JP4413688B2 - Millimeter wave light source - Google Patents
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本発明は、周波数可変の低位相雑音ミリ波帯電磁波発生に用いるミリ波光源を形成する技術に関する。 The present invention relates to a technique for forming a millimeter-wave light source used for frequency-variable low phase noise millimeter-wave electromagnetic wave generation.
従来において、電波天文やイメージングの分野において、100GHzを超える領域でのミリ波の活用が注目されており、それに伴ってミリ波の発生方法や機器なども注目されている。なかでも特に、広い周波数領域をカバーする周波数可変であり、かつ低ノイズの発生器は、天文観測や分析には必須となっている。 Conventionally, in the field of radio astronomy and imaging, the use of millimeter waves in a region exceeding 100 GHz has been attracting attention, and accordingly, methods and devices for generating millimeter waves have attracted attention. In particular, a variable frequency and low noise generator that covers a wide frequency range is essential for astronomical observation and analysis.
従来における電磁波の発生は全電気的な手法で行われていたが、周波数が100GHz付近になってくると全電気的な手法では電磁波の発生は困難となる。また、ミリ波帯の発信器や逓倍器で使用されている電気回路は共振回路を用いているため、周波数の可変領域は限られている。 Conventionally, the generation of electromagnetic waves has been performed by an all-electric method. However, when the frequency becomes near 100 GHz, the generation of electromagnetic waves is difficult by the all-electric method. Further, since the electric circuit used in the millimeter wave band transmitter and multiplier uses a resonant circuit, the frequency variable region is limited.
そこで、光信号としてミリ波領域の周波数で強度変調している光信号(光ミリ波信号)を発生し、この光ミリ波信号を光電変換することにより電磁波を発生させる手法が検討されている。 Therefore, a method of generating an electromagnetic wave by generating an optical signal (optical millimeter wave signal) whose intensity is modulated at a frequency in the millimeter wave region as an optical signal and photoelectrically converting the optical millimeter wave signal has been studied.
簡便な手法としては、第7図に示すように、固定波長光源100及び可変波長光源102の出力の偏波を、それぞれに配置された2つの偏波コントローラ101、101で合わせた後に光カプラ103にて合波する。こうすることによって、可変周波数となる光ミリ波信号を発生することが可能であるが、しかしながら、2つのレーザの同期をとることが困難であるため、位相ノイズが大きく周波数ドリフトも大きくなる。
As a simple method, as shown in FIG. 7, after the polarizations of the outputs of the fixed
一方、光コム発生器などの同一の光源から複数の線スペクトルを発生させ、所望する周波数間隔の2つの線スペクトルをAWG(Arrayed Waveguide Greating;アレイ導波路格子)などの光フィルタを用いて選択した後に、偏波をあわせて合波を行う手法は、比較的位相雑音が小さいミリ波発生手法として注目されている。 On the other hand, multiple line spectra are generated from the same light source such as an optical comb generator, and two line spectra at a desired frequency interval are selected using an optical filter such as AWG (Arrayed Waveguide Greating). Later, the method of combining by combining polarized waves is attracting attention as a method for generating millimeter waves with relatively small phase noise.
しかし従来は、第7図に示すようにAWGと光カプラの間を光ファイバで接続していたため、2つの線スペクトルの間隔を変化させるためには所望する周波数間隔に対応してファイバを差し替えている。 However, in the past, as shown in FIG. 7, the optical fiber was connected between the AWG and the optical coupler, so in order to change the interval between the two line spectra, the fiber was replaced corresponding to the desired frequency interval. Yes.
さらにAWGと光カプラの間を光ファイバで接続した場合、温度変化により光ファイバが伸縮すると2つの光信号の光路長差が一定ではなくなる。この結果、合波される2つの光信号の位相差は一定でなくなり、その結果光電変換して得られるミリ波信号の位相は光ファイバの伸縮に応じて変動し、10kHz以下での位相雑音が大きくなっている。 Further, when the optical fiber is connected between the AWG and the optical coupler, when the optical fiber expands and contracts due to a temperature change, the optical path length difference between the two optical signals is not constant. As a result, the phase difference between the two optical signals to be combined is not constant, and as a result, the phase of the millimeter wave signal obtained by photoelectric conversion varies according to the expansion and contraction of the optical fiber, and phase noise at 10 kHz or less It is getting bigger.
また、長距離光通信で用いられる光信号の波長は1550nm付近である。即ち、波長の1/4に相当する390nmのファイバの伸縮で発生するミリ波信号の位相は90度も変化するが、光ファイバ長の伸縮範囲を1μm以下に抑制するのは困難である。そこで、10kHz以下でも低雑音の安定した周波数可変のミリ波光源の開発が期待されている。
しかしながら、従来のミリ波光源は、ミリ波信号発生に光コム発生器など同一の光源から複数の線スペクトルを発生させ、所望する周波数間隔の2つの線スペクトルをAWGを用いて選択した後、偏波をあわせて合波を行う手法を用いる際に、2つの線スペクトルの間隔変更が困難であり、
また、光フィルタと光カプラ間の光ファイバが伸縮する結果、10kHz以下での位相雑音が大きくなってしまっていた。
However, a conventional millimeter wave light source generates a plurality of line spectra from the same light source such as an optical comb generator for generating a millimeter wave signal, selects two line spectra with a desired frequency interval using AWG, When using a method that combines waves to combine, it is difficult to change the interval between two line spectra,
Further, as a result of expansion and contraction of the optical fiber between the optical filter and the optical coupler, the phase noise at 10 kHz or less has increased.
このような課題に鑑み、本発明は、入力信号の入力チャネルあるいは入力信号の中心周波数を変えることにより、所望する周波数間隔を有する2本の線スペクトルからなる光信号を得ることが可能となり、かつ、2つの線スペクトルの光路長差を一定とすることができ、低位相雑音のミリ波光源を提供することを目的とする。 In view of such problems, the present invention makes it possible to obtain an optical signal composed of two line spectra having a desired frequency interval by changing the input channel of the input signal or the center frequency of the input signal, and An object of the present invention is to provide a millimeter-wave light source with a low phase noise that can make the optical path length difference between two line spectra constant.
請求項1に記載の本発明は、一定の周波数間隔の複数の線スペクトルを発生する光コム発生器と、複数の出力チャネルを有するアレイ導波路格子と、複数の光カプラと、から構成されるミリ波光源において、前記アレイ導波路格子の前記出力チャネル間隔は前記光コム発生器の前記線スペクトル間隔と同一であり、かつ前記出力チャネル間隔が異なる前記アレイ導波路格子の2つの前記出力チャネルが各前記光カプラの入力に接続されており、前記アレイ導波路格子は、複数の入力チャネルを更に有し、前記複数の線スペクトルを入力する当該入力チャネルを変えることにより前記光カプラから出力される合波された2本の線スペクトルの周波数間隔を変更可能なことを要旨とする。 The present invention according to claim 1 is composed of an optical comb generator for generating a plurality of line spectra having a constant frequency interval, an arrayed waveguide grating having a plurality of output channels, and a plurality of optical couplers. In the millimeter wave light source, the output channel spacing of the arrayed waveguide grating is the same as the line spectrum spacing of the optical comb generator, and the two output channels of the arrayed waveguide grating with different output channel spacings are Connected to the input of each of the optical couplers, the arrayed waveguide grating further includes a plurality of input channels, and is output from the optical coupler by changing the input channels for inputting the plurality of line spectra. The gist is that the frequency interval between two combined line spectra can be changed.
また、請求項2に記載の本発明は、請求項1において、前記アレイ導波路格子と前記複数の光カプラは、同一平面光波回路上に形成され、互いに偏波保持型の光導波路によって接続されており、前記同一平面光波回路上では、前記光カプラにより合波される2つの線スペクトルが通る光路長が等しいことを要旨とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the arrayed waveguide grating and the plurality of optical couplers are formed on the same planar lightwave circuit and connected to each other by a polarization maintaining optical waveguide. In the same plane lightwave circuit, the optical path lengths through which two line spectra combined by the optical coupler pass are equal.
このような請求項1及び請求項2の本発明においては、一定の周波数間隔の複数の線スペクトルを発生する光コム発生器、アレイ導波路格子および光カプラから構成される光源において、アレイ導波路格子のチャネル間隔と光コム発生器の線スペクトルの間隔は同一であり、かつチャネル間隔が異なるアレイ導波路格子の2つの出力チャネルが光カプラの入力に接続されている結果、アレイ導波路格子の入力チャネルを変更することにより、複数の線スペクトルのうち所望する周波数間隔を有する2本の線スペクトルのみを合波した光信号を出力することを主旨としている。
In the present invention as set forth in claim 1 and
さらに、アレイ導波路格子と光カプラは同一水平面光波回路上に形成され、両者は光導波路で接続されているため、温度変化などにより光路長差の変動が無くなるようにしていることを主旨としている。 Furthermore, since the arrayed waveguide grating and the optical coupler are formed on the same horizontal lightwave circuit and both are connected by the optical waveguide, the main purpose is to eliminate variations in the optical path length due to temperature changes and the like. .
本発明によれば、入力信号の入力チャネルあるいは入力信号の中心周波数を変えることにより、所望する周波数間隔を有する2本の線スペクトルからなる光信号を得ることが可能となり、かつ、2つの線スペクトルの光路長差を一定とすることができ、低位相雑音のミリ波光源を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an optical signal composed of two line spectra having a desired frequency interval by changing the input channel of the input signal or the center frequency of the input signal, and two line spectra. Therefore, it is possible to provide a millimeter wave light source with low phase noise.
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.
まず、本発明の第1の実施の形態を示す。図1は、本発明の第1の実施の形態に係るミリ波光源1を示している。光コム発生器2からf0の周波数間隔で発生した複数の線スペクトル10は、AWG入力チャネル8を介してAWG(Arrayed Waveguide Greating;アレイ導波路格子)3に入力され、分波される。分波された線スペクトル10はAWG出力チャネル7から出力される。
First, the 1st Embodiment of this invention is shown. FIG. 1 shows a millimeter wave light source 1 according to a first embodiment of the present invention. A plurality of
AWG3の複数のAWG出力チャネル7の内、2つを選択してその出力が光カプラ4、5、6の入力となるよう設けられているが、各光カプラ4、5、6に対応するAWG出力チャネル7のチャネル間隔は全て異なるように設定されている。
Two AWG output channels 7 of the AWG 3 are selected so that the outputs are input to the
この結果、各光カプラ4、5、6からは周波数間隔が異なる2つの線スペクトルが合波された光信号が出力されることとなり、出力ポートの選択により所望する周波数間隔を有する2つの線スペクトルからなる光信号を得ることが可能となる。たとえば、図1においては、光カプラ4から出力される光信号は線スペクトル11となり、3倍のf0の周波数間隔で発生する(図中の3*f0)。同様に、光カプラ5からは2倍のf0の周波数間隔で発生した線スペクトル12が出力され(図中の2*f0)、光カプラ6からは1倍のf0の周波数間隔で発生した線スペクトル13が出力される(図中のf0)。
As a result, an optical signal in which two line spectra having different frequency intervals are combined is output from each of the
但し、この手法では光コム発生器2が出力する線スペクトル10に対応するAWG3のAWG出力チャネル7を各カプラ4、5、6にそれぞれ分配するため、AWG3からの出力で得られる2つの線スペクトルの周波数間隔の最大値は光コム発生器2が出力する線スペクトル10間の最大周波数間隔と比較して1/2以下となるという欠点を有している。
However, in this method, since the AWG output channel 7 of the AWG 3 corresponding to the
次に、本発明の第2の実施の形態を示す。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図2は、本発明の第2の実施の形態に係るミリ波光源を示している。本発明の第2の実施の形態では、AWG20に複数のAWG入力チャネル25を設けている。AWG入力チャネル25は、この図2においてはCh_A、Ch_B、Ch_C、Ch_Dの4つの光信号入力部を備えている。
FIG. 2 shows a millimeter wave light source according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment of the present invention, the AWG 20 is provided with a plurality of
AWG20では同じ周波数からなる光信号をある入力チャネルに入力した場合、AWG20の中心チャネルと対称の位置に相当する出力チャネルから出力される。即ち、同一の光コム発生器2からの光信号を入力するAWG入力チャネル25を変えることにより、光信号が出力されるAWG出力チャネル26が変化する。
In the AWG 20, when an optical signal having the same frequency is input to a certain input channel, it is output from an output channel corresponding to a position symmetrical to the central channel of the AWG 20. That is, by changing the
AWG出力チャネル26の位置に応じて、光カプラ21、22、23、24に接続する2つのAWG出力チャネルの周波数間隔を変えてあるため、光コム信号を入力するAWG入力チャネル25を変えることにより、所望する周波数間隔の2つの線スペクトルからなる光信号を得ることができる。たとえば、図2においては、光カプラ21から出力される光信号は線スペクトル16となり、4倍のf0の周波数間隔で発生する(図中の4*f0)。同様に、光カプラ22からは3倍のf0の周波数間隔で発生した線スペクトル17が出力され(図中の3*f0)、光カプラ23からは2倍のf0の周波数間隔で発生した線スペクトル18が出力され(図中の2*f0)、光カプラ24からは1倍のf0の周波数間隔で発生した線スペクトル19が出力される(図中のf0)。
Since the frequency interval between the two AWG output channels connected to the
たとえば、AWG入力チャネル25のうち、Ch_Aに光コム信号を入力した場合には、Ch_Hから周波数差f0の2つの線スペクトルを合波した信号が出力され、Ch_Dに入力した場合にはCh_Eから周波数差4*f0の2つの線スペクトルを合波した信号が出力される。本手法を用いれば、光コム発生器2が出力した光信号が有する最大の周波数間隔の2つの線スペクトルを切り出した光信号の発生が可能となる。
For example, in the
次に、本発明の第3の実施の形態を示す。 Next, a third embodiment of the present invention will be described.
図3は、本発明の第3の実施の形態に係るミリ波光源を示している。この第3の実施の形態では、光信号の中心周波数が可変である光コム発生器2を用いている。AWG30では、AWG入力チャネル40に入力する線スペクトル39の周波数を変えると、AWG出力チャネル27の複数の出力チャネルのうち光信号が出力されるチャネルが周波数の変化に応じて切り換る。これは、AWG出力チャネル27の複数のチャネルの位置に応じて光カプラ31、32、33、34に接続する2つの出力ポートの周波数間隔が異なるように設けてあるためである。光コム発生器2から出力される光信号の線スペクトル39の中心周波数を変えることにより、所望する周波数間隔の2つの線スペクトルからなる光信号を得ることができる。
FIG. 3 shows a millimeter wave light source according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, an
たとえば、図3においては、光カプラ31から出力される光信号は線スペクトル35となり、4倍のf0の周波数間隔で発生する(図中の4*f0)。同様に、光カプラ32からは3倍のf0の周波数間隔で発生した線スペクトル36が出力され(図中の3*f0)、光カプラ33からは2倍のf0の周波数間隔で発生した線スペクトル37が出力され(図中の2*f0)、光カプラ34からは1倍のf0の周波数間隔で発生した線スペクトル38が出力される(図中のf0)。
For example, in FIG. 3, the optical signal output from the
次に、本発明の第4の実施の形態を示す。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
図4に示す構成は既に説明した本発明の第2の実施の形態におけるミリ波光源の構成と同様であり、AWG43および光カプラ46、47、48、49が同一PLC(水平面光波回路)41上に形成されている点に特徴を有している。これらのAWG43および光カプラ46、47、48、49は互いに光導波路42により接続されている。PLC41内では偏波保持型の光導波路42を用いることにより、合波する前に偏波をそろえるための偏波コントローラが不要となる。
The configuration shown in FIG. 4 is the same as the configuration of the millimeter wave light source in the second embodiment of the present invention already described, and the
また、切り出された2つの線スペクトルが通過する光路長は等しくなるよう設計されている。この結果、PLC41の温度変化が生じ、PLC41が伸縮しても両線スペクトルが通過する光路長差は0となり、結果として発生するミリ波信号の位相変動は抑圧される。
In addition, the optical path lengths through which the two cut out line spectra pass are designed to be equal. As a result, the temperature change of the
このような構成の第4の実施の形態によるミリ波光源では、PLC41に入力する線スペクトル54に対して、光カプラ46から出力される光信号は線スペクトル50となり、4倍のf0の周波数間隔で発生する(図中の4*f0)。同様に、光カプラ47からは3倍のf0の周波数間隔で発生した線スペクトル51が出力され(図中の3*f0)、光カプラ48からは2倍のf0の周波数間隔で発生した線スペクトル52が出力され(図中の2*f0)、光カプラ49からは1倍のf0の周波数間隔で発生した線スペクトル53が出力される(図中のf0)。
In such a millimeter-wave light source according to a fourth embodiment of the arrangement, with respect to a
なお、図5に、第4の実施の形態に係る本技術を用いた光源と比較して、AWG43と光カプラ46、47、48、49のいずれかとを光ファイバで接続して実現した光源において発生した120GHzミリ波信号の位相雑音測定図60を示す。本技術により10kHz以下の位相雑音が、本技術61と光ファイバ使用62との比較で大幅に低減されることが分かる。
FIG. 5 shows a light source realized by connecting the
次に本発明の第5の実施の形態を示す。図6は、既に説明した第2の実施の形態において、光コム発生器65からの光信号の線スペクトル67の間隔を変える(f0+Δf)ことが可能な光コム発生器65を用いている。AWG66の各チャネルは一定のバンド幅を有しているため、バンド幅内に線スペクトルが含まれるように線スペクトル間隔を変えることにより、任意の周波数間隔の線スペクトルを得ることができる。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 uses the
このような構成の第5の実施の形態によるミリ波光源では、AWG入力チャネル76に入力する線スペクトル67に対して、光カプラ72から出力される光信号は線スペクトル68となり、4倍の(f0+Δf)の周波数間隔で発生する(図中の4*(f0+Δf))。同様に、光カプラ73からは3倍の(f0+Δf)の周波数間隔で発生した線スペクトル69が出力され(図中の3*(f0+Δf))、光カプラ74からは2倍の(f0+Δf)の周波数間隔で発生した線スペクトル70が出力され(図中の2*(f0+Δf))、光カプラ75からは1倍の(f0+Δf)の周波数間隔で発生した線スペクトル71が出力される(図中の(f0+Δf))。
In the millimeter wave light source according to the fifth embodiment having such a configuration, the optical signal output from the
なお、以上説明した本発明の第1〜5の実施の形態において、所望の周波数だけ離れた2つの線スペクトルを持つ光信号を取り出した後、取り出した2種類の光信号のそれぞれの線スペクトルの差周波をとることで所望の周波数のミリ波を発生させることができる。この場合、2つの線スペクトルをAWGで合波した後、合波した光信号をフォトダイオードなどの光電変換素子に入力することにより、2つのモードの周波数差に相当する周波数を有するミリ波信号を発生させてもよい。 In the first to fifth embodiments of the present invention described above, after extracting an optical signal having two line spectra separated by a desired frequency, the respective line spectra of the two types of extracted optical signals are extracted. By taking the difference frequency, a millimeter wave having a desired frequency can be generated. In this case, after the two line spectra are combined by the AWG, the combined optical signal is input to a photoelectric conversion element such as a photodiode, whereby a millimeter wave signal having a frequency corresponding to the frequency difference between the two modes is obtained. It may be generated.
また、本発明に係る第1〜5の実施の形態によれば、以下の効果が得られる。 Moreover, according to the 1st-5th embodiment which concerns on this invention, the following effects are acquired.
(1)AWGと光カプラが同一PLC上に設けられ光導波路で接続されているため、AWGにより切り出された2つの線スペクトルが通る光路長差は常に一定となるため、出力光信号を光電変換して得られるミリ波信号の位相雑音が低減する。 (1) Since the AWG and the optical coupler are provided on the same PLC and connected by an optical waveguide, the optical path length difference through which two line spectra cut out by the AWG pass is always constant. Thus, the phase noise of the millimeter wave signal obtained is reduced.
(2)チャネル間隔の異なる2つのAWG出力チャネルを光カプラに接続することにより、入力チャネルや入力光信号の周波数を変える事により、所望の周波数差の2つの線スペクトルからなる光信号の発生が可能となる。 (2) By connecting two AWG output channels with different channel intervals to an optical coupler, the frequency of the input channel and the input optical signal is changed, thereby generating an optical signal composed of two line spectra having a desired frequency difference. It becomes possible.
1 ミリ波光源
2 光コム発生器
3 AWG
4、5、6 光カプラ
7 AWG出力チャネル
8 AWG入力チャネル
10 線スペクトル(f0)
11 線スペクトル(3*f0)
12 線スペクトル(2*f0)
13 線スペクトル(f0)
41 PLC
1 Millimeter wave
4, 5, 6 Optical coupler 7
11-line spectrum (3 * f 0 )
12-line spectrum (2 * f 0 )
13-line spectrum (f 0 )
41 PLC
Claims (2)
前記アレイ導波路格子の前記出力チャネル間隔は前記光コム発生器の前記線スペクトル間隔と同一であり、かつ前記出力チャネル間隔が異なる前記アレイ導波路格子の2つの前記出力チャネルが各前記光カプラの入力に接続されており、
前記アレイ導波路格子は、複数の入力チャネルを更に有し、前記複数の線スペクトルを入力する当該入力チャネルを変えることにより前記光カプラから出力される合波された2本の線スペクトルの周波数間隔を変更可能なことを特徴とするミリ波光源。 In a millimeter-wave light source composed of an optical comb generator that generates a plurality of line spectra at a constant frequency interval, an arrayed waveguide grating having a plurality of output channels, and a plurality of optical couplers,
The output channel spacing of the arrayed waveguide grating is the same as the line spectrum spacing of the optical comb generator, and the two output channels of the arrayed waveguide grating with different output channel spacing are each of the optical couplers. Connected to the input ,
The arrayed waveguide grating further includes a plurality of input channels, and a frequency interval between two combined line spectra output from the optical coupler by changing the input channels for inputting the plurality of line spectra. Millimeter wave light source characterized by being able to change .
同一平面光波回路上に形成され、互いに偏波保持型の光導波路によって接続されており、Formed on the same planar lightwave circuit and connected to each other by polarization maintaining optical waveguides,
前記同一平面光波回路上では、前記光カプラにより合波される2つの線スペクトルが通る光路長が等しいことを特徴とする請求項1に記載のミリ波光源。2. The millimeter wave light source according to claim 1, wherein optical path lengths through which two line spectra combined by the optical coupler pass are equal on the same plane light wave circuit.
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