WO2023166741A1 - 送信装置 - Google Patents

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optical
oam
wavelength
delay
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健 平賀
斗煥 李
宏礼 芝
淳 増野
裕文 笹木
穂乃花 伊藤
康徳 八木
知哉 景山
Original Assignee
日本電信電話株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
    • H04B10/2575—Radio-over-fibre, e.g. radio frequency signal modulated onto an optical carrier

Definitions

  • the present invention relates to technology for spatially multiplexing wireless signals using the orbital angular momentum (OAM) of electromagnetic waves.
  • OFAM orbital angular momentum
  • Non-Patent Document 1 An electromagnetic wave with OAM has an equiphase plane distributed spirally along the propagation direction centered on the propagation axis. Electromagnetic waves having different OAM modes and propagating in the same direction have orthogonal spatial phase distributions in the rotation axis direction. can be transmitted.
  • a plurality of antenna elements are arranged in a circle at equal intervals (hereinafter referred to as UCA (Uniform Circular Array)), and a plurality of OAM modes are generated.
  • UCA Uniform Circular Array
  • - Spatial multiplex transmission of different signal sequences can be realized by combining and transmitting (for example, Non-Patent Document 2).
  • a Butler circuit (Butler matrix circuit), for example, is used for signal generation and signal separation in a plurality of OAM modes.
  • Patent Literature 1 discloses a technique for switching between a plurality of OAM modes using discrete Fourier transform.
  • Patent Literature 2 discloses a technique of switching the OAM mode by radiation from a pseudo traveling wave resonator using a metamaterial structure by changing the applied magnetic field.
  • a transmission device using a UCA and a Butler circuit enables high-capacity communication, but in the future, it is desired to respond to miniaturization, power saving, etc.
  • the conventional wireless transmission technology has a problem that it is difficult to realize various OAM modes such as switching between OAM modes and using fractional OAM mode.
  • the disclosed technology aims to realize various OAM modes.
  • the disclosed technique includes a wavelength tunable laser device configured to generate a laser with a wavelength corresponding to a desired OAM mode, and a delay line configured to generate a delay in the laser. It is a device.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of UCA phase setting for generating an OAM mode signal
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of phase distribution and signal strength distribution of an OAM multiplexed signal
  • 1 is a configuration diagram of a communication system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. It is a figure which shows an example of the hardware constitutions of the transmission apparatus which concerns on Example 1 of embodiment of this invention. It is a figure explaining the numerical value of the specific example of the transmission apparatus which concerns on Example 1 of embodiment of this invention. It is a figure which shows an example of the wavelength control by the transmitter based on Example 1 of embodiment of this invention. It is a figure which shows an example of the hardware constitutions of the transmission apparatus which concerns on Example 2 of embodiment of this invention.
  • the transmission apparatus maintains a constant RF (Radio Frequency) frequency, makes the wavelength of light variable, and equips each branch with a delay line.
  • RF Radio Frequency
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of UCA phase setting for generating an OAM mode signal.
  • the UCA shown in FIG. 1 is a UCA consisting of eight antenna elements.
  • the signals of OAM modes 0, 1, 2, 3, are generated by setting the phase of the signal to be supplied to each antenna element so that the phase becomes n rotations (n ⁇ 360 degrees).
  • a signal in which the direction of phase rotation is opposite to that of the signal in OAM mode n is called OAM mode-n.
  • OAM mode-n A signal in which the direction of phase rotation is opposite to that of the signal in OAM mode n.
  • the direction of phase rotation of the signal in the positive OAM mode is assumed to be counterclockwise
  • the direction of phase rotation of the signal in the negative OAM mode is assumed to be clockwise.
  • signals to be transmitted in each OAM mode may be generated and combined in advance, and the combined signal for each OAM mode may be transmitted using a single UCA, or a plurality of UCAs may be used and different UCAs may be used for each OAM mode. Signals for each OAM mode may be transmitted.
  • the phase of each antenna element of the UCA on the receiving side should be set in the opposite direction to the phase of the antenna element on the transmitting side.
  • Interference between OAM modes means, for example, that a signal transmitted in OAM mode 1 from a transmitting device is output as a signal in OAM mode 2 on the receiving side.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of phase distribution and signal intensity distribution of OAM multiplexed signals.
  • the arrows represent the phase distributions of the OAM mode 1 and OAM mode 2 signals viewed from the transmission side on the end face (propagation orthogonal plane) orthogonal to the propagation direction.
  • the arrow starts at 0 degrees and the phase changes linearly and the arrow ends at 360 degrees. That is, the signal of OAM mode n propagates while rotating the phase by n (n ⁇ 360 degrees) on the propagation orthogonal plane.
  • the arrows of the phase distribution of the signals of OAM modes -1 and -2 are reversed.
  • the signal intensity distribution and the position where the signal intensity is maximized differ for each OAM mode.
  • the same OAM modes with different signs have the same intensity distribution.
  • the higher the order of the OAM mode the farther the position where the signal intensity is maximized from the propagation axis (Non-Patent Document 2).
  • the OAM mode with a larger value is called a higher-order mode.
  • the OAM mode 3 signal is a higher order mode than the OAM mode 0, OAM mode 1, and OAM mode 2 signals.
  • the position where the signal intensity is maximized for each OAM mode is indicated by a circular ring. Accordingly, the beam diameter of the OAM mode multiplexed signal expands, and the ring indicating the position where the signal intensity is maximized for each OAM mode becomes larger.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a communication system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3 , the radio communication system according to this embodiment has transmitting apparatus 100 and receiving apparatus 200 .
  • the transmitting device 100 and the receiving device 200 each have a UCA.
  • transmitting apparatus 100 multiplexes and transmits one or more OAM mode signals
  • receiving apparatus 200 receives the multiplexed signal of one or more OAM modes transmitted from transmitting apparatus 100. , separate the signals for each OAM mode.
  • the transmitting device 100 and the receiving device 200 are wireless communication devices that perform wireless communication.
  • transmitting apparatus 100 is a stationary base station and receiving apparatus 200 is a mobile terminal.
  • both transmitting device 100 and receiving device 200 may be stationary base stations, or both transmitting device 100 and receiving device 200 may be mobile terminals.
  • each wireless communication device may have the functions of the transmitting device 100 and the receiving device 200, which will be described later.
  • the transmission device is composed of optical circuit components, and includes two wavelength tunable laser devices and a delay line.
  • An example of a transmitter for inputting a signal to a photomixer together with a laser beam f2 having a constant optical difference frequency will be described.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the transmission device according to Example 1 of the embodiment of the present invention.
  • the transmission device 100 includes a first tunable laser device 110-1, a second tunable laser device 110-2, an optical modulator 120, one or more delay lines 130, a plurality of photomixers 140, and a plurality of antennas 150 .
  • the first wavelength tunable laser device 110-1 generates laser with a wavelength corresponding to a desired OAM mode (hereinafter referred to as mode L).
  • the optical modulator 120 modulates the laser of optical frequency f1 generated from the first wavelength tunable laser device 110-1 with a baseband signal.
  • the modulation by the optical modulator 120 may be coherent modulation or intensity only modulation.
  • a delay line 130 causes a fixed time delay to the modulated optical signal.
  • the plurality of delay lines 130 may each have a length of l, for example, and may be configured to continuously introduce a fixed time delay to the modulated optical signal.
  • the delay line 130 may be a line having optical chromatic dispersion characteristics. In this case, the delay line 130 uses chromatic dispersion to generate a time delay for the modulated optical signal that depends on the wavelength of the optical signal.
  • the plurality of delay lines 130 may each have a length of l, for example, and may be configured to continuously vary the wavelength-dependent time delay of the optical signal with respect to the modulated optical signal.
  • the second wavelength tunable laser device 110-2 generates a laser of optical frequency f2.
  • the transmission device 100 controls the second wavelength tunable laser device 110-2 to set the optical frequency f2 according to Equation 1, thereby making the radio frequency (RF) constant.
  • RF radio frequency
  • the photomixer 140 mixes the optical signal of the optical frequency f2 and the optical signal of the optical frequency f1, and outputs a signal of the difference frequency RF.
  • the plurality of photomixers 140 and the plurality of antennas 150 respectively constitute a branch without delay and a branch delayed by a fixed time (or by a time according to the optical wavelength).
  • a plurality of antennas 150 may form, for example, a circular array antenna. This allows transmitting device 100 to assign a specific OAM mode to photomixer 140 and antenna 150 .
  • a signal may be input to the optical modulator from the opposite side (broken line arrow in FIG. 4). This allows the transmitter 100 to generate a negative OAM mode signal.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining numerical values of a specific example of the transmission device according to Example 1 of the embodiment of the present invention.
  • transmitting device 100 includes five antennas 150 .
  • N delay line delay amount at the maximum wavelength
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of wavelength control by the transmission device according to Example 1 of the embodiment of the present invention.
  • the value of f1 that realizes the numerical values in FIG. 5 is, for example, the value shown in FIG.
  • the OAM mode of the radio waves to be output can be made variable.
  • the transmission device is composed of optical circuit components, and includes one wavelength tunable laser device and a delay line.
  • An example of a transmission device for inputting a signal to a photomixer will be described.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the hardware configuration of a transmission device according to Example 2 of the embodiment of the present invention.
  • a transmission device 100 according to this embodiment includes a tunable laser device 210 , an optical modulator 220 , one or a plurality of delay lines 230 , a plurality of photomixers 240 and a plurality of antennas 250 .
  • the wavelength tunable laser device 210 generates laser with a wavelength corresponding to a desired OAM mode (hereinafter referred to as mode L).
  • the optical modulator 220 intensity-modulates the laser light of the optical frequency f1 generated from the wavelength tunable laser device 210 with an RF signal.
  • the delay line 230 is a line with optical chromatic dispersion characteristics.
  • the delay line 230 uses chromatic dispersion to generate a time delay for the modulated optical signal that is dependent on the wavelength of the optical signal.
  • the plurality of delay lines 230 may each have a length of l, for example, and may be configured to continuously vary the wavelength-dependent time delay of the optical signal with respect to the modulated optical signal.
  • the photomixer 240 outputs an RF signal by optical envelope detection of the optical signal intensity-modulated by the RF signal.
  • the plurality of photomixers 240 and the plurality of antennas 250 respectively constitute a branch without delay and a branch delayed by a time corresponding to the optical wavelength.
  • a plurality of antennas 250 may form, for example, a circular array antenna. This allows transmitting apparatus 100 to assign a specific OAM mode to photomixer 240 and antenna 250 .
  • transmitting apparatus 100 it is possible to continuously switch the OAM mode of a signal to be transmitted. Also, the transmitter 100 can implement various OAM modes such as an integer mode, a fractional mode, and the like.
  • the OAM mode can be switched with a simple configuration.
  • multiple SPPs Serial Port Profiles
  • phase shift circuits etc.
  • beam forming circuits etc. are also not required.
  • the configuration may be such that the optical modulator 120 or the optical modulator 220 is omitted.
  • a laser having a wavelength corresponding to a desired OAM mode may be delayed by a phase shift amount using a delay line. This makes it possible to generate OAM waves used for radar, fine processing, and the like.
  • This specification describes at least a transmitter as described in each of the following sections.
  • (Section 1) a wavelength tunable laser device configured to generate a laser with a wavelength corresponding to a desired OAM mode; a delay line configured to delay the laser; transmitter.
  • (Section 2) further comprising an optical modulator configured to modulate an optical signal output from the laser; wherein the delay line is configured to introduce a delay into the modulated optical signal; 2.
  • the wavelength tunable laser device is a first wavelength tunable laser device, the optical modulator is configured to optically modulate the optical signal with a baseband signal; a second wavelength tunable laser device configured to generate a laser having a constant difference frequency with respect to the laser generated from the first wavelength tunable laser device; a photomixer configured to mix the delayed signal and the laser generated from the second wavelength tunable laser device and output a signal with a constant difference frequency; 3.
  • the transmitting device according to item 2.
  • the delay line is configured to generate a fixed time delay; 4.
  • the transmitter according to claim 3.
  • the delay line is configured to generate a time delay dependent on the wavelength of the optical signal by means of optical chromatic dispersion characteristics.
  • the optical modulator is configured to intensity-modulate the optical signal with an RF signal;
  • the delay line is configured to generate a time delay dependent on the wavelength of the optical signal by optical chromatic dispersion characteristics, further comprising a photomixer configured to output a signal of constant frequency by optical envelope detection to the delayed signal; 3.
  • the transmitting device according to item 2.
  • any of the above configurations provides a technology that enables various OAM modes to be realized.
  • the generated OAM mode can be changed.
  • a desired OAM signal can be generated by two lasers having a constant difference frequency.
  • a fixed phase shift delay can be generated by the delay line.
  • a variable phase shift amount delay can be generated by the optical chromatic dispersion characteristics.
  • a mode-variable OAM wave can be generated by generating a variable phase shift amount delay in a signal obtained by intensity-modulating an optical signal with an RF signal by means of optical chromatic dispersion characteristics.

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Abstract

所望のＯＡＭモードに応じた波長のレーザを発生するように構成されている波長可変レーザ装置と、前記レーザに遅延を発生させるように構成されている遅延線路と、を備える送信装置である。

Description

送信装置
　本発明は、電磁波の軌道角運動量（Orbital Angular Momentum：ＯＡＭ）を用いて無線信号を空間多重伝送する技術に関連するものである。
　近年、伝送容量向上のため、ＯＡＭを用いた無線信号の空間多重伝送技術の検討が進められている。（例えば、非特許文献１）。ＯＡＭを持つ電磁波は、伝搬軸を中心に伝搬方向にそって等位相面がらせん状に分布する。異なるＯＡＭモードを持ち、同一方向に伝搬する電磁波は、回転軸方向において空間位相分布が直交するため、異なる信号系列で変調された各ＯＡＭモードの信号を受信装置において分離することにより、信号を多重伝送することが可能である。
　このＯＡＭ多重技術を用いた無線通信システムでは、複数のアンテナ素子を等間隔に円形配置した等間隔円形アレーアンテナ（以下、ＵＣＡ（Uniform Circular Array）と称する。）を用い、複数のＯＡＭモードを生成・合成して送信することにより、異なる信号系列の空間多重伝送を実現できる（例えば、非特許文献２）。複数のＯＡＭモードの信号生成及び信号分離には、例えば、バトラー回路（バトラーマトリクス回路）が使用される。
　また、ＯＡＭモードの切り替えを行うための技術が開発されている。例えば、特許文献１には、離散フーリエ変換を用いて、複数のＯＡＭモードを切り替える技術が開示されている。また、特許文献２には、メタマテリアル構造を用いた疑似進行波共振器からの放射によるＯＡＭモードを、印加する磁界を変えることによって切り替える技術が開示されている。
特表２０１７－５１５３３７号公報 特開２０１９－１５３９７８号公報
J.Wang et al., "Terabit free-space data transmission employing orbital angular momentum multiplexing," Nature Photonics, Vol.6, pp.488-496, July 2012. Y.Yan et al., "High-capacity millimeter-wave communications with orbital angular momentum multiplexing," Nature Commun., vol.5, p.4876, Sep. 2014.
　上記のように、ＵＣＡとバトラー回路を用いた送信装置により、大容量の通信が可能になるが、今後は、小型化、省電力化等への対応が望まれている。しかし、従来の無線伝送技術では、ＯＡＭモードの切り替え、分数ＯＡＭモードの使用などのような、多様なＯＡＭモードを実現させることが困難であるという問題がある。
　開示の技術は、多様なＯＡＭモードを実現させることを目的とする。
　開示の技術は、所望のＯＡＭモードに応じた波長のレーザを発生するように構成されている波長可変レーザ装置と、前記レーザに遅延を発生させるように構成されている遅延線路と、を備える送信装置である。
　多様なＯＡＭモードを実現させることができる。
ＯＡＭモードの信号を生成するためのＵＣＡの位相設定例を示す図である。 ＯＡＭ多重信号の位相分布と信号強度分布の例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る通信システムの構成図である。 本発明の実施の形態の実施例１に係る送信装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態の実施例１に係る送信装置の具体例の数値について説明する図である。 本発明の実施の形態の実施例１に係る送信装置による波長制御の一例を示す図である。 本発明の実施の形態の実施例２に係る送信装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施の形態）について説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。
　（従来の問題点）
　従来、円形アレーアンテナによりＯＡＭモードを活用した無線伝送を行う無線通信装置で、ＯＡＭモード変調やＯＡＭモードを切り替えて使用することを目的として、ＯＡＭモード可変アレーアンテナを使用する構成が知られている。しかし、ＯＡＭモード可変アレーアンテナを使用する場合、各アンテナ素子が備える移相器を制御する必要がある。さらに、多数の移相器を使用すると、移相変動量のばらつきが生じるおそれがある。
　また、行列回路によって信号入力端子を切り替える方法もあるが、分数モードを含めて連続的にＯＡＭモードを変更することはできない。
　（本実施の形態の概要）
　本実施の形態に係る送信装置は、ＲＦ（Radio Frequency）周波数を一定に保ちつつ光の波長を可変にして、遅延線路を各ブランチに備える。このように、使用したいＯＡＭモードに応じて光の波長を変更することによって、固定時間遅延を発生する回路における移相量を変更する。
　（基本的な動作例）
　本実施の形態における各装置において使用されるＵＣＡに係る基本的な設定・動作例について説明する。
　図１は、ＯＡＭモードの信号を生成するためのＵＣＡの位相設定例を示す図である。図１に示すＵＣＡは、８つのアンテナ素子からなるＵＣＡである。
　図１において、送信側におけるＯＡＭモード０，１，２，３，…の信号は、ＵＣＡの各アンテナ素子（●で示す）に供給される信号の位相差により生成される。すなわち、ＯＡＭモードｎの信号は、位相がｎ回転（ｎ×３６０度）になるように各アンテナ素子に供給する信号の位相を設定して生成する。例えば、図１に示すようにＵＣＡがｍ＝８個のアンテナ素子で構成される場合で、ＯＡＭモードｎ＝２の信号を生成する場合は、図１（３）に示すように、位相が２回転するように、各アンテナ素子に反時計回りに３６０ｎ／ｍ＝９０度の位相差（０度，９０度，１８０度，２７０度，０度，９０度，１８０度，２７０度）を設定する。
　なお、ＯＡＭモードｎの信号に対して位相の回転方向を逆にした信号をＯＡＭモード－ｎとする。例えば、正のＯＡＭモードの信号の位相の回転方向を反時計回りとし、負のＯＡＭモードの信号の位相の回転方向を時計回りとする。
　異なる信号系列を異なるＯＡＭモードの信号として生成し、生成した信号を同時に送信することで、空間多重による無線通信を行うことができる。送信側では、各ＯＡＭモードで伝送する信号を予め生成・合成し、単一ＵＣＡで各ＯＡＭモードの合成信号を送信してもよいし、複数のＵＣＡを用いて、ＯＡＭモード毎に異なるＵＣＡで各ＯＡＭモードの信号を送信してもよい。
　受信側でＯＡＭ多重信号を分離するためには、受信側のＵＣＡの各アンテナ素子の位相を、送信側のアンテナ素子の位相と逆方向になるように設定すればよい。
　ただし、送信アンテナと受信アンテナとの間の軸ずれ等により、ＯＡＭモード間で干渉が生じた場合、チャネル等化処理や逐次干渉除去処理等のデジタル信号処理により、干渉で混ざったＯＡＭモード間の信号を分離することが必要になる。なお、ＯＡＭモード間の干渉とは、例えば、送信装置からＯＡＭモード１で送信した信号が、受信側でＯＡＭモード２の信号として出力されるといったことである。
　図２は、ＯＡＭ多重信号の位相分布と信号強度分布の例を示す図である。図２（１），（２）において、送信側から伝搬方向に直交する端面（伝搬直交平面）で見た、ＯＡＭモード１とＯＡＭモード２の信号の位相分布を矢印で表す。矢印の始めは０度であり、位相が線形に変化して矢印の終わりは３６０度である。すなわち、ＯＡＭモードｎの信号は、伝搬直交平面において、位相がｎ回転（ｎ×３６０度）しながら伝搬する。なお、ＯＡＭモード－１，－２の信号の位相分布の矢印は逆向きになる。
　各ＯＡＭモードの信号は、ＯＡＭモード毎に信号強度分布と信号強度が最大になる位置が異なる。ただし、符号が異なる同じＯＡＭモードの強度分布は同じである。具体的には、ＯＡＭモードが高次になるほど、信号強度が最大になる位置が伝搬軸から遠くなる（非特許文献２）。ここで、ＯＡＭモードの値が大きい方を高次モードと称する。例えば、ＯＡＭモード３の信号は、ＯＡＭモード０、ＯＡＭモード１、ＯＡＭモード２の信号より、高次モードである。
　図２（３）は、ＯＡＭモードごとに信号強度が最大になる位置を円環で示すが、ＯＡＭモードが高次になるほど信号強度が最大になる位置が中心軸から遠くなり、かつ伝搬距離に応じてＯＡＭモード多重信号のビーム径が広がり、ＯＡＭモードごとに信号強度が最大になる位置を示す円環が大きくなる。
　以下、本実施の形態におけるシステム構成と動作例について詳細に説明する。
　（通信システムのシステム構成）
　図３は、本発明の実施の形態における通信システムの構成図である。図３に示すように、本実施の形態における無線通信システムは、送信装置１００と受信装置２００を有する。
　送信装置１００と受信装置２００は、それぞれＵＣＡを備えている。所望データの送受信において、送信装置１００は、１以上のＯＡＭモードの信号を多重して送信し、受信装置２００は、送信装置１００から送信された１以上のＯＡＭモードが多重された信号を受信し、各ＯＡＭモードの信号を分離する。
　送信装置１００および受信装置２００は、無線通信を行う無線通信装置である。本実施の形態では、送信装置１００は移動しない基地局であり、受信装置２００は移動端末であることを想定している。ただし、このような想定は一例である。例えば、送信装置１００と受信装置２００が両方とも移動しない基地局であってもよいし、送信装置１００と受信装置２００が両方とも移動端末であってもよい。なお、複数の無線通信装置が双方向に通信するため、各無線通信装置が、後述する送信装置１００および受信装置２００の機能を併せ持っていても良い。
　以下、本実施の形態の具体的な実施の例として、実施例１および実施例２について説明する。
　（実施例１）
　本実施例では、光回路部品で構成された送信装置であって、２つの波長可変レーザ装置と遅延線路を備え、ベースバンド信号でレーザ光ｆ１を変調し、遅延線路によって位相処理された複数の信号を、光の差周波を一定にしたレーザ光ｆ２とともにフォトミキサに入力させる送信装置の例について説明する。
　（送信装置のハードウェア構成）
　本実施例に係る送信装置のハードウェア構成について説明する。
　図４は、本発明の実施の形態の実施例１に係る送信装置のハードウェア構成の一例を示す図である。送信装置１００は、第一波長可変レーザ装置１１０－１と、第二波長可変レーザ装置１１０－２と、光変調器１２０と、１つまたは複数の遅延線路１３０と、複数のフォトミキサ１４０と、複数のアンテナ１５０とを備える。
　第一波長可変レーザ装置１１０－１は、所望のＯＡＭモード（以下、モードＬとする）に応じた波長のレーザを発生させる。光変調器１２０は、第一波長可変レーザ装置１１０－１から発生された光周波数ｆ１のレーザを、ベースバンド信号で変調する。なお、光変調器１２０による変調は、コヒーレント変調でも強度のみの変調でもよい。
　遅延線路１３０は、変調された光信号に固定時間の遅延を発生させる。複数の遅延線路１３０は、それぞれ例えば長さがｌであり、変調された光信号に固定時間の遅延を連続的に発生させるように構成されていてもよい。なお、遅延線路１３０は、光波長分散特性を持つ線路であってもよい。この場合、遅延線路１３０は、波長分散を利用して、変調された光信号に対して、光信号の波長に依存した時間の遅延を発生させる。複数の遅延線路１３０は、それぞれ例えば長さがｌであり、変調された光信号に対して、光信号の波長に依存した時間の遅延を連続的に変化させるように構成されていてもよい。こうした遅延線路を使用することで、遅延線路を通過する際の光信号の移相量の可変範囲は、光信号の波長を変えることで、波長分散特性を持たない線路を使用する場合よりも大きくすることが期待できる。
　第二波長可変レーザ装置１１０－２は、光周波数ｆ２のレーザを発生させる。ここで、送信装置１００は、第二波長可変レーザ装置１１０－２を制御して、光周波数ｆ２を式１の通りに設定することによって、無線周波数（ＲＦ）を一定とする。
　ｆ２＝ｆ１－ＲＦ・・・（式１）
　フォトミキサ１４０は、光周波数ｆ２の光信号と光周波数ｆ１の光信号とを混合させて、差周波ＲＦの信号を出力する。
　複数のフォトミキサ１４０および複数のアンテナ１５０は、それぞれ遅延の無いブランチと固定時間ずつ（または光波長に応じた時間ずつ）遅延させたブランチとを構成している。複数のアンテナ１５０は、例えば円形のアレーアンテナを形成してもよい。これによって、送信装置１００は、フォトミキサ１４０およびアンテナ１５０に特定のＯＡＭモードを割り当てることができる。
　なお、光変調器は、反対側（図４の破線矢印）から信号を入力してもよい。これによって、送信装置１００は、負のＯＡＭモードの信号を生成可能である。
　図５は、本発明の実施の形態の実施例１に係る送信装置の具体例の数値について説明する図である。例えば、送信装置１００は、５個のアンテナ１５０を備える。ＯＡＭモードの最大モード３とする。すなわち、送信装置１００は、ＯＡＭモードＬとして、Ｌ＝１からＬ＝３まで変更できる。また、ｆ１の最大波長を１５６５ｎｍ、ｆ１の最小波長を１５６０ｎｍとする。
　また、Ｎの値（最大波長時の遅延線路遅延量）は図５の備考欄に記載の計算方法により、１８８波長とし、各遅延線路の長さｌは図５の備考欄に記載の計算方法により、２９４．２２μｍとする。
　図６は、本発明の実施の形態の実施例１に係る送信装置による波長制御の一例を示す図である。図５の数値を実現させるｆ１の値は、例えば、図６に示す値である。
　送信装置１００は、モードＬのＯＡＭ電波を送信する場合、複数のアンテナ１５０のうちの各アンテナ＃ｋ（ｋ＝１，２，３，・・・，Ｍ）への給電位相は、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　とする。
　本実施例によれば、ベースバンド信号でレーザ光ｆ１を変調し、遅延線路によって位相処理された複数の信号を、光の差周波を一定にしたレーザ光ｆ２とともにフォトミキサに入力させることによって、出力する電波のＯＡＭモードを可変にすることができる。
　（実施例２）
　本実施例では、光回路部品で構成された送信装置であって、１つの波長可変レーザ装置と遅延線路を備え、ＲＦ信号でレーザ光ｆ１を強度変調し、遅延線路によって位相処理された複数の信号をフォトミキサに入力させる送信装置の例について説明する。
　（送信装置のハードウェア構成）
　本実施例に係る送信装置のハードウェア構成について説明する。
　図７は、本発明の実施の形態の実施例２に係る送信装置のハードウェア構成の一例を示す図である。本実施例に係る送信装置１００は、波長可変レーザ装置２１０と、光変調器２２０と、１つまたは複数の遅延線路２３０と、複数のフォトミキサ２４０と、複数のアンテナ２５０とを備える。
　波長可変レーザ装置２１０は、所望のＯＡＭモード（以下、モードＬとする）に応じた波長のレーザを発生させる。光変調器２２０は、波長可変レーザ装置２１０から発生された光周波数ｆ１のレーザの光を、ＲＦ信号によりを強度変調する。
　遅延線路２３０は、光波長分散特性を持つ線路である。遅延線路２３０は、波長分散を利用して、変調された光信号に対して、光信号の波長に依存した時間の遅延を発生させる。複数の遅延線路２３０は、それぞれ例えば長さがｌであり、変調された光信号に対して、光信号の波長に依存した時間の遅延を連続的に変化させるように構成されていてもよい。
　フォトミキサ２４０は、ＲＦ信号により強度変調された光信号に対する光の包絡線検波によって、ＲＦの信号を出力する。
　複数のフォトミキサ２４０および複数のアンテナ２５０は、それぞれ遅延の無いブランチと光波長に応じた時間ずつ遅延させたブランチとを構成している。複数のアンテナ２５０は、例えば円形のアレーアンテナを形成してもよい。これによって、送信装置１００は、フォトミキサ２４０およびアンテナ２５０に特定のＯＡＭモードを割り当てることができる。
　本実施の形態に係る送信装置１００によれば、送信する信号のＯＡＭモードを連続的に切り替えることができる。また、送信装置１００は、整数モード、分数モード等のような多様なＯＡＭモードを実現させることができる。
　本実施の形態に係る送信装置１００によれば、簡易な構成によってＯＡＭモードを切り替えることができる。例えば、複数のＳＰＰ（Serial Port Profile）、移相回路等が不要であり、またビーム形成回路等も不要である。
　なお、上述した各実施例において、光変調器１２０または光変調器２２０を省略した構成であってもよい。例えば、所望のＯＡＭモードに応じた波長のレーザに、遅延線路によって移相量の遅延を発生させるようにしてもよい。これによって、レーダー、微細加工等に用いるＯＡＭ波を発生させることができる。
　（実施の形態のまとめ）
　本明細書には、少なくとも下記の各項に記載した送信装置が記載されている。
（第１項）
　所望のＯＡＭモードに応じた波長のレーザを発生するように構成されている波長可変レーザ装置と、
　前記レーザに遅延を発生させるように構成されている遅延線路と、を備える、
　送信装置。
（第２項）
　前記レーザから出力される光信号を変調するように構成されている光変調器をさらに備え、
　前記遅延線路は、変調された前記光信号に遅延を発生させるように構成されている、
　第１項に記載の送信装置。
（第３項）
　前記波長可変レーザ装置は、第一波長可変レーザ装置であって、
　前記光変調器は、前記光信号をベースバンド信号によって光変調するように構成され、
　前記第一波長可変レーザ装置から発生するレーザとの差周波が一定となるレーザを発生するように構成されている第二波長可変レーザ装置と、
　遅延を発生させた信号と、前記第二波長可変レーザ装置から発生するレーザとを混合させて、一定の差周波の信号を出力するように構成されているフォトミキサと、をさらに備える、
　第２項に記載の送信装置。
（第４項）
　前記遅延線路は、固定時間の遅延を発生させるように構成されている、
　第３項に記載の送信装置。
（第５項）
　前記遅延線路は、光波長分散特性によって、前記光信号の波長に依存した時間の遅延を発生させるように構成されている、
　第３項に記載の送信装置。
（第６項）
　前記光変調器は、前記光信号をＲＦ信号によって強度変調するように構成され、
　前記遅延線路は、光波長分散特性によって、前記光信号の波長に依存した時間の遅延を発生させるように構成され、
　遅延を発生させた信号への光の包絡線検波によって、一定の周波数の信号を出力するように構成されているフォトミキサをさらに備える、
　第２項に記載の送信装置。
　上記構成のいずれによっても、多様なＯＡＭモードを実現させることを可能とする技術が提供される。第２項によれば、光変調によって遅延線路での位相回転量が変わるため、生成されるＯＡＭモードを変えることができる。第３項によれば、差周波が一定となる２つのレーザによって、所望のＯＡＭ信号を発生させることができる。第４項によれば、遅延線路によって固定の移相遅延を発生させることができる。第５項によれば、光波長分散特性によって可変の移相量の遅延を発生させることができる。第６項によれば、光信号をＲＦ信号によって強度変調した信号に対して光波長分散特性によって可変の移相量の遅延を発生させることによって、モード可変のＯＡＭ波を生成することができる。
　以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１００　送信装置
１１０－１　第一波長可変レーザ装置
１１０－２　第二波長可変レーザ装置
１２０　光変調器
１３０　遅延線路
１４０　フォトミキサ
１５０　アンテナ
２００　受信装置
２１０　波長可変レーザ装置
２２０　光変調器
２３０　遅延線路
２４０　フォトミキサ
２５０　アンテナ

Claims (6)

  1. 　所望のＯＡＭモードに応じた波長のレーザを発生するように構成されている波長可変レーザ装置と、
    　前記レーザに遅延を発生させるように構成されている遅延線路と、を備える、
    　送信装置。
  2. 　前記レーザから出力される光信号を変調するように構成されている光変調器をさらに備え、
    　前記遅延線路は、変調された前記光信号に遅延を発生させるように構成されている、
    　請求項１に記載の送信装置。
  3. 　前記波長可変レーザ装置は、第一波長可変レーザ装置であって、
    　前記光変調器は、前記光信号をベースバンド信号によって光変調するように構成され、
    　前記第一波長可変レーザ装置から発生するレーザとの差周波が一定となるレーザを発生するように構成されている第二波長可変レーザ装置と、
    　遅延を発生させた信号と、前記第二波長可変レーザ装置から発生するレーザとを混合させて、一定の差周波の信号を出力するように構成されているフォトミキサと、をさらに備える、
    　請求項２に記載の送信装置。
  4. 　前記遅延線路は、固定時間の遅延を発生させるように構成されている、
    　請求項３に記載の送信装置。
  5. 　前記遅延線路は、光波長分散特性によって、前記光信号の波長に依存した時間の遅延を発生させるように構成されている、
    　請求項３に記載の送信装置。
  6. 　前記光変調器は、前記光信号をＲＦ信号によって強度変調するように構成され、
    　前記遅延線路は、光波長分散特性によって、前記光信号の波長に依存した時間の遅延を発生させるように構成され、
    　遅延を発生させた信号への光の包絡線検波によって、一定の周波数の信号を出力するように構成されているフォトミキサをさらに備える、
    　請求項２に記載の送信装置。
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