘルツ連続波発生装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】テラヘルツ連続波発生装置及びテラヘルツ連続波発生方法を提供すること。
【解決手段】本発明は、テラヘルツ連続波発生装置において、単一波長を有する２つの光搬送波を提供する光搬送波提供部と、上記２つの光搬送波のうちの１つを入力されて、ＤＳＢ−ＳＣ信号を生成する光強度変調部と、上記２つの光搬送波のうちの残りの１つを入力されて、単一偏光成分の光搬送波を抽出する抽出部と、上記単一偏光成分の光搬送波と上記ＤＳＢ−ＳＣ信号とを結合する光結合器とを含む。本発明によれば、１つの光源、１つの光強度変調器、受動光部品、及び光電変換器からなるテラヘルツ連続波発生装置により、別の光フィルタは使用せずに、光源の基本特性である偏光特性を利用して光搬送波を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、テラヘルツ連続波発生装置及び方法に関する。特に、詳しくは、光混合技法を用いるテラヘルツ連続波発生装置及び方法(ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＧＥＮＥＲＡＴＩＮＧ ＴＥＲＡＨＥＲＴＺ ＣＯＮＴＩＮＵＯＵＳ ＷＡＶＥ)に関する。

最近、情報通信や映像技術などの発達に伴い、音声や文字情報に映像情報が追加され、単位時間当たり処理及び加工すべき情報の量が飛躍的に増加し、そのため、高速／広帯域無線通信に対する関心が急増している。しかしながら、現在のところ、国の規制から割り当てられた周波数の資源は飽和状態であり、高速／広帯域無線通信技術を実現することが困難となった。

したがって、このような問題点を解決するために、超高周波帯域(Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｂａｎｄ)、ミリメートル波帯域(Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−ｗａｖｅ(ｍｍ−ｗａｖｅ)ｂａｎｄ)及びテラヘルツ帯域(Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ(ＴＨｚ)ｂａｎｄ)を利用する広帯域通信システムの研究が盛んに行われている。

このような広帯域通信システムを実現させるためには、超高周波帯域以上の周波数帯域において安定的に動作する連続波(Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ；ＣＷ)信号源の開発が必須である。これに関して、ミリメートル波帯域において主に使用されるガンダイオード(Ｇｕｎｎ Ｄｉｏｄｅ)、ＩＭＰＡＴＴ(ＩＭＰａｃｔ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｔｒａｎｓｉｔ−Ｔｉｍｅ)ダイオードなどを利用する信号発生技法が提案されているが、これは従来の化合物半導体製造工程によって製造できるというメリットがある。しかしながら、常温では信号の位相雑音(Ｐｈａｓｅ ｎｏｉｓｅ)が大きく、発生周波数の範囲が略１００ＧＨｚ程度に限定されるという短所を有する。

ところで、最近、低い位相雑音、温度及び電波環境などの動作環境に敏感でないミリメートル波帯域以上の周波数を有する連続波信号を発生させる光信号を利用する光混合(Ｐｈｏｔｏｍｉｘｉｎｇ)技法が盛んに研究されている。

ここで、光混合技法とは、互いに異なる２つの光信号を光電変換器(Ｏｐｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ＯＥ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ)を用いてビーティング(ｂｅａｔｉｎｇ)することで、低位相雑音と狭いＦＷＨＭ(Ｆｕｌｌ Ｗａｖｅ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ)を有する超高周波帯域、ミリメートル波帯域及びテラヘルツ帯域の連続波信号を発生する技法である。

一方、光混合技法を用いるテラヘルツ連続波発生装置は周波数偏移(Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｒｉｆｔ)を最小化させ、安定した連続波テラヘルツ信号を発生するために１つの光源(Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｕｒｃｅ)によって強い相関関係(ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ)を維持させ、波長が互いに異なる２つの光信号を発生させてビーティングさせる。

一般に連続波発生システムは、１つの光源、受動光部品、光電変換器で構成されてテラヘルツ帯域の周波数を有する連続波を発生させるが、１つの光源から２つ以上の波長を有する光信号を発生させて使用するので、ビーティングした２つの波長の相関関係(Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ)が大きい。そのようなことで、位相雑音は少なく、発生する信号の周波数安定度を高められるメリットがある。

１つの光源でテラヘルツ帯域の周波数を有する連続波を発生させる技法としては、モードロッキングレーザ(Ｍｏｄｅ Ｌｏｃｋｉｎｇ Ｌａｓｅｒ)技法、デュアルモードレーザ(Ｄｕａｌ Ｍｏｄｅ Ｌａｓｅｒ)技法、あるいはインジェクションロッキング(Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｌｏｃｋｉｎｇ)技法及び光搬送波が抑制された両側帯域(Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅｂａｎｄ−Ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ Ｃａｒｒｉｅｒ、ＤＳＢ−ＳＣ)発生技法、周波数コム(Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｍｂ)技法などがある。

ここで、モードロッキングレーザ技法及びデュアルモードレーザ技法の場合は、光素子製造が難しく、素子開発コストや価格面から競争力がないため商用化の実効性に乏しいとの問題点がある。インジェクションロッキング方法は、所望する信号の周波数を得るために、ロッキング過程を通さなければならないために動作条件が複雑となって実効性に制約がある。また、周波数コム技法は、光源と光強度変調器(Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ)、光位相変調器(Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ)、ＡＷＧ(Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ)及び光電変換器で構成され、発生される信号の周波数が光位相変調器とＡＷＧの性能によって可変的であって、２つの高価な光変調器と高価なＡＷＧが必要であるという短所がある。

一方、ＤＳＢ−ＳＣ技法は、光学的ヘテロダイン(Ｈｅｔｅｒｏｄｙｎｅ)方式の一種として、その構成が単純であって、上記の他の技法と比べて所望する周波数信号が容易に得られるために、その研究が盛んに行われていた。

ＤＳＢ−ＳＣ技法を用いるテラヘルツ連続波発生装置は、１つの光源(Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ；ＬＤ)、光強度変調器(Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ)、超高周波帯域用局所発振器(Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；ＬＯ)、光電変換器(Ｏｐｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ)、及び光フィルタ(Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｌｔｅｒ)を含む受動光部品などから構成される。

ここで、光源(Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｕｒｃｅ；Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ；ＬＤ)は、ＤＳＢ−ＳＣ技法のテラヘルツ波発生装置において相関関係が強い２つの異なる波長の光信号を生成する光搬送波(Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃａｒｒｉｅｒ)発生源として用いられる。発生した光搬送波は、超高周波局所発振器から出力されて光強度変調器に入力されるＬＯ信号により両側帯域(Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅｂａｎｄ；ＤＳＢ)信号に変調される。ＤＳＢ−ＳＣ技法により変調した光信号が光電変換器に入力された後、光混合過程を通じてテラヘルツ連続波信号が発生する。

このとき、発生するテラヘルツ連続波信号の安定性及び雑音(Ｎｏｉｓｅ)を減少させるために、スペクトラム上に両側帯域信号と同時に存在する光搬送波を除去しなければならない。

しかし、上記のような構造のＤＳＢ−ＳＣ技法を利用するテラヘルツ連続波発生装置は、光搬送波除去のために別の光フィルタを必要とする。すなわち、ノッチフィルタ(Ｎｏｔｃｈ Ｆｉｌｔｅｒ)やＡＷＧ(Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ)などがさらに要求されるため、テラヘルツ連続波発生装置の構成が複雑になり、その構成のための費用が増加する短所がある。

特開２００７−０４７２３０号公報

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、光源の偏光特性を利用して光搬送波を抑制するテラヘルツ連続波発生装置及び方法を提供することにある。

上記課題を解決するために提案された本発明は、テラヘルツ連続波発生装置において、単一波長を有する２つの光搬送波を提供する光搬送波提供部と、上記２つの光搬送波のうちの１つを入力されて、ＤＳＢ信号と抑制された光搬送波とを含むＤＳＢ−ＳＣ信号を生成する光強度変調部と、上記２つの光搬送波のうちの残りの１つを入力されて、単一偏光成分の光搬送波を抽出する抽出部と、上記単一偏光成分の光搬送波と上記ＤＳＢ−ＳＣ信号とを結合する光結合器と、を含むことを一つの特徴とする。

また、本発明は、テラヘルツ連続波を発生する方法において、光源から単一波長の光搬送波を発生させる段階と、上記光搬送波を、同一波長を有する２つの光搬送波に分離する段階と、上記２つの光搬送波のうちの１つを利用してＤＳＢ信号と抑制された光搬送波とを含むＤＳＢ−ＳＣ信号を生成する段階と、上記２つの光搬送波のうちの残りの１つを利用して単一偏光成分の光搬送波を抽出する段階と、上記単一偏光成分の光搬送波と上記ＤＳＢ−ＳＣ信号とを光学的に結合して光信号を出力する段階と、上記光信号を光電変換してテラヘルツ連続波信号を出力する段階と、を含むことを他の特徴とする。

以上説明したように本発明によれば、１つの光源、１つの光強度変調器、受動光部品、及び光電変換器からなるテラヘルツ連続波発生装置により、光源の基本特性である偏光特性を利用して光搬送波を抑制することができる。よって、高価な光フィルタを使用せず、低価で且つ安定したテラヘルツ連続波発生装置を実現することができる。これは、無線超高速、超広帯域テラヘルツ無線通信システム実現に必須で且つ核心的な装置として活用することができる。また、既に設置された基幹通信網として活用されている光通信網にシームレス(Ｓｅａｍｌｅｓｓ)に接続することができるので、切れや遅延のない超高速、超広帯域有無線統合網の実現が可能となる。

本発明の一実施形態によるテラヘルツ連続波発生装置の構成図である。 本発明の一実施形態によるテラヘルツ連続波発生装置の詳細構成図である。 本発明の一実施形態によるテラヘルツ連続波発生装置を利用したテラヘルツ連続波発生方法を説明するためのグラフである。 本発明の一実施形態によるテラヘルツ連続波発生装置を利用したテラヘルツ連続波の発生時に偏光分離器のパワーによる光搬送波の雑音成分を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるテラヘルツ連続波発生装置を利用したテラヘルツ連続波発生方法により０．１テラヘルツ信号を発生させた場合のグラフである。 本発明の一実施形態によるテラヘルツ連続波発生装置を利用したテラヘルツ連続波発生方法で発生したテラヘルツ連続波と従来のＤＳＢ−ＳＣ方式によるテラヘルツ連続波との位相雑音を比較したグラフである。 本発明の一実施形態によるテラヘルツ連続波発生装置を利用したテラヘルツ連続波発生方法により発生したテラヘルツ連続波の周波数偏移特性を示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一機能の構成を有する構成要素については、同一の符号を付することによって重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態によるテラヘルツ連続波発生装置の構成図である。

図示のように、テラヘルツ連続波発生装置１００は、単一波長を有する２つの光搬送波を提供する光搬送波提供部１１０、２つの光搬送波のうちの１つを入力されて、ＤＳＢ信号と抑制された光搬送波とを含むＤＳＢ−ＳＣ信号を生成する光強度変調部１２０、２つの光搬送波のうちの残りの１つを入力されて、単一偏光成分の光搬送波を抽出する抽出部１３０、及び単一偏光成分の光搬送波とＤＳＢ−ＳＣ信号とを結合する光結合器(Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｕｐｌｅｒ)１４０を含む。また、光結合器１４０から出力される光信号を光電変換してテラヘルツ連続波信号を出力する光電変換器(Ｏｐｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ＯＥ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ)１５０及びテラヘルツ連続波発生装置１００に含まれる各素子の動作をモニタリングし、出力されるテラヘルツ連続波信号を測定する測定部１６０をさらに含む。

光搬送波提供部１１０は、同一波長を有する２つの光搬送波を提供する。一例として、光搬送波提供部１１０は単一波長の光搬送波を発生する光源(Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ)及び光源から発生する光搬送波を、同一波長を有する２つの光搬送波に分離する光分離器(Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ)で構成され、単一波長を有する２つの光搬送波を提供することができる。他の例として、光搬送波提供部１１０は、主光源(ｍａｓｔｅｒ ｌａｓｅｒ ｓｏｕｒｃｅ)及び副光源(ｓｌａｖｅ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ)を同期化させて単一波長を有する２つの光搬送波を提供することができる。

光強度変調部１２０は、光搬送波提供部１１０から出力された２つの光搬送波のうちの１つを入力されて、ＤＳＢ−ＳＣ信号を出力する。一例として、光強度変調部１２０は、局所発振器(Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ)及び局所発振器の信号によって光搬送波提供部１１０から単一波長の光搬送波を入力されて、ＤＳＢ−ＳＣ信号を発生する光強度変調器(Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ)を含む。

抽出部１３０は、光搬送波提供部１１０から出力された２つの光搬送波のうちの残りの１つを入力されて、単一偏光成分の光搬送波を抽出する。一例として、抽出部１３０は、入力された光搬送波を相互直角である２つの偏光成分の光搬送波に分離する偏光分離器(Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ；ＰＢＳ)で構成され、偏光制御器(Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)をさらに備えることができる。他の例として、抽出部１３０は、ファーストアクシス(ｆａｓｔ ａｘｉｓ)偏光成分及びスローアクシス(ｓｌｏｗ ａｘｉｓ)偏光成分のうちの１つの偏光成分を有する光搬送波を出力するポラライザ(ｐｏｌａｒｉｚｅｒ)で構成される。

これによって、抽出部１３０は、ファーストアクシス偏光成分の光搬送波を出力したり、スローアクシス偏光成分を有する光搬送波を出力したりすることができる。

光結合器１４０は、光強度変調部１２０から出力されたＤＳＢ−ＳＣ信号と抽出部１３０から出力された単一偏光成分の光搬送波とを結合し、相関関係が強い２つの波長の光信号を出力する。このとき、光結合器１４０は、各出力信号の大きさを考慮して結合の割合を決定することができる。

ここで、抽出部１３０から出力された単一偏光成分の光搬送波は、ＤＳＢ信号と偏光角の差異を有し、ＤＳＢ−ＳＣ信号に含まれた光搬送波と位相差を有する。このように、単一偏光成分だけを抽出してＤＳＢ−ＳＣ信号と光結合する場合、人為的にＤＳＢ信号と光搬送波間の偏光差及び光搬送波間の位相差を発生させて光電変換器に入力することで、光搬送波を抑制することができる。

光電変換器１５０は、光結合器１４０から出力された相関関係が強い２つの波長の光信号をビーティングしてテラヘルツ連続波を発生する。

測定部１６０は、テラヘルツ連続波発生装置１００に含まれた各素子の動作及びテラヘルツ連続波発生装置１００により発生したテラヘルツ連続波を測定するためのものである。一例として、測定部１６０は、光スペクトラム分析器(Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ａｎａｌｙｚｅｒ)及び電子スペクトラム分析器(Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ Ａｎａｌｙｚｅｒ)を含むことができる。

図２は、本発明の一実施形態によるテラヘルツ連続波発生装置の詳細構成図である。
図示のように、テラヘルツ連続波発生装置は、光搬送波提供部１１０、光強度変調部１２０、抽出部１３０、光結合器１４０、光電変換器１５０、測定部１６０及び光増幅器１７０を含む。

光搬送波提供部１１０は、単一波長を有する光搬送波を発生する光源１１１と、光源１１１から出力された光搬送波を、光搬送波と同一波長を有する２つの光搬送波に分離する１Ｘ２または２Ｘ２の光分離器１１２とで構成される。

ここで、光源１１１としては、単一波長及び狭い帯域幅(約１００ＫＨｚ)を有する光信号発生器が好ましい。また、光分離器１１２の分離の割合によって光強度変調部１２０から生成されるＤＳＢ−ＳＣ信号の大きさが調節される。光分離器１１２の２つの出力端は光強度変調部１２０及び抽出部１３０にそれぞれ接続される。

光強度変調部１２０は、局所発振器(Ｌｏｃａｌ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；ＬＯ)１２２と、局所発振器１２２の信号によって光分離器１１２の一つの出力端から単一波長の光搬送波を入力されて、ＤＳＢ−ＳＣ信号を発生する光強度変調器１２１とで構成されることができる。

局所発振器１２２は、発生させようとするＤＳＢ信号の周波数差に比べ、約０．５倍大きい周波数信号を出力する超高周波局所発振器であることが好ましい。

光強度変調器１２１の周波数帯域幅は、発生させようとするテラヘルツ連続波周波数の約０．５倍であることが好ましいが、別の光増幅器をさらに備える場合は、約０．３倍の周波数帯域幅を有する光強度変調器１２１を使用することも可能である。

また、光強度変調器１２１から出力されるＤＳＢ−ＳＣ信号の大きさが顕著に減衰した場合にはＤＳＢ−ＳＣ信号を増幅させて、光混合されて発生するテラヘルツ連続波信号の大きさを増加させるために光強度変調器１２１の後端に光増幅器１７０をさらに装着することができる。一例として、光増幅器１７０は６ｄＢ以下の雑音特性と最大３０ｄＢの利得を有することが好ましい。

抽出部１３０は、光分離器１１２の他の出力端から単一波長の光搬送波を入力されて、光搬送波と同一の波長を有する互いに直角である２つの偏光成分(Ｆａｓｔ Ａｘｉｓ、Ｓｌｏｗ Ａｘｉｓ)の光搬送波に分離する偏光分離器１３１で構成される。

ここで、偏光分離器１３１の入力光ファイバは、単一モード光ファイバ(Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅｌ Ｆｉｂｅｒ；ＳＭＦ)にピグテーリング(ｐｉｇｔａｉｌｉｎｇ)され、入力された光信号に含まれた互いに直角である２つの偏光成分(ｓｌｏｗ ａｘｉｓ、ｆａｓｔ ａｘｉｓ)に分離して出力される２つの出力端は、分離された２つの偏光成分がシステムの最終端まで維持できるように偏光維持光ファイバ(Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ；ＰＭＦ)にピグテーリングされることが好ましい。

また、抽出部１３０は、偏光制御器１３２をさらに備え、この場合、光搬送波提供部１１０から出力された光搬送波の偏光を所望する形態に制御し、偏光分離器１３１から出力される光搬送波の大きさを制御することができる。

例えば、偏光制御器１３２は、光搬送波提供部１１０から出力されて抽出部に入力される光搬送波の偏光を、光強度変調部１２０からＤＳＢ信号を発生するために使用する光搬送波に含まれる二つの光成分(ｓｌｏｗ ａｘｉｓ、ｆａｓｔ ａｘｉｓ)のうち、信号の大きい成分に直角となる偏光成分の大きさが最大となるように、偏光を調節して偏光分離器１３１に入力し、偏光分離器１３１の２つの出力端のうち、光強度変調部１２０に使用する光搬送波の偏光成分のうち、信号が大きい成分に直角となる偏光成分の出力端での信号が最大値を有するように制御することができる。

また、偏光制御器１３２を用いて偏光維持特性のない光増幅器から出力される信号を所望の偏光成分を有させるように制御することも可能である。

一例として、光強度変調器１２１から出力されるＤＳＢ−ＳＣ信号の大きさを極大化するために、９：１または９９：１の光分離器１１２を使用する場合、偏光分離器１３１の後端に光増幅器１７０を別に装着して単一偏光された偏光分離器１３１の出力を調節することが好ましい。他の例として、５：５の光分離器１１２を使用する場合には、偏光分離器１３１の出力を調節するために光減衰器(図示せず)をさらに用いることが好ましい。勿論、これが必須ではないが、ＤＳＢ−ＳＣ信号に含まれている光搬送波の大きさと偏光分離器１３１で単一偏光された光搬送波の大きさとを考慮して光増幅器１７０または光減衰器を選択的に使用することが好ましい。

光結合器１４０は、ＤＳＢ−ＳＣ信号とＤＳＢ−ＳＣ信号に含まれた光搬送波の一つの偏光成分(ファーストアクシスまたはスローアクシス)だけを有する偏光分離器１３１の出力を結合する。これで、相関関係が強い２つの波長の光信号が出力される。

ここで、光結合器１４０の結合の割合は、ＤＳＢ−ＳＣ信号と偏光分離器１３１の出力信号との大きさを考慮して決定することが好ましく、一例として、５０：５０または９０：１０の割合に結合することができる。

光結合器１４０は、光搬送波の偏光を維持させて光電変換器１５０から安定したテラヘルツ連続波信号が発生するように偏光維持特性を有することが好ましい。また、光結合器１４０は偏光維持光ファイバにピグテーリングされることが好ましい。

光電変換器１５０は、光結合器１４０から出力された相関関係の強い光信号をビーティングしてテラヘルツ連続波を発生する。

測定部１６０は、局所発振器１２２の性能をモニタリングして光電変換器１５０を介して生成されたテラヘルツ連続波を測定するための電子スペクトラム分析器１６１及びテラヘルツ連続波発生装置に含まれた素子、例えば、光源１１１、光分離器１１２、偏光分離器１３１、光結合器１４０などの動作をモニタリングするための光スペクトラム分析器１６２で構成される。

その以外にも、テラヘルツ連続波発生装置は、光強度変調器１２１のＤＣ入力端、光強度変調器１２１の安定化回路などを含む電子制御部をさらに備えることができる。

図３は、本発明の一実施形態によるテラヘルツ連続波発生装置を用いるテラヘルツ連続波発生方法を説明するためのグラフである。なお、本明細書においては説明の便宜上、光源１１１から発生する光搬送波が円形偏光されている場合を仮定して説明している。

図３の(ａ−１)に示すように、光源１１１から光搬送波(ω_x)が出力されると、光強度変調器１２１によりω_ΣΛとω_ΣΡの両側帯域ＤＳＢ信号と抑制された光搬送波(ω_x)を含むＤＳＢ−ＳＣ信号とが生成される。この場合、ＤＳＢ信号と光搬送波(ω_x)とは相関関係が強いので、(ａ−２)に図示のように同一の偏光角を有する。

図３の(ｂ−１)及び(ｂ−２)は、偏光分離器１３１から出力する単一偏光された光搬送波信号を示すものである。光源１１１から発生する光搬送波(ω_x)は、ｘ軸とｙ軸の２つの偏光成分を両方有しているのに対して、偏光分離器１３１により偏光分離された光搬送波は、ｘ軸成分(Ｆａｓｔ Ａｘｉｓ)とｙ軸成分(Ｓｌｏｗ Ａｘｉｓ)のうちの１つの偏光成分だけを有していることがわかる。このグラフには、一例として、ｘ軸成分だけを有した単一偏光された光搬送波を示した。

図３の(ｃ−１)及び(ｃ−２)は、光結合器１４０によりＤＳＢ−ＳＣ信号と単一偏光された光搬送波とが結合された結果を示すグラフである。すなわち、(ａ−１)のＤＳＢ−ＳＣ信号と(ｂ−１)の単一偏光された光搬送波信号との結合結果を(ｃ−１)に示し、(ａ−２)と(ｂ−２)とを結合した結果を(ｃ−２)に示した。

ここで、偏光分離器１３１から出力され、単一偏光された光搬送波とＤＳＢ−ＳＣ信号に含まれた光搬送波とは、信号伝送経路の不整合によりφ分の位相差(Ｐｈａｓｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ)を有する。また、単一偏光された光搬送波が既存の光搬送波のｘ軸成分だけに追加されるので、(ｃ−２)に示すようにＤＳＢ信号と光搬送波信号との間の偏光角がα分の差異を有することになる。

図３のグラフの説明内容を数式に示すと次のようになる。
下記の数式１と数式２は、光搬送波の両側帯域信号をそれぞれ表す。すなわち、数式１は左側から発生するＤＳＢ信号を示し、数式２は右側から発生するＤＳＢ信号を示す。数式３は光源１１１から発生した光搬送波を示す。数式４は偏光分離器１３１により出力される単一偏光された光搬送波を示すが、単一偏光された光搬送波は上記の説明のように、光搬送波のｘ軸成分だけを有し、φ分の位相差を有するため、数式５のように示すことができる。各数式において「ｔ」は時間を示し、「ｋ」は伝播定数(ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔａｎｔ)を示す。また、「ａ」は定数であって、Ｅ_ΑΠをＥ_χ，ξｃｏｓφの倍数に示すためのものである。

したがって、光源１１１から発生した光搬送波と偏光分離器１３１から出力した単一偏光された光搬送波とを結合した光信号を数式６のように示すことができる。ここで、数式６を数式３と比較した場合、ｘ軸成分が(１＋ａｃｏｓφ)分変化したことを確認することができ、これで、φの値によって光搬送波の大きさを減少することができるものと予想される。

上記の数式７は、スクエアサム(Ｓｑｕａｒｅ Ｓｕｍ)理論を用いて光混合成分を表したものである。数式７の一行目はＤＣ成分を表し、二行目はテラヘルツ連続波成分を表し、三行目と四行目は光搬送波による雑音成分を表す。その他の行目は光混合のために用いられる光電変換器の動作限界を超す成分であって、その周波数が光周波数領域であるので、無視できる成分である。

数式７の三行目と四行目の光搬送波による雑音成分は、光搬送波の大きさ(Ｅ_χξとＥ_χψ)とＤＳＢ信号の大きさ(Ｅ_ΣΛ,ξ、Ｅ_ΣΡ,ξ、Ｅ_ΣΛ,ψ、Ｅ_ΣΡ,ψ)の倍に比例するので、光搬送波の大きさが減少するほど雑音成分は減少され、反対に、光搬送波の大きさが増加するほど雑音成分は増加されることを確認することができる。したがって、従来のＤＳＢ−ＳＣ技法では、数式７の三行目と四行目の光搬送波による雑音成分にａｃｏｓφとｃｏｓαとが含まれないが、本発明では光搬送波による雑音成分にａｃｏｓφとｃｏｓαとが含まれて光搬送波による雑音成分が減少されたことを確認することができる。

上記のようなことを考慮した場合、ＤＳＢ信号と単一偏光された光搬送波との間の偏光角の差異及びＤＳＢ−ＳＣ信号に含まれた光搬送波と単一偏光された光搬送波との間の位相差を適切に調節することによって、光搬送波による雑音成分を減少させることができる。次に、これをさらに詳しく説明する。

本発明は、円形偏光の光信号を仮定したものである。本発明で提案した雑音成分減少を効果的に実現するためには、本発明の技法により発生した光搬送波による雑音成分と従来のＤＳＢ−ＳＣ技法により発生した光搬送波による雑音成分との差が０より小さいか、または上記２つの雑音成分の割合が１より小さい場合である。したがって、２つの雑音成分の差が０より小さいか、または割合が１より小さい場合は、下記の数式８に示すように、既存のＤＳＢ−ＳＣ技法における光搬送波による雑音成分と比較して、本発明に追加された成分が１よりも小さい値を有する場合である。ｃｏｓαは、三角関数の特性上、いずれも１よりも小さい値を有するので、［１＋ａｃｏｓ(φ)ｃｏｓ(α)］が１よりも小さい値を有するように、単一偏光された光搬送波の伝送距離とパワーを調節することで、光搬送波による雑音成分を効果的に抑制することができる。

このとき、上記の図３の(ｃ−２)に示すように、円形偏光の仮定下では、追加の単一偏光された光搬送波によって偏光角αが最大４５度を有するので、数式８の条件を満たすｃｏｓφは、数式１０の範囲内で決定される。また、φの初期値は、数式１０を利用して数式１１のように示すことができる。よって、一般化されたφ値は数式１２のように示すことができる。

数式１１において、ｌ_０は初期長さを表し、φ_０は

経路において遅延ラインの位相を表す。また、数式１２においてｎは整数である。

上記の数式１１及び数式１２を利用して単一偏光された光搬送波とＤＳＢ−ＳＣ信号に含まれた光搬送波との間の位相差を物理的な長さに換算すれば、下記の数式１３と数式１４に示すことができる。数式１４は、数式１３を一般化して示したものである。数式１４においてｎは整数である。

したがって、単一偏光された光搬送波の伝送距離とパワーを調節することで、光搬送波による雑音成分を効果的に抑制することができる。

図４は、本発明の一実施形態によるテラヘルツ連続波発生装置を用いるテラヘルツ連続波発生の際に、偏光分離器のパワーによる光搬送波による雑音成分を表すグラフである。

上述の数値解釈に基づいて、偏光角αが最大値を有し、単一偏光された光搬送波とＤＳＢ−ＳＣ信号との間の光伝送路の長さの差による位相差φが９０度から２７０度の間の値を有するように調節することで、光搬送波を効果的に抑制することができる。

特に、グラフに示すように、偏光分離器１３１から出力された単一偏光光搬送波の大きさが約５ｄＢｍの値を有し、位相差が９３度の値を有するように調節することで、光搬送波の抑制が最も効果的であることが確認されている。

図５は、本発明の一実施形態によるテラヘルツ連続波発生装置を用いるテラヘルツ連続波発生方法により０．１テラヘルツ信号が発生された場合を示すグラフである。

勿論、本発明の一実施形態によるテラヘルツ連続波発生装置を用いるテラヘルツ連続波発生方法によれば、光強度変調器の変調帯域幅が十分広いという仮定の下に、数テラヘルツ帯域までにテラヘルツ連続波を発生することができる。このグラフは、現在の測定技術と計測装備との限界において、本発明を検証するために０．１テラヘルツ信号を発生させた場合を表している。

グラフに示すように、本発明の一実施形態によれば、既存のＤＳＢ−ＳＣ技法に比べて光搬送波の抑制効果が増加し、これを通して、光混合するテラヘルツ連続波のパワーが改善されたことを確認することができる。

図６は、本発明の一実施形態によるテラヘルツ連続波発生装置を用いるテラヘルツ連続波発生方法により発生したテラヘルツ連続波と従来のＤＳＢ−ＳＣ技法によるテラヘルツ連続波との位相雑音を比較したグラフである。

上述のように、本発明の一実施形態によれば、従来と比べてテラヘルツ連続波の位相雑音が減少されたことを確認することができる。

図７は、本発明の一実施形態によるテラヘルツ連続波発生装置を用いるテラヘルツ連続波発生方法により発生したテラヘルツ連続波の周波数偏移(Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｒｉｆｔ)特性を示すグラフである。

グラフに示すように、本発明によれば、約１１ＫＨｚの優れた特性を有するテラヘルツ連続波の発生を確認することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００ テラヘルツ連続波発生装置
１１０ 光搬送波提供部
１１１ 光源
１１２ 光分離器
１２０ 光強度変調部
１２１ 光強度変調器
１２２ 局所発振器
１３０ 抽出部
１４０ 光結合器
１５０ 光電変換器
１６０ 測定部
１６１ 電子スペクトラム分析器
１６２ 光スペクトラム分析器
１７０ 光増幅器

Claims (17)

1. 単一波長を有する２つの光搬送波を提供する光搬送波提供部と、
   前記２つの光搬送波のうちの１つを入力されて、ＤＳＢ(Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅｂａｎｄ)信号と抑制された光搬送波を含むＤＳＢ−ＳＣ(Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｉｄｅｂａｎｄ−Ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ Ｃａｒｒｉｅｒ)信号を生成する光強度変調部と、
   前記２つの光搬送波のうちの残りの１つを入力されて、単一偏光成分の光搬送波を抽出する抽出部と、
   前記単一偏光成分の光搬送波と前記ＤＳＢ−ＳＣ信号とを結合する光結合器と、
   を含むことを特徴とするテラヘルツ連続波発生装置。
2. 前記光結合器から出力される光信号を光電変換して、テラヘルツ連続波信号を出力する光電変換器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ連続波発生装置。
3. 前記光強度変調部または前記抽出部の出力を増幅させるための光増幅器をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ連続波発生装置。
4. 前記光搬送波提供部、前記抽出部または前記光結合器の動作をモニタリングする光スペクトラム分析器または前記光電変換器によって生成されるテラヘルツ連続波信号を測定する電子スペクトラム分析器を有する測定部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ連続波発生装置。
5. 前記光搬送波提供部は、
   単一波長の光搬送波を発生させる光源と、
   前記光源から発生する光搬送波を、同一波長を有する２つの光搬送波に分離する光分離器と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ連続波発生装置。
6. 前記光源は、
   １００ｋＨｚ以下の帯域幅を有する光搬送波を発生させる光信号発生器であることを特徴とする請求項５に記載のテラヘルツ連続波発生装置。
7. 前記光搬送波提供部は、
   主光源及び副光源を同期化させて、前記単一波長を有する２つの光搬送波を提供することを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ連続波発生装置。
8. 前記光搬送波提供部は、
   ファーストアクシス偏光成分及びスローアクシス偏光成分を有する前記光搬送波を提供することを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ連続波発生装置。
9. 前記抽出部は、
   前記２つの光搬送波のうちの残りの１つを入力されて、相互直角である２つの偏光成分の光搬送波に分離させる偏光分離器であることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ連続波発生装置。
10. 前記抽出部は、
    前記２つの光搬送波のうちの残りの１つを入力されて、ファーストアクシス偏光成分及びスローアクシス偏光成分のうちの１つの偏光成分を有する光搬送波を出力するポラライザであることを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ連続波発生装置。
11. 前記光結合器は、
    前記ＤＳＢ信号と偏光角の差異を有し、前記ＤＳＢ−ＳＣ信号に含まれた光搬送波と、位相差を有する前記単一偏光成分の光搬送波と、前記ＤＳＢ−ＳＣ信号と、を結合して前記光信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のテラヘルツ連続波発生装置。
12. 光源から単一波長の光搬送波を発生させる段階と、
    前記光搬送波を、同一波長を有する２つの光搬送波に分離する段階と、
    前記２つの光搬送波のうちの１つを用いてＤＳＢ信号と抑制された光搬送波を含むＤＳＢ−ＳＣ信号を生成する段階と、
    前記２つの光搬送波のうちの残りの１つを用いて単一偏光成分の光搬送波を抽出する段階と、
    前記単一偏光成分の光搬送波と前記ＤＳＢ−ＳＣ信号とを結合して光信号を出力する段階と、
    前記光信号を光電変換してテラヘルツ連続波信号を出力する段階と、
    を含むことを特徴とするテラヘルツ連続波発生方法。
13. 前記光信号を出力する段階は、
    前記単一偏光成分の光搬送波の偏光を維持しながら前記単一偏光成分の光搬送波と前記ＤＳＢ−ＳＣ信号とを結合して前記光信号を出力することを特徴とする請求項１２に記載のテラヘルツ連続波発生方法。
14. 前記光信号を出力する段階は、
    前記ＤＳＢ信号と前記単一偏光成分の光搬送波とが偏光角の差異を有し、前記ＤＳＢ−ＳＣ信号に含まれた光搬送波と前記単一偏光成分の光搬送波が位相差を有することを特徴とする請求項１２に記載のテラヘルツ連続波発生方法。
15. 前記位相差は、前記単一偏光された光搬送波と前記ＤＳＢ−ＳＣ信号の伝送距離の差異を利用して調節されることを特徴とする請求項１４に記載のテラヘルツ連続波発生方法。
16. 前記単一偏光した光搬送波の伝送距離またはパワーを調節して、前記光搬送波による雑音成分を減少させることを特徴とする請求項１４に記載のテラヘルツ連続波発生方法。
17. 前記偏光角の差異が最大値を有し、前記位相差が９０〜２７０゜を有するように調節されて、前記光搬送波による雑音成分を減少させることを特徴とする 請求項１４に記載のテラヘルツ連続波発生方法。

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