JP4439244B2 - Optical communication system and method - Google Patents
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Description
本発明は、波長多重通信に適用される光通信システム及びその方法に関し、特に符号分割多重接続を行う移動体通信に好適な光通信システム及びその方法に関する。 The present invention relates to an optical communication system and method applied to wavelength division multiplexing communication, and more particularly to an optical communication system and method suitable for mobile communication performing code division multiple access.
大量のデータ情報を伝送可能な光通信システムにおいて、より高速かつ高密度な情報伝送技術が従来から望まれている。その中でも特に、光ファイバの広い低損失波長領域を効果的に使用する波長多重(WDM:Wavelength Division Multiplexing、DWDM:Dense Wavelength Division Multiplexing)通信方式は、伝送容量を大幅に増大できる通信方式として注目されている。この波長多重通信方式は、波長の異なる多数の光を波長合成器により多重化して1本の光ファイバに結合し、長距離伝送した後に波長分波器で波長毎に分離して信号を取り出す方式である。すなわちn波の異なる波長の光を多重することにより、各波長の伝送容量のn倍の伝送容量を得ることできる。 In an optical communication system capable of transmitting a large amount of data information, a higher-speed and higher-density information transmission technology has been conventionally desired. Among them, wavelength division multiplexing (WDM: Wavelength Division Multiplexing) and DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), which effectively use a wide low-loss wavelength region of an optical fiber, are attracting attention as a communication method that can greatly increase transmission capacity. ing. In this wavelength multiplexing communication system, a large number of lights having different wavelengths are multiplexed by a wavelength synthesizer, coupled to a single optical fiber, transmitted over a long distance, and then separated for each wavelength by a wavelength demultiplexer to extract a signal. It is. In other words, by multiplexing light of different wavelengths of n waves, a transmission capacity n times the transmission capacity of each wavelength can be obtained.
また近年において、上述の如きWDM通信方式に基づいて符号分割多重接続を行う移動体通信システムも提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。 In recent years, a mobile communication system that performs code division multiple access based on the WDM communication system as described above has also been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).
この移動体通信システム7は、図14に示すように、歩行者が携帯可能な移動体端末としての携帯通信機器71と、携帯通信機器71との間で無線信号を送受信を行うことにより通信を中継するための複数の基地局72a,72b,72cと、接続された光ファイバ通信網74を介して各基地局72を含めたネットワーク全体における通信を制御するホスト制御装置73とを備えている。
As shown in FIG. 14, the mobile communication system 7 performs communication by transmitting and receiving wireless signals between a
携帯通信機器71は、音声による通話を行うための携帯電話やPHS(パーソナルハンディホンシステム)等であり、各地区に設けられた基地局72との間で無線信号を送受信すべく、車載或いは携帯できるように構成されている。
The
各基地局72には、図15に示すように、結晶の屈折率を外部電界によって変化させることにより、導波路中を伝搬するレーザ光の光強度を変調する光変調器81が搭載されている。この光変調器81には、変調電界の方向がレーザ光の伝搬方向に対して直角になるように図示しない電極が形成され、この図示しない電極には、携帯通信機器71との間で無線信号を送受信するためのアンテナ82が接続されている。光変調器81は、ホスト制御装置73から光ファイバ通信網74を介して伝送されたレーザ光をアンテナ82を介して受信した無線信号に応じて変調する。そして、この変調したレーザ光を再び光ファイバ通信網74を介してホスト制御装置73へ伝送する。
As shown in FIG. 15, each base station 72 is equipped with an
ホスト制御装置73は、図15に示すように、基地局72へ伝送するためのレーザ光を発生させるレーザ光発生部86と、基地局72において強度変調されたレーザ光を光電変換して検波出力を得るための光検出部87とを備えており、各基地局72a,72b,72cからの検波出力を一括管理することができる。
As shown in FIG. 15, the
このような移動体通信システム7では、ホスト制御装置73におけるレーザ光発生部86から発生されたレーザ光を光ファイバ通信網74を介して各基地局72a,72b,72cへ伝送する。各基地局72は、この伝送されたレーザ光を光変調器81における導波路内へ伝搬させた上で、これを再びホスト制御装置73へ伝送する。ここで、歩行者より携帯通信機器71を介して発呼された場合において、仮に当該携帯通信機器71が基地局72aの周辺にあるときには、無線信号が基地局72aへ送信されることになる。基地局72aにおける光変調器81は、かかる無線信号をアンテナ82を介して受信し、上述した図示しない電極へこれを供給する。光変調器81における導波路内を伝搬するレーザ光には、図示しない電極へ供給される無線信号に応じて変調電界が印加され、所望の光強度変調が施されることになる。
In such a mobile communication system 7, the laser beam generated from the laser beam generator 86 in the
即ち、基地局72へ伝送されるレーザ光は、当該基地局72周辺にある携帯通信機器71から発呼された場合に、上述した無線信号に含まれる通話内容に応じた光強度変調が施されることになる。一方、この基地局72へ伝送されるレーザ光は、当該基地局72周辺にある携帯通信機器71から発呼されなかった場合に、上述した位相変調が施されることはなくなる。ホスト制御装置73では、基地局72から光ファイバ通信網74を介して伝送されるレーザ光につき光強度変調が施されていた場合には、これを光電変換することにより、通話内容に応じた検波出力を得ることが可能となる。
That is, when the laser beam transmitted to the base station 72 is called from the
このような構成からなる移動体通信システム7では、基地局72とホスト制御装置73間を光ファイバで接続することができることから、低損失かつ高速なシステムを構築することができる。また基地局72毎にレーザ光発生部86や光検出部87等の各構成を設ける必要がなくなることから、小型で簡易なシステムを構築することができる。
In the mobile communication system 7 having such a configuration, the base station 72 and the
ところで、上述の如き移動体通信システム7において、基地局72に搭載する光変調器81として、マッハ−ツェンダー型光変調器(以下、MZ光変調器という。)を用いる場合と、ファブリ−ペロー共振器を適用したファブリ−ペロー型光変調器(以下、FP光変調器という。)を用いる場合がある。
In the mobile communication system 7 as described above, a Mach-Zehnder optical modulator (hereinafter referred to as an MZ optical modulator) is used as the
FP光変調器と比較して低変調効率であるMZ光変調器は、基地局72において高感度で信号を受けるために、換言すれば高いSN比で信号を受信するために、必要な電源を確保すべくMZ光変調器の前後にマイクロ波アンプを設けなければならなかった。このため、配電のために必要なコストやバッテリー交換等のメンテナンスに必要なコストが過大となるという問題点があり、また外部と絶縁されていない構成であるために、落雷に対する危険性を回避することができないという問題点もあった。 The MZ optical modulator, which has a low modulation efficiency compared to the FP optical modulator, receives a signal with high sensitivity at the base station 72, in other words, receives a signal with a high S / N ratio. In order to ensure, a microwave amplifier had to be provided before and after the MZ optical modulator. For this reason, there is a problem that the cost required for power distribution and the cost required for maintenance such as battery replacement are excessive, and because the structure is not insulated from the outside, the risk of lightning strikes is avoided. There was also a problem that it was not possible.
これに対してFP光変調器は、図16(a),(b)に示すようにMZ光変調器と比較して遙かに急峻な反射率/電圧特性を有する。このため、入力信号に応じて変調されるレーザ光の振幅を大きくすることができ、変調効率を大幅に向上させることができるため、より高感度な動作を実現することができる。 On the other hand, the FP optical modulator has a much steeper reflectance / voltage characteristic as compared with the MZ optical modulator, as shown in FIGS. For this reason, the amplitude of the laser beam modulated in accordance with the input signal can be increased, and the modulation efficiency can be greatly improved, so that a more sensitive operation can be realized.
即ち、FP光変調器は、MZ光変調器と比較して、低電圧で駆動させることができ、またFP光変調器の前後にマイクロ波アンプを設ける必要がなくなることから配電コストやメンテナンスコストを大幅に削減することができる。更にこのFP光変調器は、外部と完全に絶縁される構成であるために、落雷に対する保守性を向上させることも可能となる。 That is, the FP optical modulator can be driven at a lower voltage than the MZ optical modulator, and it is not necessary to provide a microwave amplifier before and after the FP optical modulator. It can be greatly reduced. Furthermore, since this FP light modulator is configured to be completely insulated from the outside, it is possible to improve maintainability against lightning strikes.
ところで、このようなFP光変調器において光変調を行うためには、FP光変調器に加える電圧のDC成分を図16(b)に示す動作電圧に設定するか、レーザ光発生部86から出力するレーザ光の周波数をFP光変調器に印加される動作電圧のDC成分が0Vとなるように制御する必要がある。 Incidentally, in order to perform optical modulation in such an FP optical modulator, the DC component of the voltage applied to the FP optical modulator is set to the operating voltage shown in FIG. It is necessary to control the frequency of the laser light to be controlled so that the DC component of the operating voltage applied to the FP optical modulator becomes 0V.
図17は、FP光変調器に加える電圧のDC成分を0Vとして、レーザ光の周波数を変化させた場合における透過率の変化を示している。レーザ光発生部86から出力するレーザ光の周波数を、この図17に示す透過率/レーザ光周波数のスロープ位置にくるように制御する。またホスト制御装置73は、FP光変調器を透過したレーザ光の強度を光検出部87を介して検出し、これに基づきレーザ光発生部86から出力するレーザ光の周波数を制御する。即ち、DC成分からバイアス成分を除いた信号を検出し、これが0となるようにレーザ光の周波数をフィードバック制御する。
FIG. 17 shows the change in transmittance when the DC component of the voltage applied to the FP optical modulator is 0 V and the frequency of the laser light is changed. The frequency of the laser beam output from the laser beam generator 86 is controlled so as to come to the transmittance / laser beam frequency slope position shown in FIG. The
しかしながら、移動体通信システム7において、上述の如きFP光変調器を光変調器81として適用する場合にであっても、光ファイバ通信網74に配設される光ファイバにおける劣化や偏光方向の回転、更にはレーザ光発生部86におけるレーザ光源自体の劣化により、レーザ光の強度が変動することになり、ひいてはFP光変調器に加える電圧のDC成分を0Vとしてロックするためのロック点が変動してしまい、検出感度を一定に制御することができないという問題点が生じる。
However, even in the case where the FP optical modulator as described above is applied as the
また、FP光変調器の最大変調を得るためには、レーザ光の周波数を図17に示す透過率/レーザ光周波数の極大にロックすることにより、共振周波数に制御する必要がある。かかる場合において変調によるサイドバンド成分を最大とすることはできる。 Further, in order to obtain the maximum modulation of the FP optical modulator, it is necessary to control the laser light frequency to the resonance frequency by locking the maximum of the transmittance / laser light frequency shown in FIG. In such a case, the sideband component due to modulation can be maximized.
しかしながら、上述の如きFP光変調器を光変調器81として適用する場合において、これを実現することができないという問題点があった。また仮に透過率/レーザ光周波数の極大にロックすることができる場合であっても、透過率/電圧特性の電圧微分は0となり、光強度変調に基づく検波を行うことができないという問題点があった。
However, when the FP optical modulator as described above is applied as the
また、光変調器71としてのFP光変調器における変調特性は、ホスト制御装置73から伝送されるレーザ光の偏光方向や温度環境等に依存するが、光ファイバ通信網74に配設される光ファイバが偏光保存ファイバであるとは限らず、また基地局72は、必ずしも恒温環境下に設置されるとは限らないため、これらの影響を除去した高精度な変調を実現する上で何らかの制約がかかるという問題点もある。
Further, the modulation characteristic of the FP optical modulator as the
更に、ホスト制御装置73側における検波の感度は、伝搬させるレーザ光の位相雑音や強度雑音に応じて変化し、所望のSN比が得られないという問題点もある。
Furthermore, the sensitivity of detection on the
そこで本発明は上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、波長多重通信に適用される光通信システム及び方法に関し、偏光状態や温度環境に依存することなく、より高い信号検出感度を得ることができる光通信システム及び方法を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been devised in view of the above-described problems, and an object of the present invention relates to an optical communication system and method applied to wavelength division multiplexing communication, without depending on a polarization state or a temperature environment. Another object of the present invention is to provide an optical communication system and method capable of obtaining higher signal detection sensitivity.
本発明では、上述した問題点を解決するために、ホスト制御装置から光ファイバ通信網を介して基地局へ伝送したレーザ光を携帯通信機器からの電気信号fmに基づき変調し、これを上記ホスト制御装置へ伝送して検波する際に、生成したレーザ光を周波数fm2の変調信号に応じて変調してこれを基地局へ伝送し、また基地局から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成し、生成した電気信号から干渉信号|fm2−fm|又は干渉信号|fm2+fm| を検波用に検出し、さらに上記電気信号から検出した周波数fm2の成分に応じて上記生成するレーザ光を制御する。 In the present invention, in order to solve the above-described problems, the laser light transmitted from the host control device to the base station via the optical fiber communication network is modulated based on the electric signal fm from the portable communication device, and this is modulated. When transmitting to the control device and detecting, the generated laser light is modulated in accordance with the modulation signal of frequency fm2 and transmitted to the base station, and the laser light transmitted from the base station is photoelectrically converted to be electrically A signal is generated, the interference signal | fm2-fm | or the interference signal | fm2 + fm | is detected for detection from the generated electrical signal, and the generated laser light is generated according to the component of the frequency fm2 detected from the electrical signal. Control.
即ち、本発明は、ホスト制御装置から光ファイバ通信網を介して基地局へ伝送したレーザ光を、携帯通信機器から供給される周波数fmの信号に基づき変調して、これを上記ホスト制御装置へ伝送して検波する光通信システムにおいて、上記基地局は、伝送されたレーザ光を携帯通信機器からの電気信号fmに基づき変調するファブリ−ペロー共振器からなる光変調器を有し、上記ホスト制御装置は、レーザ光を生成するレーザ光生成手段と、上記基地局における光変調器の反射率特性に基づいて決定された周波数fm2の変調信号を発振する発振手段と、上記レーザ光生成手段において生成されたレーザ光を上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて変調してこれを上記基地局へ伝送する変調手段と、上記基地局から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成する光電変換手段と、上記光電変換手段により生成された電気信号から干渉信号|fm2−fm|を検出する検波手段と、上記電気信号から検出した周波数fm2の成分に応じて上記レーザ光生成手段を制御するレーザ光制御手段とを有し、上記発振手段は、上記変調信号の周波数fm2を、上記光変調器における反射率の極小値に対応した周波数差FSRに基づき、以下の式
fm2=FSR(N+0.5)
(Nは整数)
により決定することを特徴とする。
また、本発明は、ホスト制御装置から光ファイバ通信網を介して基地局へ伝送したレーザ光を、携帯通信機器から供給される周波数fmの信号に基づき変調して、これを上記ホスト制御装置へ伝送して検波する光通信システムにおいて、上記基地局は、伝送されたレーザ光を携帯通信機器からの電気信号fmに基づき変調するファブリ−ペロー共振器からなる光変調器を有し、上記ホスト制御装置は、レーザ光を生成するレーザ光生成手段と、上記基地局における光変調器の反射率特性に基づいて決定された周波数fm2の変調信号を発振する発振手段と、上記レーザ光生成手段において生成されたレーザ光を上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて変調してこれを上記基地局へ伝送する変調手段と、上記基地局から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成する光電変換手段と、上記光電変換手段により生成された電気信号から干渉信号|fm2+fm|を検出する検波手段と、上記電気信号から検出した周波数fm2の成分に応じて上記レーザ光生成手段を制御するレーザ光制御手段とを有し、上記発振手段は、上記変調信号の周波数fm2を、上記光変調器における反射率の極小値に対応した周波数差FSRに基づき、以下の式
fm2=FSR(N+0.5)
(Nは整数)
により決定することを特徴とする。
That is, the present invention modulates the laser light transmitted from the host control device to the base station via the optical fiber communication network based on the signal of the frequency fm supplied from the portable communication device, and sends this to the host control device. In the optical communication system for transmitting and detecting, the base station has an optical modulator comprising a Fabry-Perot resonator that modulates the transmitted laser light based on an electric signal fm from a portable communication device, and the host control The apparatus includes: laser light generating means for generating laser light; oscillation means for oscillating a modulation signal having a frequency fm2 determined based on a reflectance characteristic of the optical modulator in the base station; and generated in the laser light generating means. Modulation means for modulating the received laser light in accordance with the modulation signal supplied from the oscillation means and transmitting the modulated signal to the base station; and the laser signal transmitted from the base station. Photoelectric conversion means for generating an electrical signal to laser light by photoelectrically converting the interference signal from the electrical signal generated by the photoelectric conversion means | fm2-fm | a detection means which detects a frequency fm2 detected from the electric signal Laser light control means for controlling the laser light generation means in accordance with the component of the light source, and the oscillation means sets the frequency fm2 of the modulation signal to a frequency difference corresponding to the minimum value of the reflectance in the optical modulator. Based on FSR, the following formula
fm2 = FSR (N + 0.5)
(N is an integer)
It is characterized by determining by .
The present invention also modulates the laser beam transmitted from the host control device to the base station via the optical fiber communication network based on the signal of the frequency fm supplied from the portable communication device, and sends this to the host control device. In the optical communication system for transmitting and detecting, the base station has an optical modulator comprising a Fabry-Perot resonator that modulates the transmitted laser light based on an electric signal fm from a portable communication device, and the host control The apparatus includes: laser light generating means for generating laser light; oscillation means for oscillating a modulation signal having a frequency fm2 determined based on a reflectance characteristic of the optical modulator in the base station; and generated in the laser light generating means. Modulation means for modulating the received laser light in accordance with the modulation signal supplied from the oscillation means and transmitting the modulated signal to the base station; and the laser signal transmitted from the base station. Photoelectric conversion means for photoelectrically converting the light to generate an electric signal, detection means for detecting an interference signal | fm2 + fm | from the electric signal generated by the photoelectric conversion means, and a component of the frequency fm2 detected from the electric signal Laser light control means for controlling the laser light generation means in response to the frequency difference FSR corresponding to the minimum value of the reflectance in the optical modulator. Based on the following formula
fm2 = FSR (N + 0.5)
(N is an integer)
It is characterized by determining by.
また、本発明は、ホスト制御装置から光ファイバ通信網を介して基地局へ伝送したレーザ光を携帯通信機器からの電気信号fmに基づき上記基地局においてファブリ−ペロー共振器からなる光変調器により変調し、これを上記ホスト制御装置へ伝送して検波する光通信方法において、ホスト装置では、生成したレーザ光を上記光変調器における反射率の極小値に対応した周波数差FSRに基づき、以下の式
fm2=FSR(N+0.5)
(Nは整数)
により決定された周波数fm2の変調信号に応じて変調してこれを上記基地局へ伝送し、上記基地局から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成し、上記生成した電気信号から干渉信号|fm2−fm|を検波用に検出し、さらに上記電気信号から検出した周波数fm2の成分に応じて上記生成するレーザ光を制御することを特徴とする。
さらに、本発明は、ホスト制御装置から光ファイバ通信網を介して基地局へ伝送したレーザ光を携帯通信機器からの電気信号fmに基づき上記基地局においてファブリ−ペロー共振器からなる光変調器により変調し、これを上記ホスト制御装置へ伝送して検波する光通信方法において、ホスト装置では、生成したレーザ光を上記光変調器における反射率の極小値に対応した周波数差FSRに基づき、以下の式
fm2=FSR(N+0.5)
(Nは整数)
により決定された周波数fm2の変調信号に応じて変調してこれを上記基地局へ伝送し、上記基地局から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成し、上記生成した電気信号から干渉信号|fm2+fm|を検波用に検出し、さらに上記電気信号から検出した周波数fm2の成分に応じて上記生成するレーザ光を制御することを特徴とする。 The present invention also provides an optical modulator comprising a Fabry-Perot resonator in the base station based on an electric signal fm from a portable communication device for transmitting a laser beam transmitted from a host controller to a base station via an optical fiber communication network. In the optical communication method of modulating and transmitting the detected signal to the host control device, the host device, based on the frequency difference FSR corresponding to the minimum value of the reflectance in the optical modulator, formula
fm2 = FSR (N + 0.5)
(N is an integer)
Is modulated in accordance with the modulation signal having the frequency fm2 determined by the above and transmitted to the base station, and the laser light transmitted from the base station is photoelectrically converted to generate an electrical signal. From the generated electrical signal, interference signal | fm2-fm | were detected for detection, further characterized by controlling the laser beam to generate the in accordance with the component of the frequency fm2 detected from the electric signal.
Furthermore, the present invention provides an optical modulator comprising a Fabry-Perot resonator in the base station based on an electric signal fm from a portable communication device for transmitting laser light from a host control device to a base station via an optical fiber communication network. In the optical communication method of modulating and transmitting the detected signal to the host control device, the host device, based on the frequency difference FSR corresponding to the minimum value of the reflectance in the optical modulator, formula
fm2 = FSR (N + 0.5)
(N is an integer)
Is modulated in accordance with the modulation signal having the frequency fm2 determined by the above and transmitted to the base station, and the laser light transmitted from the base station is photoelectrically converted to generate an electrical signal. From the generated electrical signal, The interference signal | fm2 + fm | is detected for detection, and the generated laser light is controlled in accordance with the component of the frequency fm2 detected from the electric signal.
本発明では、ホスト制御装置から光ファイバ通信網を介して基地局へ伝送したレーザ光を携帯通信機器からの電気信号fmに基づき上記基地局においてファブリ−ペロー共振器からなる光変調器により変調し、これを上記ホスト制御装置へ伝送して検波する際に、生成したレーザ光を上記光変調器における反射率の極小値に対応した周波数差FSRに基づき、以下の式
fm2=FSR(N+0.5)
(Nは整数)
により決定された周波数fm2の変調信号に応じて変調してこれを基地局へ伝送し、また基地局から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成し、生成した電気信号から干渉信号|fm2−fm|又は干渉信号|fm2+fm|を検波用に検出し、さらに上記電気信号から検出した周波数fm2の成分に応じて上記生成するレーザ光を制御する。
In the present invention, the laser light transmitted from the host controller to the base station via the optical fiber communication network is modulated by the optical modulator comprising a Fabry-Perot resonator in the base station based on the electric signal fm from the portable communication device. Then, when this is transmitted to the host controller and detected, the generated laser light is based on the frequency difference FSR corresponding to the minimum value of the reflectance in the optical modulator, and the following formula
fm2 = FSR (N + 0.5)
(N is an integer)
The signal is modulated in accordance with the modulation signal having the frequency fm2 determined by the above and transmitted to the base station, and the laser light transmitted from the base station is photoelectrically converted to generate an electrical signal, and the interference signal is generated from the generated electrical signal. | Fm2-fm | or the interference signal | fm2 + fm | is detected for detection, and the generated laser light is controlled according to the component of the frequency fm2 detected from the electric signal.
これにより、光ファイバ通信網に配設される光ファイバにおける劣化や偏光方向の回転、更にはレーザ光発生部におけるレーザ光源自体の劣化により、レーザ光の強度が変動する場合であっても、検出感度を一定に制御することができる。 As a result, even if the intensity of the laser beam fluctuates due to deterioration in the optical fiber disposed in the optical fiber communication network, rotation of the polarization direction, and further deterioration of the laser light source itself in the laser light generation unit, detection is possible. Sensitivity can be controlled constant.
以下、本発明の実施するための最良の形態として、図1に示す移動体通信システム1を適用する場合を例にとり説明をする。
Hereinafter, as a best mode for carrying out the present invention, a case where the
移動体通信システム1は、例えば、WDM通信方式に基づいて符号分割多重接続を行うシステムとして適用され、図1に示すように、歩行者が携帯可能な移動体端末としての携帯通信機器11と、携帯通信機器11との間で無線信号を送受信を行うことにより通信を中継するための複数の基地局12a,12b,12cと、接続された光ファイバ通信網14を介して各基地局12を含めたネットワーク全体における通信を制御するホスト制御装置13とを備えている。
The
携帯通信機器11は、各地区に設けられた基地局12との間で無線信号を送受信すべく、車載或いは携帯できるように構成されている。即ち、この携帯通信機器11は、例えばファクシミリ通信やパーソナルコンピュータ等に搭載されてデータ通信を行うための装置を含むものであるが、一般には音声による通話を行うための携帯電話やPHS(パーソナルハンディホンシステム)等であり、特に小型軽量で携帯性に特化した機器として構成されている。
The
各基地局12には、図2に示すように、結晶の屈折率を外部電界によって変化させることにより、媒質中を伝搬するレーザ光の位相を変調する光変調器21が搭載されている。光変調器21は、fmがfSRの整数倍のときに変調効率が最大となる。この光変調器21は、ファブリ−ペロー共振器を適用したいわゆるファブリ−ペロー型光変調器であり、ホスト制御装置13から光ファイバ通信網14を介して伝送されたレーザ光を共振させるために誘電体多層膜等で構成された第1のミラー31並びに第2のミラー32と、例えばニオブ酸リチウム(LiNbO3)等のバルク結晶からなり、供給される電気信号に基づき通過する光を位相変調する光位相変調部33と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して直角になるように光位相変調部33の上面と底面に形成された電極34とを備えている。この電極34には、携帯通信機器11との間で無線信号を送受信するためのアンテナ4が接続されている。
As shown in FIG. 2, each
このような構成からなる光変調器21では、ホスト制御装置13から光ファイバ通信網14を介して伝送されたレーザ光の一部が第1のミラー31から入射される。この入射されたレーザ光は、略平行に配設されたこの第1のミラー31と第2のミラー32によって共振し、また電極34へ供給される無線信号に応じて変調電界がかかる結果、所望の位相変調が施されることになる。
In the
ホスト制御装置13は、基地局12へ伝送するためのレーザ光を発生させ、また基地局12において変調されたレーザ光を光電変換して検波出力を得る。即ち、このホスト制御装置13は、各基地局12a,12b,12cからの検波出力を一括管理することができる。なお、このホスト制御装置13における構成の詳細については、後述する。
The
このような移動体通信システム1では、ホスト制御装置13から出力されたレーザ光を光ファイバ通信網14を介して各基地局12a,12b,12cへ伝送する。各基地局12は、この伝送されたレーザ光を光変調器21における光位相変調部33内を伝搬させ、更に共振させた上で、第1のミラー31を反射したレーザ光(反射光)をホスト制御装置13へ伝送する。
In such a
ここで歩行者より携帯通信機器11を介して発呼された場合において、仮に当該携帯通信機器11が基地局12aの周辺にあるときには、周波数fmの無線信号が基地局12aへ送信されることになる。基地局12aにおける光変調器11は、かかる無線信号をアンテナ4を介して受信し、これを電極34へ供給する。光変調器21における光位相変調部33内を伝搬するレーザ光には、電極34へ供給される周波数fmの無線信号に応じて変調電界が印加され、所望の位相変調が施されることになる。
Here, when a call is made by a pedestrian via the
即ち、基地局12へ伝送されるレーザ光は、当該基地局12周辺にある携帯通信機器11から発呼された場合に、上述した無線信号に含まれる通話内容に応じた位相変調が施されることになる。一方、この基地局12へ伝送されるレーザ光は、当該基地局12周辺にある携帯通信機器11から発呼されなかった場合に、上述した位相変調が施されることはなくなる。ホスト制御装置13では、基地局12から光ファイバ通信網14を介して伝送されるレーザ光につき位相変調が施されていた場合には、これを光電変換することにより、通話内容に応じた検波出力を取得することが可能となる。
That is, when the laser beam transmitted to the
次に、ホスト制御装置13の構成につき、図3を用いて詳細に説明をする。
Next, the configuration of the
ホスト制御装置13は、基地局12へ伝送するためのレーザ光を発生させるレーザ光発生部41と、レーザ光発生部41から出射されたレーザ光につき位相変調を施す位相変調器42と、位相変調器42により位相変調されて出力されるレーザ光の光路中に配された光サーキュレータ43と、基地局12において変調されたレーザ光を光電変換する光検出部44と、光検出部44において光電変換された電気信号から各周波数成分を検出するための第1の帯域フィルタ(第1のBPF)45並びに第2の帯域フィルタ(第2のBPF)46と、所定の周波数の変調信号を発振する発振器48と、上記発振器48から出力される変調信号の位相を位相変調器42がレーザ光に対して施すべき位相変調に応じて調整する位相調整部49と、第1のBPF45において検出された周波数成分の電気信号と発振器48からの変調信号とを乗算する二重平衡変調器(DBM)50と、DBM50から出力された制御信号に応じてレーザ光発生部41を制御する制御アンプ51とを備えている。
The
レーザ光発生部41は、制御アンプ51による制御の下、所定の周波数のレーザ光を発生するための光源であり、例えば、Nd:YAG等の固体レーザ、GaAs等の半導体レーザ、ArF等のガスレーザ等の各種レーザ、さらには、外部共振させることによりレーザ光を発光する半導体レーザ、LEDもしくはキセノンランプ等の光を出射する光源である。ちなみに、このレーザ光発生部41として、半導体レーザ等を用いる場合には、係る半導体レーザに加える電流変調で位相変調を行うことにより、位相変調器43の構成を省略するようにしてもよい。
The
位相変調器42では、レーザ光が当該位相変調器42内を伝搬する時間に同期した変調信号を位相調整部49から駆動入力させることにより、かかるレーザ光につき位相変調をかけることができる。これにより、レーザ光の周波数を中心としたサイドバンドを生成することができる。また、隣接したサイドバンド間における周波数間隔は、全て入力された変調信号の周波数fm2と同等となる。周波数間隔に応じて変調信号の周波数をfm2とするために、発振器48は、周波数fm2の変調信号を生成し、また位相調整部49では、かかる周波数fm2の電気信号の位相を調整する。
In the
光サーキュレータ43は、位相変調器42において変調されたレーザ光を透過させて各基地局12へ導くとともに、各基地局12から戻ってくるレーザ光を反射させて光検出部44へと導く。ちなみに、この光サーキュレータ43は、無偏光ビームスプリッタや偏光ビームスプリッタ等に代替してもよい。
The optical circulator 43 transmits the laser light modulated by the
光検出部44は、この光サーキュレータ43を反射し、更に図示しないシリンドリカルレンズ等によりビームスポットの大きさにつき調整されたレーザ光を受光して光電変換する受光素子である。
The
第1のBPF45は、光検出部44において生成された電気信号のうち、発振器48において発振される周波数fm2の成分のみ検出し、これをDBM50へ出力する。また第2のBPF46は、光検出部44において生成された電気信号のうち、周波数|fm2±fm|の成分のみ検出し、これを検波出力とする。
The
DBM50は、第1のBPF45において検出された周波数fm2の電気信号と、発振器48を介して送信される周波数fm2の変調信号とを乗算することにより、レーザ光発生部41から発生させたレーザ光の位相変化の成分を取り出した制御信号を生成する。このDBM50において生成された制御信号は、制御アンプ51へ送信される。
The
制御アンプ51は、DBM50から送信された制御信号に基づいて、レーザ光発生部41が出力するレーザ光の周波数等を制御する。
The
これにより、光ファイバ通信網に配設される光ファイバにおける劣化や偏光方向の回転、更にはレーザ光発生部におけるレーザ光源自体の劣化により、レーザ光の強度が変動する場合であっても、位相変化の成分のみ取り出すことができ、光強度変化の影響が受けにくくなることから、検出感度を一定に制御することができる。 As a result, even if the intensity of the laser beam fluctuates due to deterioration in the optical fiber disposed in the optical fiber communication network, rotation of the polarization direction, and further deterioration of the laser light source itself in the laser light generation unit, Since only the change component can be taken out and it is difficult to be affected by the change in light intensity, the detection sensitivity can be controlled to be constant.
また、本発明を適用した移動体通信システム1では、以下に説明するバウンドドレーバ法に基づき、レーザ光発生部41から出力されるレーザ光を制御する。このバウンドドレーバ法では、光変調器21における反射率のボトムになるようにレーザ光の周波数を制御する方法である。一般にファブリ−ペロー共振器を利用した光変調器21は、マッハ−ツェンダー型光変調器を利用する場合と比較して遙かに急峻な反射率/電圧特性を有するため高効率な光変調を実現させることができる。この光変調器21において、高効率な光変調を実際にレーザ光に対して施すためには、変調信号の周波数fm2を制御することにより、光変調器21における共振周波数に応じて決定する必要がある。このため、反射光におけるDC成分のドリフトの影響を軽減すべく、バウンドドレーバ法に基づき、図4に示すように光変調器21における位相変調が最大となるように(強度変調が0となるように)信号を生成し、0クロス点でロックするようにレーザ周波数を制御する。なお、この図4において、光位相変調部33に加える電圧のDC成分を0Vとしてレーザ光の周波数を変化させた場合に、光位相変調部33における反射率の極小値に対応した周波数差をFSRとする
図5は、光位相変調部33の反射率/レーザ光周波数特性に対する各周波数fm2の関係を示している。ここで図5(a)に示すような光位相変調部33の反射率/レーザ光周波数特性に対して、変調信号の周波数をfm2=FSR(N+0.5)とした場合(図5(b))、fm2=FSR(N+0.4)とした場合(図5(c))、fm2=FSR(N+0.1)とした場合(図5(d))につき、いずれにおいても、反射率/レーザ光周波数特性のボトムにおいて0クロスが生じている。これは、いずれの場合においても光位相変調部33につき最大変調が得られる反射率/レーザ光周波数のボトムにおいてロックすることができることを示唆している。
Further, in the
特に、変調信号の周波数をfm2=FSR(N+0.5)とした場合(図5(b))において、L点が光位相変調部33における反射率/レーザ光周波数のボトムに相当するため、L点を安定点として調整することにより、反射率/レーザ光周波数のボトムにおいてロックすることができる。またフィードバックの符号を反転することにより、M点を安定点として調整することも可能である。
In particular, when the frequency of the modulation signal is fm2 = FSR (N + 0.5) (FIG. 5 (b)), the point L corresponds to the bottom of the reflectance / laser light frequency in the
これに対して、fm2=FSR(N+0.4)とした場合(図5(c))、fm2=FSR(N+0.1)とした場合(図5(d))においては、反射率/レーザ光周波数のボトムに相当しない“×”印で示される箇所においても安定点が生じてしまい、これを防ぐためには、コンピュータ等を用いた複雑な制御系が必要となる。 On the other hand, in the case of fm2 = FSR (N + 0.4) (FIG. 5C) and fm2 = FSR (N + 0.1) (FIG. 5D), the reflectance / laser light A stable point is also generated at a location indicated by “x” not corresponding to the bottom of the frequency, and in order to prevent this, a complicated control system using a computer or the like is required.
即ち、変調信号の周波数fm2を光位相変調部33おけるFSRの(N+0.5)倍とすることにより、複雑な制御系を構築しなくても確実に反射率/レーザ光周波数のボトムにおいてロックすることができる。かかる状態で携帯通信機器11から受信した無線信号の周波数fmに基づいて、光位相変調部33に共鳴するレーザ光をより高効率に変調することができる。
That is, by setting the frequency fm2 of the modulation signal to (N + 0.5) times the FSR in the optical
また、上述の如き構成からなるホスト制御装置13を含む移動体通信システム1では、以下の動作が実現されることになる。
In the
レーザ光発生部41において発生されたレーザ光の周波数特性は、図6(a)に示すように単一のキャリア成分のみで構成されている。かかるレーザ光が位相変調器42において周波数fm2の変調信号により変調され、図6(b)に示すように周波数間隔fm2のサイドバンドが広帯域にわたり生成された状態となる。ちなみに、この図6(b)において、位相変調の変調指数は1以下を仮定し、2次以上のサイドバンド成分は微弱であるため無視している。
The frequency characteristic of the laser beam generated in the
かかるサイドバンドが生成されたレーザ光は、そのまま光サーキュレータ43を透過し、光ファイバ通信網14を介して各基地局12へ伝送される。各基地局12周辺にある携帯通信機器11から発呼された場合には、周波数fmの無線信号が当該基地局12へ送信され、また基地局12に搭載された光変調器21内を伝搬するレーザ光には、周波数fmの無線信号に応じて変調電界が印加されて位相変調が施される。
The laser beam in which such a sideband is generated passes through the optical circulator 43 as it is and is transmitted to each
図6(c)は、光変調器21において周波数fmの無線信号に基づいて位相変調が施されたレーザ光の周波数特性を示している。この図6(c)に示すように周波数fmの無線信号に基づいて変調される結果、周波数間隔fmのサイドバンドが新たに生成されることになる。またこの図6(c)に示すように、周波数間隔fm2のサイドバンド間隔は、周波数fm2が光位相変調部33におけるFSRの(N+0.5)倍に設定されているため、図6(d)に示す反射率/レーザ光周波数のボトムに一致せず減衰することはない。これに対してキャリア成分は、図6(d)に示す反射率/レーザ光周波数のボトムに一致するため、0になる。
FIG. 6C shows the frequency characteristic of the laser light that is phase-modulated based on the radio signal having the frequency fm in the
このように光位相変調部33から第2のミラー32を介して出射されたレーザ光は、周波数fm2の変調信号によるサイドバンド成分と、携帯通信機器11からの周波数fmの無線信号によるサイドバンド成分が主たる周波数成分となる。ホスト制御装置13において、かかる周波数成分を有するレーザ光を光検出部44を介して光電変換することにより、検波出力は、周波数fm2のサイドバンド成分と周波数fmのサイドバンド成分との干渉信号である|fm2±fm|成分と、2×fm2成分がメインとなる。2×fm成分も存在するが、僅かであるため無視できる。
As described above, the laser light emitted from the optical
ここで|fm2−fm|成分につき説明をする。なお、|fm2+fm|成分についても同様であるため、この|fm2−fm|成分における説明を引用する。 Here, the | fm2-fm | component will be described. Since the same applies to the | fm2 + fm | component, the description of the | fm2-fm | component is cited.
光位相変調部33から第2のミラー32を介して出射されたレーザ光は、図6(c)に示すように、高周波側のサイドバンド成分並びに低周波側のサイドバンド成分が存在するが、反射率/レーザ光周波数のボトムにロックされた場合において、光位相変調部33と位相変調器42とは等価に働くため、fm2の変調成分とfmの変調成分は、高周波側及び低周波側においてそれぞれ同相となる。即ち、図6(c)に示すように、高周波側、低周波側においてそれぞれ生成されるサイドバンドの周波数成分は、互いにキャリア成分の周波数を介して対称となり、また電場の正負は互いに逆となる。その結果、fm2−fmのビートから見て高周波側のサイドバンド成分と低周波側のサイドバンド成分とは、互いに同相となり、互いに強め合うため打ち消し合わない。このfm2−fmの成分は、携帯通信機器11から送信された無線信号の周波数fmを含んでいることから、ホスト制御装置13は、光検出部44を介して光電変換した電気信号からこのfm2−fmを第2のBPF46を介して検出して検波出力とすることができる。
As shown in FIG. 6C, the laser light emitted from the optical
即ち、このような移動体通信システム1では、反射率/レーザ光周波数のボトムにキャリア成分を一致させるレーザ制御と、fm2−fmの周波数成分における検波を同時に実現することができる。通常、レーザ制御に用いる位相変調と、検波に用いる位相変調を同一条件下で行う必要はないが、同じ周波数で変調することにより、システムを大幅に簡略化させることができる。
That is, in such a
また雑音に関しては、fm2の±1次のサイドバンドにおける高周波成分側の|fm2−fm|離れた点の位相雑音が検波に影響するが、この周波数の雑音成分は、各周波数成分fmが、FSRの整数倍である場合には、光位相変調部33の反射特性がノッチフィルタとして働くため失われる。このため、本発明では、いわゆるファブリ−ペロー共振を実現するための第1のミラー31と第2のミラー32における最小反射率をできるだけ小さく設計することにより、レーザ雑音の影響を軽減させるようにしてもよい。
As for noise, phase noise at a point separated by | fm2-fm | on the high frequency component side in the ± 1st order sideband of fm2 affects detection. The noise component of this frequency is the frequency component fm, In the case of an integral multiple of λ, the reflection characteristic of the optical
図7は、周波数fm2の変調信号による位相変調の変調指数β2に対するS/N比の関係を示している。この図7における曲線kは、熱雑音を含まない場合における変調指数β2に対するS/N比の関係を示している。また曲線lは、熱雑音を含む場合であって、かつ図5(b)におけるL点を安定点として調整した場合における変調指数β2に対するS/N比の関係を示している。また曲線mは、熱雑音を含む場合であって、かつ図5(c)におけるL点を安定点として調整した場合における変調指数β2に対するS/N比の関係を示している。 FIG. 7 shows the relationship of the S / N ratio with respect to the modulation index β2 of the phase modulation by the modulation signal of the frequency fm2. The curve k in FIG. 7 shows the relationship of the S / N ratio with respect to the modulation index β2 when no thermal noise is included. A curve l shows the relationship of the S / N ratio to the modulation index β2 when thermal noise is included and the point L in FIG. 5B is adjusted as a stable point. A curve m shows the relationship of the S / N ratio with respect to the modulation index β2 when thermal noise is included and the point L in FIG. 5 (c) is adjusted as a stable point.
この図7に示すように、信号強度がfm2のサイドバンド振幅とfmのサイドバンド振幅の積に比例することを利用することにより、光電変換した電気信号のS/N比の最適化を図ることが可能となる。 As shown in FIG. 7, the S / N ratio of the photoelectrically converted electric signal is optimized by utilizing the fact that the signal intensity is proportional to the product of the sideband amplitude of fm2 and the sideband amplitude of fm. Is possible.
なお、本発明を適用した移動体通信システム1では、変調信号の周波数をfm2=FSR(N+0.5)とするとき、M点を安定点する場合においても、L点を安定点とする場合とほぼ同様に検波することができる。図5(b)に示すように、光位相変調部33における反射率/レーザ光周波数のボトムで0クロスが生じる一方で、反射率/レーザ光周波数特性のボトムが無い中間部分にあたるM点においても0クロスが生じる。またM点を安定点として制御した場合であっても、周波数fm2の変調信号による位相変調により生じたサイドバンドSB1は、反射率/レーザ光周波数のボトムと一致する。かかるサイドバンドSB1は、基地局12における光変調器21において、携帯通信機器11からの周波数fmの無線信号により変調されることになる。
In the
かかる場合において、図8(a)に示すような周波数間隔fm2のサイドバンドSB1が広帯域にわたり生成されたレーザ光は、光ファイバ通信網14を介して各基地局12へ伝送され、また各基地局12周辺にある携帯通信機器11から発呼された場合には、光変調器21において周波数fmの無線信号に基づいて位相変調が施される。ここでM点を安定点として制御する場合において、サイドバンドSB1に基づいて更に深い位相変調がかけられる。換言すれば周波数間隔fm2のサイドバンドSB1は、光変調器21内において周波数fmにより変調されることになる。その結果、サイドバンドSB1を中心として±fmの周波数間隔で新たにサイドバンドSB2が発生することになる。更にサイドバンドSB3も発生する。
In such a case, the laser light generated over the wide band of the side band SB1 having the frequency interval fm2 as shown in FIG. 8A is transmitted to each
ちなみに、光位相変調部33における反射率は、キャリア成分の帯域において高いため、キャリア成分自体が減衰することはない。そして、かかるキャリア成分とサイドバンドSB2とが互いに干渉する結果、干渉信号fm2−fmの成分が強め合う。即ち、M点を安定点として調整する場合においても同様に、fm2−fmの周波数成分を検波することができ、更にはL点を安定点として調整する場合とほぼ等しい強度の干渉信号を得ることができる。
Incidentally, since the reflectance in the optical
また雑音に関しても、通常キャリア成分から高周波側或いは低周波側においてfm2−fm離れた帯域における強度雑音が検波に影響するが、かかる帯域における雑音成分は、光変調器21の反射特性がいわゆるノッチフィルタとして働くため失われることになる。従って、光位相変調部33における最小反射率をできるだけ小さく設計することにより、検波時における雑音の影響を軽減させることができる。
In addition, regarding noise, intensity noise in a band away from fm2-fm from the normal carrier component on the high frequency side or low frequency side affects the detection. The noise component in such a band has a reflection characteristic of the
なお本発明を適用した移動体通信システム1では、各基地局12へ搭載する光変調器11として以下に説明する偏光無依存のリング型電気光学変調器を用いてもよい。
In the
このリング型電気光学変調器80は図9に示すように、光位相変調器111と、この光位相変調器111を介して互いに対向するように設置された第1のミラー112及び第2のミラー113からなる光共振器110と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるように光位相変調器111の上面と底面に形成された電極115と、上述した各構成要素が組み込まれる温度補償筐体116とを備えている。また、この第1のミラー112に対してそれぞれ入出射するための光を伝搬させる光ファイバからなる第1の光路121並びに第2の光路122と、第1の光路121の終端に配設された第1のコリメータ131と、第2の光路122の終端に配設された第2のコリメータ132と、第1の光路121並びに第2の光路122に対してそれぞれ連結されてなる偏波保存カプラ141とを備えている。
As shown in FIG. 9, the ring-type electro-
光位相変調器111は、供給される電気信号に基づき通過する光を位相変調する光デバイスである。光位相変調器111は、導波路12と同一の材質として構成してもよい。ちなみに、この光位相変調器111における各側面は、入射された光を全反射するように反射率が制御される。このため、図9に示すように、第1のミラー112を介して斜め方向から入射された光は、それぞれ光位相変調器111の側面により全反射され、また第2のミラー113により反射されるため、あたかも光位相変調器111内でリングを描くような経路をとる。
The
第1のミラー112及び第2のミラー113は、光共振器110に入射した光を共振させるため設けられたものであり、光位相変調器111を通過する光を往復反射させることにより共振させる。
The
第1のミラー112は、光位相変調器111の光入射側に配され、第1のコリメータ131或いは第2のコリメータ132から光が入射される。また、この第2のミラー113を反射して光位相変調器111を通過した一部の光を反射し、また一部の光を外部へ出射する。
The
電極115は、無線信号を送受信するためのアンテナ4が接続されている。この電極115に対して、外部から供給される周波数fmの無線信号により、光位相変調器111内を伝搬する光に位相変調がかけられる。
The
偏波保存カプラ141は、上記光ファイバ通信網14に接続されてなる光ファイバ通信網440から伝送された光から、水平方向の直線偏光と、垂直方向の直線偏光とを分離する。この分離された水平方向の直線偏光成分を含む光は第1の光路121を伝搬し、また垂直方向の直線偏光成分を含む光は、第2の光路122を伝搬する。
The
第1の光路121は、光ファイバを回転させて設置することにより、光の偏光成分を水平方向から垂直方向へ回転させる。これにより、第1の光路121を伝搬する光と、第2の光路122を伝搬する光の偏光方向を同一にすることができる。なお、第2の光路122においても偏光方向を回転できる機能を備えるようにしてもよい。
The first
第1のコリメータ131並びに第2のコリメータ132は、それぞれ第1の光路121,第2の光路122を伝搬した光を平行光にして、これを光共振器110を構成する第1のミラー112へ出射する。
The first collimator 131 and the
このようなリング型電気光学変調器80では、光ファイバ通信網440から伝搬されてくる光が先ず偏波保存カプラ141に入射される。この入射された光は、様々な偏光成分を含む場合であっても、それぞれ各直線偏光の方向に応じて分離されて第1の光路121,第2の光路122を伝搬することになる。この分離された光は、それぞれ偏光方向を回転制御された後で第1のコリメータ131,第2のコリメータ132を介して平行光として出射される。この出射された各光は、それぞれA方向、B方向から第1のミラー112を通過してそのまま光位相変調器111の側面により全反射されつつ伝搬することになる。そして第2のミラー113を反射した各光は再び第1のミラー112へ戻り、一部は反射し、また一部は第1のミラー112を介して外部へ出射されることになる。
In such a ring type electro-
即ち、A方向から入射された光は、図9に示すように左回りにリングを描くように光位相変調器111内を伝搬し、第1のミラー112を介してB方向へ出射される。そしてこのB方向から出射された光は、第2のコリメータ132を介して第2の光路を伝搬し、偏波保存カプラ141へ戻る。同様に、B方向から入射された光は右回りにリングを描くように伝搬し、第1のミラー112を介してA方向へ出射される。そして、このA方向から出射された光は、第2のコリメータ132を介して第2の光路を伝搬し、偏波保存カプラ141へ戻る。ちなみに、偏波保存カプラ141へ戻った各光は、互いに合成されて再び光ファイバ通信網440へ送信されることになる。
That is, the light incident from the A direction propagates in the
このようなリング型電気光学変調器80では、仮に光位相変調器111を構成する材料の屈折率や変調効率がある特定の偏光方向に強く依存する場合に、当該偏光方向に応じて、偏波保存カプラ141において分離された各光の偏光方向を同一方向に制御することができる。これにより、供給される光がいかなる偏光成分を有する場合であっても、これに依存することなく高効率な位相変調を実現させることができる。
In such a ring type electro-
また、光ファイバ通信網440に配設される光ファイバが偏光保存ファイバでなくても、これを偏光方向を制御しつつ高効率な位相変調を施すことができる。このため、各基地局12へ搭載する光変調器81として、このリング型電気光学変調器80を用いることにより、システム全体の汎用性を高めることも可能となる。
Further, even if the optical fiber disposed in the optical
なお、このリング型電気光学変調器80の温度補償筐体116における材質や構造を、光位相変調器111を構成する結晶の熱膨張率、熱屈折率の変化を補償できるようにしてもよい。これにより、基地局12が設置される温度環境等を除去した高精度な変調を実現することができる。
Note that the material and structure of the
ちなみに、本発明を適用したリング型電気光学変調器80は上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば、複屈折素子と用いて各偏波成分を分離する図10に示すリング型電気光学変調器90に適用してもよい。なお、この図10に示すリング型光電気光学変調器90においてリング型電気光学変調器80と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
Incidentally, the ring type electro-
このリング型電気光学変調器90は、光位相変調器111と、この光位相変調器111を介して互いに対向するように設置された第1のミラー212及び第2のミラー213からなる光共振器210と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるように光位相変調器111の上面と底面に形成された電極115とを備えている。またリング型電気光学変調器90は、光ファイバ通信網440からの光を平行光にするコリメータレンズ231と、コリメータレンズ231から出射された光を各偏光成分に応じて分離する複屈折素子241と、複屈折素子241において分離された一の偏光成分を有する光の光路(以下、第1の光路221という。)上に配設された1/2波長板232と、上記第1の光路221並びに複屈折素子241において分離された他の一の偏光成分を有する光の光路(以下、第2の光路222という。)上に設けられた平凸レンズ233とを備えている。
The ring-type electro-
第1のミラー212及び第2のミラー213は、光共振器210に入射した光を共振させるため設けられたものであり、光位相変調器111を通過する光を往復反射させることにより共振させる。
The
第1のミラー212は、光位相変調器111の光入射側に配され、平凸レンズ233から光が入射される。また第2のミラー213は、平凸レンズ233により集束光とされた光を再び平行光とすべく、いわゆる凹面鏡として構成される。
The
複屈折素子241は、偏光方向によって屈折率が変化する複屈折を利用して、コリメータレンズ231により平行光とされた光から、水平方向の直線偏光と垂直方向の直線偏光とを分離する。この分離された水平方向の直線偏光成分を含む光は第1の光路221を伝搬し、また垂直方向の直線偏光成分を含む光は、第2の光路222を伝搬する。
The
1/2波長板232は、高速軸が光の偏光方向から45°傾いた状態となるように、第1の光路221上に配設される。これにより、光の偏光成分を水平方向から垂直方向へ回転させることができ、第1の光路221を伝搬する光と、第2の光路222を伝搬する光の偏光方向を同一にすることができる。なお、第2の光路222においても偏光方向を回転できる機能を備えるようにしてもよい。
The half-
このようなリング型電気光学変調器90では、光ファイバ通信網440から伝搬されてくる光がコリメータレンズ231を介して複屈折素子241に入射される。この入射された光は、様々な偏光成分を含む場合であっても、それぞれ各直線偏光の方向に応じて第1の光路221,第2の光路222に分離される。このうち第1の光路221へ分離された光は、1/2波長板232を通過することにより、偏光方向を回転制御され、第2の光路222を伝搬する光とともに、平凸レンズ233により集束光とされ、互いに異なる方向(A方向、B方向)から光位相変調器111へ入射されることになる。
In such a ring type electro-
A方向から入射された光は、図10に示すように右回りにリングを描くように光位相変調器111内を伝搬し、第1のミラー212を介してB方向へ出射され、平凸レンズ233を通過した上で複屈折素子241へ戻る。同様にB方向から入射された光は、左回りにリングを描くように伝搬し、第1のミラー212を介してA方向へ出射され、さらに1/2波長板232を介して複屈折素子241へ戻る。
The light incident from the A direction propagates in the
このようなリング型電気光学変調器90においても、光ファイバ通信網440を伝搬してきた光がいかなる偏光成分を有する場合であっても、これに依存することなく高効率な位相変調を実現させることができる。
Even in such a ring-type electro-
なお、このリング型電気光学変調器90においても上述の如き温度補償筐体116に各構成要素を組み込むようにしてもよい。
In the ring-type electro-
また、本発明を適用したリング型電気光学変調器80では、さらに図11に示す構成に光位相変調器111を配設するようにしてもよい。
Further, in the ring type electro-
この図11に示す構成では、第1の光路121から光共振器110並びに光位相変調器111を経て、第2の光路122へと連結する、いわゆるループ状の構成とされている。これにより、第1の光路121における終端近傍に上記第1のミラー112が、また第2の光路122における終端近傍に上記第2のミラー113が配設される構成となる。
The configuration shown in FIG. 11 is a so-called loop configuration in which the first
偏波保存カプラ141において分離された水平方向の直線偏光成分を含む光は第1の光路121を伝搬し、第1のミラー112を介して光位相変調器111へ入射されて変調された後、第2の光路122を経て偏光保存カプラ141へ戻ることになる。偏波保存カプラ141において分離された垂直方向の直線偏光成分を含む光は第2の光路122を伝搬し、第2のミラー113を介して光位相変調器111へ入射されて変調された後、第1の光路121を経て、偏光保存カプラ141へ戻ることになる。ちなみに、第1の光路121及び第2の光路122から偏光保存カプラ141へ戻ってきた光間において同期をとりつつ合波すべく、第1の経路121と第2の経路122の距離は同一とする。
The light containing the linearly polarized component in the horizontal direction separated by the
即ち、この図11に示す構成においては、光位相変調器111への光の入力、出力を異なる光経路121,122を介して実現することができる。また、この構成では、光の入出力を光経路121,122間において入れ換えても、同様な位相変調を施すことが可能となる。
That is, in the configuration shown in FIG. 11, the input and output of light to the
また、本発明を適用したリング型電気光学変調器80は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば図12に示すような共振器内部に複屈折素子を設けたリング型電気光学変調器10を適用してもよい。このリング型電気光学変調器10において、上述したリング型電気光学変調器80と同一の構成要素、部材については、同一の番号を付して説明を省略する。
Further, the ring type electro-
このリング型電気光学変調器10は、光位相変調器111と、この光位相変調器311を介して互いに対向するように設置された第1のミラー112及び第2のミラー113からなる光共振器110と、変調電界の方向が光の伝搬方向に対して略垂直になるように光位相変調器111の上面と底面に形成された図示しない電極とを備えている。またリング型電気光学変調器10は、第1のミラー112と光位相変調器111との間に配された45°偏光回転の第1のファラデーローテータ321と、第2のミラー113と光位相変調器111との間に配された第2のファラデーローテータ322を備えている。
This ring-type electro-
第1のミラー112は、偏波保存カプラ141において分離された各偏光成分の光が入射される。第1のミラー112は、この入射された光の一部を反射し、また一部を通過させる。
The
第1のファラデーローテータ321は、第1のミラー112を通過した光の偏光方向を−45°回転させてこれを光位相変調器111へ出射させる。またこの第1のファラデーローテータ321は、光位相変調器111からの光につき偏光方向を更に−45°回転させてこれを第1のミラー112へ出射させる。
The
第2のファラデーローテータ322は、光位相変調器111を通過した光の偏光方向を−45°回転させてこれを第2のミラー113へ出射させる。また、この第2のファラデーローテータ322は、第2のミラー113からの光につき偏光方向を−45°回転させてこれを光位相変調器111へ出射させる。
The second Faraday rotator 322 rotates the polarization direction of the light that has passed through the
即ち、このリング型電気光学変調器10では、図12 (a)に示すように垂直方向から45°ずれた偏光成分(以下、45°偏光という。)の光が供給された場合に、これを第1のファラデーローテータ321により−45°回転させてその偏光方向を垂直方向にする。この垂直方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器111内を通過した後、第2のファラデーローテータ322によりその偏光方向につき−45°回転させられて垂直方向から−45°ずれた偏光成分(以下、−45°偏光という)となる。この−45°偏光の光は、第2のミラー113より反射された後、再び第2のファラデーローテータ322よりその偏光方向につき−45°回転させられ、水平方向の偏光成分となる。この水平方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器111内を通過した後、再び第1のファラデーローテータ321により偏光方向につき−45°回転させられて45°偏光となり、第1のミラー112を介して出射されることになる。
That is, in the ring type electro-
同様に、このリング型電気光学変調器10では、図12(b)に示すように−45°偏光の光が供給された場合に、これを第1のファラデーローテータ321により−45°回転させてその偏光方向を水平方向にする。この水平方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器111内を通過した後、第2のファラデーローテータ322によりその偏光方向につき−45°回転させられて45°偏光となる。この45°偏光の光は、第2のミラー113より反射された後、再び第2のファラデーローテータ322よりその偏光方向につき−45°回転させられ、垂直方向の偏光成分となる。この垂直方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器111内を通過した後、再び第1のファラデーローテータ321により偏光方向につき−45°回転させられて−45°偏光となり、第1のミラー112を介して出射されることになる。
Similarly, in the ring type electro-
このように、リング型電気光学変調器10では、光位相変調器111の前後にファラデーローテータ321,322を配設することにより、当該光位相変調器111内に直交する二つの偏光成分のみを伝搬させることができる。この直交する二つの偏光成分における偏光方向は、光位相変調器111における伝搬方向に応じて互いに異なるが、それぞれ同一の伝搬経路、光学距離をとる。このため、直交する二つの偏光成分を有する各光に対して、光共振器110自体が縮退している事になる。かかる場合には、入射される光の偏光方向に支配されることなく、高効率な位相変調が可能となる。
As described above, in the ring type electro-
さらに、本発明では、上述したリング型電気光学変調器10に限定されるものではなく、図13に示すように光共振器110内部に1/4波長板を設置したリング型電気光学変調器300に適用するようにしてもよい。
Furthermore, the present invention is not limited to the ring type electro-
このリング型電気光学変調器300は、光位相変調器111と、光共振器110とを備え、更に第1のミラー312と光位相変調器111との間に配された1/4波長板331と、第2のミラー113と光位相変調器111との間に配された1/4波長板332とを備えている。
This ring type electro-
1/4波長板331,332は、通過する光が垂直、水平方向の偏光成分を有する場合に、それぞれに対してπ/2の位相差を与えるものである。
The quarter-
即ち、このリング型電気光学変調器300では、右回りの円偏光(以下、右回り円偏光という。)の光が供給された場合に、これを1/4波長板331により垂直方向の直線偏光とする。この垂直方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器111内を通過した後、1/4波長板332により左回りの円偏光(以下、左回り円偏光という。)とされる。そして、この左回りの円偏光の光は、第2のミラー113より反射された後、1/4波長板322より水平方向の直線偏光とされ、そのまま光位相変調器111内を通過し、更に1/4波長板により再び右回り円偏光とされて第1のミラー112を介して出射されることになる。
In other words, in the ring type electro-
また、このリング型電気光学変調器300では、左回り円偏光の光が供給された場合に、これを1/4波長板331により水平方向の直線偏光とする。この水平方向の偏光成分からなる光は、そのまま光位相変調器111内を通過した後、1/4波長板332により右回り円偏光とされる。そして、この右回りの円偏光の光は、第2のミラー113より反射された後、1/4波長板322より垂直方向の直線偏光とされ、そのまま光位相変調器111内を通過し、更に1/4波長板により再び左回り円偏光とされて第1のミラー112を介して出射されることになる。
Further, in the ring type electro-
このように、リング型電気光学変調器300では、光位相変調器111の前後に1/4波長板331,332を配設することにより、当該光位相変調器111内に直交する二つの偏光成分のみを伝搬させることができる。この直交する二つの偏光成分における偏光方向は、光位相変調器111における伝搬方向に応じて互いに異なるが、それぞれ同一の伝搬経路、光学距離をとる。このため、直交する二つの偏光成分を有する各光に対して、光共振器110自体が縮退している事になる。かかる場合には、入射される光の偏光方向に支配されることなく、高効率な位相変調が可能となる。
As described above, in the ring-type electro-
特にこのリング型電気光学変調器10,300を、供給される光の偏光成分に応じて使い分けることにより、直線偏光の偏光方向や円偏光の向きの如何に関わらず、当該光位相変調器111内に直交する二つの偏光成分のみを伝搬させることができ、変調の高効率化を促進させることができる。
In particular, the ring-type electro-
1 移動体通信システム、4 アンテナ、8 リング型電気光学変調器、11 携帯通信機器、12 基地局、13 ホスト制御装置、14 光ファイバ通信網、21 光変調器、31 第1のミラー、32 第2のミラー、33 光位相変調部、34 電極、111 光位相変調器、112 第1のミラー、113 第2のミラー、115 電極、116 温度補償筐体、121 第1の光路、122 第2の光路、131 第1のコリメータ、132 第2のコリメータ、141 偏波保存カプラ
DESCRIPTION OF
Claims (14)
上記基地局は、伝送されたレーザ光を携帯通信機器からの電気信号fmに基づき変調するファブリ−ペロー共振器からなる光変調器を有し、
上記ホスト制御装置は、
レーザ光を生成するレーザ光生成手段と、
上記基地局における光変調器の反射率特性に基づいて決定された周波数fm2の変調信号を発振する発振手段と、
上記レーザ光生成手段において生成されたレーザ光を上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて変調してこれを上記基地局へ伝送する変調手段と、
上記基地局から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成する光電変換手段と、
上記光電変換手段により生成された電気信号から干渉信号|fm2−fm|を検出する検波手段と、
上記電気信号から検出した周波数fm2の成分に応じて上記レーザ光生成手段を制御するレーザ光制御手段と
を有し、
上記発振手段は、上記変調信号の周波数fm2を、上記光変調器における反射率の極小値に対応した周波数差FSRに基づき、以下の式
fm2=FSR(N+0.5)
(Nは整数)
により決定すること
を特徴とする光通信システム。 Light that modulates laser light transmitted from a host control device to a base station via an optical fiber communication network based on a signal having a frequency fm supplied from a portable communication device, and transmits the modulated light to the host control device for detection. In a communication system,
The base station includes an optical modulator including a Fabry-Perot resonator that modulates transmitted laser light based on an electric signal fm from a portable communication device,
The host controller is
Laser light generating means for generating laser light;
Oscillating means for oscillating a modulation signal of frequency fm2 determined based on the reflectance characteristic of the optical modulator in the base station;
Modulation means for modulating the laser light generated in the laser light generation means in accordance with the modulation signal supplied from the oscillation means and transmitting it to the base station;
Photoelectric conversion means for photoelectrically converting the laser light transmitted from the base station to generate an electrical signal;
Detection means for detecting an interference signal | fm2-fm | from the electric signal generated by the photoelectric conversion means;
Laser light control means for controlling the laser light generation means in accordance with the component of the frequency fm2 detected from the electrical signal;
Have
The oscillating means sets the frequency fm2 of the modulation signal based on the frequency difference FSR corresponding to the minimum value of the reflectance in the optical modulator, and the following formula fm2 = FSR (N + 0.5)
(N is an integer)
An optical communication system characterized by:
上記基地局は、伝送されたレーザ光を携帯通信機器からの電気信号fmに基づき変調するファブリ−ペロー共振器からなる光変調器を有し、 The base station includes an optical modulator including a Fabry-Perot resonator that modulates transmitted laser light based on an electric signal fm from a portable communication device,
上記ホスト制御装置は、 The host controller is
レーザ光を生成するレーザ光生成手段と、 Laser light generating means for generating laser light;
上記基地局における光変調器の反射率特性に基づいて決定された周波数fm2の変調信号を発振する発振手段と、 Oscillating means for oscillating a modulation signal of frequency fm2 determined based on the reflectance characteristic of the optical modulator in the base station;
上記レーザ光生成手段において生成されたレーザ光を上記発振手段から供給された上記変調信号に応じて変調してこれを上記基地局へ伝送する変調手段と、 Modulation means for modulating the laser light generated in the laser light generation means according to the modulation signal supplied from the oscillation means, and transmitting the modulated signal to the base station;
上記基地局から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成する光電変換手段と、 Photoelectric conversion means for photoelectrically converting the laser light transmitted from the base station to generate an electrical signal;
上記光電変換手段により生成された電気信号から干渉信号|fm2+fm|を検出する検波手段と、 Detection means for detecting an interference signal | fm2 + fm | from the electrical signal generated by the photoelectric conversion means;
上記電気信号から検出した周波数fm2の成分に応じて上記レーザ光生成手段を制御するレーザ光制御手段と Laser light control means for controlling the laser light generation means in accordance with the component of the frequency fm2 detected from the electrical signal;
を有し、 Have
上記発振手段は、上記変調信号の周波数fm2を、上記光変調器における反射率の極小値に対応した周波数差FSRに基づき、以下の式 The oscillation means sets the frequency fm2 of the modulation signal based on the frequency difference FSR corresponding to the minimum value of the reflectance in the optical modulator based on the following equation:
fm2=FSR(N+0.5)fm2 = FSR (N + 0.5)
(Nは整数)(N is an integer)
により決定すること Determined by
を特徴とする光通信システム。 An optical communication system.
を特徴とする請求項1又は2のいずれか1項に記載の光通信システム。 The optical modulator includes: a separating unit that separates the transmitted laser light according to a polarization direction; a polarization control unit that aligns the polarization direction of each of the separated laser beams; and an incident from the polarization control unit at different angles. Resonance means for resonating each laser beam between the reflecting mirrors, and phase modulation means for modulating the phase of the light resonated by the resonance means based on the electric signal fm from the portable communication device. The optical communication system according to any one of claims 1 and 2 .
を特徴とする請求項3記載の光通信システム。 The optical communication system according to claim 3 , wherein the separating means in the optical modulator is constituted by a birefringent element.
を特徴とする請求項3記載の光通信システム。 4. The optical communication system according to claim 3 , wherein the resonance means in the optical modulator is configured such that the separated laser beams are incident through different reflecting mirrors.
上記偏光制御手段は、上記位相変調手段におけるバルク結晶の両端に配設された45°偏光回転のファラデーローテータであること
を特徴とする請求項3記載の光通信システム。 The phase modulation means is a bulk crystal whose refractive index changes by applying an electric field,
The optical communication system according to claim 3 , wherein the polarization control means is a Faraday rotator with 45 ° polarization rotation disposed at both ends of the bulk crystal in the phase modulation means.
上記偏光制御手段は、上記位相変調手段におけるバルク結晶の両端に配設された1/4波長板であること
を特徴とする請求項3記載の光通信システム。 The phase modulation means is a bulk crystal whose refractive index changes by applying an electric field,
The optical communication system according to claim 3 , wherein the polarization control means is a quarter-wave plate disposed at both ends of the bulk crystal in the phase modulation means.
上記ホスト装置では、
生成したレーザ光を上記光変調器における反射率の極小値に対応した周波数差FSRに基づき、以下の式
fm2=FSR(N+0.5)
(Nは整数)
により決定された周波数fm2の変調信号に応じて変調してこれを上記基地局へ伝送し、
上記基地局から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成し、
上記生成した電気信号から干渉信号|fm2−fm|を検波用に検出し、
さらに上記電気信号から検出した周波数fm2の成分に応じて上記生成するレーザ光を制御すること
を特徴とする光通信方法。 Laser light transmitted from the host controller to the base station via the optical fiber communication network is modulated by the optical modulator comprising a Fabry-Perot resonator in the base station based on the electric signal fm from the portable communication device, In an optical communication method of transmitting to a host control device and detecting,
In the above host device,
Based on the frequency difference FSR corresponding to the minimum value of the reflectance in the optical modulator, the generated laser light is expressed by the following formula: fm2 = FSR (N + 0.5)
(N is an integer)
Modulated according to the modulation signal of the frequency fm2 determined by the above and transmitted to the base station,
The laser beam transmitted from the base station is photoelectrically converted to generate an electrical signal,
The interference signal | fm2-fm | is detected for detection from the generated electrical signal,
Furthermore, the laser beam to be generated is controlled according to the component of the frequency fm2 detected from the electrical signal .
上記ホスト装置では、 In the above host device,
生成したレーザ光を上記光変調器における反射率の極小値に対応した周波数差FSRに基づき、以下の式 Based on the frequency difference FSR corresponding to the minimum value of the reflectance in the optical modulator, the generated laser light is expressed by the following equation:
fm2=FSR(N+0.5) fm2 = FSR (N + 0.5)
(Nは整数) (N is an integer)
により決定された周波数fm2の変調信号に応じて変調してこれを上記基地局へ伝送し、Modulated according to the modulation signal of the frequency fm2 determined by the above and transmitted to the base station,
上記基地局から伝送されたレーザ光を光電変換して電気信号を生成し、 The laser beam transmitted from the base station is photoelectrically converted to generate an electrical signal,
上記生成した電気信号から干渉信号|fm2+fm|を検波用に検出し、 The interference signal | fm2 + fm | is detected for detection from the generated electrical signal,
さらに上記電気信号から検出した周波数fm2の成分に応じて上記生成するレーザ光を制御すること Furthermore, the laser beam to be generated is controlled according to the component of the frequency fm2 detected from the electrical signal.
を特徴とする光通信方法。 An optical communication method characterized by the above.
を特徴とする請求項8又は9のいずれか1項に記載の光通信方法。 In the optical modulator, the transmitted laser beam is separated according to the polarization direction, the polarization directions of the separated laser beams are aligned, and the laser beams incident at different angles are placed between the opposing reflectors. The optical communication method according to claim 8, wherein the phase of the resonated light is modulated based on an electric signal fm from a portable communication device.
を特徴とする請求項10記載の光通信方法。 The optical communication method according to claim 10 , wherein the optical modulator separates the transmitted laser light according to a polarization direction by a birefringent element.
を特徴とする請求項10記載の光通信方法。 The optical communication method according to claim 10, wherein the laser beams incident through different reflectors are resonated.
を特徴とする請求項10記載の光通信方法。 The phase of the resonated light is modulated by a bulk crystal whose refractive index changes by applying an electric field, and the polarization direction of each laser beam by a Faraday rotator with 45 ° polarization rotation disposed at both ends of the bulk crystal. The optical communication method according to claim 10 , wherein:
を特徴とする請求項10記載の光通信方法。 The phase of the resonated light is modulated by a bulk crystal whose refractive index is changed by applying an electric field, and the polarization directions of the laser beams are aligned by quarter-wave plates disposed at both ends of the bulk crystal. The optical communication method according to claim 10 .
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