(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一縦モード光源と、前記光源から出力された光を分岐する分岐手段と、この分岐手段により分岐された一方の光にデータ信号にて変調をかけるデータ変調手段と、前記分岐手段により分岐された他方の光に周期信号にて位相変調をかける位相変調手段と、前記位相変調手段の出力光を濾波する光フィルタと、前記データ変調手段の出力光と前記光フィルタの出力光を結合して出力する結合手段とからなり、
前記周期信号の周波数は、前記位相変調手段の出力光において、前記データ変調手段の出力光の光周波数との周波数差が所望のミリ波周波数である光周波数に第１の側波帯を発生させるよう、かつ、前記第１の側帯波の光周波数と前記光源の光周波数との周波数差のｎ分の１（ｎは２以上の整数）であるように定められ、
前記光フィルタは、帯域通過フィルタであって、前記第１の側波帯および、前記光源の光周波数に関して前記第１の側波帯とは対称な光周波数にある第２の側波帯に関して、いずれか一方の側波帯を通過させ、他方の側波帯を阻止し、かつ、前記一方の側波帯と前記他方の側波帯の間にその通過帯域の端がある特性を備えたものであることを特徴とする、光ヘテロダインを用いたミリ波発生のための光送信器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミリ波等の高周波信号を光ファイバで送信する光送信器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信では伝送容量の大きいミリ波帯が期待されている。しかしながら、ミリ波帯は空気中での減衰が大きいことが欠点であり、通信エリア拡大の妨げとなている。通信エリア拡大は今後の通信需要増大や緻密な通信サービス提供といった観点から、避けて通れない課題である。
【０００３】
そこで、ミリ波帯通信での通信エリア拡大のための技術開発が種々試みられている。その一つに、伝送すべきミリ波帯の信号を、光信号に変換し、光ファイバで遠方に伝送すると云ったシステムが提案されている。
【０００４】
ミリ波のような高周波信号を光ファイバで伝送するには種々の方法があるが、その一つに光ヘテロダインがある。
【０００５】
この光ヘテロダインと云うのは、図３０の如きの系で、ベースバンド、あるいはベースバンドに近い低い周波数の信号によって光周波数ｆ０にデータを載せた信号光と、この信号光とは光周波数のやや離れた周波数ｆLなる無変調の局発光 とを偏光を合わせて混合して送信し、受信側ではこれをフォトダイオードにて受信すると云う方式である。
【０００６】
光ヘテロダインでの送信側での光スペクトルを図３１（ａ）に、また、受信光のスペクトルを図３１（ｂ）に示す。光信号の受信に用いるフォトダイオードは理想的な二乗検波器であるので、信号光と局発光のビートが受信される。受信された電気信号では、信号光に乗っていたベースバンド付近のデータが、信号光と局発光の光周波数差の周波数近辺に周波数変換される。
このとき、周波数差がミリ波帯の周波数であれば、ミリ波の周波数に変換される。このようにして、ミリ波信号によって光を直接変調しなくとも、受信器でミリ波を発生できる。
【０００７】
しかし、光通信の光源として一般的に使用される半導体レーザ素子は、位相雑音が大きく、それは発振線幅で通常、数［ＭＨｚ］、外部共振器を使用しても数１０［ｋＨｚ］程度はある。そして、これらを光へテロダインして得られたミリ波では光位相雑音がダウンコンバートされて、雑音の大きい信号しか得られない。
【０００８】
これを回避するため、局発光と信号光の光位相にＰＬＬ（位相同期ループ制御）をかける方法が提案されている。これは、図３２に示すように、局発光源４９からの局発光と信号光源５０からの信号光の光周波数差のビート信号をフォトダイオード５３で検出し、これをアンプ５４で増幅してミキサ５６で基準信号発生器５５からの基準信号とを混合し、これを低域通過フィルタ５７を介して低域成分を抽出し、局発光源４９の出力波長を調整すると云ったことを行うことで、ビート信号の位相雑音がなくなるよう、局発光または信号光の光位相に対してＰＬＬをかけるようにするものである。
【０００９】
そして、信号光源５０からの光をデータ変調器５１によりデータ対応に変調し、これを光分岐結合器５２で局発光源４９からの局発光と結合して混合し、光ファイバへと送信するようにする。
【００１０】
しかし、このように局発光と信号光の光位相にＰＬＬをかける方式の場合、光周波数差がミリ波のような高い周波数ではビート信号が扱いにくく、また、高い周波数を扱わなければならないのでアンプやミキサ、フィルタなどは高周波特性良いものを使用せねばならず、コストアップを招く。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ミリ波のような高周波信号を光ファイバで伝送する方法の一つに光ヘテロダインがある。これはベースバンド、あるいはベースバンドに近い低い周波数の信号によって光周波数ｆ０にデータを載せた信号光と、この信号光とは光周波数のやや離れた周波数ｆLなる無変調の局発光とを偏光を合わせて混合して送信し、受 信側ではこれをフォトダイオードにて受信すると云う方式である。光通信の光源としては低価格な半導体レーザ素子を用いる。
【００１２】
しかし、半導体レーザ素子は、位相雑音が大きく、これを光へテロダインして得られるミリ波では光位相雑音がダウンコンバートされて、雑音の大きい信号となってＳ／Ｎ（信号／雑音比）が悪くなる。
【００１３】
これを回避するため、局発光と信号光の光位相にＰＬＬをかける方法が提案されているが、光周波数差がミリ波のような高い周波数ではビート信号が扱いにくく、装置のコストアップを避けられなかった。
【００１４】
そこで、光通信において、光ヘテロダインによってミリ波のような高周波を発生させる場合においても光源としての半導体レーザ素子の光位相雑音の問題を回避でき、しかも、コストダウンを可能にする簡易な技術の早急な開発が嘱望されている。
【００１５】
従って、本発明の目的とするところは、光通信において、光ヘテロダインによってミリ波のような高周波を発生させる場合においても光源としての半導体レーザ素子の光位相雑音の影響を簡易に回避することができ、安価でＳ／Ｎの良い光通信を可能にする光送信器を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成する。すなわち、
［１］本願第１の発明では、単一縦モード光源と、前記光源から出力された光を分岐する分岐器と、分岐した光の一つにデータ信号によって変調をかけるデータ変調器と、分岐した光の他の一つを加工して前記光源の光周波数から所定の周波数だけ離れた光周波数に、前記光源の光スペクトルをシフトした光スペクトル線を発生させる発生手段と、前記データ変調器の出力光と前記発生手段の出力光を結合する結合器からなることを特徴とする光送信器を提供する。
【００１７】
このような構成の光送信器は、光源から単一縦モードの光を発光させ、この光は分岐器で二系統に分岐させると共に、片方はデータ変調器でデータ対応に比較的低い周波数の変調を与えるようにし、もう片方は光スペクトル線発生手段により、所定の周波数だけ離れた光周波数に光スペクトルをシフトしたかたちの光スペクトル線にする。
【００１８】
そして、データ変調器の出力と光スペクトル線発生手段の出力光とを結合器で結合し、光伝送路である光ファイバに送り出すようにする。
【００１９】
光スペクトル線発生手段で発生した光スペクトルは、データ変調器でデータ変調されて出力された光信号と所望の光周波数ｆ１だけ離れており、かつ、光源と同じ光位相雑音を持っており、また、データ変調された光も光源と同じ光位相雑音を持っている。そのため、結合器によりこれらを合流させ、干渉させると、光位相雑音は自動的にキャンセルされ、受信信号に影響が現れない。
【００２０】
このように、光源を共通化した形態では、二分岐された双方の光が共通の光源の光位相雑音を受け継いでいるため、同じ光位相雑音が乗っており、二分岐された光のうち、一方の光は、光スペクトルを所望周波数ｆ１だけシフトさせたうえで、前記二分岐させた光のうちの他方の光と合流させ、干渉させると光位相雑音の影響をキャンセルさせることができる。
【００２１】
故に本発明によれば、光へテロダインと同等の方法を用いながら、光位相雑音の影響が全くない受信信号を得ることができる。
【００２２】
［２］本願第２の発明では、単一縦モード光源と、前記光源から出力された光を分岐する分岐器と、分岐した光の一つにデータ信号によって変調をかけるデータ変調器と、分岐した光の他の一つに周期信号によって位相変調をかける位相変調器と、前記位相変調器の出力光を濾波する光フィルタと、前記データ変調器の出力光と前記光フィルタの出力光を結合する結合器からなり、前記周期信号の周波数は、前記データ変調器の出力光の光周波数と前記位相変調器の出力光の特定の側波帯の光周波数との周波数差が所望の値となるように定められ、前記光フィルタは、前記側波帯と、前記側波帯の前記光源の光周波数に関して対称な光周波数にある側波帯に関しては、どちらか一方を通過させることを特徴とする光送信器を提供する。
【００２３】
単一縦モード光源から出力された光を二分岐して、一方はベースバンドに近い低いサブキャリア周波数ｆｓでデータ変調する。データ変調された光スペクトルは図４（ａ）の如きである。他方の光は周波数ｆ１の周期信号によって位相変調する。位相変調された光スペクトルは図４（ｂ）の如きである。すなわち、図４において、ｆ０は光源の光周波数であり、両側に周波数ｆ１おきに側波帯が発生している。また、データ変調された光にはｆ０±ｆｓにデータの乗っている側波帯が発生している。本発明においては、周波数ｆ１−ｆｓが所望の周波数となるように、ｆ１とｆｓを定める。
【００２４】
ここに示した光送信器は、光源を共通にし、該光源の出力する光から周期信号による変調により位相変調光を得ると共に、データ信号による変調によりデータ変調光を得るようにしている。位相変調は高調波成分を得るために行うものであって、位相変調を用いたとしても周期信号による位相変調であれば、強度変調を用いた場合と同様の側波帯、すなわち、高調波成分が生成されることを本発明では利用している。そして、位相変調器は強度変調を利用する場合に比べて、装置のコストが安価であることに着目している。
【００２５】
こうして得られた位相変調光とデータ変調光は、合波することで干渉させる。すなわち、同一の光源のデータ変調された光（図４（ａ））と位相変調した光（図４（（ｂ））を干渉させると位相変調した光の各々のスペクトル線とデータ変調した光が干渉する。位相変調光も、また、データ変調光も、同一の光源の光を使用しており、従って、両者いずれにも同じ位相雑音がのっているため、両者を干渉させると位相雑音の影響はキャンセルされて消失する。それ故、この構成により、位相雑音の無い光信号が得られることとなる。
【００２６】
位相変調した光には光キャリアｆ０の両側に対称に側波帯が形成される。これをデータ変調した光と干渉させて、二乗検波特性のあるフォトディテクタで検波するが、このままでは同一の受信周波数に、両側の側波帯からの干渉波が検出される。そして、両側の側波帯の位相関係によって、検出されるデータの大きさが変化し、場合によっては全く信号が検出されなくなる。そのため、側波帯を調整する必要があるが、側波帯間の位相関係は伝送中に光ファイバの波長分散によって変化し、容易に制御できない。
【００２７】
そこで本発明では、所望の受信周波数を与える２つの側波帯のうち、一方を光フィルタで阻止するようにする。
【００２８】
本発明では、ミリ波伝送のような高周波システムを想定しており、所望の側波帯と光キャリアを挟んで対称位置にある側波帯（イメージ成分）の間の光周波数間隔は比較的広い。所望の側波帯とそのイメージ以外の成分に関する制約がなくなると、光フィルタの透過光周波数の安定精度が低くて良く、システムが簡素にできる。
【００２９】
このように本発明システムは光変調器を用いることに特徴がある。そして、光変調器として一般的なものは、ニオブ酸リチウム変調器であり、当該ニオブ酸リチウム変調器の場合、印加電圧による屈折率変化を利用して光に位相変調をかける形態を基本として、それらの組み合わせや変形で様々な変調器が構成できる。
【００３０】
位相変調器そのものは光通信の世界ではほとんど用いられないが、位相変調器は構成が最もシンプルであり、バイアス電圧制御が不要で、低コストなデバイスである。そして、この点に着目して本発明では同一光源からの光を二分岐させ、一方はデータ変調し、他方は位相変調させてから互いを合波することで、光源の位相雑音をキャンセルさせるようにした。
【００３１】
このように、本願第２の発明では、同一光源からビートを作り出すことによって、光位相雑音の影響を無くすと共に、干渉波の一つを光位相変調器により位相変調して生成することによって、変調器が低コスト化できる。
【００３２】
［３］さらに、本願第３の発明では、前記［２］項の構成において、前記周期信号を正弦波とし、その周波数は前記所望の値を与える側帯波と前記光源の光周波数との周波数差のｎ分の１（ｎは２以上の整数）とすることを特徴とする。
【００３３】
上述の［２］項に示した発明では、位相変調によって発生した側波帯のうち、光キャリアｆ０に最も近い側波帯を使用する例で説明した。
【００３４】
しかし、本発明ではミリ波のような高周波を想定しており、図４の例では、位相変調をミリ波の周波数で行わねばならず、コストが増大する。位相変調では、変調度を深くすると変調周波数の高調波成分の側波帯のパワーが強くなる。
【００３５】
本願第３の発明では、そのような高調波成分を使用する方法を提案する。
【００３６】
図４の例では、ｆ０＋２ｆ１やｆ０＋３ｆ１，…とデータ変調光との干渉によって生じる干渉波を受信したときに、所望の周波数になっているように、位相変調の周波数ｆ１を決定する。
【００３７】
その結果、ｆ１が小さくなり、位相変調器まわりが低コスト化できる。
【００３８】
［４］次に、本願第４の発明では、信号光と局発光を所望の光周波数差となるよう光周波数を制御し、合波して送信する光送信器において、前記局発光を分岐して周期信号にて変調し生成された複数の側波帯の内の一つと、前記信号光を分岐したものとの干渉波をフォトディテクタにて検出し、検出されたエラー信号が一定の直流値を保つように、前記信号光あるいは前記局発光の光周波数および光位相を制御することを特徴とする光送信器を提供する。
【００３９】
データ変調光の光源（信号光源）と、干渉光の光源（局発光源）を別にして、それらのビートにＰＬＬをかける方式の場合、ビートがミリ波のような高周波であると、高周波特性の良い素子を使用せねばならず、コストが高くなる。
【００４０】
そこで本願第４の発明では、ＰＬＬを高周波帯で行うのは避け、低周波帯で行うようにする。つまり、ＰＬＬをかけるためのエラー信号が直流近辺の低周波で検出されるようにする。図２２に示すように、信号光源８および局発光源７から出力された光をそれぞれ分岐させ、局発光には正弦波等の繰り返し信号で位相変調をかける。分岐させた光を合波してフォトディテクタ１０で検波し、低域通過フィルタ１１を通過したエラー信号によって、フィルタ出力が直流の一定値になるように、局発光あるいは信号光の光周波数および光位相を制御する。局発光には位相変調を受けて側波帯が発生しており、位相変調信号の周期に当たる周波数の側波帯の他に、高調波に当たる周波数の側波帯が多数発生している。そして、側波帯には光源の光位相雑音と同じ光位相雑音がのっている。
【００４１】
そこで本発明では、高調波にあたる側波帯に対して信号光をＰＬＬでロックする。あらかじめ、局発光の所望の側波帯と信号光がおよそ重なり合うような状態で干渉させると、フォトディテクタで検出される信号の直流近辺の成分がＰＬＬのエラー信号となって、同期が可能となる。
【００４２】
一方、分岐元の信号光と局発光は別の光分岐結合器６で合波され伝送される。こちらの局発光は位相変調を受けていないので局発光の光周波数ｆＬの成分のみが送られる。信号光はｆ０の近傍にあり、伝送された先の受信器では、信号光の光キャリア周波数ｆ０と局発光の光周波数ｆＬのビートが検出される。
本願第４の発明によれば、ＰＬＬで用いるエラー信号が直流近傍の低周波で検出されるため、低コストな素子でループを組み立てることができる。また、位相変調の周波数が所望のミリ波帯の周波数の数分の１程度で済むため、位相変調器まわりが低コスト化できる。
【００４３】
［５］さらに、本願第５の発明では、信号光と局発光を光分岐結合器にて合波して送信する光送信器において、前記信号光はサブキャリア信号で変調されており、前記局発光は周期信号にて変調されており、前記光分岐結合器の複数の出力の一つは、前記光送信器の出力として伝送され、別の一つはフォトディテクタで検出され、前記局発光に発生した複数の側波帯の一つと前記信号光の光搬送波成分との干渉によるエラー信号が一定の直流値を保つよう前記信号光あるいは前記局発光の光周波数および光位相を制御することを特徴とする光送信器を提供する。
【００４４】
本願第４の発明では、局発光と信号光を本線（本流）から分岐してエラー信号を生成したが本願第５の発明では分岐せず、局発光の本線に位相変調をかけ、データ変調した信号光と合波する。合波に用いる光分岐結合器は複数の出力ポートを有する。光分岐結合器としてよく用いられる方向性結合器（カップラ）では、２つの入力を合流する場合の基本形は２出力である。１出力も製作可能であるが、これは２出力のうちの１つを捨てた形態と見なすことができ、１出力ポートの場合でも２つの出力ポートがある場合と同様の損失を受ける。
【００４５】
そこで本発明では２×２のカップラを使用し、出力の１つは受信器に向けて送り出し、もう一方の出力を用いて、局発光と信号光の光位相を同期させるＰＬＬをかける。ここで用いられる信号光は、光キャリアに帯域信号によってサブキャリア変調を施したものであり、光キャリア成分とデータの乗っている側波帯があって、光キャリアの光周波数と側波帯の光周波数はＰＬＬの引き込み範囲以上に離れるようにしている。
【００４６】
第５の発明は、局発光の位相変調したものと信号光を、そのまま送信するものである。局発光のどれか１つの側波帯と信号光の光キャリア成分を同期させるが、信号光の光キャリアが同期する局発光の側波帯はどれでも良い。第４の発明の場合のように、局発光の光周波数ｆＬと信号光の光キャリア周波数ｆ０とが要求された値だけ離れるような側波帯を選択する必要はない。このようにすると、受信したときにどこかの側波帯との干渉波が所望の周波数帯に落ちてくる。信号光を中心として、要求された周波数差だけプラスとマイナスに離れた２つの側波帯が同時に所望の周波数に落ちてくる。しかし、光キャリアに位相変調を施すと、変調度にもよるが、一般に、図２８のような包絡線が山形のスペクトルとなる。従って、局発光の光周波数ｆＬと信号光の光キャリア周波数ｆ０とを適度に離しておけば、プラスに離れた側波帯とマイナスに離れた側波帯の大きさには著しい差があり、信号光との干渉波が受信されたとき、大きい方の側波帯との干渉波が支配的になる。
【００４７】
本願第５の発明では、信号光および局発光の波長制御が厳密である必要がなく、低コスト化できる。また、系内の分岐が少ないため、損失が少なく、より高品質の送信が可能となる。
【００４８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の各種実施の形態を説明する。
【００４９】
（第１の実施形態）
図１は本願第１の発明の実施形態を示した光送信器のブロック図である。すなわち、図１において、１は光源、４はデータ変調器、５および６は光分岐結合器、７０は光スペクトル線発生手段である。
【００５０】
上記光源１は単一縦モードの光を発生するものであり、例えば、半導体レーザ素子を用いて構成している。光分岐結合器５は、前記光源１から出力された光を分岐するためのものであり、データ変調器４は、この光分岐結合器５により分岐された光の一つにデータ信号によって変調をかけるためのものである。
【００５１】
また、光スペクトル線発生手段７０は、光分岐結合器５により分岐させた光のうちの他の一つを加工して前記光源の光周波数から所定の周波数だけ離れた光周波数に、前記光源の光スペクトルをシフトした光スペクトル線を発生させるものである。また、光分岐結合器６は、前記データ変調器４の出力光と前記光スペクトル線発生手段７０の出力光を結合するものであり、光分岐結合器６を介して結合された光が最終的な出力光となる。
【００５２】
このような構成の光送信器は、光源１から単一縦モードの光が発光される。この光源１から出力された光は光分岐結合器５で二系統に分岐される。そして、一方はデータ変調器４で比較的低い周波数の変調を受ける。データ変調器４でのデータ変調形式はサブキャリア信号によるＡＭ変調などである。光分岐結合器５で二系統に分岐されたうちの他方は、光スペクトル線発生手段７０に入力され、ここで所定の周波数だけ離れた光周波数に光源１の光スペクトルをシフトしたかたちの光スペクトル線となる。
【００５３】
このようなスペクトルシフト機能を持つ光スペクトル線発生器７０としては、例えば、光周波数シフタや光位相変調器、光強度変調器、さらに場合によっては、それらの出力光スペクトルを整形するデバイスを用いることで実現できる。
【００５４】
データ変調器４の出力と光スペクトル線発生手段７０の出力光とを光分岐結合器６で結合し、光伝送路である光ファイバに送り出す。但し、光分岐結合器６で結合する際には、両者の遅延差を光源１のコヒーレンス長以内にするように両枝の光路長を調整し、また、同偏波で合流するように、偏波保持するケーブルやデバイスで全体を構成すると良い。
【００５５】
すなわち、光分岐結合器５からデータ変調器４を経由して光分岐結合器６に至る間の光路長と光分岐結合器５から光スペクトル線発生手段７０を経由して光分岐結合器６に至る間での光路長は、両者の遅延差が光源１のコヒーレンス長以内になるように調整する。
【００５６】
光スペクトル線発生手段７０で発生した光スペクトルは、データ変調器４でデータ変調されて出力された光信号と所望の光周波数だけ離れており、かつ、光源１と同じ光位相雑音を持っている。
【００５７】
そして、データ変調された光も光源１と同じ光位相雑音を持っているため、光分岐結合器６によりこれらを合流させ、干渉させると、光位相雑音は自動的にキャンセルされ、受信信号に影響が現れない。
【００５８】
図１及び図２を用いて作用を具体的に説明する。図２（ａ）に示すように、光源１はその出力光として光周波数ｆ０なる光を発光するものとする。このｆ０なる周波数の光を二分岐する。そして、二分岐したうちの一方の光にはデータ変調器４によりデータ変調をかける。このデータ変調を受けた光スペクトルは例えば、図２（ｂ）の如きとなる。
【００５９】
二分岐した他方の光は、光スペクトル線発生手段７０に与える。すると、この光スペクトル線発生手段７０は、入力光を所定の周波数ｆ１分、シフトさせる。その結果、図２（ｃ）に示すように、ｆ０周波数からｆ１だけ離れた周波数位置に光源１の光スペクトルがシフトした光スペクトルが生じる。データ変調器４の出力光と光スペクトル線発生手段７０の出力光を光分岐結合器６で結合し、送信すると、受信器ではこれらの干渉によって図２９に示すように、ｆ１にデータ変調された信号が受信される。
【００６０】
このように、光源を共通化した形態では、二分岐された双方の光が共通の光源１の光位相雑音を受け継いでいるため、同じ光位相雑音が乗っており、二分岐された一方の光を、光スペクトルを所望周波数ｆ１だけシフトさせたかたちで合流させて干渉させると光位相雑音の影響をキャンセルさせることができる。
【００６１】
従って、本発明によれば、光へテロダインと同等の方法を用いながら、光位相雑音の影響が全くない受信信号を得ることができる。
【００６２】
このように、この第１の実施形態の光送信器によれば、単一縦モード光源すなわちレーザ素子と、前記光源から出力された光を分岐する分岐器と、分岐した光の一つにデータ信号によって変調をかけるデータ変調器と、分岐した光の他の一つを加工して前記光源の光周波数から所定の周波数だけ離れた光周波数に、前記光源の光スペクトルをシフトした光スペクトル線を発生させる発生手段と、前記データ変調器の出力光と前記発生手段の出力光を結合する結合器とから構成したものであり、一つの光源からの光を二分岐させて一方を光スペクトル線発生手段にそして他方をデータ変調器に与え、光スペクトル線発生手段においては光源からの光を、当該光源の光周波数から所定の周波数だけ離れた光周波数に、当該光源の光スペクトルをシフトさせた光スペクトル線を発生させ、また、二分岐された他方の光はデータ変調器でデータ変調されて出力され、これらデータ変調された光信号と光スペクトル線は合波器で合波されて最終出力となるようにしたものである。
【００６３】
前述したように、光スペクトル線発生手段で発生された光スペクトルは、データ変調器でデータ変調されて出力された光信号と所望の光周波数だけ離れており、かつ、光源と同じ光位相雑音を持っている。
【００６４】
そして、データ変調された光も光源と同じ光位相雑音を持っているため、結合器によりこれらを合流させ、干渉させると、光位相雑音は自動的にキャンセルされ、受信信号に影響が現れない。
【００６５】
故に、この実施形態の光送信器によれば、光ヘテロダインにおいて、送信側に光スペクトル線発生手段を用いる簡単な構成で、光源の持つ光位相雑音に影響されない従ってＳ／Ｎの良い、安価な光通信装置を提供できる。
【００６６】
次に、同一光源からビートを作り出すことによって、光位相雑音の影響がなくし、干渉波の一つを位相変調によって生成することによって、変調器を低コスト化するようにした具体例を第２の実施形態として説明する。
【００６７】
（第２の実施形態）
図３は本願第２の発明に該当する第２の実施形態としてのブロック図である。図において、１は光源、２は位相変調器、３は光フィルタ、４はデータ変調器、５および６は光分岐結合器である。
【００６８】
光源１は単一縦モードの光を発生するものであり、例えば、半導体レーザ素子などにより構成される。また、光分岐結合器５は、前記光源１から出力された光を二分岐するためのものであり、データ変調器４はこの二分岐させた光の一つにデータ信号によって変調をかけるためのものである。
【００６９】
また、位相変調器２は、二分岐した光の他の一つに周期信号によって位相変調をかけるためのものであり、光フィルタ３は、前記位相変調器２からの出力光を所定の帯域の成分についてのみ、抽出すべく濾波するものである。
【００７０】
また、光分岐結合器６は、前記データ変調器４の出力光と前記光フィルタ３を介して得られる位相変調器２からの出力光とを結合して合波し、伝送路である光ファイバに出力するためのものである。
【００７１】
前記周期信号の周波数は、前記データ変調器４の出力光の光周波数と前記位相変調器２の出力光の特定の側波帯の光周波数との周波数差が所望の値となるように定められ、前記光フィルタ３は、前記側波帯と、前記側波帯の前記光源の光周波数に関して対称な光周波数にある側波帯に関しては、どちらか一方を通過させるように設定している。
【００７２】
このような構成の第２の実施形態における光送信器において、その光源１から出力された単一縦モード光は光分岐結合器５で二分岐され、二分岐された一方の光はデータ変調器４でデータ信号対応にデータ変調を受け、二分岐された他方の光は位相変調器２で位相変調信号対応に位相変調を受ける。
【００７３】
データ変調器４に入力されるデータ信号は伝送すべきデータの信号であり、ベースバンド、あるいは中間周波等の比較的低い周波数の信号である。また、位相変調器２に入力される位相変調信号は周期信号であって、受信側で要求される周波数帯がミリ波であるならば、例えば、６０［ＧＨｚ］近辺の正弦波信号である。
【００７４】
光源１に用いられるものは、単一縦モード光源であるが、具体的にはＤＦＢレーザ素子、ＤＢＲレーザ素子などの半導体レーザ素子、あるいはＮｄ：ＹＡＧレーザなどの固体レーザ素子が使用可能である。光変調器ではニオブ酸リチウムの電気光学効果を用いた変調器が比較的低損失で良く用いられる。
【００７５】
本発明の形態では、光に位相変調をかけたり、光フィルタを通過させたりするなど、様々なコンポーネントが入ることから、光損失が多くなる傾向が少なからずある。送信時は極力良好な信号対雑音比が要求されるため、損失は極力小さい方が良く、従って、ニオブ酸リチウムの変調器は本発明装置を構成する上で、適している。
【００７６】
データ変調器４でのデータ変調方式がデータ信号をサブキャリア周波数ｆｓに乗せた信号によるＡＭ変調（振幅変調）方式である場合、データ変調を受けた光は図４（ａ）のようになる。
【００７７】
すなわち、サブキャリア周波数ｆｓによりＡＭ変調をかけると、ｆ０なる周波数の光キャリアの両側のｆ０−ｆｓ，ｆ０＋ｆｓ近辺にデータ成分の乗った側波帯が生じる。ここで、周波数がｆ０−ｆｓの成分はｆ０＋ｆｓの成分のイメージ成分である。
【００７８】
このとき、ｆ０＋ｆｓにある側波帯が受信側で所望の周波数ｆｒにダウンコンバートされるようにするには、サブキャリア周波数ｆｓあるいは位相変調器に入力される正弦波信号の周波数ｆ１を、ｆ１−ｆｓ＝ｆｒとなるように定めればよい。
【００７９】
位相変調器２において、周波数ｆ１の正弦波信号によって位相変調された光は、図４（ｂ）に示す如く、ｆ０を中心として両側に周波数ｆ１おきに側波帯が立つような光スペクトルとなる。これらの側波帯は光源１が持つ位相雑音と全く同じ位相雑音を持つ。
【００８０】
上述したように、サブキャリア周波数ｆｓでデータ変調されてデータ変調器４から出力される光にはｆ０±ｆｓにデータの乗っている側波帯が発生している。本発明システムにおいては、周波数ｆ１−ｆｓが所望の周波数となるように、ｆ１とｆｓを定める。
【００８１】
“ｆ０＋ｆ１”と“ｆ０−ｆ１”の側波帯のうち、どちらか一方を光フィルタ３によって除去する。“ｆ０＋ｆ１”と“ｆ０−ｆ１”以外の成分に関してはフィルタを通過しても、あるいは、通過しなくともどちらでも良い。
【００８２】
使用できるフィルタとしては、帯域通過フィルタ、帯域阻止フィルタ、低域通過フィルタ、高域通過フィルタのいずれでも良い。
【００８３】
一般に、光フィルタでは周期透過型フィルタ、周期阻止型フィルタが良く用いられるが、周期型のフィルタも、使用する透過域（あるいは阻止域）以外の透過域（阻止域）によって、上述した『“ｆ０＋ｆ１”または“ｆ０−ｆ１”のうち、いずれか一方を透過させ、他方は阻止する』という機能が損なわれなければ使用可能である。
【００８４】
図５（ｂ）に光フィルタを通過した位相変調光のスペクトルを示す。これは、帯域通過フィルタを使用した例であり、“ｆ０−ｆ１”と“ｆ０＋ｆ１”の間にフィルタの通過帯域の端があり、“ｆ０＋ｆ１”成分を通過させている。
【００８５】
図５（ｂ）の光を、図５（ａ）のような信号光とカップラなどを用いて、干渉が最も大きくなるように偏波を一致させて、合波する。そのためには、偏波コントローラを使用したり、あるいは、系の中をすべて偏波保持するコンポーネントで構成するとよい。
【００８６】
合流するときには、光分岐結合器５で分岐してから、光分岐結合器６で合流するまで、位相変調する枝（位相変調系統側の経路）とデータ変調する枝（データ変調系統側の経路）の遅延差を十分小さくする。
【００８７】
なぜならば、干渉したときに位相雑音の影響がキャンセルされるようにするためには、遅延差がコヒーレンスの保たれている範囲で合波する必要があるためである。
【００８８】
コヒーレンス長は光源の位相雑音で決定される。光源１に単一縦モードの半導体レーザを用いるならば、コヒーレンス長で数メートル程度である。２つのパス（経路）の遅延差がこの範囲に入っていれば、ほぼ問題ないが、できるだけ位相雑音の影響を小さくするためには、コヒーレンス長の１／１０程度以下の範囲に入っているのが望ましい。
【００８９】
大抵の場合は、コンポーネン卜間を接続する光ファイバコードの長さを調節する程度でよい。しかし、図６に示す構成のように、一方の枝に光ファイバ増幅器２４が挿入された構成をとる場合、この光ファイバ増幅器２４によって遅延が著しく増大する。その様な場合は図６のように、もう一方の枝に遅延調整用のファイバ２３等を挿入して調整すると良い。
【００９０】
このようにして合波されたものを光ファイバで伝送し、フォトダイオードのような二乗検波特性を持つフォトディテクタを用いて検波すると、受信された電気信号のスペクトルは図７のようになる。
【００９１】
すなわち、データ変調光と、光フィルタを通過した位相変調光の各々の成分が干渉することによって、ｆ１，２ｆ１，３ｆ１を中心としてデータ成分が受信されている。そして、受信側において、ｆ１−ｆｓにある信号を取り出すには、図８のように当該所要の周波数成分のみを通す電気信号用の帯域通過フィルタ１４を用いて受信信号を濾波すればよい。データ変調光の位相雑音は、光源の位相雑音と全く同じであるため、同様の位相雑音を有する位相変調光の側波帯と干渉すると、位相雑音同士が互いに打ち消し合うこととなり、当該位相雑音はキャンセルされることとなる。
【００９２】
その結果、受信された電気信号では光源の線幅による位相雑音は検出されず、良好な受信が可能となる。
【００９３】
本実施形態の要点と理由を纏めてみると次の如きである。
すなわち、本実施形態においては、一つの光源をデータ変調用および位相変調用とに共用化するようにし、当該共用の光源である単一縦モード光源１から出力された光を二分岐して、一方はベースバンドに近い低いサブキャリア周波数ｆｓでデータ変調し、他方の光は周波数ｆ１の周期信号（正弦波信号）によって位相変調するようにした。
【００９４】
データ変調された光スペクトルは図４（ａ）の如きであり、また、位相変調された光スペクトルは図４（ｂ）の如きである。すなわち、図４において、ｆ０は光源の光周波数であり、両側に周波数ｆ１おきに側波帯が発生している。また、データ変調された光にはｆ０±ｆｓにデータの乗っている側波帯が発生している。本発明においては、周波数ｆ１−ｆｓが所望の周波数となるように、ｆ１とｆｓを定める。
【００９５】
ここで、この実施形態においては、光源を共通にし、該光源の出力する光から周期信号による変調により位相変調光を得ると共に、データ信号による変調によりデータ変調光を得るようにしているが、それは、次の理由による。
【００９６】
すなわち、位相変調は高調波成分を得るために行うが、位相変調を用いたとしても周期信号による位相変調であれば、強度変調を用いた場合と同様の側波帯すなわち、高調波成分が生成されることを利用している。そして、位相変調器は強度変調を利用する場合に比べて、装置のコストが安価であることに着目している。
【００９７】
そして、このようにして得た位相変調光とデータ変調光は、合波することで干渉させ、これにより光源の持つ位相雑音をキャンセルさせるようにした。
【００９８】
すなわち、図４のように、同一の光源のデータ変調された光（図４（ａ））と位相変調した光（図４（ｂ））を干渉させると位相変調した光の各々のスペクトル線とデータ変調した光が干渉する。位相変調光も、また、データ変調光も、元が同一の光源の光を使用しており、従って、同じ位相雑音がのっているため、両者を干渉させると位相雑音の影響はキャンセルされて消失する。それ故、この構成により、位相雑音の無い受信信号が得られることとなる。
【００９９】
ここで、位相変調した光には光キャリアｆ０の両側に対称に側波帯が形成されることになり、このままではこのことが問題となる。つまり、光キャリアｆ０の両側に対象に側帯波を持つ位相変調光をデータ変調光と干渉させて、二乗検波特性のあるフォトディテクタで検波すると、同一の受信周波数に、両側の側波帯からの干渉波が検出される。そして、両側の側波帯の位相関係によって、検出されるデータの大きさが変化し、場合によっては全く信号が検出されなくなる。そのため、側波帯を調整する必要があるが、側波帯間の位相関係は伝送中に光ファイバの波長分散によって変化し、容易に制御できない。
【０１００】
そこで本発明では、所望の受信周波数を与える２つの側波帯のうち、一方を光フィルタで阻止するようにした。例えば、図４のように、側帯波はｆ０なる周波数の光キャリアを中心に、ｆ０−ｆ１およびｆ０＋ｆ１なる対称な２つの成分が表れているが、これら２つの側帯波ｆ０±ｆ１のうち一方のみを通過させる濾波特性を有する光フィルタを用いて一方の側帯波を通過させるようにしている。この２つの側波帯以外の成分、例えば光キャリアｆ０やｆ０±２ｆ１、ｆ０±３ｆ１、…  にある側波帯などは光フィルタで阻止されるようにしても、あるいは通過させるようにしてもどちらでも良い。このような成分が残っている場合、例えば、ｆ０の成分が残っていたとすると、この場合には当該ｆ０の成分とｆ０＋ｆ１とが干渉し、受信したときに所望帯域にビートが発生する。しかし、図４（ａ）のように、データが直流成分を含まないならば問題はない。
【０１０１】
一方、図９のようにデータが直流近傍の成分を持つ場合は、受信した所望周波数のキャリア成分が干渉の状態で変化する。変化の要因は、干渉を起こす成分間の位相変動、成分のパワー変動などであり、光ファイバ長の変化、光フィルタの波長特性の変動などによって発生する。しかし、その際の変動の速さは日単位、月単位といった非常にゆっくりしたものである。そして、通常、ベースバンド信号では純粋な直流、帯域信号では純粋なキャリア成分が情報を持っていることはほとんど無く、キャリアそのもののレベルや位相が日単位、月単位で変化したとしても情報の伝達には影響しない。
【０１０２】
従って、得たい所望の側波帯以外のｆ０やｆ０±２ｆ１、…といった成分が光フィルタを透過して送信されたとしても全く問題はない。
【０１０３】
本発明では、ミリ波伝送のような高周波システムを想定しており、所望の側波帯と光キャリアを挟んで対称位置にある側波帯（イメージ成分）の間の光周波数間隔は比較的広い。所望の側波帯とそのイメージ以外の成分に関する制約がなくなると、光フィルタの透過光周波数の安定精度が低くて良く、システムが簡素にできる。
【０１０４】
このように本発明システムはコストダウンのために、光変調器を用いることに特徴がある。そして、光変調器として一般的なものは、ニオブ酸リチウム変調器であり、当該ニオブ酸リチウム変調器の場合、印加電圧による屈折率変化を利用して光に位相変調をかける形態を基本として、それらの組み合わせや変形で様々な変調器が構成される。
【０１０５】
位相変調器そのものは光通信の世界ではほとんど用いられないが、位相変調器は構成が最もシンプルであり、バイアス電圧制御が不要で、低コストなデバイスである。そして、この点に着目して本発明では同一光源からの光を二分岐させ、一方はデータ変調し、他方は位相変調させてから互いを合波することで、光源の位相雑音をキャンセルさせるようにした。
【０１０６】
このように、第２の実施形態に示した光送信器においては、同一光源からビートを作り出すことによって、光位相雑音の影響がなくすようにし、また、干渉波の一つを光位相変調器により位相変調にて生成するようにしたことによって、変調器が低コスト化できる。
【０１０７】
なお、実施の形態の説明は本発明に本質的に関連する要素のみを示している。例えば、実際には本発明の光送信器内に適宜、光増幅器が挿入されることがあるが、そのようなコンポーネン卜に関しては図示していない。
【０１０８】
本発明の目的は、安価な構成で、しかも、品質の良い高周波を受信側で容易に得ることができるようにすることである。そして、上述の実施形態では、位相変調器を周波数ｆ１の正弦波で位相変調し、受信側の所望周波数はｆ１−ｆｓを中心とするようにしたものであった。
この方法では位相雑音を回避するという目的は達成できるが、ｆ１がミリ波のような高い周波数の場合、送信側でも変調するのは簡単ではない。
【０１０９】
図７からもわかるように、光フィルタでの側波帯の切り出し方によっては、２ｆ１、３ｆ１といったｆ１の高調波に当たる周波数のまわりにも信号が検出される。
【０１１０】
そこで、本発明では、ｎを任意の整数とすると“ｎ×ｆ１−ｆｓ”が受信側の所望周波数となるように、位相変調の変調周波数ｆ１を定め、光フィルタでは“ｆ０−ｎ×ｆ１”と“ｆ０＋ｎ×ｆ１”のいずれか一方が通過するようにその透過光波長を調整する。
【０１１１】
図１０（ｂ）に、ｎ＝３の場合のスペクトルを示す。光フィルタで“ｆ０＋３×ｆ１”の成分を透過させ、“ｆ０−３×ｆ１”の成分は阻止するようにする。
【０１１２】
そして、この透過させた“ｆ０＋３×ｆ１”の成分の位相変調光と、図１０（ａ）のようなデータ変調光とを干渉させて伝送すると、これを受信側でフォトダイオードのような二乗検波特性を持つフォトディテクタにて検波すれば、得られる受信電気信号のスペクトルは図１１のようになる。
【０１１３】
すなわち、図１１に示すように、各側波帯とデータ変調光の干渉波が受信されている。受信側が所望する周波数が“３×ｆ１−ｆｓ”であれば、当該周波数域を通過帯域として含み、他は通過させない図１１の点線で示したようなバンドパス特性を有する電気信号用の帯域通過フィルタを通して、その成分のみを抽出すれば良いことになる。
【０１１４】
なお、位相変調時には、高調波成分が十分に発生する変調度で変調すると良い。このようにすることによって、位相変調の周波数を下げることができ、位相変調器まわりの構成が低コスト化できる。
【０１１５】
［本実施形態の光送信器で使用する光フィルタ］
本発明では、所望の受信周波数を与える二つの側波帯のうち、一方の側波帯のみを残すように光フィルタ３の透過光周波数を調整制御する。そのため透過光周波数が可変な光フィルタを使用するとよい。
【０１１６】
光フィルタの制御法として、図１２のように光フィルタの透過帯域１３の端が位相変調光のキャリア成分ｆ０を約半分程度透過する位置にロックさせる方法を述べる。この場合、光フィルタ３には、光キャリアｆ０が約半分透過している状態で所望の側波帯の一方を透過し、もう一方を阻止できる十分な帯域幅および十分鋭い立ち上がりを持っているものを使用する。
【０１１７】
例えば、フィルタの立ち上がりが“２×ｆ１”よりも小さくフィルタ帯域の半値全幅が“２×ｆ１”程度の帯域通過フィルタ（あるいは周期透過型フィルタ）や、フィルタの立ち上がりが“２×ｆ１”よりも小さく、阻止帯域の半値全幅が“２×ｆ１”程度の帯域阻止フィルタ（あるいは周期阻止型フィルタ）、あるいは、フィルタの立ち上がりが“２×ｆ１”よりも小さい高域通過フィルタまたは低域通過フィルタを用いればよい。
【０１１８】
帯域通過フィルタ、帯域阻止フィルタに関しては、通過帯域特性あるいは阻止帯域特性の形状は、ガウス型の如く頂上の丸い形状ではなく、チェビシェフ型、バターワース型といった頂上が平らな形状を呈するものが良く、しかも、透過させる側波帯、あるいは阻止させる側波帯が、頂上の平らな部分にかかっているような帯域にあるようにするとよい。
【０１１９】
光キャリアｆ０のパワーの約半分が光フィルタ３のエッジで阻止されるようにするには、次のようにする。光フィルタ３の立ち上がり特性、立ち下がり特性の形状は図１３（ａ）のようになだらかなＳ字形斜面になっていることが多い。すなわち、はじめは緩やかに立ち上がり、途中急峻に立ち上がり、終わりは再び緩やかに立ち上がる。これを、微分係数で表すと図１３（ｂ）のようになる。図１３（ｂ）からわかるように、立ち上がりの途中が最も傾きが大きい。通常の光フィルタでは、この傾きが最も大きい部分は、光透過率が最大値の約半分の点（半値点）の近くにあることが多い。
【０１２０】
本発明では、光フィルタの透過光周波数を、ある特定周波数Ｆ１の低周波信号でほんの少し左右に振動させる。すると、光フィルタの透過帯域の端にかかっている周波数成分の光はその強度が当該Ｆ１の周波数で変化する。
【０１２１】
光フィルタを通過した位相変調光とデータ変調光の干渉波をフォトディテクタで受信したときのスペクトルは、光キャリアｆ０が光フィルタで約半分阻止されている状態では、図１４の如きである。すなわち、周波数ｆｓのデータ成分１５は、データ変調光が直接検波されたものと、位相変調光の光キャリア成分ｆ０とデータ変調光の干渉波を合成したものとなる。
【０１２２】
位相変調光のｆ０の成分の大きさが周波数Ｆ１で変化していると、データ成分１５のパワーがＦ１の周波数で変化する。位相変調光とデータ変調光の干渉波を受信した信号からデータ成分１５のみをフィルタ等で取り出し、そのパワーを検出する。そのパワーはＦ１の周波数で変動しているが、位相変調光の光キャリアｆ０が図１３（ｂ）の微分係数が最大になっている点にあると、検出されたデータ成分１５のパワーの変動の割合が最大になる。
【０１２３】
そこで、その割合を検出し、最大となる点に光フィルタをロックすればよい。最大点を探すには山登り法などを用いると良い。
【０１２４】
なお、光フィルタの阻止域には、局部的に微分係数が大きくなっている点が存在する可能性があり、光送信器の立ち上げ時などのような過渡期においては、場合によりそのような点にロックしてしまう可能性もある。
【０１２５】
そこで、これを防ぐには、送信器の出荷調整時に、理想的にロックしているときのＦ１で振動する成分の振幅の絶対値を記憶しておき、立ち上げ時にデータ成分１５のパワーの変動の割合が最大になる点に光フィルタをロックさせるに当たり、データ成分のパワー変動の割合が最大と認識した点の値を、前記記憶した値と比較し、その結果、記憶した値よりあまり小さいようであれば、正しい光周波数にロックしていないと判断して別の点を探すようにする構成とすると良い。
【０１２６】
但し、上述のような光フィルタを使用しない場合、例えば、側波帯一つを通過するだけの帯域幅しか持たない帯域通過フィルタや、側波帯一つを阻止する阻止帯域しか持たない帯域阻止フィルタを使用する場合は、上述の方法は使用できない。それは、帯域が狭すぎて、所望の側波帯が十分に通過できないか、阻止すべき側波帯を十分に阻止できないためである。
このようなフィルタに対しては次のようにすると良い。
【０１２７】
すなわち、帯域が狭すぎる帯域通過フィルタの場合には、データ変調光と合流した光を分岐受信して、所望周波数のデータ信号のパワーが最も大きくなるように、光フィルタを制御する。
また、阻止帯域の狭い帯域阻止フィルタの場合には、阻止される光が反射するように光フィルタを構成し、図１５のように光フィルタの前にサーキュレータを挿入して反射した光を分離し、分岐されたデータ変調光と合波する。これをフォトディテクタで受信し、所望周波数のデータ信号が最大になるように光フィルタの阻止周波数を制御すればよい。
【０１２８】
［光集積回路素子化する例］
ところで、光送信器として図３に示した如きの構成を採用した場合、光源を除いて他の要素を１つの光集積回路にまとめることができる。その例を図１６に示す。図１６はニオブ酸リチウム基板上に図３における構成要素である位相変調器２、光フィルタ３、データ変調器４、光分岐結合器５，６、光路等を集積化した例を示す。
【０１２９】
図１６において、２９が位相変調部、３０がＡＭ変調部、３１が光フィルタ部であり、それぞれ、図３での位相変調器２，データ変調器４，光フィルタ３に該当する。また、２６は光導波路、３４，３５，３６は光導波路のＹ分岐（光分岐結合器）であり、当該Ｙ分岐３４，３５，３６は光分岐結合器を構成する。
【０１３０】
図１６の構成の場合、ニオブ酸リチウムの基板上にチタン拡散などで光路となる光導波路２６を形成し、その上に電極をつける。電極は進行波型電極である。（但し、図では信号電極のみを図示しグラウンド電極は省略している。）
光フィルタ３１は光導波路２６の一部にブラッグ・グレーティング３３を形成することで構成しており、光導波路２６の一部にブラッグ・グレーティング３３を形成し、このブラッグ・グレーティング３３に電極３２がつけられることにより、阻止帯域が可変となる構成となっている。
【０１３１】
また、光導波路２６に外部の光源から光を導く入力部と干渉後の光を導出する出力部とがあり、これらの間はＹ分岐３４を介して光路を二分岐し、二分岐した各光路はＹ分岐３５で一つに纏められて出力部に至る構成としてある。
【０１３２】
入力部側から二分岐された光導波路２６の一方に位相変調器２９と光フィルタ３１が形成され、入力部側から二分岐された光導波路２６の他方にはＹ分岐３６を介して更に光路を二分岐した上でそれぞれの光路に電極２８を形成してデータ信号により光路中の光に振幅変調をかけることができるように構成し、ＡＭ変調器３０を形成する。
ＡＭ変調器３０の二分岐されている光路は再び別のＹ分岐３６により光路が一つに纏められてからＹ分岐３５に至る光路構成としてある。
【０１３３】
位相変調器２９はＹ分岐３４により二分岐された光導波路２６の一部に電極２７を形成してここに位相変調信号を与えることにより光導波路中の光に位相変調を与える構成とである。
【０１３４】
ニオブ酸リチウムの基板上に、このように各要素を集積化することによって素子間の接続が不要になり、光送信器の低損失、小型化が可能となる。
【０１３５】
［第２の実施形態の変形例(1)］
図３に示した本発明による光送信器の変形例を図１７に示す。図１７において、１は光源、２は位相変調器、４はデータ変調器、５および６はＹ分岐（光分岐結合器）、２５は半導体レーザ素子である。
【０１３６】
ここではデータ変調器４、位相変調器２は図３の構成と同様であるが、図３の構成における光フィルタ３の代わりに、この図１７の構成においては半導体レーザ素子２５が挿入されている。半導体レーザ素子２５は、λ（波長）／４シフトＤＦＢレーザやＤＢＲレーザのような、単一縦モードで発振するもので、その反射構造が発振波長を透過する光フィルタとしても使用できる形のものを使用する。
【０１３７】
半導体レーザ素子２５は、透過させる所望の側波帯の波長に近い波長の光が発振するように、駆動電流を予め調整しておく。半導体レーザ素子は単独で発振している時（フリーラン）の発振波長に近い光が外部から注入されると、注入された光の波長に同期した波長で発振すると云う特徴を持つ。
【０１３８】
このとき、発振光は注入された光の位相雑音と同じ位相雑音を持つ。また、単一縦モード発振するための構造は波長選択性を有する。
【０１３９】
従って、図４（ｂ）のように位相変調を受けた光を注入し、半導体レーザ２５のフリーランの発振波長をｆ０＋ｆ１の近辺に調節しておけば、波長選択性によってｆ０＋ｆ１の光を発振するようになる。発振波長を所望の側波帯の波長に近づけておくには、光分岐結合器６で合波された出力を一部分岐して受信し、データ変調光との干渉波が所望の周波数になるように、半導体レーザ素子２５のフリーラン波長を調整すればよい。
【０１４０】
このような形態では、所望の側波帯に同期したパワーの強い光が容易に得られる。
【０１４１】
本発明の光送信器は波長多重して用いることができる。その場合、図１８に示すように、本発明の光送信器（例えば、図３の構成の光送信器）を複数用意し、それぞれの光送信器３７ａ，３７ｂ，〜３７ｎには各々重なり合わない波長の光源を用意する。なお、３８ａ，〜３８n-1は光分岐結合器であり、また、３９は これら光分岐結合器３８ａ，〜３８n-1によって結合された光送信器３７ａ，３ ７ｂ，〜３７ｎからの光信号を受信する光受信器である。
【０１４２】
このような構成において、各送信側では、図１９（ａ）のように、各光送信器３７ａ，３７ｂ，〜３７ｎでそれぞれ周波数を異ならせたサブキャリア周波数ｆs1，ｆs2，〜，ｆsnのサブキャリア信号によるＡＭ変調でデータ変調する。このように各々のサブキャリアを送信器毎に変える。
これを図１８のように光分岐結合器３８ａ，３８ｂ，〜３８n-1で結合し、伝 送して、受信器３９で受信する。
【０１４３】
受信器３９では波長を分離せず、そのまま纏めて一つのフォトディテクタで受信する。すると、図１９（ｂ）のように、同じ帯域で、かつ、重ならないデータ信号を受信することができる。
【０１４４】
［第２の実施形態の変形例(2)］
また、図２０に別の変形例を示す。
図２０において、４０は櫛状波発生器、４１-1，４１-2，〜，４１-nはデータ送信器、４２は受信器、６７は幹線ファイバ（光ファイバ）である。
【０１４５】
図２０の構成は、各データ送信器４１-1，４１-2，〜，４１-nは光源を持たず、幹線となる光ファイバ６７の端に光源と位相変調器からなる櫛状波発生器４０がある。光源は単一縦モード光源であり、これを位相変調することにより複数の側波帯ｆ０，ｆ０±ｆ１，ｆ０±２ｆ１，ｆ０±３ｆ１，ｆ０±４ｆ１，…，ｆ０±ｎｆ１を発生する。櫛状波発生器４０は光源からの単一縦モード光に対して、その位相変調は変調度を深くすることで、図２１のように複数の側波帯ｆ０，ｆ０±ｆ１，ｆ０±２ｆ１，ｆ０±３ｆ１，ｆ０±４ｆ１，…，ｆ０±ｎｆ１の光パワーが比較的均一になるようにする。
【０１４６】
このような位相変調光を櫛状波発生器４０は発生し、これを幹線ファイバ６７に流す。データ送信器４１-1，４１-2，〜，４１-nは光信号の入力側と出力側を有しており、データ送信器４１-1，４１-2，〜，４１-nの順で直列に繋がるようにして幹線ファイバ６７の線路中に接続される。
【０１４７】
各データ送信器４１-1，４１-2，〜，４１-nでは櫛状波発生器４０から送られてきた図２１の如き光パワーが比較的均一化された複数の側波帯のうち、それぞれ異なる一つの側波帯を抜き出して特定のサブキャリア周波数によるＡＭ変調を施し、その隣の側波帯を終端する。例えば、初段のデータ送信器４１-1はｆ０−ｆ１なる側波帯をデータ変調し、ｆ０−２ｆ１については透過させ、ｆ０については終端し、二段目のデータ送信器４１-2はｆ０＋２ｆ１なる側波帯をデータ変調し、ｆ０＋ｆ１については透過させ、ｆ０＋３ｆ１については終端すると云った具合である。
【０１４８】
各データ送信器４１-1，４１-2，〜，４１-nではＡＭ変調を施した光を再び幹線ファイバ６７に加える。
【０１４９】
このように、変調を加える側波帯とその両隣の合わせて３本の隣接する側波帯を１セットとし、異なるデータ送信器では、異なる側波帯のセットに対して同様の操作を行う。また、ＡＭ変調のサブキャリア周波数はデータ送信器ごとに変えるようにする。
【０１５０】
図２０の受信器４２でこれらを分離せずにまるごと受信すると、側波帯の間隔である周波数ｆ1のまわりに図１９（ｂ）のように、サブキャリア多重された複 数のデータ送信器からの信号が受信される。
【０１５１】
この形態では、各データ送信器に光源を置かずに済み、また、データ送信器間の光源の波長制御が不要となり、データ送信器が簡素化できる。
【０１５２】
上述の第１および第２の実施形態では、位相変調によって発生した側波帯のうち、光キャリアｆ０に最も近い側波帯を使用する例で説明した。
【０１５３】
しかし、本発明ではミリ波のような高周波を想定しており、図４の例では、位相変調をミリ波の周波数で行わねばならず、コストが増大する。位相変調では、変調度を深くすると変調周波数の高調波成分の側波帯のパワーが強くなる。
【０１５４】
そのような高調波成分を使用する方法を次に第３の実施形態として説明する。
【０１５５】
（第３の実施形態）
第２実施形態の構成における位相変調器において位相変調に用いている周期信号を、第３の実施形態においては正弦波とし、その周波数は前記所望の値を与える側帯波と前記光源の光周波数との周波数差のｎ分の１（ｎは２以上の整数）とする。
【０１５６】
このような高調波成分としての側帯波を使用するようにした光送信器の具体例を説明する。ここでは、図３，図６，図１５，図１７，図２２における位相変調器２、図２０における櫛状波発生器４０の位相変調器は、位相変調に用いる周期信号を正弦波とし、その周波数は所望の値を与える側帯波と前記光源の光周波数との周波数差のｎ分の１（ｎは２以上の整数）とする。
【０１５７】
図４の例では、ｆ０＋２ｆ１やｆ０＋３ｆ１，…とデータ変調光との干渉によって生じる干渉波を、受信器側でフォトディテクタにて受信したときに、所望の周波数となっているように、位相変調の周波数ｆ１を決定する。
【０１５８】
その結果、ｆ１が小さくなり、位相変調器まわりのハードウエアが低コスト化できる。
【０１５９】
（第４の実施形態）
次に、本願第４の発明についてその実施の形態を第４の実施形態として説明する。
【０１６０】
図２３はそのブロック図である。図中、２は位相変調器、４はデータ変調器、７は局発光源、８は信号光源、９ａ，９ｂは光分岐結合器、１０および４４はフォトダイオード、１１は低域通過フィルタ、１２および４３は光分岐結合器、４５は帯域通過フィルタ、４６は制御装置、６８はＰＬＬループ、６９は周波数制御ループである。
【０１６１】
信号光源８は、データ変調をかける対象となるおおもとの光源であり、例えば、単一縦モードの半導体レーザ素子により構成してある。
【０１６２】
局発光源７は、位相変調をかける対象となるおおもとの光源であり、これも信号光源と同様に例えば、単一縦モードの半導体レーザ素子により構成してある。光分岐結合器９ａは、局発光源７の出力光を二分岐させる１入力ポート２出力ポート構成の結合器であり、光分岐結合器９ｂは、信号光源８からの出力光を二分岐させる１入力ポート２出力ポート構成の結合器である。
【０１６３】
位相変調器２は光分岐結合器９ａを介して導かれた前記局発光源７からの光を位相変調して出力するものである。また、データ変調器４は、光分岐結合器９ｂを介して導かれた信号光源８からの出力光に対して例えば、データ対応のサブキャリア信号ｆｓにより、ＡＭ変調を施してデータ変調光として出力するものである。
【０１６４】
光分岐結合器４３は、光分岐結合器９ａにて二分岐された局発光源７の出力光の一方とデータ変調器４の出力するデータ変調光とを結合する２入力ポート２出力ポート構成の結合器であって、２出力ポートのうち、一つはフォトダイオード４４への出力ポートとなり、もう一つは伝送路への出力ポートとなる。
【０１６５】
光分岐結合器１２は、位相変調器２の出力と信号光源８の出力光とを結合して合波するものであり、フォトダイオード１０はこの合波出力を検出するためのフォトディテクタであり、低域通過フィルタ１１はこのフォトダイオード１０の検出出力のうち、低周波成分を抽出するためのものであり、制御装置４６はこの低周波成分対応に局発光源７の出力光の周波数および光位相をシフトさせるべく、当該局発光源７を制御するものである。
【０１６６】
フォトダイオード１０，低域通過フィルタ１１および制御装置４６により光分岐結合器１２による光結合した出力を参照して局発光源７の光周波数および光位相を制御するＰＬＬ制御系を構成している。
【０１６７】
フォトダイオード４４は光分岐結合器４３にて二分岐された送信光を検出するためのフォトディテクタであり、帯域通過フィルタ４５はこのフォトダイオード４４の検出出力のうち、所定の帯域成分を抽出するためのものであり、制御装置４６はこの抽出した周波成分対応に局発光源７の出力光の周波数をシフトさせるべく当該局発光源７を制御する機能も兼ね備えている。
【０１６８】
フォトダイオード４４、帯域通過フィルタ４５および制御装置４６により送信光出力を参照して局発光源７の光周波数を制御する周波数制御系を構成している。
【０１６９】
ここで説明する光送信器は、信号光と局発光を所望の光周波数差となるよう光周波数を制御し、合波して送信するにあたり、前記局発光を分岐して周期信号にて変調し生成された複数の側波帯の内の一つと、前記信号光を分岐したものとの干渉波をフォトディテクタにて検出し、検出されたエラー信号が一定の直流値を保つように、前記信号光あるいは前記局発光の光位相を制御するようにしたことを特徴とする。
【０１７０】
この図２３に示す構成の場合、信号光源８と、局発光源７が別々にある。そして、信号光源８からの光はデータ変調器４で変調されてデータ変調光となり、光分岐結合器４３方向へと送り出され、また、局発光源７からの光も光分岐結合器４３方向へと送られて両者は、ここで合波された後、送信出力（送信光）として伝送路へと送り出される。
【０１７１】
このように、信号光と局発光は光分岐結合器４３で偏波と遅延を合わせて合波され、送り出される。偏波と遅延の調整、およびデータ変調の形態については上述した第２及び第３の実施形態での発明と同様である。
【０１７２】
図２３の例では局発光及び、変調を受ける前の信号をそれぞれ分岐する。局発光には位相変調器２によって位相変調を施し、分岐した信号光と偏波と遅延を合わせて合流し、フォトダイオード１０で受信する。信号光の光キャリア周波数ｆ０と局発光の光周波数ｆＬの差をｆｒにしたい場合は、分岐した局発光を変調する周波数は、例えば、ｆｒ／ｎ（ただしｎは２以上の整数）にする。
【０１７３】
位相変調によって発生したｎ番目の側波帯（あるいは−ｎ番目の側波帯）と信号光の光周波数および光位相が一致するようにＰＬＬをかける。“２×２”の光分岐結合器４３の出力の一つは送信光として送信するが、もう一つの出力をフォトダイオード４４で受信し、ｆ０とｆＬの差ｆｄとｆｒの差ｆｃ＝ｆｒ−ｆｄの絶対値が、ＰＬＬループ６８の引き込み範囲周波数ｆｉ内に入っているように局発光または信号光（図では局発光）の光周波数を制御する。
【０１７４】
例えば、フォトダイオード４４の後段に中心周波数がｆｒで帯域が２ｆｉの帯域通過フィルタを配置し、フィルタを通過する受信信号のパワーが最大になるように光周波数を制御するなどの方法を用いる。
【０１７５】
ここでの目的は、信号光を所望の側波帯以外の側波帯にロックさせないことにあるので、次のような系にしても良い。
まず、フォトダイオード４４で検出した干渉波信号の周波数ｆｄが周波数ｆｒ−ｆｒ／２ｎ＜ｆｄ＜ｆｒ＋ｆｒ／２ｎ（但し、ｎは任意の整数）の範囲に入るようにする。
【０１７６】
例えば、帯域通過フィルタ４５の帯域をそのようにして、透過する電気信号の電力が最大になるように局発光（または信号光）の光周波数を制御する。
【０１７７】
フィルタ４５の帯域内に信号がある状態を保ったまま、フォトダイオード１０で検出された信号がＰＬＬの引き込み範囲周波数に入るように、局発光（または信号光）の光周波数を制御する。例えば、フィルタ４５の帯域内を信号が通過している状態で光周波数を振ってみればよい。ＰＬＬの引き込み範囲内の信号が検出されたら、ループ６９による光周波数の制御を中止し、ＰＬＬループをオンにして自動的に制御されるようにする。
【０１７８】
光源として用いる半導体レーザは注入電流に従って発振波長が変化する性質を持っている。直流状の駆動電流に加えて、非常に微少なパルス状の電流を流すと、一瞬だけ光周波数が変化して元に戻り、光位相が若干変化する。このようにして、半導体レーザの光位相を制御することができる。なお、固体レーザ素子を光源として使用する場合には、外付けの光無限位相変調器を使用すると良い。
【０１７９】
信号光を変調する枝ではデータ変調器は分岐の後ろに配置する。しかし、データ変調によって得られる信号光の光スペクトルが、光キャリア成分と光キャリアからやや離れた（ＰＬＬの引き込み範囲外に離れた）周波数のサブキャリアデータ成分からなるならば、光キャリア成分を用いてＰＬＬをかけることが可能なので、データ変調器は分岐の前にあっても良い。
【０１８０】
このような本願第４の発明の実施形態によると、信号光と局発光の光周波数間隔を所望の値に保ちながら位相を同期させるためのＰＬＬに用いられるエラー信号が、直流近辺の低周波で検出されるため系が低コスト化できる。また、位相変調の周波数が小さいため位相変調器まわりの構成が楽になり、低コスト化できる。
【０１８１】
このように、この実施形態の光送信器は、信号光と局発光を所望の光周波数差となるよう光周波数を制御し、合波して送信する光送信器において、前記局発光を分岐して周期信号にて変調し生成された複数の側波帯の内の一つと、前記信号光を分岐したものとの干渉波をフォトディテクタにて検出し、検出されたエラー信号が一定の直流値を保つように、前記信号光あるいは前記局発光の光位相を制御することに特徴がある。
【０１８２】
データ変調光の光源（信号光源）と、干渉光の光源（局発光源）を別にして、それらのビートにＰＬＬをかけるのは、ビートがミリ波のような高周波の場合、高周波特性の良い素子を使用せねばならず、非常にコストが高くなる。
【０１８３】
そこでここでは、ＰＬＬを高周波帯で行うのは避け、低周波帯で行うようにした。つまり、ＰＬＬをかけるためのエラー信号が直流近辺の低周波で検出されるようにした。
【０１８４】
図２２に示すように、信号光源８および局発光源７から出力された光をそれぞれ分岐し、局発光に正弦波等の繰り返し信号で位相変調をかける。分岐した光を再び合波してフォトディテクタ１０で検波し、低域通過フィルタ１１を通過したエラー信号によって、フィルタ出力が直流の一定値になるように、局発光あるいは信号光の位相を制御する。
【０１８５】
図２４（ａ）に分岐した後の信号光、図２４（ｂ）に分岐後の局発光の光スペクトルを示す。局発光には位相変調を受けて側波帯が発生している。位相変調信号の周期に当たる周波数の側波帯の他に、高調波に当たる周波数の側波帯が多数発生している。側波帯には光源の光位相雑音と同じ光位相雑音がのっている。
【０１８６】
そこでここでは、高調波にあたる側波帯に対して信号光をＰＬＬでロックするようにした。
【０１８７】
あらかじめ、局発光の所望の側波帯と信号光がおよそ重なり合うような状態で干渉させると、フォトディテクタで検出される信号の直流近辺の成分がＰＬＬのエラー信号となって、同期が可能となる。
【０１８８】
一方、分岐元の信号光と局発光は別の光分岐結合器４３で合波され伝送される。こちらの局発光は位相変調を受けていないのでｆＬの成分のみが送られる。信号光はｆ０の近傍にあり、伝送された先の受信器では、ｆ０とｆＬのビートが検出される。
【０１８９】
従って、第４の実施形態としてここに示した本願第４の発明によれば、ＰＬＬで用いるエラー信号が直流近傍の低周波で検出されるため、低コストな素子でループを組み立てることができる。また、位相変調の周波数が所望のミリ波帯の周波数の数分の１程度ですむため、位相変調器まわりが低コスト化できる。
【０１９０】
（第５の実施形態）
次に本願第５の発明の実施形態について第５の実施形態として説明する。
【０１９１】
図２５はそのブロック図である。図中、５８は局発光源、５９は信号光源、６０はデータ変調器、６１は位相変調器、６２は光分岐結合器、６３はフォトダイオード、６４は低域通過フィルタ、６５は制御装置である。
【０１９２】
信号光源５９は、データ変調をかける対象となるおおもとの光源であり、例えば、単一縦モードの半導体レーザ素子により構成してある。データ変調器６０は、この信号光源５９からの出力光に対して例えば、データ対応のサブキャリア信号ｆｓにより、ＡＭ変調を施してデータ変調光として出力するものである。
【０１９３】
局発光源５８は、位相変調をかける対象となるおおもとの光源であり、これも信号光源と同様に例えば、単一縦モードの半導体レーザ素子により構成してある。位相変調器６１はこの局発光源５８からの光を位相変調して出力するものである。
【０１９４】
光分岐結合器６２は、位相変調器６１の出力とデータ変調器６０の出力を結合して合波するものであり、フォトダイオード６３はこの合波出力を検出するためのフォトディテクタであり、低域通過フィルタ６４はこのフォトダイオード６３の検出出力のうち、低周波成分を抽出するためのものであり、制御装置６５はこの低周波成分対応に局発光源５８の出力光の周波数をシフトさせるべく当該局発光源５８を制御するものである。フォトダイオード６３，低域通過フィルタ６４および制御装置６５により光分岐結合器６２による光結合した出力を参照して局発光源５８の光周波数を制御するＰＬＬを構成している。
【０１９５】
このような構成において、信号光源５９、例えば、単一縦モードの半導体レーザ素子から出力された光はデータ変調器６０に入射され、ここで例えば、サブキャリア信号ｆｓによるＡＭ変調を受ける。サブキャリア周波数ｆｓは、受信所望帯域内に光キャリアがダウンコンバートされるときの周波数ｆｐよりもはるかに低い、例えば、ｆｐ／１００程度の周波数である。
【０１９６】
一方、局発光源５８から出力された光は所定の正弦波信号により位相変調器６１で光位相変調を受ける。位相変調の周波数は具体的には例えば、ｆｐ／ｎである。なお、ｎは２以上の整数、例えば、“４”、“６”、“１０”などである。
【０１９７】
このシステムでは局発光源５８も信号光源５９と同様に、単一縦モードの半導体レーザ素子で構成してあり、半導体レーザ素子は電流や温度により発振光周波数が変化する特性を有している。そこで、このシステムではこのことを利用して光源の出力光の周波数を制御するようにしている。すなわち、局発光源５８と信号光源５９は予め電流、温度対発振光周波数の特性を測定して、その特性を把握し、その特性対応に制御装置６５には信号光の光キャリアが、局発光の（光キャリアにではなく、）側波帯にロックするように合波出力に基づいて局発光源５８に制御をかけるような機能を持たせてあるものとする。
【０１９９】
ＰＬＬ制御ループによる制御対象は、信号光源であっても良く、このＰＬＬ制御ループは、局発光源あるいは信号光源に光周波数および光位相の制御をかけ、信号光の光キャリアが、局発光の（光キャリアにではなく、）側波帯にロックする役割を担っている。
【０２００】
すなわち、電流制御装置６５は、まず、局発光源５８（または信号光源５９）の光周波数を振って局発光の側波帯のどれか一つと信号光の光周波数差がＰＬＬの引き込み範囲内に来る点を探す。
【０２０１】
ＰＬＬの引き込み範囲内に入ったならば、電流制御装置６５は、ＰＬＬを作動させて信号光を局発光の側波帯の一つにロックする。
【０２０２】
また、当該ＰＬＬによる制御によってロックする信号光の光キャリア周波数がもしも、局発光の光キャリア周波数に一致してしまいそうになったならば、制御装置６５は強制的にＰＬＬを切り、側波帯にロックできる程度に光周波数を離すように光源に対する注入電流を制御する。
【０２０３】
このようなＰＬＬによる光源の制御によって、光源の位相雑音の影響が回避できるようになる。
【０２０４】
このようにして光源制御して得られた局発光に対し、位相変調器６１により位相変調した後の局発光と、データ変調器６０によりデータ変調した信号光源５９からの信号光は光分岐結合器６２において合波する。そして、合波された光信号が一部は伝送路へと送出され、送信出力となり、一部はフォトダイオード６３へと送られて上記ＰＬＬによる光源制御に用いられることになる。
【０２０５】
光分岐結合器６２は２×２の方向性結合器、すなわち、２つの入力ポートと２つの出力ポートを持つ方向性結合器であり、一方の出力ポートからの出力光は光伝送路である光ファイバに送り出し、他方の出力ポートからの出力光はフォトディテクタ６３で検出する。
【０２０６】
電流制御装置６５は、まず、局発光源５８（または信号光源５９）の光周波数を振って局発光の側波帯のどれか一つと信号光の光周波数差がＰＬＬの引き込み範囲内に来る点を探し、ＰＬＬの引き込み範囲内に入ったならば、電流制御装置６５は、ＰＬＬを作動させて信号光を局発光の側波帯の一つにロックすると云ったＰＬＬ制御により、光源の位相雑音の影響が回避できるようになると共に、ＰＬＬに使用するエラー信号は直流近辺の低周波信号であるため、動作速度の遅い素子を使用した制御系ハードウエアで実現することができ、従って、制御系のハードウエアの低コスト化が可能となる。
【０２０７】
また、この実施形態によれば、信号光に乗ったデータ成分と局発光のどれかの側波帯が受信側で必ず所望の周波数帯域に落ちてくる。その結果、信号光と局発光の周波数間隔を厳密に所望の周波数間隔にする必要がなく、制御が簡単になるメリットがある。
【０２０８】
なお、図２３や図２５で説明した実施形態では光分岐結合器として“２×２”の光方向性結合器（カップラ）を用いるように記述したが、例えば、図２６のように一旦“２×１”のカップラ（２入力ポート１出力ポート構成のカップラ）で合流させたのち、改めて“１×２”のカップラ（１入力ポート２出力ポート構成のカップラ）で分岐してもよい。
【０２０９】
以上、第５の発明における第５の実施形態では、信号光と局発光を光分岐結合器にて合波して送信する光送信器において、前記信号光はサブキャリア信号で変調されており、前記局発光は周期信号にて変調されており、前記光分岐結合器の複数の出力の一つは、前記光送信器の出力として伝送され、別の一つはフォトディテクタで検出され、前記局発光に発生した複数の側波帯の一つと前記信号光の光搬送波成分との干渉によるエラー信号が一定の直流値を保つよう前記信号光あるいは前記局発光の光位相を制御する構成としたことを特徴とする。
【０２１０】
すなわち、第４の実施形態で説明した本願第４の発明では、局発光と信号光を本線から分岐してエラー信号を生成するようにしたが本願第５の発明では分岐はさせず、局発光の本線に位相変調をかけ、データ変調した信号光と合波するようにした。
【０２１１】
合波に用いる光分岐結合器は複数の出力ポートを有するものを用いている。これは次の理由による。すなわち、光分岐結合器としてよく用いられる方向性結合器（カップラ）では、２つの入力を合流する場合の基本形は２出力である。勿論、１出力構造のものも製作可能であるが、これは２出力のうちの１つを捨てた形態と見なすことができ、１出力ポートの場合でも２つの出力ポートがある場合と同様の損失を受ける。
【０２１２】
そこで、本発明では２×２のカップラを使用し、出力の１つは受信器に向けて送り出し、もう一方の出力を用いて、局発光と信号光の光位相を同期させるＰＬＬをかける。ここで用いられる信号光は、図２７のように光キャリアに帯域信号によってサブキャリア変調を施したものである。光キャリア成分とデータの乗っている側波帯があり、光キャリアの光周波数と側波帯の光周波数はＰＬＬの引き込み範囲以上に離れている。
【０２１３】
第５の発明は、図２４の（ａ）、（ｂ）をそのまま送信する。局発光のどれか１つの側波帯と信号光の光キャリア成分を同期させるが、信号光の光キャリアが同期する局発光の側波帯はどれでも良い。第４の発明の場合のようにｆＬとｆ０が要求された値だけ離れるような側波帯を選択する必要はない。このようにすると、受信したときにどこかの側波帯との干渉波が所望の周波数帯に落ちてくる。信号光を中心として、要求された周波数差だけプラスとマイナスに離れた２つの側波帯が同時に所望の周波数に落ちてくる。
【０２１４】
しかし、光キャリアに位相変調を施すと、変調度にもよるが、一般に、図２８のような包絡線が山形のスペクトルとなる。従って、ｆLとｆ０を適度に離して おけば、プラスに離れた側波帯とマイナスに離れた側波帯の大きさには著しい差があり、信号光との干渉波が受信されたとき、大きい方の側波帯との干渉波が支配的になる。プラス側の側帯波とマイナス側の側帯波の位相差の変化によって干渉波のレベルは若干変化するが、プラス側の側帯波とマイナス側の側帯波のレベル差が大きければ、変化量は小さく問題にならない。
【０２１５】
本願第５の発明では、信号光および局発光の波長制御が厳密である必要がなく、低コスト化できる。また、系内の分岐が少ないため、損失が少なく、従って、より高品質の送信が可能なシステムとなる。
【０２１６】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明では、ミリ波のような高周波信号を光へテロダインで生成する際に、問題となる光源の位相雑音による影響を低コストに回避する方法を提案した。
【０２１７】
第１の発明では、同一光源を二分岐し、一方にデータ変調をかけ、他方は光周波数が所定の値だけシフトしたところに光スペクトル線を発生させる。両者を合流すると、元が同一の光源であるため、位相雑音が自動的にキャンセルされる。
【０２１８】
第２及び第３の発明では、同一光源からデー夕変調光と、ビートを発生させるための位相変調側波帯を発生させるため、位相雑音は常に同期しており、位相雑音の影響は自動的にキャンセルされる。また、位相変調を用いるため、変調系が簡易になる。
【０２１９】
第４、第５の発明では、信号光源と局発光源を別々に用意するが、局発光を受信所望周波数の整数分の１の周波数で位相変調し、発生した側波帯に信号光をロックする。位相変調の周波数が低くてすむため、位相変調器まわりの低コスト化が可能となる。また、ＰＬＬを必要とするが、そのためのエラー信号が直流に近い低周波で受光されるため系が低コスト化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための図であって、本発明の第１の実施形態を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明を説明するための図であって、本発明の第１の実施形態を説明するための波形図である。
【図３】本発明を説明するための図であって、本発明の第２の実施形態を説明するためのブロック図である。
【図４】本発明の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の動作を説明するための図である。
【図６】本発明を説明するための図であって、本発明の第２の実施形態における変形例を説明するためのブロック図である。
【図７】本発明の動作を説明するための図である。
【図８】本発明の動作を説明するための図である。
【図９】本発明の動作を説明するための図である。
【図１０】本発明の動作を説明するための図である。
【図１１】本発明の動作を説明するための図である。
【図１２】本発明の動作を説明するための図である。
【図１３】本発明の動作を説明するための図である。
【図１４】本発明の動作を説明するための図である。
【図１５】本発明を説明するための図であって、本発明の第２の実施形態における変形例を説明するためのブロック図である。
【図１６】本発明を説明するための図であって、本発明の第２の実施形態における装置構成を集積回路化した場合の構成例を説明するための図である。
【図１７】本発明を説明するための図であって、本発明の第２の実施形態における変形例を説明するためのブロック図である。
【図１８】本発明を説明するための図であって、本発明の第２の実施形態における変形例を説明するためのブロック図である。
【図１９】本発明の動作を説明するための図である。
【図２０】本発明の実施の形態の一つを示す図である。
【図２１】本発明の動作を説明するための図である。
【図２２】本発明を説明するための図であって、本発明の第４の実施形態における装置構成例を説明するための図である。
【図２３】本発明を説明するための図であって、本発明の第４の実施形態における装置構成例を説明するための図である。
【図２４】本発明の動作を説明するための図である。
【図２５】本発明を説明するための図であって、本発明の第５の実施形態における装置構成例を説明するための図である。
【図２６】本発明を説明するための図であって、本発明の第４の実施形態における装置の一部要素の構成例を示す図である。
【図２７】本発明の動作を説明するための図である。
【図２８】本発明の動作を説明するための図である。
【図２９】本発明の作用を説明するための図であって、データ変調された受信信号例を示す波形図である。
【図３０】従来例を説明するための図である。
【図３１】従来例を説明するための図である。
【図３２】従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…光源
２…位相変調器
３，１８，３１…光フィルタ
４…データ変調器
５，９ａ，９ｂ，１２，２１，２２，３８，４３，４７，４８，５２，５８，６２…光分岐結合器
７…局発光源
８…信号光源
１０，２０…フォトダイオード
１１…低域通過フィルタ
１３…光フィルタ透過特性
１４，１６…フィルタ透過特性
１５…制御用に検出される成分
１７…光サーキュレータ
１９，４６，６５…制御装置
２３…光遅延線
２４…光ファイバ増幅器
２５…半導体レーザ
２６…光導波路
２７，２８，３３…電極
２９，６１…位相変調器
３０…ＡＭ変調器
３３…グレーティング
３４，３５，３６…Ｙ分岐
３７…光送信器
３９…光受信器
４０…櫛状波発生器
４１…データ送信器
４２…受信器
４４，５３，６３，６６…フォトダイオード
４５…帯域通過フィルタ
４９…局発光源
５０，５９…信号光源
５１，６０…データ変調器
５４…アンプ
５５…基準信号発生器
５６…ミキサ
５７、６４…低域通過フィルタ
６７…幹線ファイバ
６８…ＰＬＬループ
６９…周波数制御ループ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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