(57)【要約】【課題】  シンプルな構成により光ＦＭ変調を実現し、必要とされる部品点数を減らすことで信頼性の高い光ＦＭ変調装置を提供する。【解決手段】  光ＦＭ変調装置は、固有の繰返し周波数と搬送波周波数とを有する光パルス列の繰返し周波数を時間的に変調する手段（８，９，１０）と、該変調された繰り返し周波数成分を抽出して、光信号を強度変調する手段（４，１ｃ、５）とを備える。光パルス列の繰返し周波数を時間的に変調する手段は、搬送波周波数を変化させる搬送波周波数制御手段（８，９）と、搬送波周波数制御手段によって搬送波周波数が変化した光パルス列に、搬送波周波数に応じた伝播遅延時間を与える光パルス間隔制御手段（１０）とを有する。搬送波周波数制御手段は、光パルス列における各光パルスの光強度を連続的かつ周期的に変化させる光強度制御手段（８）と、光強度に応じて屈折率が変化する光非線形媒質（９）とを備える。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号をＦＭ変調する光ＦＭ変調装置であって、
固有の繰返し周波数と搬送波周波数とを有する光パルス列の前記繰返し周波数を時間的に変調する手段と、
変調された前記繰り返し周波数成分を抽出して、前記光信号を強度変調する手段と
を備えたことを特徴とする光ＦＭ変調装置。
【請求項２】
請求項１記載の光ＦＭ変調装置であって、光パルス列の前記繰返し周波数を時間的に変調する前記手段は、
前記光パルス列の前記搬送波周波数を変化させる搬送波周波数制御手段と、
搬送波周波数制御手段によって搬送波周波数が変化した前記光パルス列に、搬送波周波数に応じた伝播遅延時間を与える光パルス間隔制御手段と
を備えたことを特徴とする光ＦＭ変調装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光ＦＭ変調装置であって、前記搬送波周波数制御手段は、
前記光パルス列における各光パルスの光強度を連続的かつ周期的に変化させる光強度制御手段と、
光強度に応じて屈折率が変化する光非線形媒質と
を備えることを特徴とする光ＦＭ変調装置。
【請求項４】
光信号をＦＭ変調する光ＦＭ変調方法であって、
固有の繰返し周波数と搬送波周波数とを有する光パルス列の前記繰返し周波数を時間的に変調するステップと、
時間的に変調された前記繰返し周波数成分を抽出して、前記光信号を強度変調するステップと
を含むことを特徴とする光ＦＭ変調方法。
【請求項５】
請求項４に記載の光ＦＭ変調方法であって、光パルス列の前記繰返し周波数を時間的に変調する前記ステップは、
前記光パルス列における光パルスの時間間隔の各々を変化させるステップであることを特徴とする光ＦＭ変調方法。
【請求項６】
請求項５に記載の光ＦＭ変調方法であって、前記光パルス列における光パルスの時間間隔の各々を変化させる前記ステップは、前記光パルス列の前記搬送波周波数を連続的かつ周期的に変化させるステップを含むことを特徴とする光ＦＭ変調方法。
【請求項７】
請求項６に記載の光ＦＭ変調方法であって、前記搬送波周波数を連続的かつ周期的に変化させるス前記テップは、
前記光パルス列における光パルスの光強度の各々を連続的かつ周期的に変化させるステップと、
光パルスの光強度の各々を連続的かつ周期的に変化させた前記光パルス列を、光強度に応じて屈折率が変化する光非線形媒質を伝播させるステップと
を含むことを特徴とする光ＦＭ変調方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の光ＦＭ変調方法であって、前記光パルス列における光パルスの時間間隔の各々を変化させるステップは、
搬送波周波数が連続的かつ周期的に変化された前記光パルス列を、伝播時間が搬送波周波数によって異なる分散媒質を伝播させるステップ
をさらに含むことを特徴とする光ＦＭ変調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ＦＭ変調方法および光ＦＭ変調装置に関する。より詳細には、固有の繰返し周波数と搬送波周波数とを有する光パルス列を用い、該繰返し周波数を時間的に変調することで、光信号を強度変調する光ＦＭ変調方法および光ＦＭ変調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光ファイバを用いた映像伝送では、既存の光強度変調方式（ＩＭ−ＤＤ方式：Intensity Modulation-Direct Detection：強度変調−直接検出方式）にＦＭ変調方式の低雑音特性を融合した光信号（ＦＭ／ＡＭ信号）の伝送が行われている。このＦＭ／ＡＭ変調信号は、光強度変調器を駆動する変調周波数を時間的に変化させることによって発生する。
【０００３】
図１に、既存の光ＦＭ変調装置の構成例を示す。光ＦＭ変調装置１００は、互いに搬送波周波数が３ＧＨｚだけ異なる狭線幅（線幅：１ＭＨｚ以下）の半導体レーザ（ＤＦＢレーザ：distributed feedback laser：分散帰還型レーザ）を１ａおよび１ｂと、半導体レーザ１ａおよび１ｂから出力される連続光の各々を、マイクロ波発信器６から供給された変調信号に応じて、互いに位相が１８０度ずれたタイミングで位相変調する位相変調器２ａおよび２ｂと、位相変調器２ａおよび２ｂの各々から出力された、位相変調された連続光を合波する光カプラ３と、光カプラ３で合波された連続光を受信し、合波された連続光の差周波数のビートを出力する光受信器４ａと、光受信器４ａから出力された差周波数のビートで、半導体レーザ１ｃから入力される光信号を強度変調する強度変調器５とを備える。
【０００４】
光カプラ３によって合波された連続光は、互いに搬送波周波数が３ＧＨｚだけ異なる連続光が、互いに１８０度ずれた位相のタイミングで位相変調されている。このため、光受信器４で得られる差周波数のビートは時間的に変化する。
【０００５】
図２に位相変調周波数が１．５ＧＨｚのときの相互作用によるビート周波数の変化を模式的に示す。この構成例では、最大で６ＧＨｚまでのＦＭ変調周波数の付与が可能となる。
【０００６】
【非特許文献１】J. P. Gordon, ”Theory of the soliton self-frequency shift,” Opt. Lett., 11, pp. 662-664, 1986.
【非特許文献２】F. M. Mitschke, and L. F. Mollenauer, ”Discovery of the soliton self-frequency shift,” Opt. Lett., 11, pp. 659-661, 1986.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
現時点において、変調周波数を高速に変化させることができるマイクロ波発信機を実現することは非常に困難である。よって、高速なＦＭ変調を付与すべく従来技術では、図１に示すように２台の狭線幅のＤＦＢレーザから出力される連続光の各々について位相変調し、相互作用による差周波数のビートを時間的に変化させることでＦＭ変調を付与しなければならないという問題があった。さらに、ここで要求されるＤＦＢレーザは、線幅が非常に狭いだけでなく、搬送波周波数が厳密に３ＧＨｚだけ異なることが必須とされることから、ＤＦＢレーザの歩留まりの観点から、問題となっていた。また、図１に示したように、光ＦＭ変調装置の部品点数が多く、実用の観点から、信頼性に問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、シンプルな構成により光ＦＭ変調を実現し、必要とされる部品点数を減らすことで信頼性の高い光ＦＭ変調装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、このような目的を達成するために、本願発明は、任意かつ固有の繰返し周波数と搬送波周波数を有する光パルス列を用い、各々の光パルスにおけるパルス間隔を可変制御することで繰返し周波数の変調を実現する。これにより、光受信機で抽出される繰返し周波数は時間的に変化するのでシンプルな構成による簡便な光ＦＭ変調信号を提供する。
【００１０】
また、本願発明は、光パルス間隔を可変制御する方法として、光強度依存性を有する波長変換技術（非特許文献１および２参照）を用い、搬送波周波数の各々異なる光パルスを生成する。さらに、搬送波周波数によって伝搬遅延時間が変化する分散媒質を用いることで光パルス間隔を制御し、光受信機で抽出される繰返し周波数が時間的に変化するシンプルな構成による簡便な光ＦＭ変調方法および光ＦＭ変調装置を提供する。
【００１１】
上記のように、請求項１に記載の発明は、光信号をＦＭ変調する光ＦＭ変調装置であって、固有の繰返し周波数と搬送波周波数とを有する光パルス列の前記繰返し周波数を時間的に変調する手段と、変調された前記繰り返し周波数成分を抽出して、前記光信号を強度変調する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光ＦＭ変調装置であって、光パルス列の前記繰返し周波数を時間的に変調する前記手段は、前記光パルス列の前記搬送波周波数を変化させる搬送波周波数制御手段と、搬送波周波数制御手段によって搬送波周波数が変化した前記光パルス列に、搬送波周波数に応じた伝播遅延時間を与える光パルス間隔制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の光ＦＭ変調装置であって、前記搬送波周波数制御手段は、前記光パルス列における各光パルスの光強度を連続的かつ周期的に変化させる光強度制御手段と、光強度に応じて屈折率が変化する光非線形媒質（９）とを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、光信号をＦＭ変調する光ＦＭ変調方法であって、固有の繰返し周波数と搬送波周波数とを有する光パルス列の前記繰返し周波数を時間的に変調するステップと、時間的に変調された前記繰返し周波数成分を抽出して、前記光信号を強度変調するステップとを含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の光ＦＭ変調方法であって、光パルス列の前記繰返し周波数を時間的に変調する前記ステップは、前記光パルス列における光パルスの時間間隔の各々を変化させるステップであることを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光ＦＭ変調方法であって、前記光パルス列における光パルスの時間間隔の各々を変化させる前記ステップは、前記光パルス列の前記搬送波周波数を連続的かつ周期的に変化させるステップを含むことを特徴とする。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の光ＦＭ変調方法であって、前記搬送波周波数を連続的かつ周期的に変化させるス前記テップは、前記光パルス列における光パルスの光強度の各々を連続的かつ周期的に変化させるステップと、光パルスの光強度の各々を連続的かつ周期的に変化させた前記光パルス列を、光強度に応じて屈折率が変化する光非線形媒質を伝播させるステップとを含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の光ＦＭ変調方法であって、前記光パルス列における光パルスの時間間隔の各々を変化させるステップは、搬送波周波数が連続的かつ周期的に変化された前記光パルス列を、伝播時間が搬送波周波数によって異なる分散媒質を伝播させるステップをさらに含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、従来技術では実現することができなかったシンプルな構成で簡便な光ＦＭ変調装置を実現する。なお、光非線形現象の中でも特に安定に動作するソリトン波を用いて動作するため、本発明の光ＦＭ変調装置は非常に安定である。これにより、極めて実用性が高く、広範囲に渡り応用範囲が広がっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。図３に、本発明に係る実施形態の光ＦＭ変調装置の構成を示す。光ＦＭ変調装置２００は、固有の搬送波周波数と繰返し周波数とを有する光パルス列を発生する光パルス発生部７と、光パルス発生部７から出力された光パルス列の各光パルスの光強度を調整する光強度制御部８と、光強度制御部８で光強度を調整された光パルス（列）の搬送波周波数を変換する搬送波周波数制御部９と、搬送波周波数制御部９で変換された搬送波周波数を有する光パルス（列）の伝搬遅延時間差を制御する光パルス間隔制御部１０と、光パルス間隔制御部１０から出力された光パルス（列）を受信して、時間的に変化した繰り返し周波数を出力する光受信器４ｂと、光受信器４ｂから出力された時間的に変化した繰り返し周波数で、半導体レーザ１ｃから入力される光信号を強度変調する強度変調器５とを備える。
【００２１】
なお、図３において光パルス発生部７は、例えば半導体レーザで構成することができるが、本発明はこれに限定するものではなく、固有の搬送波周波数と繰返し周波数を有する光パルス列が発生できれば、ファイバレーザや光コム発生器などを用いて構成しても良い。
【００２２】
光パルス発生部７から出力された任意かつ固有の搬送波周波数と繰返し周波数を有する光パルス列は、光強度制御部８に入射されて光パルス各々の光強度が調整される。光強度制御部８は、ＬｉＮｂＯ３のような強誘電体結晶や電界吸収型のＥＡ変調器（Electro-absorption 変調器：電界吸収型変調器）などの素子で構成することができるが、時間的に透過率を制御することができればこれに限定されない。なお、光強度制御部８では、例えば図４に示すような、連続的、かつ周期的な光強度の変調を付与する。このとき、光強度制御部８としてＬｉＮｂＯ３のような強誘電体結晶で構成された光強度変調器を用いた場合には、光強度変調器の駆動電圧は図５に示す電圧波形となる。また、光強度制御部８で付与する光パルス強度の制御は、連続的、かつ、周期的であればよいので、特に図４に示す波形に限定するものではない。
【００２３】
搬送波周波数制御部９は、光強度依存性を有する波長変換を高非線形性の光ファイバ中で誘起することによって、光強度制御部８で光強度を調整された光パルス列の波長を調整する。この現象は、光パルスが異常分散領域の光ファイバ中を伝搬することで、その搬送波周波数が長波長側（低周波数側）へと変換されることが知られている。従って、搬送波周波数制御部９で用いられる高非線形性ファイバの零分散波長は、光パルス発生部７で出力される光パルスの搬送波周波数よりも短波長側（高周波数側）でなくてはならない。
【００２４】
光パルス発生部７からの出力パルスは異なる搬送波周波数の光パルスを誘起した後も光パルス波形を維持している。よって、図７に示すように、繰返し周波数（光ＦＭ変調周波数）の変調は、光パルス発生部７からの出力パルスと、新たに生成した搬送波周波数を有する光パルスとのパルス間隔の変調によって実現する。
【００２５】
図８に、光強度依存性を有する波長変換を行った一実施例を示す。図８より明らかに、高非線形性ファイバに入射した光パルスの光強度に比例して生成される光パルスの搬送波周波数が変化することが見て取れる。なお、この実施例では波長可変範囲は４０ｎｍ程度であった。また、搬送波周波数制御部９で用いる高非線形ファイバが有する波長分散によって、搬送波周波数による伝搬遅延時間差が生じるので光パルス間隔がある程度変調される。
【００２６】
なお、光強度制御部８からの光出力が、後段の搬送波周波数制御部９で誘起される光強度依存性を有する波長変換のしきい値を超えない場合には、搬送波周波数制御部９の前段に光増幅機能を有する素子を挿入し、図６に模式的に示すように、光パルス全体の光強度を上げる必要がある。このとき、光強度制御部８で付加した光強度差を保持することが必須である。
【００２７】
光パルス間隔制御部１０は、搬送波周波数制御部９で新たに生成された（変換された）搬送波周波数を有する光パルスの伝搬遅延時間差を制御する。これにより、所望の繰返し周波数（光ＦＭ変調周波数）を実現することができる。例えば、光パルス間隔制御部１０には、通信用の分散シフトファイバ（ＤＳＦ：dispersion-shifted fiber）を伝搬遅延時間制御ファイバとして用いることができる。図１０に、伝搬遅延時間制御ファイバに対する入力パルスと出力パルスを示す。波長λ１…λｎの光パルスがそれぞれほぼ等しい間隔Ｔｎ（光パルス発生部７が発生する光パルス列のパルス間隔に等しい時間間隔）で伝搬遅延時間制御ファイバへ入力される。伝搬遅延時間制御ファイバによって、それぞれの波長に応じた伝搬遅延時間が与えられる。図１０は、伝搬遅延時間制御ファイバから出力される波長λｎの光パルスと波長λ１の光パルスとの時間間隔（伝搬遅延時間差）をＴ１、波長λｎの光パルスと波長λ２の光パルスとの時間間隔をＴ２として表している。
【００２８】
本実施形態では、光パルス間隔制御部１０として、搬送波周波数１５５０ｎｍにおいて−２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの分散と＋０．１ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの分散スロープを有している通信用の分散シフトファイバ（ＤＳＦ：dispersion-shifted fiber）を用いた。光パルス発生部７に搬送波周波数１５５０ｎｍ、繰返し周波数１００ＭＨｚ（０．１ＧＨｚ）の半導体レーザを用いた。よって、光パルス発生部７から発生する光パルスの間隔は１００００ｐｓである。図９に、光パルス間隔と繰返し周波数の関係を示す。
【００２９】
搬送波周波数制御部９において生成できる波長差は、図８より４０ｎｍ程度であった。したがって、４０ｎｍの波長差で光ＦＭ変調周波数として１０ＧＨｚを得るには、パルス間隔を最大で１００ｐｓ／４０ｎｍ程度にすることが要求される。そこで、ＤＳＦの長さを２５ｋｍ程度とし、光パルス間隔が１００ｐｓとなるようにした。これにより、０．１ＧＨｚから１０ＧＨｚの光ＦＭ変調周波数を実現した。
【００３０】
このとき、光パルス間隔が１００ｐｓ未満（１０ＧＨｚ以上の繰り返し周波数）となる成分が同時に発生する（光パルス発生部７から出力された隣り合う光パルスでは、新たに発生させた搬送波周波数の異なる光パルスとの間隔が１００ｐｓ未満となる）ため、電気のフィルタを用いて高周波数成分を除去することが有効である。なお、光パルス間隔制御部１０で用いる光ファイバ中で発生する光非線形光学効果を抑制するため、光パルス間隔制御部１０の前段に光減衰器を挿入することも有効である。また、所望の光ＦＭ変調周波数を実現するには、光パルス発生部に用いるパルス発生器の繰返し周波数、搬送波周波数発生部で生成できる波長差、および光パルス間隔制御部での伝搬遅延時間差をパラメータとした最適化が必要である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来形の光ＦＭ変調装置を模式的に示す図である。
【図２】光ＦＭ信号の一実施例を模式的に示す図である。
【図３】本発明に係る実施形態光のＦＭ変調装置の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る実施形態の光ＦＭ変調装置における光強度制御部の出力波形の一例を模式的に示す図である。
【図５】本発明に係る実施形態の光ＦＭ変調装置における光強度制御部で用いる光強度変調を駆動する電圧波形の一例を模式的に示す図である。
【図６】本発明に係る実施形態の光ＦＭ変調装置における光強度制御部の後段で光強度差を保持して光信号全体の光強度を増幅する一例を模式的に示す図である。
【図７】本発明に係る実施形態の光ＦＭ変調装置における搬送波周波数制御部の出力波形の一例を模式的に示す図である。
【図８】本発明に係る実施形態の光ＦＭ変調装置における搬送波周波数制御部での光強度依存性を有する波長変換の一例を模式的に示す図である。
【図９】本発明に係る実施形態の光ＦＭ変調装置における光パルス間隔と繰返し周波数の関係を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施形態の光ＦＭ変調装置における光パルス間隔制御部への入力パルス列と出力パルス列を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１ａ、１ｂ、１ｃ  半導体レーザ（ＤＦＢレーザ）
２  位相変調器
３  光カプラ
４ａ、４ｂ  光受信機
５  光強度変調器
６  位相変調器駆動用マイクロ波発振器
７  光パルス発生部
８  光強度制御部
９  搬送波周波数制御部
１０  光パルス間隔制御部
１１  光増幅素子
【図１】
2006279882.tif 000003
【図２】
2006279882.tif 000004
【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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