JP2016005142A - 信号発生装置、光信号の位相調整方法、ネットワーク用品 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、この信号発生装置30には、位相状態の監視あるいは位相調整のための構成が複雑になるという課題が残る。例えば信号発生装置30では、各変調信号(fd1,fd2)を生成するための発振器や乗算器(または加算器)が別途必要となる。また、光路上のレーザ光の位相のずれを簡易に検出するために干渉状況を観測する技術が確立されているが、信号発生装置30では、二つのレーザ光の波長が異なるため、干渉が生じない。そのため、確立された技術を利用することができない。また、信号発生装置30では、意図的に位相変動を生じさせるので、フォトミキサ307から出力される高周波電気信号EMに位相雑音が重畳されてしまうという課題もある。
まず、本発明を適用した光信号の位相調整方法の実施の形態例を説明する。この方法は、波長が異なる二つの光信号の差周波数となる高周波電気信号を出力する際に、各光信号の位相状態を容易に監視できるようにする。具体的には、合波後の第1光信号から複数の第1側帯波信号を派生させるとともに、合波後の第2光信号から複数の第2側帯波信号を派生させる。そして、同一波長の第1側帯波信号および第2側帯波信号をフィルタで抽出した後、抽出した第1側帯波信号と第2側帯波信号との位相状態に応じた信号強度の監視信号を生成する。そして、この監視信号に基づいて合波前の第1光信号と第2光信号との位相差を一定に保つように調整する。
「位相状態」とは、個々の光信号の位相、位相ずれ量、他の光信号との位相差、後述する目標値からのずれ量、干渉の度合いなどをいう。以下の説明では、光信号の例としてレーザ光を挙げるが、光コム信号などであっても良い。
以下、比較のために、二つのレーザ光について波長が同じで位相がずれた場合の観測例、異なる光波長で位相がずれた場合の観測例1,2について説明する。
各レーザ光の周波数をf1とし、第1レーザ光の光路で位相がφだけずれたとする。便宜上、電磁界の振幅を「1」とすると、第1レーザ光は「expi(2πf1t+φ)」、第2レーザ光は「expi(2πf1t)」で表すことができる。また、これらのレーザ光を合波した合波信号は、「expi(2πf1t+φ)+expi(2πf1t)」となる。この合波信号をフォトダイオードで検波すると、以下の数1式のような電流値になる。この電流値は、(1+cos(φ1−φ2))の因子を持つため、値が負にならず、直流電流値として観測される。
電磁界の振幅を「1」とすると、位相差が生じた第1レーザ光は「expi(2πf1t+φ)」、第2レーザ光は「expi(2πf2t)」で表すことができる。また、合波信号は、「expi(2πf1t+φ)+expi(2πf2t)」となる。この合波信号をフォトダイオードで検波すると、下記数2式に示されるように、位相は、差周波数(f1−f2)の交流電流値の位相成分として観測される。そのため、各レーザ光の位相状態を観測するためには、ダウンコンバータなどの交流部品が必要となる。ダウンコンバートでは、別の周波数信号が必要となる。また、周波数信号の位相安定性が悪いとダウンコンバート後の信号に位相雑音が付加され、位相の読み取り精度が悪くなる。つまり、交流的処理をするということは、そこで用いる別の周波数信号の位相の影響により、余計な位相ゆらぎが発生することを意味する。
電磁界の振幅を「1」とし、光路上で位相がφ1だけずれた第1レーザ光を「expi(2πf1t+φ1)」とする。また、第2レーザ光とフォトダイオードとの間に位相調整器を設け、第2レーザ光に調整用の位相φ2を付加すると、第2レーザ光は「expi(2πf2)+φ2」となる。
第1レーザ光と第1側波帯信号、第2レーザ光と第2側波帯信号のそれぞれの相対的な位相は一定に保たれている。つまり第1側帯波信号と第2側帯波信号のそれぞれの相対的な位相、およびこれらの信号の位相差が一定であれば、第1レーザ光と第2レーザ光のそれぞれの相対的な位相およびこれらの位相差も一定となる。したがって、直流電流値の位相φ2を調整することにより、二つのレーザ光の位相状態を任意の目標値に設定することができる。
本実施形態において重要なのは、波長が同じになる側帯波信号同士の位相差(φ1-φ2)を一定に保つことであり、そうすることにより、元の二つのレーザ光の位相φ1および位相φ2の相対値も一定になる。但し、図2の特性の傾きが大きいところを目標値Sとした方が位相差(φ1-φ2)の検出感度が高くなる。つまり特性の傾きが大きい部分は位相の変化に対してS(1+cos(φ1-φ2))が大きく変わるため、調整がそれだけ容易になる。
また、側帯波信号同士の相対位相にゆらぎが起きないため、位相の読み取り精度の劣化要因は無いか、あっても無視できる程度となる。これにより、例えば光路においてレーザ光の位相ずれが生じた場合や、二つのレーザ光間の位相差を目標値に固定する際の位相調整をきわめて簡易に行うことができる。
また、信号強度を、同一波長の第1側帯波信号と第2側帯波信号との光干渉強度としたので、位相調整部を有するマッハツェンダー干渉計などの公知技術を使用してその検出を行うことができる。
次に、本発明を適用した信号発生装置の実施の形態例を説明する。図3は、本実施形態に係る信号発生装置の適用場面を示した説明図である。本実施形態の信号発生装置は、例えば、図3(a)に示すテラヘルツ帯無線ルータ、あるいは、図3(b)に示す画像伝送装置などのネットワーク用品に組み込まれて実施される。
本実施形態の信号発生装置10は、異なる波長のレーザ光L1,L2を使用する場合であっても、監視系において、各レーザL1,L2から同一波長のものを含む複数の側帯波信号を派生させ、同一波長の側帯波信号の干渉状況を監視できるようにする点に特徴の一つがある。同一波長の側帯波信号を干渉させる場合、信号強度が近いほど良く干渉する。同じ強度であれば、完全に干渉する。他方、位相が180度ずれると、信号強度はゼロになり、干渉が生じない。もとの二つのレーザ光L1,L2のそれぞれから派生する側帯波信号の信号強度は、もとのレーザ光L1,L2の波長差(差周波数)によって変わるが、距離が同じであれば同じ信号強度になる。二つのレーザ光L1,L2の中間の周波数であれば、各波長からの距離が等しいため、側帯波信号同士の信号強度が等しくなり、完全な干渉を実現させることができる。つまり、干渉の感度が、光学系の構成の範囲で最大となるのである。
103,303 光分波器
104,304,305 位相調整器
106,306 光カプラ
107,307 フォトミキサ
108 光変調器
109 フィルタ
110,310 フォトダイオード
111,311 制御回路
302 光分岐器
312,314 発振器
Claims (11)
- 波長が異なる第1および第2光信号を合波することにより、これらの光信号の差周波数となる高周波電気信号を出力する信号発生装置であって、
合波後の各光信号を変調して第1光信号から複数の第1側帯波信号を派生させるとともに、合波後の第2光信号から複数の第2側帯波信号を派生させる光変調器と、
同一波長の前記第1側帯波信号および前記第2側帯波信号を抽出するフィルタと、
抽出した第1側帯波信号および第2側帯波信号の位相状態に応じた強度の監視信号を出力する検波回路と、
前記監視信号に基づいて合波前の前記第1光信号と第2光信号の位相差を一定に保つ制御手段と、
を有する信号発生装置。 - 前記制御手段は、合波前の前記第1光信号または前記第2光信号の光路に設けられた位相調整器と、所定の目標値と前記監視信号との比較結果に応じて前記位相調整器の調整量を変化させる制御回路とを含んで構成される、
請求項1記載の信号発生装置。 - 合波前における前記第1光信号および前記第2光信号の光路が、位相調整部を有するマッハツェンダー干渉計を構成しており、前記位相調整器が前記マッハツェンダー干渉計の位相調整部である、
請求項2記載の信号発生装置。 - 前記第1および第2光信号がアレイ導波路格子によって合波される、
請求項1ないし3のいずれか1項記載の信号発生装置。 - 前記光変調器は、前記差周波数の偶数分の1の変調周波数で前記合波後の第1光信号および第2光信号を変調する、
請求項1ないし4のいずれか1項記載の信号発生装置。 - 前記フィルタは帯域通過フィルタであり、その中心周波数が前記合波後の第1光信号の周波数と前記合波後の第2光信号の周波数の中間の周波数である、
請求項1ないし5のいずれか1項記載の信号発生装置。 - 伝送対象となる非圧縮情報を生成する情報生成装置と、
請求項1ないし6のいずれか1項に記載された信号発生装置と、
前記信号発生装置から出力される高周波電気信号を前記非圧縮情報で変調することにより情報信号を生成し、この情報信号を増幅してアンテナへ送信する送信回路とを有する、
ネットワーク用品。 - 波長が異なる第1および第2光信号を合波することにより、これらの光信号の差周波数となる高周波電気信号を出力する信号発生装置が、
合波後の第1光信号から複数の第1側帯波信号を派生させるとともに、合波後の第2光信号から複数の第2側帯波信号を派生させ、
同一波長の前記第1側帯波信号および前記第2側帯波信号をフィルタで抽出した後、抽出した第1側帯波信号と第2側帯波信号との位相差に応じた信号強度の監視信号を生成し、
この監視信号に基づいて合波前の前記第1光信号と第2光信号との位相差を一定に保つことを特徴とする、
光信号の位相調整方法。 - 前記監視信号は、前記位相差に応じてその信号強度が正弦波状に変化する直流電流値である、
請求項7記載の位相調整方法。 - 前記信号発生装置は、前記監視信号が表す信号強度が予め定めた目標値に近づくように前記第1光信号または前記第2光信号の光路上の位相を制御することを特徴とする、
請求項9記載の位相調整方法。 - 前記信号強度が、前記同一波長の第1側帯波信号と第2側帯波信号との光干渉強度である、
請求項10記載の位相調整方法。
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