JP4532365B2 - 信号発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、パルス波形を高精度で生成可能な信号発生装置に関し、特に、該パルス波形を用いて電気信号を得るための信号発生装置に関する。

ＵＷＢ（Ultra WideBand）技術に基づく無線通信では、信号の広帯域性により、他の通信システム（例えば、電波天文、衛星通信、放送等に係る通信システム）に対する与干渉や、同一の通信システム内で生じる被干渉等が低減可能な信号波形の検討が重要となっている。特に、最近では、他の通信システムへの与干渉の低減化を図るため、従来のような、ガウシアン型パルス等のような単純なパルス波形ではなく、ユーザ間で互いに直交するようなパルス波形や、スペクトル整形が施されたパルス波形等について種々検討がなされている。
更に、パルス幅が数ns以下といった条件下で、パルス波形の形状を調節・変調するためのデータをユーザＩＤ等に応じて微妙に変化させるための技術や、アンテナ等の伝送デバイスの影響を予めキャンセル可能なパルス波形を用意して、電波として放出する際に所望の波形に整形するための技術等、多くの変調（波形整形）技術が近年注目を集めている（非特許文献１〜５）。
Robert J. Fontana、Edward A. Richley、Lance C. Beard、JoAnn Barney、"A programmable ultra wideband signal generator for electromagnetic susceptibility testing"、2003 IEEE Conference on Ultra Wideband Systems and Technologies、（U.S.A.）、November 2003、pp.21-25 Prof. Daniel van der Weide、"OPTIARB:WIDEBAND OPTICAL ARBITRARY WAVEFORMS USING FOURIER COMPOSITION" 、[online]、インターネット＜http://www.darpa.mil/mto/aosp/pdfs/uwisconsin.pdf＞ Kevin Marsden, Hyung-Jin Lee、Dong Sam Ha、and Hyung-Soo Lee、"Low Power CMOS Re-programmable Pulse Generator for UWB Systems"、International Conference on Ultra Wideband Systems and Technologies、（U.S.A.）、November 2003、pp. 443-447 Tolga Yilmaz、 Christopher M. DePriest、Terry Turpin、Joseph H. Abeles、and Peter J. Delfyett, Jr.、"Demonstration of Photonic Arbitrary Waveform Generation and RF Synthesis with a Modelocked External Cavity Semiconductor Laser"［online］、April 2002、インターネット＜http://students.creol.ucf.edu/tolga/Publications/PTL2002PAWGArticle.pdf＞ Jason Chou、Yan Han、and Bahram Jalali、"Adaptive RF-Photonic Arbitrary Waveform Generator"、IEICE Transaction on Electronics、Japan、July, 2003、VOL.E86-C、No.7、pp 1226-1229

しかし、上記従来技術には、次のような問題点がある。
非特許文献２に開示されているような、電気的なパルス信号を高速化して外部変調する技術では、非線形伝送路（NLTL）が有する振幅依存性（＝非線形性）により、複雑な波形形状のパルス形成（詳細なパルス形成）が行いにくいという問題がある。
また、非特許文献４に開示されているような、光の位相、振幅を波長毎に制御し、合成する技術では、制御対象が高速動作に適さないため、数十〜数百MHzでパルス形状の変更を行う非繰り返し信号の生成が困難であるという問題がある。
また、非特許文献５に開示されているような、Spatial Light Modulatorを用いて、設定した波形を光学的な繰り返し光パルス信号にマッピングし、このマッピング後のパルス波形を分散補償ファイバでストレッチするような技術では、Spatial Light Modulatorといった特殊な光学系を用いなければならず、システム構成が複雑になる、といった問題がある。
本発明の目的は、特殊な光学系を用いることなく、簡単な装置構成で、所望とする帯域幅の光信号が得られるとともに、データ変調がリアルタイムに詳細に行える信号発生装置を提供することである。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、光パルス信号を発生する光パルス信号発生部（例えば、光パルス生成部１１及び光増幅部１２）と、光パルス信号を時間方向に伸張する伸張部（例えば、光学的分散伸張部１３）と、光パルス信号を変調するための任意の変調データを書き換え可能に格納する格納部（例えば、リングバッファ２３）と、前記格納部に格納された前記変調データに基づいて、伸張された光パルス信号を振幅変調する振幅変調部（例えば、振幅変調部１４）と、前記光パルス信号発生部による前記光パルスの発生のタイミングと、前記振幅変調部による変調のタイミングを調整する調整部（例えば、タイミング調整部１５及びトリガ発生回路２１）と、振幅変調後の光パルス信号を時間方向に圧縮する圧縮部（例えば、光学的分散圧縮部１８）と、前記圧縮部により圧縮された光パルス信号を光電変換により電気パルス信号に変換する光電変換部（例えば、Ｏ／Ｅ変換部）と、前記光電変換部によって得られた電気パルス信号から直流成分を除去する除去部（例えば、差分回路２０）と、を有し、前記調整部は、前記光パルス信号発生部による前記光パルスの発生のタイミングと、前記振幅変調部による変調のタイミングとともに、前記除去部の除去動作のタイミングを調整することを特徴とする。

更に、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の発明において、前記伸張部は、入力光パルス信号が時間方向に伸張される波長分散値を有する光ファイバを備えることが望ましい。

更に、請求項３に記載の発明のように、請求項１または２に記載の発明において、前記圧縮部は、入力光パルス信号が時間方向に圧縮される波長分散値を有する光ファイバを備えることが望ましい。

更に、請求項４に記載の発明のように、請求項１に記載の発明において、前記光パルス信号発生部および前記伸張部は、連続波の波長を三角波によって変調することにより、光強度が略一定で波長が三角波状に変化し、時間方向に伸張された光信号を生成することが望ましい。

更に、請求項５に記載の発明のように、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発明において、光ファイバ内で生じる非線形効果を低減するデータを前記変調データに付加する低減データ付加部を更に備え、前記振幅変調部は、前記低減データ付加部により前記非線形効果を低減するデータが付加された変調データに基づいて、前記パルス信号生成部により生成された光パルス信号を振幅変調することが望ましい。

更に、請求項６に記載の発明のように、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発明において、前記振幅変調部において、ＬＮ変調器を用いることが望ましい。

また、上記課題を解決するために、請求項７に記載の発明は、光パルス信号を発生する光パルス信号発生部と、光パルス信号を時間方向に伸張する伸張部と、光パルス信号を変調するための任意の変調データとしての第１及び第２の変調データを書き換え可能に格納する少なくとも一の格納部と、前記第１の変調データに基づいて、伸張された光パルス信号を振幅変調する第１の振幅変調部と、前記第２の変調データに基づいて、伸張された光パルス信号を振幅変調する第２の振幅変調部と、前記光パルス信号発生部による前記光パルスの発生のタイミングと、前記第１及び第２の振幅変調部による変調のタイミングを調整する調整部と、前記第１及び第２の振幅変調部にて変調された各光パルス信号を時間方向にそれぞれ圧縮する第１及び第２の圧縮部と、圧縮後の各光パルス信号を電気パルス信号にそれぞれ変換する第１及び第２の光電変換部と、２つの電気パルス信号を一の電気パルス信号に変換する差分回路と、を備えたことを特徴とする。

更に、請求項８に記載の発明のように、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発明において、前記振幅変調部において、ＬＮ変調器を用いることが望ましい。

本発明によれば、特殊な光学系を用いることなく、簡単な装置構成で、所望とする帯域幅の光信号が得られるとともに、データ変調がリアルタイムに詳細に行える信号発生装置を提供することである。

以下、本発明を適用した信号発生装置１〜５を、実施例１〜５に分けて説明する。

＜実施例１＞
まず、信号発生装置１について説明する。図１に、信号発生装置１の主要な構成の概略を示す。
図１に示すように、信号発生装置１は、光パルス生成部１１、光増幅部１２、光学的分散伸張部１３、振幅変調部１４、タイミング調整部１５、１６、高速ＤＡＣ部１７、光学的分散圧縮部１８、Ｏ／Ｅ変換部１９、差分回路２０、トリガ発生回路２１、データ書き込み用プロセッサ２２、リングバッファ２３、データ読み出し用プロセッサ２４を備えて構成される。

光パルス生成部１１は、レーザダイオード等を備え、タイミング調整部１５から出力されるトリガ信号に応じて、光パルス信号Ｓ１を出力する。

光増幅部１２は、例えば、ＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）等を備え、光パルス生成部１１から出力される光パルス信号Ｓ１を光増幅する。

光学的分散伸張部１３は、光パルス信号が伝搬する過程で時間方向に伸張されるような波長分散値を有する光ファイバを有し、光増幅部１２から出力される光パルス信号を当該光ファイバ中を伝搬させることによって時間方向に伸張させ、当該伸張後の光パルス信号Ｓ２を出力する。

振幅変調部１４は、高速ＤＡＣ部１７から入力される変調信号（変調データＤを表す電気信号）に基づいて、光学的分散伸張部１３から出力される伸張後の光パルス信号Ｓ２を振幅変調する。この場合、当該変調データＤが光パルス信号Ｓ２の波長方向にマッピングされる。振幅変調部１４は、当該振幅変調後の光パルス信号Ｓ３を出力する。

光学的分散圧縮部１８は、光パルス信号が伝搬する過程で時間方向に圧縮されるような波長分散値を有する光ファイバを有し、振幅変調部１４から出力される波長変調後の光パルス信号Ｓ３を当該光ファイバ中を伝搬させることによって時間方向に圧縮させ、当該圧縮後の光パルス信号Ｓ４を出力する。

Ｏ／Ｅ変換部１９は、光学的分散圧縮部１８から出力される光パルス信号Ｓ４の信号波形を電気信号に変換して電気パルス信号Ｓ５を出力する。

差分回路２０は、タイミング調整部１６から出力されるトリガ信号に応じて、Ｏ／Ｅ変換部１９から出力される電気パルス信号Ｓ５から直流成分を除去された双極性の電気パルス信号Ｓ６を出力する。

トリガ発生回路２１は、タイミング調整部１５、１６が出力するトリガ信号の出力タイミングを制御する。また、トリガ発生回路２１は、データ読み出し用プロセッサ２４に対し、該データ読み出し用プロセッサ２４がリングバッファ２３から変調データを読み出す読み出しタイミングを制御する。

データ書き込み用プロセッサ２２は、電気パルス信号Ｓ６を所望とする波形（振幅）のパルス信号にするための変調データＤがオペレータにより入力されると、当該変調データＤに、更に、光信号の歪や非線形作用を予めキャンセルするためのデータを付加してリングバッファ２３に格納する。

リングバッファ２３は、複数の異なるプロセッサから書き込み／読み出しが同時に行えるデュアルポートメモリにより構築される。

データ読み出し用プロセッサ２４は、トリガ発生回路２１から出力される読み出しタイミングに応じて、リングバッファ２３から変調データＤを読み出して高速ＤＡＣ部１７に出力し、高速ＤＡＣ部１７は、データ読み出し用プロセッサ２４から入力された変調データＤをアナログ電気信号に高速変換して振幅変調部１４に出力する。

ここで、上記光パルス信号Ｓ１〜Ｓ４及び電気パルス信号Ｓ５、Ｓ６の一例を図２に示す。図２に示す光パルス信号Ｓ１〜Ｓ４及び電気パルス信号Ｓ５、Ｓ６の各々は、共通のトリガ信号Ｔ１〜Ｔ３により生成されるパルス信号の一例である。光パルス信号Ｓ１〜Ｓ４を示す図は、時間、振幅、波長の３次元で表示され、電気パルス信号Ｓ５、Ｓ６を示す図は、時間、振幅の２次元で表示されている。

図２に示すように、光パルス生成部１１から出力される光パルス信号Ｓ１は、光学的分散伸張部１３を伝搬することにより時間方向に大きく伸張され、光パルス信号Ｓ２に変換されて振幅変調部１４に入力される。この光パルス信号Ｓ２は、その後、振幅変調部１４により、波長方向に変調データＤの内容がマッピングされて光パルス信号Ｓ３に変換される。ここで、光パルス信号Ｓ２は、時間方向に大きく伸張されているため、一パルスにマッピングされる変調データＤが複雑な変調を行うためのデータであっても、該変調データＤの内容を正確且つ詳細にマッピングできる。

その後、光パルス信号Ｓ４は、光学的分散圧縮部１８を伝搬することにより時間方向に大きく圧縮され、光パルス信号Ｓ４となってＯ／Ｅ変換部１９に入力される。このように、光パルス信号Ｓ４は、時間方向に大きく圧縮されたものであるが、光パルス信号Ｓ４の一パルス内には上記情報量の多い複雑な変調データＤの内容が詳細且つ正確にマッピングされている。そして、光パルス信号Ｓ４は、Ｏ／Ｅ変換部１９を介して単極性の電気パルス信号Ｓ５に変換され、電気パルス信号Ｓ５は、差分回路２０により、直流成分が除去された、双極性の所望の電気パルス信号Ｓ６に変換されて出力される。

＜実施例２＞
次に、信号発生装置２について説明する。図３に、信号発生装置２の主要な構成の概略を示す。以下、簡略化のため、信号発生装置２の各構成部のうち、信号発生装置１と同一の構成部に対しては同一符号を付して説明を省略する。

図３に示すように、信号発生装置２は、上記した信号発生装置１が備える振幅変調部１４、タイミング調整部１５、１６、高速ＤＡＣ部１７、光学的分散圧縮部１８、Ｏ／Ｅ変換部１９、差分回路２０、トリガ発生回路２１、データ書き込み用プロセッサ２２、リングバッファ２３、データ読み出し用プロセッサ２４等を備えると共に、更に、三角波生成部２５、多極ＤＦＢ（Distributed Feedback）レーザ或いはＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）レ−ザを用いた光連続波生成部２６を備える。

信号発生装置２では、タイミング調整部１５によるトリガ信号に応じて三角波生成部２５から出力される三角波形成用の変調データを用いて、光連続波生成部２６により生成される連続波（Continuous Wave）の波長を変調し、光強度がほぼ一定で波長がある所定の範囲で三角波状に変化している光信号（光パルス信号Ｓ７）を生成する。この光パルス信号Ｓ７は、図１において時間方向に大きく伸張された光パルス信号Ｓ２に相当するものである。

この光連続波生成部２６から出力された光パルス信号Ｓ７は、振幅変調部１４に入力され、以降、上記信号発生装置１の場合と同様の過程（振幅変調部１４、光学的分散圧縮部１８を介して整形され、更に、Ｏ／Ｅ変換部１９、差分回路２０を介して光信号から電気信号に変換される過程）を経て所望の電気パルス信号Ｓ１１に変換される。

ここで、上記光パルス信号Ｓ７〜Ｓ９及び電気パルス信号Ｓ１０、Ｓ１１の一例を図４に示す。図４に示す光パルス信号Ｓ７〜Ｓ９及び電気パルス信号Ｓ１０、Ｓ１１の各々は、共通のトリガ信号Ｔ４〜Ｔ６により生成されるパルス信号の一例である。

図４に示すように、光連続波生成部２６から出力される光パルス信号Ｓ７は、時間方向に大きく伸びた光パルス信号であり、光連続波生成部２６から出力された後に振幅変調部１４に入力される。この光パルス信号Ｓ７は、その後、振幅変調部１４により、変調データＤの内容が波長方向にマッピングされて光パルス信号Ｓ８に変換される。ここで、光パルス信号Ｓ８は、時間方向に大きく伸張された波形形状を有するため、一パルスにマッピングされる変調データＤが複雑な変調を行うためのデータであっても、該変調データＤの内容を正確且つ詳細に光パルス信号の波長方向へマッピングできる。

その後、光パルス信号Ｓ８は、光学的分散圧縮部１８を伝搬することにより時間方向に大きく圧縮され、光パルス信号Ｓ９となってＯ／Ｅ変換部１９に入力される。光パルス信号Ｓ９は、このように、時間方向に大きく圧縮されたものであるが、光パルス信号Ｓ９の一パルス内には上記複雑な変調を行うための変調データＤの内容が正確且つ詳細に光パルス信号の波長方向にマッピングされている。そして、光パルス信号Ｓ９は、Ｏ／Ｅ変換部１９を介して単極性の電気パルス信号Ｓ１０に変換され、電気パルス信号Ｓ１０は、差分回路２０により、直流成分が除去された、双極性の所望の電気パルス信号Ｓ１１に変換されて出力される。

＜実施例３＞
次に、信号発生装置３について説明する。図５に、信号発生装置３の主要な構成の概略を示す。以下、簡略化のため、信号発生装置３の各構成部のうち、上記した信号発生装置１、２と同一の構成部に対しては同一符号を付して説明を省略する。また、光変調部３０ｂ、３０ｃは、光変調部３０ａと同一の構成を有するため、簡略化のため図示及び説明を省略する。

図５に示すように、信号発生装置３は、実施例１に記載の信号発生装置１が備えるデータ書き込み用プロセッサ２２と差分回路２０を備えると共に、時分割式信号生成器４０を備える。

時分割式信号生成器４０は、図５に示すように、信号発生装置１が備えるＯ／Ｅ変換部１９、トリガ発生回路２１、リングバッファ２３、データ読み出し用プロセッサ２４を備えると共に、振幅データ分配部２７、光変調部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、合波部３１を備える。

時分割式信号生成器４０は、パルスを複数に時分割した光パルス信号の各々を振幅変調し、当該振幅変調後の各光パルス信号Ｓ１５１〜Ｓ１５３を合波して単一の光パルス信号Ｓ１６を形成し、更にＯ／Ｅ変換部１９を介して電気パルス信号Ｓ１７として出力する。

振幅データ分配部２７は、データ読み出し用プロセッサ２４によりリングバッファ２３から読み出された変調データＤを等しい時間間隔で時分割し、当該分割された各変調データを時間の早い順に光変調部３０ａ、３０ｂ、３０ｃの各高速ＤＡＣ部１７に循環的に各々分配する。なお、信号発生装置３では、説明の便宜上、一例として、三つの光変調部３０ａ、３０ｂ、３０ｃの各々に対し、時分割した変調データを循環的に分配するとしたが、これに限らず、一般にｎ個（ｎは２以上の自然数）の光変調部の各々に対し、時分割した変調データを循環的に分配するような構成であってもよい。

光変調部３０ａは、実施例１に記載の信号発生装置１が備える光パルス生成部１１、光増幅部１２、振幅変調部１４、タイミング調整部１５、１６、高速ＤＡＣ部１７、光学的分散圧縮部１８を備える。すなわち、光変調部３０ａでは、光パルス生成部１１により生成された光パルス信号Ｓ１２が光増幅部１２を介して光増幅され、光学的分散伸張部１３により時間方向に伸張させて光パルス信号Ｓ１３に変換され、そして振幅変調部１４により、振幅データ分配部２７から分配される変調データ（すなわち、高速ＤＡＣ部１７から出力される当該変調データを表す電気パルス信号Ｓ１４）に基づいて振幅変調が施され、光パルス信号Ｓ１５１（光変調部３０ｂ、３０ｃにおいては、それぞれ光パルス信号Ｓ１５２、Ｓ１５３である。）として合波部３１に出力されて合波後の光パルス信号Ｓ１６が合波部３１から出力される。その後、光パルス信号Ｓ１６は、Ｏ／Ｅ変換部１９、差分回路２０により単極性の電気パルス信号Ｓ１７に変換され、そして、電気パルス信号Ｓ１７は差分回路２０により、直流成分が除去された、双極性の所望の電気パルス信号Ｓ１８に変換されて出力される。

＜実施例４＞
次に、信号発生装置４について説明する。図６に、信号発生装置４の主要な構成を示す。以下、簡略化のため、信号発生装置４の各構成部のうち、信号発生装置１〜３と同一の構成部（合波器３７）に対しては同一符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、信号発生装置４は、光学的分散伸張部３２、変調部３３、３４、光学的分散圧縮部３５、３６、ＯＥ変換部１９ａ、１９ｂ、差分回路２０、ＤＡＣ部３８、３９を備える。
ここで、光学的分散伸張部３２は、光学的分散伸張部１３と同様の機能を有し、変調部３３、３４は共に振幅変調部１４と同様の機能を有し、光学的分散圧縮部３５、３６は共に光学的分散圧縮部１８と同様の機能を有し、ＤＡＣ部３８、３９は共に高速ＤＡＣ部１７と同様の機能を有するものとする。

信号発生装置４では、例えば、光パルス生成部１１から出力された光パルス信号Ｓ１９が光学的分散伸張部３２を伝搬する過程で時間方向に伸張された光パルス信号Ｓ２０が出力される。この光パルス信号Ｓ２０は、光増幅部１２を介して図示しない分配器により二つの光に分けられ、それぞれ変調部３３、３４に入力される。

変調部３３、３４には、変調データＤの内容を表すアナログ電気信号が、ＤＡＣ部３８、３９から入力される。この変調データＤには、例えば、パルスＳ２１のような略正弦波のうち、振幅がプラス（＋）側（すなわち、閾値をゼロとすると振幅値が当該閾値以上）にある波形（パルスＳ２２）を表す変調データと、振幅がマイナス（−）側にある（振幅値が上記閾値を下回る）波形（パルスＳ２３）を表す変調データとが含まれる。尚、ＤＡＣ３９には差分回路（図示せず）を経て、プラス側に変換された信号が入力される。

すなわち、変調部３３は、入力される光パルス信号Ｓ２０の分岐光を、ＤＡＣ部３８から入力される変調データ（パルスＳ２２）を表すアナログ電気信号に基づき振幅変調を施して光パルス信号Ｓ２４に変換し、変調部３４は、入力される光パルス信号Ｓ２０の分岐光を、ＤＡＣ部３９から入力される変調データ（パルスＳ２３）を表す電気信号に基づき振幅変調を施して光パルス信号Ｓ２５に変換する。

光パルス信号Ｓ２４、Ｓ２５は、更に、光学的分散圧縮部３５、３６を伝搬する過程で時間方向に圧縮され、光パルス信号Ｓ２６、Ｓ２７にそれぞれ変換される。

光パルス信号Ｓ２６、Ｓ２７は、Ｏ／Ｅ変換部１９ａ、１９ｂにて各々単極性の電気パルス信号に変換された後、差分回路２０を介して双極性の電気パルス信号に変換される。

従って、信号発生装置４では、変調データＤとしてのデジタルデータ（例えば、パルスＳ２１を表すデジタルデータ）が、パルスＳ２１の振幅プラス（＋）側のデータと振幅マイナス（−）側のデータとに分岐され、該分岐された両変調データがＤＡＣ部３８、３９に各々出力されてアナログ信号に変換され、該変換後の各アナログ信号に基づいて光パルス信号に対し振幅変調及び時間方向の圧縮が変調部３３、３４及び光学的分散圧縮部３５、３６により施され、該変調・圧縮後の両光パルス信号が各々Ｏ／Ｅ変換部１９a、１９ｂにて単極性の電気信号に変換された後、差分回路２０を経て双極性の所望の信号を出力する。

＜実施例５＞
次に、信号発生装置５について説明する。図７に、信号発生装置５の主要な構成を示す。以下、簡単のため、信号発生装置５の各構成部のうち、信号発生装置１〜４と同一の構成部（データ書き込み用プロセッサ２２及び合波器３７）に対しては同一符号を付して説明を省略する。

図７に示すように、信号発生装置５は、データ書き込み用プロセッサ２２、時分割式信号生成器４０ａ、４０ｂ、差分回路２０を備える。
ここで、時分割式信号生成器４０ａ、４０ｂは、共に時分割式信号生成器４０と同一の構成を有するため、簡略化のため図示及び説明を省略する。

まず、データ書き込み用プロセッサ２２は、変調データＤとしてのデジタルデータ（例えば、図６に示すパルスＳ２１を表すデジタルデータ）を、振幅がプラス側のデータとマイナス側のデータとに分岐して各々時分割式信号生成器４０ａ、４０ｂの高速ＤＡＣ部１７に出力する。

時分割式信号生成器４０ａ、４０ｂは、それぞれＯ／Ｅ変換部１９ａ、１９ｂを備え、上記入力された変調データＤの振幅プラス側（すなわち、閾値をゼロとすると振幅値が当該閾値以上）のデータと、振幅マイナス側の（振幅値が上記閾値を下回る）データとに基づいて、プラス側・マイナス側で各々別々に光パルス信号に対する振幅変調及び時間方向の圧縮を施して、該変調・圧縮後の両光パルス信号をＯ／Ｅ変換部１９ａ、１９ｂにて各々単極性の電気パルス信号に変換する。時分割式信号生成器４０ａ、４０ｂから出力された電気パルス信号は差分回路２０を経て１つの双極性の所望の電気信号として出力される。

従って、信号発生装置５では、変調データＤとしてのデジタルデータ（例えば、図６に示すパルスＳ２１を表すデジタルデータ）が、パルスＳ２１の振幅プラス側のデータと振幅マイナス側のデータとに分岐され、該分岐された両変調データが時分割式信号生成器４０ａ、４０ｂに出力され、該出力された各変調データに基づいて光パルス信号に対し、振幅変調及び時間方向の圧縮と、単極性の電気パルス信号への変換とが時分割式信号生成器４０ａ、４０ｂにより施され、時分割式信号生成器４０ａ、４０ｂから出力された該変調・圧縮及び単極性電気パルス信号への変換後の両電気パルス信号がそれぞれ差分回路２０を経て１つの双極性の所望の電気信号として出力される。

＜実施例６＞
次に、信号発生装置６について説明する。図８に、信号発生装置６の主要な構成を示す。以下、簡単のため、信号発生装置６の各構成部のうち、信号発生装置１〜５と同一の構成部（データ書き込み用プロセッサ２２、リングバッファ２３）に対しては同一符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、信号発生装置６は、データ書き込み用プロセッサ２２、時分割式信号生成器７０、ＤＣブロック部６６を備える。

まず、データ書き込み用プロセッサ２２は、変調データＤとしてのデジタルデータ（例えば、図６に示すパルスＳ２１を表すデジタルデータ）を、振幅データ分配部２７へ出力する。

振幅データ分配部２７は、所定の周期（例えば１００ｎｓ）毎に、トリガを発生するトリガ発生回路５１からの信号を、タイミング調整部５２で、所定の時間遅延された前記トリガ信号に従い、所定の周期（＝光分配数×Ｔ、１ｎｓ程度以上で例えば２ｎｓ、光分配数は例えば４）で、所定の回数Ｎ（例えば４回）、ＤＡＣ部５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄへ前記振幅データを時分割で出力する。

一方、トリガ発生回路５１の出力はパルストリガ発生回路５５にも供給され、パルストリガ発生回路５５では、１回の前記トリガ信号に対して、所定の周期（＝光分配数×Ｔ、例えば２ｎｓ）で、所定の回数Ｎ（例えば４回）のパルストリガ信号を光パルス生成部５６へ出力する。

光パルス生成部５６では、パルストリガ発生回路５５の出力を元に、ゲインスイッチ等の方法により、１０ｐｓ程度以上１００ｐｓ以下のパルス幅の光パルスが光増幅部１２、光学的分散圧縮部１３を経て光分配部７５へ出力される。尚、パルストリガ発生回路５５の出力は直接、光分配部７５へ出力されても良い。

光分配部７５において、入力された光パルスは所定の分岐数（例えば４）にほぼ均等のパワーで分配され、分配先に応じて通過遅延量の異なる遅延部７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄへ出力される。遅延部７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄは長さの異なる光ファイバーであり、前記パルス発生周期４×Ｔであれば、遅延部７６ｄは遅延部７６ｃと比較してＴだけ遅延し、遅延部７６ｃは遅延部７６ｂと比較してＴだけ遅延し、遅延部７６ｂは遅延部７６ａと比較してＴだけ遅延する。即ち、遅延部７６ａと遅延部７６ｄの遅延時間差は３Ｔであればよい。

遅延部７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄの出力は振幅変調部５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄへそれぞれ接続され、該振幅変調部において、ＤＡＣ部５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄからの出力に基づく振幅変調が施される。

振幅変調部５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄにおいて、振幅変調が施された光パルス列は合波部３１へ出力され、光学的合波が行われ、Ｏ／Ｅ変換部６５へ出力される。

Ｏ／Ｅ変換部６５において、光パルス列は電気信号に変換されるとともに、不必要な高周波成分（例えば８ＧＨｚ以上）の除去が行われ、時分割式信号生成器７０、の出力として、ＤＣブロック部６６へ出力される。

ＤＣブロック部６６では、直流成分が除去され、１つの双極性の所望の電気信号として出力される。

上記構成からなる本発明の信号発生器６を対象に、主要な構成要素が具体的にどのように実現されるかを、具体例を用いて以下に説明する。まず、信号発生器６の主要な構成要素である光パルス生成部５６について説明する。

光パルス生成部５６の具体例として、ＰＰＧ（Pulse Pattern Generator）からの電気パルスを２．５ＧＨｚ直接変調用のＤＦＢ−ＬＤ（Distributed feedback Laser Diode）に作用させて利得スイッチパルスを生成するものがある。

前記ＰＰＧ出力の電気パルス幅を４００ｐｓとしたとき、ペデスタルが最小となる時の光パルス幅は２８ｐｓとなる。また、前記電気パルス幅を２５０ｐｓとしたときにも、ペデスタル最小時の光パルス幅は３０ｐｓとなる。このように、信号発生器６の光パルス生成部５６を例えば上記のような構成とすることにより、パルス幅約３０ｐｓ程度の光パルスが安定的に発生できることを実験で確認している。本具体例で説明した光パルス生成部は、本実施例の信号発生器６に限らず、他の実施例の光パルス生成部にも適用可能なものである。

次に、振幅変調部５３ａ〜５３ｄの具体例を図１１を用いて以下に説明する。振幅変調部５３ａ〜５３ｄによる振幅変調を例えばＬＮ変調器を用いて実現することができ、これを確認するために、図１１に示すような実験を実施した。図１１は、ＬＮ変調器を用いて光パルスに対する振幅変調を行ったときの動作確認を行うための実験構成を示している。

ディジタル制御ボード１０１は、前記ＰＰＧと同様に光パルスを生成させるための電気パルス１１１を出力するとともに、振幅変調を示すビットパターンからなるデータ１１３と１２ｂｉｔ高速ＤＡＣ（DA Converter）１０３の制御周期を規定するクロック信号１１４とを出力している。ここでは、クロックを７８１．２５ＭＨｚとしている。

ディジタル制御ボード１０１から出力された電気パルス１１１は、クロック信号１１４と同じ７８１．２５の繰り返し周波数でＬＤドライブ回路１０２に入力され、ＬＤドライブ回路１０２に備えられた図示しないＬＤで利得スイッチ光パルス１１２が生成される。生成された利得スイッチ光パルス１１２は、ＬＮ変調器１０５に出力され、ここで所定の振幅変調が行われる。

データ１１３は、例えばＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの４種類からなる振幅変調を示すビットパターンで構成されている。１２ｂｉｔ高速ＤＡＣ１０３は、データ１１３を入力すると、７８１．２５ＭＨｚの更新周期でＡ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順にＤＡＣ値を更新する。該ＤＡＣ値はＬＮ変調器ドライバ１０４に送られ、該ＤＡＣ値に基づいてＬＮ変調器ドライバ１０４がＬＮ変調器１０５を制御して利得スイッチ光パルス１１２の振幅を変調する。

図１１に示す本実験では、ＤＣＡ（Digital Communication Analyzer）を用いてＬＮ変調器１０５の出力である振幅変調後の光パルス１１５を確認している。本実験の結果、ＬＮ変調器１０５による利得スイッチ光パルス１１２の振幅変調が安定的に行われていることを確認した。その結果を図１２に示す。横軸は時間、縦軸は光パルス強度を示す。パルスはＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの順に表示されている。各繰り返し周波数は195.3125ＭＨｚである。また本実施例はＬＮ変調器を用いたが、ＥＡ変調器、ＳＯＡ変調器を用いてもよい。

さらに、信号発生器６の合波部３１を実現する具体例についても、図１３に示すような実験により動作確認を行っている。図１３は、ゲインスイッチを用いて発生させた光パルス列を、光カプラを用いた分岐・合波と遅延ラインを通すことによって、密度の高いパルス列が生成できることを確認するための実験構成を示している。

本実験において、ＰＰＧ１２１はパルス幅４００ｐｓ、パルス周波数１．２５ＧＨｚの電気パルスをＬＤ１２２に出力するよう構成されており、このときＬＤ１２２は８００ｐｓ間隔の４つの光パルス列を、１２５ＭＨｚの繰り返し周波数で発生させている。ＬＤ１２２で発生された前記光パルス列は、光増幅器１２３で増幅された後、４分岐カプラ１２４で４つに分岐されてポート１〜４に出力される。

ポート１〜４には、それぞれ遅延時間の異なる遅延ライン１２５が設けられており、遅延ライン１２５を通過させることにより、ポート１〜４の各々から光パルス列が出力されるタイミングにわずかな時間差を与えるようにしている。なお、該時間差は、下記の４分岐カプラ１２７による合波後のパルス形状によって適切な値を選択することができる。

遅延ライン１２５の各ポートから出力された光パルス列は、光減衰器１２６を経過した後４分岐カプラ１２７において合波される。これにより、約２００ｐｓ間隔の光パルス列が生成される。なお、本実験では合波後のパルス間隔を２００ｐｓと狭くしたために、合波後の波形が干渉により不安定な状態になることがわかった。さらに別の実験では、合波後のパルス間隔を２５０ｐｓに広くすることで、波形を安定させることができることを確認している。

上記では、本発明の信号発生器６の光パルス生成部５６、振幅変調部５３ａ〜５３ｄ、及び合波部３１に適用可能な具体例を説明した。ここで説明した具体例は、実施例６の信号発生器６に限らず、他の実施例においても適用可能なものである。

＜実施例７＞
次に、信号発生装置７について説明する。図９に、信号発生装置７の主要な構成を示す。以下、簡単のため、信号発生装置７の各構成部のうち、実施例６と異なるのは、光パルス制御部９０が光パルス制御部９１となっているのみであるので、特に光パルス制御部９１について、説明する。

パルストリガ発生回路５５からの出力である、所定の周期からなるパルス列、例えば１００ｎｓ毎に繰り返し発生される２ｎｓ間隔のパルスの幅は３００ｐｓ以上である、所定の光分配数（例えば４）のパルスを分配部６８へ入力する。分配部６８において、信号は４つへ分岐され、タイミング調整部６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄへ出力される。

タイミング調整部６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄの出力は光パルス生成部６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄへそれぞれ接続される。ここで、光パルス生成部６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄからの出力波長は全て４光波混合が生じない程度、干渉がないように、異なっている。

光パルス生成部６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄの出力は振幅変調部５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄへそれぞれ接続され、ＤＡＣ部５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄからの出力に基づく振幅変調が施される。

以下、実施例６と同様に、前記振幅変調が施された光パルス列は合成部３１で光学的合波が行われた後、Ｏ／Ｅ変換部６５で電気信号に変換され、ＤＣブロック部６６で直流成分が除去されて１つの双極性の所望の電気信号として出力される。

＜実施例８＞
次に、信号発生装置８について説明する。図１０に、信号発生装置８の主要な構成を示す。信号発生装置８は、信号発生装置６と信号発生装置７を部分的に組み合わせた構成となっており、以下では簡単のため、信号発生装置８が信号発生装置６、７と異なる点を中心に説明する。

図１０において、パルストリガ発生回路ブロック９３は、信号発生装置６、７のトリガ発生回路５１、タイミング調整部５２、パルストリガ発生回路５５からなる構成部を示す。又、振幅変調ブロック９４は、信号発生装置６、７のデータ書き込み用プロセッサ２２、リングバッファ２３、データ読み出し用プロセッサ５０、振幅データ分配部２７、振幅変調部５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ、ＤＡＣ部５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、合波部３１、Ｏ／Ｅ変換部６５、ＤＣブロック部６６からなる構成部を示す。

光パルス制御部９２は、信号発生装置６の光パルス制御部９０と信号発生装置７の光パルス制御部９１の構成要素を組み合わせて構成している。パルストリガ発生回路ブロック９３内のパルストリガ発生回路５５から分配部６８に入力されたパルス信号は、分配部６８で２つに分岐され、タイミング調整部６７ａ、６７ｂにそれぞれ出力される。

タイミング調整部６７ａ、６７ｂの出力は、２つの光パルス生成部５６にそれぞれ接続される。本実施例では、分配部６８でのパルス信号の分岐数を、必要とする前記光分配数の半分とすることが可能となるため、信号発生装置７に比べてパルス間の干渉を回避するのが容易となる。

２つの光パルス生成部５６は、タイミング調整部６７ａ、６７ｂからの出力をもとに、干渉が生じないようそれぞれ異なる波長の光パルスを出力する。光パルス生成部５６から出力される光パルスは、光増幅部１２、光学的分散圧縮部１３を経て光分配部７５へ出力される。あるいは、光パルス生成部５６からの出力を直接光分配部７５へ出力するようにしてもよい。

光分配部７５において、入力された光パルスは所定の分岐数にほぼ均等のパワーで分配される。本実施例では、光分配部７５での光パルスの分岐数を、必要とする前記光分配数の半分とすることが可能となるため、信号発生装置６に比べて分配後の光パワーを高くすることができ、ノイズの影響を低減することが可能となる。光分配部７５からの出力は、遅延部７６ａ、７６ｂを経て振幅変調ブロック９４に出力される。

尚、分配部６８でのパルス信号の分岐数、及び光分配部７５での光パルスの分岐数については、要求される仕様に応じて任意に設定することができる。

分配部６８でのパルス信号の分岐数を増加すれば、時分割数を増加させて1つのＤＡＣ部の動作速度を低速化することができる。

また、光分配部７５の光パルスの分岐数を増加すれば、光学的な干渉を低減することができるため、時分割がより高密度となり、複雑な振幅変調が可能となる。光分配部７５の光パルスの分岐数を減少させた場合には、前述のように、分配後の光パワーを増加し、ノイズの影響を低減することができる。実施例８によれば、これらの効果を最適に設計し、さまざまな仕様に対応することが可能となる。

以上説明したように、本実施例１〜８に記載の信号発生装置１〜８によれば、光学的分散伸張部１３を用いて時間方向に伸張した光パルス信号に対し、所望とする信号波形を表す波形情報（変調データＤ）を振幅変調部１４を用いて波長方向にマッピングし、このマッピングによる振幅変調後の光パルス信号を光学的分散圧縮部１８を用いて時間方向に圧縮する。当該圧縮後の光パルス信号は、時間方向に大きく圧縮されたものであるが、光パルス信号には上記情報量の多い変調データＤの内容が詳細且つ正確にマッピングされている。これにより所望とする双極性の任意波形の広帯域（ＵＷＢ）電気信号が得られる。

すなわち、特殊な光学系を用いることなく、簡単な装置構成で、所望とする任意波形信号がＵＷＢ帯域において容易に生成可能となる。また、データ変調がリアルタイムに詳細且つ正確に行える。

特に信号発生装置２、３、５、６、７、８によれば、光学的分散伸張部１３を用いて時間方向に伸張させる必要が無いため、光学的分散伸張部１３内で生じる非線形効果の低減化が可能となり、より高詳細な信号が得られる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る信号発生装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における信号発生装置１〜５の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本実施例１の信号発生装置の概略構成を示す図である。 図１に示す信号発生装置によってパルス信号が変換される様子を示す図である。 本実施例２の信号発生装置の概略構成を示す図である。 図３に示す信号発生装置によってパルス信号が変換される様子を示す図である。 本実施例３の信号発生装置の概略構成を示す図である。 本実施例４の信号発生装置の主要構成部を示す図である。 本実施例５の信号発生装置の主要構成部を示す図である。 本実施例６の信号発生装置の主要構成部を示す図である。 本実施例７の信号発生装置の主要構成部を示す図である。 本実施例８の信号発生装置の主要構成部を示す図である。 ＬＮ変調器による振幅変調を確認するための実験構成を示す図である。 ＬＮ変調器による振幅変調を確認するための実験の結果を示す図である。 光カプラによる分岐・合波と遅延ラインを用いてパルス列を生成する実験の構成を示す図である。

符号の説明

１、２、３、４、５、６、７ 信号発生装置
１１ 光パルス生成部
１２ 光増幅部
１３ 光学的分散伸張部
１４、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ 振幅変調部
１５、１６ タイミング調整部
１７ 高速ＤＡＣ部
１８ 光学的分散圧縮部
１９、１９ａ、１９ｂ、６５ Ｏ／Ｅ変換部
２０ 差分回路
２１ トリガ発生回路
２２ データ書き込み用プロセッサ
２３ リングバッファ
２４ データ読み出し用プロセッサ
２５ 三角波生成部
２６ 光連続波生成部
２７ 振幅データ分配部
３０ａ 光変調部
３１ 合波部
３２ 光学的分散伸張部
３３、３４ 変調部
３５、３６ 光学的分散圧縮部
３６ 光学的分散圧縮部
３８、３９、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ ＤＡＣ部
４０、４０ａ、４０ｂ、７０、８０ 時分割式信号生成器
５０ データ読み出し用プロセッサ
５１ トリガ発生回路
５２、６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ タイミング調整部
５５ パルストリガ発生回路
５６、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ 光パルス生成部
６６ ＤＣブロック部
６７ａ、６７ｂ、６７ｃ、６７ｄ
６８ 分配部
７５ 光分配部
７６ａ、７６ｂ、７６７ｃ、７６ｄ 遅延部
９０、９１、９２ 光パルス制御部
９３ パルストリガ発生回路ブロック
９４ 振幅変調ブロック
１０１ ディジタル制御ボード
１０２ ＬＤドライブ回路
１０３ １２ｂｉｔ高速ＤＡＣ
１０４ ＬＮ変調器ドライバ
１０５ ＬＮ変調器
１０６ ＤＣＡ
１１１ 電気パルス
１１２ 利得スイッチ光パルス
１１３ データ
１１４ クロック信号
１１５ 光パルス
１１６ ＤＡＣ出力
１１７ トリガ
１２１ ＰＰＧ
１２２ ＬＤ
１２３ 光増幅器
１２４、１２７ ４分岐カプラ
１２５ 遅延ライン
１２６ 光減衰器
１２８ ＤＣＡ（ディジタルコミュニケーションアナライザ）

Claims (6)

1. 光パルス信号を発生する光パルス信号発生部と、
   光パルス信号を時間方向に伸張する伸張部と、
   光パルス信号を変調するための任意の変調データを書き換え可能に格納する格納部と、
   前記格納部に格納された前記変調データに基づいて、伸張された光パルス信号を振幅変調する振幅変調部と、
   前記光パルス信号発生部による前記光パルスの発生のタイミングと、前記振幅変調部による変調のタイミングを調整する調整部と、
   振幅変調後の光パルス信号を時間方向に圧縮する圧縮部と、
   前記圧縮部により圧縮された光パルス信号を光電変換により電気パルス信号に変換する光電変換部と、
   前記光電変換部によって得られた電気パルス信号から直流成分を除去する除去部と、を有し、
   前記調整部は、前記光パルス信号発生部による前記光パルスの発生のタイミングと、前記振幅変調部による変調のタイミングとともに、前記除去部の除去動作のタイミングを調整する、
   ことを特徴とする信号発生装置。
2. 前記伸張部は、入力光パルス信号が時間方向に伸張される波長分散値を有する光ファイバを備えたことを特徴とする請求項１に記載の信号発生装置。
3. 前記圧縮部は、入力光パルス信号が時間方向に圧縮される波長分散値を有する光ファイバを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の信号発生装置。
4. 前記光パルス信号発生部および前記伸張部は、連続波の波長を三角波によって変調することにより、光強度が略一定で波長が三角波状に変化し、時間方向に伸張された光信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の信号発生装置。
5. 光ファイバ内で生じる非線形効果を低減するデータを前記変調データに付加する低減データ付加部を更に備え、
   前記振幅変調部は、前記低減データ付加部により前記非線形効果を低減するデータが付加された変調データに基づいて、前記パルス信号生成部により生成された光パルス信号を振幅変調することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の信号発生装置。
6. 前記振幅変調部において、ＬＮ変調器を用いることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の信号発生装置。

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