JP3515116B2 - Ｒｆ成分を有する光周波数の発生 - Google Patents
Ｒｆ成分を有する光周波数の発生Info
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、光搬送波を有する信号を発生するための方
法に関する。それは、光媒体によって搬送される無線周
波数（RF）の変調の生成に特に応用される。
法に関する。それは、光媒体によって搬送される無線周
波数（RF）の変調の生成に特に応用される。
情報内容によって光ビームを変調する原理は十分に確
立され、これを達成する色々な方法が知られている。幾
つかの装置は、入力バイアス電圧を変化させることによ
る光源（通常はレーザ）の制御を含む。他の装置では、
発生されたビームの通路内（通常は光ファイバ上）の光
学的装置を使用してビームを遮断する。この目的のため
の既知の光学的装置は、マッハゼンタ干渉計である。こ
の装置の原理は光ビームを２本の経路に分離し、その一
方或いは双方を光ビームが通過する媒体の屈折率が、そ
れに加えられる電位の関数に従って変化する。電気信号
をその一方或いは両方の経路に供給することによって、
２本のビームの経路の長さの差を変えることができるの
で、再結合されたビームは、加えられる電界に応じて建
設的に或いは破壊的に干渉する。従って再結合されたビ
ームは、変化する電気入力信号に応じて変化する。
立され、これを達成する色々な方法が知られている。幾
つかの装置は、入力バイアス電圧を変化させることによ
る光源（通常はレーザ）の制御を含む。他の装置では、
発生されたビームの通路内（通常は光ファイバ上）の光
学的装置を使用してビームを遮断する。この目的のため
の既知の光学的装置は、マッハゼンタ干渉計である。こ
の装置の原理は光ビームを２本の経路に分離し、その一
方或いは双方を光ビームが通過する媒体の屈折率が、そ
れに加えられる電位の関数に従って変化する。電気信号
をその一方或いは両方の経路に供給することによって、
２本のビームの経路の長さの差を変えることができるの
で、再結合されたビームは、加えられる電界に応じて建
設的に或いは破壊的に干渉する。従って再結合されたビ
ームは、変化する電気入力信号に応じて変化する。
光信号によって搬送される変調に対して、無線周波数
の範囲内に搬送波周波数を含むことが知られている。´
ファイバによる無線（Radio by Fiber）´として知られ
るこの原理は、RF搬送波を含む無線信号が１つの場所で
発生され、別の遠隔の場所から大気を通して伝送され
る。信号は、通常光ファイバによってこれらの場所の間
を搬送される。これによって大気を通して送信される信
号の発信点にある装置は、非常に簡単なものにすること
が許容される。その最も簡単な形状の場合、光入力を電
気信号へ変換するための検出器と、大気を通して電気信
号を伝送するためのアンテナだけを具備することが必要
とされる。これは、アンテナが、丘の頂上のような接近
が困難な点に配置されなければならないという状況にお
いて特に有効である。なぜならば、特に局部発振器で無
線周波数搬送波を発生するために必要な複雑な装置は、
別のより接近の容易な場所に配置することができるから
である。更に、全てのアンテナによって送信される搬送
波を発生するためにただ１個の局部発振器しか必要ない
ので、１つの信号を幾つかのアンテナの位置に送信する
分岐ネットワークにおいて経済的に構成することができ
る。
の範囲内に搬送波周波数を含むことが知られている。´
ファイバによる無線（Radio by Fiber）´として知られ
るこの原理は、RF搬送波を含む無線信号が１つの場所で
発生され、別の遠隔の場所から大気を通して伝送され
る。信号は、通常光ファイバによってこれらの場所の間
を搬送される。これによって大気を通して送信される信
号の発信点にある装置は、非常に簡単なものにすること
が許容される。その最も簡単な形状の場合、光入力を電
気信号へ変換するための検出器と、大気を通して電気信
号を伝送するためのアンテナだけを具備することが必要
とされる。これは、アンテナが、丘の頂上のような接近
が困難な点に配置されなければならないという状況にお
いて特に有効である。なぜならば、特に局部発振器で無
線周波数搬送波を発生するために必要な複雑な装置は、
別のより接近の容易な場所に配置することができるから
である。更に、全てのアンテナによって送信される搬送
波を発生するためにただ１個の局部発振器しか必要ない
ので、１つの信号を幾つかのアンテナの位置に送信する
分岐ネットワークにおいて経済的に構成することができ
る。
これらの装置のための検出器は、通常、光検出器であ
る。これは、入射光の強度によって変化する電気出力を
生成する。従ってこの電気出力は、光搬送波周波数無し
に、変調に対応する。
る。これは、入射光の強度によって変化する電気出力を
生成する。従ってこの電気出力は、光搬送波周波数無し
に、変調に対応する。
既知の光システムは、特に高い無線周波数（数十GHz
程度の）の正確な送信に関して、数多くの実際的な制限
を有する。周波数がミリメータの帯域（数十ギガヘル
ツ）に近付く時、レーザ装置、それ自身の本質的な物理
的限界のために、入力バイアス電圧に信号を供給するこ
とによってレーザの直接の変調を達成することは益々困
難になる。高い周波数は、その効率を下げる制約を加え
る非常に小さい寸法を必要とするので、同じような制約
が上で説明されたマッハツェンダ干渉計のような変調装
置にも適用される。さらに電気信号と光信号との間の速
度整合を達成し維持することもより困難になる。
程度の）の正確な送信に関して、数多くの実際的な制限
を有する。周波数がミリメータの帯域（数十ギガヘル
ツ）に近付く時、レーザ装置、それ自身の本質的な物理
的限界のために、入力バイアス電圧に信号を供給するこ
とによってレーザの直接の変調を達成することは益々困
難になる。高い周波数は、その効率を下げる制約を加え
る非常に小さい寸法を必要とするので、同じような制約
が上で説明されたマッハツェンダ干渉計のような変調装
置にも適用される。さらに電気信号と光信号との間の速
度整合を達成し維持することもより困難になる。
マッハツェンダ光変調装置によって信号を供給するこ
とに関する別の問題もある。上で説明されたように、こ
れらの変調装置の原理は、マッハツェンダ干渉計の電気
入力に印加される電圧が増加するのに従って、光経路長
の差が増大するというものである。その結果２本の光経
路は同位相になり、また位相が外れるので、干渉計を通
り抜ける光の量は、印加された電圧の線形関数でではな
く、周期的関数として変化する。この入力に対する非線
形の応答特性は、一定の振幅の信号だけが正確に再生成
されるであろうことを意味する。Ｏ′Reilly氏およびLa
ne氏による提案（Electric Letters,Vol 28,No25,2309
頁）は、これらの問題の第１のものを取り扱っている。
この提案において、RF帯域内の周波数ωを有する電気信
号は、光変調装置の制御入力へ供給される。発生された
光出力が、変調装置へ供給される元の光信号の光搬送波
周波数を中心とする２つの側帯波によって決定される信
号によって変調され、各々は電気信号の周波数ωだけ光
搬送波周波数から離されるように、この変調装置はバイ
アスされる。これらの側波帯は、光検出器のような光受
信器で和のビートと差のビートを生成する。“和”のビ
ートは光搬送波周波数の２倍である。“差”のビート
は、RF帯域内の周波数２ωである。光電型受信器は光周
波数の“和”のビートに対して敏感でなく、“差”の周
波数で電気信号を発生する。従ってこの提案は、制御入
力に供給される電気信号の２倍の周波数である光ビーム
によって搬送される出力信号を生成する。
とに関する別の問題もある。上で説明されたように、こ
れらの変調装置の原理は、マッハツェンダ干渉計の電気
入力に印加される電圧が増加するのに従って、光経路長
の差が増大するというものである。その結果２本の光経
路は同位相になり、また位相が外れるので、干渉計を通
り抜ける光の量は、印加された電圧の線形関数でではな
く、周期的関数として変化する。この入力に対する非線
形の応答特性は、一定の振幅の信号だけが正確に再生成
されるであろうことを意味する。Ｏ′Reilly氏およびLa
ne氏による提案（Electric Letters,Vol 28,No25,2309
頁）は、これらの問題の第１のものを取り扱っている。
この提案において、RF帯域内の周波数ωを有する電気信
号は、光変調装置の制御入力へ供給される。発生された
光出力が、変調装置へ供給される元の光信号の光搬送波
周波数を中心とする２つの側帯波によって決定される信
号によって変調され、各々は電気信号の周波数ωだけ光
搬送波周波数から離されるように、この変調装置はバイ
アスされる。これらの側波帯は、光検出器のような光受
信器で和のビートと差のビートを生成する。“和”のビ
ートは光搬送波周波数の２倍である。“差”のビート
は、RF帯域内の周波数２ωである。光電型受信器は光周
波数の“和”のビートに対して敏感でなく、“差”の周
波数で電気信号を発生する。従ってこの提案は、制御入
力に供給される電気信号の２倍の周波数である光ビーム
によって搬送される出力信号を生成する。
さらにＯ′Reilly氏およびLane氏は、光フィルタを使
用して２つの側波帯を分離することによって情報を含む
変調をこの出力信号に適用し、第２の光変調装置を使用
して、それらの一方を情報内容によって変調し、第２の
無線周波数の搬送波２ωによって変調され、さらに情報
内容によって変調された光搬送波を有する出力を発生す
るためにそれらを再結合する方法を提案している。しか
しながら、このさらに行う光変調は、上で説明された非
線形型になり、光学的損失をもたらす光フィルタと第２
の光変調装置の使用を必要とする。
用して２つの側波帯を分離することによって情報を含む
変調をこの出力信号に適用し、第２の光変調装置を使用
して、それらの一方を情報内容によって変調し、第２の
無線周波数の搬送波２ωによって変調され、さらに情報
内容によって変調された光搬送波を有する出力を発生す
るためにそれらを再結合する方法を提案している。しか
しながら、このさらに行う光変調は、上で説明された非
線形型になり、光学的損失をもたらす光フィルタと第２
の光変調装置の使用を必要とする。
本発明の第１の態様によると、第１のRF搬送波周波数
と情報成分とを含む第１のRF成分を有する変調された光
信号を発生する方法が提供され、その方法は以下のステ
ップを具備する。
と情報成分とを含む第１のRF成分を有する変調された光
信号を発生する方法が提供され、その方法は以下のステ
ップを具備する。
ｉ）前記第１のRF搬送波周波数と異なる第２のRF搬送波
周波数を含む第２のRF成分を有する第１の光信号を発生
し、 ii）前記第１のRF周波数と異なる第３のRF搬送波周波数
を含む第３のRF成分を有する制御信号を発生し、 前記第２或いは前記第３のRF成分が情報内容を含んで
おり、 iii）第１の光信号を光変調装置へ供給し、 iv）前記第１のRF搬送波周波数と前記情報成分によって
変調された出力光信号を生成するように第１の光信号を
変調するために光変調装置へ制御信号を供給し、前記第
１の搬送波周波数が、前記第３の搬送波周波数或いはそ
の整数倍によって上方変換される前記第２の搬送波周波
数である。
周波数を含む第２のRF成分を有する第１の光信号を発生
し、 ii）前記第１のRF周波数と異なる第３のRF搬送波周波数
を含む第３のRF成分を有する制御信号を発生し、 前記第２或いは前記第３のRF成分が情報内容を含んで
おり、 iii）第１の光信号を光変調装置へ供給し、 iv）前記第１のRF搬送波周波数と前記情報成分によって
変調された出力光信号を生成するように第１の光信号を
変調するために光変調装置へ制御信号を供給し、前記第
１の搬送波周波数が、前記第３の搬送波周波数或いはそ
の整数倍によって上方変換される前記第２の搬送波周波
数である。
本発明は、従来の技術にまさる数多くの利点を有す
る。RF成分を変調装置の両方の入力へ供給することによ
って、上方変換が達成される。これによって、何れかの
入力に供給される周波数よりも高い周波数を変換装置の
出力で発生させることができる。光入力でより低いRFを
使用することによって、より簡単なレーザを所望のRF信
号を発生するために使用することができる。同じよう
に、変調装置の制御入力でより低いRF周波数を使用する
ことによって、出力周波数ではなく、入力周波数によっ
て制約される変調装置の設計をよりずっと柔軟で簡単に
することができる。
る。RF成分を変調装置の両方の入力へ供給することによ
って、上方変換が達成される。これによって、何れかの
入力に供給される周波数よりも高い周波数を変換装置の
出力で発生させることができる。光入力でより低いRFを
使用することによって、より簡単なレーザを所望のRF信
号を発生するために使用することができる。同じよう
に、変調装置の制御入力でより低いRF周波数を使用する
ことによって、出力周波数ではなく、入力周波数によっ
て制約される変調装置の設計をよりずっと柔軟で簡単に
することができる。
第１の光信号或いは制御信号の何れかが、情報成分を
含むことができる。本発明は、入力光信号と制御信号の
両方が情報成分を含み、その一方が予め決められた暗号
である第１の態様のステップを含む暗号化方法、および
予め決められた暗号の変調と相補的な別の変調を出力信
号に供給することを含むこの方法によって発生した信号
を解読する方法にも拡張される。これは、１つの動作で
信号を上方変換し暗号化する簡単な方法を提供する。
含むことができる。本発明は、入力光信号と制御信号の
両方が情報成分を含み、その一方が予め決められた暗号
である第１の態様のステップを含む暗号化方法、および
予め決められた暗号の変調と相補的な別の変調を出力信
号に供給することを含むこの方法によって発生した信号
を解読する方法にも拡張される。これは、１つの動作で
信号を上方変換し暗号化する簡単な方法を提供する。
好ましい実施例において、制御信号は電気信号であ
り、変調装置は、変調装置の光出力が電気制御入力に対
する非線形の応答を有する型式のものである。マッハツ
ェンダ干渉計は、そのような変調装置の一例である。こ
の型式の変調装置を使用すると、第１のRF搬送波周波数
は、単に第２および第３のRF搬送波周波数の和である
（即ち、第３のRF搬送波周波数は第２のRF搬送波周波数
を第１のRF搬送波周波数へ上方変換する。）しかしなが
ら、この型式の変調装置では、第２のRF成分が第３のRF
成分の所望の整数倍の周波数によって上方変換されるよ
うに制御信号の振幅を選択することができる。これによ
って、制御周波数と出力周波数との間に著しく大きい変
換係数を生成することを可能にし、結果的により低い周
波数の制御信号によって、変調装置の設計上の制約をさ
らに緩和する。
り、変調装置は、変調装置の光出力が電気制御入力に対
する非線形の応答を有する型式のものである。マッハツ
ェンダ干渉計は、そのような変調装置の一例である。こ
の型式の変調装置を使用すると、第１のRF搬送波周波数
は、単に第２および第３のRF搬送波周波数の和である
（即ち、第３のRF搬送波周波数は第２のRF搬送波周波数
を第１のRF搬送波周波数へ上方変換する。）しかしなが
ら、この型式の変調装置では、第２のRF成分が第３のRF
成分の所望の整数倍の周波数によって上方変換されるよ
うに制御信号の振幅を選択することができる。これによ
って、制御周波数と出力周波数との間に著しく大きい変
換係数を生成することを可能にし、結果的により低い周
波数の制御信号によって、変調装置の設計上の制約をさ
らに緩和する。
第１の光信号によって搬送される変調は、レーザのバ
イアス電圧を制御することによって発生されるのが好ま
しい。
イアス電圧を制御することによって発生されるのが好ま
しい。
本発明は、本発明の方法に従って発生される光信号、
およびそのような光信号を検出することによって発生さ
れる無線或いは電気信号にも関する。
およびそのような光信号を検出することによって発生さ
れる無線或いは電気信号にも関する。
第２の態様によると、本発明は第１のRF搬送波周波数
および情報の成分を含む第１のRFの成分を有する光信号
を発生するための装置を具備し、この装置は、 ｉ）光入力、光出力、および制御入力を有する光変調装
置と、 ii）前記第１のRF搬送波周波数と異なる第２のRF搬送波
周波数を含む第２のRF成分を有する変調された光信号を
光入力へ供給するための手段と、 iii）前記第１のRF搬送波周波数とは異なる第３のRF搬
送波周波数を含む第３のRF成分を有する制御信号を制御
入力へ供給するための手段と、 iv）前記情報成分を含む変調を、前記光信号或いは前記
制御入力へ供給するための手段とを具備し、 前記装置は、前記第１のRF搬送波周波数および前記情
報成分によって変調される光信号を光出力で生成し、前
記第１の搬送波周波数は、前記第３の搬送波周波数或い
はその整数倍によって上方変換された前記第２の搬送波
周波数である。
および情報の成分を含む第１のRFの成分を有する光信号
を発生するための装置を具備し、この装置は、 ｉ）光入力、光出力、および制御入力を有する光変調装
置と、 ii）前記第１のRF搬送波周波数と異なる第２のRF搬送波
周波数を含む第２のRF成分を有する変調された光信号を
光入力へ供給するための手段と、 iii）前記第１のRF搬送波周波数とは異なる第３のRF搬
送波周波数を含む第３のRF成分を有する制御信号を制御
入力へ供給するための手段と、 iv）前記情報成分を含む変調を、前記光信号或いは前記
制御入力へ供給するための手段とを具備し、 前記装置は、前記第１のRF搬送波周波数および前記情
報成分によって変調される光信号を光出力で生成し、前
記第１の搬送波周波数は、前記第３の搬送波周波数或い
はその整数倍によって上方変換された前記第２の搬送波
周波数である。
好ましい実施例において、制御入力は電気入力であ
り、光変調装置はマッハツェンダ干渉計である。制御信
号を発生するための手段は、第２のRF成分が、第３のRF
成分の整数倍の周波数によって上方変換されるのに十分
な振幅を有する信号を発生するように構成される。
り、光変調装置はマッハツェンダ干渉計である。制御信
号を発生するための手段は、第２のRF成分が、第３のRF
成分の整数倍の周波数によって上方変換されるのに十分
な振幅を有する信号を発生するように構成される。
光信号を供給するための手段は、レーザであることが
好ましい。レーザのバイアス電圧を制御するための手段
が、第２のRF成分を発生するために設けられることが好
ましい。
好ましい。レーザのバイアス電圧を制御するための手段
が、第２のRF成分を発生するために設けられることが好
ましい。
従って、入力光信号は最初のRF変調を搬送し、その結
果出力光信号は、制御RF周波数によって上方変換された
最初のRF変調であるRF変調を有する。これは、所望の出
力RF搬送波周波数よりも低い制御周波数の使用を可能に
する。さらに、非線形の伝達関数を有する変調装置、例
えばマッハツェンダ干渉計（この伝達関数は周期的であ
る）が使用される場合、制御信号の振幅を適切に選択す
ることによって、制御信号の高調波によって出力を決定
することができるので、著しく大きい上方変換係数を使
用することができる。これは、振幅Ｖ２πを有する制御
信号が、光経路の長さの差をゼロと１波長λとの間で変
化することを考えれば理解できる（図２参照）。制御信
号の各サイクルにおいて、経路の長さの差はゼロからλ
へ変化し、再び元へ戻る。従って制御信号の各サイクル
に対する建設的な干渉の２つの点（ゼロおよびλ）と、
破壊的な干渉の２つの点（Ｖπ）があるので、この場合
変調装置によって光信号へ供給される信号は制御信号の
周波数の２倍である。制御信号に対して他の振幅を選択
することによって別の整数倍の係数を導入することがで
きる。上記の簡単な例において、制御信号の振幅は整数
の波長によって経路の長さを変化するように選択され
る。それをより小さい振幅で変化することによって、同
様の方法で使用することができる主要な高調波を有する
制御信号を発生することもできる。
果出力光信号は、制御RF周波数によって上方変換された
最初のRF変調であるRF変調を有する。これは、所望の出
力RF搬送波周波数よりも低い制御周波数の使用を可能に
する。さらに、非線形の伝達関数を有する変調装置、例
えばマッハツェンダ干渉計（この伝達関数は周期的であ
る）が使用される場合、制御信号の振幅を適切に選択す
ることによって、制御信号の高調波によって出力を決定
することができるので、著しく大きい上方変換係数を使
用することができる。これは、振幅Ｖ２πを有する制御
信号が、光経路の長さの差をゼロと１波長λとの間で変
化することを考えれば理解できる（図２参照）。制御信
号の各サイクルにおいて、経路の長さの差はゼロからλ
へ変化し、再び元へ戻る。従って制御信号の各サイクル
に対する建設的な干渉の２つの点（ゼロおよびλ）と、
破壊的な干渉の２つの点（Ｖπ）があるので、この場合
変調装置によって光信号へ供給される信号は制御信号の
周波数の２倍である。制御信号に対して他の振幅を選択
することによって別の整数倍の係数を導入することがで
きる。上記の簡単な例において、制御信号の振幅は整数
の波長によって経路の長さを変化するように選択され
る。それをより小さい振幅で変化することによって、同
様の方法で使用することができる主要な高調波を有する
制御信号を発生することもできる。
本発明は、本発明の第２の態様の要素を具備する暗号
装置にも拡張され、暗号を含む変調を光入力或いは制御
入力へ供給するための手段を具備する。
装置にも拡張され、暗号を含む変調を光入力或いは制御
入力へ供給するための手段を具備する。
情報内容は何れかの入力信号へ供給される。上で述べ
られた非線形のマッハツェンダ干渉計のような変調装置
では、制御入力の大きい振幅の変調は、出力光信号にお
いて正確に再生されないであろう。しかしながら、光入
力に供給される振幅変調は、線形応答特性を有さない。
有効な構造の変調装置として使用されるマッハツェンダ
干渉計はまた、制御入力或いは光入力の何れかに供給さ
れる位相および周波数の変調に対して線形応答を有す
る。位相振幅変調のような組合わせ（例えば、直角位相
振幅変調:QAM）も、光入力において可能である。
られた非線形のマッハツェンダ干渉計のような変調装置
では、制御入力の大きい振幅の変調は、出力光信号にお
いて正確に再生されないであろう。しかしながら、光入
力に供給される振幅変調は、線形応答特性を有さない。
有効な構造の変調装置として使用されるマッハツェンダ
干渉計はまた、制御入力或いは光入力の何れかに供給さ
れる位相および周波数の変調に対して線形応答を有す
る。位相振幅変調のような組合わせ（例えば、直角位相
振幅変調:QAM）も、光入力において可能である。
本発明の第３の態様によると、RF変調を有する出力光
信号を発生するための方法が提供され、その方法は非線
形の伝達関数を有する変調装置の光入力に入力光信号を
供給し、制御RF周波数を有する制御信号を変調装置の制
御入力へ供給するものであり、前記制御信号の振幅は、
出力光信号が制御RF周波数の整数倍のRF周波数によって
変調されるようなものである。変調装置は、マッハツェ
ンダ干渉計であることが好ましい。この本発明の態様に
よって、高いRF周波数の変調を光信号へ供給することが
できるが、より低い周波数は制御入力へ供給される。こ
れは、光変調装置の設計上の制約を緩和する点で説明さ
れた長所を有する。
信号を発生するための方法が提供され、その方法は非線
形の伝達関数を有する変調装置の光入力に入力光信号を
供給し、制御RF周波数を有する制御信号を変調装置の制
御入力へ供給するものであり、前記制御信号の振幅は、
出力光信号が制御RF周波数の整数倍のRF周波数によって
変調されるようなものである。変調装置は、マッハツェ
ンダ干渉計であることが好ましい。この本発明の態様に
よって、高いRF周波数の変調を光信号へ供給することが
できるが、より低い周波数は制御入力へ供給される。こ
れは、光変調装置の設計上の制約を緩和する点で説明さ
れた長所を有する。
本発明はここで、添付の図面に関して例示的に更に説
明される。
明される。
図１は、本発明の方法を実行するための構造の概略図
である。
である。
図２は、印加された電圧を変えるためのマッハツェン
ダ変調装置の伝達率の変化を示すグラフである。
ダ変調装置の伝達率の変化を示すグラフである。
図３乃至６は、周波数の乗算係数のマッハツェンダ変
調装置に印加される電圧の振幅による変化を示すグラフ
である。
調装置に印加される電圧の振幅による変化を示すグラフ
である。
図１を参照すると、電気入力２および光出力３を有す
るレーザ１を具備する装置が示されている。RF電気信号
の信号源4aは、増幅器５を介して電気入力２へ接続され
る。レーザ１の光出力３には、マッハツェンダ光変調装
置６が結合されている。変調装置６の電気入力７は、信
号源4bから電力増幅器９を通って別のRF信号を供給され
る。変調装置６の出力10は、光ファイバ11を介して光検
出器12に結合され、この光検出器12は光信号を電気信号
に変換する。光検出器は別の増幅器13を介して無線アン
テナ14に結合され、この無線アンテナ14は電気信号を無
線信号に変換する。信号源4a或いは4bの何れかからのRF
電気信号は、必要な情報内容を搬送する変調を含むこと
ができる。信号源4aは、アナログ或いはデジタルの変調
出力を発生することができ、それら自身RF搬送波周波数
に変調可能である。信号源4aは、周波数変調、増幅変
調、或いは位相変調のような適切な変調方式を使用して
多チャンネル出力を発生することができる。変調装置が
非線形であるために、信号源4bは１時に１つのチャンネ
ルしか供給できない。このチャンネルは周波数或いは位
相の変調をされることができる。
るレーザ１を具備する装置が示されている。RF電気信号
の信号源4aは、増幅器５を介して電気入力２へ接続され
る。レーザ１の光出力３には、マッハツェンダ光変調装
置６が結合されている。変調装置６の電気入力７は、信
号源4bから電力増幅器９を通って別のRF信号を供給され
る。変調装置６の出力10は、光ファイバ11を介して光検
出器12に結合され、この光検出器12は光信号を電気信号
に変換する。光検出器は別の増幅器13を介して無線アン
テナ14に結合され、この無線アンテナ14は電気信号を無
線信号に変換する。信号源4a或いは4bの何れかからのRF
電気信号は、必要な情報内容を搬送する変調を含むこと
ができる。信号源4aは、アナログ或いはデジタルの変調
出力を発生することができ、それら自身RF搬送波周波数
に変調可能である。信号源4aは、周波数変調、増幅変
調、或いは位相変調のような適切な変調方式を使用して
多チャンネル出力を発生することができる。変調装置が
非線形であるために、信号源4bは１時に１つのチャンネ
ルしか供給できない。このチャンネルは周波数或いは位
相の変調をされることができる。
ここで、この装置を使用できる幾つかの方法が以下で
説明される。
説明される。
第１の方法において、信号源4aは、レーザ１の応答時
間に適するギガヘルツの範囲の電気FM搬送波を発生す
る。FM電気搬送波信号はメガヘルツ帯域の変調を搬送
し、レーザ１に入力を供給し、レーザ１によって発生さ
れた出力信号は直接に電気入力信号に応答して変化し、
出力３で変調されたFM光信号を出力する。
間に適するギガヘルツの範囲の電気FM搬送波を発生す
る。FM電気搬送波信号はメガヘルツ帯域の変調を搬送
し、レーザ１に入力を供給し、レーザ１によって発生さ
れた出力信号は直接に電気入力信号に応答して変化し、
出力３で変調されたFM光信号を出力する。
中間周波数（IF）で変調される光信号をより高い周波
数に上方変換するために、光信号は変調装置６内で信号
源4bからの局部発振器周波数LOと混合される。従って変
調装置６の出力は、光搬送波を有する信号であり、信号
源4aからのRF搬送波周波数（IF）と信号源4bの局部発振
器周波数とを加えたものであり、それ自身情報内容によ
って変調されている高周波数RF信号によって変調され
る。従って光システム内で上方変換が行われ、これは光
システムの上流或いは下流の電気システムにおいてそれ
を行うことに関して数多くの長所を有する。第２の構成
において、情報を搬送する変調は信号源4bを通して供給
することができる。これは位相或いは周波数変調される
ことができ、RF搬送波周波数を有する。
数に上方変換するために、光信号は変調装置６内で信号
源4bからの局部発振器周波数LOと混合される。従って変
調装置６の出力は、光搬送波を有する信号であり、信号
源4aからのRF搬送波周波数（IF）と信号源4bの局部発振
器周波数とを加えたものであり、それ自身情報内容によ
って変調されている高周波数RF信号によって変調され
る。従って光システム内で上方変換が行われ、これは光
システムの上流或いは下流の電気システムにおいてそれ
を行うことに関して数多くの長所を有する。第２の構成
において、情報を搬送する変調は信号源4bを通して供給
することができる。これは位相或いは周波数変調される
ことができ、RF搬送波周波数を有する。
十分に大きい振幅で信号源4bから信号を供給すること
によって、RF周波数は以下で説明される方法で変調装置
６内で乗算され、変調装置の出力を電気入力よりも高い
周波数にして、そのような高い電気周波数で駆動される
時の光変調装置に関連する問題を回避することができ
る。
によって、RF周波数は以下で説明される方法で変調装置
６内で乗算され、変調装置の出力を電気入力よりも高い
周波数にして、そのような高い電気周波数で駆動される
時の光変調装置に関連する問題を回避することができ
る。
本発明の技術的範囲内の他の構造も、考えることがで
きる。例えば、情報を搬送する信号は両方の信号源4aお
よび4bによって供給され、信号源4bではあらかじめ決め
られた符号であっても良い。２つの信号は、出力10でス
クランブルされる。4bで供給される符号信号を知ってい
る遠隔のユーザは、アンテナ14から大気を通してスクラ
ンブルされた信号を受信し、信号源4bからの信号と相補
的な信号によって出力信号を再結合し、入力4aからの信
号を回復する。
きる。例えば、情報を搬送する信号は両方の信号源4aお
よび4bによって供給され、信号源4bではあらかじめ決め
られた符号であっても良い。２つの信号は、出力10でス
クランブルされる。4bで供給される符号信号を知ってい
る遠隔のユーザは、アンテナ14から大気を通してスクラ
ンブルされた信号を受信し、信号源4bからの信号と相補
的な信号によって出力信号を再結合し、入力4aからの信
号を回復する。
ここで、局部発振器と光変調信号の混合器としての変
調装置の機能に加えて、局部発振器周波数の逓倍器とし
ての使用に関して説明される。
調装置の機能に加えて、局部発振器周波数の逓倍器とし
ての使用に関して説明される。
図２において、水平軸は変調装置に印加される電圧を
示し、垂直軸は変調装置の光伝達（透過）率を示す。変
調装置の応答特性は、電気入力の変化に関して著しく非
線形であることが分かるであろう。従って、それは一定
の振幅変調を行うのに最も適している。より複雑な変調
は、非線形応答特性によって歪まされるであろう。変調
された入力４が光変調装置６の電気入力７へ供給される
構成において、この非線形応答特性によって、システム
の使用は単一のチャンネルへの適用に限定される。
示し、垂直軸は変調装置の光伝達（透過）率を示す。変
調装置の応答特性は、電気入力の変化に関して著しく非
線形であることが分かるであろう。従って、それは一定
の振幅変調を行うのに最も適している。より複雑な変調
は、非線形応答特性によって歪まされるであろう。変調
された入力４が光変調装置６の電気入力７へ供給される
構成において、この非線形応答特性によって、システム
の使用は単一のチャンネルへの適用に限定される。
本発明の装置において、変調装置の非線形の応答特性
は、局部発振器周波数の高調波を発生するために使用さ
れて、変調装置においてより高い上方変換係数が可能に
なる。
は、局部発振器周波数の高調波を発生するために使用さ
れて、変調装置においてより高い上方変換係数が可能に
なる。
以下の式において、光検出器12の出力ｉ（ｔ）は、そ
のフーリエの成分Ipの和として表される。
のフーリエの成分Ipの和として表される。
マッハツェンダ変調装置が、Ｖ＝０に関して対称の特
性（図２参照）を有し、Ｖπが完全な伝達（建設的な干
渉）から完全な消光（破壊的な干渉）へ移行するマッハ
ツェンダ干渉計の伝達率に必要な電圧の推移であると仮
定する。
性（図２参照）を有し、Ｖπが完全な伝達（建設的な干
渉）から完全な消光（破壊的な干渉）へ移行するマッハ
ツェンダ干渉計の伝達率に必要な電圧の推移であると仮
定する。
正弦電圧（Vasinωｔ＋Vb）をそのような干渉計に印
加することによって、高調波を有する出力が与えられ、
フーリエの振幅は以下の式によって与えられる。
加することによって、高調波を有する出力が与えられ、
フーリエの振幅は以下の式によって与えられる。
ここでVa＝印加された電圧の増幅、
Vb＝印加された電圧のd.cバイアスである。
1/2（Ｖπ）のバイアス電圧を選択することによっ
て、偶数のみの高調波を発生することができる。V0のバ
イアス電圧を選択することによって、奇数のみの高調波
を選択することができる。バイアス電圧Vbが同調される
時に、Va＝０を選択することによってゼロ次の高調波に
おけるマッハツェンダの伝達関数が再び生成され、より
高い高調波に対してはゼロである。
て、偶数のみの高調波を発生することができる。V0のバ
イアス電圧を選択することによって、奇数のみの高調波
を選択することができる。バイアス電圧Vbが同調される
時に、Va＝０を選択することによってゼロ次の高調波に
おけるマッハツェンダの伝達関数が再び生成され、より
高い高調波に対してはゼロである。
d.c振幅は、|I0|に等しい。（即ち、変調装置を通っ
て伝達される平均光パワーである。） a.c振幅は、|2Ip|,p＞１に等しい。
て伝達される平均光パワーである。） a.c振幅は、|2Ip|,p＞１に等しい。
従って“ｐ番目”の高調波に対する変調の深さは、以
下の式のように規定することができる。
下の式のように規定することができる。
しかしながら、I0の値は印加されたa.c.変調電圧Vaに
よって（さらに加えてバイアス電圧Vbで）変化されるこ
とができる。従って、変調の深さを最大にすることは、
特定の高調波の振幅を最大にすることに必ずしも対応し
ない。
よって（さらに加えてバイアス電圧Vbで）変化されるこ
とができる。従って、変調の深さを最大にすることは、
特定の高調波の振幅を最大にすることに必ずしも対応し
ない。
参考としてVa＝Vb＝V0である時、d.c.レベルを選択す
ることがより有効である可能性が高く、その場合にはI0
（Va＝Vb＝V0）＝１である。
ることがより有効である可能性が高く、その場合にはI0
（Va＝Vb＝V0）＝１である。
従って変調された変調の深さは、以下の式のようにな
る。
る。
図３乃至６は、VaおよびVbの色々な値に対して計算さ
れる伝達特性を示す。奇数高調波は1/2Vπにおいてバイ
アスされ、偶数高調波はＶ＝０においてバイアスされ
る。これらの図において、入力電圧は破線で、出力は実
線で示される。印加される電圧（任意の単位）は、以下
の表によって与えられる。
れる伝達特性を示す。奇数高調波は1/2Vπにおいてバイ
アスされ、偶数高調波はＶ＝０においてバイアスされ
る。これらの図において、入力電圧は破線で、出力は実
線で示される。印加される電圧（任意の単位）は、以下
の表によって与えられる。
この方法において、異なる振幅Vaを電気入力へ加える
ことによって、異なる周波数の変調が光システムにおい
て生成される。
ことによって、異なる周波数の変調が光システムにおい
て生成される。
見て分かるように、出力波形は入力波形と同じ形状で
はない。故にこれらの図から、そのような変調装置の入
力へ供給される多チャンネルの信号は歪まされ、受信器
で抽出されることが困難であるということが分かる。し
かしながら、不所望な高調波は下流で濾波されて除去さ
れることができるので、局部発振器のような単一周波数
の入力にとって、これは重要ではない。
はない。故にこれらの図から、そのような変調装置の入
力へ供給される多チャンネルの信号は歪まされ、受信器
で抽出されることが困難であるということが分かる。し
かしながら、不所望な高調波は下流で濾波されて除去さ
れることができるので、局部発振器のような単一周波数
の入力にとって、これは重要ではない。
図３乃至６に関して説明される簡単な場合において、
光入力は変調されないので、光出力は乗算された制御周
波数によってのみ変調される。しかしながら、光入力信
号が既に変調波を搬送する場合は、光変調装置はこの変
調を乗算された制御周波数と混合して、上方変換を行
う。
光入力は変調されないので、光出力は乗算された制御周
波数によってのみ変調される。しかしながら、光入力信
号が既に変調波を搬送する場合は、光変調装置はこの変
調を乗算された制御周波数と混合して、上方変換を行
う。
例
図１の例示的実施例において、信号源4aは950乃至175
0MHzの範囲のチャンネルを発生するAvantek VTO 9090型
発振器によって実現された。ここからの出力は、レーザ
トロン（Lasertron）QLXS 1300型レーザ１を変調するた
めに使用され、その出力はステップ屈折率の単一モード
の9/125μｍの光ファイバ３に沿ってBT＆T IOC 2000−1
300型の変調装置６へ導かれた。この変調装置への制御
入力７は、3.4GHzで動作するマルコニ（Marconi）2042
型の局部発振器4bによって供給され、ミニサーキット
（Minicircuits）ZFL/42型の発振器９によって振幅さ
れ、その結果局部発振器周波数（即ち、27.2GHz）の第
８高調波が信号応答特性を決定した。従って変調装置６
の出力は、27.2GHz＋（950乃至1750MHz）或いは37.15乃
至37.95GHzのRF搬送波周波数を有し、Wake D.氏（Journ
al of Lightwave Technology,1992,Vol.10 908乃至912
頁）によって説明されたように、別のステップ屈折率の
単一モードの9/125μｍの光ファイバ11を通って検出器1
2へ供給された。この検出器からの出力は、Celeritek C
SA946892型振幅器13によって振幅され、37GHzの帯域の
マイクロ波の伝送のように標準利得20dBiのホーンアン
テナから送信された。
0MHzの範囲のチャンネルを発生するAvantek VTO 9090型
発振器によって実現された。ここからの出力は、レーザ
トロン（Lasertron）QLXS 1300型レーザ１を変調するた
めに使用され、その出力はステップ屈折率の単一モード
の9/125μｍの光ファイバ３に沿ってBT＆T IOC 2000−1
300型の変調装置６へ導かれた。この変調装置への制御
入力７は、3.4GHzで動作するマルコニ（Marconi）2042
型の局部発振器4bによって供給され、ミニサーキット
（Minicircuits）ZFL/42型の発振器９によって振幅さ
れ、その結果局部発振器周波数（即ち、27.2GHz）の第
８高調波が信号応答特性を決定した。従って変調装置６
の出力は、27.2GHz＋（950乃至1750MHz）或いは37.15乃
至37.95GHzのRF搬送波周波数を有し、Wake D.氏（Journ
al of Lightwave Technology,1992,Vol.10 908乃至912
頁）によって説明されたように、別のステップ屈折率の
単一モードの9/125μｍの光ファイバ11を通って検出器1
2へ供給された。この検出器からの出力は、Celeritek C
SA946892型振幅器13によって振幅され、37GHzの帯域の
マイクロ波の伝送のように標準利得20dBiのホーンアン
テナから送信された。
上で説明された実施例は、全てマッハツェンダ干渉計
に関するが、当業者は干渉計の構成は重要ではなく、電
気吸収変調装置のような非線形の伝達特性を示すあらゆ
る型の干渉計を代りに使用することができることを認識
するであろう。即ち、それが適切な伝達特性を示すとい
うことだけが要求される。
に関するが、当業者は干渉計の構成は重要ではなく、電
気吸収変調装置のような非線形の伝達特性を示すあらゆ
る型の干渉計を代りに使用することができることを認識
するであろう。即ち、それが適切な伝達特性を示すとい
うことだけが要求される。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平２−260724（ＪＰ，Ａ)
ＰＯＬＩＦＫＯ ＥＴ ＡＬ，Ｍｉｌ
ｌｉｍｅｔｅｒ ｗａｖｅ ｏｐｔｉｃ
ａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｗｉｔ
ｈ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｎａｒｒ
ｏｗｂａｎｄ ＥＯＭ ａｎｄ ｌａｓ
ｅｒ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＦＯＵＲ
ＴＨ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ
ＣＯＮＦＥＲＥＮＣＥ（ＯＥＣ’92)
ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＤＩＧＥＳＴ,
1992年 ７月，ｐ．250−251
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H04B 10/00 - 10/28
Claims (9)
- 【請求項１】RF変調を有する出力光信号を発生する方法
であって、 非線形の伝達関数を有する変調装置の光入力へ入力光信
号を供給し、 制御RF周波数を有する制御信号を前記変調装置の制御入
力へ供給するステップを含み、 制御信号の振幅は、出力光信号が制御RF周波数の整数倍
のRF周波数によって変調されるようにするものである、 出力光信号を発生する方法。 - 【請求項２】前記変調装置がマッハゼンタ干渉計である
請求項１記載の方法。 - 【請求項３】前記入力光信号が最初のRF変調を搬送し、
前記出力光信号は、前記制御RF周波数の整数倍によって
上方変換された前記最初のRF変調であるRF変調を含む、
請求項１または２記載の方法。 - 【請求項４】暗号化方法であり、前記入力光信号と前記
制御信号の両方が情報成分を含み、その一方が予め決め
られた暗号である請求項１記載の方法。 - 【請求項５】請求項１乃至４の何れか１項記載の方法に
よって発生される時、第１のRF搬送波周波数と情報成分
とを含む第１のRF成分を有する変調された光信号。 - 【請求項６】第１のRF搬送波周波数と情報成分とを有
し、第１のRF搬送波周波数と情報成分とを含むRF成分に
よって変調された光信号を検出することによって発生さ
れる電気或いは無線信号であり、前記光信号が請求項１
乃至４の何れか１項記載の方法によって発生される電気
または無線信号。 - 【請求項７】前記信号が、請求項４の方法に基いて発生
される時、予め決められた暗号の変調と相補的な別の変
調を前記信号へ供給することを含む、請求項５または６
記載の信号を暗号から解読する方法。 - 【請求項８】第１のRF搬送波周波数と情報成分とを含む
第１のRF成分を有する光信号を発生するための装置にお
いて、 ｉ）光入力、光出力、および制御入力を有する光変調装
置と、 ii）前記第１のRF搬送波周波数と異なる第２のRF搬送波
周波数を含む第２のRF成分を有する変調された光信号を
光入力へ供給するための手段と、 iii）前記第１のRF搬送波周波数と異なる第３のRF搬送
波周波数を含む第３のRF成分を有する制御信号を制御入
力へ供給するための手段と、 iv）前記情報成分を含む変調を前記光信号或いは前記制
御入力へ供給するための手段とを具備し、 前記第１のRF搬送波周波数と前記情報内容によって変調
された光信号が光出力において生成され、前記第１の搬
送波周波数が前記第３の搬送波周波数或いは前記第３の
搬送波周波数の整数倍によって上方変換された前記第２
の搬送波周波数であり、 制御信号を供給するための手段は、第２のRF成分が、第
１のRF成分を発生するために第３のRF成分の整数倍であ
る周波数によって上方変換される信号を発生するように
構成されている装置。 - 【請求項９】情報成分を含む変調を光信号と制御信号の
両方に供給するための手段をさらに具備し、情報成分の
１つが予め決められた暗号である請求項８記載の装置を
具備するの暗号化装置。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP93302540 | 1993-03-31 | ||
| EP93302540.5 | 1993-03-31 | ||
| EP93302537.1 | 1993-03-31 | ||
| EP93302537 | 1993-03-31 | ||
| PCT/GB1994/000675 WO1994023507A1 (en) | 1993-03-31 | 1994-03-30 | Generation of optical signals with rf components |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08508379A JPH08508379A (ja) | 1996-09-03 |
| JP3515116B2 true JP3515116B2 (ja) | 2004-04-05 |
Family
ID=26134251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52183294A Expired - Fee Related JP3515116B2 (ja) | 1993-03-31 | 1994-03-30 | Ｒｆ成分を有する光周波数の発生 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5777771A (ja) |
| EP (1) | EP0692165B1 (ja) |
| JP (1) | JP3515116B2 (ja) |
| KR (1) | KR960701528A (ja) |
| CN (1) | CN1052837C (ja) |
| AU (1) | AU675524B2 (ja) |
| CA (1) | CA2156430C (ja) |
| DE (1) | DE69415968T2 (ja) |
| DK (1) | DK0692165T3 (ja) |
| SG (1) | SG48871A1 (ja) |
| WO (1) | WO1994023507A1 (ja) |
Families Citing this family (65)
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|---|---|---|---|---|
| DE4444218A1 (de) * | 1994-12-13 | 1996-06-27 | Sel Alcatel Ag | Optische Sendeeinrichtung für ein optisches Nachrichtenübertragungssystem in Verbindung mit einem Funksystem |
| CN100393005C (zh) * | 1996-07-19 | 2008-06-04 | 内克斯特格网络公司 | 同时接收和调制光信号的电信系统 |
| GB2320634A (en) * | 1996-12-19 | 1998-06-24 | Northern Telecom Ltd | Optical sampling by using an interferometer to modulate a pulse train |
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