JP5697192B2 - 2トーン信号による光検出器の特性評価方法 - Google Patents
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Description
(1)2光波のみ。
(2)周波数差を任意のRF周波数に設定可能。
(3)2光波が同一偏波。
(4)2光波が同一強度。
の周波数の和や差の成分が発生する。これを測定することで,非線形性の強さを測定することが可能となる。2つの周波数をf1,f2とし,周波数差が大きくない(2|f1−f2|/|f1 +f2] が1よりずっと小さい)場合,2f1−f2,2f2−f1,がf1,f2と近い周波数となり,実用上,混信などの問題となることが多い。
このようにして,この方法は,第1の変調信号及び第2の変調信号の2N倍(Nは1以上の整数)の周波数成分を含む2トーン信号を発生する。
本発明では,2トーン信号として,第1の変調信号の2倍の周波数成分及び第2の変調信号の2倍の周波数成分のいずれかに比べて,第1の変調信号と第2の変調信号の和の周波数成分が25dB以上40dB以下に抑圧されるものを得ることができる。
になっているので,変調信号の位相変化を0度から90度に制限された位相変調信号であると,出力としては位相変化0から360度までの位相変調信号が得られる。[J2(A)]2の逆関数であらかじめ変換しておくことで,振幅も自由に制御することができる。これらの性質を利用すると,2つの変調信号を歪み成分(周波数の和や差の成分など)なしに周波数を四倍しつつ合成することが可能となる。広帯域の信号を合成する場合に有用であると考えられる。
第3の態様は,FSK変調器を用いてPDの非線形性を測定するものである。
いずれの態様も,2トーン光発生源として,MZ干渉計を有する系を用いる。
この際,バイアス電圧を調整することで2トーン信号の強度差が大きくならないように制御する。周波数掃引速度と不要スペクトル成分の強度を同時に監視する。
MZ干渉計を有する系は,周波数が安定しており,2トーン信号の偏光差を制御でき,高消光比を達成できる。このため,MZ干渉計を有する系を2トーン光発生源として用いることで,きわめて精度よくPDの特性を評価できる。
度位相差(φ2−φ1=π/2)
をもつ等しい振幅,等しい周波数(角周波数ωm)の変調信号を入力し(バイアスはNull),メインMZMにBsin(ωm3t+φ3)+φBを印加すると,RF
2トーン信号が得られる。メインMZM のバイアスφB=π/2
とする必要がある。2トーン信号の周波数成分はサブMZM の変調周波数の2 倍からメインMZMの変調周波数を引いたものと足したものの2 通りである。2トーン信号の成分間の周波数差はメインMZMの変調周波数に,平均周波数はサブMZM
変調周波数の2倍に一致するので,非線形性のテスト時の周波数変化(平均か間隔か)が容易であるというメリットがある。
Two−tone信号発生
概要
RoFシステム受信系の非線形特性評価のために,理想的なPDで検波した際に2トーン(Two−tone)RF信号の発生を検討した。通常の強度変調器にTwo−tone信号を電気入力として加えると変調器自体の非線形性を含むRoF信号が発生する。本実験では,DPMZMのサブMZにそれぞれ,別の周波数f1,f2のシングルトーン信号を加えて,PD出力では理想的なTwo−tone信号を得た。各サブMZ(マッハツェンダー干渉計)DSB−SC変調し,光のTwo−tone信号を発生させた。
各サブMZにおいて発生した信号をメインMZで合波させた。この際,光回路は線形であるために,新たな周波数成分は発生しない。光出力としては変調周波数f1とf2のUSB,LSBをそれぞれ,計4つのスペクトル成分が得られる。PDでの2乗検波では2f1,2f2,f1+f2の3つのスペクトル成分が発生するが,メインMZでの光位相(バイアス)を制御することで,f1+f2成分を抑圧し,2f1と2f2成分からなるTwo−to
ne信号が得られる。メインMZのバイアス調整でf1のUSBとf2のLSBのビートとf2のUSBとf1のLSBのビートが逆相とすることができるというのが基本原理である。サブMZに印加された信号はそれぞれ二逓倍されるので,一般にQAMなどで変調された信号を入力した場合,PD出力では適切な変調信号とならないが,0−180度の間に限定して位相変調をした場合には,位相変化が2倍となり,PD出力で0−360度の範囲での位相変調信号となる。この原理を使うと,電気回路で発生困難な広帯域なFDMやOFDM信号の合成が期待できる。
光源として,NEL NLK1554BTZ−A
80128 0deg 149.7mA用いた偏波コントローラの出力端での出力は11.67dBmであった。偏波コントローラを経た光がFSK変調器(T FSK1.5−10−P
SN 182376)に入力した。この光は,増幅器(EDFA(OPREL製))及び BPF(バンドパスフィルタ)5nm(応用光電)を経て,PD(NEL
KEPD 2525VPG)へ入力した。光変調器のRF入力はローデアンドシュワルツSMF−100Aを2台用いた。光変調器のバイアス制御は応用光電E12069を用いて制御した。光スペクトル(PD入力点で)をANDO製光スペクトルアナライザを用いて測定した。図7は,PD入力点での光スペクトルを示す。PDからの出力をアジレントE4448Aでスペクトル測定した。
実験手順は以下の通りであった。
まず,FSK変調器のバイアスを調整した。
(I)MZa(第1のサブマッハツェンダー干渉計)のバイアスをヌル(Null)に設定した。この際,
1.MZaのRF入力をONとし,MZbのRF入力をOFFとした。
2.2次および0次サイドバンドが最小となるようにMZaのバイアスを調整(0次はMZbからの成分を含むのでゼロにならない)した。
(II)MZbのバイアスを(I)と同様に調整しヌルに設定した。
(III)MZa及びMZbの両方にRF信号を入力し,2次サイドバンドが最小となるようにMZa及びMZbのバイアスを調整(RF同時入力による温度変化に対応)した。
(IV) キャリアが最小となるようにMZcへのバイアス電圧を調整した。
そして,上記の手順を適宜繰り返した。
上記の実験結果を図7〜図10に示す。この実験では,f1として5.00GHz (27.47dBm
変調器入力点), f2として5.01GHz(27.24dBm)の変調信号を用いた。図7は,実施例2における光検出器の入力前の光スペクトルを示す。図8は,実施例2における10GHz付近のRFスペクトル(所望成分10.00GHz,及び 10.02GHz)を示す。図9は,実施例2における20GHz付近のRFスペクトルを示す。図10は,実施例2における5GHz付近のRFスペクトルを示す。
本実施例では,DPMZMのサブMZにそれぞれ,周波数f1のシングルトーン信号を90度位相差で加えて,さらに,メインMZには周波数f2のシングルトーン信号を印加し,PD出力では理想的なTwo−tone信号を得た。各サブMZでDSB−SC変調し,周波数2f1成分を発生させた。メインMZではさらに2f1+f2及び2f1−f2成分が発生するが,バイアスを光位相差90度に設定すると,PD検波出力で2f1成分及び2f2成分が抑圧され,2f1+f2,2f1−f2成分からなるTwo−tone信号が得られた。
この実施例における実験系は以下の通りであった。
光源として,NEL NLK1554BTZ−A
80128 0deg 149.7mAを用いた偏波コントローラの出力端での出力強度は11.67dBmであった。光源からの光は偏波コントローラを経て,FSK変調器(T FSK1.5−10−P SN 182376)に入力した。FSK変調器の出力は,EDFA(OPREL社製)
及び BPF 5nm(応用光電社製)を経て,PD(NEL KEPD
2525VPG)へ入力した。
FSK変調器のバイアスを調整する
サブMZMにRF入力して,SSB動作条件に設定。
この実験では,2つのサブMZMに印加される変調信号の周波数f1が5.00GHz(21.51dBm MZa, 21.61dBmMZb)であり,メインMZMに印加される編昇進後の周波数f2が,1GHz(15.26dBm MZc)であった。図13は,実施例4における光検出器の入力前の光スペクトルを示す。図14は,実施例4における10GHz付近のRFスペクトル(所望成分10.00GHz,及び10.02GHz)を示す。図14から,10GHz近辺で所望成分2トーン信号が得られることが確認できた。不要成分2f1の抑圧比は10数dBであった。
12 光変調器
13 光検出器
14 メインマッハツェンダー導波路
15 第1のサブマッハツェンダー導波路
16 第2のサブマッハツェンダー導波路
21 第1の電極
22 第2の電極
23 第3の電極
Claims (11)
- 光源(11)と前記光源(11)からの光が入射する光変調器(12)と光検出器(13)を用いた光信号の生成方法であって,
前記光変調器(12)は,第1のアーム及び第2のアームを含むメインマッハツェンダー導波路(14)を有し,
前記第1のアーム及び第2のアームにはそれぞれ第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)が設けられ,
前記第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)は,それぞれ変調電圧及びバイアス電圧のいずれか又は両方を印加するための第1の電極(21)及び第2の電極(22)を有し,
前記メインマッハツェンダー導波路(14)は,前記第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)からの出力信号の位相差を制御するための第3の電極(23)を有し,
前記第1の電極(21)及び前記第2の電極(22)にそれぞれ周波数がf1及びf2である第1の変調信号及び第2の変調信号を印加する工程と,
前記光変調器(12)からの出力信号を前記光検出器(13)が二乗検波して得られるnf1+mf2成分及びnf1−mf2成分(n及びmは整数)のいずれか又は両方が抑圧されるように前記第3の電極(23)に印加されるバイアス電圧を調整するバイアス電圧調整工程と,
を含む,
前記第1の変調信号及び第2の変調信号の2N倍(Nは1以上の整数)の周波数成分を含む2トーン信号を発生する光信号の生成方法であって,
前記Nが1の場合,前記第1の変調信号及び第2の変調信号を印加する工程において前記第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)がバイアスヌルとなるようにし,
前記Nが2の場合,前記第1の変調信号及び第2の変調信号を印加する工程において,前記第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)がバイアスフルとなるようにし,
前記Nが3以上の場合,前記バイアス電圧調整工程の後に,前記光源(11)からの光成分をフィルタで除去する工程を含み,
前記第1の変調信号の振幅(A 1 )及び前記第2の変調信号の振幅(A 2 )が等しく,
前記第1の変調信号及び前記第2の変調信号の位相変調範囲が0度以上360度/Nであり,
J n (x)(xは変数)を,n次の第1種ベッセル関数としたときに,前記第1の変調信号の振幅(A 1 )が,前記2トーン信号の目的とする振幅に対して[J n (A 1 )] 2 の逆関数掛けた値となるように調整する工程をさらに含む,
光信号の生成方法。 - 請求項1に記載の光信号の生成方法であって,
前記第3の電極(23)に印加されるバイアス電圧がπ/2である,
光信号の生成方法。 - 請求項1に記載の光信号の生成方法であって,
前記Nは1又は2であり,
前記Nが1の場合,前記第1の変調信号及び第2の変調信号を印加する工程において前記第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)に印加されるバイアス電圧がヌルとなるように調整し,
前記Nが2の場合,前記第1の変調信号及び第2の変調信号を印加する工程において前記第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)に印加されるバイアス電圧がフルとなるように調整する,
光信号の生成方法。 - 請求項1に記載の光信号の生成方法であって,
前記Nは1であり,前記第1の変調信号及び第2の変調信号を印加する工程において前記第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)に印加されるバイアス電圧がヌルとなるように調整する
光信号の生成方法。 - 光源(11)と前記光源(11)からの光が入射する光変調器(12)と光検出器(13)を用いて光信号を生成する工程と,前記光信号を利用して特性評価の対象となる光検出器の特性を評価する工程を含む,特性評価方法であって,
前記光変調器(12)は,第1のアーム及び第2のアームを含むメインマッハツェンダー導波路(14)を有し,
前記第1のアーム及び第2のアームにはそれぞれ第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)が設けられ,
前記第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)は,それぞれ変調電圧及びバイアス電圧のいずれか又は両方を印加するための第1の電極(21)及び第2の電極(22)を有し,
前記メインマッハツェンダー導波路(14)は,前記第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)からの出力信号の位相差を制御するための第3の電極(23)を有し,
前記光信号を生成する工程は,
前記第1の電極(21)及び前記第2の電極(22)にそれぞれ周波数がf 1 及びf 2 である第1の変調信号及び第2の変調信号を印加する工程と,
前記光変調器(12)からの出力信号を前記光検出器(13)が二乗検波して得られるnf 1 +mf 2 成分及びnf 1 −mf 2 成分(n及びmは整数)のいずれか又は両方が抑圧されるように前記第3の電極(23)に印加されるバイアス電圧を調整するバイアス電圧調整工程と,
を含む,
前記第1の変調信号及び第2の変調信号の2N倍(Nは1以上の整数)の周波数成分を含む2トーン信号を発生する工程であって,
前記Nが1の場合,前記第1の変調信号及び第2の変調信号を印加する工程において前記第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)がバイアスヌルとなるようにし,
前記Nが2の場合,前記第1の変調信号及び第2の変調信号を印加する工程において,前記第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)がバイアスフルとなるようにし,
前記Nが3以上の場合,前記バイアス電圧調整工程の後に,前記光源(11)からの光成分をフィルタで除去する工程を含み,
特性評価の対象となる光検出器の特性を評価する工程は,
前記光信号を生成する工程により,2トーン光を発生させる工程と,
前記発生させた2トーン光を特性評価の対象となる光検出器へ入射させる工程と,
を含む,
特性評価方法。 - 光源(11)と前記光源(11)からの光が入射する光変調器(12)を用いた光信号の生成方法であって,
前記光変調器(12)は,第1のアーム及び第2のアームを含むメインマッハツェンダー導波路(14)を有し,
前記第1のアーム及び第2のアームにはそれぞれ第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)が設けられ,
前記第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)は,それぞれ変調電圧及びバイアス電圧のいずれか又は両方を印加するための第1の電極(21)及び第2の電極(22)を有し,
前記メインマッハツェンダー導波路(14)は,前記第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)に電圧を印加する第3の電極(23)を有し,
前記第1の電極(21)及び前記第2の電極(22)に印加されるバイアス電圧を調整することで前記前記第1のサブマッハツェンダー導波路(15)及び第2のサブマッハツェンダー導波路(16)のバイアスをヌルにしつつ,前記第1の電極(21)及び前記第2の電極(22)に,それぞれ振幅が同じであり,周波数が第1の周波数fmである第1の変調信号及び第2の変調信号を印加する工程と,
前記第3の電極(23)に,前記第1の周波数と異なる周波数f3の第3の変調信号を印加する工程と,
を含む,
2トーン信号を発生する光信号の生成方法。 - 請求項6に記載の光信号の生成方法であって,
前記第3の電極(23)に印加されるバイアス電圧がπ/2である,
光信号の生成方法。 - 請求項6に記載の光信号の生成方法であって,
前記第1の変調信号及び第2の変調信号は,位相差が90度である,
光信号の生成方法。 - 請求項6に記載の光信号の生成方法であって,
前記第1の変調信号及び第2の変調信号は,位相が同相であり,
前記第3の電極(23)に印加されるバイアス電圧を調整して,前記メインマッハツェンダー導波路(14)から出力される光信号に前記第3の変調信号の周波数f3の2倍の光信号である2倍波成分を含む光を生成させ,
2f3+fm及び2f3−fmを所望2トーン信号として含む信号を発生させることができる,
光信号の生成方法。 - 請求項6に記載の光信号の生成方法であって,
前記第1の変調信号及び第2の変調信号は,位相が同相であり,
前記第3の電極(23)に印加されるバイアス電圧を調整して,前記メインマッハツェンダー導波路(14)から出力される光信号に前記第3の変調信号の周波数f3の4倍の光信号である4倍波成分を含む光を生成させ,
4f3+fm及び4f3−fmを所望2トーン信号として含む信号を発生させることができる,
光信号の生成方法。 - 請求項6〜10のいずれかに記載の光信号の生成方法により,2トーン光を発生させる工程と,
前記発生させた2トーン光を特性評価の対象となる光検出器へ入射させる工程と,
を含む,
前記特性評価の対象となる光検出器の特性を評価する方法。
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