(57)【要約】      （修正有）【課題】より低コストな構成で実現可能な光電気発振器及び光電気発振方法を提供する。【解決手段】光電気発振器１００は，光変調器２０と，分散媒質４０と，光検出器５０と，導線８０を，備える。光変調器２０は，変調周波数ｆｍ［Ｈｚ］の変調信号が印加される変調電極を有し，光源１０から出力された光信号を当該変調信号で変調して，チャープを伴った光信号を出力する。分散媒質４０には，光変調器２０により変調された光信号が入力される。光検出器５０は，分散媒質４０からの光信号を受光して，変調周波数ｆｍで変調された成分を電気信号に変換する。導線８０は，光検出器５０により変換された電気信号を，変調周波数ｆｍの変調信号として光変調器２０の変調電極に入力する。【選択図】図１
2014026022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調周波数ｆｍ［Ｈｚ］の変調信号が印加される変調電極を有し，光源（１０）から出力された光信号を当該変調信号で変調して，チャープを伴った光信号を出力する光変調器（２０）と，
前記光変調器（２０）により変調された光信号が入力される分散媒質（４０）と，
前記分散媒質（４０）からの光信号を受光して，変調周波数ｆｍで変調された成分を電気信号に変換する光検出器（５０）と，
前記光検出器（５０）により変換された電気信号を，変調周波数ｆｍの変調信号として前記光変調器（２０）の前記変調電極に入力する導線（８０）と，を具備する
光電気発振器。
【請求項２】
前記光変調器（２０）のバイアス点は，前記光変調器（２０）を導波する光信号の位相差がπとなるバイアス点である
請求項１に記載の光電気発振器。
【請求項３】
前記光変調器（２０）は，マッハツェンダー型光変調器である
請求項２に記載の光電気発振器。
【請求項４】
前記分散媒質（４０）は，光ファイバ及びファイバブラッググレーティングの両方又はいずれか一方である
請求項１に記載の光電気発振器。
【請求項５】
前記導線（８０）に，前記変調信号として用いられる変調周波数ｆｍを含む所定領域の電気信号を選択するバンドパスフィルタ（６０）を有する
請求項１に記載の光電気発振器。
【請求項６】
光変調器（２０）の変調電極に変調周波数ｆｍ［Ｈｚ］の変調信号を印加し，光源（１０）から出力された光信号を変調して，チャープを伴った光信号を出力する工程と，
前記光変調器（２０）により変調された光信号を分散媒質（４０）に入力する工程と，
前記分散媒質（４０）からの光信号を光検出器（５０）で受光して，変調周波数ｆｍで変調された成分を電気信号に変換する工程と，
前記光検出器（５０）により変換された電気信号を，変調周波数ｆｍの変調信号として導線（８０）を介して前記光変調器（２０）の前記変調電極に入力する工程と，を含む
光電気発振方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，光電気発振器及び光電気発振方法に関する。具体的に説明すると，本発明は，光源，光変調器，及び光検出器を含むループで構成された帰還型の光電気発振器に関する。本発明は，光源からの光信号を光変調器によって変調し，その光信号を光検出器で電気信号に変換した後，その電気信号を変調信号として変調器にフィードバックする。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムや光無線通信システムに含まれる送信機や受信機で高度な光信号処理を行うためには，局発となる発振器が必要とされる。光信号や光無線信号のキャリア（搬送波）を生成する機能が必要となるためである。
【０００３】
光電気発振器は，光信号が入力されることにより，所定周波数の光信号や電気信号を発振するデバイスであり，光信号の変調成分を帰還（フィードバック）することによって発振動作が得られる。発振器の帰還ループは，光回路及びＲＦ（高周波）回路で構成されるため，発振動作時には，発振信号として同一周波数の光信号とＲＦ信号とを同時に得ることもできる。また，光信号又はＲＦ信号のいずれに対しても，注入同期動作により発振周波数制御が行えることもよく知られている。
【０００４】
帰還回路を有する光電気発振器としては，例えば特許文献１に開示された技術が知られている。特許文献１に開示された光電気発振器は，光源から出力された光信号を変調する光変調器と，光変調器からの光信号を受光して電気信号に変換する光検出器と，光検出器からの電気信号を分周する分周器と，分周された電気信号を変調信号として光変調器の変調電極に入力する導線と，光変調器のバイアス点を制御するバイアス電源とを具備している。この特許文献１の発明は，光電気発振器において任意のバイアス条件での発振，特に，バイアス点をゼロに設定して光２トーン信号を生成するにあたり，変調周波数成分を含まないフィードバック信号を分周して変調周波数の成分を生成することで，任意のバイアス条件での発振を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２３６６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載された発明も有用な技術である。しかし，より低コストな構成で光電気発振器を実現することができれば，本技術がより普及する。例えば，上記特許文献１の発明では，光変調器にフィードバックする変調周波数を得るために，分周器が必要となる。この点，この分周器を用いずに，光電気発振器を実現したいという要望がある。
【０００７】
そこで，本発明は，より低コストな構成で実現可能な光電気発振器及び光電気発振方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発明者は，上記の課題を解決する手段について鋭意検討した結果，チャープを伴った光信号を出力可能な光変調器を用いて光変調を行い，光変調器からの出力信号を，分散媒質を介して光検出器に入力すれば，チャープ成分の中から光電気発振に必要とされるｆｍ成分を検出できるようになり，検出したｆｍ成分を変調信号として光変調器にフィードバックできるという知見を得た。このような構成であれば，光電気発振器に分周器を用いる必要がなくなるため，コストを抑えることができる。そして，本発明者は，上記知見に基づけば，上記の課題を解決できることに想到し，本発明を完成させた。
具体的に説明すると，本発明は以下の構成を有する。
【０００９】
本発明の第１の側面は，光電気発振器に関するものである。
本発明の光電気発振器は，光変調器２０と，分散媒質４０と，光検出器５０と，導線８０を，備える。
光変調器２０は，変調周波数ｆｍ［Ｈｚ］の変調信号が印加される変調電極を有し，光源１０から出力された光信号を当該変調信号で変調して，チャープを伴った光信号を出力する。
分散媒質４０は，光変調器２０により変調された光信号が入力される。
光検出器５０は，分散媒質４０からの光信号を受光して，変調周波数ｆｍで変調された成分を電気信号に変換する。
導線８０は，光検出器５０により変換された電気信号を，変調周波数ｆｍの変調信号として光変調器２０の変調電極に入力する。
【００１０】
本発明の光電気発振器において，光変調器２０のバイアス点は，光変調器２０を導波する光信号の位相差がπとなるバイアス点であることが好ましい。
【００１１】
本発明の光電気発振器において，光変調器２０は，マッハツェンダー型光変調器であることが好ましい。
【００１２】
本発明の光電気発振器において，分散媒質４０は，光ファイバ及びファイバブラッググレーティングの両方又はいずれか一方であることが好ましい。
【００１３】
本発明の光電気発振器は，導線８０に，変調信号として用いられる変調周波数ｆｍを含む所定領域の電気信号を選択するバンドパスフィルタ６０を有することが好ましい。
【００１４】
本発明の第２の側面は，光電気発信方法に関するものである。
本発明の光電気発信方法は，
光変調器２０の変調電極に変調周波数ｆｍ［Ｈｚ］の変調信号を印加し，光源１０から出力された光信号を変調して，チャープを伴った光信号を出力する工程と，
光変調器２０により変調された光信号を分散媒質４０に入力する工程と，
分散媒質４０からの光信号を光検出器５０で受光して，変調周波数ｆｍで変調された成分を電気信号に変換する工程と，
光検出器５０により変換された電気信号を，変調周波数ｆｍの変調信号として導線８０を介して光変調器２０の変調電極に入力する工程と，を含む。
【発明の効果】
【００１５】
一般的に，チャープが発生しない光変調器のバイアス点をゼロに設定して光信号を変調した場合，この出力光信号には，変調周波数ｆｍの２逓倍である２ｆｍ成分が主として含まれる。しかしながら，この出力光信号には，光電気発振器における光変調器に印加することが必要なｆｍ成分がほとんど残っていない。これは，光変調器の変調周波数であるｆｍ成分が，バイアス条件に大きく依存し，特に光変調器がゼロバイアス点付近でバイアスされている場合に，ほとんど消滅してしまうためである。このため，チャープが発生しないマッハツェンダー型光変調器を用いて，光電気発振に必要とされるフィードバック信号（ｆｍ成分）を得ようとした場合，特許文献１に記載の発明のように，周波数２ｆｍの電気信号を周波数ｆｍの電気信号に分周（２分周）する分周器が必要となる。
【００１６】
この点，本発明では，光変調器がチャープ成分を発生可能な構成を有していることで，光変調器の出力信号におけるチャープ成分の中に，光電気発振に必要とされるｆｍ成分が含まれることとなる。そして，このチャープ成分（位相変調成分）の中のｆｍ成分を，光変調器の後段に設けられた分散媒質を介して強度変調成分に変換し，光検出器において検出できるようにすれば，光電気発振に必要とされるフィードバック信号（ｆｍ成分）を適切に得ることができる。光信号に含まれるｆｍ成分は光検出器によって電気信号へと変換され，光変調器に印加される。このようにして，本発明は，光電気発振を安価な構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は，本発明の一実施形態に係る光電気発振器の概略構成図である。
【図２】図２は，本発明の一実施形態に係る光電気発振方法の原理を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下，図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は，以下に説明する形態に限定されるものではなく，以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。
【００１９】
（１．光電気発振器）
図１は，本発明の一実施形態に係る光電気発振器１００の概略構成図である。図１に示されるように，本実施形態に係る光電気発振器１００は，光源１０と，光変調器２０と，任意の光アンプ３０と，分散媒質４０と，光検出器５０と，任意のバンドパスフィルタ６０と，任意のＲＦアンプ７０と，導線８０と，任意の光出力用導波路９０を有している。
【００２０】
光源１０からの光信号は，マッハツェンダー型の光変調器２０に入力される。光変調器２０は，変調周波数ｆｍの変調信号が印加される変調電極２７と，バイアス電源２９を有する。光変調器２０は，バイアス電源２９によりバイアス点が制御されるとともに，変調電極２７に印加される変調周波数ｆｍの変調信号によって駆動し，光源１０から出力された光信号を変調する。また，この光変調器２０は，チャープ（強度変調に伴って発生する位相変調成分）を伴った光信号を出力するための構成を備えている。光変調器２０から出力されるこのチャープ成分の中には，周波数ｆｍ成分が含まれる。光変調器２０からのチャープを伴った出力信号は，任意の光アンプ３０によって増幅され，分散媒質４０に入射する。分散媒質４０には，光変調器２０により変調周波数ｆｍで変調された成分を含む光信号が入力される。分散媒質４０は，入力された光信号に含まれる位相変調成分の中の周波数ｆｍで変調された成分を強度変調成分に変換する。光検出器５０は，分散媒質４０を経た光信号を受光して，変調周波数ｆｍで変調された成分を電気信号に変換する。光検出器５０により変換された電気信号は，任意のバンドパスフィルタ６０により入力され，変調信号として用いられる変調周波数ｆｍを含む所定領域の電気信号が選択される。バンドパスフィルタ６０を経た電気信号は，任意のＲＦアンプ７０により増幅された後，導線８０を介して光変調器２０の変調電極２７に印加され，周波数ｆｍを有する変調信号としてフィードバックされる。また，光変調器２０のバイアス電源２９によって，光変調器２０のバイアス点を，光変調器２０を導波する光信号の位相差がπとなるように制御することで，光変調器２０からは，変調信号の周波数ｆｍの２倍の周波数を持つ２倍波信号（周波数２ｆｍの信号）が，チャープを伴って発生する。このため，光カプラ等によって２倍波信号を分波し光出力用導波路９０へと入力することで，２倍波信号を得ることができる。光電気発振器１００により得られた２倍波信号は，例えば低い周波数向けに作られた低コストのデバイスに使うことができる。
【００２１】
本実施形態に係る光電気発振器において，光変調器２０として例えば所定のチャープを生ずるマッハツェンダー型変調器を採用することにより，この光変調器２０から，周波数ｆｍで変調された成分を含む光信号が出力される。そして，光変調器２０からの出力信号を分散媒質４０に入射すると，分散媒質４０の波長分散効果により，位相変調成分が強度変調成分に変換される。周波数ｆｍの変調成分は，チャープ成分（位相変調成分）として発生するものであるため，この周波数ｆｍの変調成分は，分散媒質４０により強度変調成分に変換される。そして，分散媒質４０を経た光信号における出力光強度の強度変調成分を光検出器５０によって検出することで，周波数ｆｍの電気信号を得ることができる。この光検出器５０に変換された周波数ｆｍの電気信号は，導線８０を介して，光変調器２０の変調電極２１にフィードバックされ，変調信号として利用される。このようにすれば，比較的安価な構成で光電気発振を行うことができる。光変調器２０としてチャープを伴った変調器を採用することで，電気信号に変換した際に，周波数ｆｍの成分がよく抑圧された信号純度が高い光信号を得ることができる。
【００２２】
なお，本実施形態に係る光電気発振器１００において，バイアス電源２１は適宜設置すればよい構成装置である。本実施形態に係る光電気発振器は，後述するように，バイアス電圧の如何に関わらず発振動作が可能だからである。また，近年，あらかじめバイアス点を設計してバイアス電圧を不要とした光変調器も開発されており，このような，あらかじめバイアス点が固定されている光変調器を適用してもよい。更に，光変調器に温度を調整する温度調整器を設置して，光変調器の温度によりバイアス点を制御してもよい。温度調整器としては，公知のものを用いることができ，例えば薄膜ヒータなどの温度調整器により制御することもできる。
【００２３】
（１．１．光源）
光電気発振器１００の光源１０としては，公知の光源を採用できる。好ましい光源１０は，ダイオード，レーザーダイオードなどである。
【００２４】
また，光源の例としては，擬似ランダム信号を出力するものがある。擬似ランダム信号は，特開平５−４５２５０号公報，特開平７−２１８３５３号公報，及び特開２００３−５０４１０号公報などに記載されたものを用いることができる。擬似ランダム信号を用いれば，様々な特性を有する信号を発生できる。光源の好ましい別の態様は，周期性を持って配列された光信号を出力するものである。周期性を持って配列された光信号として，パルス信号があげられる。また連続光源であってもよい。
【００２５】
光源から出力される光の波長としては，１２００ｎｍ〜１９００ｎｍが挙げられ，好ましくは１３００ｎｍ〜１８００ｎｍ，より好ましくは１４００ｎｍ〜１７００ｎｍや１５００ｎｍ〜１６００ｎｍである。また，光源から出力される光の強度としては，０．１ｍＷ以上が挙げられ，好ましくは１ｍＷ以上であり，より好ましくは１０ｍＷ以上である。具体的な光源としては，例えば，アジレント（Ａｇｉｌｅｎｔ）社製ＨＰ８１６６Ａや８１６８９Ａなどが挙げられる。
【００２６】
（１．２．光変調器）
光電気発振器１００の光変調器２０としては，光変調に係るチャープを制御可能な光変調器が用いられる。本実施形態において，光変調器２０は，光の強度，光の周波数及び光の位相のうち少なくともひとつに変調を加えるための装置であり，このような光変調器として，強度変調器，周波数変調器，及び位相変調器があげられる。ただし，本発明においては，光変調器として，チャープ成分を効率的に発生させることができる強度変調器を採用することが好ましい。
【００２７】
このような光変調器２０としては，マッハツェンダー型の光変調器を採用することが好ましい。図１に示された実施形態において，マッハツェンダー型の光変調器２０は，光の入力部２１と，入力部２１に入力された光が分岐する分岐部２２と，分岐部２２で分岐された光が伝播する第１の導波路２３と，分岐部２２で分岐された上記とは別の光が伝播する第２の導波路２４と，第１の導波路２３と第２の導波路２４から出力される光信号が合波される合波部２５と，合波部２５で合波された光信号が出力される光信号の出力部２６と，第１の導波路２３を駆動する変調信号が印加される第１の変調電極２７と，第２の導波路２４を駆動する変調信号が印加される第２の変調電極２８と，第１の導波路２３及び第２の導波路２４に印加するバイアス信号を得るための電源２９を，具備するものが挙げられる。本実施形態では，電源２９から供給される電気信号を第２の変調電極２８にも印加することができ，この電気信号を変調信号として利用することができるようになっている。ただし，バイアス信号を得るための電源と，第２の変調電極２８に印加する変調信号を得るための電源は，別途設けることもできる。
【００２８】
本発明の光電気発振器１００において，光変調器２０としては，チャープを伴った光信号を発生させることができるものが採用される。チャープとは，強度変調に伴って発生する位相変調成分である。チャープ量を表すチャープパラメータαは，光変調器において強度変調が行われた際に，位相差変調成分がどれだけ重畳されるかを表すものであり，次の［式１］で表現される。
α＝（ｄφ／ｄｔ）／（１／２Ｓ・ｄＳ／ｄｔ）・・・・［式１］
なお，Ｓは光強度，φは位相変化量，ｔは時間を意味する。
【００２９】
図１に示されるようなマッハツェンダー型の光変調器の場合，チャープ量は各分岐導波路２３，２４の位相変化量φ１，φ２を用いて，チャープパラメータαとして，［式２］のように表すことができる。
α＝（φ１＋φ２）／（φ１−φ２）・・・・［式２］
【００３０】
光変調器においてチャープを制御する方法は公知である。例えば，電気光学効果を有する光変調器の基板としてＬｉＮｂＯ３（以下，「ＬＮ」という。）を使用し，ＬＮ基板を用いて図１のような光導波路を形成し，２つの分岐導波路２３，２４を信号電極及び接地電極に左右対称に配置した場合，各分岐導波路２３，２４に印加される電界は，強さが同じで方向が逆の関係となるため，各分岐導波路の位相変化量にはφ１＝−φ２の関係が成立する。この場合，チャープパラメータαの値はゼロとなり，チャープは発生しない。他方，信号電極及び接地電極に対し２つの分岐導波路２３，２４を左右対称に配置した場合，各分岐導波路２３，２４に印加される電界の強さが異なるため，各分岐導波路２３，２４の位相変化量にはφ１≠−φ２の関係が成立し，印加される電界の不均等分だけチャープが生じる。このように，光変調器においてチャープを伴った光信号を発生させるためには，光回路や変調電極に非対称性を持たせればよい。
【００３１】
また，光変調器においてチャープを伴った光信号を発生させるためには，マッハツェンダー型の光変調器において，第１の導波路２３に設けられた第１の変調電極２７，又は第２の導波路２４に設けられた第２の変調電極２８のいずれか一方にのみ，変調信号を印加すればよい。本実施形態において，第１の変調電極２７には，導線８０が接続されており，帰還回路によりフィードバックされた変調信号が印加される。このため，第２の変調電極２８に変調信号を印加しないようにすることで，チャープを発生させることができる。このような場合，上記式２に示す第２の導波路２４における位相変化量φ２が０となるため，チャープパラメータαの値は１となる。このように，光変調器のチャープパラメータαが１となるように調節することが好ましい。
【００３２】
その他，光変調器においてチャープを伴った光信号を発生させるためには，マッハツェンダー型光導波路の２つの分岐導波路が形成された領域の基板の厚さを同じものとしつつ，基板の裏面に配置される誘電体の誘電率や厚みを調整することにより，２つの分岐導波路に印加される電界の分布を異ならせて，チャープを発生させることもできる。また，マッハツェンダー型光導波路の２つの分岐導波路が形成された領域の基板の厚さを同じものとしつつ，基板の裏面側に接着剤層より屈折率（誘電率）の高い部材又は導電性部材を配置することにより，２つの分岐導波路に印加される電界の分布を異ならせてチャープを発生させることもできる。
【００３３】
光変調器２０に強度変調器を採用した場合，強度変調器の例としては，光単側波帯変調器（光ＳＳＢ変調器），光周波数シフトキーイング変調器（光ＦＳＫ変調器）又は光搬送波抑圧両側波帯変調器（光ＤＳＢ−ＳＣ変調器）などの変調器があげられる。強度変調器は，導波路を伝播する光信号の強度（振幅）を制御するための装置である。強度変調器として，周知の可変光減衰器（ＶＯＡ）を用いることができる。強度変調器として，ＬＮを用いたＶＯＡ素子を用いても良い（例えば，特開平１０−１４２５６９号公報参照）。
【００３４】
強度変調器は，基本的に，入力信号の中心周波数をｆ０とし，変調周波数をｆｍとすると，その出力信号には，ｆ０±ｆｍ（ｆ０＋ｆｍとｆ０−ｆｍ）の周波数成分が含まれる。このような周波数を有する出力信号を出力するもののうち，特にｆ０成分が抑圧されるものを出力するものを光ＤＳＢ−ＳＣ変調器とよぶ。すなわち，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器は，両側波帯の光信号を出力し，キャリア信号の周波数成分ｆ０を抑圧する。
【００３５】
光ＤＳＢ−ＳＣ変調器の具体的な構成として，例えば，導波路上に形成された金属薄膜ヒータを熱源としてマッハツェンダー導波路の一方のアーム導波路に熱光学効果によって屈折率変化を生じさせ，干渉計の出力強度を調整するものがあげられる（例えば，特開２０００−３５２６９９号公報参照）。光ＤＳＢ−ＳＣ変調器として，信号源と，信号源から出力される信号の位相を調整する位相調整器とを具備し，マッハツェンダー導波路の両アームに印加される電気信号の位相差が例えばπ（１８０度）となるように調整されるものがあげられる。両アームに印加される電気信号の位相差がπとなることで，光ＤＳＢ−ＳＣ信号を出力できる。
【００３６】
通常，マッハツェンダー導波路や電極は基板上に設けられる。基板及び各導波路は，光を伝播することができるものであれば，特に限定されない。例えば，ＬＮ基板上に，Ｔｉ拡散のニオブ酸リチウム導波路を形成しても良いし，シリコン（Ｓｉ）基板上に二酸化シリコン（ＳｉＯ２）導波路を形成しても良い。また，ＩｎＰやＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＰ，ＧａＡｌＡｓ導波路を形成した光半導体導波路を用いても良い。基板として，ＸカットＺ軸伝搬となるように切り出されたニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：ＬＮ）が好ましい。これは大きな電気光学効果を利用できるため低電力駆動が可能であり，かつ優れた応答速度が得られるためである。この基板のＸカット面（ＹＺ面）の表面に光導波路が形成され，導波光はＺ軸（光学軸）に沿って伝搬することとなる。Ｘカット以外のニオブ酸リチウム基板を用いても良い。また，基板として，電気光学効果を有する三方晶系，六方晶系といった一軸性結晶，又は結晶の点群がＣ３Ｖ，Ｃ３，Ｄ３，Ｃ３ｈ，Ｄ３ｈである材料を用いることができる。これらの材料は，電界の印加によって屈折率変化が伝搬光のモードによって異符号となるような屈折率調整機能を有する。具体例としては，ニオブ酸リチウムの他に，タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３：ＬＴ），β−Ｂａ２Ｏ４（略称ＢＢＯ），ＬｉＩＯ３等を用いることができる。
【００３７】
基板の大きさは，所定の導波路を形成できる大きさであれば，特に限定されない。各導波路の幅，長さ，及び深さも本発明のモジュールがその機能を発揮しうる程度のものであれば特に限定されない。各導波路の幅としては，たとえば１〜２０マイクロメートル程度，好ましくは５〜１０マイクロメートル程度があげられる。また，導波路の深さ（厚さ）として，１０ｎｍ〜１マイクロメートルがあげられ，好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００３８】
変調電極２７，２８は，例えば金や白金によって構成される。これらの電極の幅としては，１μｍ〜１０μｍが挙げられ，具体的には５μｍが挙げられる。これらの電極の長さとしては，変調信号の波長の０．１倍〜０．９倍が挙げられ，０．１８〜０．２２倍，又は０．６７倍〜０．７０倍が挙げられ，より好ましくは，変調信号の共振点より２０〜２５％短いものである。このような長さとすることで，スタブ電極との合成インピーダンスが適度な領域に留まるからである。より具体的なこれらの電極の長さとしては，３２５０μｍがあげられる。光変調器によってチャープ成分を発生させるために，各変調電極２７，２８に非対称性を持たせることとしてもよい。例えば，電極の長さや幅などを異ならせることとしてもよい。
【００３９】
本実施形態において，帰還回路によりフィードバックされた変調信号が印加される第１の変調電極２７としては，進行波型電極又は共振型電極を用いることができるが，共振型電極を採用することが好ましい。共振型光電極（共振型光変調器）は，変調信号の共振を用いて変調を行う電極である。共振型電極としては公知のものを採用でき，例えば特開２００２−２６８０２５号公報，「川西哲也，及川哲，井筒雅之，“平面構造共振型光変調器”，信学技報，TECHNICAL REPORT OF IEICE,IQE2001-3(2001-05)」に記載のものを採用できる。第１の変調電極として共振型光電極を採用することで，周波数ｆｍ成分にのみ効率的に応答する特性を得ることができる。
【００４０】
電源２９は，光変調器２０にバイアスを付与する電源であり，直流のバイアス電源の他に，交流のバイアス電源でもよい。また，電源２９は，光変調器２０の各導波路２３，２４を導波する光信号を任意の位相差に制御できるものであればよく，位相差π（パイ）のバイアス（ゼロバイアス点）を与える電源を用いることが好ましい。
【００４１】
マッハツェンダー型光変調器は，光導波路をマッハツェンダー干渉計構造で形成してなり，電気光学効果により得られる位相変調信号を強度変調信号へと変換させる光変調器であり，ＬｉＮｂＯ３基板上に形成された光変調器は，マッハツェンダー型ＬＮ光変調器と呼ばれる。このマッハツェンダー型ＬＮ光変調器が有する特徴の一つとして，バイアス点及び駆動電気信号を適切に制御することにより，多様な光信号を得ることができるという特徴がある。すなわち，分岐した第１の導波路と第２の導波路を導波する光信号の位相差がπ（パイ）となるバイアス点（ゼロバイアス点）において，周波数ｆｍの正弦波駆動信号を導入すると，周波数２ｆｍの光信号を得ることができる。
【００４２】
ただし，従来技術のように，チャープが発生しないマッハツェンダー型光変調器のバイアス点をゼロに設定して光信号を変調した場合，この出力光信号には，変調周波数ｆｍの２逓倍である２ｆｍ成分が主として含まれるものの，マッハツェンダー型光変調器における変調周波数として必要なｆｍ成分がほとんど消滅してしまう。これは，光変調器の変調周波数であるｆｍ成分は，バイアス条件に大きく依存し，特に光変調器がゼロバイアス点付近でバイアスされる場合，ほとんど消滅してしまうため，出力信号には主として２ｆｍ成分が残るためである。このため，チャープが発生しないマッハツェンダー型光変調器を用いると，光電気発振に必要とされるフィードバック信号（ｆｍ成分）を得ることができなかった。この点，本発明では，マッハツェンダー型光変調器がチャープ成分を発生させることで，そのチャープ成分の中には光電気発振に必要とされるｆｍ成分が含まれることとなる。従って，後述するように，チャープ成分（位相変調成分）の中のｆｍ成分を，マッハツェンダー型光変調器の後段に設けられた分散媒質を介して強度変調成分に変換し，光検出器において検出できるようにすれば，光電気発振に必要とされるフィードバック信号（ｆｍ成分）を得ることができる。
【００４３】
光導波路の形成方法としては，チタン拡散法等の内拡散法やプロトン交換法など公知の形成方法を利用できる。すなわち，上記光ＦＳＫ変調器は，例えば以下のようにして製造できる。まず，ニオブ酸リチウムのウエハー上に，フォトリソグラフィー法によって，チタンをパターニングし，熱拡散法によってチタンを拡散させ，光導波路を形成する。この際の条件は，チタンの厚さを１００〜２０００オングストロームとし，拡散温度を５００〜２０００℃とし，拡散時間を１０〜４０時間とすればよい。基板の主面に，二酸化珪素の絶縁バッファ層（厚さ０．５−２μｍ）を形成する。次いで，これらの上に厚さ１５−３０μｍの金属メッキからなる電極を形成する。次いでウエハーを切断する。このようして，チタン拡散導波路が形成された光変調器が形成される。
【００４４】
（１．３．分散媒質）
分散媒質４０には，光変調器２０により変調されチャープ（強度変調に伴って発生する位相変調成分）を伴った光信号が入射する。分散媒質４０は，波長分散効果により位相変調成分を強度変調成分に変換する。
【００４５】
分散媒質４０としては，入力した光のうち所定のものを分散等させる性質を有する公知のものを用いることができ，例えば，光ファイバ，ファイバブラッググレーティング，フォトニック結晶ファイバ，液晶空間光位相変調器，及びＡＷＧ型光位相変調器を挙げることができる。
【００４６】
本発明では，分散媒質として，必要に応じて分散量及び長さを調節可能な光ファイバを用いることで，位相雑音を低減することができる。すなわち，位相雑音は発振器の長さが長いほど低減可能であることから，光電気発振器に光ファイバを使うことで，小さな損失で長い発振器を得ることができる。このように，分散媒質として光ファイバを用いることで，この分散媒質に，周器の役割と発振器長さを稼ぐという２つの役割を持たせること可能になる。光ファイバとしては，必要な分散量や長さに応じて，シングルモードファイバ（ＳＭＦ），分散シフトファイバ（ＤＳＦ），又は分散補償ファイバ（ＤＣＦ）を採用できる。また，図１に示されるように，分散媒質として光ファイバを用いた場合，この光ファイバによってループを形成することもできる。分散媒質としての光ファイバによって形成されるループの数は，１又は複数とすればよい。また，分散媒質としての光ファイバを長くし過ぎると，ループ内で発振可能なモードの数が増え過ぎて長時間安定性に欠けるという問題が生じ得るため，このような場合には，光ファイバによってループ長の長いループと短いループを複数形成して調節すればよい。
【００４７】
また，分散媒質としては，ファイバブラッググレーティング（ＦＢＧ）を用いることもできる。ファイバブラッググレーティングは，ユニフォームファイバグレーティング，チャープグレーティング，又はマルチセクショングレーティングを用いるものや，変調可能なファイバグレーティングがあげられる。ファイバブラッググレーティングは，たとえば，位相マスクを介して紫外線を照射し，そのコアの屈折率を所定のピッチで変化させることにより得ることができる。
【００４８】
また，本発明において，分散媒質として，上記光ファイバと上記ファイバブラッググレーティングを併用することもできる。この場合，光ファイバとしては，分散量と長さを調整した複数のループを形成したものを用いることとしてもよい。
【００４９】
また，分散媒質４０は，光路長を安定化させるための機構を備えるものであってもよい。光路長安定化の機構としては，例えば，サーミスタセンサ等の温度センサと，ペルチエ素子や薄膜ヒータ等の加熱器や冷却器を組合せたものが挙げられる。この機構は，温度センサによって分散媒質４０周囲の温度を計測し，加熱器や冷却器を制御して，分散媒質４０周囲の温度を一定に維持し，分散媒質４０の屈折率等を一定にすることで，光路長を安定化させることができる。
【００５０】
（１．４．光検出器）
光検出器５０は，分散媒質４０からの出力光を検出し，電気信号に変換するための手段である。光検出器５０としては，公知のものを適宜採用できる。光検出器５０としては，例えばフォトダイオードを含むデバイスを採用できる。光検出器５０は，光信号を検出し電気信号に変換する。光検出器５０は，少なくとも光信号の強度（強度変調成分）を検出できるものであればよい。また，光検出器５０は，光信号の周波数を検出できるものであってもよい。光検出器５０として，たとえば「米津宏雄著”光通信素子工学”−発光・受光素子−，工学図書株式会社，第６版，平成１２年発行」に記載されているものを適宜採用できる。
【００５１】
本実施形態において，光検出器５０は，少なくとも，光変調器２０によって周波数ｆｍで変調された成分に応答するものであればよい。特に，光検出器５０は，光電気発振に必要とされるフィードバック信号であるｆｍ成分（周波数ｆ０±ｆｍ）に応答するものであることが好ましい。
【００５２】
光検出器５０は，フィードバック信号であるｆｍ成分以外を検出可能なものである必要はなく，例えば２ｆｍ成分（周波数ｆ０±２ｆｍ）にも応答する場合，光検出器５０の入力側に光フィルタに設けて光信号に含まれる２ｆｍ成分を除去するか，又は光検出器５０の出力側にＲＦフィルタを設けて電気信号に含まれる２ｆｍ成分を除去すればよい。
【００５３】
図１に示された実施形態において，光検出器５０の出力側の導線に，バンドパスフィルタ６０が設けられている。バンドパスフィルタ６０は，光検出器５０からの出力された種々の周波数成分が混合した電気信号の中から不要な周波数成分を除去し，必要な周波数成分だけを通過させる電子回路である。バンドパスフィルタ６０としては，公知のものを用いることができ，ローパスフィルター（ＬＰＦ）や，ハイパスフィルター（ＨＰＦ），又はＬＰＦとＨＰＦの組み合わせなどがあげられる。ローパスフィルターは，低い周波数成分を取り出す回路であり，抵抗（Ｒ）とコンデンサ（Ｃ）を組み合わせたＲＣ積分回路やコイル（Ｌ）とコンデンサ（Ｃ）を組み合わせたＬＣ積分回路などによって実現される。ハイパスフィルターは，高い周波数成分を取り出す回路であり，抵抗（Ｒ）とコンデンサ（Ｃ）を組み合わせたＲＣ微分回路や抵抗（Ｒ）とコイル（Ｌ）を組み合わせたＲＬ微分回路によって実現される。ＲＣ微分回路の場合のカットオフ周波数はｆ＝１／（２πＲＣ）であり，ＲＬ微分回路の場合のカットオフ周波数はｆ＝Ｒ／（２πＬ）である。周波数ｆよりも低周波の信号を減衰させ，高周波の信号を通過させることができる。
【００５４】
（２．光電気発振方法）
続いて，上述した光電気発振器１００を用いた光電気発信方法の原理について，図２を用いて説明する。本実施形態では，光変調器２０に，２つの導波路を導波する光信号の位相差がπ（パイ）となるバイアスをかけた場合の動作原理を説明する。
【００５５】
まず，光源から出力された周波数ｆ０の光信号が，光変調器に入力される。光変調器は，バイアス電源により，光変調器を導波する光信号の位相差がπ（パイ）となるバイアス（ゼロバイアス点）が付与されている。また，光変調器には，周波数ｆｍの変調信号が印加されている。すなわち，光変調器には，後述するように，分散媒質及び光検出器を経た電気信号（周波数ｆｍ）がフィードバックして変調信号として印加されている。このため，光変調器からは，周波数ｆ０±２ｆｍの光信号が出力される。また，本発明において，光変調器は，光変調に係るチャープを発生可能な構成を有している。このため，光変調器からは，強度変調成分としての２ｆｍ成分に重畳して位相変調成分が発生する。この位相変調成分には，少なくともｆｍ成分が含まれる。このように，光変調器を導波する光信号の位相差がπ（パイ）となるバイアス（ゼロバイアス点）が付与した場合であっても，光変調器によってチャープを発生させることで，光変調器の出力信号の中にｆｍ成分が含ませることができる。
【００５６】
光変調器により変調され，チャープ（強度変調に伴って発生する位相変調成分）を伴った光信号は，分散媒質に入射する。分散媒質は，波長分散効果により位相変調成分を強度変調成分に変換できる。このため，分散媒質を介して，光変調器の出力信号に含まれる位相変調成分の中のｆｍ成分が，強度変調成分に変換される。図２に示されるように，分散媒質を経た光信号は，光変調器から出力された光信号と比較し，その光スペクトルは変わらないものの，位相関係が変化している。このように，光変調器の出力信号の中に位相変調成分として含まれるｆｍ成分であっても，分散媒質を介して強度変調成分に変換することにより，光検出器によって検出できるようになる。
【００５７】
分散媒質を経た光信号は，光検出器に入力され，電気信号に変換される。光検出器は，少なくとも光変調器によって周波数ｆｍで変調された成分に応答するものであればよい。すなわち，光検出器は，フィードバック信号であるｆｍ成分以外を検出可能なものである必要はない。このため，光検出器が例えば２ｆｍ成分にも応答する特性を有している場合，光検出器の入力側に光フィルタに設けて光信号に含まれる２ｆｍ成分を除去するか，又は光検出器の出力側にＲＦフィルタを設けて電気信号に含まれる２ｆｍ成分を除去すればよい。このようにして，光検出器では，分散媒質を経た光信号のｆｍ成分が電気信号に変換される。
【００５８】
光検出器により変換された電気信号は，導線を介して光変調器にフィードバックされ，変調信号として利用される。上述した通り，光検出器は分散媒質を経た光信号のｆｍ成分を電気信号へと変換するものであるため，この電気信号は，変調周波数ｆｍの変調信号となる。このようにして，光変調器でチャープを伴った光信号を発生させ，分散媒質を経た後に，光検出器で電気信号へと変換することで，光変調器に対して適切な変調信号（周波数ｆｍ）を印加することができる。この結果，位相差π（パイ）となるバイアス（ゼロバイアス点）をかけた場合であっても，適切なフィードバック信号を得ることができ，光電気発振器の発振動作が可能となる。また，光変調器は，変調信号の周波数ｆｍの２倍の周波数を持つ２倍波信号を発生させることができる。本発明の光電気発振器により得られた２倍波信号は，例えば低い周波数向けに作られた低コストのデバイスに使うこともできる。また，本発明の光電気発振器により得られた２倍波信号は，ｆｍ成分がよく抑圧されており，信号純度が高いものとなる。
【００５９】
以上，本発明について好ましい形態を例に挙げて説明を行った。ただし，本発明は，上記した実施形態に限定されるものではなく，上記した実施形態に基づいて当業者が自明な範囲で適宜修正や改変を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の光電気発振器は，基準ミリ波・マイクロ波の信号源やファイバ無線用の信号源などを用いた光通信や電気通信機器に利用することができる。また，本発明は，光ファイバ無線信号源，光ファイバ伝送における光クロック発生及び信号処理，長距離光ファイバ伝送システム，大容量波長分割多重光ファイバネットワーク，アクセス系光ファイバ無線システム，光計測システム及び光計測信号源などの分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０    光源
２０    光変調器
３０    光アンプ
４０    分散媒質
５０    光検出器
６０    バンドパスフィルタ
７０    ＲＦアンプ
８０    導線
９０    光出力用導波路
１００  光電気発振器
【図１】
2014026022.tif 000003
【図２】
2014026022.tif 000004