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JP4219519B2 - Frequency modulator - Google Patents

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  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザによる光周波数変調と光ヘテロダイン検波とを利用して、広帯域な周波数変調信号(以下「FM変調信号」という)を発生させる変調装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図14は、従来の周波数変調装置の構成を示すブロック図である。この周波数変調装置は、例えば文献(K.Kikushima, et al, "Optical Super Wide-Band FM Modulation Scheme and Its Application to Multi-Channel AM Video Transmission Systems", IOOC'95 Technical Digest, Vol.5 PD2-7, pp.33-34)に、その動作などが詳しく説明されている。図14に示したこの周波数変調装置は、信号源700と、光変調器702と、局発光源703と、第1の光導波路706と、第2の光導波路708と、光受信器714とを備えている。
【0003】
上記の周波数変調装置において、信号源700は、FM変調すべき元信号となる電気信号Siを出力する。光変調器702は、例えば半導体レーザで構成される。一般に、半導体レーザは、注入電流一定の条件では一定の光周波数f1の光を出力し、その注入電流を振幅変調すると、光周波数も変調を受けて、光周波数f1を中心とした光周波数変調信号を出力する。光変調器702は、この性質により、信号源700から入力された電気信号Siを光周波数変調信号L1に変換し、出力する。局発光源703は、一定の光周波数f2の無変調光L2を出力する。光変調器702および局発光源703から出力される各光L1,L2は、それぞれ第1の光導波路706および第2の光導波路708を介して、光受信器714に入力される。光受信器714は、自乗検波特性を有するフォトダイオードなどで構成され、入力される2つの光L1,L2の光周波数差に相当する周波数fs=|f1−f2|において当該2つの光のビート信号を出力する(この動作は「光ヘテロダイン検波」と呼ばれる)。このようにして得られたビート信号は、信号源700からの電気信号Siを元信号とした周波数変調信号Sfmとなる。
【0004】
以上のようにして、図14に示した従来の周波数変調装置では、半導体レーザの高い周波数変調効率(一般の電気回路方式の場合における周波数変調効率の10倍以上)を利用することによって、一般の電気回路では作成困難な非常に高周波かつ広帯域な(周波数偏移量の大きい)FM変調信号を容易に生成することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体レーザ等の光源は一般に電気発振器と比較して位相雑音が大きいため、上記従来の周波数変調装置は、それによって生成されたFM変調信号の復調の際に白色雑音成分が増大するという特有の問題を有している。すなわち、光変調器702からの光周波数変調信号L1および局発光源703からの無変調光L2が図15(A)に示すような周波数スペクトルを有する場合には、光受信器714から出力されるFM変調信号Sfmの周波数スペクトルは図15(B)に示すようなものとなる。図15(A)および(B)に示されるように、FM変調信号Sfmに含まれる位相雑音は、光周波数変調信号L1および無変調光L2のそれぞれに含まれる位相雑音の総和となるため、このFM変調信号Sfmを復調する際に白色雑音成分が増大する。
【0006】
それ故に、本発明の目的は、半導体レーザによる光周波数変調と光ヘテロダイン検波とを組み合わせた構成により、高周波かつ広帯域な周波数変調を実現しながら、生成される周波数変調信号に含まれる位相雑音を抑圧し、雑音特性に優れた周波数変調装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第1の発明は、光周波数の互いに異なる第1および第2の光をそれぞれ出力する第1および第2の光源を用いた光周波数変調および光ヘテロダイン検波により、入力電気信号を周波数変調信号に変換し、FM変調信号として出力する周波数変調装置であって、
前記入力電気信号で周波数変調された前記第1の光を第1の光信号として出力する第1の光変調器と、
前記第1および第2の光から自乗検波特性に基づく光検波によって得られるビート信号の搬送波成分に相当する無変調ビート信号を生成するビート信号生成部と、
前記無変調ビート信号の周波数を変換することにより周波数変換信号を生成する周波数変換器と、
前記第1の光信号と前記第2の光とのうち一方を前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第2の光信号を生成する第2の光変調器と、
前記第1の光信号と前記第2の光とのうちの他方および前記第2の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により前記FM変調信号を生成する光受信器と、
を備える。
【0008】
上記第1の発明によれば、2つの光源(第1および第2の光源)と2つの自乗検波器(ビート信号生成部および光受信器)とにより2つの光ヘテロダイン系が実現され、第1の光源に対応する第1の光変調器と局発光源に相当する第2の光源とビート信号生成部とで構成される第1の光ヘテロダイン系において生成されるビート信号の搬送波成分(中心周波数成分)を周波数変換することにより得られる周波数変換信号で、第1の光変調器と第2の光源(局発光源)と光受信器とで構成される第2の光ヘテロダイン系における2つの光のうちいずれか一方が振幅変調または強度変調される。これにより、第2の光ヘテロダイン系において生成されるビート信号であるFM変調信号の位相雑音を抑圧し、雑音特性に優れた周波数変調を実現できる。
【0009】
第2の発明は、第1の発明において、
前記第1の光変調器は、直接変調によって前記第1の光信号を生成し、
前記ビート信号生成部は、
前記第1の光信号および前記第2の光を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、前記第1の光信号および前記第2の光の光周波数の差に相当する中心周波数を有する変調された電気信号である変調ビート信号を生成する受光素子と、
前記変調ビート信号からその搬送波成分を抽出し、当該搬送波成分を前記無変調ビート信号として出力するフィルタとを含むことを特徴とする。
【0010】
上記第2の発明によれば、直接変調によって第1の光信号が生成され、この第1の光信号と第2の光とから生成される変調ビート信号から搬送波成分である無変調ビート信号がフィルタによって抽出され、その無変調ビート信号を周波数変換することにより得られる周波数変換信号で、第2の光ヘテロダイン系における2つの光のうちいずれか一方が振幅変調または強度変調される。これにより、光受信器により生成されるFM変調信号の位相雑音を抑圧し、雑音特性に優れた周波数変調を実現できる。
【0011】
第3の発明は、第1の発明において、
前記第1の光変調器は、
無変調光である前記第1の光を出力する前記第1の光源と、
前記第1の光源から出力された前記第1の光を前記入力電気信号で変調することにより前記第1の光信号を生成する外部光変調器とを含み、
前記第2の光源は、無変調光を前記第2の光として出力し、
前記ビート信号生成部は、無変調光である前記第1および第2の光を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により前記無変調ビート信号を生成する受光素子を含むことを特徴とする。
【0012】
上記第3の発明によれば、外部変調によって第1の光から変調光である第1の光信号に変換され、ビート信号生成部では、無変調光である第1及び第2の光から無変調ビート信号が生成される。このため、変調ビート信号からその搬送波成分を抽出するためのフィルタが不要となる。
【0013】
第4の発明は、第1の発明において、
前記第1の光変調器は、前記入力電気信号の振幅変化を前記第1の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数f1の前記第1の光信号を生成し、
前記第2の光源は、所定の周波数f2の光を前記第2の光として出力し、
前記ビート信号生成部は、
前記第1の光信号と前記第2の光とを受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、前記第1の光信号および前記第2の光の光周波数の差に相当する周波数fs=|f1−f2|において、変調された電気信号である変調ビート信号を生成する受光素子と、
前記変調ビート信号からその搬送波成分を抽出し、当該搬送波成分を前記無変調ビート信号として出力するフィルタとを含み、
前記周波数変換器は、前記無変調ビート信号を所定の周波数fx の信号に変換し、変換後の当該信号を前記周波数変換信号として出力し、
前記第2の光変調器は、前記第1の光信号と前記第2の光とのうち一方を周波数fx の前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第2の光信号を生成し、
前記光受信器は、前記第1の光信号と前記第2の光とのうちの他方および前記第2の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、周波数fL =|fs−fx | において前記FM変調信号を生成することを特徴とする。
【0014】
上記第4の発明によれば、第1の光変調器により入力電気信号が光周波数変調信号に変換され、第1の光変調器と局発光源に相当する第2の光源とビート信号生成部とで構成される第1の光ヘテロダイン系において、ビート信号生成部から出力される無変調ビート信号である搬送波成分が周波数変換され、第1の光変調器と第2の光源(局発光源)と光受信器とで構成される第2の光ヘテロダイン系において、第1の光変調器または第2の光源から出力される光のいずれか一方が、上記の周波数変換された搬送波成分で振幅変調または強度変調される。これにより、光受信器から出力されるビート信号であるFM変調信号の位相雑音を抑圧し、雑音特性に優れた周波数変調を実現できる。
【0015】
第5の発明は、第1の発明において、
前記入力電気信号を互いに逆相の第1および第2の電気信号に分岐させる分波器と、
前記第2の電気信号を光強度変調によって第3の光信号に変換する第3の光変調器と、
を更に備え、
前記第1の光変調器は、直接変調によって前記第1の電気信号の振幅変化を前記第1の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数f1の前記第1の光信号を生成し、
前記第2の光源は、所定の周波数f2の光を前記第2の光として出力し、
前記ビート信号生成部は、
前記第1の光信号と前記第2の光とを受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、前記第1の光信号および前記第2の光の光周波数の差に相当する周波数fs=|f1−f2|において、変調された電気信号である変調ビート信号を生成する受光素子と、
前記変調ビート信号からその搬送波成分を抽出し、当該搬送波成分を前記無変調ビート信号として出力するフィルタとを含み、
前記周波数変換器は、前記無変調ビート信号を所定の周波数fx の信号に変換し、変換後の当該信号を前記周波数変換信号として出力し、
前記第2の光変調器は、前記第1の光信号と前記第2の光とのうち一方を周波数fx の前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第2の光信号を生成し、
前記光受信器は、前記第1の光信号と前記第2の光とのうちの他方および前記第2の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、周波数fL =|fs−fx| において前記FM変調信号を生成するとともに、前記第3の光信号を受け取って、前記光検波により、前記第3の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する電気信号を生成することを特徴とする。
【0016】
上記第5の発明によれば、周波数変調の元信号である入力電気信号が互いに逆相の第1および第2の電気信号に分岐し、第1の光変調器により第1の電気信号が光周波数変調信号である第1の光信号に変換され、第1の光変調器と局発光源に相当する第2の光源とビート信号生成部とで構成される第1の光ヘテロダイン系において、ビート信号生成部から出力される無変調ビート信号である搬送波成分が周波数変換され、第1の光変調器と第2の光源(局発光源)と光受信器とで構成される第2の光ヘテロダイン系において、第1の光変調器または第2の光源から出力される光のいずれか一方が、上記の周波数変換された搬送波成分で振幅変調または強度変調される。さらに、第3の光変調器により第2の電気信号が光強度変調信号である第3の光信号に変換されて光受信器に入力され、そこで自乗検波により強度変調−直接検波成分(IM−DD成分)が生成される。このIM−DD成分により、第1の光信号に含まれる光強度変調成分(これは直接変調に起因して発生する)に相当するIM−DD成分が光受信器において相殺される。これにより、光受信器から出力されるビート信号であるFM変調信号の位相雑音を抑圧し、かつ不要成分を低減した品質の良好な周波数変調を実現できる。
【0017】
第6の発明は、第5の発明において、
前記光受信器の前記自乗検波特性に基づく光検波によって生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第1の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第1のIM−DD成分と、当該生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第3の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第2のIM−DD成分とを、互いに逆相かつ同一振幅とする位相・振幅調整手段を更に備えることを特徴とする。
【0018】
上記第6の発明によれば、第1の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第1のIM−DD成分と、第3の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第2のIM−DD成分とが、互いに逆相かつ同一振幅となるように、その位相および振幅が調整される。このため、光受信器から出力されるIM−DD成分がより確実に抑圧され、より高品質な高周波・広帯域FM変調信号を生成することができる。
【0019】
第7の発明は、第1の発明において、
前記入力電気信号を互いに逆相の第1および第2の電気信号に分岐する分波器と、
所定の中心周波数f2の変調光である前記第2の光を第4の光信号として出力する第4の光変調器と、
を更に備え、
前記第1の光変調器は、直接変調によって前記第1の電気信号の振幅変化を前記第1の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数f1の前記第1の光信号を生成し、
前記第4の光変調器は、直接変調によって前記第2の電気信号の振幅変化を前記第2の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数f2の前記第4の光信号を生成し、
前記ビート信号生成部は、
前記第1および第4の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、前記第1および第4の光信号の光周波数の差に相当する周波数fs=|f1−f2|において、変調された電気信号である変調ビート信号を生成する受光素子と、
前記変調ビート信号からその搬送波成分を抽出し、当該搬送波成分を前記無変調ビート信号として出力するフィルタとを含み、
前記周波数変換器は、前記無変調ビート信号を所定の周波数fx の信号に変換し、変換後の当該信号を前記周波数変換信号として出力し、
前記第2の光変調器は、前記第1の光信号と前記第4の光信号のうち一方を周波数fx の前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第2の光信号を生成し、
前記光受信器は、前記第1の光信号と前記第4の光信号のうちの他方および前記第2の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、周波数fL =|fs−fx |において前記FM変調信号を生成することを特徴とする。
【0020】
上記第7の発明によれば、周波数変調の元信号である入力電気信号が互いに逆相の第1および第2の電気信号に分岐し、第1の光変調器での直接変調により第1の電気信号が光周波数変調信号である第1の光信号に変換され、第4の光変調器での直接変調により第2の電気信号が光周波数変調信号である第4の光信号に変換される。そして、第1の光変調器と第4の光変調器とビート信号生成部とで構成される第1の光ヘテロダイン系において、ビート信号生成部から出力される無変調ビート信号である搬送波成分が周波数変換され、第1の光変調器と第4の光変調器と光受信器とで構成される第2の光ヘテロダイン系において、第1の光変調器または第4の光変調器から出力される光のいずれか一方が、上記の周波数変換された搬送波成分で振幅変調または強度変調される。これにより、光受信器から出力されるビート信号であるFM変調信号の位相雑音を抑圧し、雑音特性に優れた周波数変調を実現できる。また、上記のように、第1の光変調器と第4の光変調器とがプッシュプル動作を行うことによって周波数変調信号が生成されるため、直接変調において生じる光強度変調成分に起因する不要成分であるIM−DD成分が相殺される。これにより、不要成分を低減した品質の良好な周波数変調を実現できる。
【0021】
第8の発明は、第7の発明において、
前記光受信器の前記自乗検波特性に基づく光検波によって生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第1の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第1のIM−DD成分と、当該生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第4の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第3のIM−DD成分とを、互いに逆相かつ同一振幅とする位相・振幅調整手段を更に備えることを特徴とする。
【0022】
上記第8の発明によれば、第1の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第1のIM−DD成分と、第4の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第3のIM−DD成分とが、互いに逆相かつ同一振幅となるように、その位相および振幅が調整される。このため、光受信器から出力されるIM−DD成分がより確実に抑圧され、より高品質な高周波・広帯域FM変調信号を生成することができる。
【0023】
第9の発明は、第1の発明において、
前記第1の光変調器と前記ビート信号生成部との間に挿入され、前記第1の光信号からその光搬送波成分を抽出する光フィルタを更に備え、
前記第2の光源は、無変調光を前記第2の光として出力し、
前記ビート信号生成部は、前記光フィルタによって抽出された光搬送波成分と前記第2の光とを受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により前記無変調ビート信号を生成する受光素子を含むことを特徴とする。
【0024】
上記第9の発明によれば、第1の光変調器により入力電気信号が光周波数変調信号である第1の光信号に変換され、第1の光変調器と局発光源に相当する第2の光源とビート信号生成部とで構成される第1の光ヘテロダイン系において、第1の光変調器とビート信号生成部との間に挿入された光フィルタによって、第1の光信号からその光搬送波成分が抽出され、ビート信号生成部では、この光搬送波成分と第2の光とからフィルタを用いることなく無変調ビート信号が生成され、この無変調ビート信号すなわち搬送波成分を周波数変換することにより周波数変換信号が生成される。そして、第1の光変調器と第2の光源と光受信器とで構成される第2の光ヘテロダイン系において、第1の光変調器または第2の光源から出力される光のいずれか一方が、上記の周波数変換信号(周波数変換された搬送波成分)によって振幅変調または強度変調される。これにより、光受信器から出力されるビート信号であるFM変調信号の位相雑音を抑圧し、雑音特性に優れた周波数変調を実現できる。
【0025】
第10の発明は、第1の発明において、
前記入力電気信号を互いに逆相の第1および第2の電気信号に分岐する分波器と、
所定の中心周波数f2の変調光である前記第2の光を第4の光信号として出力する第4の光変調器と、
前記第1の光変調器と前記ビート信号生成部との間に挿入された第1の光フィルタと、
前記第4の光変調器と前記ビート信号生成部との間に挿入された第2の光フィルタと、
を更に備え、
前記第1の光変調器は、直接変調によって前記第1の電気信号の振幅変化を前記第1の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数f1の前記第1の光信号を生成し、
前記第4の光変調器は、直接変調によって前記第2の電気信号の振幅変化を前記第2の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数f2の前記第4の光信号を生成し、
前記第1の光フィルタは、前記第1の光信号からその光搬送波成分を抽出し、前記第2の光フィルタは、前記第4の光信号からその光搬送波成分を抽出し、前記ビート信号生成部は、前記第1および第2の光フィルタによって抽出された両光搬送波成分を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、当該両光搬送波成分の光周波数の差に相当する周波数fs=|f1−f2|において前記無変調ビート信号を生成する受光素子を含み、
前記周波数変換器は、前記無変調ビート信号を所定の周波数fx の信号に変換し、変換後の当該信号を前記周波数変換信号として出力し、
前記第2の光変調器は、前記第1の光信号と前記第4の光信号のうち一方を周波数fx の前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第2の光信号を生成し、
前記光受信器は、前記第1の光信号と前記第4の光信号のうちの他方および前記第2の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、周波数fL =|fs−fx |において前記FM変調信号を生成することを特徴とする。
【0026】
上記第10の発明によれば、周波数変調の元信号である入力電気信号が互いに逆相の第1および第2の電気信号に分岐し、第1の光変調器での直接変調により第1の電気信号が光周波数変調信号である第1の光信号に変換され、第4の光変調器での直接変調により第2の電気信号が光周波数変調信号である第4の光信号に変換される。そして、第1の光変調器と第4の光変調器とビート信号生成部とで構成される第1の光ヘテロダイン系において、第1の光フィルタによって第1の光信号からその光搬送波成分が抽出され、第2の光フィルタによって第4の光信号からその光搬送波成分が抽出され、ビート信号生成部ではこれらの光搬送波成分からフィルタを用いることなく無変調ビート信号が生成される。この無変調ビート信号すなわち搬送波成分を周波数変換することにより周波数変換信号が生成され、第1の光変調器と第4の光変調器と光受信器とで構成される第2の光ヘテロダイン系において、第1の光変調器または第4の光変調器から出力される光のいずれか一方が、上記の周波数変換信号(周波数変換された搬送波成分)によって振幅変調または強度変調される。これにより、光受信器から出力されるビート信号であるFM変調信号の位相雑音を抑圧し、かつ不要成分を低減した品質の良好な周波数変調を実現できる。
【0027】
第11の発明は、第10の発明において、
前記光受信器の前記自乗検波特性に基づく光検波によって生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第1の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第1のIM−DD成分と、当該生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第4の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第3のIM−DD成分とを、互いに逆相かつ同一振幅とする位相・振幅調整手段を更に備えることを特徴とする。
【0028】
上記第11の発明によれば、上記第8の発明と同様、第1の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第1のIM−DD成分と、第4の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第3のIM−DD成分とが、互いに逆相かつ同一振幅となるように、その位相および振幅が調整される。このため、光受信器から出力されるIM−DD成分がより確実に抑圧され、より高品質な高周波・広帯域FM変調信号を生成することができる。
【0029】
第12の発明は、第1の発明において、
前記第1の光源から前記ビート信号生成部を介して前記光受信器に至る経路の光および電気伝搬時間と、前記第1の光源から直接に前記光受信器に至る経路の光伝搬時間とを互いに等しくする第1の伝搬時間調整手段と、
前記第2の光源から前記ビート信号生成部を介して前記光受信器に至る経路の光および電気伝搬時間と、前記第2の光源から直接に前記光受信器に至る経路の光伝搬時間とを互いに等しくする第2の伝搬時間調整手段とを更に備えることを特徴とする。
【0030】
上記第12の発明によれば、第1の光源から出力されて2つに分岐した光信号のそれぞれが、各構成部を通過し、あるいは光電気変換や電気光変換等の処理を経て、光受信器に到達するまでの伝搬時間が互いに等しくなるように設定され、かつ、第2の光源から出力されて2つに分岐した光のそれぞれが、各構成部を通過し、あるいは光電気変換や電気光変換等の処理を経て、光受信器に到達するまでの伝搬時間を互いに等しくなるように設定される。これにより、光受信器から出力されるビート信号であるFM変調信号の位相雑音をより適切に抑圧し、さらに雑音特性に優れた周波数変調を実現できる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の各実施形態について説明する。
【0032】
(第1の実施形態)
図1および図2(A)〜(C)を参照しつつ本発明の第1の実施形態に係る周波数変調装置について以下に説明する。
【0033】
図1は、第1の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図である。この周波数変調装置は、信号源100と、第1の光変調器102と、局発光源103と、第1の光分岐回路104と、第2の光分岐回路105と、第1の光導波路106と、第2の光導波路107と、第3の光導波路108と、第4の光導波路109と、第1の光受信器110およびフィルタ111を含むビート信号生成部200と、周波数変換器112と、第2の光変調器113と、第2の光受信器114とを備えている。この周波数変調装置は、光周波数の互いに異なる2つの光(第1の光L1および第2の光L2)をそれぞれ出力する2つの光源(第1および第2の光源)を用いた光周波数変調および光ヘテロダイン検波により、信号源100から出力される電気信号Siを周波数変調信号に変換し、これをFM変調信号Sfmとして出力する。
【0034】
次に、図1に示す周波数変調装置の動作を詳細に説明する。第1の光変調器102は、直接変調方式の光変調器であって、通常、光周波数変調効果を有する第1の光源である半導体レーザで構成され、信号源100から出力される電気信号Siによってその半導体レーザへの注入電流を振幅変調することにより、中心光周波数f1の光周波数変調信号L1を第1の光として出力する。第1の光変調器102から出力された光信号L1は、第1の光分岐回路104で2つの光信号に分岐し、これらのうち一方の光信号は第2の光導波路107を介してビート信号生成部200における第1の光受信器110に、他方の光信号は第1の光導波路106を介して第2の光受信器114に、それぞれ入力される。局発光源103は、第2の光源に相当し、光周波数f2の無変調光L2を第2の光として出力する。局発光源103から出力された光L2は、第2の光分岐回路105で2つの光に分岐し、これらのうち一方の光は第4の光導波路109を介してビート信号生成部200における第1の光受信器110に、他方の光は第3の光導波路108を介して第2の光変調器113に、それぞれ入力される。
【0035】
ビート信号生成部200は、第1の光分岐回路104で分岐した第1の光である光信号L1と第2の光分岐回路105で分岐した第2の光L2とを受け取り、下記の動作により、第1および第2の光L1,L2の光周波数の差に相当する周波数fs=|f1−f2|を有する無変調の電気信号(以下「無変調ビート信号」という)Sbを生成する。すなわち、第1の光受信器110は、自乗検波特性を有するフォトダイオード等の受光素子で構成され、第1の光変調器102からの光信号L1と局発光源103からの光L2とを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、それらの光周波数差fs(=|f1−f2|)を中心周波数とするビート信号(以下「変調ビート信号」という)Sbfmを生成する。この変調ビート信号Sbfmは、第1の光変調器102から出力される光周波数変調信号L1をダウンコンバートしたFM変調信号である。図2(A)は、この変調ビート信号Sbfmの周波数スペクトルを、信号源100から出力される電気信号Siが周波数fpを中心とする信号と想定した場合について示したものである。この変調ビート信号Sbfmはフィルタ111に入力される。このフィルタ111は、帯域通過フィルタであって、FM変調信号である上記変調ビート信号Sbfmの搬送波成分(中心周波数fsの成分)のみを抽出し、無変調ビート信号Sbとして出力する。
【0036】
周波数変換器112は、例えば周波数fL の局部発振信号SL により、フィルタ111から出力される搬送波成分である無変調ビート信号Sbを周波数変換(例えば、ダウンコンバート)し、周波数fx (=|fs−fL |)の信号を周波数変換信号Sxとして出力する。図2(B)は、このような周波数変換器112の入力信号である無変調ビート信号Sbおよび出力信号である周波数変換信号Sxの周波数スペクトルを、局部発振信号SL の周波数スペクトルと共に示している。
【0037】
第2の光変調器113は、第の光導波路108の途上に挿入、配置され、局発光源103から出力される無変調光L2を、周波数変換器112から出力される周波数変換信号Sxによって光学的に変調する。すなわち、第2の光変調器113は、光振幅変調または光強度変調によって無変調光L2を光変調信号L2xに変換し、これを出力する。
【0038】
第2の光受信器114は、自乗検波特性を有するフォトダイオード等の受光素子で構成され、第1の光変調器102からの光信号L1と第2の光変調器113からの光信号L2xとを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、周波数fL (=|fs−fx |)を中心周波数とするビート信号としてFM変調信号Sfmを生成する。このようにして生成されたFM変調信号Sfmは、第1の光変調器102から出力される光周波数変調信号L1をダウンコンバートした信号であって、図2(C)に示すように位相雑音が抑圧されている。
【0039】
本実施形態におけるFM変調信号の位相雑音抑圧効果について、以下に数式を用いて説明する。
第1の光変調器102から出力される光周波数変調信号L1の電界成分は、
E1(t)=A1[1+m1cos(2πfpt)]1/2cos[2πf1t+ΔFsin(2πfpt)+φ1] …(1)
局発光源103から出力される無変調光L2の電界成分は、
E2(t)=A2cos(2πf2t+φ2) …(2)
で、それぞれ表される。ここで、m1は、第1の光変調器102における光(強度)変調度を表し、fpは、信号源100から出力される電気信号Si(正弦波を想定)の周波数を表し、f1およびf2は、第1の光変調器102と局発光源103から出力される光の光周波数をそれぞれ表し、φ1、φ2は、第1の光変調器102と局発光源103から出力される光が有する位相雑音をそれぞれ表し、△Fは、信号源100から出力される電気信号Siに対応して第1の光変調器102において与えられる周波数偏移量を表す。
【0040】
第1の光受信器110がこれら2つの光L1およびL2の合波光を受け取ると、第1の光受信器110で用いられる受光素子の自乗検波特性に基づき、次式で表される光電流がその受光素子に流れる。
I1(t)=R1|E1(t)+E2(t)|2
=R1A1 2[1+m1cos(2πfpt)]cos2[2πf1t+ΔFsin(2πfpt)+φ1]
+R1A2 2cos2(2πf2t+φ2)
+2R1A1A2[1+m1cos(2πfpt)]1/2cos[2πf1t+ΔFsin(2πfpt)+φ1]
×cos(2πf22) …(3)
ここで、R1は、第1の光受信器110で用いられる受光素子の変換効率を表す。式(3)における第1項および第2項に相当する信号成分は、第1の光受信器110で用いられる受光素子の周波数応答制限によって検波されない。なお、第1項に相当する信号成分には、第1の光変調器102からの光信号L1における光強度変調成分が直接検波されることによって生じるIM−DD(強度変調−直接検波)成分も含まれるが、このIM−DD成分は後述のフィルタ111で除去されるので無視してもよい。
【0041】
式(3)における第3項をさらに展開すると、
Ic1(t)=R2A1A2[1+m1cos(2πfpt)]1/2
×[cos[2π(f1+f2)t+ΔFsin(2πfpt)+φ12]
+cos[2π(f1-f2)t+ΔFsin(2πfpt)+φ12]] …(4)
となる。式(4)における大括弧“[]”内の第1項に相当する信号成分は、第1の光受信器110に用いられる受光素子の周波数応答限界によって検波されず、大括弧“[]”内の第2項に相当する信号成分のみが出力される。この第2項は、信号源100から出力される電気信号Siを元信号とし、搬送波周波数をfs=|f1−f2|、周波数偏移量を△FとするFM変調信号を表している。この第2項のFM変調信号は、第1の光変調器102から出力される光信号L1が有する位相雑音φ1と局発光源103から出力される光L2の位相雑音φ2とで決まる位相雑音を有する。
【0042】
フィルタ111は、式(4)で表されるFM変調信号における搬送波成分(中心周波数fsの成分)として
Is(t)=cos[2π(f1-f2)t+φ12] …(5)
で表される信号成分である無変調ビート信号Sbのみを通過させる。
【0043】
周波数変換器112は、周波数fL の局部発振信号SL を用いて、式(5)で表される無変調ビート信号Sbを周波数変換する。例えば、無変調ビート信号Sbをダウンコンバートすることによって、周波数fx =|f1−f2−fL |の信号として、
Ix(t)=cos[2π(f1-f2-fL)t+φ12]
=cos(2πfxt+φ12) …(6)
で表される信号(周波数変換信号Sx )に変換する。
【0044】
第2の光変調器113は、式(6)で表される周波数変換信号Sxにより、局発光源103から出力される無変調光L2(式(2)参照)を例えば光振幅変調し、電界成分が
E2x(t)=A2cos(2πfxt+φ12)cos(2πf2t+φ2) …(7)
で表される光変調信号L2xを出力する。
【0045】
第2の光受信器114は、第1の光変調器102からの光変調信号L1(式(1)参照)と、第2の光変調器113からの光変調信号L2x(式(7)参照)とを合波し、その自乗検波特性に基づき、
I2(t)=R2|E1(t)+E2x(t)|2
=R2A1 2[1+m1cos(2πfpt)]cos2[2πf1t+ΔFsin(2πfpt)+φ1]
+R2A2 2cos2(2πfxt+φ12)cos2(2πf2t+φ2)
+2R2A1A2[1+m1cos(2πfpt)]1/2cos[2πf1t+ΔFsin(2πfpt)+φ1]
×cos(2πfxt+φ12)cos(2πf22) …(8)
で表される光電流を出力する。ここで、R2は、第2の光受信器114で用いられる受光素子の変換効率を表す。式(8)における第1項および第2項に相当する信号成分は、第2の光受信器114に用いられる受光素子の周波数応答制限によって検波されない。なお、第1項に相当する信号成分には、第1の光変調器102からの光信号L1における光強度変調成分が直接検波されることによって生じるIM−DD成分も含まれるが、このIM−DD成分の周波数帯域がFM変調信号Sfmの周波数帯域から離れている場合にはこの成分を無視してもよい。このIM−DD成分の周波数帯域がFM変調信号Sfmの周波数帯域と重なる場合には、後述の他の実施形態の構成によりこの成分を抑圧することができる。
【0046】
式(8)における第3項をさらに展開すると、
Ic2(t)=R2A1A2[1+m1cos(2πfpt)]1/2
×[cos(2πfxt+φ12)cos[2π(f1+f2)t+ΔFsin(2πfpt)+φ12]
+cos(2πfxt+φ12)cos[2π(f1-f2)t+ΔFsin(2πfpt)+φ12]]
=(R2A1A2/2)[1+m1cos(2πfpt)]1/2
×[cos[2π(f1+f2+fx)t+ΔFsin(2πfpt)+2φ1]
+cos[2π(f1+f2-fx)t+ΔFsin(2πfpt)+2φ2]
+cos[2π(f1-f2+fx)t+ΔFsin(2πfpt)+2(φ12)]
+cos[2π(f1-f2-fx)t+ΔFsin(2πfpt)]] …(9)
となる。式(9)における大括弧“[]”内の第1項および第2項に相当する信号成分は、第2の光受信器114に用いられる受光素子の周波数応答限界によって検波されず、大括弧“[]”内の第3項および第4項に相当する信号成分のみがFM変調信号Sfmとして出力される。このうち第4項は、信号源100から出力される電気信号Siを元信号とし、搬送波周波数をfL =|f1−f2−fx |、周波数偏移量を△FとするFM変調信号を表している。この第4項のFM変調信号は、第1の光変調器102および局発光源103からそれぞれ出力される光L1,L2の位相雑音φ1およびφ2に依存せず、位相雑音のない信号である。
【0047】
なお、第2の光変調器113が、式(6)で表される周波数変換信号Sx により、局発光源103から出力される無変調光L2(式(2)参照)を光強度変調する場合、第2の光変調器113から出力される光変調信号の電界成分は
E2y(t)=A2[1+m2cos(2πfxt+φ12)]1/2cos(2πf2t+φ2)
で表される。上記式は次式のように近似することができる。
E2y(t)=A2[1+(m2/2)cos(2πfxt+φ12)]cos(2πf2t+φ2) …(10)
ここで、m2は、第2の光変調器113における光(強度)変調度である。式(10)における中括弧“{}”内の第1項は無変調光成分を表しているので、以下では、その中括弧“{}”内については第2項のみを考える。
【0048】
第2の光受信器114は、第1の光変調器102からの光変調信号L1(式(1)参照)と、第2の光変調器113からの光変調信号L2x(式(10)における中括弧“{}”内の第2項参照)を合波し、その自乗検波特性に基づき、
I2(t)=R2|E1(t)+E2y(t)|2
=R2A1 2[1+m1cos(2πfpt)]cos2[2πf1t+ΔFsin(2πfpt)+φ1]
+R2A2 2(m2 2/4)cos2(2πfxt+φ12)cos2(2πf2t+φ2)
+2R2A1A2[1+m1cos(2πfpt)]1/2cos[2πf1t+ΔFsin(2πfpt)+φ1]
×(m2/2)cos(2πfxt+φ12)cos(2πf22) …(11)
で表される光電流を出力する。式(11)における第1項および第2項に相当する信号成分は、第2の光受信器114に用いられる受光素子の周波数応答制限によって検波されない。なお、第1項に相当する信号成分には、第1の光変調器102からの光信号L1における光強度変調成分が直接検波されることによって生じるIM−DD成分も含まれるが、このIM−DD成分の周波数帯域がFM変調信号Sfmの周波数帯域から離れている場合にはこの成分を無視してもよい。このIM−DD成分の周波数帯域がFM変調信号Sfmの周波数帯域と重なる場合には、後述の他の実施形態の構成によりこの成分を抑圧することができる。
【0049】
式(11)における第3項をさらに展開すると、
Ic2(t)=(R2A1A2m2/2)[1+m1cos(2πfpt)]1/2
×[cos(2πfxt+φ12)cos[2π(f1+f2)t+ΔFsin(2πfpt)+φ12]
+cos(2πfxt+φ12)cos[2π(f1-f2)t+ΔFsin(2πfpt)+φ12]]
=(R2A1A2m2/4)[1+m1cos(2πfpt)]1/2
×[cos[2π(f1+f2+fx)t+ΔFsin(2πfpt)+2φ1]
+cos[2π(f1+f2-fx)t+ΔFsin(2πfpt)+2φ2]
+cos[2π(f1-f2+fx)t+ΔFsin(2πfpt)+2(φ12)]
+cos[2π(f1-f2-fx)t+ΔFsin(2πfpt)]] …(12)
となる。式(12)における大括弧“[]”内の第4項は、式(9)と同様に、信号源100から出力される電気信号Siを元信号とし、搬送波周波数をfL =|f1−f2−fx |、周波数偏移量を△FとするFM変調信号を表している。この第4項のFM変調信号は、第1の光変調器102および局発光源103からそれぞれ出力される光L1,L2の位相雑音φ1およびφ2に依存せず、位相雑音のない信号である。
【0050】
なお、式(9)と式(12)の比較により明らかなように、第2の光受信器114から出力されるFM変調信号L2xの大きさ(振幅)に関しては、第2の光変調器113において光振幅変調を適用した方が2倍大きく、このFM変調信号を伝送する場合等に、CNR(搬送波対雑音電力比)において有利である。従って、以下では、第2の光変調器113において光振幅変調を適用する場合についてのみ説明する。
【0051】
以上説明したように、第1の実施形態によれば、2つの光源を用いた光ヘテロダイン構成において、光源の位相雑音に依存することなく、位相雑音のない高周波・広帯域FM変調信号を生成することができる。
【0052】
(第2の実施形態)
図3および図4(A)〜(C)を参照しつつ本発明の第2の実施形態に係る周波数変調装置について以下に説明する。
【0053】
図3は、第2の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図である。この周波数変調装置は、図1に示した第1の実施形態の構成に加えて、分波器301と第3の光変調器315と第5の光導波路317とを備える。なお、図3において、第1の実施形態における構成要素と同じ構成要素には同一の参照符号が付されている。
【0054】
次に、図3に示す本実施形態の動作を説明する。ただし、本実施形態の構成は、前述の第1の実施形態に準ずるため、相違点のみを以下に説明する。
本実施形態の周波数変調装置では、分波器301は、信号源100から出力された電気信号Siを、互いに逆相の関係になるように第1および第2の電気信号Si1,Si2に分岐させて出力する。第1の光変調器102は、分波器301から出力された第1の電気信号Si1を、第1の実施形態と同様に、光周波数変調信号L1に変換し、出力する。第3の光変調器315は、通常、半導体レーザで構成され、分波器301から出力された第2の電気信号Si2を、光強度変調信号L3に変換し、出力する。この光信号L3は、第5の光導波路317を介して第2の光受信器114に入力される。
【0055】
第2の光受信器114は、第1の光変調器102からの光信号L1と第2の光変調器113からの光信号L2xとを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波より、それらの光信号L1およびL2xの光周波数差を中心周波数とするビート信号としてFM変調信号Sfmを生成し、かつ、第3の光変調器315からの光強度変調信号L3を受け取って、その自乗検波特性に基づく直接検波により、その光強度変調信号L3からIM−DD(強度変調−直接検波)成分を生成する。第1の光変調器102において、第1の実施形態で説明したように半導体レーザによる直接変調方式を採用した場合、第1の光変調器102からの光信号L1は、光周波数変調成分と共に光強度変調成分をも含む。そのため、第2の光受信器114は、図4(A)に示すように、第1の光変調器102からの光信号L1と第2の光変調器113からの光信号L2xとを受け取って、光ヘテロダイン検波により、それら2つの光信号のビート信号であるFM変調信号を生成すると同時に、直接検波により、第1の光変調器102からの光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第1のIM−DD(強度変調−直接検波)成分Simdd1 を生成する。この第1のIM−DD成分Simdd1 は、本来必要となるFM変調信号Sfmに対する不要成分であり、特に、図4(A)に示すように、第1のIM−DD成分Simdd1 の占有周波数帯域がFM変調信号Sfmの周波数帯域と重なる場合には、FM変調信号Sfmの品質を大きく劣化させる。第2の光受信器114は、第3の光変調器315からの光強度変調信号L3をも受け取って、直接検波により、図4(B)に示すように、その光強度変調信号L3に相当するIM−DD成分、すなわち前記第1のIM−DD成分Simdd1 と逆相である第2のIM−DD成分Simdd2 を生成する。この第2のIM−DD成分Simdd2 で第1のIM−DD成分Simdd1 が相殺されることにより、図4(C)に示すように、前記第1のIM−DD成分Simdd1 が抑圧される。
【0056】
以上説明したように、第2の実施形態によれば、光信号L1に含まれる光強度変調成分に起因した不要成分であるIM−DD成分の発生を抑え、位相雑音のない高品質な高周波・広帯域FM変調信号Sfmを生成することができる。
【0057】
(第3の実施形態)
図5を参照しつつ本発明の第3の実施形態に係る周波数変調装置について以下に説明する。
【0058】
図5は、第3の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図である。この周波数変調装置は、図1に示した第1の実施形態の構成において、局発光源103に代えて、分波器301と第4の光変調器516とを備える。なお、図5において、第1の実施形態における構成要素と同じ構成要素には同一の参照符号が付されている。
【0059】
次に、図5に示す本実施形態の動作を説明する。
本実施形態の周波数変調装置では、分波器301は、信号源100から出力された電気信号Siを、互いに逆相の関係になるように第1および第2の電気信号Si1,Si2に分岐させて出力する。第1の光変調器102は、分波器301から出力された第1の電気信号Si1を、第1の実施形態と同様に、光周波数変調信号L1に変換し、出力する。第1の光変調器102から出力された光信号L1は、第1の光分岐回路104で2つの光信号に分岐し、これらのうち一方の光信号は第2の光導波路107を介してビート信号生成部200における第1の光受信器110に、他方の光信号は第1の光導波路106を介して第2の光受信器114に、それぞれ入力される。
【0060】
第4の光変調器516は、直接変調方式の光変調器であって、通常、半導体レーザ等で構成され、分波器301から出力される第2の電気信号Si2を光周波数変調信号L2に変換し、出力する。第4の光変調器516において直接変調方式が採用されているため、第1の光変調器102と同様、出力される光信号L2は、光周波数変調成分と共に光強度変調成分をも含む。第4の光変調器516から出力された光信号L2は、第2の光分岐回路105で2つの光信号に分岐し、これらのうち一方の光信号は第4の光導波路109を介してビート信号生成部200における第1の光受信器110に、他方の光信号は第3の光導波路108を介して第2の光変調器113に、それぞれ入力される。
【0061】
ビート信号生成部200は、第1の光分岐回路104で分岐した光信号L1と第2の光分岐回路105で分岐した光信号L2とを受け取り、下記の動作により、第1および第2の光信号L1,L2の光周波数の差に相当する周波数fs=|f1−f2|を有する無変調の電気信号Sbを生成する。すなわち、第1の光受信器110は、自乗検波特性を有するフォトダイオード等の受光素子で構成され、第1の光変調器102からの光信号L1と第4の光変調器516からの光信号L2とを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、それらの光周波数差fs(=|f1−f2|)を中心周波数とする変調ビート信号Sbfmを生成する。この変調ビート信号Sbfmは、第1の光変調器102から出力される光周波数変調信号L1をダウンコンバートしたFM変調信号である。フィルタ111は、この変調ビート信号Sbfmの搬送波成分(中心周波数fsの成分)のみを抽出し、無変調ビート信号Sbとして出力する。
【0062】
周波数変換器112は、この無変調ビート信号Sbを周波数変換(例えば、ダウンコンバート)し、周波数fx (=|fs−fL |)の信号である周波数変換信号Sxを出力する。
【0063】
第2の光変調器113は、第の光導波路108の途上に挿入、配置され、第4の光変調器516から出力される光信号L2を、周波数変換器112から出力される周波数変換信号Sxによって光学的に変調する。すなわち、第2の光変調器113は、光振幅変調または光強度変調によって光信号L2を光変調信号L2xに変換し、これを出力する。
【0064】
第2の光受信器114は、第1の光変調器102からの光信号L1と第2の光変調器113からの光信号L2xとを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、周波数fL (=|fs−fx |)を中心周波数とするビート信号として、位相雑音の抑圧されたFM変調信号Sfmを生成する(図2(C)参照)。また、第2の光受信器114は、その自乗検波特性に基づく直接検波により、第1の光変調器102からの光信号L1に含まれる光強度変調成分に相当する第1のIM−DD成分を生成すると共に、第4の光変調器516からの光信号L2に含まれる光強度変調成分をも受け取って、その自乗検波特性に基づく直接検波により、前記第1のIM−DD成分と逆相である第3のIM−DD成分を生成する。この第3のIM−DD成分によって第1のIM−DD成分が相殺され、これによりIM−DD成分の抑圧されたFM変調信号Sfmが得られる。
【0065】
以上説明したように、第3の実施形態によれば、光信号L1に含まれる光強度変調成分に起因した不要成分であるIM−DD成分の発生を抑え、位相雑音のない高品質な高周波・広帯域FM変調信号Sfmを生成することができる。
【0066】
(第4の実施形態)
図6を参照しつつ本発明の第4の実施形態に係る周波数変調装置について以下に説明する。
【0067】
図6は、第4の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図である。この周波数変調装置は、図1に示した第1の実施形態の構成において、電気的なフィルタ111に代えて光フィルタ617を備える。なお、図6において、第1の実施形態における構成要素と同じ構成要素には同一の参照符号が付されている。
【0068】
次に、図6に示す本実施形態の動作を説明する。ただし、本実施形態の構成は、前述の第1の実施形態に準ずるため、相違点のみを以下に説明する。
本実施形態の周波数変調装置では、光フィルタ617は、第1の光変調器102からの光信号L1のうち第1の光分岐回路104で分岐して第1の光受信器110へ向かう光信号L1の光搬送波成分L1cのみを通過させる。第1の光受信器110は、その光フィルタ617を通過した光搬送波成分L1cと局発光源103からの光L2とを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、それらの光周波数差fsに相当する周波数を有する無変調ビート信号Sbを生成する。周波数変換器112は、この無変調ビート信号Sbを周波数変換し、周波数fx の周波数変換信号Sxを出力する。第2の光変調器113は、局発光源103から出力される光L2に対し、前記周波数変換器112から出力される周波数変換信号Sxを用いて光変調(光振幅変調または光強度変調)を施し、光変調信号L2xを出力する。第2の光受信器114は、第1の光変調器102からの光信号L1と第2の光変調器113からの光信号L2xとを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、周波数fL (=|fs−fx |)を中心周波数とするビート信号として、位相雑音の抑圧されたFM変調信号Sfmを生成する。
【0069】
以上説明したように、第4の実施形態によれば、2つの光源を用いた光ヘテロダイン構成において、光源の位相雑音に依存することなく、位相雑音のない高周波・広帯域FM変調信号を生成することができる。
【0070】
なお、上述の第3の実施形態のように局発光源103に代えて第4の光変調器516を備える構成(図5参照)においては、図7に示すように、上記第4の実施形態と同様に第2の光導波路107の途上に第1の光フィルタ617を備えると共に、第4の光導波路109の途上にも第2の光フィルタ627を備え、第4の光変調器516から出力されて第2の光分岐回路105で分岐し第1の光受信器110に向かう光信号L2のうち、第2の光フィルタ627がその光搬送波成分のみを通過させるようにしてもよい。このような構成によれば、第3の実施形態と同様、第1の光受信器110からは無変調ビート信号Sbが出力されるため、電気的なフィルタ111を用いることなく、位相雑音のない高周波・広帯域FM変調信号を生成することができる。
【0071】
(第5の実施形態)
図8を参照しつつ本発明の第5の実施形態に係る周波数変調装置について以下に説明する。
【0072】
図8は、第5の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図である。この周波数変調装置は、図1に示した第1の実施形態の構成において、直接変調方式の第1の光変調器102に代えて、第1の光L1として光周波数f1の無変調光を出力する光源101と外部変調方式により周波数変調を行う光変調器(以下「外部光変調器」という)102eとを備え、フィルタ111が削除されている。図8に示すように、光源101から出力された無変調光L1は第1の光分岐回路104に入力される。また、外部光変調器102eは、第1の光導波路106の途上に挿入、配置され、信号源100から元信号としての電気信号Siを受け取る。なお、図8において、第1の実施形態における構成要素と同じ構成要素には同一の参照符号が付されている。
【0073】
次に、図8に示す本実施形態の動作を説明する。
本実施形態の周波数変調装置では、光源101から出力された無変調光L1は第1の光分岐回路104で2つの光に分岐し、それらの2つの光のうち一方の光は外部光変調器102eに入力され、他方の光は第1の光受信器110に入力さされる。
【0074】
外部光変調器102eは、光源101からの無変調光L1を信号源100からの電気信号Siによって変調することにより、中心光周波数f1の光周波数変調信号L1mを生成する。この光信号L1mは第2の光受信器114に入力される。第1の光受信器110は、光源101からの無変調光L1と局発光源103からの無変調光L2とを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、それらの光周波数差fs=|f1−f2|に相当する周波数を有する無変調ビート信号Sbを生成する。周波数変換器112は、この無変調ビート信号Sbを周波数変換し、周波数fx の周波数変換信号Sxを出力する。第2の光変調器113は、局発光源103からの光L2に対し、前記周波数変換器112から出力される周波数変換信号Sxを用いて光変調(光振幅変調または光強度変調)を施し、光変調信号L2xを出力する。この光変調信号L2xも第2の光受信器114に入力される。第2の光受信器114は、第1の光変調器102からの光信号L1と第2の光変調器113からの光信号L2xとを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、周波数fL (=|fs−fx |)を中心周波数とするビート信号として、位相雑音の抑圧されたFM変調信号Sfmを生成する。
【0075】
以上のように、第5の実施形態によれば、第4の実施形態と同様、第1の光受信器110からは無変調ビート信号Sbが出力されるため、電気的なフィルタ111を用いることなく、位相雑音のない高周波・広帯域FM変調信号を生成することができる。しかも、第5の実施形態では、光源101からの無変調光L1が第1の光受信器110に入力されるため、第4の実施形態とは異なり、光フィルタも不要である。
【0076】
(第1の変形例)
上記の各実施形態において、第2の光変調器113は、第の光導波路108の途上に挿入され、局発光源103から出力される無変調光L2または第4の光変調器516から出力される光信号L2を周波数変換信号Sxによって光学的に変調しているが、これに代えて、第2の光変調器113を第1の光導波路106の途上に挿入することにより、第1の変調器102から出力される光信号L1を周波数変換信号Sxによって光学的に変調するようにしてもよい。図9は、このような周波数変調装置の構成の一例を示すブロック図である。この周波数変調装置は、図1に示した第1の実施形態の変形例(以下「第1の変形例」という)であって、第1の実施形態において第の光導波路108の途上に挿入されていた第2の光変調器113を、第1の光導波路106の途上に備えている。
【0077】
第1の実施形態等では、第2の光変調器113は、周波数fx (=|fs−fL |)の周波数変換信号Sxで光周波数f2の無変調光L2を光振幅変調または光強度変調することにより、図10(A)に示すような光周波数スペクトルを有する光変調信号L2xを生成する(ただしf1>f2とする)。
【0078】
これに対し、第1の変形例の周波数変調装置では、第2の光変調器113は、周波数fx (=|fs−fL |)の周波数変換信号Sxで中心周波数f1の光信号L1を光振幅変調または光強度変調することにより、図10(B)に示すような光周波数スペクトルを有する光変調信号L1xを生成する(同様にf1>f2とする)。第1の変形例における第2の光受信器114は、この光変調信号L1xと局発光源103から出力される周波数f2の無変調光L2とを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、周波数fL (=|fs−fx |)を中心周波数とするビート信号としてFM変調信号Sfmを生成する。すなわち、第1の実施形態において得られるFM変調信号Sfmと実質的に同一のFM変調信号が生成される。したがって、第1の変形例の構成によっても、第1の実施形態の場合等と同様、光源の位相雑音に依存することなく、位相雑音のない高周波・広帯域FM変調信号を生成することができる。
【0079】
(第2の変形例)
以上説明した各実施形態において、より望ましくは、第1の光変調器102(正確にはこの光変調器102を構成する半導体レーザ等の光源)から出力された第1の光L1が第1の光導波路106を介して直接に第2の光受信器114に到達するまでの伝搬時間と、その光L1が第2の光導波路107、第1の光受信器110および第2の光変調器113等を介して第2の光受信器114に到達するまでの伝搬時間とが互いに等しく、かつ、局発光源103または第4の光変調器516(正確にはこの光変調器516を構成する光源)から出力された第2の光L2が第3の光導波路108および第2の光変調器113を介して第2の光受信器114に到達するまでの伝搬時間と、その光L2が第4の光導波路109、第1の光受信器110および第2の光変調器113等を介して第2の光受信器114に到達するまでの伝搬時間とが、互いに等しくなるように設定する。
【0080】
例えば、上記第1および第2の光L1,L2の伝搬経路を構成する光導波路等の光学的経路または電気的経路に1つまたは複数の光学的または電気的な遅延回路を伝搬時間の調整手段として挿入することにより、このような設定を実現することができる。この伝搬時間の調整手段としては、コストなどの面で、光学的な調整手段よりも電気的な調整手段の方が好ましい。図11は、図1に示した第1の実施形態の変形例(以下「第2の変形例」という)の構成を示すブロック図であって、電気的な遅延回路で構成される遅延調整器710が上記調整手段として周波数変換器112と第2の光変調器113との間に挿入された周波数変調装置の構成を示している。なお、遅延調整器710の挿入位置は、上記位置に限定されるものではなく、周波数変換器112と第2の光変調器113との間に代えて、例えば、フィルタ111と周波数変換器112との間、または、第1の光受信器11とフィルタ111との間に、遅延調整器710を挿入してもよい。
【0081】
このような伝搬時間の調整手段によって上記の設定を実現することにより、第2の光受信器114から出力されるFM変調信号Sfmの位相雑音をより確実に抑圧し、さらに高品質な高周波・広帯域FM変調信号を生成することができる。
【0082】
(第3および第4の変形例)
上記の第2の実施形態および第3の実施形態において、より望ましくは、第2の光受信器114において生成される第1のIM−DD成分と第2のIM−DD成分とが、あるいは第1のIM−DD成分と第3のIM−DD成分とが、互いに逆相でかつ振幅が等しくなるように設定する。より具体的には、それらのIM−DD成分の位相を調整すべく、分波器301で分岐した一方の信号である第1の電気信号Si1が、第1の光変調器102により光信号L1に変換され、第1の光導波路106を介して第2の光受信器114に到達するまでの伝搬時間と、分波器301で分岐した他方の信号である第2の電気信号Si2が、第3の光変調器315または第4の光変調器516によって光信号L3またはL2に変換され、第5の光導波路317または第3の光導波路108を介して第2の光受信器114に到達するまでの伝搬時間とが、互いに等しくなるように設定する。また、第2の光受信器114が受け取る光信号において第1のIM−DD成分と第2のIM−DD成分にそれぞれ対応する光強度変調成分の振幅が互いに等しく、または、第1のIM−DD成分と第3のIM−DD成分にそれぞれ対応する光強度変調成分の振幅が互いに等しくなるように設定する。
【0083】
例えば、上記の信号の伝搬経路を構成する電気的経路または光学的経路(光導波路)に、1つまたは複数の電気的または光学的な遅延回路および可変利得増幅器(または減衰器)などを信号の位相および振幅の調整手段として挿入することにより、このような設定を実現することができる。このような位相および振幅の調整手段としては、コストなどの面で、光学的な調整手段よりも電気的な調整手段の方が好ましい。図12は、図3に示した第2の実施形態の変形例(以下「第3の変形例」という)の構成を示すブロック図であって、電気的な遅延回路と可変利得増幅器で構成される遅延・振幅調整器720が上記調整手段として分波器301と第3の光変調器315との間に挿入された周波数変調装置の構成を示している。また、図13は、図5に示した第3の実施形態の変形例(以下「第4の変形例」という)の構成を示すブロック図であって、上記の調整手段として同様の構成の遅延・振幅調整器730が分波器301と第4の光変調器516との間に挿入された周波数変調装置の構成を示している。なお、遅延・振幅調整器720、730の挿入位置は、上記位置に限定されるものではなく、例えば、分波器301と第1の光変調器102との間に挿入してもよい。
【0084】
このような位相および振幅の調整手段によって上記の設定を実現することにより、第2の光受信器114から出力されるIM−DD成分がより確実に抑圧され、さらに高品質な高周波・広帯域FM変調信号を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図2】第1の実施形態に係る周波数変調装置における第1の光受信器からの出力信号の周波数スペクトルを示す模式図(A)、第1の実施形態に係る周波数変調装置における周波数変換器の入出力信号の周波数スペクトルを示す模式図(B)、および、第1の実施形態に係る周波数変調装置における第2の光受信器からの出力信号の周波数スペクトルを示す模式図(C)。
【図3】本発明の第2の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図4】第2の実施形態に係る周波数変調装置において第1および第2の光変調器から出力され第2の光受信器に入力される光信号に対応する検波後の信号の周波数スペクトルを示す模式図(A)、第2の実施形態に係る周波数変調装置において第3の光変調器から出力され第2の光受信器に入力される光信号に対応する検波後の信号の周波数スペクトルを示す模式図(B)、および、第2の実施形態に係る周波数変調装置における第2の光受信器からの出力信号の周波数スペクトルを示す模式図(C)。
【図5】本発明の第3の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図6】本発明の第4の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図7】第4の実施形態に係る周波数変調装置の他の構成を示すブロック図。
【図8】本発明の第5の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図9】第1の実施形態の変形例である第1の変形例に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図10】第1、第2、第4および第5の各実施形態に係る周波数変調装置において第2の光受信器に入力される光信号の光周波数スペクトルを示す模式図(A)、および、第1の変形例に係る周波数変調装置において第2の光受信器に入力される光信号の光周波数スペクトルを示す模式図(B)。
【図11】第1の実施形態の他の変形例である第2の変形例に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図12】第2の実施形態の変形例である第3の変形例に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図13】第3の実施形態の変形例である第4の変形例に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図14】従来の周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図15】従来の周波数変調装置における光受信器に入力される光信号の光周波数スペクトルを示す模式図(A)、および、従来の周波数変調装置における光受信器からの出力信号の周波数スペクトルを示す模式図(B)。
【符号の説明】
100 …信号源
102 …第1の光変調器
102e…外部光変調器
103 …局発光源
104 …第1の光分岐回路
105 …第2の光分岐回路
106 …第1の光導波路
107 …第2の光導波路
108 …第3の光導波路
109 …第4の光導波路
110 …第1の光受信器
111 …フィルタ
112 …周波数変換器
113 …第2の光変調器
114 …第2の光受信器
200 …ビート信号生成部
301 …分波器
315 …第3の光変調器
516 …第4の光変調器
617,627…光フィルタ
710 …遅延調整器
720,730…遅延・振幅調整器
Si …(入力)電気信号
Sbfm …変調ビート信号
Sb …無変調ビート信号
Sx …周波数変換信号
Sfm …FM変調信号(周波数変調信号)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a modulation device that generates a wideband frequency modulation signal (hereinafter referred to as “FM modulation signal”) using optical frequency modulation and optical heterodyne detection by a semiconductor laser.
[0002]
[Prior art]
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a conventional frequency modulation device. This frequency modulation apparatus is described in, for example, literature (K. Kikushima, et al, “Optical Super Wide-Band FM Modulation Scheme and Its Application to Multi-Channel AM Video Transmission Systems”, IOOC'95 Technical Digest, Vol. 5 PD2-7. , pp.33-34) explains the operation in detail. This frequency modulation apparatus shown in FIG. 14 includes a signal source 700, an optical modulator 702, a local light source 703, a first optical waveguide 706, a second optical waveguide 708, and an optical receiver 714. I have.
[0003]
In the above frequency modulation apparatus, the signal source 700 outputs an electric signal Si that is an original signal to be FM modulated. The optical modulator 702 is composed of, for example, a semiconductor laser. In general, a semiconductor laser outputs light having a constant optical frequency f1 under the condition of a constant injection current. When the injection current is amplitude-modulated, the optical frequency is also modulated, and an optical frequency modulation signal centered on the optical frequency f1. Is output. Due to this property, the optical modulator 702 converts the electric signal Si input from the signal source 700 into an optical frequency modulation signal L1 and outputs it. The local light source 703 outputs unmodulated light L2 having a constant optical frequency f2. The lights L1 and L2 output from the optical modulator 702 and the local light source 703 are input to the optical receiver 714 via the first optical waveguide 706 and the second optical waveguide 708, respectively. The optical receiver 714 includes a photodiode having a square detection characteristic, and the beat signal of the two lights at a frequency fs = | f1-f2 | corresponding to the optical frequency difference between the two lights L1 and L2 inputted. (This operation is called “optical heterodyne detection”). The beat signal thus obtained becomes a frequency modulation signal Sfm using the electric signal Si from the signal source 700 as an original signal.
[0004]
As described above, in the conventional frequency modulation apparatus shown in FIG. 14, by using the high frequency modulation efficiency of the semiconductor laser (more than 10 times the frequency modulation efficiency in the case of a general electric circuit system), It is possible to easily generate an FM modulation signal having a very high frequency and a wide band (a large amount of frequency deviation) that is difficult to create with an electric circuit.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since a light source such as a semiconductor laser generally has a larger phase noise than an electric oscillator, the above-described conventional frequency modulation apparatus has a characteristic that a white noise component increases when demodulating an FM modulation signal generated thereby. Have problems. That is, when the optical frequency modulation signal L1 from the optical modulator 702 and the unmodulated light L2 from the local light source 703 have a frequency spectrum as shown in FIG. 15A, they are output from the optical receiver 714. The frequency spectrum of the FM modulation signal Sfm is as shown in FIG. As shown in FIGS. 15A and 15B, the phase noise included in the FM modulated signal Sfm is the sum of the phase noises included in the optical frequency modulated signal L1 and the unmodulated light L2, respectively. When demodulating the FM modulation signal Sfm, the white noise component increases.
[0006]
Therefore, the object of the present invention is to suppress the phase noise contained in the generated frequency modulation signal while realizing high frequency and wideband frequency modulation by combining the optical frequency modulation by the semiconductor laser and the optical heterodyne detection. And providing a frequency modulation device having excellent noise characteristics.
[0007]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
The first invention converts an input electric signal into a frequency modulation signal by optical frequency modulation and optical heterodyne detection using first and second light sources that output first and second light beams having different optical frequencies, respectively. A frequency modulation device that outputs an FM modulated signal,
A first optical modulator that outputs the first light frequency-modulated with the input electrical signal as a first optical signal;
A beat signal generating unit that generates an unmodulated beat signal corresponding to a carrier component of a beat signal obtained by optical detection based on square detection characteristics from the first and second lights;
A frequency converter that generates a frequency converted signal by converting the frequency of the unmodulated beat signal;
A second optical modulator that generates a second optical signal by performing optical amplitude modulation or optical intensity modulation of one of the first optical signal and the second light with the frequency conversion signal;
An optical receiver that receives the other of the first optical signal and the second light and the second optical signal, and generates the FM modulated signal by optical detection based on square detection characteristics;
Is provided.
[0008]
According to the first aspect of the present invention, two optical heterodyne systems are realized by two light sources (first and second light sources) and two square detectors (beat signal generator and optical receiver). Carrier component (center frequency) of the beat signal generated in the first optical heterodyne system composed of the first optical modulator corresponding to the light source, the second light source corresponding to the local light source, and the beat signal generator. Component) is a frequency conversion signal obtained by frequency conversion, and the two lights in the second optical heterodyne system composed of the first optical modulator, the second light source (local light source), and the optical receiver. One of them is amplitude-modulated or intensity-modulated. Thereby, the phase noise of the FM modulation signal which is a beat signal generated in the second optical heterodyne system can be suppressed, and frequency modulation with excellent noise characteristics can be realized.
[0009]
According to a second invention, in the first invention,
The first optical modulator generates the first optical signal by direct modulation;
The beat signal generator
Modulation having a center frequency corresponding to the difference between the optical frequencies of the first optical signal and the second light by receiving the first optical signal and the second light and performing optical detection based on square detection characteristics A light receiving element that generates a modulated beat signal that is an electrical signal,
A filter that extracts the carrier component from the modulated beat signal and outputs the carrier component as the unmodulated beat signal.
[0010]
According to the second invention, a first optical signal is generated by direct modulation, and an unmodulated beat signal, which is a carrier component, is generated from the modulated beat signal generated from the first optical signal and the second light. One of the two lights in the second optical heterodyne system is amplitude-modulated or intensity-modulated by a frequency-converted signal extracted by a filter and obtained by frequency-converting the unmodulated beat signal. Thereby, it is possible to suppress the phase noise of the FM modulated signal generated by the optical receiver and realize frequency modulation with excellent noise characteristics.
[0011]
According to a third invention, in the first invention,
The first optical modulator includes:
The first light source for outputting the first light which is unmodulated light;
An external optical modulator that generates the first optical signal by modulating the first light output from the first light source with the input electrical signal;
The second light source outputs unmodulated light as the second light,
The beat signal generation unit includes a light receiving element that receives the first and second lights, which are unmodulated light, and generates the unmodulated beat signal by optical detection based on a square detection characteristic.
[0012]
According to the third aspect of the invention, the first light is converted from the first light to the modulated light by the external modulation, and the beat signal generation unit generates the non-modulated light from the first and second lights. A modulated beat signal is generated. This eliminates the need for a filter for extracting the carrier component from the modulated beat signal.
[0013]
According to a fourth invention, in the first invention,
The first optical modulator generates the first optical signal having a predetermined center frequency f1 by uniquely converting an amplitude change of the input electric signal into a change of the optical frequency of the first light. ,
The second light source outputs light having a predetermined frequency f2 as the second light,
The beat signal generator
By receiving the first optical signal and the second light and performing optical detection based on square detection characteristics, a frequency fs = | corresponding to the difference between the optical frequencies of the first optical signal and the second light. a light receiving element that generates a modulated beat signal that is a modulated electric signal at f1-f2 |
A filter that extracts the carrier component from the modulated beat signal and outputs the carrier component as the unmodulated beat signal;
The frequency converter converts the unmodulated beat signal into a signal having a predetermined frequency fx, and outputs the converted signal as the frequency converted signal.
The second optical modulator performs optical amplitude modulation or optical intensity modulation on one of the first optical signal and the second light with the frequency conversion signal having a frequency fx, thereby converting the second optical signal. Generate and
The optical receiver receives the other of the first optical signal and the second optical signal and the second optical signal, and performs optical detection based on a square detection characteristic, thereby performing frequency fL = | fs−fx. The FM modulation signal is generated at |.
[0014]
According to the fourth aspect of the invention, the input electrical signal is converted into the optical frequency modulation signal by the first optical modulator, the second light source corresponding to the first optical modulator, the local light source, and the beat signal generation unit. In the first optical heterodyne system composed of: a carrier component that is an unmodulated beat signal output from the beat signal generation unit is frequency-converted, and the first optical modulator and the second light source (local light source) In the second optical heterodyne system composed of the optical receiver and the optical receiver, either of the light output from the first optical modulator or the second light source is amplitude-modulated with the above-mentioned frequency-converted carrier component Or intensity modulated. As a result, it is possible to suppress the phase noise of the FM modulation signal that is the beat signal output from the optical receiver, and to realize frequency modulation with excellent noise characteristics.
[0015]
According to a fifth invention, in the first invention,
A duplexer for branching the input electrical signal into first and second electrical signals of opposite phases;
A third optical modulator that converts the second electrical signal into a third optical signal by optical intensity modulation;
Further comprising
The first optical modulator uniquely converts an amplitude change of the first electric signal into a change in the optical frequency of the first light by direct modulation, whereby the first optical modulator having a predetermined center frequency f1 is converted. Generate optical signals,
The second light source outputs light having a predetermined frequency f2 as the second light,
The beat signal generator
By receiving the first optical signal and the second light and performing optical detection based on square detection characteristics, a frequency fs = | corresponding to the difference between the optical frequencies of the first optical signal and the second light. a light receiving element that generates a modulated beat signal that is a modulated electric signal at f1-f2 |
A filter that extracts the carrier component from the modulated beat signal and outputs the carrier component as the unmodulated beat signal;
The frequency converter converts the unmodulated beat signal into a signal having a predetermined frequency fx, and outputs the converted signal as the frequency converted signal.
The second optical modulator performs optical amplitude modulation or optical intensity modulation on one of the first optical signal and the second light with the frequency conversion signal having a frequency fx, thereby converting the second optical signal. Generate and
The optical receiver receives the other of the first optical signal and the second optical signal and the second optical signal, and performs optical detection based on a square detection characteristic, thereby performing frequency fL = | fs−fx. The FM modulation signal is generated at |, the third optical signal is received, and an electrical signal corresponding to a light intensity modulation component included in the third optical signal is generated by the optical detection. And
[0016]
According to the fifth aspect of the invention, the input electric signal that is the original signal of the frequency modulation branches into the first and second electric signals having opposite phases, and the first optical signal is optically transmitted by the first optical modulator. In the first optical heterodyne system, which is converted into a first optical signal that is a frequency modulation signal, and includes a first light modulator, a second light source corresponding to a local light source, and a beat signal generation unit. A second optical heterodyne composed of a first optical modulator, a second light source (local light source), and an optical receiver, with a carrier wave component, which is an unmodulated beat signal output from the signal generator, frequency-converted. In the system, one of the light output from the first light modulator or the second light source is amplitude-modulated or intensity-modulated with the above-mentioned frequency-converted carrier wave component. Further, the second electric signal is converted into a third optical signal which is an optical intensity modulation signal by the third optical modulator and is input to the optical receiver, where the intensity modulation-direct detection component (IM-) is detected by square detection. DD component) is generated. With this IM-DD component, the IM-DD component corresponding to the light intensity modulation component (which occurs due to direct modulation) included in the first optical signal is canceled in the optical receiver. As a result, it is possible to suppress the phase noise of the FM modulation signal, which is the beat signal output from the optical receiver, and to realize a high-quality frequency modulation with reduced unnecessary components.
[0017]
According to a sixth invention, in the fifth invention,
A first IM-DD component corresponding to a light intensity modulation component included in the first optical signal among intensity modulation-direct detection components generated by optical detection based on the square detection characteristics of the optical receiver; Phase / amplitude adjustment in which the second IM-DD component corresponding to the light intensity modulation component included in the third optical signal among the generated intensity modulation-direct detection components is opposite in phase and has the same amplitude. The apparatus further comprises means.
[0018]
According to the sixth aspect of the invention, the first IM-DD component corresponding to the light intensity modulation component included in the first optical signal and the second IM corresponding to the light intensity modulation component included in the third optical signal. The phase and the amplitude of the IM-DD component are adjusted so that the IM-DD components have the same phase and the same amplitude. For this reason, the IM-DD component output from the optical receiver is more reliably suppressed, and a higher-quality high-frequency / wideband FM modulated signal can be generated.
[0019]
According to a seventh invention, in the first invention,
A duplexer for branching the input electrical signal into first and second electrical signals having opposite phases;
A fourth optical modulator that outputs the second light, which is modulated light having a predetermined center frequency f2, as a fourth optical signal;
Further comprising
The first optical modulator uniquely converts an amplitude change of the first electric signal into a change in the optical frequency of the first light by direct modulation, whereby the first optical modulator having a predetermined center frequency f1 is converted. Generate optical signals,
The fourth optical modulator uniquely converts an amplitude change of the second electric signal into a change in the optical frequency of the second light by direct modulation, whereby the fourth optical modulator having a predetermined center frequency f2 is converted. Generate optical signals,
The beat signal generator
The first and fourth optical signals are received and modulated at a frequency fs = | f1-f2 | corresponding to a difference in optical frequency between the first and fourth optical signals by optical detection based on square detection characteristics. A light receiving element that generates a modulated beat signal that is an electrical signal,
A filter that extracts the carrier component from the modulated beat signal and outputs the carrier component as the unmodulated beat signal;
The frequency converter converts the unmodulated beat signal into a signal having a predetermined frequency fx, and outputs the converted signal as the frequency converted signal.
The second optical modulator performs optical amplitude modulation or optical intensity modulation of one of the first optical signal and the fourth optical signal with the frequency conversion signal having a frequency fx, thereby converting the second optical signal. Generate and
The optical receiver receives the other one of the first optical signal and the fourth optical signal and the second optical signal, and performs optical detection based on a square detection characteristic to generate a frequency fL = | fs−fx. The FM modulation signal is generated at |.
[0020]
According to the seventh aspect of the invention, the input electric signal that is the original signal of the frequency modulation is branched into the first and second electric signals having opposite phases, and the first signal is directly modulated by the first optical modulator. The electric signal is converted into a first optical signal that is an optical frequency modulation signal, and the second electric signal is converted into a fourth optical signal that is an optical frequency modulation signal by direct modulation in the fourth optical modulator. . Then, in the first optical heterodyne system composed of the first optical modulator, the fourth optical modulator, and the beat signal generation unit, a carrier wave component that is an unmodulated beat signal output from the beat signal generation unit is Frequency-converted and output from the first optical modulator or the fourth optical modulator in the second optical heterodyne system including the first optical modulator, the fourth optical modulator, and the optical receiver. Any one of the light beams to be modulated is amplitude-modulated or intensity-modulated by the above-mentioned frequency-converted carrier component. As a result, it is possible to suppress the phase noise of the FM modulation signal that is the beat signal output from the optical receiver, and to realize frequency modulation with excellent noise characteristics. In addition, as described above, since the frequency modulation signal is generated by the push-pull operation of the first optical modulator and the fourth optical modulator, it is unnecessary due to the light intensity modulation component generated in the direct modulation. The component IM-DD component is canceled out. Thereby, it is possible to realize frequency modulation with good quality with reduced unnecessary components.
[0021]
In an eighth aspect based on the seventh aspect,
A first IM-DD component corresponding to a light intensity modulation component included in the first optical signal among intensity modulation-direct detection components generated by optical detection based on the square detection characteristics of the optical receiver; Phase / amplitude adjustment in which the third IM-DD component corresponding to the light intensity modulation component included in the fourth optical signal among the generated intensity modulation-direct detection components is opposite in phase and has the same amplitude. The apparatus further comprises means.
[0022]
According to the eighth aspect of the invention, the first IM-DD component corresponding to the light intensity modulation component included in the first optical signal and the third light intensity modulation component included in the fourth optical signal. The phase and the amplitude of the IM-DD component are adjusted so that the IM-DD components have the same phase and the same amplitude. For this reason, the IM-DD component output from the optical receiver is more reliably suppressed, and a higher-quality high-frequency / wideband FM modulated signal can be generated.
[0023]
According to a ninth invention, in the first invention,
An optical filter that is inserted between the first optical modulator and the beat signal generation unit and extracts the optical carrier component from the first optical signal;
The second light source outputs unmodulated light as the second light,
The beat signal generation unit includes a light receiving element that receives the optical carrier component extracted by the optical filter and the second light, and generates the unmodulated beat signal by optical detection based on a square detection characteristic. Features.
[0024]
According to the ninth aspect, the first optical modulator converts the input electrical signal into the first optical signal that is an optical frequency modulation signal, and the second optical modulator and the second light source corresponding to the local light source. In the first optical heterodyne system composed of the light source and the beat signal generation unit, the light is converted from the first optical signal by the optical filter inserted between the first optical modulator and the beat signal generation unit. A carrier wave component is extracted, and the beat signal generation unit generates an unmodulated beat signal from the optical carrier wave component and the second light without using a filter, and frequency-converts the unmodulated beat signal, that is, the carrier wave component. A frequency converted signal is generated. In the second optical heterodyne system including the first optical modulator, the second light source, and the optical receiver, one of the lights output from the first optical modulator or the second light source. Is amplitude-modulated or intensity-modulated by the above-described frequency conversion signal (frequency-converted carrier wave component). As a result, it is possible to suppress the phase noise of the FM modulation signal that is the beat signal output from the optical receiver, and to realize frequency modulation with excellent noise characteristics.
[0025]
In a tenth aspect based on the first aspect,
A duplexer for branching the input electrical signal into first and second electrical signals having opposite phases;
A fourth optical modulator that outputs the second light, which is modulated light having a predetermined center frequency f2, as a fourth optical signal;
A first optical filter inserted between the first optical modulator and the beat signal generator;
A second optical filter inserted between the fourth optical modulator and the beat signal generator;
Further comprising
The first optical modulator uniquely converts an amplitude change of the first electric signal into a change in the optical frequency of the first light by direct modulation, whereby the first optical modulator having a predetermined center frequency f1 is converted. Generate optical signals,
The fourth optical modulator uniquely converts an amplitude change of the second electric signal into a change in the optical frequency of the second light by direct modulation, whereby the fourth optical modulator having a predetermined center frequency f2 is converted. Generate optical signals,
The first optical filter extracts the optical carrier component from the first optical signal, the second optical filter extracts the optical carrier component from the fourth optical signal, and generates the beat signal. The unit receives both the optical carrier components extracted by the first and second optical filters, and performs optical detection based on the square detection characteristic to obtain a frequency fs = | corresponding to the difference between the optical frequencies of the two optical carrier components. a light receiving element for generating the unmodulated beat signal at f1-f2 |
The frequency converter converts the unmodulated beat signal into a signal having a predetermined frequency fx, and outputs the converted signal as the frequency converted signal.
The second optical modulator performs optical amplitude modulation or optical intensity modulation of one of the first optical signal and the fourth optical signal with the frequency conversion signal having a frequency fx, thereby converting the second optical signal. Generate and
The optical receiver receives the other one of the first optical signal and the fourth optical signal and the second optical signal, and performs optical detection based on a square detection characteristic to generate a frequency fL = | fs−fx. The FM modulation signal is generated at |.
[0026]
According to the tenth aspect of the invention, the input electric signal that is the original signal of the frequency modulation is branched into the first and second electric signals having opposite phases, and the first signal is directly modulated by the first optical modulator. The electric signal is converted into a first optical signal that is an optical frequency modulation signal, and the second electric signal is converted into a fourth optical signal that is an optical frequency modulation signal by direct modulation in the fourth optical modulator. . In the first optical heterodyne system including the first optical modulator, the fourth optical modulator, and the beat signal generation unit, the optical carrier component is generated from the first optical signal by the first optical filter. The extracted optical carrier component is extracted from the fourth optical signal by the second optical filter, and the beat signal generation unit generates an unmodulated beat signal from these optical carrier components without using a filter. A frequency conversion signal is generated by frequency-converting this unmodulated beat signal, that is, a carrier wave component, and in the second optical heterodyne system including the first optical modulator, the fourth optical modulator, and the optical receiver. One of the light output from the first optical modulator or the fourth optical modulator is amplitude-modulated or intensity-modulated by the frequency conversion signal (carrier component subjected to frequency conversion). As a result, it is possible to suppress the phase noise of the FM modulation signal, which is the beat signal output from the optical receiver, and to realize a high-quality frequency modulation with reduced unnecessary components.
[0027]
In an eleventh aspect based on the tenth aspect,
A first IM-DD component corresponding to a light intensity modulation component included in the first optical signal among intensity modulation-direct detection components generated by optical detection based on the square detection characteristics of the optical receiver; Phase / amplitude adjustment in which the third IM-DD component corresponding to the light intensity modulation component included in the fourth optical signal among the generated intensity modulation-direct detection components is opposite in phase and has the same amplitude. The apparatus further comprises means.
[0028]
According to the eleventh aspect, similar to the eighth aspect, the first IM-DD component corresponding to the light intensity modulation component included in the first optical signal and the light included in the fourth optical signal. The phase and amplitude are adjusted such that the third IM-DD component corresponding to the intensity modulation component has the same phase and opposite phase. For this reason, the IM-DD component output from the optical receiver is more reliably suppressed, and a higher-quality high-frequency / wideband FM modulated signal can be generated.
[0029]
In a twelfth aspect based on the first aspect,
Light and electrical propagation time of a path from the first light source to the optical receiver via the beat signal generation unit, and light propagation time of a path from the first light source directly to the optical receiver First propagation time adjustment means equal to each other;
A light and electrical propagation time of a path from the second light source through the beat signal generation unit to the optical receiver, and an optical propagation time of a path from the second light source directly to the optical receiver. It is further characterized by further comprising second propagation time adjusting means for equalizing each other.
[0030]
According to the twelfth aspect of the invention, each of the optical signals output from the first light source and branched into two passes through each constituent part, or undergoes processing such as photoelectric conversion or electro-optical conversion, and the light The propagation time until reaching the receiver is set to be equal to each other, and each of the light branched from the light output from the second light source passes through each component, or photoelectric conversion, Propagation times until reaching the optical receiver after processing such as electro-optical conversion are set to be equal to each other. As a result, it is possible to more appropriately suppress the phase noise of the FM modulation signal, which is a beat signal output from the optical receiver, and to realize frequency modulation with excellent noise characteristics.
[0031]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0032]
(First embodiment)
A frequency modulation apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2A to 2C.
[0033]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the frequency modulation apparatus according to the first embodiment. This frequency modulation device includes a signal source 100, a first optical modulator 102, a local light source 103, a first optical branch circuit 104, a second optical branch circuit 105, and a first optical waveguide 106. A second optical waveguide 107, a third optical waveguide 108, a fourth optical waveguide 109, a beat signal generation unit 200 including a first optical receiver 110 and a filter 111, and a frequency converter 112. The second optical modulator 113 and the second optical receiver 114 are provided. This frequency modulation apparatus uses optical frequency modulation using two light sources (first and second light sources) that respectively output two lights having different optical frequencies (first light L1 and second light L2). By optical heterodyne detection, the electric signal Si output from the signal source 100 is converted into a frequency modulation signal, which is output as an FM modulation signal Sfm.
[0034]
Next, the operation of the frequency modulation apparatus shown in FIG. 1 will be described in detail. The first optical modulator 102 is a direct modulation type optical modulator, and is usually composed of a semiconductor laser that is a first light source having an optical frequency modulation effect, and an electric signal Si output from the signal source 100. Thus, the amplitude of the injection current into the semiconductor laser is modulated to output the optical frequency modulation signal L1 having the center optical frequency f1 as the first light. The optical signal L1 output from the first optical modulator 102 is branched into two optical signals by the first optical branching circuit 104, and one of these optical signals beats via the second optical waveguide 107. The other optical signal is input to the first optical receiver 110 in the signal generator 200 and the second optical receiver 114 via the first optical waveguide 106. The local light source 103 corresponds to a second light source, and outputs unmodulated light L2 having an optical frequency f2 as second light. The light L 2 output from the local light source 103 is branched into two lights by the second optical branch circuit 105, and one of these lights is passed through the fourth optical waveguide 109 to the second signal in the beat signal generation unit 200. The other light is input to the first optical receiver 110 and the second optical modulator 113 via the third optical waveguide 108.
[0035]
The beat signal generation unit 200 receives the optical signal L1 that is the first light branched by the first optical branch circuit 104 and the second light L2 that is branched by the second optical branch circuit 105, and performs the following operation. An unmodulated electric signal (hereinafter referred to as “unmodulated beat signal”) Sb having a frequency fs = | f1−f2 | corresponding to the difference between the optical frequencies of the first and second lights L1 and L2 is generated. That is, the first optical receiver 110 is composed of a light receiving element such as a photodiode having square detection characteristics, and receives the optical signal L1 from the first optical modulator 102 and the light L2 from the local light source 103. Thus, a beat signal (hereinafter referred to as “modulated beat signal”) Sbfm having the optical frequency difference fs (= | f1−f2 |) as a center frequency is generated by optical heterodyne detection based on the square detection characteristic. The modulation beat signal Sbfm is an FM modulation signal obtained by down-converting the optical frequency modulation signal L1 output from the first optical modulator 102. FIG. 2A shows the frequency spectrum of the modulated beat signal Sbfm when the electric signal Si output from the signal source 100 is assumed to be a signal centered on the frequency fp. This modulated beat signal Sbfm is input to the filter 111. This filter 111 is a band-pass filter, extracts only the carrier component (the component of the center frequency fs) of the modulated beat signal Sbfm, which is an FM modulated signal, and outputs it as an unmodulated beat signal Sb.
[0036]
The frequency converter 112 frequency-converts (for example, down-converts) the unmodulated beat signal Sb, which is a carrier wave component output from the filter 111, using, for example, the local oscillation signal SL of the frequency fL, and the frequency fx (= | fs−fL). |) Is output as the frequency conversion signal Sx. FIG. 2B shows the frequency spectrum of the unmodulated beat signal Sb that is the input signal of the frequency converter 112 and the frequency converted signal Sx that is the output signal together with the frequency spectrum of the local oscillation signal SL.
[0037]
  The second optical modulator 113 is3The unmodulated light L2 inserted and arranged in the middle of the optical waveguide 108 and output from the local light source 103 is optically modulated by the frequency conversion signal Sx output from the frequency converter 112. That is, the second optical modulator 113 converts the unmodulated light L2 into an optical modulation signal L2x by optical amplitude modulation or optical intensity modulation, and outputs this.
[0038]
The second optical receiver 114 is composed of a light receiving element such as a photodiode having square detection characteristics, and an optical signal L1 from the first optical modulator 102 and an optical signal L2x from the second optical modulator 113. And FM modulated signal Sfm is generated as a beat signal having a frequency fL (= | fs-fx |) as a center frequency by optical heterodyne detection based on the square detection characteristic. The FM modulation signal Sfm generated in this way is a signal obtained by down-converting the optical frequency modulation signal L1 output from the first optical modulator 102, and has phase noise as shown in FIG. It is suppressed.
[0039]
The phase noise suppression effect of the FM modulation signal in this embodiment will be described below using mathematical expressions.
The electric field component of the optical frequency modulation signal L1 output from the first optical modulator 102 is
E1(t) = A1[1 + m1cos (2πfpt)]1/2cos [2πf1t + ΔFsin (2πfpt) + φ1] (1)
The electric field component of the unmodulated light L2 output from the local light source 103 is
E2(t) = A2cos (2πf2t + φ2(2)
Respectively. Here, m1 represents the light (intensity) modulation degree in the first optical modulator 102, fp represents the frequency of the electric signal Si (assuming a sine wave) output from the signal source 100, and f1 and f2 Represents the optical frequencies of the light output from the first optical modulator 102 and the local light source 103, respectively, and φ1 and φ2 are the light output from the first optical modulator 102 and the local light source 103, respectively. Each represents phase noise, and ΔF represents a frequency shift amount given in the first optical modulator 102 corresponding to the electric signal Si output from the signal source 100.
[0040]
When the first optical receiver 110 receives the combined light of these two lights L1 and L2, based on the square detection characteristics of the light receiving element used in the first optical receiver 110, a photocurrent represented by the following equation is obtained. It flows to the light receiving element.
I1(t) = R1| E1(t) + E2(t) |2
= R1A1 2[1 + m1cos (2πfpt)] cos2[2πf1t + ΔFsin (2πfpt) + φ1]
+ R1A2 2cos2(2πf2t + φ2)
+ 2R1A1A2[1 + m1cos (2πfpt)]1/2cos [2πf1t + ΔFsin (2πfpt) + φ1]
× cos (2πf2+ φ2(3)
Here, R1 represents the conversion efficiency of the light receiving element used in the first optical receiver 110. The signal components corresponding to the first term and the second term in Expression (3) are not detected due to the frequency response limitation of the light receiving element used in the first optical receiver 110. The signal component corresponding to the first term also includes an IM-DD (intensity modulation-direct detection) component that is generated by directly detecting the light intensity modulation component in the optical signal L1 from the first optical modulator 102. Although included, this IM-DD component may be ignored because it is removed by the filter 111 described later.
[0041]
Further expanding the third term in equation (3),
Ic1(t) = R2A1A2[1 + m1cos (2πfpt)]1/2
× [cos [2π (f1+ f2) t + ΔFsin (2πfpt) + φ1+ φ2]
+ Cos [2π (f1-f2) t + ΔFsin (2πfpt) + φ12]] (4)
It becomes. The signal component corresponding to the first term in square brackets “[]” in the equation (4) is not detected by the frequency response limit of the light receiving element used in the first optical receiver 110, and the square brackets “[]”. Only the signal component corresponding to the second term is output. The second term represents an FM modulation signal in which the electric signal Si output from the signal source 100 is an original signal, the carrier frequency is fs = | f1-f2 |, and the frequency shift amount is ΔF. The FM modulation signal of the second term has a phase noise determined by the phase noise φ1 of the optical signal L1 output from the first optical modulator 102 and the phase noise φ2 of the light L2 output from the local light source 103. Have.
[0042]
The filter 111 is a carrier component (a component of the center frequency fs) in the FM modulation signal represented by the equation (4).
Is(t) = cos [2π (f1-f2) t + φ12] (5)
Only the unmodulated beat signal Sb which is a signal component represented by
[0043]
The frequency converter 112 frequency-converts the unmodulated beat signal Sb expressed by the equation (5) using the local oscillation signal SL having the frequency fL. For example, by down-converting the unmodulated beat signal Sb, a signal having a frequency fx = | f1-f2-fL |
Ix(t) = cos [2π (f1-f2-fL) t + φ12]
= cos (2πfxt + φ12(6)
Is converted into a signal (frequency conversion signal Sx) expressed by
[0044]
The second optical modulator 113 performs, for example, optical amplitude modulation of the unmodulated light L2 (see Expression (2)) output from the local light source 103 by the frequency conversion signal Sx expressed by Expression (6), and generates an electric field. Ingredients
E2x(t) = A2cos (2πfxt + φ12) cos (2πf2t + φ2(7)
An optical modulation signal L2x represented by
[0045]
The second optical receiver 114 includes an optical modulation signal L1 from the first optical modulator 102 (see equation (1)) and an optical modulation signal L2x from the second optical modulator 113 (see equation (7)). ) And based on its square detection characteristics,
I2(t) = R2| E1(t) + E2x(t) |2
= R2A1 2[1 + m1cos (2πfpt)] cos2[2πf1t + ΔFsin (2πfpt) + φ1]
+ R2A2 2cos2(2πfxt + φ12) cos2(2πf2t + φ2)
+ 2R2A1A2[1 + m1cos (2πfpt)]1/2cos [2πf1t + ΔFsin (2πfpt) + φ1]
× cos (2πfxt + φ12) cos (2πf2+ φ2(8)
The photocurrent represented by is output. Here, R2 represents the conversion efficiency of the light receiving element used in the second optical receiver 114. The signal components corresponding to the first term and the second term in Expression (8) are not detected due to the frequency response limitation of the light receiving element used in the second optical receiver 114. The signal component corresponding to the first term also includes an IM-DD component that is generated by directly detecting the light intensity modulation component in the optical signal L1 from the first optical modulator 102. If the frequency band of the DD component is far from the frequency band of the FM modulation signal Sfm, this component may be ignored. When the frequency band of this IM-DD component overlaps the frequency band of the FM modulation signal Sfm, this component can be suppressed by the configuration of another embodiment described later.
[0046]
Further expanding the third term in equation (8),
Ic2(t) = R2A1A2[1 + m1cos (2πfpt)]1/2
× [cos (2πfxt + φ12) cos [2π (f1+ f2) t + ΔFsin (2πfpt) + φ1+ φ2]
+ Cos (2πfxt + φ12) cos [2π (f1-f2) t + ΔFsin (2πfpt) + φ12]]
= (R2A1A2/ 2) [1 + m1cos (2πfpt)]1/2
× [cos [2π (f1+ f2+ fx) t + ΔFsin (2πfpt) + 2φ1]
+ Cos [2π (f1+ f2-fx) t + ΔFsin (2πfpt) + 2φ2]
+ Cos [2π (f1-f2+ fx) t + ΔFsin (2πfpt) +2 (φ12)]
+ Cos [2π (f1-f2-fx) t + ΔFsin (2πfpt)]]… (9)
It becomes. The signal components corresponding to the first and second terms in square brackets “[]” in equation (9) are not detected due to the frequency response limit of the light receiving element used in the second optical receiver 114, and the square brackets are used. Only signal components corresponding to the third and fourth terms in "[]" are output as the FM modulation signal Sfm. Of these, the fourth term represents an FM modulation signal in which the electric signal Si output from the signal source 100 is an original signal, the carrier frequency is fL = | f1-f2-fx |, and the frequency deviation is ΔF. Yes. The FM modulated signal of the fourth term is a signal having no phase noise without depending on the phase noises φ1 and φ2 of the lights L1 and L2 output from the first optical modulator 102 and the local light source 103, respectively.
[0047]
When the second optical modulator 113 modulates the light intensity of the unmodulated light L2 (see Expression (2)) output from the local light source 103 by the frequency conversion signal Sx expressed by Expression (6). The electric field component of the optical modulation signal output from the second optical modulator 113 is
E2y(t) = A2[1 + m2cos (2πfxt + φ12)]1/2cos (2πf2t + φ2)
It is represented by The above equation can be approximated as:
E2y(t) = A2[1+ (m2/ 2) cos (2πfxt + φ12)] cos (2πf2t + φ2) ... (10)
Here, m 2 is a light (intensity) modulation degree in the second optical modulator 113. Since the first term in the braces “{}” in the expression (10) represents an unmodulated light component, only the second term is considered in the braces “{}”.
[0048]
The second optical receiver 114 includes the optical modulation signal L1 from the first optical modulator 102 (see Expression (1)) and the optical modulation signal L2x from the second optical modulator 113 (in Expression (10)). Based on the square detection characteristics of the curly braces “{}” (see item 2)
I2(t) = R2| E1(t) + E2y(t) |2
= R2A1 2[1 + m1cos (2πfpt)] cos2[2πf1t + ΔFsin (2πfpt) + φ1]
+ R2A2 2(m2 2/ 4) cos2(2πfxt + φ12) cos2(2πf2t + φ2)
+ 2R2A1A2[1 + m1cos (2πfpt)]1/2cos [2πf1t + ΔFsin (2πfpt) + φ1]
× (m2/ 2) cos (2πfxt + φ12) cos (2πf2+ φ2(11)
The photocurrent represented by is output. Signal components corresponding to the first term and the second term in Expression (11) are not detected due to the frequency response limitation of the light receiving element used in the second optical receiver 114. The signal component corresponding to the first term also includes an IM-DD component that is generated by directly detecting the light intensity modulation component in the optical signal L1 from the first optical modulator 102. If the frequency band of the DD component is far from the frequency band of the FM modulation signal Sfm, this component may be ignored. When the frequency band of this IM-DD component overlaps the frequency band of the FM modulation signal Sfm, this component can be suppressed by the configuration of another embodiment described later.
[0049]
Further expanding the third term in equation (11),
Ic2(t) = (R2A1A2m2/ 2) [1 + m1cos (2πfpt)]1/2
× [cos (2πfxt + φ12) cos [2π (f1+ f2) t + ΔFsin (2πfpt) + φ1+ φ2]
+ Cos (2πfxt + φ12) cos [2π (f1-f2) t + ΔFsin (2πfpt) + φ12]]
= (R2A1A2m2/ 4) [1 + m1cos (2πfpt)]1/2
× [cos [2π (f1+ f2+ fx) t + ΔFsin (2πfpt) + 2φ1]
+ Cos [2π (f1+ f2-fx) t + ΔFsin (2πfpt) + 2φ2]
+ Cos [2π (f1-f2+ fx) t + ΔFsin (2πfpt) +2 (φ12)]
+ Cos [2π (f1-f2-fx) t + ΔFsin (2πfpt)]] ... (12)
It becomes. The fourth term in square brackets “[]” in Expression (12) is the electric signal Si output from the signal source 100 as an original signal, and the carrier frequency is fL = | f1-f2 as in Expression (9). −fx |, which represents an FM modulated signal with a frequency deviation amount ΔF. The FM modulated signal of the fourth term is a signal having no phase noise without depending on the phase noises φ1 and φ2 of the lights L1 and L2 output from the first optical modulator 102 and the local light source 103, respectively.
[0050]
As is clear from the comparison between Expression (9) and Expression (12), regarding the magnitude (amplitude) of the FM modulation signal L2x output from the second optical receiver 114, the second optical modulator 113 is used. The optical amplitude modulation is applied twice in FIG. 2 and is advantageous in CNR (carrier-to-noise power ratio) when transmitting this FM modulated signal. Therefore, hereinafter, only the case where optical amplitude modulation is applied in the second optical modulator 113 will be described.
[0051]
As described above, according to the first embodiment, in an optical heterodyne configuration using two light sources, a high-frequency / wideband FM modulated signal without phase noise is generated without depending on the phase noise of the light source. Can do.
[0052]
(Second Embodiment)
A frequency modulation apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 3 and 4A to 4C.
[0053]
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the frequency modulation apparatus according to the second embodiment. This frequency modulation apparatus includes a duplexer 301, a third optical modulator 315, and a fifth optical waveguide 317 in addition to the configuration of the first embodiment shown in FIG. In FIG. 3, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0054]
Next, the operation of this embodiment shown in FIG. 3 will be described. However, since the configuration of the present embodiment conforms to the first embodiment described above, only the differences will be described below.
In the frequency modulation apparatus according to the present embodiment, the duplexer 301 branches the electric signal Si output from the signal source 100 into the first and second electric signals Si1 and Si2 so as to have an opposite phase relationship to each other. Output. The first optical modulator 102 converts the first electrical signal Si1 output from the duplexer 301 into an optical frequency modulation signal L1 and outputs the same as in the first embodiment. The third optical modulator 315 is usually composed of a semiconductor laser, converts the second electric signal Si2 output from the demultiplexer 301 into a light intensity modulation signal L3, and outputs it. The optical signal L3 is input to the second optical receiver 114 via the fifth optical waveguide 317.
[0055]
The second optical receiver 114 receives the optical signal L1 from the first optical modulator 102 and the optical signal L2x from the second optical modulator 113, and from optical heterodyne detection based on the square detection characteristics, An FM modulation signal Sfm is generated as a beat signal having the optical frequency difference between the optical signals L1 and L2x as a center frequency, and the light intensity modulation signal L3 from the third optical modulator 315 is received and square detection is performed. By direct detection based on characteristics, an IM-DD (intensity modulation-direct detection) component is generated from the light intensity modulation signal L3. When the first optical modulator 102 employs a direct modulation method using a semiconductor laser as described in the first embodiment, the optical signal L1 from the first optical modulator 102 is an optical frequency modulation component together with an optical frequency modulation component. An intensity modulation component is also included. Therefore, the second optical receiver 114 receives the optical signal L1 from the first optical modulator 102 and the optical signal L2x from the second optical modulator 113 as shown in FIG. In addition, an FM modulated signal that is a beat signal of the two optical signals is generated by optical heterodyne detection, and at the same time, a first optical signal corresponding to a light intensity modulation component included in the optical signal from the first optical modulator 102 is generated by direct detection. 1 IM-DD (intensity modulation-direct detection) component Simdd1 is generated. The first IM-DD component Simdd1 is an unnecessary component with respect to the FM modulation signal Sfm that is originally required. In particular, as shown in FIG. 4A, the occupied frequency band of the first IM-DD component Simdd1 is When it overlaps with the frequency band of the FM modulation signal Sfm, the quality of the FM modulation signal Sfm is greatly deteriorated. The second optical receiver 114 also receives the optical intensity modulation signal L3 from the third optical modulator 315 and corresponds to the optical intensity modulation signal L3 by direct detection as shown in FIG. 4B. The second IM-DD component Simdd2 having a phase opposite to that of the first IM-DD component Simdd1 is generated. By canceling the first IM-DD component Simdd1 with the second IM-DD component Simdd2, the first IM-DD component Simdd1 is suppressed as shown in FIG.
[0056]
As described above, according to the second embodiment, generation of an IM-DD component that is an unnecessary component due to the light intensity modulation component included in the optical signal L1 is suppressed, and a high-quality high-frequency signal without phase noise is obtained. A broadband FM modulated signal Sfm can be generated.
[0057]
(Third embodiment)
A frequency modulation apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0058]
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the frequency modulation apparatus according to the third embodiment. This frequency modulation apparatus includes a duplexer 301 and a fourth optical modulator 516 in place of the local light source 103 in the configuration of the first embodiment shown in FIG. In FIG. 5, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0059]
Next, the operation of this embodiment shown in FIG. 5 will be described.
In the frequency modulation apparatus according to the present embodiment, the duplexer 301 branches the electric signal Si output from the signal source 100 into the first and second electric signals Si1 and Si2 so as to have an opposite phase relationship to each other. Output. The first optical modulator 102 converts the first electrical signal Si1 output from the duplexer 301 into an optical frequency modulation signal L1 and outputs the same as in the first embodiment. The optical signal L1 output from the first optical modulator 102 is branched into two optical signals by the first optical branching circuit 104, and one of these optical signals beats via the second optical waveguide 107. The other optical signal is input to the first optical receiver 110 in the signal generator 200 and the second optical receiver 114 via the first optical waveguide 106.
[0060]
The fourth optical modulator 516 is an optical modulator of a direct modulation type, and is usually composed of a semiconductor laser or the like, and converts the second electric signal Si2 output from the demultiplexer 301 into an optical frequency modulation signal L2. Convert and output. Since the fourth optical modulator 516 employs a direct modulation method, the output optical signal L2 includes an optical intensity modulation component as well as an optical frequency modulation component, as in the first optical modulator 102. The optical signal L 2 output from the fourth optical modulator 516 is branched into two optical signals by the second optical branch circuit 105, and one of these optical signals beats via the fourth optical waveguide 109. The other optical signal is input to the first optical receiver 110 in the signal generator 200 and the second optical modulator 113 via the third optical waveguide 108.
[0061]
The beat signal generation unit 200 receives the optical signal L1 branched by the first optical branch circuit 104 and the optical signal L2 branched by the second optical branch circuit 105, and performs the first and second light by the following operation. An unmodulated electric signal Sb having a frequency fs = | f1-f2 | corresponding to the difference between the optical frequencies of the signals L1 and L2 is generated. That is, the first optical receiver 110 is composed of a light receiving element such as a photodiode having square detection characteristics, and the optical signal L1 from the first optical modulator 102 and the optical signal from the fourth optical modulator 516. L2 is received, and a modulated beat signal Sbfm having the optical frequency difference fs (= | f1-f2 |) as a center frequency is generated by optical heterodyne detection based on the square detection characteristic. The modulation beat signal Sbfm is an FM modulation signal obtained by down-converting the optical frequency modulation signal L1 output from the first optical modulator 102. The filter 111 extracts only the carrier wave component (the component of the center frequency fs) of the modulated beat signal Sbfm and outputs it as an unmodulated beat signal Sb.
[0062]
The frequency converter 112 performs frequency conversion (for example, down-conversion) on the unmodulated beat signal Sb, and outputs a frequency conversion signal Sx that is a signal having a frequency fx (= | fs−fL |).
[0063]
  The second optical modulator 113 is3The optical signal L2 inserted and arranged in the middle of the optical waveguide 108 and output from the fourth optical modulator 516 is optically modulated by the frequency conversion signal Sx output from the frequency converter 112. That is, the second optical modulator 113 converts the optical signal L2 into an optical modulation signal L2x by optical amplitude modulation or optical intensity modulation, and outputs this.
[0064]
The second optical receiver 114 receives the optical signal L1 from the first optical modulator 102 and the optical signal L2x from the second optical modulator 113, and performs optical heterodyne detection based on the square detection characteristics thereof. An FM modulated signal Sfm in which phase noise is suppressed is generated as a beat signal having a frequency fL (= | fs−fx |) as a center frequency (see FIG. 2C). In addition, the second optical receiver 114 performs first detection based on the square detection characteristic, so that the first IM-DD component corresponding to the light intensity modulation component included in the optical signal L1 from the first optical modulator 102 is obtained. And the optical intensity modulation component included in the optical signal L2 from the fourth optical modulator 516 is also received, and the first IM-DD component and the opposite phase are obtained by direct detection based on the square detection characteristic thereof. A third IM-DD component is generated. The first IM-DD component is canceled by the third IM-DD component, thereby obtaining the FM modulated signal Sfm in which the IM-DD component is suppressed.
[0065]
As described above, according to the third embodiment, generation of an IM-DD component, which is an unnecessary component due to the light intensity modulation component included in the optical signal L1, is suppressed, and high-quality high-frequency, phase noise is prevented. A broadband FM modulated signal Sfm can be generated.
[0066]
(Fourth embodiment)
A frequency modulation apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0067]
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the frequency modulation apparatus according to the fourth embodiment. This frequency modulation device includes an optical filter 617 instead of the electrical filter 111 in the configuration of the first embodiment shown in FIG. In FIG. 6, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0068]
  Next, the operation of this embodiment shown in FIG. 6 will be described. However, since the configuration of the present embodiment conforms to the first embodiment described above, only the differences will be described below.
  In the frequency modulation device of the present embodiment, the optical filter 617 is branched by the first optical branching circuit 104 out of the optical signal L1 from the first optical modulator 102 and the first optical receiver 1.10Only the optical carrier component L1c of the optical signal L1 going toward is passed. The first optical receiver 110 receives the optical carrier component L1c that has passed through the optical filter 617 and the light L2 from the local light source 103, and performs optical heterodyne detection based on the square detection characteristics thereof to determine the optical frequency difference between them. An unmodulated beat signal Sb having a frequency corresponding to fs is generated. The frequency converter 112 converts the frequency of the unmodulated beat signal Sb and outputs a frequency converted signal Sx having a frequency fx. The second light modulator 113 performs light modulation (light amplitude modulation or light intensity modulation) on the light L2 output from the local light source 103 using the frequency conversion signal Sx output from the frequency converter 112. And outputs an optical modulation signal L2x. The second optical receiver 114 receives the optical signal L1 from the first optical modulator 102 and the optical signal L2x from the second optical modulator 113, and performs optical heterodyne detection based on the square detection characteristics thereof. An FM modulated signal Sfm in which phase noise is suppressed is generated as a beat signal having a frequency fL (= | fs−fx |) as a center frequency.
[0069]
As described above, according to the fourth embodiment, in an optical heterodyne configuration using two light sources, a high-frequency / wideband FM modulated signal without phase noise is generated without depending on the phase noise of the light source. Can do.
[0070]
In the configuration including the fourth optical modulator 516 instead of the local light source 103 as in the third embodiment (see FIG. 5), the fourth embodiment is used as shown in FIG. Similarly, the first optical filter 617 is provided in the middle of the second optical waveguide 107, and the second optical filter 627 is provided in the middle of the fourth optical waveguide 109, and output from the fourth optical modulator 516. Then, the second optical filter 627 may pass only the optical carrier component of the optical signal L2 that is branched by the second optical branch circuit 105 and directed to the first optical receiver 110. According to such a configuration, as in the third embodiment, since the unmodulated beat signal Sb is output from the first optical receiver 110, there is no phase noise without using the electrical filter 111. A high frequency / wideband FM modulated signal can be generated.
[0071]
(Fifth embodiment)
A frequency modulation apparatus according to the fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0072]
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the frequency modulation apparatus according to the fifth embodiment. In the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, this frequency modulation device outputs unmodulated light having an optical frequency f1 as the first light L1 instead of the first optical modulator 102 of the direct modulation system. And an optical modulator (hereinafter referred to as “external optical modulator”) 102e that performs frequency modulation using an external modulation method, and the filter 111 is omitted. As shown in FIG. 8, the unmodulated light L <b> 1 output from the light source 101 is input to the first optical branch circuit 104. The external optical modulator 102e is inserted and arranged in the middle of the first optical waveguide 106, and receives an electrical signal Si as an original signal from the signal source 100. In FIG. 8, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0073]
Next, the operation of this embodiment shown in FIG. 8 will be described.
In the frequency modulation device of this embodiment, the unmodulated light L1 output from the light source 101 is branched into two lights by the first light branching circuit 104, and one of the two lights is an external light modulator. The other light is input to the first optical receiver 110.
[0074]
The external optical modulator 102e modulates the unmodulated light L1 from the light source 101 with the electric signal Si from the signal source 100, thereby generating an optical frequency modulation signal L1m having the center optical frequency f1. The optical signal L1m is input to the second optical receiver 114. The first optical receiver 110 receives the unmodulated light L1 from the light source 101 and the unmodulated light L2 from the local light source 103, and performs optical heterodyne detection based on the square detection characteristics thereof to detect the optical frequency difference fs. = Unmodulated beat signal Sb having a frequency corresponding to | f1-f2 | is generated. The frequency converter 112 converts the frequency of the unmodulated beat signal Sb and outputs a frequency converted signal Sx having a frequency fx. The second light modulator 113 performs light modulation (light amplitude modulation or light intensity modulation) on the light L2 from the local light source 103 using the frequency conversion signal Sx output from the frequency converter 112, Outputs an optical modulation signal L2x. This optical modulation signal L2x is also input to the second optical receiver 114. The second optical receiver 114 receives the optical signal L1 from the first optical modulator 102 and the optical signal L2x from the second optical modulator 113, and performs optical heterodyne detection based on the square detection characteristics thereof. An FM modulated signal Sfm in which phase noise is suppressed is generated as a beat signal having a frequency fL (= | fs−fx |) as a center frequency.
[0075]
As described above, according to the fifth embodiment, since the unmodulated beat signal Sb is output from the first optical receiver 110 as in the fourth embodiment, the electrical filter 111 is used. Therefore, it is possible to generate a high frequency / wideband FM modulated signal without phase noise. In addition, in the fifth embodiment, since the unmodulated light L1 from the light source 101 is input to the first optical receiver 110, an optical filter is not required unlike the fourth embodiment.
[0076]
  (First modification)
  In each of the above embodiments, the second optical modulator 113 includes the first3The unmodulated light L2 output from the local light source 103 or the optical signal L2 output from the fourth optical modulator 516 is optically modulated by the frequency conversion signal Sx. However, instead of this, by inserting the second optical modulator 113 in the middle of the first optical waveguide 106, the first optical modulator 106lightThe optical signal L1 output from the modulator 102 may be optically modulated by the frequency conversion signal Sx. FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of such a frequency modulation device. This frequency modulation device is a modification of the first embodiment shown in FIG. 1 (hereinafter referred to as “first modification”).3The second optical modulator 113 inserted in the middle of the first optical waveguide 108 is provided in the middle of the first optical waveguide 106.
[0077]
In the first embodiment or the like, the second optical modulator 113 performs optical amplitude modulation or optical intensity modulation of the unmodulated light L2 having the optical frequency f2 with the frequency conversion signal Sx having the frequency fx (= | fs−fL |). Thus, an optical modulation signal L2x having an optical frequency spectrum as shown in FIG. 10A is generated (where f1> f2).
[0078]
On the other hand, in the frequency modulation device of the first modification, the second optical modulator 113 converts the optical signal L1 having the center frequency f1 into the optical amplitude with the frequency conversion signal Sx having the frequency fx (= | fs−fL |). By modulation or light intensity modulation, an optical modulation signal L1x having an optical frequency spectrum as shown in FIG. 10B is generated (similarly, f1> f2). The second optical receiver 114 in the first modification receives the optical modulation signal L1x and the unmodulated light L2 having the frequency f2 output from the local light source 103, and optical heterodyne detection based on the square detection characteristics. Thus, the FM modulation signal Sfm is generated as a beat signal having the frequency fL (= | fs−fx |) as the center frequency. That is, an FM modulation signal substantially the same as the FM modulation signal Sfm obtained in the first embodiment is generated. Therefore, also with the configuration of the first modification, as in the case of the first embodiment, it is possible to generate a high-frequency / wideband FM modulated signal without phase noise without depending on the phase noise of the light source.
[0079]
(Second modification)
In each of the embodiments described above, more preferably, the first light L1 output from the first light modulator 102 (more precisely, a light source such as a semiconductor laser constituting the light modulator 102) is the first light L1. The propagation time until the light directly reaches the second optical receiver 114 via the optical waveguide 106, and the light L1 thereof is the second optical waveguide 107, the first optical receiver 110, and the second optical modulator 113. The propagation times until reaching the second optical receiver 114 via the same are mutually equal, and the local light source 103 or the fourth optical modulator 516 (to be precise, the light source constituting the optical modulator 516) ) And the propagation time until the second light L2 output from the second optical receiver 114 reaches the second optical receiver 114 via the third optical waveguide 108 and the second optical modulator 113, and the light L2 is the fourth. Optical waveguide 109 and first optical receiver 110. Beauty propagation time to reach the second of the second optical receiver 114 through the optical modulator 113 and the like and is set to be equal to each other.
[0080]
For example, one or a plurality of optical or electrical delay circuits are provided in an optical path or an electrical path such as an optical waveguide constituting the propagation paths of the first and second lights L1 and L2, and a propagation time adjusting means Such a setting can be realized. The propagation time adjusting means is preferably an electrical adjusting means rather than an optical adjusting means in terms of cost and the like. FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a modified example (hereinafter referred to as “second modified example”) of the first embodiment shown in FIG. 1, and is a delay adjuster configured by an electrical delay circuit. Reference numeral 710 denotes a configuration of a frequency modulation device inserted between the frequency converter 112 and the second optical modulator 113 as the adjusting means. The insertion position of the delay adjuster 710 is not limited to the above position. For example, instead of the frequency converter 112 and the second optical modulator 113, the filter 111, the frequency converter 112, Or a delay adjuster 710 may be inserted between the first optical receiver 11 and the filter 111.
[0081]
By realizing the above setting by such a propagation time adjusting means, the phase noise of the FM modulated signal Sfm output from the second optical receiver 114 can be more reliably suppressed, and a high-quality high-frequency / wideband can be further suppressed. An FM modulated signal can be generated.
[0082]
(Third and fourth modifications)
In the second embodiment and the third embodiment described above, more desirably, the first IM-DD component and the second IM-DD component generated in the second optical receiver 114 or the first IM-DD component, The first IM-DD component and the third IM-DD component are set so as to have opposite phases and the same amplitude. More specifically, in order to adjust the phase of these IM-DD components, the first electric signal Si1 which is one of the signals branched by the duplexer 301 is converted into an optical signal L1 by the first optical modulator 102. And the second electrical signal Si2, which is the other signal branched by the demultiplexer 301, until the second optical receiver 114 reaches the second optical receiver 114 via the first optical waveguide 106. 3 is converted into an optical signal L3 or L2 by the third optical modulator 315 or the fourth optical modulator 516, and reaches the second optical receiver 114 via the fifth optical waveguide 317 or the third optical waveguide 108. Are set so that their propagation times are equal to each other. In addition, in the optical signal received by the second optical receiver 114, the amplitudes of the light intensity modulation components corresponding to the first IM-DD component and the second IM-DD component are equal to each other, or the first IM-DD The amplitudes of the light intensity modulation components corresponding to the DD component and the third IM-DD component are set to be equal to each other.
[0083]
For example, one or a plurality of electrical or optical delay circuits and variable gain amplifiers (or attenuators) are connected to the electrical path or optical path (optical waveguide) constituting the above-described signal propagation path. Such a setting can be realized by inserting as means for adjusting the phase and amplitude. As such a phase and amplitude adjusting means, an electrical adjusting means is preferable to an optical adjusting means in terms of cost and the like. FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a modified example (hereinafter referred to as “third modified example”) of the second embodiment shown in FIG. 3, and is configured by an electrical delay circuit and a variable gain amplifier. The delay / amplitude adjuster 720 is a configuration of a frequency modulation device in which the demultiplexer 301 and the third optical modulator 315 are inserted as the adjusting means. FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a modified example (hereinafter referred to as “fourth modified example”) of the third embodiment shown in FIG. A configuration of a frequency modulation device in which an amplitude adjuster 730 is inserted between the duplexer 301 and the fourth optical modulator 516 is shown. The insertion positions of the delay / amplitude adjusters 720 and 730 are not limited to the above positions, and may be inserted between the duplexer 301 and the first optical modulator 102, for example.
[0084]
By realizing the above-described setting by such a phase and amplitude adjusting means, the IM-DD component output from the second optical receiver 114 is more reliably suppressed, and further high-quality high-frequency / wideband FM modulation is performed. A signal can be generated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a frequency modulation apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram (A) showing a frequency spectrum of an output signal from a first optical receiver in the frequency modulation device according to the first embodiment, and a frequency converter in the frequency modulation device according to the first embodiment. The schematic diagram (B) which shows the frequency spectrum of the input-output signal, and the schematic diagram (C) which shows the frequency spectrum of the output signal from the 2nd optical receiver in the frequency modulation apparatus which concerns on 1st Embodiment.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a frequency modulation apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a frequency spectrum of a signal after detection corresponding to an optical signal output from the first and second optical modulators and input to the second optical receiver in the frequency modulation device according to the second embodiment. Schematic diagram (A), the frequency spectrum of the signal after detection corresponding to the optical signal output from the third optical modulator and input to the second optical receiver in the frequency modulation device according to the second embodiment. The schematic diagram (B) which shows, and the schematic diagram (C) which shows the frequency spectrum of the output signal from the 2nd optical receiver in the frequency modulation apparatus which concerns on 2nd Embodiment.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a frequency modulation apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a frequency modulation apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing another configuration of the frequency modulation apparatus according to the fourth embodiment.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a frequency modulation apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a frequency modulation apparatus according to a first modification which is a modification of the first embodiment.
FIG. 10 is a schematic diagram (A) illustrating an optical frequency spectrum of an optical signal input to a second optical receiver in the frequency modulation device according to each of the first, second, fourth, and fifth embodiments; The schematic diagram (B) which shows the optical frequency spectrum of the optical signal input into a 2nd optical receiver in the frequency modulation apparatus which concerns on a 1st modification.
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a frequency modulation apparatus according to a second modification which is another modification of the first embodiment.
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a frequency modulation apparatus according to a third modification which is a modification of the second embodiment.
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a frequency modulation apparatus according to a fourth modification, which is a modification of the third embodiment.
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a conventional frequency modulation device.
FIG. 15 is a schematic diagram (A) showing an optical frequency spectrum of an optical signal input to an optical receiver in a conventional frequency modulation device, and a frequency spectrum of an output signal from the optical receiver in the conventional frequency modulation device. Schematic diagram (B) shown.
[Explanation of symbols]
100: Signal source
102. First optical modulator
102e ... External light modulator
103 ... Local light source
104... First optical branching circuit
105 ... Second optical branching circuit
106: First optical waveguide
107… second optical waveguide
108. Third optical waveguide
109: Fourth optical waveguide
110 ... 1st optical receiver
111 ... Filter
112 ... Frequency converter
113… Second optical modulator
114 ... Second optical receiver
200 ... beat signal generator
301 ... duplexer
315 ... Third optical modulator
516 ... Fourth optical modulator
617, 627 ... Optical filter
710 ... Delay adjuster
720, 730 ... delay / amplitude adjuster
Si ... (Input) Electrical signal
Sbfm: Modulation beat signal
Sb: Unmodulated beat signal
Sx Frequency conversion signal
Sfm FM modulation signal (frequency modulation signal)

Claims (12)

光周波数の互いに異なる第1および第2の光をそれぞれ出力する第1および第2の光源を用いた光周波数変調および光ヘテロダイン検波により、入力電気信号を周波数変調信号に変換し、FM変調信号として出力する周波数変調装置であって、
前記入力電気信号で周波数変調された前記第1の光を第1の光信号として出力する第1の光変調器と、
前記第1および第2の光から自乗検波特性に基づく光検波によって得られるビート信号の搬送波成分に相当する無変調ビート信号を生成するビート信号生成部と、
前記無変調ビート信号の周波数を変換することにより周波数変換信号を生成する周波数変換器と、
前記第1の光信号と前記第2の光とのうち一方を前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第2の光信号を生成する第2の光変調器と、
前記第1の光信号と前記第2の光とのうちの他方および前記第2の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により前記FM変調信号を生成する光受信器と、
を備える周波数変調装置。
An optical signal is converted into a frequency modulation signal by optical frequency modulation and optical heterodyne detection using first and second light sources that output first and second light beams having different optical frequencies, respectively, and is used as an FM modulation signal. An output frequency modulation device comprising:
A first optical modulator that outputs the first light frequency-modulated with the input electrical signal as a first optical signal;
A beat signal generating unit that generates an unmodulated beat signal corresponding to a carrier component of a beat signal obtained by optical detection based on square detection characteristics from the first and second lights;
A frequency converter that generates a frequency converted signal by converting the frequency of the unmodulated beat signal;
A second optical modulator that generates a second optical signal by performing optical amplitude modulation or optical intensity modulation of one of the first optical signal and the second light with the frequency conversion signal;
An optical receiver that receives the other of the first optical signal and the second light and the second optical signal, and generates the FM modulated signal by optical detection based on square detection characteristics;
A frequency modulation device comprising:
前記第1の光変調器は、直接変調によって前記第1の光信号を生成し、
前記ビート信号生成部は、
前記第1の光信号および前記第2の光を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、前記第1の光信号および前記第2の光の光周波数の差に相当する中心周波数を有する変調された電気信号である変調ビート信号を生成する受光素子と、
前記変調ビート信号からその搬送波成分を抽出し、当該搬送波成分を前記無変調ビート信号として出力するフィルタとを含む、請求項1に記載の周波数変調装置。
The first optical modulator generates the first optical signal by direct modulation;
The beat signal generator
Modulation having a center frequency corresponding to the difference between the optical frequencies of the first optical signal and the second light by receiving the first optical signal and the second light and performing optical detection based on square detection characteristics A light receiving element that generates a modulated beat signal that is an electrical signal,
The frequency modulation device according to claim 1, further comprising: a filter that extracts a carrier component from the modulated beat signal and outputs the carrier component as the unmodulated beat signal.
前記第1の光変調器は、
無変調光である前記第1の光を出力する前記第1の光源と、
前記第1の光源から出力された前記第1の光を前記入力電気信号で変調することにより前記第1の光信号を生成する外部光変調器とを含み、
前記第2の光源は、無変調光を前記第2の光として出力し、
前記ビート信号生成部は、無変調光である前記第1および第2の光を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により前記無変調ビート信号を生成する受光素子を含む、請求項1に記載の周波数変調装置。
The first optical modulator includes:
The first light source for outputting the first light which is unmodulated light;
An external optical modulator that generates the first optical signal by modulating the first light output from the first light source with the input electrical signal;
The second light source outputs unmodulated light as the second light,
The beat signal generation unit includes a light receiving element that receives the first and second lights, which are unmodulated light, and generates the unmodulated beat signal by optical detection based on square detection characteristics. Frequency modulation device.
前記第1の光変調器は、前記入力電気信号の振幅変化を前記第1の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数f1の前記第1の光信号を生成し、
前記第2の光源は、所定の周波数f2の光を前記第2の光として出力し、
前記ビート信号生成部は、
前記第1の光信号と前記第2の光とを受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、前記第1の光信号および前記第2の光の光周波数の差に相当する周波数fs=|f1−f2|において、変調された電気信号である変調ビート信号を生成する受光素子と、
前記変調ビート信号からその搬送波成分を抽出し、当該搬送波成分を前記無変調ビート信号として出力するフィルタとを含み、
前記周波数変換器は、前記無変調ビート信号を所定の周波数fx の信号に変換し、変換後の当該信号を前記周波数変換信号として出力し、
前記第2の光変調器は、前記第1の光信号と前記第2の光とのうち一方を周波数fx の前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第2の光信号を生成し、
前記光受信器は、前記第1の光信号と前記第2の光とのうちの他方および前記第2の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、周波数fL =|fs−fx| において前記FM変調信号を生成する、請求項1に記載の周波数変調装置。
The first optical modulator generates the first optical signal having a predetermined center frequency f1 by uniquely converting an amplitude change of the input electric signal into a change of the optical frequency of the first light. ,
The second light source outputs light having a predetermined frequency f2 as the second light,
The beat signal generator
By receiving the first optical signal and the second light and performing optical detection based on square detection characteristics, a frequency fs = | corresponding to the difference between the optical frequencies of the first optical signal and the second light. a light receiving element that generates a modulated beat signal that is a modulated electric signal at f1-f2 |
A filter that extracts the carrier component from the modulated beat signal and outputs the carrier component as the unmodulated beat signal;
The frequency converter converts the unmodulated beat signal into a signal having a predetermined frequency fx, and outputs the converted signal as the frequency converted signal.
The second optical modulator performs optical amplitude modulation or optical intensity modulation on one of the first optical signal and the second light with the frequency conversion signal having a frequency fx, thereby converting the second optical signal. Generate and
The optical receiver receives the other of the first optical signal and the second optical signal and the second optical signal, and performs optical detection based on a square detection characteristic, thereby performing frequency fL = | fs−fx. The frequency modulation apparatus according to claim 1, wherein the FM modulation signal is generated at |
前記入力電気信号を互いに逆相の第1および第2の電気信号に分岐させる分波器と、
前記第2の電気信号を光強度変調によって第3の光信号に変換する第3の光変調器と、
を更に備え、
前記第1の光変調器は、直接変調によって前記第1の電気信号の振幅変化を前記第1の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数f1の前記第1の光信号を生成し、
前記第2の光源は、所定の周波数f2の光を前記第2の光として出力し、
前記ビート信号生成部は、
前記第1の光信号と前記第2の光とを受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、前記第1の光信号および前記第2の光の光周波数の差に相当する周波数fs=|f1−f2|において、変調された電気信号である変調ビート信号を生成する受光素子と、
前記変調ビート信号からその搬送波成分を抽出し、当該搬送波成分を前記無変調ビート信号として出力するフィルタとを含み、
前記周波数変換器は、前記無変調ビート信号を所定の周波数fx の信号に変換し、変換後の当該信号を前記周波数変換信号として出力し、
前記第2の光変調器は、前記第1の光信号と前記第2の光とのうち一方を周波数fx の前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第2の光信号を生成し、
前記光受信器は、前記第1の光信号と前記第2の光とのうちの他方および前記第2の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、周波数fL =|fs−fx| において前記FM変調信号を生成するとともに、前記第3の光信号を受け取って、前記光検波により、前記第3の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する電気信号を生成する、請求項1に記載の周波数変調装置。
A duplexer for branching the input electrical signal into first and second electrical signals of opposite phases;
A third optical modulator that converts the second electrical signal into a third optical signal by optical intensity modulation;
Further comprising
The first optical modulator uniquely converts an amplitude change of the first electric signal into a change in the optical frequency of the first light by direct modulation, whereby the first optical modulator having a predetermined center frequency f1 is converted. Generate optical signals,
The second light source outputs light having a predetermined frequency f2 as the second light,
The beat signal generator
By receiving the first optical signal and the second light and performing optical detection based on square detection characteristics, a frequency fs = | corresponding to the difference between the optical frequencies of the first optical signal and the second light. a light receiving element that generates a modulated beat signal that is a modulated electric signal at f1-f2 |
A filter that extracts the carrier component from the modulated beat signal and outputs the carrier component as the unmodulated beat signal;
The frequency converter converts the unmodulated beat signal into a signal having a predetermined frequency fx, and outputs the converted signal as the frequency converted signal.
The second optical modulator performs optical amplitude modulation or optical intensity modulation on one of the first optical signal and the second light with the frequency conversion signal having a frequency fx, thereby converting the second optical signal. Generate and
The optical receiver receives the other of the first optical signal and the second optical signal and the second optical signal, and performs optical detection based on a square detection characteristic, thereby performing frequency fL = | fs−fx. The FM modulation signal is generated in |, the third optical signal is received, and an electrical signal corresponding to a light intensity modulation component included in the third optical signal is generated by the optical detection. The frequency modulation device according to 1.
前記光受信器の前記自乗検波特性に基づく光検波によって生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第1の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第1のIM−DD成分と、当該生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第3の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第2のIM−DD成分とを、互いに逆相かつ同一振幅とする位相・振幅調整手段を更に備える、請求項5に記載の周波数変調装置。A first IM-DD component corresponding to a light intensity modulation component included in the first optical signal among intensity modulation-direct detection components generated by optical detection based on the square detection characteristics of the optical receiver; Phase / amplitude adjustment in which the second IM-DD component corresponding to the light intensity modulation component included in the third optical signal among the generated intensity modulation-direct detection components is opposite in phase and has the same amplitude. 6. The frequency modulation device according to claim 5, further comprising means. 前記入力電気信号を互いに逆相の第1および第2の電気信号に分岐する分波器と、
所定の中心周波数f2の変調光である前記第2の光を第4の光信号として出力する第4の光変調器と、
を更に備え、
前記第1の光変調器は、直接変調によって前記第1の電気信号の振幅変化を前記第1の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数f1の前記第1の光信号を生成し、
前記第4の光変調器は、直接変調によって前記第2の電気信号の振幅変化を前記第2の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数f2の前記第4の光信号を生成し、
前記ビート信号生成部は、
前記第1および第4の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、前記第1および第4の光信号の光周波数の差に相当する周波数fs=|f1−f2|において、変調された電気信号である変調ビート信号を生成する受光素子と、
前記変調ビート信号からその搬送波成分を抽出し、当該搬送波成分を前記無変調ビート信号として出力するフィルタとを含み、
前記周波数変換器は、前記無変調ビート信号を所定の周波数fx の信号に変換し、変換後の当該信号を前記周波数変換信号として出力し、
前記第2の光変調器は、前記第1の光信号と前記第4の光信号のうち一方を周波数fx の前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第2の光信号を生成し、
前記光受信器は、前記第1の光信号と前記第4の光信号のうちの他方および前記第2の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、周波数fL =|fs−fx |において前記FM変調信号を生成する、請求項1に記載の周波数変調装置。
A duplexer for branching the input electrical signal into first and second electrical signals having opposite phases;
A fourth optical modulator that outputs the second light, which is modulated light having a predetermined center frequency f2, as a fourth optical signal;
Further comprising
The first optical modulator uniquely converts an amplitude change of the first electric signal into a change in the optical frequency of the first light by direct modulation, whereby the first optical modulator having a predetermined center frequency f1 is converted. Generate optical signals,
The fourth optical modulator uniquely converts an amplitude change of the second electric signal into a change in the optical frequency of the second light by direct modulation, whereby the fourth optical modulator having a predetermined center frequency f2 is converted. Generate optical signals,
The beat signal generator
The first and fourth optical signals are received and modulated at a frequency fs = | f1-f2 | corresponding to a difference in optical frequency between the first and fourth optical signals by optical detection based on square detection characteristics. A light receiving element that generates a modulated beat signal that is an electrical signal,
A filter that extracts the carrier component from the modulated beat signal and outputs the carrier component as the unmodulated beat signal;
The frequency converter converts the unmodulated beat signal into a signal having a predetermined frequency fx, and outputs the converted signal as the frequency converted signal.
The second optical modulator performs optical amplitude modulation or optical intensity modulation of one of the first optical signal and the fourth optical signal with the frequency conversion signal having a frequency fx, thereby converting the second optical signal. Generate
The optical receiver receives the other one of the first optical signal and the fourth optical signal and the second optical signal, and performs optical detection based on a square detection characteristic to generate a frequency fL = | fs−fx. The frequency modulation device according to claim 1, wherein the FM modulation signal is generated at |.
前記光受信器の前記自乗検波特性に基づく光検波によって生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第1の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第1のIM−DD成分と、当該生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第4の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第3のIM−DD成分とを、互いに逆相かつ同一振幅とする位相・振幅調整手段を更に備える、請求項7に記載の周波数変調装置。A first IM-DD component corresponding to a light intensity modulation component included in the first optical signal among intensity modulation-direct detection components generated by optical detection based on the square detection characteristics of the optical receiver; Phase / amplitude adjustment in which the third IM-DD component corresponding to the light intensity modulation component included in the fourth optical signal among the generated intensity modulation-direct detection components is opposite in phase and has the same amplitude. The frequency modulation device according to claim 7, further comprising means. 前記第1の光変調器と前記ビート信号生成部との間に挿入され、前記第1の光信号からその光搬送波成分を抽出する光フィルタを更に備え、
前記第2の光源は、無変調光を前記第2の光として出力し、
前記ビート信号生成部は、前記光フィルタによって抽出された光搬送波成分と前記第2の光とを受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により前記無変調ビート信号を生成する受光素子を含む、請求項1に記載の周波数変調装置。
An optical filter that is inserted between the first optical modulator and the beat signal generation unit and extracts the optical carrier component from the first optical signal;
The second light source outputs unmodulated light as the second light,
The beat signal generation unit includes a light receiving element that receives the optical carrier component extracted by the optical filter and the second light, and generates the unmodulated beat signal by optical detection based on square detection characteristics. Item 2. The frequency modulation device according to Item 1.
前記入力電気信号を互いに逆相の第1および第2の電気信号に分岐する分波器と、
所定の中心周波数f2の変調光である前記第2の光を第4の光信号として出力する第4の光変調器と、
前記第1の光変調器と前記ビート信号生成部との間に挿入された第1の光フィルタと、
前記第4の光変調器と前記ビート信号生成部との間に挿入された第2の光フィルタと、
を更に備え、
前記第1の光変調器は、直接変調によって前記第1の電気信号の振幅変化を前記第1の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数f1の前記第1の光信号を生成し、
前記第4の光変調器は、直接変調によって前記第2の電気信号の振幅変化を前記第2の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数f2の前記第4の光信号を生成し、
前記第1の光フィルタは、前記第1の光信号からその光搬送波成分を抽出し、前記第2の光フィルタは、前記第4の光信号からその光搬送波成分を抽出し、前記ビート信号生成部は、前記第1および第2の光フィルタによって抽出された両光搬送波成分を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、当該両光搬送波成分の光周波数の差に相当する周波数fs=|f1−f2|において前記無変調ビート信号を生成する受光素子を含み、
前記周波数変換器は、前記無変調ビート信号を所定の周波数fx の信号に変換し、変換後の当該信号を前記周波数変換信号として出力し、
前記第2の光変調器は、前記第1の光信号と前記第4の光信号のうち一方を周波数fx の前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第2の光信号を生成し、
前記光受信器は、前記第1の光信号と前記第4の光信号のうちの他方および前記第2の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、周波数fL =|fs−fx |において前記FM変調信号を生成する、請求項1に記載の周波数変調装置。
A duplexer for branching the input electrical signal into first and second electrical signals having opposite phases;
A fourth optical modulator that outputs the second light, which is modulated light having a predetermined center frequency f2, as a fourth optical signal;
A first optical filter inserted between the first optical modulator and the beat signal generator;
A second optical filter inserted between the fourth optical modulator and the beat signal generator;
Further comprising
The first optical modulator uniquely converts an amplitude change of the first electric signal into a change in the optical frequency of the first light by direct modulation, whereby the first optical modulator having a predetermined center frequency f1 is converted. Generate optical signals,
The fourth optical modulator uniquely converts an amplitude change of the second electric signal into a change in the optical frequency of the second light by direct modulation, whereby the fourth optical modulator having a predetermined center frequency f2 is converted. Generate optical signals,
The first optical filter extracts the optical carrier component from the first optical signal, the second optical filter extracts the optical carrier component from the fourth optical signal, and generates the beat signal. The unit receives both the optical carrier components extracted by the first and second optical filters, and performs optical detection based on the square detection characteristic to obtain a frequency fs = | corresponding to the difference between the optical frequencies of the two optical carrier components. a light receiving element for generating the unmodulated beat signal at f1-f2 |
The frequency converter converts the unmodulated beat signal into a signal having a predetermined frequency fx, and outputs the converted signal as the frequency converted signal.
The second optical modulator performs optical amplitude modulation or optical intensity modulation of one of the first optical signal and the fourth optical signal with the frequency conversion signal having a frequency fx, thereby converting the second optical signal. Generate
The optical receiver receives the other one of the first optical signal and the fourth optical signal and the second optical signal, and performs optical detection based on a square detection characteristic to generate a frequency fL = | fs−fx. The frequency modulation device according to claim 1, wherein the FM modulation signal is generated at |.
前記光受信器の前記自乗検波特性に基づく光検波によって生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第1の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第1のIM−DD成分と、当該生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第4の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第3のIM−DD成分とを、互いに逆相かつ同一振幅とする位相・振幅調整手段を更に備える、請求項10に記載の周波数変調装置。A first IM-DD component corresponding to a light intensity modulation component included in the first optical signal among intensity modulation-direct detection components generated by optical detection based on the square detection characteristics of the optical receiver; Phase / amplitude adjustment in which the third IM-DD component corresponding to the light intensity modulation component included in the fourth optical signal among the generated intensity modulation-direct detection components is opposite in phase and has the same amplitude. The frequency modulation device according to claim 10, further comprising means. 前記第1の光源から前記ビート信号生成部を介して前記光受信器に至る経路の光および電気伝搬時間と、前記第1の光源から直接に前記光受信器に至る経路の光伝搬時間とを互いに等しくする第1の伝搬時間調整手段と、
前記第2の光源から前記ビート信号生成部を介して前記光受信器に至る経路の光および電気伝搬時間と、前記第2の光源から直接に前記光受信器に至る経路の光伝搬時間とを互いに等しくする第2の伝搬時間調整手段と、
を更に備える、請求項1に記載の周波数変調装置。
Light and electrical propagation time of a path from the first light source to the optical receiver via the beat signal generation unit, and light propagation time of a path from the first light source directly to the optical receiver First propagation time adjustment means equal to each other;
A light and electrical propagation time of a path from the second light source through the beat signal generation unit to the optical receiver, and an optical propagation time of a path from the second light source directly to the optical receiver. Second propagation time adjusting means for equalizing each other;
The frequency modulation device according to claim 1, further comprising:
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