JP2023170362A - Photoelectric conversion device - Google Patents

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武史 安井
Takeshi Yasui
直也 久世
Naoya Kuze
悠 時実
Yu Tokizane
栄治 長谷
Eiji Hase
博紀 岸川
Hironori Kishikawa
康弘 岡村
Yasuhiro Okamura
潤一 藤方
Junichi Fujikata
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University of Tokushima NUC
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Abstract

To enable low phase noise and large capacity wireless communication in a terahertz band.SOLUTION: The present invention comprises: a laser emission unit that emits a single frequency laser beam; an optical micro-resonator that is excited by the laser beam and generates an optical frequency comb having a frequency interval of 100 GHz to 3 THz inclusive; an optical modulation unit that modulates the amplitude and/or the phase with a baseband signal composed of a transmit information signal, regarding at least one of mutually adjacent first and second optical frequency modes in the optical frequency comb; a mixing unit that mixes the modulated first and second optical frequency modes; and a photoelectric conversion unit that converts an output signal of the mixing unit into an electrical signal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光周波数コムを生成する微小光共振器を用いてテラヘルツ波を発生させる光電気変換装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device that generates terahertz waves using a microscopic optical resonator that generates an optical frequency comb.

従来、移動(無線)通信(2G/3G/4G/5G等)では、電子回路の高速化、高周波化等の半導体技術の進歩に伴う技術革新が、世代進化を牽引してきた。しかし、次世代移動通信(Beyond 5G/6G)で扱う周波数はキャリア周波数300GHz以上のいわゆるテラヘルツ帯(以降、THz帯)に及ぶとされ、電気的手法の技術的限界(周波数上限)に達する可能性がある。つまり、無線キャリア波の低出力化と位相ノイズ増大、信号伝送損失の増大、光通信と移動通信の信号変換に伴う時間遅延等の本質的問題が顕在化すると言われている。 Conventionally, in mobile (wireless) communications (2G/3G/4G/5G, etc.), technological innovations accompanying advances in semiconductor technology, such as faster electronic circuits and higher frequencies, have driven generational evolution. However, the frequencies handled by next-generation mobile communications (Beyond 5G/6G) are said to extend to the so-called terahertz band (hereinafter referred to as THz band), which has a carrier frequency of 300 GHz or higher, and there is a possibility that the technical limit (frequency upper limit) of electrical methods will be reached. There is. In other words, it is said that essential problems such as lower power of wireless carrier waves, increased phase noise, increased signal transmission loss, and time delay associated with signal conversion between optical communications and mobile communications will become apparent.

一方、光ファイバー網を用いた光通信は最速の情報伝送速度を有し、最近ではデバイス内部の電子配線を光配線に置き換えて超高速・大容量・低遅延・低消費電力を実現するシリコン・フォトニクスの技術開発が進んでいる。このような背景から、無線通信においてもキャリアの発生源に光学デバイスを用いたり、システムの一部に光通信の技術を取り入れたりする例が最近見受けられる。例えば、波長が異なる光をそれぞれ変調した後混合してテラヘルツ波を発生させ、無線通信に用いた例が開示されている(非特許文献1)。 On the other hand, optical communication using optical fiber networks has the fastest information transmission speed, and recently silicon photonics has replaced electronic wiring inside devices with optical wiring to achieve ultra-high speed, large capacity, low delay, and low power consumption. technological development is progressing. Against this background, there have recently been cases in wireless communications where optical devices are used as carrier generation sources or optical communication technology is incorporated into a part of the system. For example, an example has been disclosed in which terahertz waves are generated by modulating and mixing lights of different wavelengths, and used for wireless communication (Non-Patent Document 1).

周波数が異なる2波長の光を生成する他の方法としては、光周波数コムから、所望の周波数間隔となる任意の光周波数モードをフィルターで抽出する方法が開示されている。(特許文献1)。また、特許文献2には光周波数コムを周波数分割多重伝送のためのマルチキャリアとして用い、さらに光周波数コムからパイロット信号を分離する技術が開示されている。さらに、光周波数コムを微小共振器から生成する技術が開示されている(非特許文献2)。また、光周波数コムの任意の光周波数モードに対し別のレーザーをロックさせる方法も提案されている(非特許文献3)。 As another method for generating light of two wavelengths with different frequencies, a method has been disclosed in which an arbitrary optical frequency mode having a desired frequency interval is extracted from an optical frequency comb using a filter. (Patent Document 1). Further, Patent Document 2 discloses a technique in which an optical frequency comb is used as a multicarrier for frequency division multiplex transmission, and a pilot signal is further separated from the optical frequency comb. Furthermore, a technique for generating an optical frequency comb from a microresonator has been disclosed (Non-Patent Document 2). Furthermore, a method has also been proposed in which another laser is locked to an arbitrary optical frequency mode of an optical frequency comb (Non-Patent Document 3).

特開2009- 4858号公報Japanese Patent Application Publication No. 2009-4858 特表2018-526842号公報Special table 2018-526842 publication

永妻忠夫、“テラヘルツ波が拓く超高速無線通信”、精密工学会誌、Vol.82、No.3、2016Tadao Nagatsuma, “Ultra-high-speed wireless communication developed by terahertz waves”, Journal of the Japan Society of Precision Engineering, Vol. 82, No. 3, 2016 S.ZHANG,J.M.SILVER,X.SHANG,L.D.BINO,N.M.RIDLER,P.DEL’HAYE,”Terahertz wave generation using a soliton microcomb”,Optics Express,Vol.27,No.24,Nov.2019S. ZHANG, J. M. SILVER, X. SHANG, L. D. BINO, N. M. RIDLER, P. DEL'HAYE, "Terahertz wave generation using a soliton microcomb", Optics Express, Vol. 27, No. 24, Nov. 2019 S.Hisatake,G.Carpintero,Y.Yoshimizu,Y.Minamikata,K.Oogimoto,Y.Yasuda,F.Dijk,T.Tekin,and T.Nagatsuma,“W-Band Coherent Wireless Link Using Injection-Locked Laser Diodes”,IEEE Photonics Technology Letters,Vol.27,No.14,July,2015S. Hisatake, G. Carpintero, Y. Yoshimizu, Y. Minamikata, K. Oogimoto, Y. Yasuda, F. Dijk, T. Tekin, and T. Nagatsuma, “W-Band Coherent Wireless Link Using Injection-Locked Laser Diodes”, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 27, No. 14, July, 2015

しかし、非特許文献1のように、無線キャリアの周波数だけ離れた波長の独立したレーザーを光源として用いた場合、相互間の周波数又は位相の揺らぎによりキャリア波の周波数変動や位相ノイズが発生する。また、光周波数コムを光源として使う場合でも、特許文献1のように離間した2つの光周波数モード間のビートから高周波信号を得ようとすれば、離間しているモード本数に応じて位相ノイズが蓄積される。特にテラヘルツ領域以上になるとその傾向はより顕著になる。また、特許文献2に開示された技術は周波数分割多重伝送を目的としたものであるが、パイロット信号の周波数間隔を光周波数コムのモード間隔より広くとる必要があり、この技術をそのまま無線伝送に応用しようとすると同様の課題が生じる。なお、非特許文献2では、光周波数コムの2波長モード光の光電気変換によりテラヘルツ波を生成しているが、変調については一切記載がされていない。 However, as in Non-Patent Document 1, when independent lasers with wavelengths separated by the frequency of the wireless carrier are used as light sources, frequency fluctuations and phase noise of the carrier waves occur due to fluctuations in frequency or phase between them. Furthermore, even when using an optical frequency comb as a light source, if you try to obtain a high frequency signal from the beat between two optical frequency modes separated as in Patent Document 1, phase noise will increase depending on the number of separated optical frequency modes. Accumulated. This tendency becomes particularly noticeable in the terahertz region and above. Furthermore, although the technology disclosed in Patent Document 2 is aimed at frequency division multiplex transmission, it is necessary to make the frequency interval of the pilot signal wider than the mode interval of the optical frequency comb, and this technology cannot be directly applied to wireless transmission. Similar challenges arise when trying to apply it. Incidentally, in Non-Patent Document 2, a terahertz wave is generated by photoelectric conversion of two-wavelength mode light of an optical frequency comb, but there is no mention of modulation at all.

本発明の一態様に係る光電気変換装置は、 単一周波数のレーザー光を発するレーザー発光部と、前記レーザー光で励起され、100GHz以上3THz以下の周波数間隔を有する光周波数コムを生成する微小光共振器と、前記光周波数コムにおいて互いに隣接する第1および第2の光周波数モードの少なくともいずれかの光周波数モードに対して、振幅と位相の少なくとも一方を伝送情報信号からなるベースバンド信号で変調する光変調部と、前記変調された第1および第2の光周波数モードを混合する混合部と、前記混合部の出力信号を電気信号に変換する光電気変換部を備えた。 A photoelectric conversion device according to one aspect of the present invention includes: a laser emitting unit that emits a laser beam of a single frequency; and a minute beam that is excited by the laser beam and generates an optical frequency comb having a frequency interval of 100 GHz or more and 3 THz or less. Modulating at least one of the amplitude and phase of at least one of the first and second optical frequency modes adjacent to each other in the resonator and the optical frequency comb with a baseband signal consisting of a transmission information signal. an optical modulation section that mixes the modulated first and second optical frequency modes, and an opto-electrical conversion section that converts an output signal of the mixing section into an electrical signal.

前記第1および第2の光周波数モードのそれぞれに対して第1の光変調部と第2の光変調部が設けられていてもよい。 A first optical modulator and a second optical modulator may be provided for each of the first and second optical frequency modes.

前記第1の光周波数モードと前記第2の光周波数モードの対を併せて分離抽出し、前記光変調部は前記対に対して振幅変調を施してもよい。 The pair of the first optical frequency mode and the second optical frequency mode may be separated and extracted together, and the optical modulator may perform amplitude modulation on the pair.

前記光変調部は前記光周波数コムの振幅を変調し、前記光周波数コムを前記光電気変換部に供給してもよい。 The optical modulator may modulate the amplitude of the optical frequency comb and supply the optical frequency comb to the opto-electric converter.

前記周波数間隔は300GHz以上1THz以下であってもよい。 The frequency interval may be 300 GHz or more and 1 THz or less.

前記光電気変換部は単一走行キャリアフォトダイオードより成るものであってもよい。 The photoelectric converter may be comprised of a single carrier photodiode.

前記微小光共振器は非線形光学効果を有する媒質であって、窒化ケイ素(Si)、ガリウム砒素アルミニウム(AlGaAs)、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、五酸化タンタル(Ta)、および窒化ガリウム(GaN)からなる群より選択される1種以上の媒質から構成されるものであってもよい。 The micro optical resonator is a medium having a nonlinear optical effect, and is made of silicon nitride (Si 3 N 4 ), gallium aluminum arsenide (AlGaAs), lithium niobate (LiNbO 3 ), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), and gallium nitride (GaN).

前記光変調部は、前記第1の光周波数モードから複数の光サブキャリア群を生成する光サブキャリア生成部と、前記ベースバンド信号に応じて前記光サブキャリア群を独立に変調する光変調素子群を有するものであってもよい。 The optical modulation section includes an optical subcarrier generation section that generates a plurality of optical subcarrier groups from the first optical frequency mode, and an optical modulation element that independently modulates the optical subcarrier groups according to the baseband signal. It may have a group.

前記光変調部は、前記第1の光周波数モードから両側にそれぞれ第1の差周波数離れた第1の光サブキャリア群を生成する第1の光サブキャリア生成部と、前記各光サブキャリア群から両側にそれぞれ第2の差周波数離れた第2の光サブキャリア群を生成する第2の光サブキャリア生成部と、前記ベースバンド信号に応じて前記第2の光サブキャリア群を周波数分割多重変調する光変調素子を有するものであってもよい。 The optical modulation unit includes a first optical subcarrier generation unit that generates first optical subcarrier groups separated by a first difference frequency on both sides from the first optical frequency mode, and each of the optical subcarrier groups. a second optical subcarrier generation unit that generates a second optical subcarrier group separated by a second difference frequency on both sides, and frequency division multiplexing of the second optical subcarrier group according to the baseband signal; It may also include a light modulation element that performs modulation.

前記第2の光サブキャリア群の周波数間隔は10GHz以上50GHz以下であってもよい。 The frequency interval of the second optical subcarrier group may be greater than or equal to 10 GHz and less than or equal to 50 GHz.

前記光変調部は、前記第1の光周波数モードを2本の光サブキャリアに分割する光分割素子と、前記ベースバンド信号に応じて前記光サブキャリアをそれぞれ独立に変調する光変調素子群とを有し、また、前記光電気変換部はそれぞれ出射波の偏波が直交する1対の光電気変換部を有し、変調を受けた前記2本のサブキャリアはそれぞれ前記1対の光電気変換部に供給されてもよい。 The optical modulation section includes an optical splitting element that divides the first optical frequency mode into two optical subcarriers, and a group of optical modulation elements that independently modulate the optical subcarriers according to the baseband signal. Further, each of the opto-electric converters has a pair of opto-electric converters whose output waves have orthogonal polarizations, and the two modulated subcarriers each have a pair of opto-electric converters whose polarizations are orthogonal to each other, and each of the two modulated subcarriers It may also be supplied to the converter.

本発明の一態様によれば、微小光共振器によって得られる光周波数コムから、互いに隣接する第1および第2の光周波数モードをそれぞれ分離抽出し、さらに第1の光周波数モードをキャリアとして伝送情報信号からなるベースバンド信号で光変調し、第1の光周波数モードに対して相対位相雑音が小さい第2の光周波数モードとのビートによりテラヘルツ帯の変調された信号を生成することが可能となる。さらに、第1の光周波数モードから光サブキャリアを生成することでベースバンド信号の多重化を実現することができ、より高速な情報伝送を実現することができる。 According to one aspect of the present invention, first and second optical frequency modes adjacent to each other are separated and extracted from an optical frequency comb obtained by a micro-optical resonator, and the first optical frequency mode is further transmitted as a carrier. It is possible to generate a modulated signal in the terahertz band by performing optical modulation with a baseband signal consisting of an information signal and beat with a second optical frequency mode that has a small relative phase noise with respect to the first optical frequency mode. Become. Furthermore, by generating optical subcarriers from the first optical frequency mode, multiplexing of baseband signals can be realized, and higher-speed information transmission can be realized.

本発明の第1の実施の形態の光電気変換装置を含むブロック図である。FIG. 1 is a block diagram including a photoelectric conversion device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態の光電気変換装置を含むブロック図である。FIG. 2 is a block diagram including a photoelectric conversion device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施の形態の光電気変換装置を含むブロック図である。FIG. 3 is a block diagram including a photoelectric conversion device according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施の形態の光電気変換装置を含むブロック図である。FIG. 3 is a block diagram including a photoelectric conversion device according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施の形態の光電気変換装置における光変調部のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of a light modulation section in a photoelectric conversion device according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の第5実施の形態の動作説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of the operation of the fifth embodiment of the present invention. 本発明の第6の実施の形態の光電気変換装置における光変調部のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of a light modulation section in a photoelectric conversion device according to a sixth embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施例の処理の流れを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the flow of processing in the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施例の実験方法を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an experimental method according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施例の実験結果を示すグラフである。It is a graph showing the experimental results of the second example of the present invention. 本発明の第3の実施例の実験方法を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing an experimental method according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施例の実験結果を示すグラフである。It is a graph showing the experimental results of the third example of the present invention. 本発明の第3の実施例の実験結果を示すグラフである。It is a graph showing the experimental results of the third example of the present invention.

(第1の実施の形態)
以下、第1の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態における光電気変換装置は、通信に用いるキャリアの発生において、微小光共振器から生成される隣接する周波数モードを使用することにより位相雑音の少ないテラヘルツ波を発生させることを目的としている。
(First embodiment)
Hereinafter, the first embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The photoelectric conversion device in this embodiment aims to generate terahertz waves with less phase noise by using adjacent frequency modes generated from a microscopic optical resonator in generating carriers used for communication. .

図1に本実施の形態における光電気変換装置1のブロック図を示す。図1において、100は無線端末である。無線端末100は1つであっても複数であってもよい。また移動端末であっても固定端末であってもよい。106は受信アンテナであり、無線端末100からの無線信号S1を受信する。受信アンテナ106は複数の無線端末100に対応すべく、複数のアンテナ素子よりなるアンテナアレイであってもよい。また、周波数等の複数の無線通信規格に対応する複数のアンテナ群より成るものであってもよい。情報信号復調部107は無線信号S1に含まれる伝送情報信号を復調する。情報信号復調部107はLTE、5G等、複数の無線通信規格に対応したものであってもよい。 FIG. 1 shows a block diagram of a photoelectric conversion device 1 in this embodiment. In FIG. 1, 100 is a wireless terminal. There may be one or more wireless terminals 100. Further, the terminal may be a mobile terminal or a fixed terminal. 106 is a receiving antenna, which receives the wireless signal S1 from the wireless terminal 100. The receiving antenna 106 may be an antenna array including a plurality of antenna elements to accommodate a plurality of wireless terminals 100. Furthermore, it may be made up of a plurality of antenna groups corresponding to a plurality of wireless communication standards such as frequencies. Information signal demodulation section 107 demodulates the transmission information signal included in radio signal S1. The information signal demodulation unit 107 may be compatible with multiple wireless communication standards such as LTE and 5G.

さらに図1において、101は単一周波数のレーザー光を発するレーザー発光部である。発光波長が1550nm又はその周辺の波長に合わせこまれた光を発するDFBレーザーが好ましい。102は微小光共振器であり、前記レーザー光で励起され、光周波数コムを生成する。光周波数コムとは、多数の光周波数モード列が等周波数(frep)間隔かつ光位相が揃った状態で櫛の歯状に立ち並んだ超離散マルチスペクトル構造を有する。微小光共振器102は半導体基板上に環状に形成されたものであってもよい。直径は40μm~400μmであってもよい。また、非線形光学効果を有する媒質であって、窒化ケイ素(Si)、ガリウム砒素アルミニウム(AlGaAs)、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、五酸化タンタル(Ta)、および窒化ガリウム(GaN)からなる群より選択される1種以上の媒質から構成されるものであってもよい。 Furthermore, in FIG. 1, reference numeral 101 is a laser emitting section that emits laser light of a single frequency. A DFB laser that emits light whose emission wavelength is tuned to 1550 nm or around 1550 nm is preferred. 102 is a microscopic optical resonator, which is excited by the laser beam and generates an optical frequency comb. An optical frequency comb has an ultra-discrete multispectral structure in which a large number of optical frequency mode arrays are arranged in a comb-like shape with equal frequency (f rep ) intervals and uniform optical phases. The micro optical resonator 102 may be formed in a ring shape on a semiconductor substrate. The diameter may be between 40 μm and 400 μm. In addition, it is a medium that has a nonlinear optical effect, and includes silicon nitride (Si 3 N 4 ), gallium aluminum arsenide (AlGaAs), lithium niobate (LiNbO 3 ), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), and gallium nitride ( It may be composed of one or more types of media selected from the group consisting of GaN).

微小光共振器102により生成された光周波数コムは光学的共振器長が短いため、隣接する光周波数モード間の差周波数(frep)を高くすることができる。周波数間隔(frep)は、例えば、100GHz以上3THz以下であってもよい。より好ましくは300GHz以上1THz以下であってもよい。さらに好ましくは350GHz以上600GHz以下であってもよい。一方、光ファイバーを用いたファイバー光周波数コムの場合、隣接光周波数モード間の差周波数は0.1~1GHz程度であり、例えば、ファイバー光周波数コムからテラヘルツ帯の光ビート周波数300GHzを得ようとすると、隣接ではなく間隔が3000~300モード離れた光周波数モードを抽出せざるを得ない。しかし、光周波数モード間の間隔が増えるほど、累積的に相対位相ノイズが増大する。 Since the optical frequency comb generated by the micro optical resonator 102 has a short optical resonator length, the difference frequency (f rep ) between adjacent optical frequency modes can be increased. The frequency interval (f rep ) may be, for example, 100 GHz or more and 3 THz or less. More preferably, the frequency may be 300 GHz or more and 1 THz or less. More preferably, it may be 350 GHz or more and 600 GHz or less. On the other hand, in the case of a fiber optical frequency comb using optical fibers, the difference frequency between adjacent optical frequency modes is about 0.1 to 1 GHz. For example, if you try to obtain an optical beat frequency of 300 GHz in the terahertz band from a fiber optical frequency comb, , it is necessary to extract optical frequency modes that are not adjacent but spaced apart by 3000 to 300 modes. However, as the spacing between optical frequency modes increases, the relative phase noise increases cumulatively.

104、105はそれぞれバンドパスフィルターであり、光周波数モード分離部を構成する。光周波数コムから互いに隣接する光周波数モード(νおよびν=ν-frep)をそれぞれ分離抽出する。なお、波長分割部としては、必ずしも図1のような1対のバンドパスフィルターで構成しなくともよい。代わりにAWG(アレイ導波路回折子)を用いてもよい。また、バンドパスフィルター104、105の経路の少なくともいずれか一方にヒーター等で構成された位相調整部を設けてもよい。 Reference numerals 104 and 105 each indicate a bandpass filter, which constitutes an optical frequency mode separation section. Optical frequency modes (ν 1 and ν 01 −f rep ) adjacent to each other are separated and extracted from the optical frequency comb. Note that the wavelength division section does not necessarily have to be composed of a pair of bandpass filters as shown in FIG. Alternatively, an AWG (arrayed waveguide diffraction device) may be used. Furthermore, a phase adjustment section configured with a heater or the like may be provided in at least one of the paths of the bandpass filters 104 and 105.

周波数νの光周波数モードm1(第1の光周波数モード)は光変調部108に送られ、ベースバンド信号S2に応じて変調を受ける。ベースバンド信号S2には情報信号復調部107によって復調された伝送情報信号が含まれる。複数の無線端末100から情報信号が送信されているときは、時分割で1本のストリームにしてもよい。また、第2の実施の形態で示される周波数分割チャネルにそれぞれ割り当ててもよい。光変調を受けた光周波数モードm1は、混合部120において光変調を受けていない光周波数モードm0と混合され、光増幅素子109を経て光電気変換部110に供給される。なお、光増幅素子109は光電気変換部に入力される光信号のレベルに応じて挿入されない場合もある。光電気変換部110は単一走行キャリアフォトダイオード(UTC-PD)等の光電気変換部で構成されるものであってもよい。 Optical frequency mode m1 (first optical frequency mode) with frequency ν 1 is sent to optical modulation section 108 and modulated according to baseband signal S2. The baseband signal S2 includes the transmission information signal demodulated by the information signal demodulation section 107. When information signals are being transmitted from a plurality of wireless terminals 100, they may be time-divided into one stream. Alternatively, the channels may be allocated to the frequency division channels shown in the second embodiment. The optical frequency mode m1 that has undergone optical modulation is mixed with the optical frequency mode m0 that has not undergone optical modulation in the mixing section 120, and is supplied to the photoelectric conversion section 110 via the optical amplification element 109. Note that the optical amplifying element 109 may not be inserted depending on the level of the optical signal input to the opto-electrical converter. The photoelectric converter 110 may be composed of a photoelectric converter such as a single traveling carrier photodiode (UTC-PD).

一方で周波数νの光周波数モードm0(第2の光周波数モード)は、混合部120および光増幅素子109を経て光電気変換部110に供給される。混合部120において、光周波数モードm1(ν)と光周波数モードm0(ν)とは混合され(S3)、これらの差周波数(frep)がテラヘルツ波として光電気変換部110から出力される。なお、混合部120を省いて、光周波数モードm0とm1を直接光電気変換部110に入力する構成であってもよい。光電気変換部110から出力されたテラヘルツ波はアンテナ111に入力され、前記テラヘラツ波S4はアンテナ111から空中に放射される。
また、本実施の形態では、光周波数モードm0に対しては変調をかけなかったが、本発明は光周波数モードm1、m0いずれかまたは双方の光周波数モードの少なくとも振幅、位相、又は双方を前記ベースバンド信号で変調してもよく、本実施の形態に限定されるものではない。
On the other hand, the optical frequency mode m0 (second optical frequency mode) having the frequency ν 0 is supplied to the opto-electric conversion unit 110 via the mixing unit 120 and the optical amplification element 109. In the mixing unit 120, the optical frequency mode m1 (ν 1 ) and the optical frequency mode m0 (ν 0 ) are mixed (S3), and their difference frequency (f rep ) is output from the opto-electric conversion unit 110 as a terahertz wave. Ru. Note that the configuration may be such that the mixing unit 120 is omitted and the optical frequency modes m0 and m1 are directly input to the opto-electric conversion unit 110. The terahertz wave outputted from the photoelectric converter 110 is input to the antenna 111, and the terahertz wave S4 is radiated into the air from the antenna 111.
Further, in this embodiment, the optical frequency mode m0 is not modulated, but the present invention modulates at least the amplitude, phase, or both of the optical frequency modes m1, m0, or both. Modulation may be performed using a baseband signal, and the present invention is not limited to this embodiment.

(第2の実施の形態)
以下第2の実施の形態について図2を用いて説明する。図2において、無線端末100、レーザー発光部101、微小光共振器102、アイソレーター103、バンドパスフィルター104、105、受信アンテナ106、情報信号復調部107、混合部120、光増幅素子109、光電気変換部110、送信アンテナ111については図1で示されたものと同等な機能を有する。
(Second embodiment)
The second embodiment will be described below using FIG. 2. In FIG. 2, a wireless terminal 100, a laser emitting unit 101, a microscopic optical resonator 102, an isolator 103, bandpass filters 104 and 105, a receiving antenna 106, an information signal demodulating unit 107, a mixing unit 120, an optical amplification element 109, a photoelectric The conversion unit 110 and the transmitting antenna 111 have the same functions as those shown in FIG.

本実施の形態では、第1の光変調部181および第2の光変調部182がそれぞれ光周波数モードm1、m0の経路に設けられている。光変調部181が振幅変調を行うものであるとすると、先の実施の形態のようにいずれかの光周波数モードのみを変調する場合、これらが混合して生じたビート信号は次式のように表記できる。
E0×E1(t)
ここでE1(t)は光周波数モードm1が振幅変調を受けていることを表し、E0は光周波数モードm0がCW信号であることを表す。さらに、光周波数モードm0にも光変調部182を導入し、2モードともに同レベルの振幅変調を施したとすると、ビート信号は、
E0(t)×E1(t)=E0(t)=E1(t)
となる。これは、振幅の変化が二乗で変化することで、より深い変調信号が得られることを意味し、その結果、変調信号のSNR、BERが顕著に改善される。
In this embodiment, the first optical modulator 181 and the second optical modulator 182 are provided in the paths of the optical frequency modes m1 and m0, respectively. Assuming that the optical modulator 181 performs amplitude modulation, when only one of the optical frequency modes is modulated as in the previous embodiment, the beat signal generated by mixing these modes is expressed as follows: Can be written.
E0×E1(t)
Here, E1(t) represents that the optical frequency mode m1 is subjected to amplitude modulation, and E0 represents that the optical frequency mode m0 is a CW signal. Furthermore, if the optical modulation section 182 is also introduced in the optical frequency mode m0 and the same level of amplitude modulation is applied to both modes, the beat signal becomes
E0(t)×E1(t)=E0(t) 2 =E1(t) 2
becomes. This means that a deeper modulation signal can be obtained by changing the amplitude in a square manner, and as a result, the SNR and BER of the modulation signal are significantly improved.

(第3の実施の形態)
光振幅変調を用いる場合、さらに構成を簡略化することができる。図3においてバンドパスフィルター1045は光周波数モードm1(周波数ν)およびこれと周波数frep間隔で隣接する光周波数モードm0(ν)を対で透過させる。光振幅変調部180はこれら1対の光モード信号m1、m0に対して同時に振幅変調を施す。その結果、より簡易な構成で、先述の第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
(Third embodiment)
When using optical amplitude modulation, the configuration can be further simplified. In FIG. 3, the bandpass filter 1045 transmits an optical frequency mode m1 (frequency ν 1 ) and an adjacent optical frequency mode m0 (ν 0 ) at a frequency f rep interval as a pair. The optical amplitude modulation section 180 simultaneously performs amplitude modulation on the pair of optical mode signals m1 and m0. As a result, the same effects as in the second embodiment described above can be obtained with a simpler configuration.

(第4の実施の形態)
光振幅変調を用いる場合、バンドパスフィルターを省いてもよい。図4に本実施の形態のブロック図を示す。図4において、光振幅変調部180は光周波数コム全体(時間軸では超短パルス信号)の振幅を変調する。その後、光増幅を行った後、光電気変換部に入射する。
(Fourth embodiment)
When using optical amplitude modulation, the bandpass filter may be omitted. FIG. 4 shows a block diagram of this embodiment. In FIG. 4, an optical amplitude modulation section 180 modulates the amplitude of the entire optical frequency comb (ultrashort pulse signal on the time axis). After that, the light is amplified and then enters the photoelectric conversion section.

(第5の実施の形態)
以下、第5の実施の形態について説明する。本実施の形態においては、光変調部108は、光周波数モード(m1)から4本の光サブキャリア群を生成し、4ビットストリームで構成されるベースバンド信号S2に応じてこれらの光サブキャリア群を周波数分割多重変調する構成を有することを特徴とする。具体的な構成を図5のブロック図に示す。変調部108以外の構成部品は図1で示されたものと同様であってもよいので、ここでは省略する。なお、本実施の形態では多重化数を4とするが、本発明はこれに限定されるものではない。
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment will be described below. In this embodiment, the optical modulation unit 108 generates four optical subcarrier groups from the optical frequency mode (m1), and modulates these optical subcarriers according to the baseband signal S2 composed of a 4-bit stream. It is characterized by having a configuration in which the group is subjected to frequency division multiplex modulation. The specific configuration is shown in the block diagram of FIG. Components other than the modulation section 108 may be the same as those shown in FIG. 1, and therefore will not be described here. Note that in this embodiment, the number of multiplexing is 4, but the present invention is not limited to this.

図5において、1081は局部発振素子を、1083は光変調素子をそれぞれ示す。局部発振素子1081と光変調素子1083は第1の光サブキャリア生成部を構成する。また、1082は局部発振素子を、1084は光変調素子をそれぞれ示す。局部発振素子1082と光変調素子1084は第2の光サブキャリア生成部を構成する。 In FIG. 5, 1081 represents a local oscillation element, and 1083 represents a light modulation element. Local oscillation element 1081 and optical modulation element 1083 constitute a first optical subcarrier generation section. Further, 1082 indicates a local oscillation element, and 1084 indicates a light modulation element. Local oscillation element 1082 and optical modulation element 1084 constitute a second optical subcarrier generation section.

局部発振素子1081および局部発振素子1082は電気的に動作するものであってもよい。本実施の形態においては、発振周波数Δfは後述の局部発振素子1082の発振周波数Δfの1.5倍とする。発振周波数Δfは5GHz~50GHzが好ましく、発振周波数Δfは7.5GHz~75GHzが好ましい。発振周波数Δfを2倍したもの(2Δf)は、後述のように、周波数分割多重変調における1チャンネルあたりの周波数帯域となる。この周波数帯域2Δfは10GHz~50GHzであることがさらに好ましい。また、光変調素子1083および光変調素子1084は、それぞれ局部発振素子の出力で位相変調したもの、好ましくはDSB変調したものであってもよい。 Local oscillation element 1081 and local oscillation element 1082 may operate electrically. In this embodiment, the oscillation frequency Δf 1 is 1.5 times the oscillation frequency Δf 2 of the local oscillation element 1082, which will be described later. The oscillation frequency Δf 2 is preferably 5 GHz to 50 GHz, and the oscillation frequency Δf 1 is preferably 7.5 GHz to 75 GHz. The value obtained by doubling the oscillation frequency Δf 2 (2Δf 2 ) becomes the frequency band per channel in frequency division multiplex modulation, as will be described later. More preferably, this frequency band 2Δf 2 is between 10 GHz and 50 GHz. Further, the light modulation element 1083 and the light modulation element 1084 may each be phase modulated by the output of a local oscillation element, preferably DSB modulated.

さらに図5において、1085はアレイ導波路回折子(AWG)であり、局部発振素子1082と光変調素子1084によって生成された光サブキャリア群(C11、C12、C21、C22)をすべて分離するものである。なおC11、C12、C21、C22の光サブキャリア群を分離しつつ、それら以外の波長の光波を遮断するために、アレイ導波路回折子1085に代えて波長選択スイッチ(WSS)を用いてもよい。1086~1089は光変調素子であり、情報信号S2の各ビットストリーム(bit~bit)に応じて各光サブキャリアに光変調をかける。変調方式はQPSK、QAM、等の振幅変調、位相変調、又はこれらの双方を含む方式であってもよい。光変調された各光サブキャリアは再び合波され、周波数分割多重信号として変調部108から出力され、光電気変換部110に入力する。 Furthermore, in FIG. 5, 1085 is an arrayed waveguide diffraction element (AWG) that separates all the optical subcarrier groups (C11, C12, C21, C22) generated by the local oscillation element 1082 and the optical modulation element 1084. be. Note that a wavelength selective switch (WSS) may be used instead of the arrayed waveguide diffraction element 1085 in order to separate the optical subcarrier groups C11, C12, C21, and C22 while blocking light waves of wavelengths other than those. . Optical modulation elements 1086 to 1089 apply optical modulation to each optical subcarrier according to each bit stream (bit 0 to bit 3 ) of the information signal S2. The modulation method may be amplitude modulation such as QPSK or QAM, phase modulation, or a method including both of these. The optically modulated optical subcarriers are multiplexed again, outputted from the modulation section 108 as a frequency division multiplexed signal, and inputted to the opto-electrical conversion section 110.

本実施の形態の動作について図6を参照しながら以下説明する。同図(a)において、変調部108には光周波数モードm1が入力する。光周波数モードm1はバンドパスフィルター104によって光周波数コムから分離されたものである。なお、光周波数モードm1と隣接する光周波数モードm0は、光周波数モードm1から微小共振器102の共振周波数と等しい周波数(frep)離れた通過帯域のバンドパスフィルター105によって分離され、変調部108を経由せずに光電気変換部110に入力する。 The operation of this embodiment will be described below with reference to FIG. In FIG. 3A, an optical frequency mode m1 is input to the modulation section 108. Optical frequency mode m1 is separated from the optical frequency comb by bandpass filter 104. Note that the optical frequency mode m1 and the adjacent optical frequency mode m0 are separated by a bandpass filter 105 whose pass band is separated from the optical frequency mode m1 by a frequency (f rep ) equal to the resonant frequency of the microresonator 102, and The signal is input to the photoelectric conversion unit 110 without passing through.

局部発振素子1081と光変調素子1083は、光周波数モードm1の低周波側と高周波側(以降、両側)のそれぞれΔf離れた周波数位置に、第1の光サブキャリアC1、C2を生成する(同図(b))。さらに局部発振素子1082と光変調素子1083は各光サブキャリアC1、C2の両側のそれぞれΔf離れた周波数位置に第2の光サブキャリアC11、C12、C21、C22を生成する。光サブキャリアC11とC12との周波数間隔および光サブキャリアC21とC22との周波数間隔はいずれも2Δfとなる(同図(c))。ここで、Δf=1.5×Δfの関係にあれば、キャリアC12とC21との周波数間隔も2Δfとなる。例えば、Δf=37.5GHz、Δf=25GHzとしたとき、光サブキャリアC11、C12、C21、C22はすべて50GHz間隔で並ぶ。 The local oscillation element 1081 and the optical modulation element 1083 generate first optical subcarriers C1 and C2 at frequency positions separated by Δf 1 on the low frequency side and high frequency side (hereinafter referred to as both sides) of the optical frequency mode m1 ( Figure (b)). Furthermore, the local oscillation element 1082 and the optical modulation element 1083 generate second optical subcarriers C11, C12, C21, and C22 at frequency positions separated by Δf 2 on both sides of each optical subcarrier C1 and C2, respectively. The frequency interval between optical subcarriers C11 and C12 and the frequency interval between optical subcarriers C21 and C22 are both 2Δf 2 ((c) in the figure). Here, if there is a relationship of Δf 1 =1.5×Δf 2 , the frequency interval between carriers C12 and C21 will also be 2Δf 2 . For example, when Δf 1 =37.5 GHz and Δf 2 =25 GHz, optical subcarriers C11, C12, C21, and C22 are all arranged at 50 GHz intervals.

光変調素子1086~1089は、情報信号S2の各ビットストリーム(bit~bit)に応じて光サブキャリアC11、C12、C21、C22に光変調を施す。各変調信号の帯域幅は2Δf以下であればよい。一般的には、周波数分割で情報を伝送する場合、分割数を増やした方が、個々の周波数チャネルの帯域を狭めることができ、変復調における信号処理回路の設計が容易になる。しかし一方で、各チャネルのフロントホール間の伝送速度が低下するため、遅延が発生しやすくなる。特に本実施の形態で開示の技術を基地局と交換局間のような大容量回線に適用する場合、遅延の発生は極力抑えるべきである。よって、最大100Gbpsの情報を伝送する場合、各周波数チャネルの帯域すなわち前記第2の光サブキャリアの周波数間隔(2Δf)は10GHz以上50GHz以下であることが望ましい。 Optical modulation elements 1086 to 1089 perform optical modulation on optical subcarriers C11, C12, C21, and C22 according to each bit stream (bit 0 to bit 3 ) of information signal S2. The bandwidth of each modulation signal may be 2Δf 2 or less. Generally, when transmitting information by frequency division, increasing the number of divisions allows narrowing the band of each frequency channel, which facilitates the design of signal processing circuits for modulation and demodulation. However, on the other hand, since the transmission speed between the fronthaul of each channel decreases, delays are more likely to occur. In particular, when the technology disclosed in this embodiment is applied to a large capacity line such as between a base station and a switching center, the occurrence of delay should be suppressed as much as possible. Therefore, when transmitting information at a maximum of 100 Gbps, it is preferable that the band of each frequency channel, that is, the frequency interval (2Δf 2 ) of the second optical subcarriers is 10 GHz or more and 50 GHz or less.

なお、前記の実施の形態において、光周波数コムからバンドパスフィルター等を通して分離した光周波数モードをそのまま変調し、光増幅素子を通して光電気変換部に供給したが、非特許文献3に示されているように、励起用とは別のレーザーを用い、これらを所望の光周波数モードに対してインジェクションロッキングさせ、これらのレーザーの出力光に対して変調等を行ってもよい。 In the above embodiment, the optical frequency mode separated from the optical frequency comb through a bandpass filter or the like is directly modulated and supplied to the opto-electrical converter through the optical amplification element, but as shown in Non-Patent Document 3 Similarly, lasers other than those for excitation may be used, and these lasers may be injection-locked to a desired optical frequency mode, and the output light of these lasers may be modulated.

(第6の実施の形態)
以下、本発明の第6の実施の形態について説明する。図7は本実施の形態のブロック図である。図7において、変調部108は、光周波数モードm1を分割し2本の光サブキャリアP1、P2を生成する光分割素子(ビームスプリッター)1180を有する。さらに、2ビットのストリームで構成されるベースバンド信号S2に応じて光サブキャリアP1、P2を独立に変調する光変調素子1181、1182を有する。
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the present invention will be described below. FIG. 7 is a block diagram of this embodiment. In FIG. 7, the modulator 108 includes a light splitting element (beam splitter) 1180 that splits the optical frequency mode m1 and generates two optical subcarriers P1 and P2. Furthermore, it has optical modulation elements 1181 and 1182 that independently modulate optical subcarriers P1 and P2 according to baseband signal S2 composed of a 2-bit stream.

さらに光電気変換部110は光電気変換部子1101、1102より構成され、それぞれ変調を受けた光サブキャリアP1、P2を周波数frepのテラヘルツ信号に変換する。光電気変換部1101、1102はそれぞれから出射するテラヘルツ波の偏波がそれぞれ直交するように設置されている。 Further, the opto-electric converter 110 is composed of opto-electric converters 1101 and 1102, which convert modulated optical subcarriers P1 and P2, respectively, into terahertz signals having a frequency f rep . The photoelectric converters 1101 and 1102 are installed so that the polarizations of the terahertz waves emitted from each are orthogonal to each other.

本実施例においては、キャリア周波数を300GHzとしたときのシステム全体の伝送ゲインを、送信の各ステップにおける損失を考慮した上で見積もった。結果を図8に示す。なお、伝送情報信号の帯域は25GHzとした。 In this example, the transmission gain of the entire system when the carrier frequency is 300 GHz was estimated in consideration of the loss at each step of transmission. The results are shown in FIG. Note that the band of the transmission information signal was 25 GHz.

まず、光周波数コムから光周波数モード分離部によって任意の光周波数モード(m1)が分離されるが、アレイ導波路回折格子AWGを用いた場合、6dB程度の損失が発生する可能性がある。次に光変調器で10dB、合波の過程で6dB、合計22dBの損失が発生する。そこで本実施例では、光増幅器を用いて30dBのゲインアップを図っている。すなわち、ここまでの利得は8dBとなるため、光周波数コムの1モード当たりを15mW(11.76dBm)とした場合、光増幅器からは94mW(19.76dBm)の光が出力される。 First, an arbitrary optical frequency mode (m1) is separated from the optical frequency comb by an optical frequency mode separation section, but when an arrayed waveguide grating AWG is used, a loss of about 6 dB may occur. Next, a loss of 10 dB occurs in the optical modulator and 6 dB in the multiplexing process, for a total of 22 dB. Therefore, in this embodiment, an optical amplifier is used to increase the gain by 30 dB. That is, the gain up to this point is 8 dB, so if each mode of the optical frequency comb is 15 mW (11.76 dBm), the optical amplifier outputs 94 mW (19.76 dBm) of light.

しかし、次段のバンドパスフィルターで3dBの損失が、さらに光電気変換部では変換効率による損失が発生する。UTC-PDの場合、損失は出力(S4)の周波数によって大きく変化し、300GHzのときの損失は約30dB、600GHzでは約35dBに達する。キャリア周波数を300GHzとすれば、系全体の利得は-25dBとなり、約47μW(-13.24dBm)となる。 However, a 3 dB loss occurs in the next-stage bandpass filter, and a further loss occurs due to conversion efficiency in the photoelectric conversion section. In the case of UTC-PD, the loss varies greatly depending on the frequency of the output (S4), and the loss reaches approximately 30 dB at 300 GHz and approximately 35 dB at 600 GHz. If the carrier frequency is 300 GHz, the gain of the entire system is -25 dB, which is approximately 47 μW (-13.24 dBm).

次に、微小光共振器を使って発生させた光周波数コム(マイクロ光コム)のモード間隔(frep)相対位相ノイズの測定結果について説明する。図9にfrep相対位相ノイズ実験系を示す。マイクロ光コムはEr添加ファイバー増幅器(EDFA)で光増幅された後、2経路に分割される。一方は音響光学変調(AOM)素子による周波数シフトが行われる。もう一方には時間的な操作(遅延等)が施される。 Next, the measurement results of the mode spacing (f rep ) relative phase noise of an optical frequency comb (micro optical comb) generated using a micro optical resonator will be explained. FIG. 9 shows the f rep relative phase noise experimental system. After the micro-optical comb is optically amplified by an Er-doped fiber amplifier (EDFA), it is split into two paths. On the one hand, frequency shifting is performed by an acousto-optic modulation (AOM) element. On the other side, temporal manipulation (delay, etc.) is performed.

両経路を再度合流させた後、バンドパスフィルターで任意の光周波数モード対を抽出し、ミキシング処理を行った信号に対してFFT(高速フーリエ変換)分析を行う。光周波数コムの各モードの間隔はテラヘルツ周波数帯域にあり、相対位相ノイズを直接測定するには高速広帯域かつ高精度のスペクトルアナライザが必要となる。しかし本実施例の方法を用いれば、FFTが分析するのはAOM素子の動作周波数帯域の信号であり、しかも相対位相ノイズが転写されているので、低速なスペクトルアナライザでも高精度に相対位相ノイズを測定することができる。 After the two paths are combined again, an arbitrary optical frequency mode pair is extracted using a bandpass filter, and FFT (fast Fourier transform) analysis is performed on the mixed signal. The spacing between each mode of an optical frequency comb is in the terahertz frequency band, and direct measurement of relative phase noise requires a high-speed, wideband, and highly accurate spectrum analyzer. However, if the method of this embodiment is used, what the FFT analyzes is a signal in the operating frequency band of the AOM element, and since the relative phase noise is transferred, even a slow spectrum analyzer can accurately analyze the relative phase noise. can be measured.

図9に示した実験系で測定した相対位相ノイズの測定結果を図10に示す。光周波数コムの周波数間隔は560GHzであり、オフセット周波数10kHzにおける相対位相ノイズは-60dB程度であることが確認された。 FIG. 10 shows the measurement results of relative phase noise measured using the experimental system shown in FIG. 9. It was confirmed that the frequency interval of the optical frequency comb is 560 GHz, and the relative phase noise at an offset frequency of 10 kHz is about -60 dB.

(第3の実施例)
本実施例ではテラヘルツ波の位相ノイズの測定実験について、評価を実施するための実験系(構成)と結果を説明する。図11に実験系を示す。560GHzのコムモード間隔を有するマイクロ光コムを光電気変換部(単一走行キャリアフォトダイオード)に入力することで発生させたテラヘルツ波を、サブハーモニックミキサ(SHM)に入射する。SHMは、テラヘルツ波と周波数逓倍した局部発振器(LO)信号をミキシングすることで、両者の差周波に相当するIF信号をRF帯に生成する。このIF信号をRFスペクトルアナライザで測定する。また、IF信号をフーリエ変換することにより、IF信号(テラヘルツ波に相当)に位相ノイズスペクトルを得ることができる。
(Third example)
In this example, an experimental system (configuration) for evaluating phase noise of terahertz waves and results will be described. Figure 11 shows the experimental system. A terahertz wave generated by inputting a micro optical comb having a comb mode spacing of 560 GHz to a photoelectric converter (single traveling carrier photodiode) is input to a subharmonic mixer (SHM). SHM mixes a terahertz wave and a frequency-multiplied local oscillator (LO) signal to generate an IF signal in the RF band corresponding to the difference frequency between the two. This IF signal is measured with an RF spectrum analyzer. Further, by Fourier transforming the IF signal, a phase noise spectrum can be obtained from the IF signal (corresponding to a terahertz wave).

図12と図13に実験結果を示す。図12は、IF信号の周波数スペクトルを示しており、良好なSN比が得られている。また、図13は、IF信号の位相ノイズスペクトルを示している。比較のため、図10のfrep相対位相ノイズスペクトルも併せて示している。両者の比較から、frep相対位相ノイズ特性を光テラヘルツ変換過程において損ねること無く、テラヘルツ波に転送出来ていることが分かる。 Experimental results are shown in FIGS. 12 and 13. FIG. 12 shows the frequency spectrum of the IF signal, and a good SN ratio is obtained. Moreover, FIG. 13 shows the phase noise spectrum of the IF signal. For comparison, the f rep relative phase noise spectrum of FIG. 10 is also shown. A comparison between the two shows that the f rep relative phase noise characteristics can be transferred to the terahertz wave without loss in the optical terahertz conversion process.

本発明は、移動端末から集めた情報を交換局に伝送する無線基地局や無線基地局間で情報の伝送を行う中継局などにおいて、光周波数コムを生成する微小光共振器を用いてテラヘルツ波を発生させる光電気変換装置に用いることができる。 The present invention uses a micro optical resonator that generates an optical frequency comb to generate terahertz waves at wireless base stations that transmit information collected from mobile terminals to a switching center or relay stations that transmit information between wireless base stations. It can be used in photoelectric conversion devices that generate .

1 光電気変換装置
100 無線端末
101 レーザー発光部
102 微小光共振器
103 アイソレーター
104、105 バンドパスフィルター
106 受信アンテナ
107 情報信号復調部
108 光変調部
180 光振幅変調部
181 第1の光変調部
182 第2の光変調部
109 光増幅素子
110 光電気変換部
120 混合部
1081、1082 局部発振素子
1083、1084 光変調素子
1085 アレイ導波路回折子(AWG)
1086~1089 光変調素子
1101、1102 光電気変換部
1180 光分割素子
1181、1182 光変調素子

1 Optoelectric conversion device 100 Wireless terminal 101 Laser emitting unit 102 Microscopic optical resonator 103 Isolators 104, 105 Bandpass filter 106 Receiving antenna 107 Information signal demodulating unit 108 Optical modulating unit 180 Optical amplitude modulating unit 181 First optical modulating unit 182 Second optical modulation section 109 Optical amplification element 110 Photoelectric conversion section 120 Mixing section 1081, 1082 Local oscillation element 1083, 1084 Optical modulation element 1085 Arrayed waveguide diffraction element (AWG)
1086 to 1089 Light modulation elements 1101, 1102 Photoelectric conversion unit 1180 Light splitting elements 1181, 1182 Light modulation elements

Claims (11)

単一周波数のレーザー光を発するレーザー発光部と、
前記レーザー光で励起され、100GHz以上3THz以下の周波数間隔を有する光周波数コムを生成する微小光共振器と、
前記光周波数コムにおいて互いに隣接する第1および第2の光周波数モードの少なくともいずれかの光周波数モードに対して、振幅と位相の少なくとも一方を伝送情報信号からなるベースバンド信号で変調する光変調部と、
前記変調された第1および第2の光周波数モードを混合する混合部と、
前記混合部の出力信号を電気信号に変換する光電気変換部を備えた光電気変換装置。
a laser emitting part that emits laser light of a single frequency;
a microscopic optical resonator that is excited by the laser beam and generates an optical frequency comb having a frequency interval of 100 GHz or more and 3 THz or less;
an optical modulator that modulates at least one of the amplitude and phase of at least one of the first and second optical frequency modes adjacent to each other in the optical frequency comb with a baseband signal consisting of a transmission information signal; and,
a mixing unit that mixes the modulated first and second optical frequency modes;
A photoelectric conversion device comprising a photoelectric conversion section that converts an output signal of the mixing section into an electrical signal.
前記第1および第2の光周波数モードのそれぞれに対して第1の光変調部と第2の光変調部が設けられている、請求項1に記載の光電気変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein a first optical modulation section and a second optical modulation section are provided for each of the first and second optical frequency modes. 前記第1の光周波数モードと前記第2の光周波数モードの対を併せて分離抽出し、前記光変調部は前記対に対して振幅変調を施す、請求項1に記載の光電気変換装置。 2. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the pair of the first optical frequency mode and the second optical frequency mode are separated and extracted together, and the optical modulator performs amplitude modulation on the pair. 前記光変調部は前記光周波数コムの振幅を変調し、前記光周波数コムを前記光電気変換部に供給する請求項1に記載の光電気変換装置。 The opto-electric conversion device according to claim 1, wherein the optical modulator modulates the amplitude of the optical frequency comb and supplies the optical frequency comb to the opto-electric converter. 前記周波数間隔は300GHz以上1THz以下である請求項1に記載の光電気変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the frequency interval is 300 GHz or more and 1 THz or less. 前記光電気変換部は単一走行キャリアフォトダイオードより成る請求項5に記載の光電気変換装置。 6. The photoelectric conversion device according to claim 5, wherein the photoelectric conversion section comprises a single carrier photodiode. 前記微小光共振器は非線形光学効果を有する媒質であって、窒化ケイ素(Si)、ガリウム砒素アルミニウム(AlGaAs)、ニオブ酸リチウム(LiNbO)、五酸化タンタル(Ta)、および窒化ガリウム(GaN)からなる群より選択される1種以上の媒質から構成される請求項5に記載の光電気変換装置。 The micro optical resonator is a medium having a nonlinear optical effect, and is made of silicon nitride (Si 3 N 4 ), gallium aluminum arsenide (AlGaAs), lithium niobate (LiNbO 3 ), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), and gallium nitride (GaN). 前記光変調部は、前記第1の光周波数モードから複数の光サブキャリア群を生成する光サブキャリア生成部と、前記ベースバンド信号に応じて前記光サブキャリア群を独立に変調する光変調素子群を有する、請求項5に記載の光電気変換装置。 The optical modulation section includes an optical subcarrier generation section that generates a plurality of optical subcarrier groups from the first optical frequency mode, and an optical modulation element that independently modulates the optical subcarrier groups according to the baseband signal. The photoelectric conversion device according to claim 5, having a group. 前記光変調部は、前記第1の光周波数モードから両側にそれぞれ第1の差周波数離れた第1の光サブキャリア群を生成する第1の光サブキャリア生成部と、前記各光サブキャリア群から両側にそれぞれ第2の差周波数離れた第2の光サブキャリア群を生成する第2の光サブキャリア生成部と、前記ベースバンド信号に応じて前記第2の光サブキャリア群を周波数分割多重変調する光変調素子を有する、請求項8に記載の光電気変換装置。 The optical modulation unit includes a first optical subcarrier generation unit that generates first optical subcarrier groups separated by a first difference frequency on both sides from the first optical frequency mode, and each of the optical subcarrier groups. a second optical subcarrier generation unit that generates a second optical subcarrier group separated by a second difference frequency on both sides, and frequency division multiplexing of the second optical subcarrier group according to the baseband signal; The photoelectric conversion device according to claim 8, comprising a light modulation element for modulation. 前記第2の光サブキャリア群の周波数間隔は10GHz以上50GHz以下である、請求項8に記載の光電気変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 8, wherein a frequency interval of the second optical subcarrier group is 10 GHz or more and 50 GHz or less. 前記光変調部は、前記第1の光周波数モードを2本の光サブキャリアに分割する光分割素子と、前記ベースバンド信号に応じて前記光サブキャリアをそれぞれ独立に変調する光変調素子群とを有し、また、前記光電気変換部はそれぞれ出射波の偏波が直交する1対の光電気変換部を有し、変調を受けた前記2本のサブキャリアはそれぞれ前記1対の光電気変換部に供給される、請求項8に記載の光電気変換装置。

The optical modulation section includes an optical splitting element that divides the first optical frequency mode into two optical subcarriers, and a group of optical modulation elements that independently modulate the optical subcarriers according to the baseband signal. Further, each of the opto-electric converters has a pair of opto-electric converters whose output waves have orthogonal polarizations, and the two modulated subcarriers each have a pair of opto-electric converters whose polarizations are orthogonal to each other, and each of the two modulated subcarriers The photoelectric conversion device according to claim 8, which is supplied to a conversion section.

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