(57)【要約】【課題】  光ファイバを発振ループに組み込んだ光マイクロ波発振器において、周囲温度変化時にも、安定した発振周波数の出力を可能にすることを目的とする。【解決手段】  光マイクロ波発振器１に温度補償バンドパスフィルタ７を組み込むことで、温度補償バンドパスフィルタ７の周囲温度変化に応じて遅延時間を変化させ、周囲温度変化時に生じる光ファイバ４の遅延時間の変化を補償し、光マイクロ波発振器１のトータルの遅延時間を一定に保つ。これにより、安定した発振周波数の出力を可能にする。【選択図】      図１
2010206615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーダイオードと、
上記レーザーダイオードの出力光を振幅変調する光強度変調器と、
上記光強度変調器から出力される光信号を遅延させる所定長の光ファイバと、
上記光ファイバにより遅延された光信号を電気信号に変換するフォトダイオードと、
上記フォトダイオードから出力される電気信号を増幅するアンプと、
上記アンプの増幅信号について所望の周波数成分のみを通過させる共振器を有したバンドパスフィルタと、
を備え、
上記バンドパスフィルタは、温度変化に応じて上記共振器の共振長を変化させる温度補償機構を有し、当該温度補償機構は、温度変化に伴う上記光ファイバの遅延時間変化を補償することを特徴とした光マイクロ波発振器。
【請求項２】
レーザーダイオードと、
上記レーザーダイオードの出力光を振幅変調する光強度変調器と、
上記光強度変調器から出力される光信号を遅延させる所定長の光ファイバと、
上記光ファイバにより遅延された光信号を電気信号に変換するフォトダイオードと、
上記フォトダイオードから出力される電気信号を増幅するアンプと、
上記アンプの増幅信号について所望の周波数成分のみを通過させる共振器を有したバンドパスフィルタと、
上記光ファイバおよび上記バンドパスフィルタの温度を一定に保つ恒温槽と、
を備えた光マイクロ波発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光ファイバを発振ループに組み込んで光信号の発振を行い、発振した光信号をマイクロ波信号に変換する光マイクロ波発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波回路により構成された発振器では、発振周波数の高周波化とともに、信号の純度を示す指標である、位相雑音性能が劣化する問題を抱えている。これに対し、光ファイバを発振ループに組み込んだ光マイクロ波発振器では、位相雑音性能は回路の遅延時間のみに依存するので、より長い光ファイバを挿入して遅延時間を大きくすればするほど、位相雑音性能をより向上することができる(例えば非特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Nan Yu,"Optoelectronic・Microwave Generation for Achieving・Ultra-low Noise and Long-term Stability", Asia-Pacific Microwave Conf.,Kobe,Japan,2006
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、遅延要素として光ファイバを用いた場合、周囲温度変化に伴いファイバ長が膨張、収縮するので、遅延時間τは低温時は小さくなり、高温時は大きくなる温度依存性を有する。発振周波数fo(n)は整数nと遅延時間τを用いてfo(n)＝n/τと表されるので、従来の光マイクロ波発振器では、周囲温度変化に伴う遅延時間τの変化により、発振周波数foが変動する問題があった。
【０００５】
この発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、光ファイバを発振ループに組み込んだ光マイクロ波発振器において、周囲温度変化に関わらず遅延時間を一定に保つことで、安定した発振周波数の出力を可能にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による光マイクロ波発振器は、レーザーダイオードと、上記レーザーダイオードの出力光を振幅変調する光強度変調器と、上記光強度変調器から出力される光信号を遅延させる所定長の光ファイバと、上記光ファイバにより遅延された光信号を電気信号に変換するフォトダイオードと、上記フォトダイオードから出力される電気信号を増幅するアンプと、上記アンプの増幅信号について所望の周波数成分のみを通過させる共振器を有したバンドパスフィルタとを備え、上記バンドパスフィルタは、温度変化に応じて上記共振器の共振長を変化させる温度補償機構を有し、当該温度補償機構は、温度変化に伴う上記光ファイバの遅延時間変化を補償することを特徴としたものである。
【０００７】
また、レーザーダイオードと、上記レーザーダイオードの出力光を振幅変調する光強度変調器と、上記光強度変調器から出力される光信号を遅延させる所定長の光ファイバと、上記光ファイバにより遅延された光信号を電気信号に変換するフォトダイオードと、上記フォトダイオードから出力される電気信号を増幅するアンプと、上記アンプの増幅信号について所望の周波数成分のみを通過させる共振器を有したバンドパスフィルタと、上記光ファイバおよび上記バンドパスフィルタの温度を一定に保つ恒温槽とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、光マイクロ波発振器の遅延時間を一定に保ち、安定した発振周波数の出力が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による光マイクロ波発振器の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による温度補償ＢＰＦの構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１による光マイクロ波発振器の温度、遅延時間および発振周波数の関係を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態２による光マイクロ波発振器の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２によるＢＰＦの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、図を用いて、この発明に係る実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１による光マイクロ波発振器１の構成を示す図である。図において、光マイクロ波発振器１は、レーザーダイオード２と、光強度変調器３と、光ファイバ４と、フォトダイオード５と、アンプ６と、温度補償バンドパスフィルタ(以下、温度補償ＢＰＦと称す)７と、カプラ８とを備えて構成される。光ファイバ４は、通過する光信号を所定時間だけ遅延させるために必要な所定の長さを有している。
【００１１】
レーザーダイオード２は、光源としてレーザー光を発振し出力する。レーザーダイオード２から出力されたレーザー光は、光強度変調器３へ入力される。光強度変調器３は、カプラ８を介して光マイクロ波発振器１の出力信号の一部信号が入力され、当該入力信号に基づいて、レーザーダイオード２から入力されたレーザー光を振幅変調する。光強度変調器３により変調を受けた光信号は光ファイバ４により遅延され、フォトダイオード５に入力される。フォトダイオード５は、光ファイバ４から入力された光信号をマイクロ波の電気信号に変換し、アンプ６に出力する。アンプ６は、フォトダイオード５から入力されたマイクロ波の電気信号を増幅し、温度補償ＢＰＦ７に出力する。温度補償ＢＰＦ７は、アンプ６により増幅された電気信号から不要な信号成分を取り除く。温度補償ＢＰＦ７を通過した信号は、カプラ８により、光マイクロ波発振器１の出力信号と、上記光強度変調器３への帰還信号とに再び分配される。
【００１２】
図２は、実施の形態１による温度補償ＢＰＦ７の構成を示す図であり、図２（ａ）は上面図、図２（ｂ）は側面図を示している。図において、温度補償ＢＰＦ７は、温度補償ピン９と、共振器１０と、同軸導波菅変換器１１ａ、１１ｂにより構成される。共振器１０の内部は中空の半球構造となっている。共振器１０の上部には穴を設けてあり、ここに共振器１０より熱膨張率の大きな素材でできた温度補償ピン９を挿入し、温度補償ピン９が共振器１０の共振空間内に突き出している。例えば、共振器１０には熱膨張率の小さな素材であるスーパーインバーを用いる（熱膨張係数は、０．５×１０−６／Ｋ）。また、温度補償ピン９には熱膨張率の大きな素材である真鍮を使用する（熱膨張係数は、１７．５×１０−６／Ｋ）。温度補償ＢＰＦ７に入力されたマイクロ波は、入力用の同軸導波菅変換器１１ａによって、マイクロ波信号が同軸線を伝搬する同軸線モードから導波管を伝播する導波管モードに変換される。入力用の同軸導波菅変換器１１ａは共振器１０に接続されており、同軸導波菅変換器１１ａから共振器１０に入力されたマイクロ波電波は、共振器１０を通過して出力用の同軸導波菅変換器１１ｂに出力され、マイクロ波電波が導波管を伝播する導波管モードから同軸線を伝搬する同軸線モードに変換される。また、共振器１０を通過するマイクロ波電波は、共振器１０の形状特性によって、通過信号の周波数帯や遅延時間が制御される。
【００１３】
実施の形態１による光マイクロ波発振器１は、周囲温度変化による光ファイバ４の遅延時間の変化を、温度補償ＢＰＦ７により補償することを特徴としている。以下、その原理について説明する。図３は、実施の形態１による光マイクロ波発振器１の温度、遅延時間および発振周波数の関係を説明するための図であり、（ａ）は光ファイバ４の温度と遅延時間の関係を示し、（ｂ）は温度補償ＢＰＦ７の温度と遅延時間の関係を示し、（ｃ）は光マイクロ波発振器１のトータル遅延時間τと温度の関係を示し、（ｄ）は発振周波数ｆ０と温度の関係を示す図である。
【００１４】
まず、光ファイバ４は、周囲温度変化に伴いそのファイバ長が膨張または収縮する。従って、光ファイバ４により生じる遅延時間τ1は、図３（ａ）に示す通り高温になるほど大きくなる。
ここで、温度補償ＢＰＦ７は、共振器１０に熱膨張率の小さな素材を使用し、温度補償ピン９に熱膨張率の大きな素材を使用している。このため、温度が高温になるに連れて、共振器１０の高さ方向サイズに比して温度補償ピン９の長さが相対的に長くなり、共振器１０の共振空間が狭くなることから共振周波数が高くなる。その結果、温度が高温になるに連れて、温度補償ＢＰＦ７により生じる遅延時間τ２が短くなる。
【００１５】
すなわち、温度補償ＢＰＦ７により生じる遅延時間τ２の変化は、図３（ｂ）に示す通り高温時には小さく、低温時には大きくなる。これによって、光マイクロ波発振器１のトータルの遅延時間τ＝τ１＋τ２は、図３（ｃ）に示す通り周囲温度に関わらず一定となる。
【００１６】
光マイクロ波発振器１の発振周波数ｆ０（ｎ）は、整数ｎと遅延時間τを用いて、ｆ０（ｎ）＝ｎ／τで表される。従って、光マイクロ波発振器１は、図３（ｄ）に示す通り、安定した発振周波数を出力することが可能となる。
【００１７】
以上説明したとおり、この実施の形態１による光マイクロ波発振器は、レーザーダイオードと、上記レーザーダイオードの出力光を振幅変調する光強度変調器と、上記光強度変調器から出力される光信号を遅延させる所定長の光ファイバと、上記光ファイバにより遅延された光信号をマイクロ波信号に変換するフォトダイオードと、上記フォトダイオードから出力されるマイクロ波信号を増幅するアンプと、上記アンプの増幅信号について所望の周波数成分のみを通過させる共振器を有したバンドパスフィルタとを備え、上記バンドパスフィルタは、温度変化に応じて上記共振器の共振長を変化させる温度補償機構を有し、当該温度補償機構は、温度変化に伴う上記光ファイバの遅延時間変化を補償することを特徴としたものである。
ここで、共振器は、入力用の同軸導波菅変換器と出力用の同軸導波管変換器に接続され、アンプから出力されたマイクロ波信号は、同軸導波菅変換器を介して共振器内を伝搬する。共振器は中空の半球構造をなしており、共振器内に温度補償ピンが挿入されて温度補償機構を構成している。この温度補償ピンは、温度変化に応じて共振器の共振長を変化させ、温度変換に伴う光ファイバの遅延時間変化を打ち消すように、共振器を通過する遅延時間を変化させることを特徴とする。
【００１８】
この実施の形態１による光マイクロ波発振器は、以上のように構成されることにより、周囲温度の変化に依存せずに、安定した周波数のマイクロ波信号を発振することができる。
【００１９】
実施の形態２．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態２について説明する。図４は実施の形態２による光マイクロ波発振器の構成を示す図である。図５は実施の形態２によるＢＰＦの構成を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図を示している。なお、図１に示したものと同一符号のものについては、同一相当のものであり、ここではその説明を省略する。
【００２０】
光マイクロ波発振器１０１は、レーザーダイオード２と、光強度変調器３と、光ファイバ４と、フォトダイオード５と、アンプ６と、バンドパスフィルタ(以下、ＢＰＦと称す)１０７と、カプラ８と、恒温槽１０９、恒温槽１１０を備えて構成される。光ファイバ４は、通過する光信号を所定時間だけ遅延させるために必要な所定の長さを有している。
【００２１】
レーザーダイオード２は、光源としてレーザー光を発振し出力する。レーザーダイオード２から出力されたレーザー光は、光強度変調器３へ入力される。光強度変調器３は、カプラ８を介して光マイクロ波発振器１の出力信号の一部信号が入力され、当該入力信号に基づいて、レーザーダイオード２から入力されたレーザー光を振幅変調する。光強度変調器３により変調を受けた光信号は光ファイバ４により遅延され、フォトダイオード５に入力される。フォトダイオード５は、光ファイバ４から入力された光信号をマイクロ波の電気信号に変換し、アンプ６に出力する。アンプ６は、フォトダイオード５から入力されたマイクロ波の電気信号を増幅し、ＢＰＦ１０７に出力する。ＢＰＦ１０７は、アンプ６により増幅された電気信号から不要な信号成分を取り除く。ＢＰＦ１０７を通過した信号は、カプラ８により、光マイクロ波発振器１０１の出力信号と、上記光強度変調器３への帰還信号とに再び分配される。
【００２２】
また、図５（ａ）、（ｂ）において、ＢＰＦ１０７は、共振器１１１の上部に穴が設けられておらず、温度補償ピンを使用しないことを除けば、実施の形態１で使用する図２（ａ）、（ｂ）の温度補償ＢＰＦ７と同じ構造である。ＢＰＦ１０７に入力されたマイクロ波は、入力用の同軸導波菅変換器１１２ａによって、マイクロ波信号が同軸線を伝搬する同軸線モードから導波管を伝播する導波管モードに変換される。入力用の同軸導波菅変換器１１２ａは共振器１１１に接続されており、同軸導波菅変換器１１２ａから共振器１１１に入力されたマイクロ波電波は、共振器１１１を通過して出力用の同軸導波菅変換器１１２ｂに出力され、マイクロ波電波が導波管を伝播する導波管モードから同軸線を伝搬する同軸線モードに変換される。また、共振器１１１を通過するマイクロ波電波は、共振器１１１の形状特性によって、通過信号の周波数帯や遅延時間が制御される。
【００２３】
この実施の形態２では、光ファイバ１０４およびＢＰＦ１０７はそれぞれ恒温槽１０９、１１０に収容され、その温度は一定に保たれる。これにより、周囲温度が変化しても、光ファイバ１０４およびＢＰＦ１０７の温度は変化しないため、膨張や収縮がなく、各々の遅延時間は周囲温度によって変化しない。このため、光マイクロ波発振器１０１のトータルの遅延時間τは一定に保たれる。従って、実施の形態１と同様に、光マイクロ波発振器１０１は安定した発振周波数を出力することが可能となる。
【００２４】
以上説明したとおり、この実施の形態２による光マイクロ波発振器は、レーザーダイオードと、上記レーザーダイオードの出力光を振幅変調する光強度変調器と、上記光強度変調器から出力される光信号を遅延させる所定長の光ファイバと、上記光ファイバにより遅延された光信号を電気信号に変換するフォトダイオードと、上記フォトダイオードから出力される電気信号を増幅するアンプと、上記アンプの増幅信号について所望の周波数成分のみを通過させる共振器を有したバンドパスフィルタと、上記光ファイバおよび上記バンドパスフィルタの温度を一定に保つ恒温槽とを備えたことを特徴とする。これにより、周囲温度の変化に依存せずに、安定した周波数のマイクロ波信号を発振することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１  発振器、２  レーザーダイオード、３  光強度変調器、４  光ファイバ、５  フォトダイオード、６  アンプ、７  温度補償ＢＰＦ、８  カプラ、９  温度補償ピン、１０  共振器、１１ａ，１１ｂ  同軸導波管変換器、１０１  発振器、１０７  ＢＰＦ、１０９  恒温槽、１１１  共振器、１１２ａ，１１２ｂ  同軸導波管変換器、１１０  恒温槽。
【図１】
2010206615.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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