(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心周波数ν0 、縦モード間隔ｆ0[Hz] のコヒーレント白色光を出力するコヒーレント白色光源と、
前記コヒーレント白色光を入力し、縦モード間隔ｆ0 で並んだ複数の輝線スペクトルの中から、周波数（ν0＋ｎ1ｆ0)[Hz]および（ν0＋ｎ2ｆ0)[Hz]（ｎ1 ，ｎ2 は整数かつｎ1＞ｎ2）の２本の輝線スペクトルを出力する光フィルタと、
前記光フィルタから出力される２本の輝線スペクトルを合波する光合波器と、  前記光合波器の出力光を入力し、前記２本の輝線スペクトルの差周波数(ｎ1−ｎ2)ｆ0 [Hz]の高周波電気信号に変換して出力する受光素子とを備え、
前記光フィルタとして、複数の出力ポートの各出力ポートごとに隣接する輝線スペクトルを十分に抑圧する透過帯域特性を有し、フリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）が（ｎ1−ｎ2)ｆ0 [Hz]に対して十分に大きいアレイ導波路回折格子型フィルタ（以下「ＡＷＧ」という）を用い、その２つの出力ポートから前記２本の輝線スペクトルを取り出す構成である
ことを特徴とする高周波信号発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の高周波信号発生装置において、
前記ＡＷＧから前記２本の輝線スペクトルを複数組取り出し、各２本の輝線スペクトルを複数の光合波器で合波してそれぞれ対応する受光素子に受光させ、複数の受光素子からそれぞれ異なる差周波数の高周波電気信号を出力する構成である
ことを特徴とする高周波信号発生装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の高周波信号発生装置において、
前記ＡＷＧと前記光合波器との間に、前記光合波器に接続する前記ＡＷＧの所定の２つの出力ポートを選択する光空間スイッチを備え、前記光空間スイッチの選択に応じて前記高周波電気信号の周波数を切り替える構成である
ことを特徴とする高周波信号発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波からサブミリ波にいたる範囲の高周波信号を発生させる高周波信号発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高周波信号発生装置として、コヒーレント白色光源から出力される超広帯域なコヒーレント白色光を利用したものが知られている。
【０００３】
図６は、コヒーレント白色光源の構成例を示す。図において、コヒーレント白色光源は、中心周波数ν0 、繰り返し周波数ｆ0[Hz] の励起用光パルスを出力する励起用パルス光源２１と、所定の分散スロープと分散を有する非線形光学媒質２２により構成される。なお、必要に応じて非線形光学媒質２２の出力側に励起用光パルスを除去するバンド除去フィルタ２３を備えてもよい。
【０００４】
励起用パルス光源２１から出力される繰り返し周波数ｆ0[Hz] の励起用光パルスを非線形光学媒質２２に入力すると、超広帯域で縦モード間隔ｆ0(Hz）のコヒーレント白色光が発生する。なお、非線形光学媒質２２として光ファイバを用いた場合には、波長帯域200 ｎｍ以上にわたるスペクトル幅を有するコヒーレント白色光を発生させることができる。これはスーパーコンティニウム（ＳＣ）光源と呼ばれている（参考文献：藤井、山林編著、超高速ネットワーク技術、未来ねっと技術シリーズ５、電気通信協会、pp.266-267、(2000)）。
【０００５】
図７は、従来の高周波信号発生装置の構成例を示す。図において、コヒーレント白色光源１１は図６に示す構成のものである。このコヒーレント白色光源１１から出力される中心周波数ν0 、縦モード間隔ｆ0[Hz] 、繰り返し周波数ｆ0[Hz] のコヒーレント白色光３１は、光フィルタ群３２のファブリペローフィルタ３３に入力される。ファブリペローフィルタ３３の周期（フリースペクトルレンジ（ＦＳＲ））は、ちょうどｎｆ0[Hz] （ｎは自然数）に設定されており、その出力の縦モード間隔はｎｆ0[Hz] になる。
【０００６】
ファブリペローフィルタ３３の出力はアレイ導波路回折格子型フィルタ（ＡＷＧ）３４に入力され、光周波数ν1,ν2,…, νm を中心とする複数の光周波数成分が切り出され、それぞれ異なる出力ポートに分波される。このとき、ＡＷＧ３４の各出力ポートの短光パルス列３５の繰り返し周波数は、いずれの出力ポート（光周波数）においてもｎｆ0[Hz] となり、そのパルス幅はＡＷＧ３４の透過帯域Δνによりガウシアン型の場合は0.44／Δν、sech2 型の場合は 0.315／Δνで表される。なお、短光パルス列３５の繰り返し周波数は、ファブリペローフィルタ３３のＦＳＲによってｆ0 の整数倍で自由に選択することができ、そのパルス幅もＡＷＧ３４の特性により任意に選択することができる。
【０００７】
以上の構成により生成された出力光パルス列３５を受光素子３６で受光し、電気信号に変換すれば繰り返し周波数ｆ0 の電気パルスを発生させることができる。また、受光素子３６の出力にバンドパスフィルタを設け、繰り返し周波数ｆ0 の高調波成分ｎｆ0[Hz] を取り出せば、ｎｆ0[Hz] の正弦波を発生させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、受光素子には入力光パワーの定格があり、定格以上の入力パワーを入力すると出力が飽和して所望の高周波成分が低下してしまう特性がある。
【０００９】
一方、従来の高周波信号発生装置の受光素子３６に入力する光パルスのスペクトルには、ｆ0 間隔で多数の輝線スペクトル成分が存在しており、所望の高周波成分はこのうちの１本にしかすぎない。そのため、光パルスを受光素子３６に入力して出力電気信号から所望の高周波成分を取り出す構成では、光パルスのエネルギーのごく一部しか使わないだけでなく、他の不要な輝線スペクトル成分のエネルギーによって受光素子３６が飽和し、所望の高周波成分の出力を十分に得ることが困難であった。
【００１０】
本発明は、不要な光スペクトルによる受光素子の飽和などの問題を解決し、高周波信号を簡単な構成で効率よく発生させることができる高周波信号発生装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波信号発生装置は、中心周波数ν0 、縦モード間隔ｆ0[Hz] のコヒーレント白色光を出力するコヒーレント白色光源と、コヒーレント白色光を入力し、縦モード間隔ｆ0 で並んだ複数の輝線スペクトルの中から、周波数（ν0＋ｎ1 ｆ0)[Hz]および（ν0＋ｎ2ｆ0)[Hz]（ｎ1 ，ｎ2 は整数かつｎ1＞ｎ2）の２本の輝線スペクトルを出力する光フィルタと、光フィルタから出力される２本の輝線スペクトルを合波する光合波器と、光合波器の出力光を入力し、前記２本の輝線スペクトルの差周波数(ｎ1−ｎ2)ｆ0 [Hz]の高周波電気信号に変換して出力する受光素子とを備える。
【００１２】
このように、コヒーレント白色光中の複数の輝線スペクトルの中から、光フィルタで２本の輝線スペクトルを取り出し、それを合波して受光素子に入力することにより、２本の輝線スペクトルの差周波数の高周波電気信号を発生させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の高周波信号発生装置の第１の実施形態を示す。図において、本実施形態の高周波信号発生装置は、中心周波数ν0 、縦モード間隔ｆ0[Hz] のコヒーレント白色光を出力するコヒーレント白色光源１１と、コヒーレント白色光を入力し、縦モード間隔ｆ0 で並んだ複数の輝線スペクトルの中から２本の輝線スペクトルを出力する光フィルタ１２と、光フィルタ１２から出力される２本の輝線スペクトルを合波する光合波器１３と、光合波器１３の出力光を入力して電気信号に変換する受光素子１４と、電気信号の出力ポート１５を備える。
【００１４】
なお、コヒーレント白色光源１１は、図６に示す構成のものである。また、必要に応じて、コヒーレント白色光源１１の出力段、光フィルタ１２の出力段に、光増幅器１６，１７，１８を備えてもよい。
【００１５】
ここで、光フィルタ１２で選択する２本の輝線スペクトルを周波数（ν0＋ｎ1ｆ0)[Hz]および（ν0＋ｎ2ｆ0)[Hz]（ｎ1 ，ｎ2 は整数かつｎ1＞ｎ2）とすると、出力ポート１５には２本の輝線スペクトルの差周波数(ｎ1−ｎ2)ｆ0 [Hz]の高周波電気信号が出力される。
【００１６】
本実施形態の構成では、図６に示すコヒーレント白色光源１１の励起用パルス光源２１で周波数ｆ0[Hz] という既存の電気発振器を用いることが可能な周波数領域で励起パルス光を発生させる。そして、非線形光学媒質２２に励起パルス光を入力して光スペクトルを広げたコヒーレント白色光を出力させる。この拡大した光スペクトル（コヒーレント白色光）から、通常の電気回路では発生させることが困難な高周波に相当する差周波数を有する２本の輝線スペクトルを切り出して合波し、受光回路１４に受光することにより、その差周波数の高周波信号を発生させることができる。このように、拡大した光スペクトルのうち、高周波信号の発生に必要な輝線スペクトルのみを用いる構成であるので、受光回路１４の飽和を抑えることができる。
【００１７】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の高周波信号発生装置の第２の実施形態を示す。図において、本実施形態の特徴は、第１の実施形態における光フィルタ１２として、アレイ導波路回折格子型フィルタ（ＡＷＧ）を用い、コヒーレント白色光の輝線スペクトルを１本ずつ異なる出力ポートから取り出すようにする。
【００１８】
図２(a) は、コヒーレント白色光の光スペクトルを示す。コヒーレント白色光は、中心周波数ν0 を中心として縦モード間隔ｆ0[Hz] で輝線スペクトルが並んでいる。
【００１９】
図２(b) は、光フィルタ（ＡＷＧ）１２の出力ポートｎ1 の透過スペクトル特性を示す。透過中心周波数は（ν0＋ｎ1ｆ0)[Hz]である。図２(c) は、光フィルタ（ＡＷＧ）１２の出力ポートｎ2 の透過スペクトル特性を示す。透過中心周波数は（ν0＋ｎ2ｆ0)[Hz]である。光フィルタ（ＡＷＧ）１２の出力ポートｎ1 ，ｎ2 には、輝線スペクトルのうち１本を取り出す透過帯域Ｂを有する。ここでは、互いに３ｆ0 だけ離れた輝線スペクトルが取り出される。これにより、出力ポート１５には周波数３ｆ0 [Hz]の高周波電気信号が出力される。
【００２０】
ＡＷＧは、その動作原理上、光の干渉を用いているために周期性を有している。すなわち、図２(b),(c) に示した透過スペクトル特性は、フリースペクトルレンジ（ＦＳＲ）と呼ばれる周期ごとに透過帯域Ｂの透過特性を有する。本実施形態における光フィルタ（ＡＷＧ）１２の望ましい特性としては、
(1) 透過帯域Ｂが十分に小さく、隣接する輝線スペクトルを十分に抑圧できること、
(2) ＦＳＲが出力させる高周波電気信号の周波数(ｎ1−ｎ2)ｆ0 [Hz]に対して十分に大きいこと、
(3) 低損失であること、
である。現在、これらの条件を満たすＡＷＧとして文献（K.Okamoto et al.,"Fabrication of 128-channel arrayed-waveguide grating multiplexer with 25 GHz channel spacing", Electron.Lett.,vol.32,pp.1474-1476,1996) に記載のものは、フィルタ帯域Ｂ＝25ＧHz、ＦＳＲ＝3.2 ＴHz、損失3.5 〜６ｄＢとなっており、マイクロ波からサブミリ波（10ＧHz〜1000ＧHz）に対して十分に設計可能な値となっている。
【００２１】
なお、本実施形態の構成において、光フィルタ（ＡＷＧ）１２の各出力ポートからの出力光パワーは、（コヒーレント白色光パワー／ＦＳＲ内の輝線スペクトル数）となる。ＦＳＲ内の輝線スペクトル数は、上記文献の例では128 本であり、各出力ポートからの出力光パワーは、コヒーレント白色光パワーが10ｍＷとすると0.1 ｍＷ以下となる。
【００２２】
ここで、出力光パワーを上げるには、コヒーレント白色光源１１の出力に光増幅器（エルビウム添加光ファイバ増幅器）１６を接続する。また、光フィルタ１２の各出力ポートに光増幅器１７，１８を接続してもよい。ただし、光増幅器１７，１８を用いる場合に、光増幅器から出力される自然放出光雑音が受光素子１４に入射すると飽和の原因になるので、受光素子１４の前段に光バンドパスフィルタを用いて輝線成分以外の光スペクトルに発生する自然放出光雑音を除去することが望ましい。
【００２３】
ところで、図２に示す示す構成は、光フィルタ（ＡＷＧ）１２の２つの出力ポートの輝線スペクトルの差周波数と、出力される高周波電気信号の周波数が対応しているが、出力ポートの組み合わせを変えることにより、高周波電気信号の周波数を任意に切り替えることができる。したがって、図３に示すように、２本の輝線スペクトルの組を光フィルタ１２の異なる出力ポートから並列に取り出すことにより、異なる周波数の高周波電気信号を同時に複数本出力させることができる。なお、図３に示す例は、２組の輝線スペクトルを取り出す構成であり、光増幅器１７，１８、光合波器１３、受光素子１４をそれぞれ２組備えた構成であるが、同様に３組以上の輝線スペクトルを取り出すことも可能である。また、その場合には、１つの輝線スペクトルを共有するような構成としてもよい。
【００２４】
また、図４に示すように、光フィルタ１２と光合波器１３との間に光空間スイッチ１９を挿入し、光合波器１３に接続する光フィルタ１２の出力ポートを切り替える構成により、高周波電気信号の周波数を任意に切り替えることができる。
【００２５】
さらに、図５に示すように、光空間スイッチ１９の出力ポートから２組以上の輝線スペクトルを選択的に取り出す構成により、異なる周波数の高周波電気信号を同時に複数本出力させ、かつ光空間スイッチ１９の設定によって任意に切り替えることができる。
【００２６】
また、図１〜５に示した各光部品（１１〜１９）をすべて偏波保持構成とすることにより、動作の安定性を向上させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の高周波信号発生装置は、コヒーレント白色光源から出力されるコヒーレント白色光を構成する輝線スペクトルのうち、２本の輝線スペクトルを合波して受光することにより、その光周波数の相対差に相当するマイクロ波〜サブミリ波に渡る領域の高周波電気信号を発生させることができる。これにより、不要な光スペクトルによる受光素子の飽和などの問題を解決することができるとともに、簡単な構成で効率よく高周波電気信号を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波信号発生装置の第１の実施形態を示すブロック図。
【図２】本発明の高周波信号発生装置の第２の実施形態を示すブロック図。
【図３】本発明の高周波信号発生装置の第３の実施形態を示すブロック図。
【図４】本発明の高周波信号発生装置の第４の実施形態を示すブロック図。
【図５】本発明の高周波信号発生装置の第５の実施形態を示すブロック図。
【図６】コヒーレント白色光源の構成例を示すブロック図。
【図７】従来の高周波信号発生装置の構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
１１  コヒーレント白色光源
１２  光フィルタ
１３  光合波器
１４  受光素子
１５  出力ポート
１６，１７，１８  光増幅器
１９  光空間スイッチ
２１  励起用パルス光源
２２  非線形光学媒質
２３  バンド除去フィルタ
３１  コヒーレント白色光
３２  光フィルタ群
３３  ファブリペローフィルタ
３４  アレイ導波路回折格子型フィルタ（ＡＷＧ）
３５  短光パルス列
【図１】
0003711031.tif 000002
【図２】
0003711031.tif 000003
【図３】
0003711031.tif 000004
【図４】
0003711031.tif 000005
【図５】
0003711031.tif 000006
【図６】
0003711031.tif 000007
【図７】
0003711031.tif 000008