JP5760202B2

JP5760202B2 - 変調装置

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Publication number: JP5760202B2
Application number: JP2010085475A
Authority: JP
Inventors: 達俊塩田
Original assignee: 達俊塩田
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2030-04-01
Also published as: JP2011217282A

Description

本発明は、位相スペクトル・振幅スペクトルの情報が含まれてなる光信号を周波数軸上で位相変調・振幅変調する変調装置に関し、光信号記憶技術、光信号修復技術、光チャンネル変更技術、光信号制御技術等に応用が可能な変調装置に関する。

たとえば、従来、光信号を一時的に記憶するために光ループが用いられる。また、伝送過程で劣化した光信号を修復するために光信号バッファが用いられるし、光信号の伝送チャンネルを変更する要求がある場合には光チャンネル変更装置が用いられる。

特開平６−５９３８３特開２００１−２２７９１１

光信号を一時的に記憶するために光ループ回路を用いることがあるが（特許文献１）、光ループ回路は大きな占有空間が必要となる等の問題がある。
また、近年、光信号の通信速度の高速化が進んでいるが（特許文献１参照）、電気回路の処理速度の制約により、光信号バッファでの処理速度や、光チャンネル変更装置での処理速度が、受信する光データ速度に追いつかないという問題がある。

本発明の目的は、位相スペクトル・振幅スペクトルの情報が含まれてなる光信号を周波数軸上で位相変調・振幅変調する変調装置に関し、光信号記憶技術、光信号修復技術、光チャンネル変更技術、光信号制御技術等に応用が可能な変調装置を提供することである。

本発明は、（１）から（４）を要旨とする。
（１）原信号から、複数の成分についての位相および振幅をそれぞれ検出する位相・振幅測定器と、
前記原信号に含まれる情報を抽出する信号評価器と、
基準離散スペクトル信号を生成する基準信号源と、
前記信号評価器により抽出した位相および振幅により、前記基準信号源が生成する基準離散スペクトル信号の各周波数成分に位相変調および振幅変調を加える位相・振幅変調部と、
を備えたことを特徴とする変調装置。
本発明は、光信号記憶装置、光信号修復装置、光チャンネル変更装置、光信号制御技術等に応用が可能である。

（２）前記基準信号源として前記原信号が伝送される信号線を用いることを特徴とする（１）に記載の変調装置。

（３）前記原信号が離散スペクトル光である（１）に記載の変調装置において、
前記基準信号源として前記位相・振幅測定器に内蔵された参照信号源を用いることを特徴とする（１）に記載の変調装置。

（４）前記位相・振幅変調部が前記原信号の信号源に設けられており、前記原信号の位相および振幅を検出し、検出結果に基づき前記信号源の位相および振幅をフィードバック変調することを特徴とする（１）に記載の変調装置。

本発明では、複数の信号成分の位相および振幅に載せられて伝送される情報を処理する場合には、原信号の複雑な変動を逐次計測する必要がなくなる。

すなわち、原信号について、一定時間内の周波数軸上の位相スペクトルおよび振幅スペクトルを処理すればよいので、高速な光信号記憶処理、光信号記憶処理、光チャンネル変更処理、光信号修復処理、光信号制御処理ができる。

本発明の変調装置を光信号記憶装置（光信号バッファ）に適用した実施形態の説明図である。（Ａ）は図１の光信号記憶装置の位相測定部の詳細図、（Ｂ）は図１の光信号記憶装置の振幅測定部の詳細図である。図１の光信号記憶装置の第１の設計変更例を示す図である。図１の光信号記憶装置の第２の設計変更例を示す図である。本発明の変調装置をチャンネル変更装置に適用した実施形態の説明図である。本発明の変調装置を光信号発生装置に適用した実施形態の説明図である。図６の変調装置の設計変更例を示す説明図である。

図１は本発明の変調装置を光信号記憶装置（光信号バッファ）に適用した実施形態の説明図である。
図１において、変調装置（光信号バッファ）１は、位相・振幅測定器１１と、信号評価器１２と、位相・振幅スペクトルマトリクス生成器１３と、基準信号源１４と、基準信号周波数分光器１５と、位相・振幅変調器１６とを備えている。

信号線ＰＰには原信号Ｓ_Aが伝送されており、変調装置１がこの信号を取り込んで変調処理を行う。
位相・振幅測定器１１は、参照信号生成部１１１と位相測定部１１２と振幅測定部１１３と情報読出部１１４とからなる。
参照信号生成部１１１は、原信号Ｓ_Aの信号成分（周波数成分)Ｓ_A1，Ｓ_A2，・・・，Ｓ_ANの周波数φ_A1，φ_A2，・・・，φ_ANに対して周波数がシフトした参照信号Ｓ_B1，Ｓ_B2，・・・，Ｓ_BNを生成する。

位相測定部１１２は、図２（Ａ）に示すようにアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）１１２１と、ビート信号生成・抽出部１１２２と、ビート信号選択部１１２３と、ビート信号乗算部１１２４と、相対位相検出部１１２５とからなる。

ビート信号生成・抽出部１１２２は、ＡＷＧ１１２１のｋ番目の端子（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ）から入力された原信号Ｓ_Aと参照信号Ｓ_Bkとの合波光をフォトダイオードＰＤ_kにより光電変換する。ＰＤ_kの出力には、参照信号Ｓ_Bkと原信号Ｓ_Aとの種々のビート信号が含まれる。バンドパスフィルタＢＰＦ_kはこのビート信号の中から、参照信号Ｓ_Bkと信号成分Ｓ_Akとのビート信号Ｂ_k（Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃，・・・）を取り出す。

ビート信号選択部１１２３は、Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃，・・・の中から２つ（ビート信号ペアＢ_m，Ｂ_n）を同時に選択し、ビート信号乗算部１１２４の各ミキサＭＸがこれらを乗算する。

相対位相検出部１１２５は、各検出器Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃，・・・，Ｄ_Nがビート信号乗算部１１２４の各ミキサから乗算信号を入力し、乗算されたビート信号ペアの作成のもとになった原信号Ｓ_Aの信号成分の相対位相をそれぞれ求める。

たとえば、乗算されたビート信号ペアがＢ_m，Ｂ_nである場合には、相対位相検出部１１２５は信号成分Ｓ_AmとＳ_Anとの相対位相φ_n−φ_mを求めることができる。なお、相対位相検出部１１２５は、振幅測定部１１３により測定した信号成分Ｓ_Am，Ｓ_Anの振幅Ａ_Am，Ａ_Anを取得して相対位相φ_n−φ_mの演算を行う。なお、ビート信号選択部１１２３は、あるビート信号ペアを構成する少なくとも一方のビート信号ペアが、他のいずれかのビート信号ペアを構成するように選択処理を行う。ビート信号選択部１１２３は、たとえば、Ｂ₁とＢ₂、Ｂ₁とＢ₃，Ｂ₁とＢ₃、・・・のようにビート信号ペアを選択することができるし、あるいはＢ₁とＢ₂、Ｂ₂とＢ₃，Ｂ₃とＢ₄、・・・のようにビート信号ペアを選択することができる。なお、ビート信号選択部１１２３は、あるビート信号Ｂ_xが不定である場合（たとえば、Ｓ_Axの振幅がゼロないし微小である場合）には、Ｂ_xがビート信号ペアを構成しないように選択処理を行う。

振幅測定部１１３は、図２（Ｂ）に示すようにアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）１１３１と、ビート信号生成・抽出部１１３２と、振幅検出部１１３３とからなる。
ビート信号生成・抽出部１１３２は、ＡＷＧ１１３１のｋ番目の端子（ｋ＝１，２，・・・，Ｎ）から入力された原信号Ｓ_Aと参照信号Ｓ_Bkとの合波光をフォトダイオードＰＤ_kにより光電変換する。ＰＤ_kの出力には、参照信号Ｓ_Bkと原信号Ｓ_Aとの種々のビート信号が含まれる。バンドパスフィルタＢＰＦ_kはこのビート信号の中から、参照信号Ｓ_Bkと信号成分Ｓ_Akとのビート信号Ｂ_k（Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₃，・・・）を取り出す。

振幅検出部１１３３の各検出器Ｇ₁，Ｇ₂，・・・，Ｇ_Nは、原信号と乗算されたビート信号ペアの作成のもとになった原信号Ｓ_Aの信号成分の振幅をそれぞれ求める。

信号成分Ｓ_A1，Ｓ_A2，・・・，Ｓ_ANの何れか１つの位相を基準にすればφ_n−φ_mを絶対位相として扱うことができる。したがって、情報読出部１１４は、相対位相検出部１１２５により求めた相対位相φ_n−φ_mから、原信号Ｓ_Aの位相スペクトルφ_SA（ω）を特定でき、また振幅検出部１１３３により求めた振幅Ａ_Anから、原信号Ｓ_Aの振幅スペクトルＡ_SA（ω）を特定できる。

本実施形態では、信号評価器１２は、位相スペクトルφ_SA（ω）と振幅スペクトルＡ_SA（ω）とのパターン情報と原信号Ｓ_Aに含まれている情報（この情報たとえば二値データあってもよいし、二値データとは限らない）とを関連付けたテーブルを持っており、原信号Ｓ_Aに含まれている情報を知ることができる。

位相・振幅スペクトルマトリクス生成器１３は、原信号Ｓ_Aに含まれていた情報と同じ、位相スペクトルφ_SA（ω）と振幅スペクトルＡ_SA（ω）とを生成し、位相・振幅変調器１６は、基準信号周波数分光器１５を流れる信号を変調する。
なお、基準信号源１４は、本実施形態では、波長可変光源１４１と光コム発生装置１４２とを備えているが、光コム発生装置１４２のみであってもよい。波長可変光源１４１は搬送波を生成し、光コム発生装置１４２が生成したコム光は基準信号周波数分光器１５に入力される。

基準信号周波数分光器１５はＡＷＧ１５１とＡＷＧ１５２とからなり、ＡＷＧ１５１は入射したコム光を原信号Ｓ_Aの信号成分Ｓ_A1，Ｓ_A2，・・・，Ｓ_ANの周波数と同じ周波数の信号成分（Ｓ_C1，Ｓ_C2，・・・，Ｓ_CN）に分離する。位相・振幅変調器１６は、位相変調器１６１と振幅変調器１６２とからなり、上記の分離された信号成分は、位相変調器１６１により位相変調され、振幅変調器１６２により振幅変調される。

この位相・振幅変調により信号成分（Ｓ_C1，Ｓ_C2，・・・，Ｓ_CN）は原信号Ｓ_Aの信号成分Ｓ_A1，Ｓ_A2，・・・，Ｓ_ANと同じ信号に変調される。

ＡＷＧ１５２は、これらの位相・振幅変調された各信号を合波して、新たな原信号Ｓ_Aとして送出する。
変調装置（光信号バッファ）１は、バッファリングを行うが、以上からわかるように、プロセッサによる計算量は極めて少ない。したがって、超高速のバッファリングを行うことができる。

図３は図１の変調装置１の第１の設計変更例を示す説明図であり、図１の変調装置１で使用した基準信号源１４は設けておらず、基準信号として、信号線ＰＰを伝播する原信号Ｓ_Aが基準信号周波数分光器１５のＡＷＧ１５１に入力されている。これにより、変調装置１の構成が簡素化される。

図４は図１の変調装置１の第２の設計変更例を示す説明図であり、図１の変調装置１で使用した基準信号源１４は設けられておらず、基準信号として、位相・振幅測定器１１の参照信号生成部１１１からの参照信号Ｓ_B1，Ｓ_B2，・・・，Ｓ_BNが基準信号周波数分光器１５のＡＷＧ１５１に入力されている。これにより、これにより、変調装置１の構成が簡素化される。

なお、図３および図４の変調装置１では、信号線ＰＰと基準信号周波数分光器１５との間に周波数シフタを設けておけば、次に述べるチャンネル変更装置への適用と同様、基準信号周波数分光器１５からもともとのチャンネルとことなるチャンネルを伝播する原信号Ｓ_Aを生成することができる。

図５は本発明の変調装置をチャンネル変更装置に適用した実施形態の説明図である。
図５において、変調装置（チャンネル変更装置）２は、位相・振幅測定器２１と、信号評価器２２と、位相・振幅スペクトルマトリクス生成器２３と、基準信号源２４と、基準信号周波数分光器２５と、位相・振幅変調器２６と、波長選択器２７と光電変換器２８とを備えている。位相・振幅測定器２１、信号評価器２２、位相・振幅スペクトルマトリクス生成器２３、基準信号源２４、基準信号周波数分光器２５、位相・振幅変調器２６の動作は、図１の変調装置１の位相・振幅測定器１１、信号評価器１２、位相・振幅スペクトルマトリクス生成器１３、基準信号源１４、基準信号周波数分光器１５、位相・振幅変調器１６と同じである。また、位相・振幅測定器２１を構成する参照信号生成部２１１、位相測定部２１２、振幅測定部２１３、情報読出部２１４は、位相・振幅測定器１１の参照信号生成部１１１、位相測定部１１２、振幅測定部１１３、情報読出部１１４と同じである。また、位相・振幅変調器２６を構成する位相変調器２６１，振幅変調器２６２は、位相・振幅変調器１６を構成する位相変調器１６１と振幅変調器１６２と同じである。基準信号周波数分光器２５を構成するＡＷＧ２５１、ＡＷＧ２５２は、基準信号周波数分光器１５を構成するＡＷＧ１５１、ＡＷＧ１５２と同じである。

基準信号源２４を構成する波長可変光源２４１、光コム発生装置２４２も、基準信号源１４を構成する波長可変光源１４１、光コム発生装置１４２と概略同じであるが、波長可変光源２４１は信号線ＰＰを伝播する原信号Ｓ_Aのチャンネルとは異なるチャンネルの搬送波を生成することができる。

図５では、波長選択器２７が光電変換器２８を介して、信号線ＰＰを伝播する所定チャンネルからの信号周波数を光コム発生装置２４２の参照信号生成部２１１に与えている。これにより、位相・振幅測定器２１は、他のチャンネルの位相や振幅を誤って測定することはなくなる。

また、図５では、波長選択器２７が光電変換器２８を介して、信号線ＰＰを伝播する所定チャンネルからの信号周波数を基準信号源２４の光コム発生装置２４２にも与えている。波長可変光源２４１は信号線ＰＰを伝播する原信号Ｓ_Aのチャンネルとは異なるチャンネルの搬送波を生成しているので、基準信号周波数分光器２５からはもともとのチャンネルとことなるチャンネルを伝播する原信号Ｓ_Aが生成される。

図６は本発明の変調装置を光信号発生装置に適用した実施形態の説明図である。
図６において、変調装置（光信号発生装置）３は、位相・振幅測定器３１と、信号評価器３２と、位相・振幅スペクトルマトリクス生成器３３と、基準信号源３４と、基準信号周波数分光器３５と、位相・振幅変調器３６とを備えている。位相・振幅測定器３１、基準信号源３４、基準信号周波数分光器３５、位相・振幅変調器３６の動作は、図１の変調装置１の位相・振幅測定器１１、基準信号源１４、基準信号周波数分光器１５、位相・振幅変調器１６と概略同じである。

信号評価器３２は、本実施形態ではフィードバック制御装置としても機能し、所定の位相・振幅スペクトルを設定でき、これに応じて位相・振幅スペクトルマトリクス生成器３３は、基準位相・振幅スペクトルマトリクスを生成できる。

また、位相・振幅測定器３１を構成する位相測定部３１２、振幅測定部３１３、情報読出部３１４は、位相・振幅測定器１１の位相測定部１１２、振幅測定部１１３、情報読出部１１４と同じである。位相・振幅変調器３６を構成する位相変調器３６１，振幅変調器３６２は、位相・振幅変調器１６を構成する位相変調器１６１と振幅変調器１６２と同じである。基準信号周波数分光器３５を構成するＡＷＧ３５１、ＡＷＧ３５２は、基準信号周波数分光器１５を構成するＡＷＧ１５１、ＡＷＧ１５２と同じである。

基準信号源３４は図１と異なり光コム発生装置３４２から構成される。この光コム発生装置３４２は、図１の基準信号源１４を構成する光コム発生装置１４２と同じである。

図６の、変調装置（光信号発生装置）３では、上述したように信号評価器３２がフィードバック制御装置として機能し、所定の位相・振幅スペクトルを設定でき、これに応じて位相・振幅スペクトルマトリクス生成器３３は、基準位相・振幅スペクトルマトリクスを生成できる。したがって、基準信号源３４や基準信号周波数分光器３５の不安定な場合に、位相・振幅スペクトル制御を行うことができる。

図７は図６の変調装置３の設計変更例を示す説明図であり、図７の参照信号生成部３１１に代えて周波数シフタ３１５が設けられている。この周波数シフタ３１５は、基準信号源３４からの信号を周波数シフトして位相測定部３１２、振幅測定部３１３に与えている。
これにより、原信号を理想の波形に整形することができ、また雰囲気による外乱等に起因するゆらぎ等も抑制することができる。

１，２，３変調装置
１１，２１，３１位相・振幅測定器
１２，２２，３２信号評価器
１３，２３，３３位相・振幅スペクトルマトリクス生成器
１４，２４，３４基準信号源
１５，２５，３５基準信号周波数分光器
１６，２６，３６位相・振幅変調器
２７波長選択器
２８光電変換器
１１１，２１１，３１１参照信号生成部
１１２，２１２，３１２位相測定部
１１３，２１３，３１３振幅測定部
１１４，２１４，３１４情報読出部
１４１，２４１波長可変光源
１４２，２４２光コム発生装置
１５１，１５２，２５１，２５２，３５１，３５２，１１２１，１１３１ＡＷＧ
１６１，２６１，３６１位相変調器
１６２,２６２，３６２振幅変調器
３１５周波数シフタ
３４２光コム発生装置
１１２２，１１３２ビート信号生成・抽出部
１１２３ビート信号選択部
１１２４ビート信号乗算部
１１２５相対位相検出部
１１３３振幅検出部

Claims

原信号から、複数の成分についての位相および振幅をそれぞれ検出する位相・振幅測定器と、
前記原信号に含まれる情報を抽出する信号評価器と、
基準離散スペクトル信号を生成する基準信号源と、
前記信号評価器により抽出した位相および振幅により、前記基準信号源が生成する基準離散スペクトル信号の各周波数成分に位相変調および振幅変調を加える位相・振幅変調部と、
を備えた変調装置であって、
前記基準信号源として前記原信号が伝送される信号線を用いることを特徴とする変調装置。