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1. WO2017146166 - METHOD FOR GENERATING OPTICAL SIGNAL, AND DEVICE FOR GENERATING OPTICAL SIGNAL

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明 細 書

発明の名称 光信号発生方法及び光信号発生装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006  

先行技術文献

特許文献

0007  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0008  

課題を解決するための手段

0009   0010  

発明の効果

0011  

図面の簡単な説明

0012  

発明を実施するための形態

0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029  

実施例 1

0030  

実施例 2

0031  

産業上の利用可能性

0032  

符号の説明

0033  

請求の範囲

1   2   3   4   5  

図面

1   2   3  

明 細 書

発明の名称 : 光信号発生方法及び光信号発生装置

技術分野

[0001]
 本発明は,高消光比を有する光変調器において,簡易なバイアス電圧調整で,所望とする消光比を有する光信号品質を維持することができる,光信号発生方法及び光信号発生装置に関するものである。

背景技術

[0002]
 ミリ波-テラヘルツ帯レーダは,その短波長・広帯域性により,小異物検知および高いレーダ分解能を実現できる。このため,ミリ波-テラヘルツ帯レーダは,社会インフラ内へ侵入する異物検知技術として有用である。しかしながら,ミリ波-テラヘルツ帯は,伝搬損失(波長の自乗に比例する自由空間伝搬損失,および,大気の水蒸気等による吸収)が大きい。このため,ミリ波-テラヘルツ帯レーダを単体で用いても,大面積にわたり異物を検知することは難しい。加えて,高精度に異物を検知するためには,高価・高精度な信号発生装置が必要なため,各レーダヘッドにミリ波-テラヘルツ帯レーダを具備することは,現実的ではない。
[0003]
 ファイバ無線(RoF)技術により,中央に配した高精度信号源から発せられる信号を光信号へ重畳し,低損失な光ファイバネットワークを介して各レーダヘッドへ配信する方式が知られている。一般的に,高い信号対雑音(SN)比を実現するためには,高消光比(高いSN比を有する)光変調器が必要である。高消光比変調器を用いることで,不要な側波帯を抑圧できることから高い光SN比を実現することができるため,高精度なミリ波-テラヘルツ信号発生には,高消光比光変調器が最適だと考えられてきた。
[0004]
 たとえば光2逓倍を有する光2トーン信号発生を実現する両側波帯・搬送波抑圧(DSB-SC)変調では,マッハ・ツェンダ光変調器の伝達関数最小点にバイアス電圧を制御する。つまり,RF信号無印加時に光出力が最小となるように,バイアス電圧を制御する。また,たとえば光4逓倍時には,同様にRF信号無印加時に光出力が最大となるようにバイアス電圧を制御する(たとえば,特許第4849621号公報(下記特許文献1)を参照。)。
[0005]
 光変調器を用いた光2逓倍技術では,キャリア抑圧両側波帯変調方式を用いるため,バイアス電圧として最小点変調を行う必要があった。しかしながら,高消光比変調器では,その消光比が60dB以上にも達するため,光最小点・最大点を示すバイアス制御許容範囲が非常に狭く,安く・汎用的なAD変換器・制御ボードではその最小点・最大点へ制御することは困難であった。事実,バイアス可変可能電圧12V程度に対して,0.1 mV以下の制御を行っても最小点へ到達せずに最適点を探し続けることがある。また,制御アルゴリズムが最小点・最大点だと判断したポイントが,実際はデバイス不具合等からでてくる局所的な最小点・最大点であり,所望の制御点でないことも起こり得た。また,レーダ等で要求される高いSN比を有する信号は,従来の消光比30dB程度の光変調器では,光最小点・最大点で動作させることが必須であった。
[0006]
 光最小点・最大点(バイアスヌル点,バイアスフル点)の調整方法や,光変調器の特性の評価方法は,たとえば,特許第5035411号,特許第5137042号及び特許第5354528号に記載されている。

先行技術文献

特許文献

[0007]
特許文献1 : 特許第4849621号公報
特許文献2 : 特許第5035411号公報
特許文献3 : 特許第5137042号公報
特許文献4 : 特許第5354528号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0008]
 本発明は,高消光比変調器の利用により,汎用的なAD変換器・制御ボードを用いても,容易に要求される消光比を実現可能なバイアス電圧を制御できる方法や,その方法を実現する装置を提供することを目的とする。また,本発明は,局所的な最小点,又は最大点への局所ロックイン動作を回避する方法や,その方法を実現する装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0009]
 本発明は,高消光比を有する光変調器において,隣接する2つのバイアス電圧における出力強度を比較し最適化を行う簡易なバイアス制御を行っても,要求される消光比へ容易に到達できるという知見に基づく。
[0010]
 具体的に説明すると,制御電圧のステップ量(変異量)ΔVを半波長電圧V Π[V]の0.1倍以下とする。たとえば,最小点を探す場合,現バイアス電圧を基準として,ステップ電圧ΔVだけ大きいバイアス,及びステップ電圧ΔVだけ小さいバイアスを印可した際の,光強度を計測し,その小さい方へバイアス電圧を移動させる。そして,この移動させたバイア電圧を基準とし,両隣の電位にあるバイアス点における光強度を比較し,基準となるバイアス電圧を変化させることを繰り返す。その際,)ΔVは,所定のアルゴリズムに従って,次第に小さくなるようにしてもよい。
 局所的な最小点,又は最大点(極小点又は極大点)への局所ロックイン動作は,両隣ポイントのみの比較を行うことで常にバイアス電圧が移動することとなり,回避できる。

発明の効果

[0011]
 本発明は,高消光比変調器の利用により,汎用的なAD変換器・制御ボードを用いても,容易に要求される消光比を実現するためのバイアス電圧を制御できる方法や,その方法を実現する装置を提供できる。また,本発明は,局所的な最小点,又は最大点への局所ロックイン動作を回避する方法や,その方法を実現する装置を提供できる。

図面の簡単な説明

[0012]
[図1] 図1は,本発明の光変調器を説明するためのブロック図である。
[図2] 図2は,本発明の光変調器に印可されるバイアス電圧の調整方法を説明するための概念図である。
[図3] 図3は,本発明の光変調器に印可されるバイアス電圧の調整方法を説明するための概念図である。

発明を実施するための形態

[0013]
 以下,図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は,以下に説明する形態に限定されるものではなく,以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。
[0014]
 本発明の光変調器に印可されるバイアス電圧の調整装置及びバイアス電圧調整部を有する光変調器について説明する。以下では,光出力が最小となる点(バイアス電圧のみが光変調器に印可されている場合に,光出力が理論的には0となる点であって,厳密な意味での最小ではなく,実質的に光出力が最小に近くなる点,以下単に「最小点ともいう)となるようにバイアス電圧を調整する方法について説明する。以下の説明では,光変調器の半波長電圧をV Π[V]として説明する。光変調器の半波長電圧は,公知であり,その求め方も公知である。
[0015]
 図1は,本発明の光変調器を説明するためのブロック図である。図1に示されるように,この光変調器は,バイアス電圧調整部11を有する光変調器13である。このように本発明は,光変調器に用いられるバイアス電圧の調整装置をも提供する。この装置は,光変調器から出力される光信号を受け取って,その光出力の周波数ごとの光強度を測定するための光検出器15を有するものが好ましい。また,バイアス電圧調整部11は,光検出器15からの電気信号を受け取って,光変調器に印可する電源17から出力されるバイアス電圧を調整できるものが好ましい。
[0016]
 光変調器は,高消光比を有するものが好ましい。具体的な消光比の例は,40dB以上であり,50dB以上でもよく,60dB以上でもよい。駆動電圧の例は,0.1V Π[V]以上0.9V Π[V]以下である。位相調整用バイアス電圧の例は,相対誘導位相量が0.95π以上1.05π以下を発生させる電圧でありであり,通常は,この範囲で駆動電圧やバイアス電圧が光変調器に対して印可される。
[0017]
 光変調器の例は,マッハ・ツェンダ導波路を有するマッハ・ツェンダ光変調器である。マッハ・ツェンダ光変調器は,マッハ・ツェンダ導波路を1つ有するものであってもよい。また,光変調器は,たとえば,特許第5035411号,特許第5137042号及び特許第5354528号に記載されるように,第1のアーム及び第2のアームを有するメインマッハ・ツェンダ導波路を含み, 第1のアームは第1のサブマッハ・ツェンダ導波路を有し,第2のアームは第2のサブマッハ・ツェンダ導波路を有するものであってもよい。
[0018]
 図2は,本発明の光変調器に印可されるバイアス電圧の調整方法を説明するための概念図である。現状のバイアス電圧を基準電圧(所定のバイアス電圧V )とする。バイアス電圧調整部11は,記憶部からΔV に関する情報を読み出し,電源17から出力されるバイアス電圧の電圧値を制御する。そして,バイアス電圧V からΔV (0.001V Π[V]以上0.1V Π[V]以下)小さい第1の下側バイアス電圧V 11を光変調器に印可する。光変調器は,バイアス電圧がV -ΔV [V]印可された状態で光を出力する。光検出器15は,その状態の光信号を受信し,周波数ごとの光出力を測定する。光検出器15は,測定した光信号の強度情報を電気信号に変換し,バイアス電圧調整部11へ伝える。この際,バイアス電圧調整部11は,測定された光強度を第1の光出力I V11として記憶する。
[0019]
 ΔV [V]は,V Π[V]の大きさによっても変動するものであるが,たとえば,1mV以上1V以下でもよく,10mV以上500mV以下でもよく,20mV以上300mV以下でもよいし,50mV以上200mV以下でもよい。
[0020]
 次に,バイアス電圧調整部11は,バイアス電圧V からΔV (0.001V Π[V]以上0.1V Π[V]以下)大きい第1の上側バイアス電圧V 12を光変調器に印可する。光変調器は,バイアス電圧がV +ΔV [V]印可された状態で光を出力する。光検出器15は,その状態の光信号を受信し,周波数ごとの光出力を測定する。光検出器15は,測定した光信号の強度情報を電気信号に変換し,バイアス電圧調整部11へ伝える。この際,バイアス電圧調整部11は,測定された光強度を第2の光出力I V12として記憶する。
[0021]
 バイアス電圧調整部11は,記憶部から第1の光出力I V11と第2の光出力I V12を読み出し,これらの値を比較する。そして,光最小点を求める場合は,第1の光出力I V11と第2の光出力I V12のうち小さい方の光出力を与えるバイアス電圧を基準電圧として採用する。この小さい方の光出力を与えるバイアス電圧が,最小値を与えるバイアスヌル点の候補となる。バイアス電圧調整部11は,電源17からの出力電圧を調整し,光変調器13に印可されるバイアス電圧として,上記の光最小点の候補とされた電圧を新たな基準電圧として印可すればよい。
[0022]
 上記のようなバイアス電圧の調整を所定時間ごとに行えばよい。
[0023]
 図3は,本発明の光変調器に印可されるバイアス電圧の調整方法を説明するための概念図である。さらに,上記のようにして求められた新たな基準電圧を第2の所定のバイアス電圧V 02とし,バイアス電圧V 02から,ΔV [V](0.001V Π[V]以上0.1V Π[V]以下)小さい下側バイアス電圧V 21を光変調器に印可した時の光出力と,バイアス電圧V 02から,ΔV [V]大きいバイアス電圧V 22を光変調器に印可した時の光出力とを比較し,小さい光出力を与えるバイアス電圧を新たな基準電圧(光最小点の候補)とする。このように新たな基準電圧に対して,所定電圧分大きいバイアス電圧と小さいバイアス電圧を印可した際の光出力を比較し,小さい値を与えるバイアス電圧を基準電圧(バイアスヌル点の候補)とする工程を繰り返してもよい。ΔV [V]とΔV [V]は同じであってもよいし,変化させてもよい。
[0024]
 光出力が最大となる点(光最大点)を探す場合は,2つの光出力のうち強度が大きい方を与えるバイアス電圧を基準電圧として採用すればよい。
[0025]
 次に,最小点を求める上記とは別の方法について説明する。
 この方法は,光変調器の目標とする光強度をI [V]とする。バイアス電圧調整部11は,記憶部に,I [V]に関する情報を記憶しておき,適宜読み出せるようにされていればよい。
[0026]
 現状のバイアス電圧を基準電圧(所定のバイアス電圧V )とする。先に説明した方法で,バイアス電圧調整部11は,第1の光出力I V11を記憶する。バイアス電圧調整部11は,I [V]に関する情報を読み出し,目標とする光強度I と,第1の光出力I V11との差である第1の光強度差V D1を求め,記憶部に記憶する。
[0027]
 次に,先に説明した方法で,バイアス電圧調整部11は,第2の光出力I V12を記憶する。バイアス電圧調整部11は,I [V]に関する情報を読み出し,目標とする光強度I と,第2の光出力I V12との差である第2の光強度差V D2を求め,記憶部に記憶する。
[0028]
 バイアス電圧調整部11は,第1の光強度差V D1と第2の光強度差V D2を読み出して,第1の光強度差V D1と第2の光強度差V D2のうち小さい方の光出力を与えるバイアス電圧を新たな基準電圧(所望消光比実現点の候補)として採用する。
[0029]
 このように新たな基準電圧に対して,所定電圧分大きいバイアス電圧と小さいバイアス電圧を印可した際の光強度差を比較し,小さい値を与えるバイアス電圧を基準電圧(所望消光比実現点の候補)とする工程を繰り返す。
実施例 1
[0030]
 バイアス電圧調整部に,以下の制御プログラムを実装した。このプログラムは,記憶部からΔV に関する情報を読み出し,電源が第1の下側バイアス電圧V 11(V -ΔV [V])を光変調器に印可するように電源に制御指令を出し,光検出器から第1の光出力I V11に関する情報を受け取って記憶し,
 電源が第1の上側バイアス電圧V 12(V +ΔV [V])を光変調器に印可するように電源に制御指令を出し,光検出器から第2の光出力I V12に関する情報を受け取って記憶し,
 記憶部から第1の光出力I V11と第2の光出力I V12を読み出し,これらの値を比較し,
 第1の光出力I V11と第2の光出力I V12のうち小さい方の光出力を与えるバイアス電圧を新たな基準電圧として記憶し,
 電源が新たな基準電圧を光変調器のバイアス電圧として印可するように電源に制御指令を出すように機能させるプログラムである。
 光変調器として,消光比が50dBの物を用いた。光変調器の半波長電圧V Π[V]は,12Vであり,駆動電圧は0.5V Π[V]とした。抑圧比30dB以上を与える位相用バイアス電圧の許容範囲として11.4~12.6Vであった。この際,ΔVとして100mVを採用した。従来方法であれば,バイアス電圧調整のため0.1mV程度ごとに光強度を測定する必要があったが,100mVという粗い調整であったにもかかわらず,30dB以上の抑圧比を常に維持することができた。
実施例 2
[0031]
 バイアス電圧調整部に,以下の制御プログラムを実装した。このプログラムは,記憶部からΔV に関する情報を読み出し,電源が第1の下側バイアス電圧V 11(V -ΔV [V])を光変調器に印可するように電源に制御指令を出し,光検出器から第1の光出力I V11に関する情報を受け取って記憶し,
 電源が第1の上側バイアス電圧V 12(V +ΔV [V])を光変調器に印可するように電源に制御指令を出し,光検出器から第2の光出力I V12に関する情報を受け取って記憶し,
 記憶部からI [V]に関する情報,第1の光出力I V11及び第2の光出力I V12を読み出し,
 目標とする光強度I と,第1の光出力I V11との差である第1の光強度差V D1を求め,
 目標とする光強度I と,第2の光出力I V12との差である第2の光強度差V D2を求め,
 第1の光強度差V D1と第2の光強度差V D2のうち小さい方の光出力を与えるバイアス電圧を新たな基準電圧として記憶し,
 電源が新たな基準電圧を光変調器のバイアス電圧として印可するように電源に制御指令を出すように機能させるプログラムである。
 実施例1と同様の駆動電圧及びバイアス電圧で光変調器を調整したところ,100mVという粗い調整であったにもかかわらず,30dB以上の抑圧比を常に維持することができた。

産業上の利用可能性

[0032]
 本発明は,光情報通信の分野で利用されうる。

符号の説明

[0033]
 11 バイアス電圧調整部
 13 光変調器

請求の範囲

[請求項1]
 光変調器に印可されるバイアス電圧の調整方法であって,
 前記光変調器の半波長電圧をV Π[V]としたときに,
 所定のバイアス電圧V から,0.001V Π[V]以上0.1V Π[V]以下小さい第1の下側バイアス電圧V 11を前記光変調器に印可した時の第1の光出力I V11と,
 前記所定のバイアス電圧V から0.001V Π[V]以上0.1V Π[V]以下大きい第2の上側バイアス電圧V 12を前記光変調器に印可した時の第2の光出力I V12とを比較する工程と,
 第1の光出力I V11と第2の光出力I V12のうち小さい方の光出力を与えるバイアス電圧を基準電圧として採用する工程と,
 を含む,方法。
[請求項2]
 請求項1に記載の方法であって,
 前記基準電圧を第2の所定のバイアス電圧V 02とし,バイアス電圧V 02から,0.001V Π[V]以上0.1V Π[V]以下小さい下側バイアス電圧V 21を前記光変調器に印可した時の光出力と,バイアス電圧V 02から,0.001V Π[V]以上0.1V Π[V]以下大きいバイアス電圧V 22を前記光変調器に印可した時の光出力とを比較し,小さい光出力を与えるバイアス電圧を新たな基準電圧とする工程を繰り返す,
 方法。
[請求項3]
 光変調器に印可されるバイアス電圧の調整方法であって,
 前記光変調器の半波長電圧をV Π[V]とし,前記光変調器の目標とする光強度をI としたときに,
 前記目標とする光強度をI と,所定のバイアス電圧V から,0.001V Π[V]以上0.1V Π[V]以下小さい第1の下側バイアス電圧V 11を前記光変調器に印可した時の第1の光出力I V11との差である第1の光強度差V D1を求める工程と,
 前記目標とする光強度をI と,前記所定のバイアス電圧V から0.001V Π[V]以上0.1V Π[V]以下大きい第2の上側バイアス電圧V 12を前記光変調器に印可した時の第2の光出力I V12との差である第2の光強度差V D2を求める工程と,
 第1の光強度差V D1と第2の光強度差V D2のうち小さい方の光出力を与えるバイアス電圧を基準電圧として採用する工程と,
 を含む,方法。
[請求項4]
 バイアス電圧調整部(11)を有する光変調器(13)であって,
 前記バイアス電圧調整部(11)は,
 前記光変調器(13)の半波長電圧をV Π[V]としたときに,
 所定のバイアス電圧V から,0.001V Π[V]以上0.1V Π[V]以下小さい第1の下側バイアス電圧V 11を前記光変調器に印可した時の第1の光出力I V11と,
 前記所定のバイアス電圧V から0.001V Π[V]以上0.1V Π[V]以下大きい第2の上側バイアス電圧V 12を前記光変調器に印可した時の第2の光出力I V12とを比較し,
 第1の光出力I V11と第2の光出力I V12のうち小さい方の光出力を与えるバイアス電圧を基準電圧として採用する,
 光変調器。
[請求項5]
 バイアス電圧調整部を有する光変調器であって,
 前記バイアス電圧調整部は,
 前記光変調器の半波長電圧をV Π[V]とし,前記光変調器の目標とする光強度をI としたときに,
 前記目標とする光強度をI と,所定のバイアス電圧V から,0.001V Π[V]以上0.1V Π[V]以下小さい第1の下側バイアス電圧V 11を前記光変調器に印可した時の第1の光出力I V11との差である第1の光強度差V D1を求め,
 前記目標とする光強度をI と,前記所定のバイアス電圧V から0.001V Π[V]以上0.1V Π[V]以下大きい第2の上側バイアス電圧V 12を前記光変調器に印可した時の第2の光出力I V12との差である第2の光強度差V D2を求め,
 第1の光強度差V D1と第2の光強度差V D2のうち小さい方の光出力を与えるバイアス電圧を基準電圧として採用する,
 光変調器。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]