JP2012027161A - Frequency characteristic calibration method of conversion efficiency in photoelectric conversion device - Google Patents

Frequency characteristic calibration method of conversion efficiency in photoelectric conversion device Download PDF

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哲也 川西
Atsushi Kanno
敦史 菅野
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惠三 稲垣
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source used for heterodyne detection having a characteristic demanded as a heterodyne detection light source, with a simple device.SOLUTION: A light source system for heterodyne detection includes a light source 11 and a light modulator 12 for generating two-tone light corresponding to light entering from the light source 11 and a modulation signal. The light modulator 12 has a Mach-Zehnder waveguide 14. The two-tone light output from the light modulator 12 is f±nf(n: integral number; for example, n=1, 2 or 3) when setting a frequency of light entering from the light source 11 as fand setting a frequency of modulation signal as f. Then, the intensity of fcomponent output from the light modulator 12 becomes lower than the intensity of f+nfcomponent by 20 dB or more. Driving of light modulator under the conditions results in lowering of carrier components and acquisition of two-tone signal having the uniform intensity.

Description

本発明は,光電変換デバイスにおける変換効率の周波数特性校正方法に関するものである。   The present invention relates to a method for calibrating frequency characteristics of conversion efficiency in a photoelectric conversion device.

光変調器や直接変調された半導体レーザに代表される電気光(ElectricaltoOptical,E/O)変換デバイス,およびフォトダイオード(PD)に代表される光電気(OpticaltoElectrical,O/E)変換デバイスは,デジタル光通信システムやファイバ無線(RadioOnFiber,ROF)システムのキーコンポーネントである。これらのデバイスの主要な性能指標として,“レスポンシビティ(responsivity)”とよばれる直流(DC)におけるO/EおよびE/O変換効率がある。   An electro-optical (Electrical to Optical, E / O) conversion device represented by an optical modulator and a directly modulated semiconductor laser, and an opto-electrical (Optical to Electrical, O / E) conversion device represented by a photodiode (PD) are digital. It is a key component of optical communication systems and fiber radio (Radio On Fiber, ROF) systems. As a main performance index of these devices, there is O / E and E / O conversion efficiency in direct current (DC) called “responsibility”.

近年,デジタル光通信システムが一波あたり100Gbpsを超えるほど著しく高速化されるとともに,ROFでは次々に高い周波数のキャリアを用いたシステムの研究が報告されている。このため,DCのレスポンシビティのみならず,ミリ波帯からテラヘルツ帯までを含めた周波数領域についての周波数特性を正確に測定することが非常に重要になっている。   In recent years, the digital optical communication system has been remarkably increased in speed as it exceeds 100 Gbps per wave, and ROF has been reported on research on systems using carriers with higher frequencies one after another. For this reason, it is very important to accurately measure not only DC responsivity but also frequency characteristics in the frequency region including the millimeter wave band to the terahertz band.

現在,O/EやE/Oデバイス(光電変換デバイス)の周波数特性を測定するには,アジレント社の光コンポーネントアナライザ(LCA)を用いることが一般的である(O.Funke,“The value of traceable S−parameter characterization of electro−optical components, ”EN−Genius Network, test & measurement ZONE, November 2008.)。LCAは,高周波(Radio Frequency, RF)用のネットワークアナライザと,周波数特性が校正されたE/OおよびO/Eデバイスを内蔵した光テストセットを組み合わせている。このため,LCAは,入出力がE/Eだけでなく,E/O,O/E,O/Oの全ての組み合わせについて校正された周波数特性が測定できる。ここで,「校正された周波数特性」は,そのデータが,米国標準技術研究所が管理している計量標準にトレーサブルであることを意味している。無変調連続波の光やRF信号のパワーは,カロリメータのような熱型検出器を用いてヒータの発熱と比較することで,電流・電圧の一次標準と結びつけられている。   Currently, in order to measure the frequency characteristics of O / E and E / O devices (photoelectric conversion devices), it is common to use an optical component analyzer (LCA) manufactured by Agilent (O. Funke, “The value of”). traceable S-parameter charac- terization of electro-optical components, "EN-Genius Network, test & measurement ZONE, November 2008.). The LCA combines a radio frequency (RF) network analyzer with an optical test set incorporating E / O and O / E devices whose frequency characteristics are calibrated. Therefore, the LCA can measure frequency characteristics calibrated for all combinations of E / O, O / E, and O / O as well as E / E input / output. Here, “calibrated frequency characteristics” means that the data is traceable to a metrology standard managed by the National Institute of Standards and Technology. The power of unmodulated continuous wave light and RF signal is linked to the primary standard of current and voltage by comparing with the heat generation of the heater using a thermal detector such as a calorimeter.

米国標準技術研究所(NIST)では,ヘテロダイン法に基づく光電変換の計量標準を定め,それを用いた校正サービスを提供している(P. D. Hale and C. M. Wang, “Calibration service of optoelectronic frequency response at 1319 nm for combined photodiode/RF power sensor transfer standards,” NIST Special Publication, 250−51, December 1999,下記非特許文献1)。ヘテロダイン法は,周波数差が確定した同一パワー/同一偏波の2光波を受光した場合,時間軸から見ると2光波の周波数差に等しい周波数で100%の強度変調がかかっていることを利用して,入力光パワーと出力RF信号パワーから変換効率を正確に計算できることに基礎を置いている。このような2光波を実現するために,NISTでは2台のLD励起Nd:YAGレーザに位相同期をかけて周波数差を確定させ,強度,偏光もそれぞれ自動制御された複雑なシステムを提案している。そして,NISTは,このシステムを用いた校正サービスを提供している。アジレント社はこのサービスを利用して自社内標準用PDを校正し,それを用いて市販測定器を校正している。   The National Institute of Standards and Technology (NIST) has established a measurement standard for photoelectric conversion based on the heterodyne method and provides a calibration service using it (P. D. Hale and C. M. Wang, “Calibration service of”. optoelectronic frequency response at 1319 nm for combined photodiode / RF power sensor transfer standards, “NIST Special Publication, 250-51, Non-patent Document 1”, Non-patent Document 1, Non-patent Document 1 The heterodyne method utilizes the fact that when two light waves of the same power / same polarization with a determined frequency difference are received, 100% intensity modulation is applied at a frequency equal to the frequency difference of the two light waves when viewed from the time axis. Therefore, it is based on the fact that the conversion efficiency can be accurately calculated from the input optical power and the output RF signal power. In order to realize such two light waves, NIST proposes a complex system in which two LD-pumped Nd: YAG lasers are phase-locked to determine the frequency difference and the intensity and polarization are automatically controlled. Yes. NIST provides a calibration service using this system. Agilent uses this service to calibrate its internal standard PD and use it to calibrate commercial measuring instruments.

ところで,LCAの測定精度を調べてみると,様々な条件下での値が列記されている(Agilent Technologies Inc., “N4373C 67 GHz Single−Mode Lightwave Component Analyzer for 40/100G electro−optical test,” Data Sheet, pp.8−11, Feb. 2008.)。このレポートによれば,意外なことにO/EおよびE/O変換効率の周波数応答特性測定における絶対的な不確実さは±2dB前後もある。一方で,測定の再現性(repeatability)は,0.7GHz以下の低周波域では±0.02dB程度,20GHz以上の高周波域でも±0.3dB程度と,10倍も優れている。また,E/Eの場合はRFネットワークアナライザの精度となり,やはり±0.2dB程度と高精度である。この理由として,RFネットワークアナライザは測定直前にユーザが校正キットを用いて校正することが前提となっているが,O/EやE/Oは測定器の校正サービスを依頼した時にのみ校正され,日常の測定前には校正できないため,と推測される。この場合,最後の校正から典型的には1年くらい時間が経ってしまうために,測定再現性に優れていても,絶対精度の維持は難しいと思われる。   By the way, when the measurement accuracy of LCA is examined, values under various conditions are listed (Agilent Technologies Inc., “N4373C 67 GHz Single-Mode Lightwave Analyzer Analyzer for 40 / 100G electro-optical” Data Sheet, pp. 8-11, Feb. 2008.). According to this report, the absolute uncertainty in measuring the frequency response characteristics of O / E and E / O conversion efficiency is surprisingly around ± 2 dB. On the other hand, the repeatability of measurement is as excellent as about ± 0.02 dB in a low frequency range of 0.7 GHz or less and about ± 0.3 dB in a high frequency range of 20 GHz or more, which is 10 times as excellent. In the case of E / E, the accuracy is that of the RF network analyzer, which is also as high as about ± 0.2 dB. The reason for this is that the RF network analyzer is assumed to be calibrated by the user using a calibration kit immediately before measurement, but O / E and E / O are calibrated only when a calibration service for the measuring instrument is requested. It is presumed that calibration cannot be performed before daily measurement. In this case, typically about a year has passed since the last calibration, so even if measurement reproducibility is excellent, it seems difficult to maintain absolute accuracy.

まず,光電変換標準が根拠とするヘテロダイン法の原理と,その光源に要求される特性について説明する。   First, the principle of the heterodyne method based on the photoelectric conversion standard and the characteristics required for the light source will be described.

2光波の解析モデルを考える。2光波はそれぞれ,”+1”と“−1”と名付けられ,そのパワーや周波数差は,次のように定義されている。   Consider an analysis model of two light waves. The two light waves are named “+1” and “−1”, respectively, and their power and frequency difference are defined as follows.

Figure 2012027161
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ここで,P+1とP−1は各光波のパワー,Poptは全光パワー,δは2光波のパワー差,ω+1とω−1は各光波の周波数,ωRFはその周波数差である。このとき,瞬時光パワーは次式のように計算される。 Where P +1 and P −1 are the power of each light wave, P opt is the total light power, δ is the power difference between the two light waves, ω +1 and ω −1 are the frequencies of each light wave, and ω RF is the frequency difference. . At this time, the instantaneous optical power is calculated as follows.

Figure 2012027161
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この光波を変換効率κのPDで2乗検波し直流をカットすると,RF電流となり,次のように計算される。   When this light wave is square-detected with a PD having a conversion efficiency κ and the direct current is cut, an RF current is obtained and is calculated as follows.

Figure 2012027161
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このRF電流が50Ωの負荷で消費する平均電力は次式のように計算される。   The average power consumed by this RF current with a load of 50Ω is calculated as follows:

Figure 2012027161
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この(3)式と(4)式から変換効率κは,以下のようになる。   From the equations (3) and (4), the conversion efficiency κ is as follows.

Figure 2012027161
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もし,2光波のパワー差δが0の場合,変調度は100%となって変換効率κは以下のようになる。   If the power difference δ between the two light waves is 0, the modulation factor is 100% and the conversion efficiency κ is as follows.

Figure 2012027161
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測定するのは光パワーとRFパワーのみであり,両者ともトレーサブルな測定が可能である。   Only optical power and RF power are measured, and both can be traceable.

これまで説明したヘテロダイン法に用いられる光源には,次の4つの特性が要求される。すなわち,ヘテロダイン法は,以下の特性を満たす光源を被測定PDに入射して入射光強度Poptと出力RF信号強度PRFから光電機変換効率を求める。
(1)2光波のみ。
(2)周波数差を任意のRF周波数に設定可能。
(3)2光波が同一偏波。
(4)2光波が同一強度。
The light source used in the heterodyne method described so far requires the following four characteristics. That is, the heterodyne method, following the light source satisfying the characteristics entered into the measured PD to determine the optical electric conversion efficiency from the output RF signal strength P RF and incident light intensity Popt.
(1) Only two light waves.
(2) The frequency difference can be set to any RF frequency.
(3) Two light waves have the same polarization.
(4) Two light waves have the same intensity.

これらの条件のうち,(3)はヘテロダイン効率を100%とするために必要となる。   Of these conditions, (3) is necessary to make the heterodyne efficiency 100%.

先に列挙した特性を持つ光電変換標準用の光源を実現するために,LD励起Nd:YAGレーザを2台用いることが提案されている(非特許文献1)。   In order to realize a light source for photoelectric conversion standards having the characteristics listed above, it has been proposed to use two LD-pumped Nd: YAG lasers (Non-Patent Document 1).

この装置は,各レーザを個別に制御できるため,(1)2光波のみ,(3)同一偏波,(4)同一強度という条件を,比較的容易に実現できる。しかし,この装置は(2)任意の周波数差の設定が難しい。この装置では,光位相同期ループを組むことで(2)の条件を実現しているが,公称線幅がkHz程度と非常に狭いLD励起Nd:YAGレーザを使う必要があるため,校正波長が1319nmに限られる。   Since this apparatus can control each laser individually, the conditions of (1) only two light waves, (3) the same polarization, and (4) the same intensity can be realized relatively easily. However, this device (2) is difficult to set an arbitrary frequency difference. In this device, the condition of (2) is realized by forming an optical phase-locked loop. However, since it is necessary to use an LD-pumped Nd: YAG laser with a nominal line width of about kHz, the calibration wavelength is Limited to 1319 nm.

P. D. Hale and C. M. Wang, “Calibration service of optoelectronic frequency response at 1319 nm for combined photodiode/RF power sensor transfer standards,” NIST Special Publication, 250−51, December 1999P. D. Hale and C. M. Wang, “Calibration service of optoelectronic responsive 99 at Nr for combined phodiode / RF power sensor transport and RF power sensor transport.

特開2005−147685号公報に開示された光検出器の周波数特性校正方法は,2つの強度変調器を必要とする。このため,この方法を実行するためには,2つの変調器の同期をとる必要がある。また,この方法に用いられる装置は,2つの強度変調器を有するため,複雑になる。   The method of calibrating frequency characteristics of a photodetector disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-14785 requires two intensity modulators. Therefore, in order to execute this method, it is necessary to synchronize the two modulators. In addition, the apparatus used in this method is complicated because it has two intensity modulators.

そこで,本発明は,簡便な装置で,ヘテロダイン検波光源として要求される特性を備えたヘテロダイン検波に用いられる光源を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a light source used for heterodyne detection having characteristics required as a heterodyne detection light source with a simple apparatus.

さらに本発明は,上記の装置においてバイアス電圧を自動的に制御する機構を備えた光源を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a light source having a mechanism for automatically controlling the bias voltage in the above-described apparatus.

さらに本発明は,±0.1dB程度の絶対不確実さを数年間にわたって維持できる,簡便な光電変換標準を実現することを目的とする。このような光電変換標準が実現できれば,RFネットワークアナライザ用の校正キットのように広くユーザに配布し,測定直前に校正をさせることで,RFネットワークアナライザと同等の測定精度を容易に達成できると考えられる。   Another object of the present invention is to realize a simple photoelectric conversion standard that can maintain an absolute uncertainty of about ± 0.1 dB over several years. If such a photoelectric conversion standard can be realized, it is considered that measurement accuracy equivalent to that of the RF network analyzer can be easily achieved by distributing it to users widely like a calibration kit for RF network analyzers and making calibration just before measurement. It is done.

本発明は,基本的にはヘテロダイン検波用の2トーン光を作成するために別々の2つの光源を用いなくても,マッハツェンダー導波路を含む光学系を所定の条件のもとに用いることで,ヘテロダイン検波に要求されるスペックを満たす2トーン光を容易に生成することができるという知見に基づくものである。   The present invention basically uses an optical system including a Mach-Zehnder waveguide under predetermined conditions without using two separate light sources to create two-tone light for heterodyne detection. , Based on the knowledge that two-tone light that satisfies the specifications required for heterodyne detection can be easily generated.

本発明の第1の側面は,光源11と,光源11からの出力光が入射し,光源11から入射した光と変調信号とに応じた2トーン光を発生する光変調器12とを含むヘテロダイン検波用光源システムに関する。ここで,光変調器12が,マッハツェンダー導波路14を有する,光変調器である。光変調器12から出力される2トーン光は,光源11から入射した光の周波数をfとし,変調信号の周波数をfとした場合,f±nf(nは整数,例えば,n=1,2又は3)である。そして,光変調器12から出力されるf成分の強度は,f+nf成分の強度に対して20dB以上抑圧される。このような条件のもとで光変調器を駆動することで,キャリア成分が抑圧され強度のそろった2トーン信号を得ることができる。 The first aspect of the present invention is a heterodyne including a light source 11 and an optical modulator 12 that receives output light from the light source 11 and generates two-tone light corresponding to the light incident from the light source 11 and a modulation signal. The present invention relates to a light source system for detection. Here, the optical modulator 12 is an optical modulator having a Mach-Zehnder waveguide 14. Two-tone light output from the optical modulator 12, the frequency of the light incident from the light source 11 and f 0, if the frequency of the modulation signal is a f m, f 0 ± nf m (n is an integer, eg, n = 1, 2 or 3). Then, the intensity of the f 0 component output from the optical modulator 12 is suppressed more than 20dB with respect to the intensity of the f 0 + nf m components. By driving the optical modulator under such conditions, it is possible to obtain a two-tone signal having a uniform intensity with suppressed carrier components.

また, 従来からマッハツェンダー導波路14を有する光変調器を用いて搬送波抑圧両側帯波変調信号を得る技術は知られていた。しかし,この変調技術の主目的は搬送波を抑圧することであって,両側帯波変調信号の強度をそろえることは意図されていなかった。本発明は,上記のように,マッハツェンダー導波路の位相差を調整して搬送波を20dB以上抑圧する駆動条件で光変調器を駆動することにより,不要なキャリア成分および3次高調波成分を抑圧できるだけではなく,上側帯波変調信号および下側帯波変調信号の2つの強度をそろえることができるという,知見に基づくものである。このヘテロダイン検波用光源システムの好ましい態様は,変調信号の電圧振幅の最大値を半波長電圧の0.2倍以上2倍以下に制限するという駆動条件により駆動を制御するものである。なお,n=1が好ましい。すなわち,後述するように,n=1の場合にLSB又はUSBに比べてキャリア成分fを20dB以下に抑圧することで,USBとLSBとの強度差を小さく制御することができる。光変調器12に印加される変調信号の強度は,光変調器12の半波長電圧に対して,0.1倍以上2倍以下であるときに特にUSBとLSBとの強度さを小さく制御できるため好ましい。 Conventionally, a technique for obtaining a carrier-suppressed double-sideband modulated signal using an optical modulator having a Mach-Zehnder waveguide 14 has been known. However, the main purpose of this modulation technique is to suppress the carrier wave, and it was not intended to align the strength of the double sideband modulation signal. As described above, the present invention suppresses unnecessary carrier components and third-order harmonic components by adjusting the phase difference of the Mach-Zehnder waveguide and driving the optical modulator under a driving condition that suppresses the carrier by 20 dB or more. In addition to this, it is based on the knowledge that the two intensities of the upper sideband modulation signal and the lower sideband modulation signal can be made uniform. In a preferred embodiment of this heterodyne detection light source system, the drive is controlled by a drive condition that the maximum value of the voltage amplitude of the modulation signal is limited to not less than 0.2 times and not more than twice the half-wave voltage. Note that n = 1 is preferable. That is, as will be described later, when n = 1, the carrier component f 0 is suppressed to 20 dB or less compared to LSB or USB, so that the intensity difference between USB and LSB can be controlled to be small. When the intensity of the modulation signal applied to the optical modulator 12 is not less than 0.1 times and not more than 2 times the half-wave voltage of the optical modulator 12, particularly the intensity of the USB and LSB can be controlled small. Therefore, it is preferable.

このヘテロダイン検波用光源システムの好ましい態様は,光源11として波長可変光源を用いるものである。光源11として波長可変光源を用いることで,校正できる周波数範囲を広げることができる。そして,本発明は,ヘテロダイン検波用の光源にマッハツェンダー導波路14を有する光変調器を含むものを用いたため,光源11として波長可変光源を用いてキャリアの周波数が変化しても,出力される2トーン信号のバランスを適切に維持できる。   In a preferred embodiment of this heterodyne detection light source system, a wavelength variable light source is used as the light source 11. By using a variable wavelength light source as the light source 11, the frequency range that can be calibrated can be expanded. Since the present invention uses a light source for heterodyne detection including an optical modulator having a Mach-Zehnder waveguide 14, even if the frequency of the carrier is changed by using a wavelength tunable light source as the light source 11, the light is output. The balance of the two tone signals can be properly maintained.

このヘテロダイン検波用光源システムの好ましい態様は,マッハツェンダー導波路14の一方のアームには,サブマッハツェンダー導波路15を有するものである。この態様は,好ましくはマッハツェンダー導波路14の分岐部及び合波部のいずれか又は両方に電界制御Y分岐導波路を有する。制御電界により,マッハツェンダー導波路14の両アームを伝搬する光信号の強度のアンバランスを容易に補正できる。   In a preferred embodiment of the light source system for heterodyne detection, a sub Mach-Zehnder waveguide 15 is provided on one arm of the Mach-Zehnder waveguide 14. In this aspect, the Mach-Zehnder waveguide 14 preferably has an electric field control Y-branch waveguide at one or both of the branching portion and the combining portion. By the control electric field, the intensity imbalance of the optical signal propagating through both arms of the Mach-Zehnder waveguide 14 can be easily corrected.

一方のアームにサブマッハツェンダー導波路15を有するため,マッハツェンダー導波路14の両アームを伝搬する光信号の強度のアンバランスを容易に補正できる。   Since the sub-Mach-Zehnder waveguide 15 is provided in one arm, the intensity imbalance of the optical signal propagating through both arms of the Mach-Zehnder waveguide 14 can be easily corrected.

このヘテロダイン検波用光源システムの好ましい態様は,光変調器12が,マッハツェンダー導波路14の両アームのそれぞれにサブマッハツェンダー導波路15,16を有する,光変調器12である。このように両アームにブマッハツェンダー導波路15,16を有する,光変調器12は,構造が対称的なので比較的製造しやすい。このヘテロダイン検波用光源システムの好ましい態様は,光変調器12のマッハツェンダー導波路14の分岐部あるいは合波部,あるいは両者に電界制御Y分岐導波路を有するものである。制御電界により,マッハツェンダー導波路14の両アームを伝搬する光信号の強度のアンバランスを容易に補正できる。   A preferred embodiment of this heterodyne detection light source system is an optical modulator 12 in which the optical modulator 12 has sub-Mach-Zehnder waveguides 15 and 16 in both arms of the Mach-Zehnder waveguide 14, respectively. In this way, the optical modulator 12 having the Bach-Zehnder waveguides 15 and 16 on both arms is relatively easy to manufacture because of its symmetrical structure. A preferred embodiment of the light source system for heterodyne detection has an electric field control Y-branch waveguide at the branching portion or the multiplexing portion of the Mach-Zehnder waveguide 14 of the optical modulator 12 or both. By the control electric field, the intensity imbalance of the optical signal propagating through both arms of the Mach-Zehnder waveguide 14 can be easily corrected.

このヘテロダイン検波用光源システムの好ましい態様は,光変調器12から出力された光が入射する光検出器13と,光検出器13が検出した光の周波数特性を解析するための制御装置18と,をさらに含むものである。そして,制御装置18は,光検出器13が検出した光に含まれるf成分及びf±nf(nは整数)成分の強度情報に基づいて,光変調器12のバイアス電圧源に対して,光変調器12に印加するバイアス電圧を変化させるための指令を出す,第1のバイアス調整手段を有する。 A preferred embodiment of the light source system for heterodyne detection includes a photodetector 13 on which light output from the optical modulator 12 is incident, a control device 18 for analyzing the frequency characteristics of the light detected by the photodetector 13, Is further included. Then, the control device 18 controls the bias voltage source of the optical modulator 12 based on the intensity information of the f 0 component and the f 0 ± nf m (n is an integer) component included in the light detected by the photodetector 13. And a first bias adjusting means for issuing a command for changing the bias voltage applied to the optical modulator 12.

このシステムは,第1のバイアス調整手段を有するため,光変調器に印加されるバイアス電圧を自動で調整することができる。上記のnとして,好ましいものは1である。このシステムは,変調信号の2倍の周波数領域まで構成することができるため,特に高周波数における校正に有効である。高周波数の例は,ミリ波帯域である。   Since this system has the first bias adjusting means, the bias voltage applied to the optical modulator can be automatically adjusted. The preferred n is 1 above. Since this system can be configured up to twice the frequency region of the modulation signal, it is particularly effective for calibration at high frequencies. An example of high frequency is the millimeter wave band.

WO2009−110039号パンフレットには,マッハツェンダー干渉計のバイアス調整方法が開示されている。このバイアス調整方法は,0次成分を用いずにMZ干渉計を評価するものである。   WO2009-110039 pamphlet discloses a bias adjustment method for a Mach-Zehnder interferometer. This bias adjustment method evaluates the MZ interferometer without using the zeroth-order component.

このヘテロダイン検波用光源システムの好ましい態様は,光変調器12から出力された光が入射する光検出器13と,光検出器13が検出した光の周波数特性を解析するための制御装置18と,をさらに含む。そして,制御装置18は,光検出器13が検出した光に含まれるf成分及び2f成分の強度情報に基づいて,光変調器12のバイアス電圧源に対して,光変調器12に印加するバイアス電圧を変化させるための指令を出す,第2のバイアス調整手段を有する。 A preferred embodiment of the light source system for heterodyne detection includes a photodetector 13 on which light output from the optical modulator 12 is incident, a control device 18 for analyzing the frequency characteristics of the light detected by the photodetector 13, Further included. Then, the control unit 18 based on the intensity information f m component and 2f m component light detector 13 is included in the light detected with respect to a bias voltage source of the optical modulator 12, applied to the optical modulator 12 And a second bias adjusting means for issuing a command for changing the bias voltage.

このシステムは,第2のバイアス調整手段を有するため,変調周波数が低い場合に有効である。また,このシステムは,キャリア成分の分離が容易ではない場合にも有効である。   Since this system has the second bias adjusting means, it is effective when the modulation frequency is low. This system is also effective when it is not easy to separate carrier components.

このヘテロダイン検波用光源システムの好ましい態様は,光変調器12から出力された光が入射する光検出器13と,光検出器13が検出した光の周波数特性を解析するための制御装置18とをさらに含む。そして,制御装置18は,第1のバイアス調整手段と,第2のバイアス調整手段を有する。   A preferred embodiment of the light source system for heterodyne detection includes a photodetector 13 on which the light output from the optical modulator 12 is incident, and a control device 18 for analyzing the frequency characteristics of the light detected by the photodetector 13. In addition. And the control apparatus 18 has a 1st bias adjustment means and a 2nd bias adjustment means.

このシステムは,第1のバイアス調整手段及び第2のバイアス調整手段を有する。このため,このシステムは校正する周波数領域に応じて,バイアス自動調整を第1のバイアス調整手段又は第2のバイアス調整手段に切り替えるようにすればよい。すると,このシステムは,低周波領域からミリ波帯領域までの広い周波数領域において校正を行うことができることとなる。   This system has a first bias adjusting means and a second bias adjusting means. For this reason, this system may switch the automatic bias adjustment to the first bias adjusting means or the second bias adjusting means in accordance with the frequency region to be calibrated. Then, this system can calibrate in a wide frequency range from a low frequency range to a millimeter wave range.

本発明によれば,簡便な装置で,ヘテロダイン検波光源として要求される特性を備えたヘテロダイン検波に用いられる光源を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the light source used for the heterodyne detection provided with the characteristic requested | required as a heterodyne detection light source with a simple apparatus can be provided.

図1は,光検出器システムの構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the photodetector system. 図2は,光変調器の構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the optical modulator. 図3は,光検出器の特性校正方法の工程例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a process example of a method for calibrating the characteristics of a photodetector. 図4は,本発明のヘテロダイン検波用光源システムのブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of the heterodyne detection light source system of the present invention. 図5は,ヘテロダイン検波用光源システムの第2の実施態様を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a second embodiment of the light source system for heterodyne detection. 図6は,ヘテロダイン検波用光源システムの第3の実施態様を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a third embodiment of the heterodyne detection light source system. 図7は,ヘテロダイン検波用光源システムの第4の実施態様を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing a fourth embodiment of the heterodyne detection light source system. 図8は,ヘテロダイン検波用光源システムの第5の実施態様を示すブロック図である。FIG. 8 is a block diagram showing a fifth embodiment of the light source system for heterodyne detection. 図9に第5の実施態様におけるバイアス調整のためのフローチャートを示す。FIG. 9 shows a flowchart for bias adjustment in the fifth embodiment. 図10は,ヘテロダイン検波用光源システムの第6の実施態様を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a sixth embodiment of the heterodyne detection light source system. 図11に第6の実施態様におけるバイアス調整のためのフローチャートを示す。FIG. 11 shows a flowchart for bias adjustment in the sixth embodiment. 図12は,ヘテロダイン検波用光源システムの第7の実施態様を示すブロック図である。FIG. 12 is a block diagram showing a seventh embodiment of the heterodyne detection light source system. 図13に第7の実施態様におけるバイアス調整のためのフローチャートを示す。FIG. 13 shows a flowchart for bias adjustment in the seventh embodiment. 図14は,ヘテロダイン検波用光源システムの第7の実施態様を示すブロック図である。FIG. 14 is a block diagram showing a seventh embodiment of the heterodyne detection light source system. 図15は,ヘテロダイン検波用光源システムの第8の実施態様を示すブロック図である。FIG. 15 is a block diagram showing an eighth embodiment of the heterodyne detection light source system. 図16にマッハツェンダー(MZ)型光変調器を用いて光電変換標準を実現する方法を示す。FIG. 16 shows a method for realizing a photoelectric conversion standard using a Mach-Zehnder (MZ) type optical modulator. 図17に高消光比MZ光変調器の構造を示す。FIG. 17 shows the structure of a high extinction ratio MZ optical modulator. 図18に高消光比MZ干渉計動作時の光スペクトルの一例を示す。FIG. 18 shows an example of an optical spectrum during operation of the high extinction ratio MZ interferometer. 図19にPDで2乗検波した後のRF信号スペクトルを示す。FIG. 19 shows an RF signal spectrum after square detection with a PD. 図20に周波数応答特性の校正結果を示す。FIG. 20 shows the calibration result of the frequency response characteristic. 図21は,PD入力地点での光スペクトルを示す図面に替わるグラフである。FIG. 21 is a graph replaced with a drawing showing an optical spectrum at a PD input point. 図22は,10GHz付近のRFスペクトルを示す。FIG. 22 shows the RF spectrum near 10 GHz. 図23は,20GHz付近のRFスペクトルを示す。FIG. 23 shows the RF spectrum near 20 GHz. 図24は,5GHz付近のRFスペクトルを示す。FIG. 24 shows the RF spectrum near 5 GHz. 図25は,PD入力地点での光スペクトルを示す図面に替わるグラフである。FIG. 25 is a graph replaced with a drawing showing an optical spectrum at a PD input point. 図26は,10GHz付近のRFスペクトルを示す。FIG. 26 shows the RF spectrum near 10 GHz. 図27は,5GHz付近のRFスペクトルを示す。FIG. 27 shows the RF spectrum near 5 GHz. 図28は,PD入力地点での光スペクトルを示す図面に替わるグラフである。FIG. 28 is a graph replaced with a drawing showing an optical spectrum at a PD input point. 図29は,10GHz付近のRFスペクトルを示す。FIG. 29 shows an RF spectrum near 10 GHz. 図30は,PD入力地点での光スペクトルを示す図面に替わるグラフである。FIG. 30 is a graph replaced with a drawing showing an optical spectrum at a PD input point. 図31は,10GHz付近のRFスペクトルを示す。FIG. 31 shows an RF spectrum near 10 GHz. 図32は,5GHz付近のRFスペクトルを示す。FIG. 32 shows an RF spectrum near 5 GHz. 図33は,DPMZMを含む系を示す図である。FIG. 33 is a diagram showing a system including DPMZM. 図34に,DSB−SC変調器からの出力信号の例を示す。FIG. 34 shows an example of an output signal from the DSB-SC modulator. 図35に,2光波のレベルと搬送波及び高調波の消光比の周波数特性測定結果を示す。FIG. 35 shows the frequency characteristic measurement results of the two light wave levels and the extinction ratio of the carrier wave and the harmonic wave. 図36(a)に示されるように,DC電極に印加されるDC電圧によって生成する電場を用いて分岐比を制御する。図36(b)は,MZを有する光変調器を示す。As shown in FIG. 36A, the branching ratio is controlled using an electric field generated by a DC voltage applied to the DC electrode. FIG. 36B shows an optical modulator having MZ. 図37は,OOKシグナルの時間領域のスペクトルプロファイルを示す。FIG. 37 shows the spectral profile of the time domain of the OOK signal. 図38に,この装置を用いたDSB−SC変調の出力を示す。FIG. 38 shows the output of DSB-SC modulation using this apparatus.

以下,光検出器システムについて説明する。図1は,光検出器システムの構成を示すブロック図である。図1に示されるように,この光検出器システムは,光源11と,光変調器12と,光検出器13と,制御装置18と,を含む。そして,光変調器12は,メインマッハツェンダー導波路14の両アームのそれぞれにサブマッハツェンダー導波路15,16を有する。また,制御装置18は,2トーン光に相当する光検出器13の周波数特性を解析して,解析した光検出器13の周波数特性に応じて,光検出器13が検出する光信号の検出値を校正するための校正部19を有する。   Hereinafter, the photodetector system will be described. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the photodetector system. As shown in FIG. 1, the photodetector system includes a light source 11, an optical modulator 12, a photodetector 13, and a control device 18. The optical modulator 12 has sub-Mach-Zehnder waveguides 15 and 16 in both arms of the main Mach-Zehnder waveguide 14, respectively. Further, the control device 18 analyzes the frequency characteristic of the photodetector 13 corresponding to the two-tone light, and detects the detected value of the optical signal detected by the photodetector 13 according to the analyzed frequency characteristic of the photodetector 13. Has a calibration unit 19 for calibrating.

本発明の光検出器システムは,光検出器の特性を評価し,評価した特性に基づいて校正を行うことができるシステムである。したがって,本発明の光検出器システムは,任意の光検出器を含むことができる。光検出器は,光情報通信において復号器として利用されるため,本発明の光検出器システムは,復号器として利用されうる。   The photodetector system of the present invention is a system that can evaluate the characteristics of the photodetector and perform calibration based on the evaluated characteristics. Thus, the photodetector system of the present invention can include any photodetector. Since the photodetector is used as a decoder in optical information communication, the photodetector system of the present invention can be used as a decoder.

光源11は,光情報通信における信号であってもよい。なお,本発明の光検出器システムは,光検出器の特性を評価するので,光検出器の特性を評価する際の光源11は,実際に用いられる通信態様に応じた光源とすればよい。   The light source 11 may be a signal in optical information communication. Since the photodetector system of the present invention evaluates the characteristics of the photodetector, the light source 11 for evaluating the characteristics of the photodetector may be a light source according to the actually used communication mode.

光変調器12は,メインマッハツェンダー導波路14の両アームのそれぞれにサブマッハツェンダー導波路15,16を有する。このような光変調器は,既に知られている。この光変調器の例は,特開2007−065240号公報に開示されたものである。   The optical modulator 12 includes sub Mach-Zehnder waveguides 15 and 16 in both arms of the main Mach-Zehnder waveguide 14 respectively. Such an optical modulator is already known. An example of this optical modulator is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-065240.

図2は,光変調器の構成例を示す図である。図2に示すように,この光変調器は,メインマッハツェンダー導波路28を有する。そして,メインマッハツェンダー導波路28は,光信号の入力部22と,光信号が分岐する分岐部23と,分岐部23から分岐した光信号が伝播する導波路である第1のアーム24及び第2のアーム25と,第1のアーム24及び第2のアーム25から出力される光信号が合波される合波部26と,前記合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部27とを含む。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the optical modulator. As shown in FIG. 2, this optical modulator has a main Mach-Zehnder waveguide 28. The main Mach-Zehnder waveguide 28 includes an optical signal input section 22, a branch section 23 where the optical signal branches, a first arm 24 which is a waveguide through which the optical signal branched from the branch section 23 propagates, Two arms 25, a combining unit 26 that combines the optical signals output from the first arm 24 and the second arm 25, and a light that outputs the optical signal combined by the combining unit. A signal output unit 27.

光変調器は,第1のアーム24に設けられ,第1の電極(電極A)31を具備する第1のサブマッハツェンダー導波路29を含む。また,光変調器は,第2のアーム25に設けられ,第2の電極(電極B)32を具備する第2のマッハツェンダー導波路30を含む。   The optical modulator includes a first sub Mach-Zehnder waveguide 29 provided on the first arm 24 and having a first electrode (electrode A) 31. Further, the optical modulator includes a second Mach-Zehnder waveguide 30 provided on the second arm 25 and having a second electrode (electrode B) 32.

この光変調器の好ましい態様は,メインマッハツェンダー導波路28のうち,第1のサブマッハツェンダー導波路29の出力部と合波部との間の導波路の少なくとも一部に沿うように設けられた第1のメインマッハツェンダー用電極33aを有する。そして,この光変調器は,メインマッハツェンダー導波路28のうち,第2のマッハツェンダー導波路30の出力部と合波部との間の導波路の少なくとも一部に沿うように設けられた第2のメインマッハツェンダー用電極33bとを具備する。   A preferred embodiment of this optical modulator is provided so as to be along at least a part of the waveguide between the output part and the multiplexing part of the first sub Mach-Zehnder waveguide 29 in the main Mach-Zehnder waveguide 28. The first main Mach-Zehnder electrode 33a is provided. The optical modulator is provided so as to extend along at least a part of the waveguide between the output part and the multiplexing part of the second Mach-Zehnder waveguide 30 in the main Mach-Zehnder waveguide 28. 2 main Mach-Zehnder electrodes 33b.

この態様の光変調器は,第1のサブマッハツェンダー導波路29からの出力信号と第2のマッハツェンダー導波路30からの出力信号に含まれる光搬送波信号又は特定の高次光信号の位相が180°ずれるように前記第1のメインマッハツェンダー用電極33a及び第2のメインマッハツェンダー用電極33bに印加される電圧を調整する制御部を具備する。これにより,この態様の光変調器は,DSB−SC変調を達成できる。   In the optical modulator of this aspect, the phase of the optical carrier signal or the specific higher-order optical signal included in the output signal from the first sub Mach-Zehnder waveguide 29 and the output signal from the second Mach-Zehnder waveguide 30 is 180 °. A controller is provided for adjusting the voltage applied to the first main Mach-Zehnder electrode 33a and the second main Mach-Zehnder electrode 33b so as to be shifted. Thereby, the optical modulator of this aspect can achieve DSB-SC modulation.

この光変調器のさらに好ましい態様は,メインマッハツェンダー導波路28のうち,第1のサブマッハツェンダー導波路29の出力部と合波部との間の導波路の少なくとも一部に沿うように設けられた光強度補正機構51を有する。そして,この光変調器は,メインマッハツェンダー導波路28のうち,第2のマッハツェンダー導波路30の出力部と合波部との間の導波路の少なくとも一部に沿うように設けられた光強度補正機構52とを具備する。この光変調器は,光強度補正機構51,又は光強度補正機構52のいずれか又は両方を具備してもよい。   A more preferable aspect of this optical modulator is provided so as to extend along at least a part of the waveguide between the output portion and the multiplexing portion of the first sub Mach-Zehnder waveguide 29 in the main Mach-Zehnder waveguide 28. The light intensity correction mechanism 51 is provided. The optical modulator is a light provided along at least a part of the waveguide between the output part and the multiplexing part of the second Mach-Zehnder waveguide 30 in the main Mach-Zehnder waveguide 28. And an intensity correction mechanism 52. This optical modulator may include either or both of the light intensity correction mechanism 51 and the light intensity correction mechanism 52.

そして,光強度補正機構51及び光強度補正機構52のいずれか又は両方は,出力部27から出力される光搬送波信号を抑圧するように第1のアーム24から合波部26へ進む光搬送波信号の強度と,第2のアーム25から合波部26へ進む光搬送波信号の強度を調整する。または,光強度補正機構51及び光強度補正機構52のいずれか又は両方は,出力部27から出力される特定の高次光信号を抑圧するように第1のアーム24から合波部26へ進む特定の高次光信号の強度と,第2のアーム25から合波部26へ進む特定の高次光信号の強度を調整する。   Then, one or both of the light intensity correction mechanism 51 and the light intensity correction mechanism 52 is an optical carrier signal that travels from the first arm 24 to the multiplexing unit 26 so as to suppress the optical carrier signal output from the output unit 27. And the intensity of the optical carrier signal traveling from the second arm 25 to the multiplexing unit 26 are adjusted. Alternatively, either one or both of the light intensity correction mechanism 51 and the light intensity correction mechanism 52 is a specific unit that proceeds from the first arm 24 to the combining unit 26 so as to suppress a specific high-order optical signal output from the output unit 27. The intensity of the high-order optical signal and the intensity of the specific high-order optical signal traveling from the second arm 25 to the multiplexing unit 26 are adjusted.

このように高消光比を得られる光変調器12を用いて2トーン光を得ることで,強度のそろった2トーン光を得ることができる。このため,本発明の光検出器システムは,適切に光検出器の特性を校正できる。   By obtaining two-tone light using the optical modulator 12 capable of obtaining a high extinction ratio in this way, two-tone light with uniform intensity can be obtained. For this reason, the photodetector system of the present invention can appropriately calibrate the characteristics of the photodetector.

好ましい態様は,光変調器12が,搬送波抑圧両側波帯(DSB−SC)変調器12である。上記の光変調器を用いてDSB−SC信号を得ることで,強度がそろった2トーン光を得ることができる。これにより,簡便なシステムにより光検出器の特性を校正できることとなる。2トーン光とは,2つの周波数成分の強度が他の周波数成分の強度に比べて強い光信号を意味する。2トーン光の例は,DSB信号(好ましくは,搬送波が抑圧されたDSB−SC信号)である。   In a preferred embodiment, the optical modulator 12 is a carrier-suppressed double sideband (DSB-SC) modulator 12. By obtaining a DSB-SC signal using the above optical modulator, two-tone light with uniform intensity can be obtained. As a result, the characteristics of the photodetector can be calibrated with a simple system. Two-tone light means an optical signal in which the intensity of two frequency components is stronger than the intensity of other frequency components. An example of the two-tone light is a DSB signal (preferably, a DSB-SC signal in which a carrier wave is suppressed).

光検出器13は,先に説明した通り,光情報通信において用いられる光の強度を検出する機器である。後述するように,本発明では,光検出器の周波数特性,偏光特性,波長応答特性などを評価できる。さらに,本発明では,評価した特性に基づいて,光検出器が測定した値を校正することができるシステムを提供できる。   As described above, the photodetector 13 is a device that detects the intensity of light used in optical information communication. As will be described later, in the present invention, the frequency characteristics, polarization characteristics, wavelength response characteristics, etc. of the photodetector can be evaluated. Furthermore, the present invention can provide a system that can calibrate the value measured by the photodetector based on the evaluated characteristics.

制御装置18は,光検出器13が検出した2トーン光に相当する光検出器13の周波数特性を解析する。すなわち,2トーン光の強度は本来同じである。一方,光検出器は,周波数によって感度が異なることがある。よって,本来同じ強度であるはずの2トーン光であっても,光検出器によっては,異なる強度を有するように測定する場合がある。制御装置18は,このような周波数応答性を評価する。   The control device 18 analyzes the frequency characteristic of the photodetector 13 corresponding to the two-tone light detected by the photodetector 13. That is, the intensity of two-tone light is essentially the same. On the other hand, the sensitivity of the photodetector may differ depending on the frequency. Therefore, even two-tone light that should originally have the same intensity may be measured to have different intensities depending on the photodetector. The control device 18 evaluates such frequency response.

制御装置は,入出力部と,制御部と,演算部と,記憶部とを有しており,各要素はバスなどで情報の授受を行うことができるようにされている。そして,情報が入力された場合は,制御部は,記憶部に記憶された制御プログラムを読み出す。そして,入力された情報と,記憶部に記憶された情報とを用いて,演算部に演算処理を行わせる。そして,得られた演算結果を記憶部に記憶するほか,出力部から出力する。   The control device includes an input / output unit, a control unit, a calculation unit, and a storage unit, and each element can exchange information via a bus or the like. And when information is input, a control part reads the control program memorize | stored in the memory | storage part. Then, using the input information and the information stored in the storage unit, the calculation unit performs calculation processing. Then, the obtained calculation result is stored in the storage unit and output from the output unit.

制御装置18の好ましい例は,校正部19を有するものである。校正部19は,解析した光検出器13の周波数特性に応じて,光検出器13が検出する光信号の検出値を校正するための要素である。   A preferred example of the control device 18 includes a calibration unit 19. The calibration unit 19 is an element for calibrating the detection value of the optical signal detected by the photodetector 13 according to the analyzed frequency characteristic of the photodetector 13.

図3は,光検出器の特性校正方法の工程例を示すフローチャートである。図3に示すように,まず,光源11からの出力光が光変調器12に入射する(ステップ101)。光変調器12から2トーン光が出力される(ステップ102)。2トーン光が光検出器13に入力される(ステップ103)。光検出器13が検出した2トーン光に関する情報が,制御装置18に入力される(ステップ104)。制御装置18が,例えば,2トーン光に相当する光検出器13の周波数特性を解析する(ステップ105)。そして,校正部19が,制御装置18が解析した光検出器13の周波数特性に応じて,光検出器13が検出する光信号の検出値を校正する(ステップ106)。   FIG. 3 is a flowchart showing a process example of a method for calibrating the characteristics of a photodetector. As shown in FIG. 3, first, the output light from the light source 11 enters the optical modulator 12 (step 101). Two-tone light is output from the optical modulator 12 (step 102). Two-tone light is input to the photodetector 13 (step 103). Information on the two-tone light detected by the photodetector 13 is input to the control device 18 (step 104). The control device 18 analyzes the frequency characteristic of the photodetector 13 corresponding to, for example, two-tone light (step 105). Then, the calibration unit 19 calibrates the detection value of the optical signal detected by the photodetector 13 according to the frequency characteristic of the photodetector 13 analyzed by the control device 18 (step 106).

光検出器システムは,先に説明したft1及びft2の例と同様に複数の周波数における光検出器の周波数特性を評価する。そして,それぞれの周波数における応答特性に応じた校正値を記憶部に記憶する。その上で,実際に光検出器を用いて検出を行う際には,実測した周波数値を用いて記憶部から校正値を読み出す。その上で,実測値と校正値とを乗算して,校正後の強度を求める。このようにすることで,広い範囲の周波数に対しても精度よく検出値を求めることができる。なお,周波数値が離散的である場合は,その間の校正値を線形補間すればよい。 The photodetector system evaluates the frequency characteristics of the photodetector at a plurality of frequencies in the same manner as the examples of f t1 and f t2 described above. And the calibration value according to the response characteristic in each frequency is memorize | stored in a memory | storage part. In addition, when the detection is actually performed using the photodetector, the calibration value is read from the storage unit using the actually measured frequency value. Then, the measured value and the calibration value are multiplied to obtain the strength after calibration. In this way, the detection value can be obtained with high accuracy even for a wide range of frequencies. If the frequency value is discrete, the calibration value between them may be linearly interpolated.

光源11から出力される光の中心周波数(f)を変化させる。そして,光源11から出力される光の中心周波数(f)を変化させることに伴う光2トーン信号に相当する周波数成分の強度の変化を評価する。これにより,光検出器13の波長特性を評価する。校正方法は,上記と同様である。 The center frequency (f O ) of the light output from the light source 11 is changed. Then, the change in the intensity of the frequency component corresponding to the optical two-tone signal accompanying the change in the center frequency (f O ) of the light output from the light source 11 is evaluated. Thereby, the wavelength characteristic of the photodetector 13 is evaluated. The calibration method is the same as above.

2トーン信号の偏光を変化させてもよい。そして,2トーン信号の偏光を変化させることに伴う2トーン信号に相当する周波数成分の強度の変化を評価する。これにより,光検出器13の偏光特性を評価する。校正方法は,上記と同様である。すなわち,光検出器は,偏光状態をも把握する。または,制御装置に,入力信号の偏光状態に関する情報が入力される。そして,制御装置は,偏光状態に応じた校正値を記憶しておく。そして,実測の際には,偏光状態に関する情報に基づいて,校正値を読み出し,実測値と乗算することで校正後の検出値とする。   The polarization of the two-tone signal may be changed. Then, the change in the intensity of the frequency component corresponding to the two-tone signal accompanying the change in the polarization of the two-tone signal is evaluated. Thereby, the polarization characteristic of the photodetector 13 is evaluated. The calibration method is the same as above. That is, the photodetector also knows the polarization state. Alternatively, information regarding the polarization state of the input signal is input to the control device. The control device stores a calibration value corresponding to the polarization state. At the time of actual measurement, a calibration value is read out based on information on the polarization state, and multiplied by the actual measurement value to obtain a detection value after calibration.

第1のサブマッハツェンダー導波路15に第1の周波数(f)を有する変調信号を印加するとともに,第2のサブマッハツェンダー導波路16に第2の周波数(f)を有する変調信号を印加してもよい。そして,メインマッハツェンダー導波路に印加するバイアス電圧を,第1の周波数(f)及び第2の周波数(f)の和に相当する周波数(f+f)成分が抑圧されるように調整する。このようにすると,後述する実施例により実証された通り,強度のそろった良好な2トーン光を得ることができる。このため,この方法に従えば,適切に光検出器の特性を校正できる。 A modulation signal having a first frequency (f 1 ) is applied to the first sub Mach-Zehnder waveguide 15 and a modulation signal having a second frequency (f 2 ) is applied to the second sub-Mach-Zehnder waveguide 16. You may apply. The bias voltage applied to the main Mach-Zehnder waveguide is suppressed so that a frequency (f 1 + f 2 ) component corresponding to the sum of the first frequency (f 1 ) and the second frequency (f 2 ) is suppressed. adjust. In this way, good two-tone light with uniform intensity can be obtained as demonstrated by the examples described later. Therefore, according to this method, the characteristics of the photodetector can be appropriately calibrated.

2つのサブマッハツェンダー導波路15,16に第1の周波数の変調信号(f)を印加する。そして,メインマッハツェンダー導波路に第2の周波数の変調信号(f)を印加する。そして,メインマッハツェンダー導波路のバイアス電圧を,第1の周波数の変調信号(f)の2倍の周波数成分の光位相差が90度となり,第2の周波数の変調信号(f)の2倍の周波数成分の位相差が90度となるように制御する。このようにすると,後述する実施例により実証された通り,強度のそろった良好な2トーン光を得ることができる。このため,この方法に従えば,適切に光検出器の特性を校正できる。 A modulation signal (f 1 ) having a first frequency is applied to the two sub Mach-Zehnder waveguides 15 and 16. Then, the second frequency modulation signal (f 2 ) is applied to the main Mach-Zehnder waveguide. Then, the bias voltage of the main Mach-Zehnder waveguide has an optical phase difference of 90 degrees which is twice the frequency component of the first frequency modulation signal (f 1 ), and the second frequency modulation signal (f 2 ) Control is performed so that the phase difference between double frequency components is 90 degrees. In this way, good two-tone light with uniform intensity can be obtained as demonstrated by the examples described later. Therefore, according to this method, the characteristics of the photodetector can be appropriately calibrated.

図4は,本発明のヘテロダイン検波用光源システムのブロック図である。図4に示されるように,このシステムは,光源11と,光源11からの出力光が入射し,光源11から入射した光と変調信号とに応じた2トーン光を発生する光変調器12とを含む。そして,光変調器12は,マッハツェンダー導波路14を有する光変調器である。図4中符号21は,光変調器12に変調信号を印加するための変調信号発生器を示す。また,符号22は,光変調器12にバイアス電圧を印加するためのバイアス電圧発生器を示す。符号23は,光検出器を示す。ここで,光検出器23が,周波数特性を校正する対象である光電変換デバイスであってもよい。そして,変調信号発生器21及びバイアス電圧発生器22は,後述する制御装置と接続されている。そして,制御装置からの制御指令に従って,光変調器に印加する電圧を変化させることができる。   FIG. 4 is a block diagram of the heterodyne detection light source system of the present invention. As shown in FIG. 4, this system includes a light source 11, an optical modulator 12 that receives output light from the light source 11, and generates two-tone light according to the light incident from the light source 11 and a modulation signal. including. The optical modulator 12 is an optical modulator having a Mach-Zehnder waveguide 14. Reference numeral 21 in FIG. 4 denotes a modulation signal generator for applying a modulation signal to the optical modulator 12. Reference numeral 22 denotes a bias voltage generator for applying a bias voltage to the optical modulator 12. Reference numeral 23 denotes a photodetector. Here, the photodetector 23 may be a photoelectric conversion device that is a target for calibrating frequency characteristics. The modulation signal generator 21 and the bias voltage generator 22 are connected to a control device described later. The voltage applied to the optical modulator can be changed in accordance with a control command from the control device.

この光変調器12は,印加される変調信号(f)の強度がこの光変調器12の半波長電圧(Vπ)に対して,0.1倍以上2倍以下が好ましい。変換効率を重視してレーザや光増幅器で発生するノイズの影響を抑えるためには,印加される変調信号(f)の強度がこの光変調器12の半波長電圧(Vπ)に対して,1倍以上2倍以下が好ましい。したがって,たとえば,高い変換効率が必要であり,光増幅器を用いる系については,変調信号の強度が上記の範囲となるように制御することが好ましい。一方,不要なサイドバンドを抑えるためには,例えば印加される変調信号(f)の強度がこの光変調器12の半波長電圧(Vπ)に対して,1倍以下が好ましく0.3倍以下が更に好ましく,0.2倍以下でもよい。たとえば,2次成分や3次成分の強度が強い系では,このような範囲で制御することが好ましい。印加される変調信号(f)の強度がこの光変調器12の半波長電圧(Vπ)に対して,なお,変調信号の強度が強い場合,高次高調波といった不要光の強度がたなくなる。一方,変調信号の強度が弱い場合,信号強度も弱まり,S/N比が劣化するケースもある。そのような観点から,印加される変調信号(f)の強度がこの光変調器12の半波長電圧(Vπ)に対して,0.1倍以上1.6倍以下であってもよい。印加される変調信号の強度がこの光変調器12の半波長電圧(Vπ)に対して,1倍以上1.6倍以下であってもよいし,1.2倍以上1.6倍以下であってもよし,1.2倍以上1.5倍以下でもよい。たとえば,特許第3866082号公報には,MZ型光変調器のスペクトル分布から光変調器の半波長電圧や,チャープパラメータを求める発明が開示されている。よって,この公報に開示された技術を用いて,光変調器の半波長電圧(Vπ)を求めてもよい。また,WO2009−110039号パンフレットに開示された調整方法を適宜採用してもよい。 In this optical modulator 12, the intensity of the applied modulation signal (f m ) is preferably 0.1 to 2 times the half-wave voltage (Vπ) of the optical modulator 12. In order to suppress the influence of noise generated in a laser or an optical amplifier with an emphasis on conversion efficiency, the intensity of the modulation signal (f m ) applied to the half-wave voltage (Vπ) of the optical modulator 12 is It is preferably 1 to 2 times. Therefore, for example, high conversion efficiency is required, and it is preferable to control the system using an optical amplifier so that the intensity of the modulation signal falls within the above range. On the other hand, in order to suppress unnecessary sidebands, for example, the intensity of the applied modulation signal (f m ) is preferably less than or equal to 1 time with respect to the half-wave voltage (Vπ) of the optical modulator 12, and is preferably 0.3 times. The following is more preferable, and may be 0.2 times or less. For example, in a system in which the intensity of the secondary component or the tertiary component is strong, it is preferable to control in such a range. When the intensity of the applied modulation signal (f m ) is higher than the half-wave voltage (Vπ) of the optical modulator 12, the intensity of unnecessary light such as high-order harmonics is lost when the intensity of the modulation signal is high. . On the other hand, when the intensity of the modulation signal is weak, the signal intensity is also weakened and the S / N ratio may be deteriorated. From such a viewpoint, the intensity of the applied modulation signal (f m ) may be 0.1 to 1.6 times the half-wave voltage (Vπ) of the optical modulator 12. The intensity of the applied modulation signal may be 1 to 1.6 times the half-wave voltage (Vπ) of the optical modulator 12, or 1.2 to 1.6 times. It may be 1.2 times or more and 1.5 times or less. For example, Japanese Patent No. 386682 discloses an invention for obtaining a half-wave voltage and a chirp parameter of an optical modulator from a spectrum distribution of an MZ type optical modulator. Therefore, the half-wave voltage (Vπ) of the optical modulator may be obtained using the technique disclosed in this publication. Moreover, you may employ | adopt suitably the adjustment method disclosed by WO2009-110039 pamphlet.

光変調器12から出力される2トーン光は,光源11から入射した光の周波数をfとし,変調信号の周波数をfとした場合,f±nf(nは整数,例えば,n=1,2又は3)である。そして,光変調器12から出力されるf成分の強度は,f+f成分の強度に対して20dB以上抑圧される。このような条件のもとで光変調器を駆動することで,キャリア成分が抑圧され強度のそろった2トーン信号を得ることができる。 Two-tone light output from the optical modulator 12, the frequency of the light incident from the light source 11 and f 0, if the frequency of the modulation signal is a f m, f 0 ± nf m (n is an integer, eg, n = 1, 2 or 3). Then, the intensity of the f 0 component output from the optical modulator 12 is suppressed more than 20dB with respect to the intensity of the f 0 + f m component. By driving the optical modulator under such conditions, it is possible to obtain a two-tone signal having a uniform intensity with suppressed carrier components.

光源の例は,連続光(CW)光源である。   An example of a light source is a continuous light (CW) light source.

光変調器12は,マッハツェンダー導波路14を有している。そして,マッハツェンダー導波路14の分岐部は,電界制御Y分岐であるものが好ましい。電界制御Y分岐は,分岐部に電界を発生させることで,分岐比を変化させることができる。   The optical modulator 12 has a Mach-Zehnder waveguide 14. The branch portion of the Mach-Zehnder waveguide 14 is preferably an electric field control Y branch. The electric field control Y branch can change the branching ratio by generating an electric field at the branching portion.

図5は,ヘテロダイン検波用光源システムの第2の実施態様を示すブロック図である。このヘテロダイン検波用光源システムは,光源11として波長可変光源を用いるものである。光源11として波長可変光源を用いることで,校正できる波長範囲を広げることができる。波長可変光源は公知である。よって,この態様では,公知の波長可変光源を適宜採用できる。   FIG. 5 is a block diagram showing a second embodiment of the light source system for heterodyne detection. This heterodyne detection light source system uses a wavelength tunable light source as the light source 11. By using a wavelength tunable light source as the light source 11, the wavelength range that can be calibrated can be expanded. Wavelength tunable light sources are known. Therefore, in this aspect, a known variable wavelength light source can be appropriately employed.

図6は,ヘテロダイン検波用光源システムの第3の実施態様を示すブロック図である。この態様は,マッハツェンダー導波路14の一方のアームに,サブマッハツェンダー導波路15を有するものである。図6に示すように,マッハツェンダー導波路14は,光源からの光が2つのアームに分岐する分岐点を有する。そして,分岐点における分岐比は,サブマッハツェンダー導波路15を有するアームの方が多くなるように設計されている。このように,光信号の分岐比を意図的に非対称することで,一方のアームに設けられたサブマッハツェンダー導波路15に印加されるバイアス電圧を調整することで,2つのアームの合波部におけるそれぞれのアームを伝搬する光の強度が等しくなるように調整できる。この態様は,好ましくはマッハツェンダー導波路14の分岐部及び合波部のいずれか又は両方に電界制御Y分岐導波路を有する。制御電界により,マッハツェンダー導波路14の両アームを伝搬する光信号の強度のアンバランスを容易に補正できる。一方のアームにサブマッハツェンダー導波路15を有するため,マッハツェンダー導波路14の両アームを伝搬する光信号の強度のアンバランスを容易に補正できる。   FIG. 6 is a block diagram showing a third embodiment of the heterodyne detection light source system. In this embodiment, a sub Mach-Zehnder waveguide 15 is provided on one arm of the Mach-Zehnder waveguide 14. As shown in FIG. 6, the Mach-Zehnder waveguide 14 has a branching point where light from the light source branches into two arms. The branching ratio at the branching point is designed so that the arm having the sub Mach-Zehnder waveguide 15 is larger. In this way, by combining the bias voltage applied to the sub Mach-Zehnder waveguide 15 provided in one arm by intentionally asymmetricing the branching ratio of the optical signal, the multiplexing unit of the two arms is adjusted. The intensity of light propagating through each arm can be adjusted to be equal. In this aspect, the Mach-Zehnder waveguide 14 preferably has an electric field control Y-branch waveguide at one or both of the branching portion and the combining portion. By the control electric field, the intensity imbalance of the optical signal propagating through both arms of the Mach-Zehnder waveguide 14 can be easily corrected. Since the sub-Mach-Zehnder waveguide 15 is provided in one arm, the intensity imbalance of the optical signal propagating through both arms of the Mach-Zehnder waveguide 14 can be easily corrected.

サブマッハツェンダー導波路15が設けられるアームを第1のアームとし,サブマッハツェンダー導波路15が設けられないアームを第2のアームとした場合,分岐点の例は,光強度を10:1〜10:9(好ましくは3:2〜10:9)に分離するものがあげられる。   When the arm provided with the sub Mach-Zehnder waveguide 15 is the first arm and the arm not provided with the sub-Mach-Zehnder waveguide 15 is the second arm, the example of the branch point is that the light intensity is 10: 1 to 1: 1. What separates into 10: 9 (preferably 3: 2 to 10: 9) is mentioned.

図7は,ヘテロダイン検波用光源システムの第4の実施態様を示すブロック図である。この態様は,光変調器12が,マッハツェンダー導波路14の両アームのそれぞれにサブマッハツェンダー導波路15,16を有する,光変調器12である。このように両アームにブマッハツェンダー導波路15,16を有する,光変調器12は,構造が対照的なので比較的製造しやすい。このような光変調器は,たとえば国際公開WO2009−110039号パンフレットにも開示される通り公知である。光変調器12のマッハツェンダー導波路14の分岐部あるいは合波部,あるいは両者に電界制御Y分岐導波路を有するものが好ましい。制御電界により,マッハツェンダー導波路14の両アームを伝搬する光信号の強度のアンバランスを容易に補正できる。   FIG. 7 is a block diagram showing a fourth embodiment of the heterodyne detection light source system. This embodiment is an optical modulator 12 in which the optical modulator 12 has sub-Mach-Zehnder waveguides 15 and 16 in both arms of the Mach-Zehnder waveguide 14, respectively. As described above, the optical modulator 12 having the Bach-Zehnder waveguides 15 and 16 on both arms is relatively easy to manufacture because of its contrasting structure. Such an optical modulator is known as disclosed in, for example, International Publication WO2009-110039. It is preferable that the Mach-Zehnder waveguide 14 of the optical modulator 12 has an electric field control Y-branch waveguide at the branching portion or the multiplexing portion or both. By the control electric field, the intensity imbalance of the optical signal propagating through both arms of the Mach-Zehnder waveguide 14 can be easily corrected.

図8は,ヘテロダイン検波用光源システムの第5の実施態様を示すブロック図である。このヘテロダイン検波用光源システムの好ましい態様は,光変調器12から出力された光が入射する光検出器13と,光検出器13が検出した光の周波数特性を解析するための制御装置18と,をさらに含むものである。なお,この態様における光変調器12として本明細書において開示したあらゆる光変調器を採用できる。以下も同様である。そして,制御装置18は,光検出器13が検出した光に含まれるf成分及びf±nf(nは整数)成分の強度情報に基づいて,光変調器12のバイアス電圧源に対して,光変調器12に印加するバイアス電圧を変化させるための指令を出す,第1のバイアス調整手段を有する。 FIG. 8 is a block diagram showing a fifth embodiment of the light source system for heterodyne detection. A preferred embodiment of the light source system for heterodyne detection includes a photodetector 13 on which light output from the optical modulator 12 is incident, a control device 18 for analyzing the frequency characteristics of the light detected by the photodetector 13, Is further included. Note that any optical modulator disclosed in this specification can be adopted as the optical modulator 12 in this embodiment. The same applies to the following. Then, the control device 18 controls the bias voltage source of the optical modulator 12 based on the intensity information of the f 0 component and the f 0 ± nf m (n is an integer) component included in the light detected by the photodetector 13. And a first bias adjusting means for issuing a command for changing the bias voltage applied to the optical modulator 12.

図9に第5の実施態様におけるバイアス調整のためのフローチャートを示す。図8に示される例では,まず,バイアス電源をONにして,光変調器12にバイアス電圧を印加し,掃引する。そして,光変調器12からの全光出力強度を測定する光検出器(光パワーメータ1)の検出値が最も小さい値となるように,バイアス電圧を設定する。これにより,光変調器12は搬送波が最も抑圧された,いわゆるヌルバイアス点で動作するように設定される。   FIG. 9 shows a flowchart for bias adjustment in the fifth embodiment. In the example shown in FIG. 8, first, the bias power supply is turned on, a bias voltage is applied to the optical modulator 12, and sweeping is performed. Then, the bias voltage is set so that the detection value of the photodetector (optical power meter 1) that measures the total light output intensity from the optical modulator 12 becomes the smallest value. Thus, the optical modulator 12 is set to operate at a so-called null bias point where the carrier wave is most suppressed.

次に,変調信号源をONにして,光変調器12に変調信号(RF信号f)を印加する。一般に変調信号を印加するとヌルバイアス点は若干ずれてしまうため,再び光変調器2に印加するバイアス電圧を少し掃引し,光検出器(光パワーメータ2)の検出値が最も小さい値となるように,バイアス電圧を微調整する。ここで光パワーメータ2は,光変調器12からの出力の内,光バンドパスフィルタによって取り出された搬送波成分だけの光強度を測定している。これにより,光変調器12は正確にヌルバイアス点に設定され,搬送波抑圧両側帯波変調器として動作することになる。この状態で,全光強度(実はf±fが主で,他の成分は大きく抑圧されている。)を測定している光パワーメータ1の検出値と,搬送波のみの光強度を測定している光パワーメータ2の検出値から,搬送波抑圧比を計算し,例えば20dB以上であることを確認しておく。 Next, the modulation signal source is turned on, and a modulation signal (RF signal f m ) is applied to the optical modulator 12. In general, when a modulation signal is applied, the null bias point slightly shifts, so that the bias voltage applied to the optical modulator 2 is swept a little again so that the detection value of the photodetector (optical power meter 2) becomes the smallest value. , Fine-tune the bias voltage. Here, the optical power meter 2 measures the light intensity of only the carrier wave component extracted by the optical bandpass filter out of the output from the optical modulator 12. As a result, the optical modulator 12 is accurately set to the null bias point and operates as a carrier-suppressed double sideband modulator. In this state, the total light intensity (in fact f 0 ± f m is the primary, the other components are largely suppressed.) Measurement and the detection value of the optical power meter 1 being measured, the light intensity of the carrier wave only The carrier wave suppression ratio is calculated from the detected value of the optical power meter 2 and is confirmed to be, for example, 20 dB or more.

この状態で,光パワーメータ1の検出値から求めた全光強度Popt,および被校正PDからの出力の内2fの成分だけをRFバンドパスフィルタで取り出しRFパワーメータで検出して求めたPRFを用いて,校正係数を求める。校正係数は先に説明したとおりである。このため,このシステムは,光検出器が求めたPopt及びPRFをメモリに記憶し,演算処理の際にこれらの値をメモリから読み出して,κを求める演算プログラム又は演算回路に従って,κの値を求める。κを求める式の例は,先に説明した通りκ=(PRF1/2/(5Popt)である。 In this state, was determined by the total light intensity P opt was calculated from the detection value of the optical power meter 1, and the only component of the internal 2f m output from the calibration PD detected by the RF power meter is taken out by the RF bandpass filter with P RF, obtaining the calibration factor. The calibration factor is as described above. For this reason, this system stores P opt and P RF obtained by the photodetector in the memory, reads these values from the memory during the arithmetic processing, and calculates κ according to an arithmetic program or arithmetic circuit for obtaining κ. Find the value. An example of an expression for obtaining κ is κ = (P RF ) 1/2 / (5P opt ) as described above.

こうして,2fにおける校正係数が求まると,適宜新たなfに関する校正係数を求めるべく,情報をシステムコントローラへ出力する。このシステムコントローラは,RF−BPFの透過領域を制御する他,光変調器の高周波信号(RF信号)源をも制御する。 Thus, the calibration coefficients in 2f m is determined, to determine the calibration coefficients for the appropriate new f m, and outputs the information to the system controller. This system controller controls the RF-BPF transmission region and also controls the high-frequency signal (RF signal) source of the optical modulator.

このシステムは,第1のバイアス調整手段を有するため,光変調器に印加されるバイアス電圧を自動で調整し,校正測定の際に高い搬送波抑圧比を保つことができる。また,このシステムは,変調信号の2倍の周波数について校正するため,特に高周波数における校正に有効である。高周波数の例は,ミリ波帯域である。一方で,この第1のバイアス調整手段は光バンドパスフィルタにより搬送波成分のみを分離できることを仮定しており,校正周波数が低く光バンドパスフィルタで搬送波成分(f)と変調波成分(f±nf)を分離できない場合(典型的には校正周波数が10GHz以下の場合)には正常に動作しない恐れがある。 Since this system has the first bias adjusting means, the bias voltage applied to the optical modulator can be automatically adjusted to maintain a high carrier suppression ratio during calibration measurement. In addition, since this system calibrates twice the frequency of the modulation signal, it is particularly effective for calibration at a high frequency. An example of high frequency is the millimeter wave band. On the other hand, this first bias adjustment means assumes that only the carrier component can be separated by the optical bandpass filter, and the calibration frequency is low and the carrier component (f 0 ) and the modulated wave component (f 0 ) are obtained by the optical bandpass filter. When (± nf m ) cannot be separated (typically when the calibration frequency is 10 GHz or less), there is a risk of malfunction.

図10は,ヘテロダイン検波用光源システムの第6の実施態様を示すブロック図である。 この態様は,光変調器12から出力された光が入射する光検出器13と,光検出器13が検出した光の周波数特性を解析するための制御装置18と,をさらに含む。そして,制御装置18は,光検出器13が検出した光に含まれるf成分及び2f成分の強度情報に基づいて,光変調器12のバイアス電圧源に対して,光変調器12に印加するバイアス電圧を変化させるための指令を出す,第2のバイアス調整手段を有する。 FIG. 10 is a block diagram showing a sixth embodiment of the heterodyne detection light source system. This aspect further includes a photodetector 13 on which the light output from the optical modulator 12 is incident, and a control device 18 for analyzing the frequency characteristics of the light detected by the photodetector 13. Then, the control unit 18, based on the intensity information f m component and 2f m component light detector 13 is included in the light detected with respect to a bias voltage source of the optical modulator 12, applied to the optical modulator 12 And a second bias adjusting means for issuing a command for changing the bias voltage.

図11に第6の実施態様におけるバイアス調整のためのフローチャートを示す。図10に示される例では,まず,バイアス電源をONにして,光変調器12にバイアス電圧を印加し,掃引する。そして,光変調器12からの全光出力強度を測定する光検出器(光パワーメータ)の検出値が最も小さい値となるように,バイアス電圧を設定する。これにより,光変調器12は搬送波が最も抑圧された,いわゆるヌルバイアス点で動作するように設定される。   FIG. 11 shows a flowchart for bias adjustment in the sixth embodiment. In the example shown in FIG. 10, first, the bias power supply is turned on, a bias voltage is applied to the optical modulator 12, and sweeping is performed. Then, the bias voltage is set so that the detection value of the photodetector (optical power meter) that measures the total light output intensity from the optical modulator 12 becomes the smallest value. Thus, the optical modulator 12 is set to operate at a so-called null bias point where the carrier wave is most suppressed.

次に,変調信号源をONにして,光変調器12に変調信号(RF信号f)を印加する。一般に変調信号を印加するとヌルバイアス点は若干ずれてしまうため,再び光変調器2に印加するバイアス電圧を少し掃引し,高周波検出器(ディテクタ1)の検出値が最も小さい値となるように,バイアス電圧を微調整する。ここでディテクタ1は,被校正PDからの出力の内,ミキサとローパスフィルタによって取り出されたf成分の強度を測定しているが,これは光変調器12の出力光の成分の内,搬送波成分(f)と1次変調波成分(f±f)を2乗検波した出力であり,搬送波の強度を表す指標として用いている。これにより,光変調器12は正確にヌルバイアス点に設定され,搬送波抑圧両側帯波変調器として動作することになる。この状態で,搬送波成分(f)と1次変調波成分(f±f)を2乗検波した出力を測定しているディテクタ1の検出値と,1次変調波成分同士(f−fとf+f)を2乗検波した出力を測定しているディテクタ2の検出値から,搬送波抑圧比を計算し,例えば20dB以上であることを確認しておく。 Next, the modulation signal source is turned on, and a modulation signal (RF signal f m ) is applied to the optical modulator 12. In general, when a modulation signal is applied, the null bias point slightly shifts, so that the bias voltage applied to the optical modulator 2 is swept a little again so that the detection value of the high frequency detector (detector 1) becomes the smallest value. Fine-tune the voltage. Here, the detector 1 measures the intensity of the fm component taken out by the mixer and the low-pass filter in the output from the PD to be calibrated. component (f 0) and a first modulation wave component (f 0 ± f m) 2 square-law detection with the output, is used as an index representing the intensity of the carrier. As a result, the optical modulator 12 is accurately set to the null bias point and operates as a carrier-suppressed double sideband modulator. In this state, the detection value of the detector 1 measuring the output obtained by squaring the carrier wave component (f 0 ) and the primary modulation wave component (f 0 ± f m ) and the primary modulation wave components (f 0 -f m and the f 0 + f m) from the square-law detection with the detected value of to which the detector 2 measures the output, to calculate the carrier suppression ratio, previously confirmed that for example more than 20dB.

この状態で,光パワーメータの検出値から求めた全光強度Popt,および被校正PDからの出力の内2fの成分だけを検出しているディテクタ2から求めたPRFを用いて,校正係数を求める。校正係数は先に説明したとおりである。ここで,ディテクタ2は被校正PDの出力と,ダブラにより変調信号の周波数を2倍にした信号をミキサで乗算し,ローパスフィルタを透過させることで2fの成分だけを検出している。このため,このシステムは,各検出器が求めたPopt及びPRFをメモリに記憶し,演算処理の際にこれらの値をメモリから読み出して,κを求める演算プログラム又は演算回路に従って,κの値を求める。κを求める式の例は,先に説明した通りκ=(PRF1/2/(5Popt)である。 In this state, by using the P RF obtained from the detector 2 which detect only component of the internal 2f m output from the optical power total light intensity P opt was calculated from the detection value of the meter, and the calibration PD, calibration Find the coefficient. The calibration factor is as described above. Here, the detector 2 and the output of the calibration PD, a signal in which the frequency of the modulating signal is doubled by multiplying by the mixer by doubler, and detects only the component of 2f m by transmitting the low-pass filter. For this reason, this system stores P opt and P RF obtained by each detector in a memory, reads these values from the memory at the time of arithmetic processing, and calculates κ according to an arithmetic program or arithmetic circuit for obtaining κ. Find the value. An example of an expression for obtaining κ is κ = (P RF ) 1/2 / (5P opt ) as described above.

こうして,2fにおける校正係数が求まると,適宜新たなfに関する校正係数を求めるべく,情報をシステムコントローラへ出力する。このシステムコントローラは,光変調器の高周波信号(RF信号)源を制御する。 Thus, the calibration coefficients in 2f m is determined, to determine the calibration coefficients for the appropriate new f m, and outputs the information to the system controller. This system controller controls a high frequency signal (RF signal) source of the optical modulator.

このシステムは,第2のバイアス調整手段を有するため,光変調器に印加されるバイアス電圧を自動で調整し,校正測定の際に高い搬送波抑圧比を保つことができる。また,このシステムは,光バンドパスフィルタを用いることなく,電気的な手段で搬送波と1次変調波成分を検出しており,校正周波数が低い場合に有効である。一方で,この第2のバイアス調整手段は変調周波数を2倍にするダブラが必要となり,その特性によって校正周波数の上限が制限される。   Since this system has the second bias adjusting means, the bias voltage applied to the optical modulator can be automatically adjusted to maintain a high carrier suppression ratio during calibration measurement. This system is effective when the carrier wave and the primary modulation wave component are detected by electrical means without using an optical bandpass filter, and the calibration frequency is low. On the other hand, this second bias adjustment means requires a doubler that doubles the modulation frequency, and the upper limit of the calibration frequency is limited by its characteristics.

図12は,ヘテロダイン検波用光源システムの第7の実施態様を示すブロック図である。 図13に第7の実施態様におけるバイアス調整のためのフローチャートを示す。   FIG. 12 is a block diagram showing a seventh embodiment of the heterodyne detection light source system. FIG. 13 shows a flowchart for bias adjustment in the seventh embodiment.

図12に示される態様は,光変調器12から出力された光が入射する光検出器13と,光検出器13が検出した光の周波数特性を解析するための制御装置18とをさらに含む。そして,制御装置18は,第1のバイアス調整手段と,第2のバイアス調整手段を有する。このシステムは,ωRFの大きさにより,第1のバイアス調整手段又は第2のバイアス調整手段を選択する手段を有する。 The mode shown in FIG. 12 further includes a photodetector 13 on which the light output from the optical modulator 12 is incident, and a control device 18 for analyzing the frequency characteristics of the light detected by the photodetector 13. And the control apparatus 18 has a 1st bias adjustment means and a 2nd bias adjustment means. This system has means for selecting the first bias adjusting means or the second bias adjusting means depending on the magnitude of ω RF .

このシステムは,第1のバイアス調整手段及び第2のバイアス調整手段を有する。このため,このシステムは校正する周波数領域に応じて,バイアス自動調整を第1のバイアス調整手段又は第2のバイアス調整手段に切り替えるようにすればよい。すると,このシステムは,低周波領域からミリ波帯領域までの広い周波数領域において校正を行うことができることとなる。   This system has a first bias adjusting means and a second bias adjusting means. For this reason, this system may switch the automatic bias adjustment to the first bias adjusting means or the second bias adjusting means in accordance with the frequency region to be calibrated. Then, this system can calibrate in a wide frequency range from a low frequency range to a millimeter wave range.

図14は,ヘテロダイン検波用光源システムの第7の実施態様を示すブロック図である。 この例は,光変調器,光検出器,RFアンプ,1/2周波数分周器及びRFフィルタをリング状に接続したOEO(光電子発振器)を含む系を用いる。この構成では,光変調器12を変調する周波数の2倍の周波数が光検出器から出力されるため,1/2周波数分周器が用いられている。このRF信号を用いることで,測定対象である光検出器の出力に含まれる基本波及び2倍波成分を容易に検出でき,低周波を検出する際にもバイアス電圧を自動的に制御できる。この態様は,基本的には図10に示される態様と同様にしてバイアス電圧を自動的に制御できる。   FIG. 14 is a block diagram showing a seventh embodiment of the heterodyne detection light source system. In this example, a system including an optical modulator, a photodetector, an RF amplifier, a 1/2 frequency divider, and an OEO (optoelectronic oscillator) in which an RF filter is connected in a ring shape is used. In this configuration, since a frequency twice as high as the frequency for modulating the optical modulator 12 is output from the photodetector, a ½ frequency divider is used. By using this RF signal, it is possible to easily detect the fundamental wave and the double wave component included in the output of the photo-detector that is the object of measurement, and it is possible to automatically control the bias voltage when detecting a low frequency. In this mode, the bias voltage can be automatically controlled basically in the same manner as the mode shown in FIG.

図15は,ヘテロダイン検波用光源システムの第8の実施態様を示すブロック図である。 この例は,光変調器,光検出器,RFアンプ,1/2周波数分周器及びRFフィルタをリング状に接続したOEO(光電子発振器)を含む系を用いる。この構成では,光変調器12を変調する周波数の2倍の周波数が光検出器から出力されるため,1/2周波数分周器が用いられている。このRF信号を用いることで,測定対象である光検出器の出力に含まれる基本波及び2倍波成分を容易に検出でき,高精度な第2のバイアス制御手段を備えている。また,光バンドパスフィルタを用いた第1のバイアス調整手段も具備しており,校正する周波数領域に応じて適宜切り替えることで,低周波数領域からミリ波帯領域までの広い周波数領域において高精度にバイアス電圧を調整できる。この態様は,基本的には図12に示される態様と同様にしてバイアス電圧を自動的に制御できる。   FIG. 15 is a block diagram showing an eighth embodiment of the heterodyne detection light source system. In this example, a system including an optical modulator, a photodetector, an RF amplifier, a 1/2 frequency divider, and an OEO (optoelectronic oscillator) in which an RF filter is connected in a ring shape is used. In this configuration, since a frequency twice as high as the frequency for modulating the optical modulator 12 is output from the photodetector, a ½ frequency divider is used. By using this RF signal, it is possible to easily detect the fundamental wave and the second harmonic component contained in the output of the photodetector to be measured, and the second bias control means with high accuracy is provided. In addition, a first bias adjusting means using an optical bandpass filter is also provided. By switching appropriately according to the frequency region to be calibrated, it is highly accurate in a wide frequency region from a low frequency region to a millimeter wave region. The bias voltage can be adjusted. In this mode, the bias voltage can be automatically controlled basically in the same manner as the mode shown in FIG.

図16にマッハツェンダー(MZ)型光変調器を用いて光電変換標準を実現する方法を示す。MZ変調器をヌル点にバイアスして動作させ,シングルモード光源からの光をキャリア抑圧両側帯波(DSB−SC)モードで変調する。この際,光変調器に印加される変調信号の強度を,光変調器の半波長電圧に対して,0.1倍以上1.6倍以下なるように設定する。   FIG. 16 shows a method for realizing a photoelectric conversion standard using a Mach-Zehnder (MZ) type optical modulator. The MZ modulator is operated with the null point biased, and the light from the single mode light source is modulated in the carrier-suppressed double sideband (DSB-SC) mode. At this time, the intensity of the modulation signal applied to the optical modulator is set to be 0.1 to 1.6 times the half-wave voltage of the optical modulator.

すると上側帯波(USB)と下側帯波(LSB)が主で,他の光波は抑圧された光スペクトルが実現できる。これら2光波の周波数差は変調周波数の2倍として任意に設定でき,高周波数帯の校正に有利である。入射偏波を基板のニオブ酸リチウム(LiNbO)の結晶軸に合わせておけば保存されるため,同一偏波も容易に実現できる。ただし,ヘテロダイン検波用の光源に要求される条件である(2光波の)「(4)同一強度」を保証する方法が難しい。特に校正周波数が低い場合,光学的な手段で2光波を分離することは困難で,各光波のパワーを独立に測定することができない。 Then, it is possible to realize an optical spectrum in which the upper sideband (USB) and the lower sideband (LSB) are mainly used and the other optical waves are suppressed. The frequency difference between these two light waves can be arbitrarily set as twice the modulation frequency, which is advantageous for calibration in the high frequency band. Since the incident polarization is preserved by matching the crystal axis of lithium niobate (LiNbO 3 ) of the substrate, the same polarization can be easily realized. However, it is difficult to guarantee ((4) the same intensity) (for two light waves), which is a condition required for a light source for heterodyne detection. In particular, when the calibration frequency is low, it is difficult to separate the two light waves by optical means, and the power of each light wave cannot be measured independently.

LN−MZ光変調器の動作特性は,理想的な2波干渉モデルによる解析結果と良く一致することが知られている。ここでは,図16のような周波数ωRFで発振しているCWのRF信号で駆動されたプッシュプル型MZ光変調器を考える。その解析モデルには,両アーム間の光パワーのアンバランス,バイアス位相差,チャープ,スキューという主要な4パラメータが全て含まれた,汎用性の高いモデルを採用する。添字”1”,“2”で,それぞれ上側アームおよび下側アームに関係した量を表すこととする。このとき,MZ光変調器からの出力電界振幅は,以下のように表すことができる。 It is known that the operating characteristics of the LN-MZ optical modulator are in good agreement with the analysis result of an ideal two-wave interference model. Here, a push-pull type MZ optical modulator driven by a CW RF signal oscillating at a frequency ω RF as shown in FIG. 16 is considered. The analysis model uses a highly versatile model that includes all four main parameters: optical power unbalance between both arms, bias phase difference, chirp, and skew. Subscripts “1” and “2” represent quantities related to the upper arm and the lower arm, respectively. At this time, the output electric field amplitude from the MZ optical modulator can be expressed as follows.

Figure 2012027161
Figure 2012027161

ここで,φB1B2はバイアス位相,ηは光パワーのアンバランス,φ,φはスキュー,A,A,A,αはチャープに関係したパラメータであり,次式で定義される。 Here, φ B1 , φ B2 , and φ B are bias phases, η is an optical power imbalance, φ 1 , φ 2 , φ are skews, A 1 , A 2 , A, α A are parameters related to chirp. Yes, defined by

Figure 2012027161
Figure 2012027161

また,キャリア,USB,及びLSBに関する量はそれぞれ添字“0”,“+1”及び“−1”で識別することとし,それぞれのパワーを計算すると,以下のようになる。   The quantities related to the carrier, USB, and LSB are identified by the subscripts “0”, “+1”, and “−1”, and the respective powers are calculated as follows.

Figure 2012027161
Figure 2012027161

ここで,φ=π,すなわちMZ光変調器がヌル点にバイアスされている状態を考えると,以下のようになる。 Here, φ B = π, that is, a state in which the MZ optical modulator is biased to the null point, is as follows.

Figure 2012027161
Figure 2012027161

このとき,キャリアパワーP0は最小値をとり,またUSBとLSBのパワーP+1とP−1は等しくなっている。これは,3つのパラメータ,光パワーアンバランスη,チャープα,およびスキューφがどんな値であっても,理想的には,以下の3つの状態が等価であることを意味している。
・MZ光変調器がヌル点にバイアスされている。
・キャリアパワーは最小となる。
・USBとLSBのパワーに差がなくなる。
At this time, the carrier power P0 takes the minimum value, and the USB and LSB powers P + 1 and P- 1 are equal. This means that, regardless of the values of the three parameters, optical power imbalance η, chirp α A , and skew φ, the following three states are ideally equivalent.
• The MZ light modulator is biased to the null point.
・ Carrier power is minimized.
-There is no difference between USB and LSB power.

そこで,光変調器に印加される変調信号の強度を,光変調器の半波長電圧に対して,0.1倍以上2倍以下 となる条件のもとでは,理想的には,キャリアパワーをモニタして最小値となるようにバイアスを制御すれば,主要2光波であるUSBとLSBのパワーが等しくなることがわかる。 Therefore, the intensity of the modulation signal applied to the optical modulator is 0.1 to 2 times the half-wave voltage of the optical modulator. Under these conditions, ideally, if the bias is controlled so as to be the minimum value by monitoring the carrier power, the powers of the main two light waves, USB and LSB, become equal.

実際の実験ではバイアス点を常にヌル点に設定しておくことは困難である。たとえ初期設定でヌル点に設定しても,LNのDCドリフト特性のために,時間とともに少しずつバイアス点がずれていってしまい,せいぜいキャリアある一定のレベル以下に抑えられていることが保証できる程度である。バイアス点がずれた場合には,スキューが残留しているとUSBとLSBに次式のようなパワー差が生じてしまう。   In actual experiments, it is difficult to always set the bias point to the null point. Even if the null point is set at the initial setting, the bias point is gradually shifted over time due to the DC drift characteristic of the LN, and it can be guaranteed that the carrier is kept below a certain level at most. Degree. When the bias point is deviated, if the skew remains, a power difference as shown in the following equation is generated between the USB and the LSB.

スキューが未知の場合,パワー差δを小さくするにはキャリアパワーPを低く抑える必要がある。そこで,以下の実施例では,先に説明したバイアス自動調整機能を有する高消光比MZ光変調器を用いた。図17にその構造を示す。この場合も,光変調器に印加される変調信号の強度を,光変調器の半波長電圧に対して0.1倍以上2倍以下となるように調整した。通常のMZ光変調器の上下両アームにサブMZを持ち,制御電圧DCV1およびV2により各アームの光パワーを外部から調整できる。通常のMZ光変調器では,入出力Y分岐の分岐比や各アームの損失などの製作誤差で光パワーアンバランスが決定され,キャリア抑圧比は20dB程度に限られてしまう。ところが,高消光比MZ干渉計ではV1とV2で両アームのパワーを高精度に一致させ,V3で位相を逆相に設定することで40dB以上の高いキャリア抑圧比を容易に得ることができる。その後,1時間程度の測定中に劣化しても30dB以上に維持できることを確認した。 If the skew is unknown, in order to reduce the power difference δ is required to suppress the carrier power P 0. Therefore, in the following embodiments, the high extinction ratio MZ light modulator having the bias automatic adjustment function described above is used. FIG. 17 shows the structure. Also in this case, the intensity of the modulation signal applied to the optical modulator was adjusted to be 0.1 to 2 times the half-wave voltage of the optical modulator. A sub-MZ is provided on both upper and lower arms of a normal MZ optical modulator, and the optical power of each arm can be adjusted from the outside by control voltages DCV1 and V2. In a normal MZ optical modulator, the optical power imbalance is determined by manufacturing errors such as the branching ratio of the input / output Y branch and the loss of each arm, and the carrier suppression ratio is limited to about 20 dB. However, in the high extinction ratio MZ interferometer, it is possible to easily obtain a high carrier suppression ratio of 40 dB or more by matching the powers of both arms with high accuracy at V1 and V2 and setting the phase to be opposite phase with V3. After that, it was confirmed that it could be maintained at 30 dB or more even if it deteriorated during measurement for about 1 hour.

図18に高消光比MZ干渉計動作時の光スペクトルの一例を示す。LSBに対してキャリアが50.6dBも抑圧されていることがわかる。また,図19にPDで2乗検波した後のRF信号スペクトルを示す。横軸の中心周波数30GHzに対してスパンは僅か10kHzであり,光位相同期ループを使わなくても,非常に純度の高いRF信号が得られていることがわかる。また,少々光ファイバを動かしても信号強度は変化せず,入射2光波が同一偏波状態と考えられることも確認している。   FIG. 18 shows an example of an optical spectrum during operation of the high extinction ratio MZ interferometer. It can be seen that the carrier is suppressed by 50.6 dB with respect to the LSB. FIG. 19 shows an RF signal spectrum after square detection with a PD. The span is only 10 kHz with respect to the center frequency of 30 GHz on the horizontal axis, and it can be seen that an extremely high purity RF signal is obtained without using an optical phase-locked loop. It has also been confirmed that the signal intensity does not change even if the optical fiber is moved slightly, and that the two incident light waves are considered to be in the same polarization state.

表1に校正実験に用いた2種類のPDの主要諸元を示す。3dB帯域が20GHzおよび50GHzと大きく異なるPDを選定した。図20に周波数応答特性の校正結果を示す。2種類のPDとも,仕様通りの3dB帯域を持つことが測定できている。一方,DC応答性の値を図20中に点線で示している。実験ではUSBとLSBのパワー差の最悪値は0.18dBであった。また,この実験中,キャリアは少なくとも30dB以上抑圧されていた。この場合,USBとLSBのパワー差は最悪の場合でも0.001dB以内と計算される。ところが,測定に用いた光スペクトラムアナライザの光強度の測定確度は0.4dB程度しかなく,測定されたUSBとLSBのパワー差は測定器の誤差と考えられる。一般に,LN製のマッハツェンダー光変調器の動作は理論と良く一致することが知られており,USBとLSBの差は測定器の誤差以下の十分に小さいものに抑えられていると考えられる。

Figure 2012027161
Table 1 shows the main specifications of the two types of PD used in the calibration experiment. PDs whose 3 dB bands were significantly different from 20 GHz and 50 GHz were selected. FIG. 20 shows the calibration result of the frequency response characteristic. Both types of PDs have been measured to have a 3 dB bandwidth as specified. On the other hand, the DC responsiveness value is indicated by a dotted line in FIG. In the experiment, the worst value of the power difference between USB and LSB was 0.18 dB. During this experiment, the carrier was suppressed by at least 30 dB or more. In this case, the power difference between USB and LSB is calculated to be within 0.001 dB at worst. However, the measurement accuracy of the light intensity of the optical spectrum analyzer used for the measurement is only about 0.4 dB, and the measured power difference between USB and LSB is considered to be an error of the measuring instrument. In general, the operation of LN Mach-Zehnder optical modulators is known to be in good agreement with theory, and the difference between USB and LSB is considered to be kept sufficiently small below the error of the measuring instrument.

Figure 2012027161

DPMZMによる RF2トーン(Two−tone)
RoFシステム受信系の非線形特性評価のために,理想的なPDで検波した際にTwo−tone RF信号の発生を検討した。通常の強度変調器にTwo−tone信号を電気入力として加えると変調器自体の非線形性を含むRoF信号が発生する。ここでは,DPMZM(2つのマッハツェンダー干渉計を並列して有するマッハツェンダー干渉計)のサブMZにそれぞれ,別の周波数f1,f2のシングルトーン信号を加えて,PD出力では理想的なTwo−tone信号を得た。各サブMZでDSB−SC変調し,光のTwo−tone信号を発生させた。
RF2 tone by DPMZM (Two-tone)
In order to evaluate the non-linear characteristics of the RoF system receiving system, the generation of a two-tone RF signal was examined when detecting with an ideal PD. When a Two-tone signal is added to an ordinary intensity modulator as an electrical input, a RoF signal including the nonlinearity of the modulator itself is generated. Here, single tone signals of different frequencies f1 and f2 are added to the sub-MZs of DPMZM (a Mach-Zehnder interferometer having two Mach-Zehnder interferometers in parallel), respectively, and an ideal Two-tone for PD output. Got a signal. DSB-SC modulation was performed in each sub-MZ, and an optical Two-tone signal was generated.

それぞれのMZ由来の2トーン信号をメインMZで合波させた。光回路は線形であるために,ここで新たな周波数成分は発生しない。光出力として変調周波数f1とf2のUSB,LSBをそれぞれ,計4つのスペクトル成分が得られた。PDでの2乗検波では2f1,2f2,f1+f2の2つのスペクトル成分が発生する。しかし,メインMZでの光位相(バイアス)を制御することで,f1+f2成分を抑圧し,2f1と2f2成分からなるTwo−tone信号を得た。メインMZのバイアス調整でf1のUSBとf2のLSBのビートとf2のUSBとf1のLSBのビートが逆相とすることができるというのが基本原理である。サブMZに印加された信号はそれぞれ二逓倍されるので,一般にQAMなどで変調された信号を入力した場合,PD出力では適切な変調信号とならないが,0-180度の間に限定して位相変調をした場合には,位相変化が2倍となり,PD出力で0-360度の範囲での位相変調信号となる。この原理を使うと,電気回路で発生困難な広帯域なFDMやOFDM信号の合成が期待できる。   The two-tone signals derived from each MZ were combined at the main MZ. Since the optical circuit is linear, no new frequency component is generated here. A total of four spectral components were obtained as optical outputs, USB and LSB of modulation frequencies f1 and f2, respectively. In the square detection with PD, two spectral components 2f1, 2f2, and f1 + f2 are generated. However, by controlling the optical phase (bias) in the main MZ, the f1 + f2 component was suppressed and a Two-tone signal composed of 2f1 and 2f2 components was obtained. The basic principle is that the beats of the f1 USB and f2 LSB and the f2 USB and f1 LSB beats can be reversed in phase by adjusting the bias of the main MZ. Since the signals applied to the sub-MZ are each multiplied by two, in general, when a signal modulated by QAM or the like is input, the PD output is not an appropriate modulation signal, but the phase is limited to between 0 and 180 degrees. In the case of modulation, the phase change is doubled, and the phase modulation signal is in the range of 0-360 degrees at the PD output. Using this principle, we can expect to synthesize wideband FDM and OFDM signals that are difficult to generate in electrical circuits.

光源として,NEL NLK1554BTZ−A 80128 0deg 149.7mAを用いた。光源の出力は,11.67dBm(偏波コントローラの出力端)であった。偏波コントローラを経て,FSK変調器(T FSK1.5−10−P SN 182376)に入力した,光増幅器(EDFA(OPREL))及びバンドパスフィルタ(BPF 5nm(応用光電))を経て,PD(NEL KEPD 2525VPG)へ2トーン光を入力した。   NEL NLK1554BTZ-A 80128 0deg 149.7 mA was used as a light source. The output of the light source was 11.67 dBm (the output end of the polarization controller). After passing through a polarization controller, an optical amplifier (EDFA (OPREL)) and a band pass filter (BPF 5 nm (applied photoelectric)) input to an FSK modulator (TFSK1.5-10-PSN 182376), PD ( NEL KEPD 2525VPG).

RF入力はローデアンドシュワルツSMF−100A2台で制御した。バイアス制御は応用光電E12069を用いて制御した。光スペクトル(PD入力点で)はANDO光スペクトルアナライザーで測定した。PD出力はアジレントE4448Aスペクトル測定装置を用いて測定した。   The RF input was controlled by two Rohde & Schwartz SMF-100A units. The bias control was controlled using the applied photoelectric E12069. The optical spectrum (at the PD input point) was measured with an ANDO optical spectrum analyzer. PD output was measured using an Agilent E4448A spectrum measurement device.

以下のように測定を行った。まず,FSK変調器のバイアスを調整した。光スペクトルアナライザーで測定しつつバイアス調整を行った。   Measurements were performed as follows. First, the bias of the FSK modulator was adjusted. The bias was adjusted while measuring with an optical spectrum analyzer.

第1のサブMZ(MZa)のバイアスをNullに設定した。この設定は,MZaのRF出力をONし,第2のサブMZ(MZb)のRF入力をOFFとした。次に,2次および0次サイドバンドが最小となるようにMZaのバイアスを調整した(0次はMZbからの成分を含むのでゼロにならない)。その後,MZbのバイアスをヌルに設定した。次に,MZa, MZbの両方にRFを入力し,2次サイドバンドが最小となるようにMZa, MZbのバイアスを調整した(RF同時入力による温度変化に対応)。その後,メインMZ(MZc)のバイアスを調整して,キャリアが最小とした。上記の手順を適宜繰り返した。   The bias of the first sub-MZ (MZa) was set to Null. In this setting, the RF output of the MZa was turned on and the RF input of the second sub MZ (MZb) was turned off. Next, the bias of MZa was adjusted so that the second-order and zeroth-order sidebands were minimized (the zeroth order does not become zero because it contains components from MZb). After that, the MZb bias was set to null. Next, RF was input to both MZa and MZb, and the bias of MZa and MZb was adjusted to minimize the secondary sideband (corresponding to temperature changes due to simultaneous RF input). Thereafter, the bias of the main MZ (MZc) was adjusted to minimize the carrier. The above procedure was repeated as appropriate.

RFペクトルアナライザーでPD出力をモニタし,f1+f2成分が最小となるように微調整した。主にMZcのバイアスを調整する。MZa, MZbバイアスも微調整に使うが,大きく変化させたときには,光ペクトルアナライザーで再度確認した。   The PD output was monitored with an RF spectrum analyzer and fine-tuned to minimize the f1 + f2 component. Mainly adjust the bias of MZc. MZa and MZb bias are also used for fine adjustment, but when they were changed greatly, they were checked again with an optical spectrum analyzer.

光ペクトルアナライザー調整で1次サイドバンドの強度が等しくなるようにRFパワーを調整した。さらに,RFペクトルアナライザーでも調整した。2f1と2f2成分が等しくなるように調整した。ただし,RFパワーを変えると,f1+f2成分の抑圧比も変動するので,バイアス電圧(主にMZc)も合わせた微調整を行った。f1として5.00GHz(27.47dBm 変調器入力点)をf2として5.01GHz(27.24dBm)を用いた。   The RF power was adjusted so that the intensity of the primary sideband became equal by adjusting the optical spectrum analyzer. In addition, the RF spectrum analyzer was used for adjustment. The 2f1 and 2f2 components were adjusted to be equal. However, if the RF power is changed, the suppression ratio of the f1 + f2 component also fluctuates, so fine adjustment was also made to match the bias voltage (mainly MZc). 5.00 GHz (27.47 dBm modulator input point) was used as f1, and 5.01 GHz (27.24 dBm) was used as f2.

図21は,PD入力地点での光スペクトルを示す図面に替わるグラフである。図22は,10GHz付近のRFスペクトルを示す。図23は,20GHz付近のRFスペクトルを示す。図24は,5GHz付近のRFスペクトルを示す。   FIG. 21 is a graph replaced with a drawing showing an optical spectrum at a PD input point. FIG. 22 shows the RF spectrum near 10 GHz. FIG. 23 shows the RF spectrum near 20 GHz. FIG. 24 shows the RF spectrum near 5 GHz.

図22から,10GHz近辺で所望成分Two-toneが得られることが確認できた。不要成分f1+f2の抑圧比は30dB以上である。4倍波の20.00GHz,20.04GHzも発生している。基本波5GHz近辺は原理的には抑圧されるはずであるが,-60dBm程度発生している。図23に示される所望成分(2倍波)に比べると10dB程度抑圧されていることがわかる。   From FIG. 22, it was confirmed that the desired component Two-tone was obtained in the vicinity of 10 GHz. The suppression ratio of the unnecessary component f1 + f2 is 30 dB or more. Quadruple 20.00GHz and 20.04GHz are also generated. Nearly 5 GHz fundamental wave should be suppressed in principle, but about -60 dBm is generated. It can be seen that about 10 dB is suppressed compared to the desired component (second harmonic) shown in FIG.

光パワー:変調器出力 -2.97dBm,PD入力 6.45dBm,f1:5.00GHz(27.40dBm), f2:6.00GHz(27.49dBm)として実施例1と同様に実験を行った。図25は,PD入力地点での光スペクトルを示す図面に替わるグラフである。図26は,10GHz付近のRFスペクトルを示す。図27は,5GHz付近のRFスペクトルを示す。   The experiment was performed in the same manner as in Example 1 with optical power: modulator output -2.97 dBm, PD input 6.45 dBm, f1: 5.00 GHz (27.40 dBm), and f2: 6.00 GHz (27.49 dBm). FIG. 25 is a graph replaced with a drawing showing an optical spectrum at a PD input point. FIG. 26 shows the RF spectrum near 10 GHz. FIG. 27 shows the RF spectrum near 5 GHz.

この場合も良好な2トーン光を得ることができた。   Also in this case, good two-tone light could be obtained.

実施例4 DPMZM(SSB様)によるRF Two-tone信号発生
ここでは,DPMZMのサブMZにそれぞれ,周波数f1のシングルトーン信号を90度位相差で加えて,さらに,メインMZには周波数f2のシングルトーン信号をPD出力では理想的なTwo-tone信号を得た。各サブMZでDSB-SC変調し,周波数2f1成分を発生させた。メインMZではさらに2f1+f2,2f1-f2成分が発生するが,バイアスを光位相差90度に設定すると,PD検波出力で2f1,2f2成分が抑圧され,2f1+f2,2f1-f2成分からなるTwo-tone信号となった。
Example 4 RF Two-tone signal generation by DPMZM (SSB-like) Here, a single tone signal of frequency f1 is added to each sub-MZ of DPMZM with a phase difference of 90 degrees, and a single frequency f2 is added to the main MZ. An ideal two-tone signal was obtained for the PD output. DSB-SC modulation was performed at each sub-MZ to generate a frequency 2f1 component. In the main MZ, 2f1 + f2,2f1-f2 components are generated, but if the bias is set to 90 degrees optical phase difference, 2f1 and 2f2 components are suppressed at the PD detection output, and it consists of 2f1 + f2,2f1-f2 components It became a two-tone signal.

光源として,NEL NLK1554BTZ-A 80128 0deg 149.7mAを用いた。出力は,出力11.67dBm(偏波コントローラの出力端)であった。偏波コントローラを経て,FSK変調器(T FSK1.5-10-P SN 182376)に入力した。光増幅器(EDFA(OPREL))及びバンドパスフィルタ(BPF 5nm(応用光電))を経て,PD(NEL KEPD 2525VPG)へ入力した。   NEL NLK1554BTZ-A 80128 0deg 149.7mA was used as the light source. The output was 11.67 dBm (the output end of the polarization controller). It was input to the FSK modulator (TFSK1.5-10-P SN 182376) via the polarization controller. After passing through an optical amplifier (EDFA (OPREL)) and a bandpass filter (BPF 5nm (applied photoelectric)), it was input to PD (NEL KEPD 2525VPG).

RF入力はローデアンドシュワルツSMF-100A(サブMZM用)ハイブリッド経由で変調器へ印加した。ローデアンドシュワルツSMR-20(メインMZM用)を用いてメインMZMを駆動制御した。バイアス制御は応用光電E12069を用いて行った。光スペクトル(PD入力点で)は,ANDO光スペクトルアナライザーを用いて測定した。PD出力は,アジレントE4448Aでスペクトル測定した。   The RF input was applied to the modulator via a Rohde & Schwarz SMF-100A (for sub-MZM) hybrid. The main MZM was driven and controlled using a Rohde & Schwartz SMR-20 (for main MZM). Bias control was performed using an applied photoelectric E12069. The optical spectrum (at the PD input point) was measured using an ANDO optical spectrum analyzer. The PD output was measured with an Agilent E4448A spectrum.

上記と同様にFSK変調器のバイアスを調整した。サブMZMにRF信号を入力して,SSB動作条件に設定した。f1として,5.00GHz(21.51dBm MZa, 21.61dBm MZb)をサブMZに印加した。一方,f2として1GHz(15.26dBm MZc)をメインMZに印加した。   Similarly to the above, the bias of the FSK modulator was adjusted. An RF signal was input to the sub MZM and the SSB operating conditions were set. As f1, 5.00 GHz (21.51 dBm MZa, 21.61 dBm MZb) was applied to the sub-MZ. On the other hand, 1 GHz (15.26 dBm MZc) was applied to the main MZ as f2.

図28は,PD入力地点での光スペクトルを示す図面に替わるグラフである。図29は,10GHz付近のRFスペクトルを示す。図29から,10GHz近辺で所望成分Two-toneが得られることが確認できた。不要成分2f1の抑圧比は10数dBであった。   FIG. 28 is a graph replaced with a drawing showing an optical spectrum at a PD input point. FIG. 29 shows an RF spectrum near 10 GHz. From FIG. 29, it was confirmed that the desired component Two-tone was obtained in the vicinity of 10 GHz. The suppression ratio of the unnecessary component 2f1 was a few tens of dB.

次に,f1として,1.00GHz(22.79dBm MZa, 22.35dBm MZb)をサブMZに印加した。一方, f2として10.00GHz(14.13dBm MZc) をメインMZに印加した。   Next, as f1, 1.00 GHz (22.79 dBm MZa, 22.35 dBm MZb) was applied to the sub MZ. On the other hand, 10.00 GHz (14.13 dBm MZc) was applied to the main MZ as f2.

図30は,PD入力地点での光スペクトルを示す図面に替わるグラフである。図31は,10GHz付近のRFスペクトルを示す。図32は,5GHz付近のRFスペクトルを示す。図31から,10GHz近辺で所望成分Two-toneが得られることが確認できた。   FIG. 30 is a graph replaced with a drawing showing an optical spectrum at a PD input point. FIG. 31 shows an RF spectrum near 10 GHz. FIG. 32 shows an RF spectrum near 5 GHz. From FIG. 31, it was confirmed that the desired component Two-tone was obtained in the vicinity of 10 GHz.

次に,高消光比DSB−SC変調器を用いたPD周波数特性校正方法を実証した。実験系として,図33に示される系を用いた。この系は,DPMZMを含む系である。すなわち,LDからの出力光をDSB−SC変調して,2光波を生成した。搬送波が打ち消された際に,2光波の強度は高い精度で一致していた。図34に,このDSB−SC変調器からの出力信号の例を示す。図中,U1はUSBの1次成分を意味し,L1などはLSBの1次成分を意味する。Cは,搬送波を意味する。図2に示す例では,搬送波成分が残留している。U1とL1の強度比は,0.12dB程度である。また,消光比は,54dBであった。   Next, a PD frequency characteristic calibration method using a high extinction ratio DSB-SC modulator was demonstrated. As the experimental system, the system shown in FIG. 33 was used. This system is a system including DPMZM. That is, the output light from the LD was DSB-SC modulated to generate two light waves. When the carrier wave was canceled, the intensity of the two light waves matched with high accuracy. FIG. 34 shows an example of an output signal from the DSB-SC modulator. In the figure, U1 means the primary component of USB, and L1 etc. mean the primary component of LSB. C means a carrier wave. In the example shown in FIG. 2, the carrier component remains. The intensity ratio between U1 and L1 is about 0.12 dB. The extinction ratio was 54 dB.

この方式の誤差要因として,2光波のレベル差及び高調波成分の存在があげられる。消光比をη(イータ)とすると,レベル誤差の最悪値Δ(デルタ)は,Δ=20log10(1−10(η/20))となる。光検出器に求められる0.5dBを実現するためには,25dB以上の消光比が要求されることとなる。 As an error factor of this method, there is a level difference between two light waves and the presence of harmonic components. If the extinction ratio is η (eta), the worst value Δ (delta) of the level error is Δ = 20 log 10 (1-10 (η / 20) ). In order to realize 0.5 dB required for the photodetector, an extinction ratio of 25 dB or more is required.

図35に,2光波のレベルと搬送波及び高調波の消光比の周波数特性測定結果を示す。図35から,12GHz〜35GHzの周波数領域で,34dB以上の消光比を得ることができたことがわかる。すなわち,本発明によれば,簡便な装置により,周波数特性を校正できるシステムを提供できることがわかる。   FIG. 35 shows the frequency characteristic measurement results of the two light wave levels and the extinction ratio of the carrier wave and the harmonic wave. From FIG. 35, it can be seen that an extinction ratio of 34 dB or more was obtained in the frequency region of 12 GHz to 35 GHz. That is, according to the present invention, it can be seen that a system capable of calibrating frequency characteristics can be provided by a simple apparatus.

参考例
電界制御Y分岐型MZ干渉計
X-cutのLN基板上にDPMZ型のTi拡散導波路を作製,SiO2バッファ層を介してY分岐電極付きのCPW(コプラナハチョウガイド)電極を形成した。図36(a)は,アクティブY分岐光強度トリマーを示す図である。このようないわゆるY分岐EOスイッチは,分岐比を制御できる。図36(a)に示されるように,DC電極に印加されるDC電圧によって生成する電場を用いて分岐比を制御する。図36(b)は,MZを有する光変調器を示す。DC電圧を制御することで,η(光パワーアンバランス)を制御でき,消光比を高めることができる。なお,この変調器の半波長電圧は3.2Vであった。図37は,OOKシグナルの時間領域のスペクトルプロファイルを示す。図38に,この装置を用いたDSB−SC変調の出力を示す。この例においても比較的良好なDSB−SC変調を達成できている。
Reference example
A DPMZ-type Ti diffusion waveguide was fabricated on the LN substrate of the electric field controlled Y-branch MZ interferometer X-cut, and a CPW (coplanar butterfly guide) electrode with a Y-branch electrode was formed through the SiO 2 buffer layer. FIG. 36A is a diagram showing an active Y-branching light intensity trimmer. Such a so-called Y-branch EO switch can control the branching ratio. As shown in FIG. 36A, the branching ratio is controlled using an electric field generated by a DC voltage applied to the DC electrode. FIG. 36B shows an optical modulator having MZ. By controlling the DC voltage, η (optical power imbalance) can be controlled and the extinction ratio can be increased. The half-wave voltage of this modulator was 3.2V. FIG. 37 shows the spectral profile of the time domain of the OOK signal. FIG. 38 shows the output of DSB-SC modulation using this apparatus. Also in this example, relatively good DSB-SC modulation can be achieved.

本発明は,光情報通信機器の分野で利用されうる。本発明は特に,ROF(ファイバ無線)用のシステムとして好ましく利用されうる。   The present invention can be used in the field of optical information communication equipment. In particular, the present invention can be preferably used as a system for ROF (fiber radio).

11 光源
12 光変調器
13 光検出器
14 メインマッハツェンダー導波路
15 第1のサブマッハツェンダー導波路
16 第2のサブマッハツェンダー導波路
18 制御装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Light source 12 Optical modulator 13 Photo detector 14 Main Mach-Zehnder waveguide 15 1st sub Mach-Zehnder waveguide 16 2nd sub-Mach-Zehnder waveguide 18 Control apparatus

Claims (11)

光源(11)と,
前記光源(11)からの出力光が入射し,光源(11)から入射した光と変調信号とに応じた2トーン光を発生する光変調器(12)と,
を含み,
前記光変調器(12)が,マッハツェンダー導波路(14)を有する,光変調器であり,

前記光変調器(12)から出力される2トーン光は,光源(11)から入射した光の周波数をfとし,変調信号の周波数をfとした場合,f±nf(nは整数)であり,
前記光変調器(12)から出力されるf成分の強度は,f+nf成分の強度に対して20dB以上抑圧される,
ヘテロダイン検波用光源システム。
A light source (11);
An optical modulator (12) that receives output light from the light source (11) and generates two-tone light according to the light incident from the light source (11) and a modulation signal;
Including
The light modulator (12) is a light modulator having a Mach-Zehnder waveguide (14);

Two-tone light output from said optical modulator (12), the frequency of the light incident from the light source (11) and f 0, if the frequency of the modulation signal is a f m, f 0 ± nf m (n is Integer),
Strength of f 0 component output from said optical modulator (12) is suppressed more than 20dB with respect to the intensity of the f 0 + nf m components,
Light source system for heterodyne detection.
前記光変調器(12)に印加される変調信号の強度は,前記光変調器(12)の半波長電圧に対して,0.1倍以上2倍以下である,請求項1に記載のヘテロダイン検波用光源システム。
The heterodyne according to claim 1, wherein the intensity of the modulation signal applied to the optical modulator (12) is 0.1 to 2 times the half-wave voltage of the optical modulator (12). Light source system for detection.
前記nが1である,請求項1に記載のヘテロダイン検波用光源システム。

2. The light source system for heterodyne detection according to claim 1, wherein n is 1. 3.

前記光源(11)は,波長可変光源である,請求項1に記載のヘテロダイン検波用光源システム。
The light source system for heterodyne detection according to claim 1, wherein the light source (11) is a wavelength variable light source.
前記マッハツェンダー導波路(14)の一方のアームは,サブマッハツェンダー導波路(15)を有する,請求項1に記載のヘテロダイン検波用光源システム。
The light source system for heterodyne detection according to claim 1, wherein one arm of the Mach-Zehnder waveguide (14) has a sub-Mach-Zehnder waveguide (15).
前記マッハツェンダー導波路14の分岐部及び合波部のいずれか又は両方に電界制御Y分岐導波路を有する請求項5に記載のヘテロダイン検波用光源システム。
The light source system for heterodyne detection according to claim 5, wherein an electric field control Y-branch waveguide is provided in one or both of the branching section and the multiplexing section of the Mach-Zehnder waveguide 14.
前記光変調器(12)が,マッハツェンダー導波路(14)の両アームのそれぞれにサブマッハツェンダー導波路(15,16)を有する,光変調器(12)である,請求項1に記載のヘテロダイン検波用光源システム。
The optical modulator (12) according to claim 1, wherein the optical modulator (12) is an optical modulator (12) having a sub Mach-Zehnder waveguide (15, 16) in each of both arms of the Mach-Zehnder waveguide (14). Light source system for heterodyne detection.
前記マッハツェンダー導波路14の分岐部及び合波部のいずれか又は両方に電界制御Y分岐導波路を有する請求項7に記載のヘテロダイン検波用光源システム。
The light source system for heterodyne detection according to claim 7, wherein an electric field control Y-branch waveguide is provided in one or both of the branching section and the multiplexing section of the Mach-Zehnder waveguide 14.
前記光変調器(12)から出力された光が入射する光検出器(13)と,
前記光検出器(13)が検出した光の周波数特性を解析するための制御装置(18)と,
をさらに,含み,
前記制御装置(18)は,
前記光検出器(13)が検出した光に含まれるf成分及びf±nf(nは整数)成分の強度情報に基づいて,前記光変調器(12)のバイアス電圧源に対して,前記光変調器(12)に印加するバイアス電圧を変化させるための指令を出す,第1のバイアス調整手段を有する,請求項1に記載のヘテロダイン検波用光源システム。
A photodetector (13) on which the light output from the light modulator (12) is incident;
A control device (18) for analyzing frequency characteristics of light detected by the photodetector (13);
Further including
The control device (18)
Based on the intensity information of the f 0 component and the f 0 ± nf m (n is an integer) component included in the light detected by the photodetector (13), the bias voltage source of the optical modulator (12) is 2. The light source system for heterodyne detection according to claim 1, further comprising first bias adjusting means for issuing a command for changing a bias voltage applied to the optical modulator.
前記光変調器(12)から出力された光が入射する光検出器(13)と,
前記光検出器(13)が検出した光の周波数特性を解析するための制御装置(18)と,
をさらに,含み,
前記制御装置(18)は,
前記光検出器(13)が検出した光に含まれるf成分及び2f成分の強度情報に基づいて,前記光変調器(12)のバイアス電圧源に対して,前記光変調器(12)に印加するバイアス電圧を変化させるための指令を出す,第2のバイアス調整手段を有する,請求項1に記載のヘテロダイン検波用光源システム。
A photodetector (13) on which the light output from the light modulator (12) is incident;
A control device (18) for analyzing frequency characteristics of light detected by the photodetector (13);
Further including
The control device (18)
Based on the intensity information f m component and 2f m component the photodetector (13) is included in the light detected with respect to the bias voltage source of said light modulator (12), said optical modulator (12) 2. The light source system for heterodyne detection according to claim 1, further comprising a second bias adjustment unit that issues a command for changing a bias voltage applied to.
前記光変調器(12)から出力された光が入射する光検出器(13)と,
前記光検出器(13)が検出した光の周波数特性を解析するための制御装置(18)と,
をさらに,含み,
前記制御装置(18)は,
前記光検出器(13)が検出した光に含まれるf成分及びf±nf(nは整数)成分の強度情報に基づいて,前記光変調器(12)のバイアス電圧源に対して,前記光変調器(12)に印加するバイアス電圧を変化させるための指令を出す,第1のバイアス調整手段と,
前記光検出器(13)が検出した光に含まれるf成分及び2f成分の強度情報に基づいて,前記光変調器(12)のバイアス電圧源に対して,前記光変調器(12)に印加するバイアス電圧を変化させるための指令を出す,第2のバイアス調整手段を有する,請求項1に記載のヘテロダイン検波用光源システム。

A photodetector (13) on which the light output from the light modulator (12) is incident;
A control device (18) for analyzing frequency characteristics of light detected by the photodetector (13);
Further including
The control device (18)
Based on the intensity information of the f 0 component and the f 0 ± nf m (n is an integer) component included in the light detected by the photodetector (13), the bias voltage source of the optical modulator (12) is A first bias adjusting means for issuing a command for changing a bias voltage applied to the optical modulator (12);
Based on the intensity information f m component and 2f m component the photodetector (13) is included in the light detected with respect to the bias voltage source of said light modulator (12), said optical modulator (12) 2. The light source system for heterodyne detection according to claim 1, further comprising a second bias adjustment unit that issues a command for changing a bias voltage applied to.

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