(57)【要約】  【課題】  本発明は，質の高い光FSK信号を得ることができる光FSK変調器を提供することを第一の目的とする。本発明は，過渡信号を積極的に利用した，UWB信号の発生装置を提供することを第二の目的とする。  【解決手段】  上記の課題は，強度変調器(2)と光FSK変調器(11)とを具備する装置により解決される。光FSK信号に強度変調を加え，USB信号とLSB信号との過渡期の出力強度を小さくすることにより，過渡信号の強度を抑圧することにより，品質の高い光FSK信号を得ることができる。また，USB信号とLSB信号とを抑圧することにより過渡信号を利用してUWB信号を得ることができる。  【選択図】  図１
2006064868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強度変調器(2)と光FSK変調器(11)とを具備する光RZ-FSK変調器(1)。
【請求項２】
前記強度変調器(2)が，プッシュプル型マッハツェンダー導波路である請求項１に記載の光RZ-FSK変調器。
【請求項３】
前記光FSK変調器(11)が，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）(12)と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）(13)と，前記ＭＺA及び前記ＭＺBとを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）(14)とを具備する請求項1に記載の光RZ-FSK変調器。
【請求項４】
強度変調器(2)と光FSK変調器(11)とを具備するUWB信号発生装置。
【請求項５】
前記強度変調器(2)が，プッシュプル型マッハツェンダー導波路である請求項4に記載のUWB信号発生装置。
【請求項６】
前記光FSK変調器(11)が，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）(12)と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）(13)と，前記ＭＺA及び前記ＭＺBとを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）(14)とを具備する請求項4に記載のUWB信号発生装置。
【請求項７】
強度変調器(2)と光FSK変調器(11)とを用い，
前記強度変調器は，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度が小さくなるように強度変調を施すことにより，前記過渡信号の強度を小さくする光RZ-FSK信号の取得方法。
【請求項８】
強度変調器(2)と光FSK変調器(11)とを用い，
前記強度変調器は，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度を大きくなり，かつ光FSK信号の強度が小さくるように強度変調を施すことにより，前記過渡信号に基づくUWB信号を取得するUWB信号の取得方法。
【請求項９】
光FSK変調器(11)のクロック信号とベースバンド信号とを同期するための手段と，
光FSK変調器(11)とを具備し，
クロック信号とベースバンド信号の同期をとることによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御する
同期型光FSK変調器。
【請求項１０】
強度変調器(2)と，請求項９に記載の同期型光FSK変調器とを具備する，光RZ-FSK変調器。
【請求項１１】
光FSK変調器(11)のクロック信号とベースバンド信号とを同期するための手段と，光FSK変調器(11)とを用いた変調信号の取得方法であって，
光FSK変調器(11)のクロック信号とベースバンド信号とを同期することによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御する
光FSK信号の取得方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の光RZ-FSK変調器を用い，
前記同期型光FSK変調器は，光FSK変調器(11)のクロック信号とベースバンド信号とを同期することによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御した光信号を出力し，
前記強度変調器は，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度が小さくなるように強度変調を施すことにより，前記過渡信号の強度を小さくする光RZ-FSK信号の取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，光FSK変調器を用いたRZ-FSK変調器及びUWB信号の発生装置などに関する。
【背景技術】
【０００２】
光周波数シフトキーイング（光FSK）は，光の周波数に変調をかけ，周波数の違いを信号として伝える技術である。ＦＳＫ信号は，一般にその振幅には情報がないので，レベル変動や雑音の影響を受けにくいという特徴がある。
【０００３】
図11に従来の光FSK変調器の例を示す。図11に示されるように，光FSK変調器101は，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）102と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）103と，前記ＭＺA及び前記ＭＺBとを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）104と，前記ＭＺAを構成する２つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより，前記ＭＺAの２つのアームを伝播する光の位相を制御する第１の電極（ＤＣA電極）105と，前記ＭＺBを構成する２つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより，前記ＭＺBの２つのアームを伝播する光の位相を制御する第２の電極（ＤＣB電極）106と，前記ＭＺAを構成する２つのアームにラジオ周波数（ＲＦ）信号を入力する第１のＲＦ電極（ＲＦA電極）107と，前記ＭＺBを構成する２つのアームにＲＦ信号を入力する第２のＲＦ電極（ＲＦB電極）108と，前記ＭＺA及び前記ＭＺBのバイアス電圧を制御することにより前記ＭＺA及び前記ＭＺBを伝播する光の位相を制御する直流または低周波用電極（ＤＣC電極）109とを具備する。なお，ＤＣC電極にＲＦ信号を入力してもよい（ＲＦC電極）。図中，符号110，111，112及び113は，それぞれ第1，第2，第3及び第4のパスである。この例は，光ＳＳＢ変調器を改良したものの例である。すなわち，従来の光ＳＳＢ変調器において，ＤＣC電極に相当する部分に進行波電極であるＲＦC電極により周波数変調を行うため，高速に（例えば，0.2ns程度）周波数シフト信号を出力できる。
【０００４】
光ＦＳＫ変調器の動作を以下に説明する。並列する4つの光位相変調器に位相が90°ずつ異なる正弦波ＲＦ信号を入力する。また，光に関してもそれぞれの位相差が90°となるようにＤＣA電極，ＤＣB電極，ＲＦC電極（ＤＣC電極）に印加するバイアス電圧を調整する。すると，ＲＦ信号の周波数分だけ周波数がシフトした光が出力される。周波数シフトの方向（減少／増加）は，バイアス電圧を設定することにより選択できる。すなわち，各位相変調器で，電気・光とも90°ずつの位相差をもつ。なお，基板として，Ｘ−カット基板を用いるとＲＦ信号用電極ＲＦA電極，及びＲＦB電極に位相が90°異なる正弦波を供給するだけで，4つの位相変調器でそれぞれ位相が0°，90°，180°，270°のＲＦ信号の変調を実現できる（下記非特許文献１（日隅ら，Ｘカットリチウムニオブ光SSB変調器，エレクトロンレター，vol. 37， 515-516 (2001)．）参照）。
【０００５】
図12は，光FSK変調器の各点での光スペクトルを示す概念図である。図中の矢印は光を表す。図11のそれぞれのＭＺ構造部分においてＤＣA電極，ＤＣB電極のバイアス電圧を2つのPath（パス１とパス３，パス2とパス4）での光の位相差が180°となるように調整する（図12左）。ＲＦC電極（ＤＣC電極）のバイアス電圧を，2つのＭＺ構造部分の光位相差が90°となるように調整する。図11のＰ点，及びＱ点においては，それぞれ両側波帯が存在する（図12中央）。しかしながら，図11のＰ点とＱ点とでは，下側波帯の位相が逆である。このため，これらの光を合波した出力光では，上側波成分のみが含まれる（図12右）。
【０００６】
一方，ＲＦC電極（ＤＣC電極）のバイアス電圧を，2つのＭＺ構造部分の光位相差が270°となるように調整すると，下側波成分のみが出力される。したがって，ＲＦC電極の信号電圧を切り替えることで，上側波成分（USB）と下側波成分（LSB）とを切り替えて出力できる。ＲＦC電極として，ＲＦ周波数に対応した進行波型電極を用いたので，上記の周波数シフトを高速に行うことができる。このような光FSK信号は，光情報通信などに用いられるので，質の向上が期待される。
【０００７】
また，光FSK変調によるコヒーレント変調及び復調を行う場合，従来は，半導体レーザを直接変調していた。しかし，半導体レーザを直接変調する場合は，半導体レーザの注入時間が律速となる。このため，このような方法では，高速に変調した光FSK信号を得ることは困難であった（下記非特許文献２（K. Iwashita, T. Imai, T. Matsumoto, and G. Motosugi,"400Mbit/s optical FSK transmission experiment over270km of single-mode fibre, " Electron. Lett., vol. 22, no.10, pp. 164-165, 1986.）参照。）。一方，光FSK変調器（たとえば，MZ導波路を利用した変調器）は，外部変調により光FSK信号を変調できる。このため，高速に変調できる。しかしながら，光位相が乱れるため，コヒーレント変調及び復調には必ずしも向かない。
【非特許文献１】日隅ら，Ｘカットリチウムニオブ光SSB変調器，エレクトロンレター，vol. 37， pp.515-516 (2001)．
【非特許文献２】K. Iwashita, T. Imai, T. Matsumoto, and G. Motosugi,"400Mbit/s optical FSK transmission experiment over 270km of single-mode fibre, "(270km にわたるシングルモードファイバを用いた400Mbit/s の光FSK 信号輸送実験) Electron. Lett.（エレクトロンレター）, vol. 22, no.10, pp. 164-165, 1986.）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は，質の高い光FSK信号を得ることができる光FSK変調器を提供することを第一の目的とする。
【０００９】
本発明は，過渡信号を積極的に利用した，UWB（ウルトラワイドバンド）信号の発生装置を提供することを第二の目的とする。
【００１０】
本発明は，USB信号とLSB信号の光位相を制御した光FSK変調信号（光RZ-FSK変調信号）を得ることのできる同期型光FSK(光RZ-FSK)変調器を提供することを第三の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは，従来の光FSK変調器では，USBとLSBとを切り替える際の過渡期に，これらベースバンド信号（光FSK信号）が同時に発生し，両信号のビートにより光信号強度が高速に変化する。この過渡信号が，光伝送システムにおいて信号劣化などをもたらす原因となることを見出した。そして，この過渡信号を制御するため研究を重ね，本発明を完成するに至った。
【００１２】
本発明の第一の態様は，過渡信号の強度を小さくした光FSK変調器に関する。この発明は，基本的には，光FSK信号に強度変調を加え，USB信号とLSB信号との過渡期の出力強度を小さくすることにより，過渡信号の強度を小さくする（抑圧する）というものである。このようにすれば，光FSK信号のうちUSB信号やLSB信号の強度をわずかに損なうものの，過渡信号の強度を小さくできるので，品質の高い光FSK信号を得ることができる。
【００１３】
本発明の第二の態様は，光FSK変調器における過渡信号を積極的に利用したUWB信号の発生装置に関する。この発明は，基本的には，光FSK信号に強度変調を加え，USB信号とLSB信号との過渡期の出力強度を大きくするものである。そして，できるだけこの過渡期以外の光強度を抑圧する。このようにすれば，光FSK変調器の本来の目的信号であるUSB信号とLSB信号との強度が弱まる（又は抑圧される）が，光FSK信号の劣化をもたらすとされた過渡信号を利用することでUWB信号を得ることができる。そして，このUWB信号は，UWB-on-Fiber（ファイバ）信号として光ファイバにより伝送可能なので，UWB信号を遠隔地に供給できることとなる。
【００１４】
〔1〕すなわち，本発明の第一の態様にかかる，光RZ-FSK変調器(1)は，基本的には強度変調器(2)と光FSK変調器(11)とを具備する光RZ-FSK変調器(1)である。強度変調器が，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度を小さくするように強度変調を施す。そして，過渡信号の強度を小さくすることにより光RZ-FSK信号を取得できる。なおRZ信号は，リターントゥゼロ信号を意味し，信号強度が０（又は０付近）に戻る信号を意味する。
【００１５】
〔2〕本発明の第一の態様にかかる光RZ-FSK変調器(1)の好ましい側面は，強度変調器(2)が，プッシュプル型マッハツェンダー導波路である光RZ-FSK変調器である。
【００１６】
〔3〕本発明の第一の態様にかかる光RZ-FSK変調器(1)の好ましい別の側面は，光FSK変調器(11)が，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）(12)と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）(13)と，前記ＭＺA及び前記ＭＺBとを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）(14)とを具備する光RZ-FSK変調器である。
【００１７】
〔4〕また，本発明の第二の態様にかかる，UWB信号発生装置は，基本的には強度変調器(2)と光FSK変調器(11)とを具備するUWB信号発生装置である。強度変調器が，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度を大きくし，かつ光FSK信号の強度を小さくするように強度変調を施す。これにより，本来の光FSK信号を抑圧し，過渡信号に基づくUWB信号を取得することができる。
【００１８】
〔5〕本発明の第二の態様にかかるUWB信号発生装置の好ましい側面は，前記強度変調器(2)が，プッシュプル型マッハツェンダー導波路であるUWB信号発生装置である。
【００１９】
〔6〕本発明の第二の態様にかかるUWB信号発生装置の好ましい別の側面は，光FSK変調器(11)が，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）(12)と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）(13)と，前記ＭＺA及び前記ＭＺBとを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）(14)とを具備する請求項4に記載のUWB信号発生装置である。
【００２０】
〔7〕本発明の第一の態様にかかる光RZ-FSK変調器(1)の好ましい利用態様は，強度変調器(2)と光FSK変調器(11)とを用い，前記強度変調器は，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度が小さくなるように強度変調を施すことにより，前記過渡信号の強度を小さくする光RZ-FSK信号の取得方法である。
【００２１】
〔8〕本発明の第二の態様にかかるUWB信号発生装置の好ましい利用態様は，強度変調器(2)と光FSK変調器(11)とを用い，前記強度変調器は，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度を大きくなり，かつ光FSK信号の強度が小さくるように強度変調を施すことにより，前記過渡信号に基づくUWB信号を取得するUWB信号の取得方法である。
【００２２】
〔9〕本発明の第三の態様にかかる同期型光FSK変調器は，基本的には，光FSK変調器(11)のクロック信号とベースバンド信号とを同期するための手段と，光FSK変調器(11)とを具備し，クロック信号とベースバンド信号の同期をとることによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御する同期型光FSK変調器である。これにより，クロック信号とベースバンド信号との位相差を制御できるので，USB信号とLSB信号の位相差も制御できる。たとえば，クロック信号とベースバンド信号の位相が同じになるようなタイミングでクロック信号とベースバンド信号の同期をとることにより，USB信号とLSB信号の位相差を一定のものとすることができる。よって，コヒーレントな変調信号を発生することができる。また，光FSK信号の各ビット内で，USB信号とLSB信号の光位相を制御できるので，たとえば，比較した信号の位相が同一であるか（USB信号同士，又はLSB信号同士），又は比較した信号の位相が異なる（USB信号とLSB信号）かで，異なる光位相差を得ることができる。したがって，光位相検波を行うことにより，信号を復調することができる。従来の非同期型FSK変調の場合には，USB信号及びLSB信号を光フィルタで光周波数分離する必要があり，周波数占有帯域を大きくせざるを得なかった。それに対し，本発明の同期型光FSK変調信号では，USB信号とLSB信号との周波数離調が小さくても，後述のような光遅延検波器などを用いた復調技術を用いることができるので，より周波数占有帯域の小さな光FSK変調を実現できる．
【００２３】
〔10〕本発明の第三の態様にかかる同期型光FSK変調器の好ましい側面は，強度変調器(2)と上記の同期型光FSK変調器とを具備する光RZ-FSK変調器に用いるものである。同期型光FSK変調器が，光FSK変調器(11)のクロック信号とベースバンド信号とを同期することによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御し，USB信号とLSB信号の位相差を制御する。一方，前記強度変調器が，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度が小さくなるように強度変調を施すことにより，前記過渡信号を抑圧した光RZ-FSK信号を取得できる。よって，上記の同期型光FSK変調器とを具備する光RZ-FSK変調器によれば，USB信号とLSB信号の光位相を制御した，光RZ-FSK信号を取得できる。
【００２４】
〔11〕本発明の第三の態様にかかる同期型光FSK変調器の好ましい利用態様は，光FSK変調器(11)のクロック信号とベースバンド信号とを同期するための手段と，光FSK変調器(11)とを用いた変調信号の取得方法であって，光FSK変調器(11)のクロック信号とベースバンド信号とを同期することによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御する光FSK信号の取得方法に用いるものである。
【００２５】
〔12〕本発明の第三の態様にかかる同期型光FSK変調器の好ましい利用態様は，強度変調器(2)と上記の同期型光FSK変調器とを具備する光RZ-FSK変調器を用いた光RZ-FSK信号の取得方法に関する。同期型光FSK変調器が，光FSK変調器(11)のクロック信号とベースバンド信号とを同期することによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御した光信号を出力する。一方，強度変調器は，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度が小さくなるように強度変調を施すことにより，前記過渡信号の強度を小さくする。これにより，USB信号とLSB信号の光位相を制御した，光RZ-FSK信号を取得できる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば，過渡信号を抑圧できるので質の高い光FSK信号を得ることができる光FSK変調器を提供できる。
【００２７】
本発明は，過渡信号を積極的に利用した，UWB信号の発生装置を提供できる。
【００２８】
本発明は，USB信号とLSB信号の光位相を制御した光FSK変調信号（光RZ-FSK変調信号）を得ることのできる同期型光FSK(光RZ-FSK)変調器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
１．光RZ-FSK変調器
以下，図面を用いて本発明の第一の態様にかかる光RZ（Return to Zero：リターントゥゼロ）-FSK変調器を説明する。図１は，本発明の光RZ-FSK変調器の基本構成を示す図である。図１に示されるとおり，本発明の光RZ-FSK変調器(1)は，強度変調器(2)と光FSK変調器(11)とを具備する。なお，本発明の光RZ-FSK変調器(1)は，強度変調器を用いて，光FSK信号の信号強度を0付近まで周期的に落とすので，光RZ-FSK変調器とよぶ。なお，図１中，hνは光を表し，矢印は光の進行方向を表し，符合3は強度変調器へ信号を印加するための電極を表し，符号12，及び13は，それぞれ光FSK変調器の第一及び第二のサブマッハツェンダー導波路を表し，符合14は光FSK変調器のメインマッハツェンダー導波路を表し，符号15,16,17はそれぞれ電極を表す。
【００３０】
1.1.  強度変調器
強度変調器(2)は，信号の強度を変調するための装置である。強度変調装置として，信号の強度を，光FSK信号の周期と同期した所定の周期で変調できるものであれば特に限定されない。好ましい光強度変調器は，マッハツェンダー導波路であり，より好ましくはプッシュプル型マッハツェンダー導波路である。マッハツェンダー導波路であれば，後述の光FSK変調器と同一の基板上に設けることができるからである。また，マッハツェンダー導波路であれば，強度変調時の不要な光位相変化（周波数チャープ）を回避することが出来るからである。このようなマッハツェンダー導波路として，公知の光SSB変調器などに用いられたマッハツェンダー導波路を利用できる。
【００３１】
図２は，マッハツェンダー導波路における位相差と，強度変調器に印加される正弦波クロック信号の関係を示す図である。図２（A）は，位相差が±90°の場合の正弦波クロック信号の例を示す図である（動作条件A）。図２（B）は，位相差が0°の場合の正弦波クロック信号の例を示す図である（動作条件B）。図２（C）は，位相差が180°の場合の正弦波クロック信号の例を示す図である（動作条件C）。図２（D）は，光信号と位相差との関係を示す図である。なお，光FSK変調器のベースバンド信号の周波数をf[Hz]とした場合に，強度変調器には，f[Hz]又はf/2[Hz]の正弦波クロック信号を印加すれば，本発明の目的を好適に達成できる。強度変調器へ印加される正弦波クロック信号の周波数がf[Hz]の場合は，マッハツェンダー導波路における位相差が±90°（動作条件A）となるように設定すればよい。また，強度変調器へ印加される正弦波クロック信号の周波数がf/2[Hz]の場合は，マッハツェンダー導波路における位相差がバイアス点（0°）（動作条件B），（180°）（動作条件C）となるように設定すればよい。なお，プッシュプル型とは，スイッチング電源の回路方式の名称であり，メインスイッチング素子をふたつ使用し，スイッチングトランスを交互に駆動するものである。
【００３２】
マッハツェンダー導波路は，例えば，並列する2つの位相変調器を具備するようにして構成される。図3にマッハツェンダー導波路の基本構成を示す。図3に示されるように，マッハツェンダー導波路は，対抗する第一の導波路(3)と第2の導波路(4)とを具備する。そして，両アームに信号を印加するための電極(5)をさらに備える。このようなマッハツェンダー導波路は，公知である。
【００３３】
マッハツェンダー導波路の基板の材質としては，ニオブ酸リチウム，タンタル酸リチウム，ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体等の電気光学結晶が好ましく，Ｘ−ｃｕｔ（Ｘ−カット）LiNbO3基板が特に好ましい。チタンなどを基板に拡散させた部分は，他の基板部分と屈折率などが異なりこの部分を光が通る。そこで，チタンなどを基板に拡散させた部分を導波路として用いればよい。また，基板上に設けられた金属めっきを電極とすればよい。
【００３４】
1.2.  光FSK変調器
以下，本発明の第１の実施形態に用いられる光FSK変調器(11)の例を説明する。光FSK変調器(11)は，たとえば図11に記載したような公知のものを用いることができる。具体的には，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）と，前記ＭＺA及び前記ＭＺBとを含み，光の入力部と，変調された光の出力部とを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）と，前記ＭＺAを構成する２つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより，前記ＭＺAの２つのアームを伝播する光の位相を制御する第１の直流または低周波用電極（ＤＣA電極）と，前記ＭＺBを構成する２つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより，前記ＭＺBの２つのアームを伝播する光の位相を制御する第２の直流または低周波用電極（ＤＣB電極）と，前記ＭＺAを構成する２つのアームにラジオ周波数（ＲＦ）信号を入力する第１のＲＦ電極（ＲＦA電極）と，前記ＭＺBを構成する２つのアームにＲＦ信号を入力する第２のＲＦ電極（ＲＦB電極）と，入力されるＲＦ信号の周波数を制御することにより前記出力部から出力される光の周波数を制御する進行波型電極（ＲＦC電極）とを具備するものを用いることができる。なお，基板，導波路，及びマッハツェンダー導波路として，先の強度変調器において説明したものを用いることができる。電極は，共振型電極と進行波型電極とがある。
【００３５】
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号公報に記載のものを採用できる。
【００３６】
進行波型電極（進行波型光変調器）は，光波と電気信号を同方向に導波させ導波している間に光を変調する電極（変調器）である（例えば，西原浩，春名正光，栖原敏明著，「光集積回路」（改訂増補版）オーム社，１１９頁〜１２０頁）。進行波型電極は公知のものを採用でき，例えば，特開平11−295674号公報，特開平11−295674号公報，特開2002-169133号公報，特開2002-40381号公報，特開2000-267056号公報，特開2000-47159号公報，特開平10-133159号公報などに開示されたものを用いることができる。
【００３７】
進行波型電極として好ましくは，いわゆる対称型の接地電極配置（進行波型の信号電極の両側に，少なくとも一対の接地電極が設けられているもの）を採用するものが挙げられる。このように，信号電極を挟んで接地電極を対称に配置することによって，信号電極から出力される高周波は，信号電極の左右に配置された接地電極に印加されやすくなるので，高周波の基板側への放射を，抑圧できる。
【００３８】
1.3.光ＦＳＫ変調器の動作
光ＦＳＫ変調器の動作を以下に説明する。並列する４つの光位相変調器に位相が90°ずつ異なる正弦波ＲＦ信号を入力する。また，光に関してもそれぞれの位相差が90°となるようにバイアス電圧ＤＣA電極，ＤＣB電極，ＲＦC電極を調整する。すると，ＲＦ信号の周波数分だけ周波数がシフトした光が出力される。周波数シフトの方向（減少／増加）は，バイアス電圧を設定することにより選択できる。すなわち，各位相変調器で，電気・光とも90°ずつの位相差をもつ。なお，基板として，Ｘ−カット基板を用いるとＲＦ信号用電極ＲＦA電極，及びＲＦB電極に位相が90°異なる正弦波を供給するだけで，４つの位相変調器でそれぞれ位相が0°，90°，180°，270°のＲＦ信号の変調を実現できる（日隈ら，Ｘカットリチウムニオブ光ＳＳＢ変調器，エレクトロンレター，vol. 37， 515-516 (2001)．）。この点は，従来技術において説明したとおりである。なお，ＲＦC電極として，ＲＦ周波数に対応した進行波型電極を用いれば，周波数シフトを高速に行うことができるので好ましい。
【００３９】
2.  UWB信号の発生装置
UWB信号の発生装置も基本的には上記の光RZ-FSK信号の発生装置と同じ構成を採用できる。ここでは，上記した光RZ-FSK信号の発生装置に関する記載を引用したものとする。すなわち，強度変調器の変調周期を変化させ，FSK変調信号を抑圧することにより過渡信号に由来するUWB信号を得ることができる。
【００４０】
3.光RZ-FSK信号の発生装置及びUWB信号の発生装置の製造方法
本発明の光RZ-FSK信号の発生装置及びUWB信号の発生装置（本発明の各装置）は，基板上に光導波路と電極を形成することにより製造できる。光導波路の形成方法として，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，各装置は，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。次いで，基板の主面に，二酸化珪素の絶縁バッファー層（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本発明の各装置を製造できる。
【００４１】
4.光RZ-FSK信号の発生装置の基本動作
図4は，強度変調を加えない，光FSK信号の信号強度を示す図である。図4Aは，光FSK信号の強度変化を示す概念図である。図4Bは，光FSK信号の周波数変化を示す図である。図4A中，点線で囲った部分は，過渡信号を表す。図4A及び図4B中，USBは上側波帯信号を示し，LSBは下側波帯信号を示す。図4Aに示されるように，所定周期（ここでは，ｔ1とした。）ごとに，強度が高速に変化する過渡信号が現れる。図5は，このような過渡信号を抑圧するための強度変調信号の例である。この例では，信号強度が光FSK信号と同期して印加されるようになっている。そして，過渡信号が現れる時点での強度が０になるような変調（RZ）を施している。このような変調を施すことにより，過渡信号が抑圧され，USB信号及びLSB信号の質が高まる。なお，強度変調信号と，光FSK変調信号とのタイミング制御は，公知の方法により制御できる。具体的には，強度変調器に印加する信号と光FSK変調器の各電極に印加される信号とのタイミングを制御することにより，光RZ-FSK信号を得ることができる。具体的には，強度変調器に印加する信号と，光FSK変調器に印加される信号も同期を取ることで，光FSK変調信号の周期に合わせて強度変調を行うことができるようにされている。
【００４２】
5.   UWB信号の発生装置の基本動作
図6は，過渡信号を残し他の信号を抑圧するための強度変調信号の例である。この例では，信号強度が光FSK信号と同期して印加されるようになっている。このような強度変調を図4に示される光FSK信号に印加する。すなわち，過渡信号が現れる時点での強度がMaxになり，ある時点での信号強度が0とるような変調（RZ）を施す。このような変調を施すことにより，USB信号及びLSB信号が抑圧され，過渡信号が残る。この過渡信号が，ミリ波・マイクロ波領域の信号であるので，この装置を用いれば，UWB信号を得ることができる。
【００４３】
6.  ミリ波・マイクロ波パルス発生方法
以下では，本発明のミリ波・マイクロ波パルス発生方法について説明する。本発明のミリ波・マイクロ波パルス発生方法は，過渡信号の周波数成分に応答できる光検出器を用いたミリ波・マイクロ波パルス発生方法である。このような光検出器としては，「単一走行キャリア・フォトダイオード」（石橋忠夫，伊藤弘，「単一走行キャリア・フォトダイオード」，応用物理， 第70巻，第11号， p.1304-1307（2001））に記載のものなどがあげられる。
【００４４】
本発明のミリ波・マイクロ波パルス発生方法は，光ＦＳＫ変調器において，光周波数切替え時に上側波帯，下側波帯の２成分が過渡的に同時に発生し，過渡信号を発生するという現象を利用するものである。これらの２成分の周波数差（ＲＦA電極及びＲＦB電極に入力するＲＦ信号周波数の２倍）以上の周波数成分に応答できる光検出器に変調器の出力光を導くと，２成分が同時発生している間のみ周波数差に相当する周波数をもつＲＦ信号が発生する。周波数切替え時の過渡的な現象であるので，光周波数切替えのための信号（ＲＦC）を立ち上がり・立ち下がり時間の短い矩形パルスとすると，非常に短い時間だけＲＦ信号を発生させることができる。
【００４５】
すなわち，本発明のミリ波・マイクロ波パルスの発生方法は，光FSK変調器のRFc電極に印加される信号を例えば高周波矩形パルスであって，立ち上がり時間が1%~10%のものを用いることにより，ミリ波・マイクロ波パルスを得るものである。また，このようにして得られたミリ波・マイクロ波パルスを用いれば，UWB信号を得ることができるので，UWB無線通信システムを得ることができる。例えばRFcに立ち上がり時間0.05ナノ秒の矩形パルスを入力し，ＲＦA電極及びＲＦB電極に入力するＲＦ信号周波数を25ＧＨｚとした場合，パルス幅0.1ナノ秒の50GHzRF信号（UWB信号）が得られる。
【００４６】
UWB無線通信システムは，1ナノ秒以下という非常に幅の狭いパルス（インパルス波）を用いた，非常に広帯域な周波数幅（数GHz~数十GHz程度）を使用する無線システムであり，通信やリモートセンシングに利用されるシステムである。この方式を用いることにより，従来に比べてより少ない消費電力で高いデータ伝送速度の通信を実現できる。UWB無線通信システムの帯域幅は，既存のワイドバンドCDMA（Wide-band CDMA）などに比べ千倍以上の帯域幅となる。比帯域幅＝（帯域幅）/（中心周波数）で25％以上のものを通常，UWBとよぶ。
【００４７】
UWB無線通信システムは，電力スペクトル密度が極めて低い（雑音レベル，DS-SS(直接拡散を用いたスペクトラム拡散方式  SS: Spread Spectrum)以下）という特徴がある。また，UWB無線通信システムは，既存の通信システムとの与干渉・被干渉が少なく，共存が可能であるという特徴がある。UWB無線通信システムは，平均電力レベルが１ｍＷ以下で数キロメートル伝送できるという特徴がある。また，UWB無線通信システムは，極めて短い(ns単位)のパルスを利用しているので，ＲＡＫＥ受信によりマルチパスに強い
（すなわち高いパス分離能力を有する）という特徴があり，またレーダとして用いた場合は，高精度測距（数cm単位）が可能（高い距離分解能を有する）という特徴がある。UWB無線通信システムは，キャリアが無く，信号放射時間が極めて短いので小型・低消費電力のシステムを構築できるという特徴がある。UWB無線通信システムは，常に広い帯域（例えばＧＨｚオーダ）を占有できるので，大容量多元接続・超高速伝送（＜数百Ｍbps）が可能となる。UWB無線通信システムは通信と測距が同時にできるのでＩＴＳ (車−車間通信など)に応用できる。
【００４８】
UWB信号のキャリア周波数は高周波電気信号源の周波数の２倍となるので，高い周波数成分を有する信号を生成でき，また周波数を容易に制御できる。UWB信号のパルス波形はＲＦC信号波形によって決まるので，UWB信号のパルス形状を例えば，立ち上がり時間などを調整することによって容易に制御できる。
【００４９】
図7は，本発明のミリ波・マイクロ波パルス発生方法によって出力される出力信号の波形例を表すグラフである。図7（ａ）はUWB信号（ミリ波・マイクロ波パルス）を表し，図7（ｂ）はその拡大図を表す。この例では，信号源からの信号を立ち上がり時間が５％である１ＧＨｚの繰り返し矩形パルスとし，高周波電気信号源からの信号を２５ＧＨｚの信号とし，高速光検出器を用いて検出した。なお，ＲＦCによる光位相変化をPとすると，光検出器出力の包絡線はCOS(P/2)SIN(P/2)で表される。ここでP=0度の場合は，λ１のみ出力され，P=180度の場合はλ２のみ出力されるとした。過渡状態では0< P <180度となり光検出器からＲＦ信号が発生する。図7から，UWB信号を得ることができることがわかる。
【００５０】
図8は，本発明に基づく光強度波形の計算結果を示す図である。図8Aは，過渡信号を抑圧したものを示す。図8Bは，過渡信号を強調したものを示す。この波形は，以下の条件に基づき求めたものである。すなわち，信号源からの信号の立ち上がり時間を200ＭＨｚ（40%）の繰り返し矩形パスルとし，高周波電気信号源からの信号を10GHzとした。強度変調器の駆動条件は，先に説明した動作条件A（強度変調器へ印加される正弦波クロック信号の周波数がf[Hz]であって，マッハツェンダー導波路における位相差が±90°）とした。
【００５１】
7.同期型光FSK変調器の基本構成
以下，本発明の第三の実施態様にかかる同期型光FSK変調器について説明する。図9は，本発明の同期型光FSK変調器の基本構成を示す図である。各符号は，図１におけるものと同様である。図9において，18は，強度変調器に印加される信号を示す。19は，サブサブマッハツェンダー導波路の電極に印加される信号（クロック信号）を示す。20は，メインマッハツェンダー導波路の電極に印加される信号（ベースバンド信号）を示す。図9に示す同期型光FSK変調器の導波路は，マッハツェンダー導波路により構成される強度変調器と複数のマッハツェンダー導波路により構成される光FSK変調器と，図示しない，各電極に印加される信号のタイミングを制御する制御手段を具備し，クロック信号19とベースバンド信号20の同期をとることによりクロック信号19とベースバンド信号20との位相差を制御する。なお，強度変調器に印加する信号と，光FSK変調器に印加される信号18も同期が取られており，光FSK変調信号の周期に合わせて強度変調を行うことができるようにされている。
【００５２】
7.1.同期型光FSK変調器及び動作
上記に説明したとおり，同期型光FSK変調器では各電極に印加される信号のタイミングを制御する手段が，クロック信号とベースバンド信号の同期をとることによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御する手段を有する。このような制御手段として，公知の同期手段を用いればよい。具体的には，クロック信号とベースバンド信号の同期が取れるように，各電極に印加する信号のタイミングを制御した回路を用いればよい。図9に示す例では，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）とに印加される信号（クロック信号19）と，ＭＺA及びＭＺBとを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）に印加される信号（ベースバンド信号20）とを同期する。これにより，クロック信号とベースバンド信号の位相差を（たとえば，なくするように）制御できるので，USB信号とLSB信号の光位相差も制御できる。よって，上記の同期型光FSK変調器によれば，高速に変調できるコヒーレントな変調信号を得ることができる。
【００５３】
7.2.復調器
図10は，上記の同期型光FSK変調器からの光FSK変調信号を復調するための復調器（光検出系）の例を示す図である。図10において，21及び22は光路長さの異なる導波路（ＭＺ干渉計のアーム）である。23は，光結合器である。24は，フォトダイードなどの光検出器である。25は，差分器である。導波路として，先に説明した導波路などを用いることができる。また，光結合器として，公知のフォトカプラなどを用いることができる。差分器は，オペアンプなどの差動増幅器を用いてもよく，公知の差分回路などを用いることができる。この光検出系は，光路長の異なる二つのアーム(21,22)を具備するマッハツェンダー導波路により構成される。この光検出系は，最も実践的な光位相検波技術として知られている（たとえば，“M. Rohde et al., Electron. Lett. 36 (2001) p. 1483”を参照。）。２つの光路間(21,22)の光遅延量は，変調信号の整数倍（N倍）に相当するので，２つの光路を通過する光の位相を制御できる。これにより，光変調信号のNビット前の信号成分との光位相を比較することができるので，光位相検波を行うことができる。たとえば，比較した信号の位相が同一であるか（USB信号同士，又はLSB信号同士），又は比較した信号の位相が異なる（USB信号とLSB信号）かで，異なる光位相差を得ることができる。したがって，光位相検波を行うことにより，信号を復調することができる。
【００５４】
本発明の第三の態様にかかる同期型光FSK変調器の好ましい利用態様は，強度変調器と上記の同期型光FSK変調器とを具備する光RZ-FSK変調器，及びそのような光RZ-FSK変調器を用いた光RZ-FSK信号の取得方法に関する。同期型光FSK変調器が，光FSK変調器のクロック信号とベースバンド信号とを同期することによりクロック信号とベースバンド信号との位相差を制御した光FSK変調信号を出力する。一方，強度変調器は，光FSK変調器からの出力のうち過渡期に生ずる信号である過渡信号の強度が小さくなるように強度変調を施す。よって，過渡信号の強度が小さくなる。したがって，同期型光FSK変調器と光RZ-FSK変調器とを組み合わせることにより，USB信号とLSB信号の光位相を制御した，光RZ-FSK信号を取得できることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図1は，本発明の光RZ-FSK変調器の基本構成を示す図である。
【図２】図２は，マッハツェンダー導波路における位相差と，強度変調器に印加される正弦波クロック信号の関係を示す図である。図２（A）は，位相差が±90°の場合の正弦波クロック信号の例を示す図である（動作条件A）。図２（B）は，位相差が0°の場合の正弦波クロック信号の例を示す図である（動作条件B）。図２（C）は，位相差が180°の場合の正弦波クロック信号の例を示す図である（動作条件C）。図２（D）は，光信号と位相差との関係を示す図である。
【図３】図3は，マッハツェンダー導波路の基本構成を示す図である。
【図４】図4は，強度変調を加えない，光FSK信号の信号強度を示す図である。図4Aは，光FSK信号の強度変化を示す概念図である。図4Bは，光FSK信号の周波数変化を示す図である。
【図５】図5は，過渡信号を抑圧するための強度変調信号の例である。
【図６】図6は，過渡信号を残し，他の信号を抑圧するための強度変調信号の例である。
【図７】図7は，本発明のミリ波・マイクロ波パルス発生方法によって出力される出力信号の波形例を表すグラフである。図7（ａ）はUWB信号（ミリ波・マイクロ波パルス）を表し，図7（ｂ）はその拡大図を表す。
【図８】図8は，本発明に基づく光強度波形の計算結果を示す図である。図8Aは，過渡信号を抑圧したものを示す。図8Bは，過渡信号を強調したものを示す。
【図９】図9は，本発明の同期型光FSK変調器の基本構成を示す図である。
【図１０】図10は，上記の同期型光FSK変調器からの光FSK変調信号を復調するための復調器（光検出系）の例を示す図である。
【図１１】図11は，従来の光ＦＳＫ変調器の例を示す概略図である。
【図１２】図12は，光ＦＳＫ変調器の各点での光スペクトルを示す概念図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  光RZ-FSK変調器
２  強度変調器
３  電極
11光FSK変調器
12  サブマッハツェンダー導波路
13  サブマッハツェンダー導波路
14  メインマッハツェンダー導波路
15  電極
16  電極
17  電極
18強度変調器に印加される信号
19サブサブマッハツェンダー導波路の電極に印加される信号
20メインマッハツェンダー導波路の電極に印加される信号
21導波路（アーム）
22導波路（アーム）
23光結合器（カプラ）
24光検出器
25差分器（オペアンプ）
101  光ＦＳＫ変調器101
102  第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）
103  第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）
104  メインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）
105  ＤＣA電極
106  ＤＣB電極
107  ＲＦA電極
108  ＲＦB電極
109  ＤＣC電極（ＲＦC電極）
【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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