(57)【要約】【課題】遅延要素を有する信号発生装置において、遅延要素の遅延量変化に関わらず安定した信号発生を可能にする。【解決手段】信号発生装置１００の共振器１では、ＢＰＦ６の出力信号が遅延要素３に入力されると、その入力された信号に遅延が与えられる。遅延要素３の出力信号は、ＩＱ変調器１６により位相が制御される。位相制御された信号は増幅器５にフィードバックされる。外部同期装置２では、ミキサ８により、ＢＰＦ６の出力信号と基準信号の位相差が検出され、位相差を示す信号がループフィルタ９を介して複素ＶＣＯ１０に入力される。複素ＶＣＯ１０では、この位相差に基づいてＩＱ変調器１６への制御信号が生成され、ＩＱ変調器１６では、複素ＶＣＯ１０から印加された制御信号に従って、遅延要素３により遅延された信号の位相が制御される。【選択図】図１
2006157864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号又は光信号を出力する出力手段と、
前記出力手段により出力された信号に時間遅延を与える遅延要素と、
前記遅延要素の入力信号又は出力信号の位相をＩＱ変調器により電気的に制御する位相制御手段と、を備え、
前記遅延要素により時間遅延が与えられ、前記位相制御手段により位相が制御された信号を前記出力手段にフィードバックすることを特徴とする信号発生装置。
【請求項２】
電気信号又は光信号を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された信号の周波数を弁別する周波数弁別器を備える信号発生装置において、
前記周波数弁別器は、
前記出力手段により出力された信号に時間遅延を与える遅延要素と、
前記遅延要素の入力信号又は出力信号の位相をＩＱ変調器により電気的に制御する位相制御手段と、
前記遅延要素による遅延前後の信号の位相を比較する位相比較手段と、を備え、
前記位相制御手段及び前記位相比較手段により得られた周波数の弁別結果を示す信号を前記出力手段にフィードバックし、
前記出力手段は、
前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記電気信号又は光信号を出力することを特徴とする信号発生装置。
【請求項３】
電気信号又は光信号を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された信号の周波数を弁別する周波数弁別器を備える信号発生装置において、
前記周波数弁別器は、
前記出力手段により出力された信号に時間遅延を与える遅延要素と、
前記遅延要素による遅延前後の信号の位相をＩＱミキサにより比較する位相比較手段と、
前記位相比較手段により出力される２信号に、乗算器により三角関数的な重み付けを与えることによって、前記遅延要素の出力信号の位相を電気的に制御する処理と同等の処理を行う位相制御手段と、
前記位相制御手段により重み付けが与えられた２信号を加算する加算器と、を備え、
前記位相比較手段、前記位相制御手段及び前記加算器により得られた周波数の弁別結果を示す信号を前記出力手段にフィードバックし、
前記出力手段は、
前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記電気信号又は光信号を出力することを特徴とする信号発生装置。
【請求項４】
基準信号を出力する基準信号発生源と、
前記基準信号発生源から出力された基準信号と、前記出力手段の出力信号との位相差を検出する検出手段と、を備え、
前記位相制御手段は、前記検出手段により検出された位相差に基づいて位相制御を行うことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の信号発生装置。
【請求項５】
前記周波数弁別器の出力信号を前記位相制御手段にフィードバックし、
前記位相制御手段は、前記周波数弁別器の出力信号に基づいて位相制御を行うことを特徴とする請求項２又は３に記載の信号発生装置。
【請求項６】
前記遅延要素として光ファイバを用い、
光の強度を前記出力手段から出力された電気信号に基づいて変調することにより、当該電気信号を光信号に変換する電光変換器と、
前記遅延要素により遅延された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、を備え、
前記位相制御手段は、前記光電変換器により得られた電気信号又は前記出力手段から出力された電気信号の位相を制御することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の信号発生装置。
【請求項７】
基準信号を出力する基準信号発生源と、
前記基準信号の位相をＩＱ変調器により電気的に制御する位相制御手段と、
前記位相制御手段により位相が制御された信号に時間遅延を与える遅延要素と、
前記遅延要素の出力信号と前記基準信号との位相差を検出する検出手段と、を備え、
前記検出手段の検出結果を示す信号を前記位相制御手段にフィードバックし、
前記位相制御手段は、前記検出手段により検出された位相差に基づいて位相制御を行うことを特徴とする信号発生装置。
【請求項８】
前記位相制御手段により位相が制御された信号に同期して光パルスを出力するパルス出力手段を備え、
前記遅延要素は、パルス圧縮ファイバを用いて、前記パルス出力手段により出力されたパルスに時間遅延を与えるとともに、当該パルスの時間幅を圧縮することを特徴とする請求項１〜５、７の何れか一項に記載の信号発生装置。
【請求項９】
電気信号又は光信号を出力し、
前記出力された信号に、遅延要素により時間遅延を与え、
前記遅延要素の入力信号又は出力信号の位相をＩＱ変調器により電気的に制御し、
前記遅延要素により時間遅延が与えられ、位相制御された信号を、前記電気信号又は光信号を出力する出力手段にフィードバックすることを特徴とする信号発生方法。
【請求項１０】
電気信号又は光信号を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された信号の周波数を弁別する周波数弁別器を用いて信号を発生する信号発生方法において、
前記周波数弁別器は、
前記出力手段により出力された信号に、遅延要素により時間遅延を与え、
前記遅延要素の入力信号又は出力信号の位相をＩＱ変調器により電気的に制御し、
前記遅延要素による遅延前後の信号の位相を比較し、
位相制御及び位相比較により得られた周波数の弁別結果を示す信号を前記出力手段にフィードバックし、
前記出力手段は、
前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記電気信号又は光信号を出力することを特徴とする信号発生方法。
【請求項１１】
電気信号又は光信号を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された信号の周波数を弁別する周波数弁別器を用いて信号を発生する信号発生方法において、
前記周波数弁別器は、
前記出力手段により出力された信号に、遅延要素により時間遅延を与え、
前記遅延要素による遅延前後の信号の位相をＩＱミキサにより比較し、
位相比較により出力される２信号に、乗算器により三角関数的な重み付けを与えることによって、前記遅延要素の出力信号の位相を電気的に制御する処理と同等の処理を行い、
位相制御により重み付けが与えられた２信号を加算器により加算し、
前記位相比較、前記位相制御及び前記加算器により得られた周波数の弁別結果を示す信号を前記出力手段にフィードバックし、
前記出力手段は、
前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記電気信号又は光信号を出力することを特徴とする信号発生方法。
【請求項１２】
基準信号発生源により基準信号を出力し、
前記出力された基準信号と、前記出力手段の出力信号との位相差を検出し、
前記検出された位相差に基づいて前記位相制御を行うことを特徴とする請求項９〜１１の何れか一項に記載の信号発生方法。
【請求項１３】
前記周波数弁別器の出力信号を、前記遅延要素の入力信号又は出力信号の位相制御を行う手段にフィードバックし、
前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記位相制御を行うことを特徴とする請求項１０又は１１に記載の信号発生方法。
【請求項１４】
前記遅延要素として光ファイバを用い、
光の強度を前記出力手段から出力された電気信号に基づいて変調することにより、当該電気信号を光信号に変換し、
前記遅延要素により遅延された光信号を電気信号に変換し、
前記変換により得られた電気信号又は前記出力手段から出力された電気信号に対して前記位相制御を行うことを特徴とする請求項９〜１３の何れか一項に記載の信号発生方法。
【請求項１５】
基準信号発生源により基準信号を出力し、
前記基準信号の位相をＩＱ変調器により電気的に制御し、
前記ＩＱ変調器により位相制御された信号に、遅延要素により時間遅延を与え、
前記遅延要素の出力信号と前記基準信号との位相差を検出し、
前記位相差の検出結果を示す信号を、前記位相制御を行う手段にフィードバックし、
前記検出された位相差に基づいて前記位相制御を行うことを特徴とする信号発生方法。
【請求項１６】
前記位相制御された信号に同期して光パルスを出力し、
前記遅延要素としてパルス圧縮ファイバを用いて、前記出力されたパルスに時間遅延を与えるとともに、当該パルスの時間幅を圧縮することを特徴とする請求項９〜１３、１５の何れか一項に記載の信号発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号又は光信号を発生する信号発生装置及び信号発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＴ（Information Technology）技術の需要は著しく、それに伴って大容量光ファイバ通信システムの必要性が高まる一方である。このような大容量の通信システムにおいては、非常に高純度な電気信号源及びレーザ光源が必要不可欠である。ここで、「高純度」とは、スペクトル幅が狭く、その結果としてある時間内における位相の変化が小さいことを表す。高純度な信号を発生させるためには、電気信号又はレーザ光のコヒーレンス時間を長くすればよい。コヒーレンス時間とは、波動が位相情報を保持する時間を表し、スペクトル幅に比例する量である。コヒーレンス時間を長くするには、時間遅延を与える要素（以下、「遅延要素」という。）を用いる必要がある。
【０００３】
しかしながら、遅延要素を用いた信号発生装置では、周囲温度等の環境の変化に伴って遅延要素の遅延量が変化すると、出力信号の周波数が変化し、動作が不安定となる。そこで、長期にわたる安定動作を実現させるために、遅延量が変化しないようにフィードバック制御を行う必要がある。このようなフィードバック制御を行う信号発生装置の主要な機構は、以下の２つに大別される。
【０００４】
第１の機構は、遅延要素を共振器内に配置するものである。図２４に、第１の機構を有する信号発生装置７００の構成を示す。信号発生装置７００は、図２４に示すように、基準信号発生源６０１、ミキサ６０２、ループフィルタ６０３、共振器６０４により構成される。共振器６０４は、増幅器６０５、ＢＰＦ（Band Pass Filter：帯域透過フィルタ）６０６、遅延要素６０７により構成される。
【０００５】
ミキサ６０２において、基準信号発生源６０１で発生した基準信号と、ＢＰＦ６０６の出力信号との位相差が検出され、位相差を示す信号がループフィルタ６０３に出力される。ループフィルタ６０３では、遅延要素６０７での遅延量が一定になるように、遅延要素６０７への制御信号が生成される。遅延要素６０７では、ループフィルタ６０３から入力された制御信号に従ってＢＰＦ６０６の出力信号の遅延量が調整され、遅延された信号が増幅器６０５にフィードバックされる。増幅器６０５では、遅延要素６０７から出力された信号が増幅され、増幅された信号がＢＰＦ６０６に出力される。ＢＰＦ６０６では、発振条件ωτ＝２πＮ（ω：角周波数、τ：位相遅延時間、Ｎ：任意の整数）を満たす複数の周波数ωの中から、所定の周波数を有する信号のみが透過され、透過された信号が外部に出力されるとともに、遅延要素６０７及びミキサ６０２に出力される。図２４に示すような第１の機構では、遅延時間を長くするほど、高純度な信号を発生することが可能となる。
【０００６】
特許文献１では、第１の機構を有する信号発生装置として、発振信号を一旦光の強度変化に変換し、遅延要素として光ファイバを用い、遅延を受けた光信号を再び電気信号に変換することにより、電気信号を発振する装置が開示されている。特許文献１の技術によれば、光ファイバの広帯域性及び低損失性を活用することによって、ギガヘルツの高周波信号に対して極めて長い遅延時間を実現することができる。また、その結果として、コヒーレンス時間が長く、極めて高純度な電気信号の発生が可能となる。
【０００７】
非特許文献１には、長尺ファイバを用いた光パルスレーザ中に、図２４と同様の機構を導入し、再生モード同期を行うことにより、極めてジッタの少ない電気信号と光パルス列を同時に得ることが可能な信号発生装置が開示されている。非特許文献１の信号発生装置では、ピエゾアクチュエータを用いて遅延量が制御されている。
【０００８】
信号発生装置の第２の機構は、遅延要素を用いて周波数弁別器を構成するものである。図２５に、第２の機構を有する信号発生装置８００の構成を示す。信号発生装置８００は、図２５に示すように、基準信号発生源６０１、ミキサ６０２、ループフィルタ６０３、周波数弁別器７０１、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator：電圧制御発振器）７０２、ループフィルタ７０３により構成される。周波数弁別器７０１は、分波器７０４、遅延要素７０５、ミキサ７０６により構成される。なお、図２５では、図２４の信号発生装置７００と同一の構成要素に同一の符号を付している。
【０００９】
周波数弁別器７０１では、分波器７０４により、ＶＣＯ７０２から入力された信号が２つに分岐される。遅延要素７０５では、ループフィルタ６０３から入力された制御信号に従って、分波器７０４で分岐された信号の一方の遅延量が調整される。ミキサ７０６では、遅延要素７０５による遅延前後の信号の位相差を検出することにより周波数が弁別される。ループフィルタ７０３では、周波数弁別器７０１の出力信号の高周波成分が除去され、除去後の信号がＶＣＯ７０２に出力される。ＶＣＯ７０２では、ループフィルタ７０３の出力信号に基づいて発振周波数が調整される。ＶＣＯ７０２の出力信号は、周波数弁別器７０１及びミキサ６０２に出力されるとともに、信号発生装置８００の出力信号として外部に出力される。このように、図２５に示した信号発生装置８００では、ＶＣＯ７０２から出力された信号の周波数のゆらぎが検出され、このゆらぎがなくなるようにＶＣＯ７０２へのフィードバックが行われている。
【００１０】
非特許文献２では、図２５のＶＣＯ７０２として半導体レーザを用い、遅延要素の代替としてファブリペロー共振器中の多重反射現象を用いて周波数の弁別を行う信号発生装置が開示されている。非特許文献２の信号発生装置では、非特許文献１と同様に、ピエゾアクチュエータを用いて遅延量が制御されている。
【００１１】
また、特許文献２では、図２６に示すように、図２５のＶＣＯ７０２の代替として、基準信号発生源８０１及び位相変調器８０２が用いられた信号発生装置９００が開示されている。信号発生装置９００では、周波数弁別器７０１の出力信号がループフィルタ８０３を介して位相変調器８０２にフィードバックされることにより、基準信号の位相が制御される。また、周波数弁別器７０１の出力信号がループフィルタ８０４を介して周波数弁別器７０１自身にフィードバックされることにより、遅延量７０５による信号の遅延量が調整される。図２５及び図２６に示した第２の機構では、遅延量が大きいほど高感度な周波数弁別が可能となり、その結果として、発振スペクトルの高純度化が可能となる。これは、遅延量が大きいほどコヒーレンス時間の増大が可能であることと等価である。
【特許文献１】特表２００２−５３５８５３号公報
【特許文献２】特開平５−９５２２８号公報
【非特許文献１】E. Yoshida and M. Nakazawa, “Measurement of the timing jitter and pulse energy fluctuation of a PLL regeneratively mode-locked fiber laser,” IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 11, no. 5, pp. 548-550, 1999
【非特許文献２】M. Ohtsu and S. Kotajima, “Linewidth reduction of a semiconductor laser by electrical feedback,” IEEE J. Quantum Electron., vol. QE-21, no. 12, pp. 1905-1912, 1985
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、遅延要素の遅延量の制御にピエゾアクチュエータ等の機械的機構を用いる従来の信号発生装置では、可変な遅延量には限度があったため、遅延量の変化量が限度量を超えてしまうと系を安定化させることができず、長期にわたる安定動作を実現することが困難であるという問題があった。
【００１３】
本発明の課題は、遅延要素を有する信号発生装置において、遅延要素の遅延量変化に関わらず安定した信号発生を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、電気信号又は光信号を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された信号に時間遅延を与える遅延要素と、前記遅延要素の入力信号又は出力信号の位相をＩＱ変調器により電気的に制御する位相制御手段と、を備え、前記遅延要素により時間遅延が与えられ、前記位相制御手段により位相が制御された信号を前記出力手段にフィードバックすることを特徴としている。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、電気信号又は光信号を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された信号の周波数を弁別する周波数弁別器を備える信号発生装置において、前記周波数弁別器は、前記出力手段により出力された信号に時間遅延を与える遅延要素と、前記遅延要素の入力信号又は出力信号の位相をＩＱ変調器により電気的に制御する位相制御手段と、前記遅延要素による遅延前後の信号の位相を比較する位相比較手段と、を備え、前記位相制御手段及び前記位相比較手段により得られた周波数の弁別結果を示す信号を前記出力手段にフィードバックし、前記出力手段は、前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記電気信号又は光信号を出力することを特徴としている。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、電気信号又は光信号を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された信号の周波数を弁別する周波数弁別器を備える信号発生装置において、前記周波数弁別器は、前記出力手段により出力された信号に時間遅延を与える遅延要素と、前記遅延要素による遅延前後の信号の位相をＩＱミキサにより比較する位相比較手段と、前記位相比較手段により出力される２信号に、乗算器により三角関数的な重み付けを与えることによって、前記遅延要素の出力信号の位相を電気的に制御する処理と同等の処理を行う位相制御手段と、前記位相制御手段により重み付けが与えられた２信号を加算する加算器と、を備え、前記位相比較手段、前記位相制御手段及び前記加算器により得られた周波数の弁別結果を示す信号を前記出力手段にフィードバックし、前記出力手段は、前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記電気信号又は光信号を出力することを特徴としている。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の信号発生装置において、基準信号を出力する基準信号発生源と、前記基準信号発生源から出力された基準信号と、前記出力手段の出力信号との位相差を検出する検出手段と、を備え、前記位相制御手段は、前記検出手段により検出された位相差に基づいて位相制御を行うことを特徴としている。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項２又は３に記載の信号発生装置において、前記周波数弁別器の出力信号を前記位相制御手段にフィードバックし、前記位相制御手段は、前記周波数弁別器の出力信号に基づいて位相制御を行うことを特徴としている。
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の信号発生装置において、前記遅延要素として光ファイバを用い、光の強度を前記出力手段から出力された電気信号に基づいて変調することにより、当該電気信号を光信号に変換する電光変換器と、前記遅延要素により遅延された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、を備え、前記位相制御手段は、前記光電変換器により得られた電気信号又は前記出力手段から出力された電気信号の位相を制御することを特徴としている。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、基準信号を出力する基準信号発生源と、前記基準信号の位相をＩＱ変調器により電気的に制御する位相制御手段と、前記位相制御手段により位相が制御された信号に時間遅延を与える遅延要素と、前記遅延要素の出力信号と前記基準信号との位相差を検出する検出手段と、を備え、前記検出手段の検出結果を示す信号を前記位相制御手段にフィードバックし、前記位相制御手段は、前記検出手段により検出された位相差に基づいて位相制御を行うことを特徴としている。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜５、７の何れか一項に記載の信号発生装置において、前記位相制御手段により位相が制御された信号に同期して光パルスを出力するパルス出力手段を備え、前記遅延要素は、パルス圧縮ファイバを用いて、前記光パルス出力手段により出力されたパルスに時間遅延を与えるとともに、当該パルスの時間幅を圧縮することを特徴としている。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、電気信号又は光信号を出力し、前記出力された信号に、遅延要素により時間遅延を与え、前記遅延要素の入力信号又は出力信号の位相をＩＱ変調器により電気的に制御し、前記遅延要素により時間遅延が与えられ、位相制御された信号を、前記電気信号又は光信号を出力する出力手段にフィードバックすることを特徴としている。
【００２３】
請求項１０に記載の発明は、電気信号又は光信号を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された信号の周波数を弁別する周波数弁別器を用いて信号を発生する信号発生方法において、前記周波数弁別器は、前記出力手段により出力された信号に、遅延要素により時間遅延を与え、前記遅延要素の入力信号又は出力信号の位相をＩＱ変調器により電気的に制御し、前記遅延要素による遅延前後の信号の位相を比較し、位相制御及び位相比較により得られた周波数の弁別結果を示す信号を前記出力手段にフィードバックし、前記出力手段は、前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記電気信号又は光信号を出力することを特徴としている。
【００２４】
請求項１１に記載の発明は、電気信号又は光信号を出力する出力手段と、前記出力手段により出力された信号の周波数を弁別する周波数弁別器を用いて信号を発生する信号発生方法において、前記周波数弁別器は、前記出力手段により出力された信号に、遅延要素により時間遅延を与え、前記遅延要素による遅延前後の信号の位相をＩＱミキサにより比較し、位相比較により出力される２信号に、乗算器により三角関数的な重み付けを与えることによって、前記遅延要素の出力信号の位相を電気的に制御する処理と同等の処理を行い、位相制御により重み付けが与えられた２信号を加算器により加算し、前記位相比較、前記位相制御及び前記加算器により得られた周波数の弁別結果を示す信号を前記出力手段にフィードバックし、前記出力手段は、前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記電気信号又は光信号を出力することを特徴としている。
【００２５】
請求項１２に記載の発明は、請求項９〜１１の何れか一項に記載の信号発生方法において、基準信号発生源により基準信号を出力し、前記出力された基準信号と、前記出力手段の出力信号との位相差を検出し、前記検出された位相差に基づいて前記位相制御を行うことを特徴としている。
【００２６】
請求項１３に記載の発明は、請求項１０又は１１に記載の信号発生方法において、前記周波数弁別器の出力信号を、前記遅延要素の入力信号又は出力信号の位相制御を行う手段にフィードバックし、前記周波数弁別器の出力信号に基づいて前記位相制御を行うことを特徴としている。
【００２７】
請求項１４に記載の発明は、請求項９〜１３の何れか一項に記載の信号発生方法において、前記遅延要素として光ファイバを用い、光の強度を前記出力手段から出力された電気信号に基づいて変調することにより、当該電気信号を光信号に変換し、前記遅延要素により遅延された光信号を電気信号に変換し、前記変換により得られた電気信号又は前記出力手段から出力された電気信号に対して前記位相制御を行うことを特徴としている。
【００２８】
請求項１５に記載の発明は、基準信号発生源により基準信号を出力し、前記基準信号の位相をＩＱ変調器により電気的に制御し、前記ＩＱ変調器により位相制御された信号に、遅延要素により時間遅延を与え、前記遅延要素の出力信号と前記基準信号との位相差を検出し、前記位相差の検出結果を示す信号を、前記位相制御を行う手段にフィードバックし、前記検出された位相差に基づいて前記位相制御を行うことを特徴としている。
【００２９】
請求項１６に記載の発明は、請求項９〜１３、１５の何れか一項に記載の信号発生方法において、前記位相制御された信号に同期して光パルスを出力し、前記遅延要素としてパルス圧縮ファイバを用いて、前記出力されたパルスに時間遅延を与えるとともに、当該パルスの時間幅を圧縮することを特徴としている。
【発明の効果】
【００３０】
請求項１及び９に記載の発明によれば、遅延要素の出力信号又は入力信号の位相をＩＱ変調器によって電気的に制御することにより、遅延要素の遅延量変化の大きさに関わらず、遅延量変化を補償することができる。また、位相制御された信号を出力手段にフィードバックすることにより、遅延量が変化しても、出力手段により出力される信号の周波数変化が小さくなり、安定した動作を実現することができる。
【００３１】
請求項２及び１０に記載の発明によれば、遅延要素の出力信号又は入力信号の位相をＩＱ変調器によって電気的に制御することにより、遅延要素の遅延量変化の大きさに関わらず、遅延量変化を補償することができる。また、周波数弁別器の出力信号を用いて出力手段の出力信号の周波数を制御することにより、当該出力信号の位相雑音が低減され、高純度な信号を出力することができる。
【００３２】
請求項３及び１１に記載の発明によれば、遅延要素による遅延前後の信号の位相差をＩＱミキサにより検出し、遅延前後の信号の位相を電気的に制御することにより、遅延量変化の大きさに関わらず遅延量変化を補償することができる。また、周波数弁別器の出力信号を用いて出力手段の出力信号の周波数を制御することにより、当該出力信号の位相雑音が低減され、高純度な信号を出力することができる。
【００３３】
請求項４及び１２に記載の発明によれば、位相制御手段が、検出手段により検出された、出力手段の出力信号と基準信号との位相差に基づいて位相制御を行うことにより、周波数弁別器の特性が調節され、出力手段の出力信号の周波数が制御されるため、出力手段の出力信号と基準信号との同期を実現することができる。
【００３４】
請求項５及び１３に記載の発明によれば、位相制御手段が、周波数弁別器の出力信号を用いて位相制御を行うことにより、外部同期機構が不要となり、信号発生装置の構成を簡素化することができる。
【００３５】
請求項６及び１４に記載の発明によれは、遅延要素として光ファイバを使用することにより、長い遅延時間を実現し、非常に純度の高いスペクトルを有する高周波電気信号を発生させることが可能になる。
【００３６】
請求項７及び１５に記載の発明によれば、遅延要素の出力信号又は入力信号の位相をＩＱ変調器によって電気的に制御することにより、遅延要素の遅延量変化の大きさに関わらず、遅延量変化を補償することができる。
【００３７】
請求項８及び１６に記載の発明によれば、遅延要素であるパルス圧縮ファイバから出力される光パルスのタイミングをＩＱ変調器によって電気的に制御できるため、遅延要素の遅延量変化の大きさに関わらず、遅延量変化にともなう光パルスの出射タイミングの変動を抑え、安定した動作を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、図面を参照して、本発明の第１〜第６の実施の形態を詳細に説明する。
【００３９】
（第１の実施の形態）
図１〜図３を参照して、本発明に係る第１の実施の形態を説明する。
まず、本第１の実施の形態における構成について説明する。図１に、本第１の実施の形態に係る信号発生装置１００の構成を示す。信号発生装置１００は、図１に示すように、共振器１及び外部同期装置２により構成される。なお、図１において、実線の矢印は、高周波の電気信号又はレーザ光を表し、破線の矢印は、低周波の制御信号を表す。図４〜図６、図８及び図９についても同様である。
【００４０】
共振器１は、遅延要素３、ＩＱ変調器４、増幅器５、ＢＰＦ（Band Pass Filter：帯域透過フィルタ）６により構成される。
遅延要素３は、ＢＰＦ６の出力信号に時間遅延を与え、遅延された信号をＩＱ変調器４に出力する。例えば、遅延要素３への入力信号をＡcosωt（Ａ：振幅、ω：角周波数、ｔ：時間）、遅延要素３での位相遅延時間をτ(t)とすると、遅延要素３の出力信号は、Ａ(t)＝Ａcos{ω(t−τ(t))}となる。
【００４１】
ＩＱ変調器４は、複素ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）１０から入力された制御信号に従って、遅延要素３の出力信号の位相を制御する。ＩＱ変調器４で位相制御された信号は増幅器５にフィードバックされる。図２に、ＩＱ変調器４の構成を示す。ＩＱ変調器４は、図２に示すように、９０度ハイブリッド分波器４０、ミキサ４１、４２、合波器４３により構成される。
【００４２】
９０度ハイブリッド分波器４０は、遅延要素３の出力信号を同相成分（In-phase）と直交成分（Quadrature-phase）に分け、同相成分をミキサ４１に出力し、直交成分をミキサ４２に出力する。
【００４３】
ミキサ４１は、複素ＶＣＯ１０からＩＱ変調器４のIn-phaseポートに入力された信号と、９０度ハイブリッド分波器４０から入力された同相成分の信号を乗算し、乗算された信号を合波器４３に出力する。ミキサ４２は、複素ＶＣＯ１０からＩＱ変調器４のQuadrature-phaseポートに入力された信号と、９０度ハイブリッド分波器４０から入力された直交成分の信号を乗算し、乗算された信号を合波器４３に出力する。合波器４３は、ミキサ４１から入力された信号と、ミキサ４２から入力された信号を合成する。
【００４４】
例えば、９０度ハイブリッド分波器４０への入力信号をＡ(t)＝Ａcos{ω(t−τ(t))}とすると、この入力信号は、同相成分のＡcos{ω(t−τ(t))}と、直交成分のＡsin{ω(t−τ(t))}に分けられる。このとき、In-phaseポートへの入力信号をcosΦ(t)、Quadrature-phaseポートへの入力信号をsinΦ(t)とすると、ミキサ４１の出力信号はＡcos{ω(t−τ(t))}・cosΦ(t)となり、ミキサ４２の出力信号はＡsin{ω(t−τ(t))}・sinΦ(t)となる。よって、合波器４３の出力信号（即ち、ＩＱ変調器４の出力信号）は、Ａ’(t)＝Ａcos{ω(t−τ(t))}・cosΦ(t)−Ａsin{ω(t−τ(t))}・sinΦ(t)＝Ａcos{ω(t−τ(t))＋Φ(t)}となる。
【００４５】
増幅器５は、ＩＱ変調器４の出力信号を増幅する。ＢＰＦ６は、発振条件ωτ＝２πＮ（Ｎ；任意の整数）を満たす所定の周波数の信号のみを透過させる。ＢＰＦ６の出力信号は、遅延要素３、外部同期装置２のミキサ８に出力されるとともに、信号発生装置１００の出力信号として外部に出力される。
【００４６】
外部同期装置２は、基準信号発生源７、ミキサ８、ループフィルタ９、複素ＶＣＯ１０により構成される。
基準信号発生源７は、基準信号（電気信号或いは光信号）の発生源であり、この基準信号をミキサ８に出力する。ミキサ８は、共振器１のＢＰＦ６から出力された信号と、基準信号発生源７から入力された基準信号との位相差を検出し、位相差を示す信号をループフィルタ９に出力する。
【００４７】
ループフィルタ９は、ミキサ８の出力信号の高周波成分を除去し、除去後の信号を複素ＶＣＯ１０に出力する。複素ＶＣＯ１０は、ループフィルタ９から入力された信号に基づいて、ＩＱ変調器４へフィードバックする制御信号を生成する。
【００４８】
図３に、複素ＶＣＯ１０の構成を示す。複素ＶＣＯ１０は、積分器１０１、三角関数生成器１０２、１０３により構成される。積分器１０１は、ループフィルタ９の出力信号を時間積分する。三角関数生成器１０２、１０３は、積分器１０１で得られた信号から、それぞれ、余弦波、正弦波の制御信号を生成する。ループフィルタ９の出力信号をs(t)とすると、積分器１０１ではs(t)が時間積分され、この積分値に所定の係数Ｋが乗算される。積分器１０１で得られた信号をΦ(t)とすると、三角関数生成器１０２及び１０３で、それぞれ、余弦波制御信号cosΦ(t)、正弦波制御信号sinΦ(t)が生成される。余弦波制御信号cosΦ(t)、正弦波制御信号sinΦ(t)は、それぞれ、ＩＱ変調器４のIn-phaseポート、Quadrature-phaseポートへ印加される。
【００４９】
次に、図１の信号発生装置１００の動作について説明する。
共振器１では、ＢＰＦ６の出力信号が遅延要素３に入力されると、その入力された信号に時間遅延が与えられる。遅延要素３の出力信号は、ＩＱ変調器１６により位相が制御され、位相制御された信号は増幅器５にフィードバックされる。
【００５０】
外部同期装置２では、ミキサ８により、ＢＰＦ６の出力信号と基準信号の位相差が検出され、位相差を示す信号がループフィルタ９を介して複素ＶＣＯ１０に入力される。複素ＶＣＯ１０では、この位相差に基づいてＩＱ変調器１６への制御信号が生成され、ＩＱ変調器１６では、複素ＶＣＯ１０から印加された制御信号に従って、遅延要素３により遅延された信号の位相が制御される。このように、遅延要素３の出力信号はＩＱ変調器１６により電気的に制御される。
【００５１】
例えば、遅延要素３の出力信号をＡ(t)＝Ａcos{ω(t−τ(t))}とすると、位相遅延時間τ(t)が長くなると（遅延時間変化Δτ＞０）、信号発生装置１００の出力信号の位相が遅れる。この場合、ミキサ８の出力信号が正となり、複素ＶＣＯ１０で得られる位相Φ(t)が正となる。この位相Φ(t)はΦ(t)＝ωτ(t)を満たしており、余弦波制御信号cosΦ(t)及び正弦波制御信号sinΦ(t)がＩＱ変調器４に印加されることにより、ＩＱ変調器４の出力信号の位相がΦ(t)だけ増加し、遅延要素３における位相の遅れが補償されることになる。
【００５２】
反対に、遅延要素３の出力信号の位相遅延時間τ(t)が短くなると（遅延時間変化Δτ＜０）、信号発生装置１００の出力信号の位相が進む。この場合、ミキサ８の出力信号が負となり、複素ＶＣＯ１０で得られる位相Φ(t)が負となる。この位相Φ(t)は、Φ(t)＝−ωτ(t)を満たしており、余弦波制御信号cosΦ(t)及び正弦波制御信号sinΦ(t)がＩＱ変調器４に印加されることにより、ＩＱ変調器４の出力信号の位相がΦ(t)だけ減少し、遅延要素３における位相の増加が補償されることになる。
【００５３】
このように、複素ＶＣＯ１０からＩＱ変調器４への余弦波制御信号cosΦ(t)、正弦波制御信号sinΦ(t)が、−１から＋１までの有限の範囲内に収まっているため、位相遅延時間τ(t)の無限変化に対して追随可能である。また、複素ＶＣＯ１０の出力信号によってＩＱ変調器４を駆動することにより、信号発生装置１００の発振条件が変化し、信号発生装置１００の出力信号の発振周波数が調整される。これにより、基準信号と信号発生装置１００の出力信号の同期が実現される。
【００５４】
以上のように、本第１の実施の形態の信号発生装置１００によれば、遅延要素３の出力信号の位相をＩＱ変調器によって電気的に制御することにより、遅延量変化の大きさに関わらず遅延量変化を補償することができる。また、位相制御された信号を増幅器５にフィードバックすることにより、遅延要素３の遅延量が変動しても、出力信号の周波数変化が小さく安定した動作を実現することができる。
【００５５】
（第２の実施の形態）
図４を参照して、本発明に係る第２の実施の形態を説明する。
まず、本第２の実施の形態における構成について説明する。図４に、本第２の実施の形態に係る信号発生装置２００の構成を示す。なお、図４の信号発生装置２００において、第１の実施の形態における信号発生装置１００と同一の構成要素には同一の符号を付し、その機能説明を省略する。
【００５６】
信号発生装置２００は、図４に示すように、周波数弁別器１１、外部同期装置２、ＶＣＯ１２、ループフィルタ１３により構成される。周波数弁別器１１は、分波器１４、遅延要素１５、ＩＱ変調器１６、ミキサ１７により構成される。
【００５７】
分波器１４は、ＶＣＯ１２の出力信号を２つに分岐し、分岐された信号の一方を遅延要素１５に出力し、他方をミキサ１７に出力する。遅延要素１５は、分波器１４の出力信号に時間遅延を与え、遅延された信号をＩＱ変調器１６に出力する。
【００５８】
ＩＱ変調器１６は、外部同期装置２の複素ＶＣＯ１０から入力された制御信号に従って、遅延要素１５の出力信号の位相を制御し、位相制御された信号をミキサ１７に出力する。ＩＱ変調器１６の構成は、図２に示したＩＱ変調器４と同一である。
【００５９】
ミキサ１７は、分波器１４の出力信号（遅延を受けていない信号）と、ＩＱ変調器１６の出力信号（位相制御され遅延を受けた信号）の位相を比較することによって周波数を弁別する。以下、信号の振幅Ａを１として説明する。例えば、分波器１４の出力信号をcosωt、ＩＱ変調器１６の出力信号をcos{ω(t＋τ(t))＋Φ(t)}とすると、ミキサ１７の出力信号は、cosωt・cos{ω(t+τ(t))+Φ(t)}＝(1/2)[cos{ωτ(t)＋Φ(t)}＋cos{2ωt＋ωτ(t)＋Φ(t)}]となり、このうち、右辺第一項の低周波成分cos{ωτ(t)＋Φ(t)}が周波数弁別器１１の出力信号となる。
【００６０】
ループフィルタ１３は、周波数弁別器１１の出力信号の高周波成分を除去し、除去後の信号をＶＣＯ１２に出力する。ＶＣＯ１２は、ループフィルタ１３の出力信号に基づいて発振周波数の調整を行う。ＶＣＯ１２により発振された信号は、周波数弁別器１１の分波器１４、外部同期装置２のミキサ８に出力されるとともに、信号発生装置２００の出力信号として外部に出力される。
【００６１】
なお、図４の周波数弁別器１１では、遅延要素１５により時間遅延が与えられるパスにＩＱ変調器１６を設けた構成としているが、時間遅延が与えられないパスにＩＱ変調器１６を設ける構成としてもよい。即ち、周波数弁別器１１中の２つのパスの一方に位相変調機構を設けるようにすればよい。
【００６２】
次に、図４の信号発生装置２００の動作について説明する。
ＶＣＯ１２の出力信号の一部が周波数弁別器１１に入力されると、その入力信号は分波器１４において分岐され、一方の信号に遅延要素１５により時間遅延が与えられ、その位相がＩＱ変調器１６により制御される。そして、ミキサ１７において、遅延前後の信号の位相が比較されることにより周波数が弁別される。周波数弁別器１１の出力信号は、ループフィルタ１３を介してＶＣＯ１２にフィードバックされ、これにより、ＶＣＯ１２の発振周波数が制御される。
【００６３】
外部同期装置２では、ミキサ８により、ＶＣＯ１２の出力信号と基準信号の位相差が検出され、位相差を示す信号がループフィルタ９を介して複素ＶＣＯ１０に入力される。複素ＶＣＯ１０では、この位相差に基づいてＩＱ変調器１６への制御信号が生成され、ＩＱ変調器１６では、複素ＶＣＯ１０から印加された制御信号に従って、遅延要素１５により遅延された信号の位相が制御される。
【００６４】
例えば、遅延要素１５の出力信号がＡcos{ω(t＋τ(t))}である場合、位相遅延時間τ(t)の時間変化が生じると、基準信号と信号発生装置２００の出力信号の位相差が変化し、この位相差がミキサ８により検出される。そして、複素ＶＣＯ１０からＩＱ変調器１６へ、Φ(t)＝−ωτ(t)＋π/２を満たす余弦波制御信号cosΦ(t)、正弦波制御信号sinΦ(t)が印加されることにより、遅延された信号の位相が制御される。
【００６５】
このように、複素ＶＣＯ１０からＩＱ変調器１６への余弦波制御信号cosΦ(t)、正弦波制御信号sinΦ(t)が、−１から＋１までの有限の範囲内に収まっているため、位相遅延時間τ(t)の無限変化に対して追随可能である。また、複素ＶＣＯ１０の出力信号によってＩＱ変調器１６を駆動することにより、周波数弁別器１１の特性が調節される。周波数弁別器１１の特性の変化に伴い、周波数弁別器１１の出力信号の直流成分が発生し、ループフィルタ１３を介してＶＣＯ１２の発振周波数が制御される。これにより、基準信号と信号発生装置２００の出力信号の同期が実現される。
【００６６】
以上のように、本第２の実施の形態の信号発生装置２００によれば、遅延要素１５の出力信号の位相をＩＱ変調器１６を用いて電気的に制御することにより、遅延量変化の大きさに関わらず遅延量変化を補償することができる。また、周波数弁別器１１の出力信号を用いてＶＣＯ１２の発振周波数を制御することにより、ＶＣＯ１２の出力信号の位相雑音が低減され、高純度な信号を出力することができる。また、信号発生装置２００は、ＢＰＦが不要であるため、周波数の可変性に優れている。
【００６７】
（第３の実施の形態）
図５を参照して、本発明に係る第３の実施の形態を説明する。
まず、本第３の実施の形態における構成について説明する。図５に、本第３の実施の形態に係る信号発生装置３００の構成を示す。なお、図５の信号発生装置３００において、第２の実施の形態における信号発生装置２００と同一の構成要素には同一の符号を付し、その機能説明を省略する。
【００６８】
信号発生装置３００は、図５に示すように、周波数弁別器１１、基準信号発生源１８、位相変調器１９、ループフィルタ２０、複素ＶＣＯ２１、ループフィルタ２２により構成される。
【００６９】
基準信号発生源１８は、基準信号（電気信号或いは光信号）の発生源であり、この基準信号を位相変調器１９に出力する。位相変調器１９は、ループフィルタ２０から入力された信号に従って基準信号の位相を変調する。位相変調器１９で位相変調された信号は、周波数弁別器１１の分波器１４に出力されるとともに、信号発生装置３００の出力信号として外部に出力される。
【００７０】
ループフィルタ２２は、周波数弁別器１１の出力信号の高周波成分を除去し、除去後の信号を複素ＶＣＯ２１に出力する。複素ＶＣＯ２１は、ループフィルタ２２から入力された信号に基づいてＩＱ変調器１６へフィードバックする制御信号を生成する。複素ＶＣＯ２１の構成は、図３に示した複素ＶＣＯ１０と同一である。
【００７１】
次に、図５の信号発生装置３００の動作について説明する。
基準信号発生源１８で発生した基準信号は位相変調器１９に入力され、ループフィルタ２０から入力された信号に従って、基準信号の位相が制御される。位相変調器１９の出力信号の一部は周波数弁別器１１に入力される。周波数弁別器１１に入力された信号は分波器１４において分岐され、一方の信号に遅延要素１５により時間遅延が与えられ、その位相がＩＱ変調器１６により制御される。そして、ミキサ１７において、遅延前後の信号の位相が比較されることにより周波数が弁別される。周波数弁別器１１の出力信号は、ループフィルタ２０を介して位相変調器１９にフィードバックされ、基準信号の位相が制御される。
【００７２】
複素ＶＣＯ２１では、周波数弁別器１１からループフィルタ２２を介して入力された信号に基づいてＩＱ変調器１６への制御信号が生成され、ＩＱ変調器１６では、複素ＶＣＯ２１から印加された制御信号に従って、遅延要素１５により遅延された信号の位相が制御される。
【００７３】
例えば、遅延要素１５の出力信号がＡcos{ω(t＋τ(t))}である場合、位相遅延時間τ(t)の時間変化が生じると、この時間変化が周波数弁別器１１の直流バイアスとして検出され、複素ＶＣＯ２１からＩＱ変調器１６へ、Φ(t)＝−ωτ(t)＋π/２を満たす余弦波制御信号cosΦ(t)、正弦波制御信号sinΦ(t)が印加されることにより、遅延された信号が位相制御される。
【００７４】
このように、複素ＶＣＯ２１からＩＱ変調器１６への余弦波制御信号cosΦ(t)、正弦波制御信号sinΦ(t)が、−１から＋１までの有限の範囲内に収まっているため、位相遅延時間τ(t)の無限変化に対して追随可能である。
【００７５】
以上のように、本第３の実施の形態の信号発生装置３００によれば、遅延要素１５の出力信号の位相をＩＱ変調器１６を用いて電気的に制御することにより、遅延量変化の大きさに関わらず遅延量変化を補償することができる。また、周波数弁別器１１の出力信号を用いて基準信号の位相を制御することにより、基準信号の位相雑音が低減され、高純度な信号を出力することができる。また、信号発生装置３００は、外部同期機構が不要であるため、構成を簡素化することができる。更に、信号発生装置３００は、ＢＰＦが不要であるため、周波数の可変性に優れている。
【００７６】
（第４の実施の形態）
図６及び図７を参照して、本発明に係る第４の実施の形態を説明する。
まず、本第４の実施の形態における構成について説明する。図６に、本第４の実施の形態に係る信号発生装置４００の構成を示す。なお、図６の信号発生装置４００において、第２の実施の形態における信号発生装置２００と同一の構成要素には同一の符号を付し、その機能説明を省略する。
【００７７】
信号発生装置４００は、図６に示すように、外部同期装置２、周波数弁別器２３、ＶＣＯ１２、ループフィルタ１３により構成される。周波数弁別器２３は、分波器２４、遅延要素２５、ＩＱミキサ２６、乗算器２７、２８、加算器２９により構成される。
【００７８】
分波器２４は、ＶＣＯ１２の出力信号を２つに分岐し、分岐された信号の一方を遅延要素２５に出力し、他方をＩＱミキサ２６に出力する。遅延要素２５は、分波器２４の出力信号に時間遅延を与え、遅延された信号をＩＱミキサ２６に出力する。
【００７９】
ＩＱミキサ２６は、分波器２４の出力信号（遅延を受けていない信号）と、遅延要素２５の出力信号の位相を比較し、比較結果を乗算器２７、２８に出力する。図７に、ＩＱミキサ２６の構成を示す。ＩＱミキサ２６は、図７に示すように、９０度ハイブリッド分波器２６０、分波器２６１、ミキサ２６２、２６３により構成される。
【００８０】
９０度ハイブリッド分波器２６０は、遅延要素２５の出力信号を同相成分（In-phase）と直交成分（Quadrature-phase）に分け、同相成分をミキサ２６２に出力し、直交成分をミキサ２６３に出力する。分波器２６１は、分波器２４の出力信号（遅延を受けていない信号）を２つに分岐し、分岐された信号の一方をミキサ２６２に出力し、他方をミキサ２６３に出力する。
【００８１】
ミキサ２６２は、９０度ハイブリッド分波器４０から入力された同相成分の信号と、分波器２６１の出力信号を乗算し、乗算された信号の低周波成分を乗算器２７に出力する。ミキサ２６３は、９０度ハイブリッド分波器４０から入力された直交成分の信号と、分波器２６１の出力信号を乗算し、乗算された信号の低周波成分を乗算器２８に出力する。
【００８２】
例えば、分波器２４の出力信号をＡcosωt、遅延要素２５から９０度ハイブリッド分波器２６０への入力信号をＡ(t)＝Ａcos{ω(t＋τ(t))}とすると、この入力信号は、同相成分のＡcos{ω(t＋τ(t))}と、直交成分のＡsin{ω(t＋τ(t))}に分けられる。以下、信号の振幅Ａを１として説明する。この場合、ミキサ２６２の出力信号は、cos{ω(t＋τ(t))}・cosωt＝(１/２)[cos{ω(2t＋τ(t))}＋cos{ωτ(t)}]の低周波成分cos{ωτ(t)}となる。また、ミキサ２６３の出力信号は、sin{ω(t＋τ(t))}・cosωt＝(１/２)[sin{ω(2t＋τ(t))}＋sin{ωτ(t)}]の低周波成分sin{ωτ(t)}となる。
【００８３】
乗算器２７、２８は、ＩＱミキサ２６の出力信号と、複素ＶＣＯ１０の出力信号を乗算し、乗算結果を加算器２９に出力する。加算器２９は、乗算器２７から入力された信号と、乗算器２８から入力された信号を加算し、加算結果を示す信号を周波数弁別器２３の出力信号として出力する。
【００８４】
例えば、複素ＶＣＯ１０から乗算器２７、２８への入力信号を、それぞれ、正弦波制御信号sinΦ(t)、余弦波制御信号cosΦ(t)とすると、乗算器２７の出力信号はcos{ωτ(t)}・sinΦ(t)、乗算器２８の出力信号はsin{ωτ(t)}・cosΦ(t)となり、加算器２９の出力信号は、cosωτ(t)・sinΦ(t)＋sin{ωτ(t)}・cosΦ(t)＝sin{ωτ(t)＋Φ(t)}となる。
【００８５】
次に、図６の信号発生装置４００の動作について説明する。
ＶＣＯ１２の出力信号の一部が周波数弁別器２３に入力されると、この入力信号は分波器２４において分岐され、一方の信号に遅延要素２５により時間遅延が与えられた後、両信号はＩＱミキサ２６に入力される。ＩＱミキサ２６では、遅延前後の信号の位相が比較され、比較結果を示す２信号が出力され、これら２信号は、乗算器２７及び２８において重みが与えられた後加算され、加算後の信号が周波数弁別器２３の出力信号となる。乗算器２７及び２８では、複素ＶＣＯ１０から入力された制御信号に従って重みが与えられる。周波数弁別器２３の出力信号は、ループフィルタ１３を介してＶＣＯ１２にフィードバックされ、これにより、ＶＣＯ１２の発振周波数が制御される。
【００８６】
外部同期装置２では、ミキサ８により、ＶＣＯ１２の出力信号と基準信号の位相差が検出され、位相差を示す信号がループフィルタ９を介して複素ＶＣＯ１０に入力される。複素ＶＣＯ１０では、この位相差に基づいて乗算器２７及び２８へ印加する制御信号が生成される。例えば、遅延要素２５の出力信号がＡcos{ω(t＋τ(t))}である場合、位相遅延時間τ(t)の時間変化が生じると、基準信号と信号発生装置４００の出力信号の位相差が変化し、この位相差がミキサ８により検出される。そして、複素ＶＣＯ１０から乗算器２７及び２８へ、それぞれ、Φ(t)＝−ωτ(t)を満たす余弦波制御信号cosΦ(t)、正弦波制御信号sinΦ(t)が印加される。
【００８７】
このように、複素ＶＣＯ１０から乗算器２７及び２８への余弦波制御信号cosΦ(t)、正弦波制御信号sinΦ(t)が、−１から＋１までの有限の範囲内に収まっているため、位相遅延時間τ(t)の無限変化に対して追随可能である。また、複素ＶＣＯ１０から乗算器２７及び２８への制御信号により加算器２９の入力信号を変化させることによって、周波数弁別器２３の特性が調節される。周波数弁別器２３の特性の変化に伴い、周波数弁別器２３の出力信号の直流成分が発生し、ループフィルタ１３を介してＶＣＯ１２の発振周波数が制御される。これにより、基準信号と信号発生装置４００の出力信号の同期が実現される。
【００８８】
以上のように、本第４の実施の形態の信号発生装置４００によれば、遅延要素２５による遅延前後の信号の位相差をＩＱミキサ２６により検出し、遅延前後の信号の位相を電気的に制御することにより、遅延量変化の大きさに関わらず遅延量変化を補償することができる。また、周波数弁別器２３の出力信号を用いてＶＣＯ１２の発振周波数を制御することにより、ＶＣＯ１２の出力信号の位相雑音が低減され、高純度な信号を出力することができる。また、ＩＱ変調器を用いずに遅延前後の信号の位相を制御することにより、信号発生装置４００の構成を簡素化することができる。
【００８９】
（第５の実施の形態）
図８を参照して、本発明に係る第５の実施の形態を説明する。
まず、本第５の実施の形態における構成について説明する。図８に、本第５の実施の形態に係る信号発生装置５００の構成を示す。なお、図８の信号発生装置５００において、第３の実施の形態における信号発生装置３００及び第４の実施の形態における信号発生装置４００と同一の構成要素には同一の符号を付し、その機能説明を省略する。
【００９０】
信号発生装置５００は、図８に示すように、基準信号発生源１８、位相変調器１９、ループフィルタ２０、複素ＶＣＯ２１、ループフィルタ２２、周波数弁別器２３により構成される。
【００９１】
ループフィルタ２２は、周波数弁別器２３の出力信号の高周波成分を除去し、除去後の信号を複素ＶＣＯ２１に出力する。複素ＶＣＯ２１は、ループフィルタ２２から入力された信号に基づいて、周波数弁別器２３の乗算器２７及び２８へフィードバックする制御信号を生成する。
【００９２】
次に、図８の信号発生装置５００の動作について説明する。
基準信号発生源１８で発生した基準信号は位相変調器１９に入力され、ループフィルタ２０から入力された信号に従って位相が制御され、位相変調器１９の出力信号の一部は周波数弁別器２３に入力される。周波数弁別器２３に入力された信号は分波器１４において分岐され、一方の信号に遅延要素２５により時間遅延が与えられた後、両信号はＩＱミキサ２６に入力される。ＩＱミキサ２６では、遅延前後の信号の位相が比較され、比較結果を示す２信号が出力され、これら２信号は、乗算器２７及び２８において重みが与えられた後、加算され、加算後の信号が周波数弁別器２３の出力信号となる。乗算器２７及び２８では、複素ＶＣＯ２１から入力された制御信号に従って重みが与えられる。周波数弁別器２３の出力信号は、ループフィルタ２０を介して位相変調器１９に入力され、基準信号の位相が制御される。
【００９３】
複素ＶＣＯ２１では、周波数弁別器１１からループフィルタ２２を介して入力された信号に基づいて乗算器２７及び２８への制御信号が生成される。複素ＶＣＯ２１から乗算器２７及び２８への余弦波制御信号cosΦ(t)、正弦波制御信号sinΦ(t)は、−１から＋１までの有限の範囲内に収まっているため、位相遅延時間τ(t)の無限変化に対して追随可能である。
【００９４】
以上のように、本第５の実施の形態の信号発生装置５００によれば、周波数弁別器２３が備える乗算器２７、２８を用いて遅延要素２５の出力信号の位相を電気的に制御することにより、遅延量変化の大きさに関わらず遅延量変化を補償することができる。また、周波数弁別器２３の出力信号を用いて基準信号の位相を制御することにより、基準信号の位相雑音が低減され、高純度な信号を出力することができる。また、信号発生装置５００は、外部同期機構が不要であるため、構成を簡素化することができる。更に、ＩＱ変調器を用いずに、遅延前後の信号の位相を制御することにより、信号発生装置５００の構成を簡素化することができる。
【００９５】
（第６の実施の形態）
図９を参照して、本発明に係る第６の実施の形態を説明する。
まず、本第６の実施の形態における構成について説明する。図９に、本第６の実施の形態に係る信号発生装置６００の構成を示す。信号発生装置６００は、図９に示すように、基準信号発生源３１、ＩＱ変調器３２、複素ＶＣＯ３３、遅延要素３４、ミキサ３５により構成される。
【００９６】
基準信号発生源３１は、基準信号の発生源であり、この基準信号をＩＱ変調器３２及びミキサ３５に出力する。ＩＱ変調器３２は、複素ＶＣＯ３３から入力された制御信号に従って基準信号の位相を制御し、位相制御された信号を遅延要素３４に出力する。ＩＱ変調器３２の構成は、図２に示したＩＱ変調器４と同一である。
【００９７】
遅延要素３４は、ＩＱ変調器３２の出力信号に時間遅延を与え、遅延された信号をミキサ３５に出力する。遅延要素３４の出力信号は、更に信号発生装置６００の出力信号として外部に出力される。
【００９８】
ミキサ３５は、遅延要素３４の出力信号と基準信号との位相差を検出し、位相差を示す信号を、ループフィルタ（図示略）を介して複素ＶＣＯ３３に出力する。複素ＶＣＯ３３は、ミキサ３５からループフィルタを介して入力された信号に基づいてＩＱ変調器３２へフィードバックする制御信号を生成し、生成された制御信号をＩＱ変調器３２に印加する。複素ＶＣＯ３３の構成は、図３に示した複素ＶＣＯ１０と同一である。
【００９９】
次に、図９の信号発生装置６００の動作について説明する。
基準信号発生源３１で発生した基準信号はＩＱ変調器３２及びミキサ３５に入力され、ＩＱ変調器３２では、複素ＶＣＯ３３から印加された制御信号に従って基準信号の位相が制御される。ＩＱ変調器３２で位相制御された信号は、遅延要素３４により時間遅延が与えられ、遅延された信号はミキサ３５に出力されるとともに、信号発生装置６００の出力信号として外部に出力される。
【０１００】
ミキサ３５では、遅延要素３４の出力信号と基準信号との位相差が検出され、位相差を示す信号がループフィルタを介して複素ＶＣＯ３３にフィードバックされる。複素ＶＣＯ３３では、ミキサ３５からループフィルタを介して入力された信号に基づいてＩＱ変調器３２への制御信号が生成され、その生成された制御信号がＩＱ変調器３２に印加される。
【０１０１】
例えば、基準信号をcosωt、複素ＶＣＯ３３で生成される余弦波制御信号及び正弦波制御信号を、それぞれ、cosΦ(t)、sinΦ(t)とすると、ＩＱ変調器３２の出力信号は、cosωtcosΦ(t)＋cos(ωt＋π/2)sinΦ(t)＝cos{ωt＋Φ(t)}となる。遅延要素３４で位相遅延時間τ(t)の時間遅延が与えられると、遅延要素３４の出力信号は、cos{ω(t−τ(t))＋Φ(t)}となる。ミキサ３５では、遅延要素３４の出力信号と基準信号の位相差の余弦関数cos｛−ωτ(t)＋Φ(t)｝が検出され、複素ＶＣＯ３３では、当該検出信号が０（即ち、ωτ(t)＝Φ(t)＋(Ｎ＋1/2)π）（Ｎ：任意の整数）に保たれるようにΦ(t)を変化させる。
【０１０２】
このように、複素ＶＣＯ３３からＩＱ変調器３２へ印加される余弦波制御信号cosΦ(t)、正弦波制御信号sinΦ(t)が、−１から＋１までの有限の範囲内に収まっているため、位相遅延時間τ(t)の無限変化に対して追随可能である。
【０１０３】
以上のように、本第６の実施の形態の信号発生装置６００によれば、遅延要素３４の入力信号をＩＱ変調器３２によって電気的に制御することにより、遅延要素３４の遅延量変化の大きさに関わらず、遅延量変化を補償することができる。
【０１０４】
<変形例>
図９の信号発生装置６００では、出力信号の位相が一定に保たれているが、同装置に対してわずかな変更を施すだけで、出力信号の位相を任意に制御することが可能となる。図１０に、第６の実施の形態の変形例として、出力信号の位相を任意に制御可能な信号発生装置６００Ａの構成を示す。なお、図１０の信号発生装置６００Ａにおいて、図９の信号発生装置６００と同一の構成要素には同一の符号を付している。信号発生装置６００Ａでは、ＩＱミキサ２６（図７参照）及び逆正接演算器３０１を用いて、基準信号と出力信号の位相差が検出される。
【０１０５】
例えば、基準信号をcosωt、複素ＶＣＯ３３で生成される余弦波制御信号及び正弦波制御信号を、それぞれ、cosΦ(t)、sinΦ(t)とすると、ＩＱ変調器３２の出力信号は、cosωtcosΦ(t)＋cos(ωt＋π/2)sinΦ(t)＝cos{ωt＋Φ(t)}となる。遅延要素３４で位相遅延時間τ(t)の時間遅延が与えられると、遅延要素３４の出力信号は、cos{ω(t−τ(t))＋Φ(t)}となる。ＩＱミキサ２６は、遅延要素３４の出力信号と基準信号から、cos{−ωτ(t)＋Φ(t)}及びsin{−ωτ(t)＋Φ(t)}を検出する。逆正接演算器３０１は、遅延要素３４の出力信号と基準信号の位相差−ωτ(t)＋Φ(t)を算出する。複素ＶＣＯ３３では、逆正接演算器３０１の算出結果に対し、任意の位相ψ0を用いて、ψ0＋ωτ(t)−Φ(t)が０となるようにΦ(t)を変化させる。
【０１０６】
このように、複素ＶＣＯ３３からＩＱ変調器３２へ印加される余弦波制御信号cosΦ(t)、正弦波制御信号sinΦ(t)が、−１から＋１までの有限の範囲内に収まっているため、位相遅延時間τ(t)の無限変化に対して追随可能である。また、ＩＱミキサ２６と逆正接演算器３０１を使用することで、基準信号と出力信号の位相差−ωτ(t)＋Φ(t)を検出できるため、出力信号の位相を任意の値ψ0に制御することが可能となる。
【０１０７】
次に、第１〜第６の実施の形態の具体例について、実施例１〜１０を挙げて説明する。
【実施例１】
【０１０８】
実施例１では、第１の実施の形態の信号発生装置１００（図１参照）を電気信号発生装置に適用した例について説明する。図１１に、実施例１に係る信号発生装置１００Ａの構成を示す。
【０１０９】
信号発生装置１００Ａは、図１１に示すように、共振器１ａ、外部同期装置２ａにより構成される。共振器１ａは、レーザ５０、光強度変調器５１（電光変換器）、ファイバ遅延線５２、ＰＤ（Photo Detector：光検出器）５３（光電変換器）、ＩＱ変調器５４、増幅器５５、ＢＰＦ５６により構成される。なお、ＩＱ変調器５４は、ファイバ遅延線５２の入力端、出力端の何れに配置してもよい。外部同期装置２ａは、基準信号発生源５７、ミキサ５８、ループフィルタ５９、複素ＶＣＯ６０により構成される。
【０１１０】
共振器１ａでは、増幅器５５から出力された電気信号がＢＰＦ５６に入力され、ＢＰＦ５６から出力された電気信号が光強度変調器５１に入力される。光強度変調器５１では、レーザ５０から入力されたレーザ光の強度を、ＢＰＦ５６から入力された電気信号に従って変調することにより、電気信号がレーザ光（光信号）の強度変化に変換される。強度変調されたレーザ光は、ファイバ遅延線５２に入力され、時間遅延が与えられる。ファイバ遅延線５２の出力光若しくはその一部はＰＤ５３に入力され、電気信号に変換される。この電気信号の位相は、ＩＱ変調器５４によって制御され、増幅器５５にフィードバック（帰還）される。これによって正帰還が発生し、発振が持続する。信号発生装置１００Ａの出力信号は、ＢＰＦ５６の出力信号を分岐することによって取り出される。
【０１１１】
外部同期装置２ａでは、ミキサ５８により、ＢＰＦ５６から出力された信号発生装置１００Ａの出力信号と基準信号の位相差が検出され、位相差を示す信号がループフィルタ５９を介して複素ＶＣＯ６０に入力され、複素ＶＣＯ６０の出力信号によってＩＱ変調器５４が駆動される。これにより、信号発生装置１００Ａの発振条件が変化し、発振周波数が調整される。よって、信号発生装置１００Ａの出力信号と基準信号との同期が実現される。
【０１１２】
実施例１の信号発生装置１００Ａによれば、遅延要素としてファイバ遅延線５２を用いることにより、長い遅延時間を実現し、非常に純度の高いスペクトルを有する高周波電気信号の発生が可能となる。また、一般に光ファイバは、周囲温度の変化によりその長さが変動し、それに伴って遅延時間（伝播時間）も変動するが、本実施例１を適用することにより、動作の安定性を確保することができる。
【実施例２】
【０１１３】
実施例２では、第１の実施の形態の信号発生装置１００（図１参照）をレーザ発振器に適用した例について説明する。図１２に、実施例２に係る信号発生装置１００Ｂの構成を示す。
【０１１４】
信号発生装置１００Ｂは、図１２に示すように、共振器１ｂ、外部同期装置２ｂにより構成される。共振器１ｂは、ミラー６１、光ＩＱ変調器６２、利得媒質６３、光周波数選択フィルタ６４により構成される。外部同期装置２ｂは、マスタレーザ６５、ＰＤ６６、ループフィルタ６７、複素ＶＣＯ６８により構成される。
【０１１５】
マスタレーザ６５は、基準信号となるレーザ光を出力し、ＰＤ６６は、レーザ光（基準信号）と共振器１ｂの出力光との位相差を検出する。共振器１ｂは、一般的な半導体レーザと比較して、共振器１ｂ中の光の周回時間が長く、共振器１ｂ自体が遅延要素となっている。共振器１ｂ中の光ＩＱ変調器６２は、図２に示したＩＱ変調器４と同一の原理で動作する。この光ＩＱ変調器６２については、K. Higuma, S. Oikawa, Y. Hashimoto, H. Nagata, M. Izutsu, “X-cut lithium niobate optical single-sideband modulator,” Electron. Lett., vol.37, no.8 , pp. 515-516, 2001に詳細な解説がなされている。この文献に示されたＯＳＳＢＭ（Optical Single-SideBand Modulator）が、本実施例の光ＩＱ変調器６２に該当する。
【０１１６】
共振器１ｂでは、ミラー６１と光周波数選択フィルタ６４の間で光が往復し、ミラー６１に入力された光の一部が透過し、共振器１ｂから出力される。この共振器１ｂでは、利得媒質６３が出力する信号が、光ＩＱ変調器６２及び光周波数選択フィルタ６４を介して利得媒質６３にフィードバック（帰還）されることにより、正帰還が発生し、発振が持続する。
【０１１７】
外部同期装置２ｂでは、共振器１ｂの出力光の一部が分岐され、ＰＤ６６において、マスタレーザ６５から出力されたレーザ光（基準信号）と共振器１ｂの出力光との位相差が検出される。この位相差を示す信号は、ループフィルタ６７を介して複素ＶＣＯ６８に入力される。複素ＶＣＯ６８の出力信号によって光ＩＱ変調器６２を駆動することにより、共振器１ｂ内の位相回転量が制御される。
【０１１８】
一般に、外部共振型レーザは、共振器長を長尺化することにより出力光の高純度化が可能であるが、周囲の温度等によって共振器長の変化が生じやすく、長期の安定性を得られない。本実施例２の信号発生装置１００Ｂでは、共振器長の変化を電気的制御によって補償できるため、安定性を犠牲せずにレーザ光の純度を高めることができる。また、共振器長の変化の補償に可動部品を使用しないため、光学アライメントの安定性が向上する。
【実施例３】
【０１１９】
実施例３では、第２の実施の形態の信号発生装置２００（図４参照）を電気信号発生装置に適用した例について説明する。図１３に、実施例３に係る信号発生装置２００Ａの構成を示す。なお、図１３の信号発生装置２００Ａにおいて、実施例１の信号発生装置１００Ａと同一の構成要素には同一の符号を付している。
【０１２０】
信号発生装置２００Ａは、図１３に示すように、周波数弁別器１１ａ、外部同期装置２ａ、ＶＣＯ１２ａ、ループフィルタ１３ａにより構成される。周波数弁別器１１ａは、レーザ５０、光強度変調器５１、ファイバ遅延線５２、ＰＤ５３、ＩＱ変調器５４、分波器７０、ミキサ７１により構成される。なお、ＩＱ変調器５４は、ファイバ遅延線５２の入力端、出力端の少なくとも一方に配置するようにしてもよい。例えば、図１３では、ＰＤ５３とミキサ７１の間にＩＱ変調器５４を配置しているが、分波器７０と光強度変調器５１の間にＩＱ変調器５４を配置しても同様の動作が得られる。
【０１２１】
周波数弁別器１１ａでは、ＶＣＯ１２ａから出力された電気信号の一部が分波器７０に入力され、更にその一部が光強度変調器５１に入力される。光強度変調器５１では、レーザ５０から入力されたレーザ光の強度を、ＶＣＯ１２ａから入力された電気信号に従って変調することにより、入力された電気信号がレーザ光の強度変化に変換される。強度変調されたレーザ光は、ファイバ遅延線５２に入力され、時間遅延が与えられる。ファイバ遅延線５２の出力光若しくはその一部はＰＤ５３に入力され、電気信号に変換される。この電気信号の位相は、ＩＱ変調器５４によって制御され、位相制御された信号はミキサ７１に入力される。ミキサ７１では、遅延前後の信号の位相を比較することによって周波数が弁別される。周波数弁別器１１ａの出力信号は、ループフィルタ１３ａを介してＶＣＯ１２ａにフィードバックされる。
【０１２２】
外部同期装置２ａでは、ミキサ５８により、ＶＣＯ１２ａの出力信号と基準信号の位相差が検出され、位相差を示す信号がループフィルタ５９を介して複素ＶＣＯ６０に入力される。複素ＶＣＯ６０の出力信号によってＩＱ変調器５４を駆動することにより、周波数弁別器１１ａの特性が調節される。周波数弁別器１１ａの特性の変化に伴い、周波数弁別器１１ａの出力信号の直流成分が発生し、ループフィルタ１３ａを介してＶＣＯ１２ａの入力電圧が変化することにより、ＶＣＯ１２ａの発振周波数が変化する。このようにして、外部同期装置２ａによりＶＣＯ１２ａの発振周波数を制御することによって、信号発生装置２００Ａの出力信号と基準信号との同期が実現される。
【０１２３】
実施例３の信号発生装置２００Ａによれば、周波数弁別器１１ａの出力信号をＶＣＯ１２ａにフィードバックして、ＶＣＯ１２ａの発振周波数を制御することにより、ＶＣＯ１２ａの出力信号の位相雑音を低減させることができる。
【実施例４】
【０１２４】
実施例４では、第２の実施の形態の信号発生装置２００（図４参照）をレーザ発振器に適用した例について説明する。図１４に、実施例４に係る信号発生装置２００Ｂの構成を示す。なお、図１４の信号発生装置２００Ｂにおいて、実施例２の信号発生装置１００Ｂと同一の構成要素には同一の符号を付している。
【０１２５】
信号発生装置２００Ｂは、図１４に示すように、周波数弁別器１１ｂ、外部同期装置２ｂ、ＬＤ（Laser Diode）１２ｂ、ループフィルタ１３ｂにより構成される。ＬＤ１２ｂは、光ＶＣＯとしての機能を有する。周波数弁別器１１ｂは、分波器８０、光ＩＱ変調器８１、遅延要素８２ａ、８２ｂ、合波器８３、ＰＤ８４ａ、８４ｂ、減算器８５により構成される。合波器８３、ＰＤ８４ａ、８４ｂ、減算器８５は、図４のミキサ１７としての機能を有する。光ＩＱ変調器８１は、図１２に示した光ＩＱ変調器６２と同一の構成を有する。
【０１２６】
周波数弁別器１１ｂでは、ＬＤ１２ｂが出力するレーザ光の一部が入力されると、そのレーザ光は分波器８０で分岐され、分岐されたレーザ光の一方に、遅延素子８２ａ及び８２ｂにより時間遅延が与えられ、その位相が光ＩＱ変調器８１により制御される。そして、遅延前後のレーザ光が合波器８３で合波され、合波後のレーザ光の光強度をＰＤ８４ａ及び８４ｂで検出することにより、レーザ光の周波数が弁別される。周波数弁別器１１ｂの出力信号は、ループフィルタ１３ｂを介してＬＤ１２ｂにフィードバックされる。
【０１２７】
ＰＤ８４ａ、８４ｂ及び減算器８５では、以下のような演算が行われる。以下、信号の振幅を１として説明する。分波器８０から出力された遅延を受けていないレーザ光の電界をcosωt、位相制御され遅延を受けたレーザ光の電界をcos{ω(t＋τ(t))＋Φ(t)}とする。合波器８３では、２つの出力信号cosωt＋cos{ω(t＋τ(t))＋Φ(t)}、cosωt−cos{ω(t＋τ(t))＋Φ(t)}が生成され、それぞれ、ＰＤ８４ａ、８４ｂに出力される。
【０１２８】
ＰＤ８４ａ及び８４ｂでは、光強度（電界の２乗）が算出される。即ち、ＰＤ８４ａの出力信号は[cosωt＋cos{ω(t＋τ(t))＋Φ(t)}]2となり、ＰＤ８４ｂの出力信号は[cosωt−cos{ω(t＋τ(t))＋Φ(t)}]2となる。減算器８５では、ＰＤ８４ａの出力信号から、ＰＤ８４ｂの出力信号が差し引かれ、得られた信号の低周波成分が周波数弁別器１１ｂの出力信号となる。即ち、減算器８５の出力信号は、下記の式（１）のようになる。
[cosωt＋cos{ω(t＋τ(t))＋Φ(t)}]2−[cosωt−cos{ω(t＋τ(t))＋Φ(t)}]2
＝４cosωt・cos{ω(t＋τ(t))＋Φ(t)}
＝２cos{ωτ(t)＋Φ(t)}＋２cos{ω(２t＋τ(t))＋Φ(t)}          （１）
式（１）の低周波成分cos{ωτ(t)＋Φ(t)}が周波数弁別器１１ａから出力される。
【０１２９】
外部同期装置２ｂでは、ＰＤ６６により、ＬＤ１２ｂの出力光と、マスタレーザ６５から出力されたレーザ光（基準信号）との位相差が検出され、位相差を示す信号がループフィルタ６７を介して複素ＶＣＯ６８に入力される。複素ＶＣＯ６８の出力信号によって光ＩＱ変調器８１を駆動することにより、周波数弁別器１１ｂの特性が調節される。周波数弁別器１１ｂの特性の変化に伴い、周波数弁別器１１ｂの出力信号の直流成分が発生し、ループフィルタ１３ｂを介してＬＤ１２ｂの入力電圧が変化することにより、ＬＤ１２ｂの出力光の周波数が変化する。このようにして、外部同期装置２ｂによりＬＤ１２ｂの出力光の周波数を制御することによって、ＬＤ１２ａの出力光とマスタレーザ６５の出力光との同期が実現される。
【０１３０】
実施例４の信号発生装置２００Ｂによれば、周波数弁別器１１ｂの出力信号をＬＤ１２ｂにフィードバックして、ＬＤ１２ｂの出力光の周波数を制御することにより、ＬＤ１２ｂの出力光の位相雑音を低減させることができる。
【実施例５】
【０１３１】
実施例５では、第３の実施の形態の信号発生装置３００（図５参照）を電気信号発生装置に適用した例について説明する。図１５に、実施例５に係る信号発生装置３００Ａの構成を示す。なお、図１５の信号発生装置３００Ａにおいて、実施例３の信号発生装置２００Ａと同一の構成要素には同一の符号を付している。
【０１３２】
信号発生装置３００Ａは、図１５に示すように、周波数弁別器１１ａ、基準信号発生源１８ａ、位相変調器１９ａ、ループフィルタ２０ａ、複素ＶＣＯ２１ａ、ループフィルタ２２ａにより構成される。
【０１３３】
位相変調器１９ａでは、基準信号の位相がループフィルタ２０ａの出力信号に基づいて変調され、変調後の信号の一部は周波数弁別器１１ａに入力される。周波数弁別器１１ａの出力信号は、ループフィルタ２０ａを介して位相変調器１９ａに入力される。また、周波数弁別器１１ａの出力信号は、ループフィルタ２２ａを介して複素ＶＣＯ２１ａに入力され、複素ＶＣＯ２１ａの出力信号が周波数弁別器１１ａのＩＱ変調器５４にフィードバックされる。
【０１３４】
実施例５の信号発生装置３００Ａによれば、ＩＱ変調器５４によって周波数弁別器１１ａの特性の調節がなされるため、周波数弁別器１１ａの出力信号の位相反転が発生せず、位相変調器１９ａの出力信号の位相雑音を低減させることができる。
【実施例６】
【０１３５】
実施例６では、第３の実施の形態の信号発生装置３００（図５参照）をレーザ発振器に適用した例について説明する。図１６に、実施例６に係る信号発生装置３００Ｂの構成を示す。なお、図１６の信号発生装置３００Ｂにおいて、実施例４の信号発生装置２００Ｂと同一の構成要素には同一の符号を付している。
【０１３６】
信号発生装置３００Ｂは、図１６に示すように、周波数弁別器１１ｂ、マスタレーザ１８ｂ、位相変調器１９ｂ、ループフィルタ２０ｂ、複素ＶＣＯ２１ｂ、ループフィルタ２２ｂにより構成される。
【０１３７】
位相変調器１９ｂでは、マスタレーザ１８ｂから出力されたレーザ光の位相がループフィルタ２０ｂの出力信号に基づいて変調され、変調後の信号の一部は周波数弁別器１１ｂに入力される。周波数弁別器１１ｂの出力信号は、ループフィルタ２０ｂを介して位相変調器１９ｂに入力される。また、周波数弁別器１１ｂの出力信号は、ループフィルタ２２ｂを介して複素ＶＣＯ２１ｂに入力され、複素ＶＣＯ２１ｂの出力信号が周波数弁別器１１ｂの光ＩＱ変調器８１にフィードバックされる。
【０１３８】
実施例６の信号発生装置３００Ｂによれば、光ＩＱ変調器８１によって周波数弁別器１１ｂの特性の調節がなされるため、周波数弁別器１１ｂの出力信号の位相反転が発生せず、安定な動作が可能となる。
【実施例７】
【０１３９】
実施例７では、第４の実施の形態の信号発生装置４００（図６参照）をレーザ発振器に適用した例について説明する。図１７に、実施例７に係る信号発生装置４００Ｂの構成を示す。なお、図１７の信号発生装置４００Ｂにおいて、実施例４の信号発生装置２００Ｂと同一の構成要素には同一の符号を付している。
【０１４０】
信号発生装置４００Ｂは、図１７に示すように、周波数弁別器２３ｂ、外部同期装置２ｂ、ＬＤ１２ｂ、ループフィルタ１３ｂにより構成される。周波数弁別器２３ｂは、分波器９０、遅延要素９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、光ＩＱミキサ９２、乗算器９３、９４、加算器９５により構成される。
【０１４１】
周波数弁別器２３ｂでは、ＬＤ１２ｂが出力するレーザ光の一部が入力されると、そのレーザ光は分波器９０で分岐され、分岐されたレーザ光の一方に、遅延素子９１ａ、９１ｂ、９１ｃにより時間遅延が与えられた後、両者は光ＩＱミキサ９２に入力される。そして、光ＩＱミキサ９２の出力する２信号に、複素ＶＣＯ６８の出力信号により重み付けが与えられた後加算され、周波数弁別器２３ｂから出力される。周波数弁別器２３ｂの出力信号は、ループフィルタ１３ｂを介してＬＤ１２ｂにフィードバックされる。
【０１４２】
外部同期装置２ｂでは、ＰＤ６６により、ＬＤ１２ｂの出力光と、マスタレーザ６５から出力されたレーザ光（基準信号）との位相差が検出され、位相差を示す信号がループフィルタ６７を介して複素ＶＣＯ６８に入力される。複素ＶＣＯ６８の出力信号によって加算器９５の入力信号が変化することにより、周波数弁別器２３ｂの特性が調節される。周波数弁別器２３ｂの特性の変化に伴い、周波数弁別器２３ｂの出力信号の直流成分が発生し、ループフィルタ１３ｂを介してＬＤ１２ｂの入力電圧が変化することにより、ＬＤ１２ｂの出力光の周波数が変化する。このようにして、外部同期装置２ｂによりＬＤ１２ｂの出力光の周波数を制御することによって、ＬＤ１２ｂの出力光とマスタレーザ６５の出力光との同期が実現される。
【０１４３】
実施例７の信号発生装置４００Ｂによれば、周波数弁別器２３ｂの出力信号をＬＤ１２ｂにフィードバックすることにより、ＬＤ１２ｂの出力光の位相雑音を低減させることができる。
【実施例８】
【０１４４】
実施例８では、第５の実施の形態の信号発生装置５００（図８参照）をレーザ発振器に適用した例について説明する。図１８に、実施例８に係る信号発生装置５００Ｂの構成を示す。なお、図１８の信号発生装置５００Ｂにおいて、実施例６の信号発生装置３００Ｂ及び実施例７の信号発生装置４００Ｂと同一の構成要素には同一の符号を付している。
【０１４５】
信号発生装置５００Ｂは、図１８に示すように、周波数弁別器２３ｂ、マスタレーザ１８ｂ、位相変調器１９ｂ、ループフィルタ２０ｂ、複素ＶＣＯ２１ｂ、ループフィルタ２２ｂにより構成される。
【０１４６】
位相変調器１９ｂでは、マスタレーザ１８ｂから出力されたレーザ光の位相がループフィルタ２０ｂの出力信号に基づいて変調され、変調後の信号の一部は周波数弁別器２３ｂに入力される。周波数弁別器２３ｂの出力信号は、ループフィルタ２０ｂを介して位相変調器１９ｂにフィードバックされる。また、周波数弁別器２３ｂの出力信号は、ループフィルタ２２ｂを介して複素ＶＣＯ２１ｂに入力され、複素ＶＣＯ２１ｂの出力信号が周波数弁別器２３ｂの乗算器９３及び９４にフィードバックされる。
【０１４７】
実施例８の信号発生装置５００Ｂによれば、乗算器９３及び９４によって、光ＩＱミキサ９２が出力する２信号の重み付けが変化して、周波数弁別器２３ｂの特性の調節がなされるため、周波数弁別器２３ｂの出力信号の位相反転が発生せず、安定な動作が可能となる。
【実施例９】
【０１４８】
実施例９では、第６の実施の形態の信号発生装置６００（図９参照）を光パルス発生器に適用した例について説明する。図１９に、実施例９に係る信号発生装置６００Ｂの構成を示す。信号発生装置６００Ｂは、図１９に示すように、基準信号発生源３１ａ、ＩＱ変調器３２ａ、複素ＶＣＯ３３ａ、遅延要素としてのパルス圧縮ファイバ３４ａ、ＰＤ３８、パルス出力手段としてのレーザ３６及び光強度変調器３７により構成される。
【０１４９】
光強度変調器３７では、レーザ３６から入力されたレーザ光の強度を、ＩＱ変調器３２ａから出力された電気信号に従って変調することにより、電気信号がレーザ光の強度変化に変換される。このとき、光強度変調器３７は、レーザ３６から入力されたレーザ光を、ＩＱ変調器３２ａの出力信号に同期させて光パルスを出力する。光強度変調器３７から出力された光パルスは、パルス圧縮ファイバ３４ａに入力される。パルス圧縮ファイバ３４ａでは、光強度変調器３７から入力された光パルスに時間遅延が与えられるとともに、出力端において当該光パルスの時間幅が圧縮される。
【０１５０】
パルス圧縮ファイバ３４ａから出力された光パルスの一部はＰＤ３８に入力され、電気信号に変換される。ミキサ３５ａでは、ＰＤ３８の出力信号と基準信号との位相差が検出され、位相差を示す信号がループフィルタ（図示略）を介して複素ＶＣＯ３３ａに出力される。複素ＶＣＯ３３ａでは、ミキサ３５ａからループフィルタを介して入力された信号に基づいてＩＱ変調器３２ａへの制御信号が生成され、その生成された制御信号がＩＱ変調器３２ａに印加される。
【０１５１】
なお、ＩＱ変調器３２ａと光強度変調器３７の間にトリガドフリップフロップ（Ｔ−ＦＦ：Triggered Flip-Flop）を挿入することによって、光強度変調器３７によって出力される光パルスの時間幅をより狭く（１５ｐｓ）することができる。
【０１５２】
図２０は、信号発生装置６００Ｂにおけるタイミング揺らぎの抑圧動作の様子を表す実験結果である。なお、信号発生装置６００Ｂにおいて、基準信号発生源３１ａの出力信号周波数を１０ＧＨｚとし、パルス圧縮ファイバ３４ａの長さを４．２ｋｍとする。
【０１５３】
図２０の上段は、ミキサ３５ａの出力信号を示し、図２０の下段は、ＩＱ変調器３２ａによって与えられる遅延時間（−Φ(t)/ω）を示す。図２０によると、ＩＱ変調器３２ａに対する制御がなされていない場合（Feedback off）、即ち、測定開始から４０分間は、ミキサ３５ａの出力信号が変動することがわかる。これは、パルス圧縮ファイバ３４ａが出力する光パルスのタイミングが変動したことを表している。繰り返し周波数１０ＧＨｚの信号の周期が１００ピコ秒であることを考慮すれば、タイミング変動量は１５０ピコ秒以上に及ぶ。一方、ＩＱ変調器３２ａに対する制御がなされた場合（Feedback on）、ミキサ３５ａの出力信号が一定値に保たれている。このようにして、ＩＱ変調器３２ａによってパルス圧縮ファイバ３４ａの出力光パルスのタイミングを一定に保つことが可能となる。
【０１５４】
実施例９の信号発生装置６００Ｂによれば、遅延要素であるパルス圧縮ファイバ３４ａから出力される光パルスのタイミングをＩＱ変調器３２ａによって電気的に制御することにより、遅延要素の遅延量変化の大きさに関わらず、遅延量変化にともなう光パルスの出射タイミングの変動を抑え、安定した動作を実現することができる。
【実施例１０】
【０１５５】
次に、図２１〜図２３を参照して、第６の実施の形態の変形例に係る実施例１０について説明する。実施例１０では、出力される光パルスのタイミングの任意制御が可能なパルス光源（信号発生装置）を、超高速光信号の分離チャネルセレクタに応用した例について説明する。
【０１５６】
図２１に、分離チャネルセレクタの実験構成を示す。チャネルセレクタは、図２１に示すように、パルス光源である信号発生装置６００Ｃ、光送信機５０１、光ゲート５０２、誤り率測定器５０３により構成される。
【０１５７】
図２２に、信号発生装置６００Ｃの構成を示す。図２２の信号発生装置６００Ｃにおいて、図１９の信号発生装置６００Ｂと同一の構成要素には同一の符号を付している。信号発生装置６００Ｃは、図２２に示すように、基準信号発生源３１ａ、ＩＱ変調器３２ａ、複素ＶＣＯ３３ａ、パルス圧縮ファイバ３４ａ、ＰＤ３８、ＩＱミキサ２６ａ、逆正接演算器３０１ａ、レーザ３６、光強度変調器３７により構成される。信号発生装置６００Ｃから出力される光パルスのタイミングは、ＩＱ変調器３２ａとＩＱミキサ２６ａにより任意に制御され、パルス圧縮ファイバ３４ａの長さの揺らぎの影響を受けない。
【０１５８】
光送信機５０１は、１６０Ｇビット／秒のランダムパタンが重畳された光パルス列を光時間多重方式により生成し、送信する。
【０１５９】
光ゲート５０２は、光送信機５０１の出力信号と、信号発生装置６００Ｃの出力パルスとの時間的重なりがある場合にのみ、光送信機５０１の出力信号を透過させる。これによって、１６０Ｇビット／秒の信号から１０Ｇビット／秒の信号を抽出する。誤り率測定器５０３は、光ゲート５０２で抽出された信号のビット誤り率を計測する。
【０１６０】
本チャネルセレクタでは、信号発生装置６００Ｃから出力される光パルスのタイミングを制御することにより、時間多重された１６０Ｇビット／秒信号のうち任意の１０Ｇビット／秒信号を抽出することができる。
【０１６１】
図２３に、チャネルセレクタの動作例を示す。図２３では、チャネル番号をランダムに変化させながらビット誤り率（ＢＥＲ：Bit Error Rate）を測定した結果を示している。図２３（ａ）は、チャネル番号を示し、図２３（ｂ）は、パルス圧縮ファイバ３４ａの長さ変動に伴う伝搬時間τ(t)の変化を示す。図２３（ｂ）によると、１５分間で伝播時間τ(t)が８０ｐｓ以上変化していることがわかる。このように、伝播時間τ(t)が１６０Ｇビット／秒信号のビット周期(６．２５ｐｓ)と比較して非常に大きいにもかかわらず、測定されたビット誤り率は、図２３（ｃ）に示すように１０-9以下である。一方、タイミング制御を停止すると、図２３（ｃ）に示すように、ファイバ長の揺らぎのためにビット誤りが発生することがわかる。このようにして、タイミングの任意制御が可能なパルス光源を用いて、超高速時間多重信号の分離チャネルセレクタを実現できることが確認された。
【０１６２】
なお、上記各実施の形態及び各実施例における信号発生装置の各構成要素の細部構成及び細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
例えば、実施例９に示したパルス圧縮ファイバ３４ａは、第１〜第５の実施の形態における遅延要素として用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１６３】
【図１】本発明の第１の実施の形態における信号発生装置１００の構成を示す図。
【図２】ＩＱ変調器の構成を示す図。
【図３】複素ＶＣＯの構成を示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態における信号発生装置２００の構成を示す図。
【図５】本発明の第３の実施の形態における信号発生装置３００の構成を示す図。
【図６】本発明の第４の実施の形態における信号発生装置４００の構成を示す図。
【図７】ＩＱミキサの構成を示す図。
【図８】本発明の第５の実施の形態における信号発生装置５００の構成を示す図。
【図９】本発明の第６の実施の形態における信号発生装置６００の構成を示す図。
【図１０】第６の実施の形態の変形例における信号発生装置６００Ａの構成を示す図。
【図１１】第１の実施の形態に係る実施例１の信号発生装置１００Ａの構成を示す図。
【図１２】第１の実施の形態に係る実施例２の信号発生装置１００Ｂの構成を示す図。
【図１３】第２の実施の形態に係る実施例３の信号発生装置２００Ａの構成を示す図。
【図１４】第２の実施の形態に係る実施例４の信号発生装置２００Ｂの構成を示す図。
【図１５】第３の実施の形態に係る実施例５の信号発生装置３００Ａの構成を示す図。
【図１６】第３の実施の形態に係る実施例６の信号発生装置３００Ｂの構成を示す図。
【図１７】第４の実施の形態に係る実施例７の信号発生装置４００Ｂの構成を示す図。
【図１８】第５の実施の形態に係る実施例８の信号発生装置５００Ｂの構成を示す図。
【図１９】第６の実施の形態に係る実施例９の信号発生装置６００Ｂの構成を示す図。
【図２０】実施例９の信号発生装置６００Ｂにおけるタイミング揺らぎ抑圧動作の実験結果を示す図。
【図２１】第６の実施の形態の変形例に係る実施例１０における分離チャネルセレクタの実験構成を示す図。
【図２２】実施例１０の信号発生装置６００Ｃの構成を示す図。
【図２３】チャネルセレクタの動作例を示す図。
【図２４】従来の信号発生装置７００の構成を示す図。
【図２５】従来の信号発生装置８００の構成を示す図。
【図２６】従来の信号発生装置９００の構成を示す図。
【符号の説明】
【０１６４】
１、１ａ、１ｂ  共振器
２、２ａ、２ｂ  外部同期装置
３、１５、２５、３４、８２ａ、８２ｂ、９１ａ、９１ｂ、９１ｃ  遅延要素
４、１６、３２、３２ａ、５４  ＩＱ変調器（位相制御手段）
５、５５  増幅器
６、５６  ＢＰＦ
７、１８、１８ａ、３１、３１ａ、５７  基準信号発生源
８、３５、３５ａ、５８  ミキサ（検出手段）
９、２２、２２ａ、２２ｂ、５９、６７  ループフィルタ
１０、２１、２１ａ、２１ｂ、３３、３３ａ、６０、６８  複素ＶＣＯ
１１、１１ａ、１１ｂ、２３、２３ｂ  周波数弁別器
１２、１２ａ  ＶＣＯ（出力手段）
１２ｂ  ＬＤ
１３、１３ａ、１３ｂ、２０、２０ａ、２０ｂ  ループフィルタ
１４、２４、７０、８０、９０  分波器
１７、７１  ミキサ（位相比較手段）
１９、１９ａ、１９ｂ  位相変調器
２６  ＩＱミキサ（位相比較手段）
２７、２８、９３、９４  乗算器
２９、９５  加算器
３４  パルス圧縮ファイバ（遅延要素）
３６  レーザ（パルス出力手段）
５０  レーザ
３７、５１  光強度変調器（電光変換器）
５２  ファイバ遅延線
３８、５３  ＰＤ（光電変換器）
６１  ミラー
６２、８１  光ＩＱ変調器
６３  利得媒質
６４  光周波数選択フィルタ
６５、１８ｂ  マスタレーザ
６６、８４ａ、８４ｂ  ＰＤ
８３  合波器
８５  減算器
９２  光ＩＱミキサ
１００、２００、３００、４００、５００、６００、６００Ａ  信号発生装置
１００Ａ、２００Ａ、３００Ａ  信号発生装置（電気信号発生装置）
１００Ｂ、２００Ｂ、３００Ｂ、４００Ｂ、５００Ｂ  信号発生装置（レーザ発振器）
６００Ｂ、６００Ｃ  信号発生装置（光パルス発生器）
【図１】
2006157864.tif 000003
【図２】
2006157864.tif 000004
【図３】
2006157864.tif 000005
【図４】
2006157864.tif 000006
【図５】
2006157864.tif 000007
【図６】
2006157864.tif 000008
【図７】
2006157864.tif 000009
【図８】
2006157864.tif 000010
【図９】
2006157864.tif 000011
【図１０】
2006157864.tif 000012
【図１１】
2006157864.tif 000013
【図１２】
2006157864.tif 000014
【図１３】
2006157864.tif 000015
【図１４】
2006157864.tif 000016
【図１５】
2006157864.tif 000017
【図１６】
2006157864.tif 000018
【図１７】
2006157864.tif 000019
【図１８】
2006157864.tif 000020
【図１９】
2006157864.tif 000021
【図２０】
2006157864.tif 000022
【図２１】
2006157864.tif 000023
【図２２】
2006157864.tif 000024
【図２３】
2006157864.tif 000025
【図２４】
2006157864.tif 000026
【図２５】
2006157864.tif 000027
【図２６】
2006157864.tif 000028