JP4649581B2 - 位相連続光周波数偏移変調器、位相連続光周波数偏移変調方法 - Google Patents
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Description
光周波数偏移変調器(2)と、
前記光周波数偏移変調器の電極(3)に、正弦波クロック信号(4,5)を印加するとともに、前記正弦波クロック信号の位相に対して所定の位相差(Δφ)を有するベースバンド信号(6)を、前記光周波数偏移変調器の電極(7)に印加するための電源系(8)と、
前記光周波数偏移変調器(2)に入力される入力光について、前記ベースバンド信号(6)と同期させて、当該入力光の位相を制御し、前記ベースバンド信号(6)の切り替えの際に前記光周波数偏移変調器(2)において発生し、前記位相差(Δφ)の誤差となる位相ギャップを補償する、初期位相制御器(9)と、
を具備する位相連続光周波数偏移変調器(1)が挙げられる。
以下、図面を用いて本発明に係る実施形態を説明する。図1は、本発明の実施態様にかかる任意の周波数偏移を有する位相連続変調が実現可能な位相連続光周波数偏移(CPFSK)変調器の基本的構成を示す概略構成図である。図2は、図1における光FSK変調器及び電源系の一例を示す概略構成図である。これらの図に示すように、本実施形態にかかる位相連続光周波数偏移変調器(1)は、光周波数偏移変調器(2)と、前記光周波数偏移変調器の電極(3)に、正弦波クロック信号(4,5)を印加するとともに、前記正弦波クロック信号の位相に対して所定の位相差(Δφ)、例えばクロック信号の位相と次の式(I)で表される関係を満たす位相差(Δφ)を有するベースバンド信号(6)を、前記光周波数偏移変調器の電極(7)に印加するための電源系(8)と、レーザ光源(10)から前記光周波数偏移変調器(2)に入力される入力光について、前記ベースバンド信号(6)と同期させたエンコードデータにより当該入力光の位相を制御し、前記ベースバンド信号(6)の切り替えの際に前記光周波数偏移変調器(2)において発生し、前記位相差(Δφ)の誤差となる位相ギャップを補償する、初期位相制御器(9)とを具備する位相連続光周波数偏移変調器(1)である。
なお、図2の光周波数偏移変調器(2)が光FSK変調器として機能すること及びその動作については、たとえば上記非特許文献1に記載されるとおりである。図3は、位相連続光周波数偏移変調(CPFSK)を説明するための概念図である。図3(A)は、位相連続光周波数偏移変調(CPFSK)のパルスを示す概念図であり、図3(B)は従来の光周波数偏移変調(FSK)のパルスを示す概念図である。図3(B)に示すように、従来の外部変調方式による光FSK変調信号は、USB信号とLSB信号との連続部分の位相が不連続であった。本実施形態に係る位相連続光周波数偏移変調器における光周波数偏移変調器(2)では、正弦波クロック信号(4,5)と、ベースバンド信号(6)との位相差(遅延量)Δφを例えば上記式(I)のように制御することにより、USB信号とLSB信号とを切り換える際の位相の不連続が解消される。本実施形態に係る位相連続光周波数偏移変調器における電源系(8)は、正弦波クロック信号(4,5)と、ベースバンド信号(6)との位相差(遅延量)を制御するので、上記のような位相連続周波数偏移変調が可能となる。
δφ(t)={(2kπf0/B+φ0)mod 2π} ・・・(III)
ここで、kは整数、f0は正弦波クロック信号の周波数、Bはベースバンド信号のビット速度、φ0は初期位相である。なお、「mod」関数は、剰余演算を示し、(2kπf0/B+φ0)を2πで割った余りがδφ(t)となる。
条件[1]k番目のベースバンド信号を印加する場合には、前記正弦波クロック信号の位相と上式(I)で表される関係を満たす位相差(Δφ)を有するベースバンド信号を前記光周波数偏移変調器の電極(7,23)に印加する。
条件[2]k番目のベースバンド信号を印加する場合には、前記入力光の位相は制御しない。
条件[3]k+1番目のベースバンド信号を印加する場合であって、k番目のベースバンド信号とk+1番目のベースバンド信号とが同じ場合には、前記入力光の位相は制御しない。
条件[4]k+1番目のベースバンド信号を印加する場合であって、k番目のベースバンド信号とk+1番目のベースバンド信号とが異なる場合には、前記入力光の位相をπ変化させる。
ここで、kは条件[1]から[4]全てにおいて偶数であるか、又は条件[1]から[4]全てにおいて奇数である。
同図に示すように、本実施形態にかかる位相連続光周波数偏移変調器(1)は、CPFSK変調のための構成部分(2,8)と、初期位相制御のための構成部分(9)との2つの部分を有する。本実施形態の位相連続光周波数偏移変調器(1)における、光周波数偏移変調器(2)、電源系(8)、及び位相制御器(9)は、光情報通信の分野において用いられる公知のものを適宜利用することができる。
初期位相制御器としては、公知の位相制御器を適宜利用することができる。例えば、特許公報(特開平8−79174号)の図2に示されているような、LiNbO3結晶からなる光導波路に上下面を挟むように2つの電極を設け、電極間に数Vの電圧を印加して結晶の屈折率を制御し、等価的に光路長を変化させ、位相を制御するように構成した位相制御器などを用いることができる。
図4は、図1における光FSK変調器及び電源系の他の例を示す概略構成図である。図4に示されるとおり、他の例に係る光FSK変調器(24)及び電源系(28)は、第1のサブマッハツェンダー導波路(12:MZA)と、第2のサブマッハツェンダー導波路(13:MZB)と、前記第1のサブマッハツェンダー導波路及び前記第2のサブマッハツェンダー導波路とを含み、光の入力部(14)と、変調された光の出力部(15)とを具備するメインマッハツェンダー導波路(16:MZC)と、前記第1のサブマッハツェンダー導波路を構成する2つのアーム(17,18)に印加される電圧を調整するための第1のサブマッハツェンダー電極(19:電極A)と、前記第2のサブマッハツェンダー導波路を構成する2つのアーム(20,21)に印加される電圧を調整するための第2のサブマッハツェンダー電極(22:電極B)と、メインマッハツェンダー導波路に印加される電圧を調整するためのメインマッハツェンダー電極(23:電極C)とを具備する光周波数偏移変調器(24)と、前記第1のサブマッハツェンダー電極及び前記第2のサブマッハツェンダー電極に位相がπ/2異なる正弦波クロック信号(25,26)を印加するとともに、前記メインマッハツェンダー電極に、前記第1のサブマッハツェンダー電極又は前記第2のサブマッハツェンダー電極に印加される前記正弦波クロック信号の位相と所定の位相差、例えば次の式(I)で表される関係を満たす位相差(Δφ)を有するベースバンド信号(27)を印加するための電源系(28)と、からなる。
そして、電源系(28)は、例えば図示しないコンピュータなどの制御系につながれてもよい。電源系(28)は、高周波電源などの電源(29)と、前記電源と連結された周波数変調器(30)と、前記電源と連結された位相変調器(31)と、前記電源と連結されたパルスパターンジェネレータ(32)とを具備する。
電源から発生したクロック信号(33)は、前記周波数変調器(30)により周波数が半分の整数倍(例えば、1倍、2倍、又は3倍など)のクロック信号(25)に変換され、前記周波数が半分の整数倍となったクロック信号(25)は、前記第1のサブマッハツェンダー電極(19)又は前記第2のサブマッハツェンダー電極(22)に印加される。また、前記周波数が半分の整数倍となったクロック信号(25)は、前記位相変調器(31)によりその位相がπ/2+mπ(mは、整数を示す。)だけ変調され、前記周波数が半分の整数倍となったクロック信号(25)とは位相がπ/2異なるクロック信号(26)として、残りのサブマッハツェンダー電極(22又は19)に印加される。すなわち、サブマッハツェンダー電極(22又は19)には、位相がπ/2ずれた信号が印加されることとなる。これにより、ベースバンド信号(27)を変化させることにより、USB信号とLSB信号とを出力できることとなる。なお、サブマッハツェンダー導波路に導入されるクロック信号(25,26)は、伝送するデータ信号から、たとえばクロック抽出回路を用いて抽出した信号など、伝送するデータ信号から抽出したものを用いても良い。具体的には、前記パルスパターンジェネレータ(32)と連結されたクロック抽出回路を具備し、前記クロック抽出回路が、パルスパターンジェネレータ(32)により生成された伝送データ信号から信号を抽出し、前記クロック信号(33)として、前記クロック抽出回路が伝送データ信号から抽出した信号を用いるものがあげられる。なお、クロック抽出回路は、データ信号から基調繰り返し周波数を抽出するための回路であり、発振器や、位相同期ループ等の帰還回路を用いて実現される既存の電気回路である。
以下、本実施形態に係る位相連続光周波数偏移変調器(1)により符号化された光信号を復号するための光復調器について説明する。図7は、実施態様にかかるCPFSK変調器に適用される光復調器の例を示す図である。図7に示されるとおり、光復調器(51)は、光路(52)と、前記光路(52)に設けられたカプラなどの分波器・合波器(53)と、前記分波器・合波器により分波された一方の光信号に遅延(又は位相差)を与えるための遅延器(54)と、前記遅延器により遅延された光信号と、前記分波器・合波器により分波されたもう一方の光信号を合波し、2つの光信号として出力するためのカプラなどの第2の分波器・合波器と、前記第2の分波器・合波器からの出力光を光信号に変換するフォトダイオードなどの光検出器(55)と、前記光検出器が観測した光信号を差動増幅するための差動増幅器(56)と、前記差動増幅器(56)の出力を出力するための出力路(57)とを含む。すなわち、光遅延検波器を用い、差動増幅による光復調器があげられる。このような構成を有する光復調器を用いれば、例えば、受信感度が3dB程度向上する。
リターントゥゼロ(RZ:return to zero)−位相連続FSK(CPFSK)信号を得ることができる外部変調方式による光FSK変調は、特に図示しないが、上述した位相連続光周波数偏移変調器と、前記位相連続光周波数偏移変調器からの出力光が入射する強度変調器とを具備し、前記強度変調器へ印加される変調信号は、前記電源から発生したクロック信号であり、リターントゥゼロ位相連続光周波数偏移変調信号を得るための光変調器である。
RZ−CPFSK変調器は、信号強度が光FSK信号と同期して印加されるようになっている。そして、光FSK変調信号の過渡信号が現れる時点での強度が0になるような変調(RZ)を強度変調器に施している。このような変調を施すことにより、過渡信号が抑圧され、USB信号及びLSB信号の質が高まる。なお、強度変調信号と、光FSK変調信号とのタイミング制御は、公知の方法により制御できる。具体的には、強度変調器に印加する信号と光FSK変調器の各電極に印加される信号とのタイミングを制御することにより、光RZ−FSK信号を得ることができる。具体的には、強度変調器に印加する信号と、光FSK変調器に印加される信号も同期を取ることで、光FSK変調信号の周期に合わせて強度変調を行うことができるようにされている。
本実施形態の位相連続光周波数偏移変調器(1)を用いた光情報通信システムは、たとえば、本実施形態の位相連続光周波数偏移変調器(1)と上述した光復調器とを具備し、本実施形態の位相連続光周波数偏移変調器により符号化した光情報を、上記の光復調器が復号するものがあげられる。
2 光周波数偏移(FSK)変調器
3 光周波数偏移変調器の電極
4、5 正弦波クロック信号
6 ベースバンド信号
7 光周波数偏移変調器の電極
8 電源系
9 初期位相制御器
Claims (21)
- 光周波数偏移変調器(2)と、
前記光周波数偏移変調器の電極(3)に、正弦波クロック信号(4,5)を印加するとともに、前記正弦波クロック信号の位相に対して所定の位相差(Δφ)を有するベースバンド信号(6)を、前記光周波数偏移変調器の電極(7)に印加するための電源系(8)と、
前記光周波数偏移変調器(2)に入力される入力光について、前記ベースバンド信号(6)と同期させて、当該入力光の位相を制御し、前記ベースバンド信号(6)の切り替えの際に前記光周波数偏移変調器(2)において発生し、前記位相差(Δφ)の誤差となる位相ギャップを補償する、初期位相制御器(9)と、
を具備する位相連続光周波数偏移変調器(1)。 - 第1のサブマッハツェンダー導波路(12)と、
第2のサブマッハツェンダー導波路(13)と、
前記第1のサブマッハツェンダー導波路及び前記第2のサブマッハツェンダー導波路とを含み、光の入力部(14)と、変調された光の出力部(15)とを具備するメインマッハツェンダー導波路(16)と、
前記第1のサブマッハツェンダー導波路を構成する2つのアーム(17,18)に印加される電圧を調整するための第1のサブマッハツェンダー電極(19)と、
前記第2のサブマッハツェンダー導波路を構成する2つのアーム(20,21)に印加される電圧を調整するための第2のサブマッハツェンダー電極(22)と、
メインマッハツェンダー導波路に印加される電圧を調整するためのメインマッハツェンダー電極(23)とを具備する光周波数偏移変調器(24)と、
前記第1のサブマッハツェンダー電極及び前記第2のサブマッハツェンダー電極に位相がπ/2異なる正弦波クロック信号(25,26)を印加するとともに、
前記メインマッハツェンダー電極に、前記第1のサブマッハツェンダー電極又は前記第2のサブマッハツェンダー電極に印加される前記正弦波クロック信号の位相に対して所定の位相差(Δφ)を有するベースバンド信号(27)を印加するための電源系(28)と、
前記光周波数偏移変調器(24)に入力される入力光について、前記ベースバンド信号(27)と同期させて、当該入力光の位相を制御し、前記ベースバンド信号(27)の切り替えの際に前記光周波数偏移変調器(24)において発生し、前記位相差(Δφ)の誤差となる位相ギャップを補償する、初期位相制御器(9)と、
を具備する位相連続光周波数偏移変調器(1)。 - 前記所定の位相差Δφは、下記式(I)の関係を満たす位相差である、
請求項1又は2に記載する位相連続光周波数偏移変調器(1)。
Δφ=π/4+nπ(nは、整数を示す。) ・・・(I) - 前記電源系(8,28)は、光周波数偏移変調器(2,24)から出力される上側波帯信号と下側波帯信号との位相が同期するように信号を供給する、
請求項1又は2に記載する位相連続光周波数偏移変調器(1)。 - 更に、前記光周波数偏移変調器(42)の出力側に、前記光周波数偏移変調器(42)から出力される上側波帯信号及び下側波帯信号のいずれかを透過するフィルタリング手段(43)を有する、
請求項1又は2に記載する位相連続光周波数偏移変調器(41)。 - 前記ベースバンド信号のビット速度Bに対して、前記正弦波クロック信号の周波数はB/4である、
請求項1又は2に記載する位相連続光周波数偏移変調器。 - 前記初期位相制御器(9)は、前記入力光の位相を下記式(II)で示す補正量δφ(t)だけずらして、前記ベースバンド信号(6,27)の切り替えの際に前記光周波数偏移変調器(2,24)において発生し、前記位相差(Δφ)の誤差となる位相ギャップδφ(t)を補償する、
請求項1又は2に記載する位相連続光周波数偏移変調器。
δφ(t)={(2kπf0/B+φ0)mod 2π} ・・・(II)
ここで、kは整数、f0は前記正弦波クロック信号の周波数、Bは前記ベースバンド信号のビット速度、φ0は初期位相である。 - 前記初期位相制御器(9)は、下記条件[1]から条件[4]を全て満たすように前記入力光の位相を制御する、請求項6に記載する位相連続光周波数偏移変調器。
条件[1]k番目のベースバンド信号を印加する場合には、前記正弦波クロック信号の位相と下記式(I)で表される関係を満たす位相差(Δφ)を有するベースバンド信号を前記光周波数偏移変調器の電極(7,23)に印加する。
Δφ=π/4+nπ(nは、整数を示す。) ・・・(I)
条件[2]k番目のベースバンド信号を印加する場合には、前記入力光の位相は制御しない。
条件[3]k+1番目のベースバンド信号を印加する場合であって、k番目のベースバンド信号とk+1番目のベースバンド信号とが同じ場合には、前記入力光の位相は制御しない。
条件[4]k+1番目のベースバンド信号を印加する場合であって、k番目のベースバンド信号とk+1番目のベースバンド信号とが異なる場合には、前記入力光の位相をπ変化させる。
ここで、kは条件[1]から[4]全てにおいて偶数であるか、又は条件[1]から[4]全てにおいて奇数である。 - 前記電源系(28)は、
電源(29)と、
前記電源と連結された周波数変調器(30)と、
前記電源と連結された位相変調器(31)と、
前記電源と連結されたパルスパターンジェネレータ(32)とを具備し、
前記電源から発生したクロック信号(33)は、前記周波数変調器(30)により周波数が半分の整数倍であるクロック信号(25)に変換され、
前記周波数が半分の整数倍となったクロック信号(25)は、前記第1のサブマッハツェンダー電極(19)又は前記第2のサブマッハツェンダー電極(22)に印加され、
前記周波数が半分の整数倍となったクロック信号(25)は、前記位相変調器(31)によりその位相がπ/2+mπ(mは、整数を示す。)だけ変調され、前記周波数が半分の整数倍となったクロック信号(25)とは位相がπ/2異なるクロック信号(26)として、残りのサブマッハツェンダー電極(19又は22)に印加され、
前記電源から発生したクロック信号(33)は、パルスパターンジェネレータ(32)により、前記クロック信号の位相に対して所定の位相差を有するベースバンド信号(27)とされた後に、前記メインマッハツェンダー電極(23)に印加される、
請求項2に記載する位相連続光周波数偏移変調器。 - 前記パルスパターンジェネレータ(32)と連結されたクロック抽出回路を具備し、
前記クロック抽出回路が、パルスパターンジェネレータ(32)により生成された伝送データ信号から信号を抽出し、
前記クロック信号(33)として、前記クロック抽出回路が伝送データ信号から抽出した信号を用いる、請求項9に記載する位相連続光周波数偏移変調器。 - 前記光周波数偏移変調器に入力する光の光源としてレーザダイオードを用い、
前記光周波数偏移変調器としてLiNbO3基板上に設けられた光周波数偏移変調器を用い、
前記クロック信号の周波数は0.25GHz〜10GHzであり、前記ベースバンド信号のビット速度は1Gbps〜40Gbpsである、
請求項1又は2に記載する位相連続光周波数偏移変調器。 - 請求項1から11のいずれかに記載する位相連続光周波数偏移変調器と、
前記位相連続光周波数偏移変調器からの出力光が入射する強度変調器と、
を具備し、
前記強度変調器へ印加される変調信号は、前記電源から発生したクロック信号であり、
リターントゥゼロ位相連続光周波数偏移変調信号を得るための、
光変調器。 - 請求項1から11のいずれかに記載する位相連続光周波数偏移変調器と、光遅延検波器とを具備する、
光情報通信システム。 - 前記光遅延検波器が、光遅延回路と、差動増幅器とを具備する、
請求項13に記載する光情報通信システム。 - 光周波数偏移変調器の電極(3)に、正弦波クロック信号(4,5)を印加するとともに、光周波数偏移変調器の電極(7)に、前記正弦波クロック信号の位相に対して所定の位相差(Δφ)を有するベースバンド信号(6)を印加し、
初期位相制御器(9)が、前記光周波数偏移変調器(2)に入力される入力光について、前記ベースバンド信号(6)と同期させて、当該入力光の位相を制御し、前記ベースバンド信号(6)の切り替えの際に前記光周波数偏移変調器(2)において発生し、前記位相差(Δφ)の誤差となる位相ギャップを補償する、
位相連続光周波数偏移変調信号の取得方法。 - 前記光周波数偏移変調器は、
第1のサブマッハツェンダー導波路(12)と、
第2のサブマッハツェンダー導波路(13)と、
前記第1のサブマッハツェンダー導波路及び前記第2のサブマッハツェンダー導波路とを含み、光の入力部(14)と、変調された光の出力部(15)とを具備するメインマッハツェンダー導波路(16)と、
前記第1のサブマッハツェンダー導波路を構成する2つのアーム(17,18)に印加される電圧を調整するための第1のサブマッハツェンダー電極(19)と、
前記第2のサブマッハツェンダー導波路を構成する2つのアーム(20,21)に印加される電圧を調整するための第2のサブマッハツェンダー電極(22)と、
メインマッハツェンダー導波路に印加される電圧を調整するためのメインマッハツェンダー電極(23)とを具備する光周波数偏移変調器(24)であり、
前記正弦波クロック信号(25,26)は、前記第1のサブマッハツェンダー電極及び前記第2のサブマッハツェンダー電極に位相がπ/2異なる信号として印加され、
前記ベースバンド信号(27)は、前記メインマッハツェンダー電極に、前記第1のサブマッハツェンダー電極又は前記第2のサブマッハツェンダー電極に印加される前記正弦波クロック信号(25,26)の位相に対して所定の位相差(Δφ)を有する信号として印加される請求項15に記載する位相連続光周波数偏移変調信号の取得方法。 - 前記所定の位相差Δφは、下記式(I)の関係を満たす位相差である、
請求項15又は16に記載する位相連続光周波数偏移変調信号の取得方法。
Δφ=π/4+nπ(nは、整数を示す。) ・・・(I) - 前記ベースバンド信号は、光周波数偏移変調器から出力される上側波帯信号と下側波帯信号とは位相が同期するように光周波数偏移変調器の電極に供給される、
請求項15又は16に記載する位相連続光周波数偏移変調信号の取得方法。 - 前記ベースバンド信号のビット速度Bに対して、前記正弦波クロック信号の周波数はB/4である、
請求項15又は16に記載する位相連続光周波数偏移変調信号の取得方法。 - 前記入力光の位相の制御は、前記入力光の位相を下記式(II)で示す補正量δφ(t)だけずらして、前記ベースバンド信号(6,27)の切り替えの際に前記光周波数偏移変調器(2,24)において発生し、前記位相差(Δφ)の誤差となる位相ギャップδφ(t)を補償する、
請求項15又は16に記載する位相連続光周波数偏移変調信号の取得方法。
δφ(t)={(2kπf0/B+φ0)mod 2π} ・・・(II)
ここで、kは整数、f0は前記正弦波クロック信号の周波数、Bは前記ベースバンド信号のビット速度、φ0は初期位相である。 - 前記入力光の位相の制御は、下記条件[1]から条件[4]を全て満たすように前記入力光の位相を制御する、請求項19に記載する位相連続光周波数偏移変調信号の取得方法。
条件[1]k番目のベースバンド信号を印加する場合には、前記正弦波クロック信号の位相と下記式(I)で表される関係を満たす位相差(Δφ)を有するベースバンド信号を前記光周波数偏移変調器の電極(7,23)に印加する。
Δφ=π/4+nπ(nは、整数を示す。) ・・・(I)
条件[2]k番目のベースバンド信号を印加する場合には、前記入力光の位相は制御しない。
条件[3]k+1番目のベースバンド信号を印加する場合であって、k番目のベースバンド信号とk+1番目のベースバンド信号とが同じ場合には、前記入力光の位相は制御しない。
条件[4]k+1番目のベースバンド信号を印加する場合であって、k番目のベースバンド信号とk+1番目のベースバンド信号とが異なる場合には、前記入力光の位相をπ変化させる。
ここで、kは条件[1]から[4]全てにおいて偶数であるか、又は条件[1]から[4]全てにおいて奇数である。
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