(57)【要約】  被変調光信号を被符号化電気信号に変換する方法を提供する。本方法は、電気光学側波帯発生器、光フィルタ、および光／電変換器を含むデバイスを利用する。最初に、被符号化光データを搬送する被変調光信号を、電気光学側波帯発生器の光入力に導く。電気光学側波帯発生器を駆動して、入力光信号のキャリア周波数を中心として周波数側波帯を発生する。光フィルタを利用して、周波数側波帯とキャリア周波数との間で弁別し、対象の側波帯を組み合わせて、ミリメートル波変調周波数を備える少なくとも１つの周波数変換された光信号を生成する。周波数変換された光信号は、被符号化光データを搬送し、変調周波数は、対象の側波帯の間隔の関数となる。周波数変換された光信号を光／電変換器に導き、ここで被符号化電気信号に変換する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学側波帯発生器、光フィルタ、および光／電変換器を含むデバイスを利用して、被変調光信号を被符号化電気信号に変換する方法であって、
前記電気光学側波帯発生器の光入力に、前記被変調光信号を導くステップであって、前記被変調光信号が被符号化光データを搬送する、ステップと、
前記入力光信号のキャリア周波数を中心として周波数側波帯を発生するために、前記電気光学側波帯発生器を駆動するステップと、
前記周波数側波帯と前記キャリア周波数との間で弁別し、ミリメートル波変調周波数を含む少なくとも１つの周波数変換された光信号を生成するために対象の側波帯を組み合わせるために前記光フィルタを利用するステップであって、前記周波数変換された光信号が前記被符号化光データを搬送し、前記変調周波数が周波数ドメインにおける前記対象の側波帯の間隔の関数である、ステップと、
前記被符号化光データを搬送する前記周波数変換された光信号を、前記光／電変換器に導くステップと、
前記周波数変換された光信号を被符号化電気信号に変換するために、前記光／電変換器を利用するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記被符号化光信号は、前記被変調光信号における強度変動として現れる、方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、前記被符号化光信号は、ほぼ１０ＧＢＰＳのオーダーのデータ・レートで前記被変調光信号において現れる、方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法において、前記光／電変換器は、前記周波数変換された光信号を被符号化電気信号に変換するときに、前記被変調光信号のデータ・レートを保つ、方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法において、光導波路伝送、光ファイバ伝送、自由空間投影、またはその組み合わせを利用して、前記被変調光信号を前記電気光学側波帯発生器の前記光入力に導く、方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法において、被符号化光データを搬送する前記被変調光信号が、前記電気光学側波帯発生器の前記光入力から前記電気光学側波帯発生器の光出力に通るときに、前記被変調光信号は光ドメインにおいて維持される、方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、前記被変調光信号は前記デバイスにおける被符号化データの唯一のソースである、方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、前記被符号化電気信号は、被符号化ミリメートル波として伝送される、方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法において、前記被符号化光データは遠隔通信データを含み、前記被符号化ミリメートル波は、二点間通信システムまたは一点対多点通信システムにおいて伝送される、方法。
【請求項１０】
請求項８記載の方法において、前記被符号化光データは、ＨＤＴＶデータを含み、前記被符号化ミリメートル波は、ワイヤレスＨＤＴＶリンクにおいて伝送される、方法。
【請求項１１】
請求項８記載の方法において、前記被符号化光データは衛星通信データを含み、前記被符号化ミリメートル波は衛星間リンクとして伝送される、方法。
【請求項１２】
請求項８記載の方法において、前記被符号化ミリメートル波は、少なくともほぼ３０ＧＨｚの変調周波数を特徴とする、方法。
【請求項１３】
請求項８記載の方法において、１つ以上の送信アンテナまたは送信アンテナおよび受信アンテナのネットワークを用いて、前記被符号化ミリメートル波はワイヤレスで伝送される、方法。
【請求項１４】
請求項８記載の方法において、前記被符号化ミリメートル波は、導波路を用いて伝送される、方法。
【請求項１５】
請求項１記載の方法において、前記被符号化電気信号における被符号化電気データは、前記被符号化電気信号の強度変動として現れる、方法。
【請求項１６】
請求項１記載の方法において、前記電気光学側波帯発生器は電気光学干渉計を含み、前記光フィルタはアレイ状導波路格子を含む、方法。
【請求項１７】
請求項１記載の方法において、前記光フィルタは、前記周波数変換された光信号を生成するために、前記対象の側波帯を組み合わせる光回路を含む、方法。
【請求項１８】
請求項１記載の方法において、
前記側波帯発生器は、光導波路を含む位相変調器と、前記周波数側波帯を発生するためにＶπよりも実質的に大きな制御電圧で前記側波帯発生器を駆動する変調コントローラとを含み、Ｖπは、前記光導波路にπの位相シフトを誘起する電圧を表し、
前記光フィルタは、前記対象の側波帯を共通光出力に導く、方法。
【請求項１９】
光源と、光／ミリメートル波変換器と、ミリメートル波送信機とを含むデータ伝送ネットワークであって、
前記光／ミリメートル波変換器は、電気光学側波帯発生器と、光フィルタと、光／電変換器とを含み、
前記光源は、被符号化光データを搬送する被変調光信号を、前記電気光学側波帯発生器の光入力に導き、
前記電気光学側波帯発生器は、前記入力光信号のキャリア周波数を中心として周波数側波帯を発生し、
前記光フィルタは、前記周波数側波帯と前記キャリア周波数との間で弁別し、ミリメートル波変調周波数を備える少なくとも１つの周波数変換された光信号を生成するために、対象の側波帯を組み合わせ、前記周波数変換された光信号を前記光／電変換器に導き、
前記周波数変換された光信号の変調周波数は、周波数ドメインにおける前記対象の側波帯の間隔の関数であり、
前記光／電変換器は、前記周波数変換された光信号を被符号化電気信号に変換し、前記被符号化電気信号を前記ミリメートル波送信機に導く、データ伝送ネットワーク。
【請求項２０】
請求項１９記載のデータ伝送ネットワークにおいて、
前記データ伝送ネットワークは、二点間通信システムまたは一点対多点通信システムを含み、前記被符号化光データは遠隔通信データを含み、
前記データ伝送ネットワークはワイヤレスＨＤＴＶリンクを含み、前記被符号化光データはＨＤＴＶデータを含み、あるいは、
前記データ伝送ネットワークは、衛星間リンクを含み、前記被符号化光データは、衛星通信データを含む、データ伝送ネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、被変調光信号の被変調ミリメートル波信号への変換に関する。本主題の技術は、ディジタルまたはアナログのドメインにおいて変調された光信号を、符号化された電気信号として伝送するために、ミリメートル波に変換することを可能にする。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、部分的に、米国特許出願第２００８／０１１２７０５号を拠り所とする。その開示内容は、ここで引用したことにより、本願にも含まれるものとする。本開示は、比較的低い周波数の電子コンポーネントおよび標準的な通信級光コンポーネントを用いて、高周波、データ符号化されたミリメートル波を生成することを可能にする手段を紹介する。前述の公報では、レーザ源からの光を、低Ｖπ光変調器を用いて過変調(over-modulate)する。過変調によって、光信号に側波帯が発生する。アレイ状導波路格子（ＡＷＧ）のような光フィルタを用いて、側波帯を濾波して、２つの優勢な光ピークを定め、これらを再度組み合わせてミリメートル波キャリア周波数を定める。第２変調器を用いて、光信号上にデータを配置する。十分な光出力を確保するために必要に応じて、光増幅を選択的にシステムに加える。単一走行キャリア・フォトダイオード（ＵＴＣ−ＰＤ：unitraveling carrier photodiode)のようなフォトダイオードを用いて、光信号をミリメートル波に変換する。このミリメートル波は、アンテナを用いて、または他のミリメートル波伝送手法によってワイヤレスで伝送することができ、ミリメートル波検波器を用いて受信することができる。
【０００３】
本発明者は、遠隔通信システムにおけるデータは、毎秒ほぼ１０ギガバイト（ＧＢＰＳ）のオーダーのデータ・レートの被変調光信号の形態で発信または到達できることに着目した。この信号が、米国特許出願第２００８／０１１２７０５号に記載されている電気−ミリメートル波変換器と互換性を持つようにするには、光信号を電気信号に変換し、増幅し、電気光学変調器に供給する必要がある。この光から電気への変換、次いで光に戻す変換は、本明細書に記載する手法を実用化すれば、回避することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本明細書において更に詳しく説明するように、例えばオン−オフ・キーイング(on-off keying)を含むアナログ変調方式を用いて符号化することができる被変調光信号としてデータが到達する。光増幅の後、被変調光信号を電気光学側波帯発生器に導く。この側波帯発生器は、電気光学変調器であってもよく、ミリメートル波キャリア周波数によって分離された２つの光ピークを形成するために用いられる。米国特許出願第２００８／０１１２７０５号に記載されている方法を用いて、これらのピークを形成する。一般に、低Ｖπ電気光学変調器を過駆動して、変調周波数によって分離された側波帯を形成する。ＡＷＧのような光フィルタを用いてこの側波帯を濾波して、２つの優勢な光ピークを定め、これらを再度組み合わせてミリメートル波キャリア周波数を定める。入来する光信号の波長と互換性のある単一走行キャリア（ＵＴＣ）フォトダイオードのような光／電変換器を用いて、この光信号をミリメートル波に変換する。必要に応じて十分な光出力を確保するために、光増幅を選択的に追加することができる。このミリメートル波は、アンテナを用いて、または他のミリメートル波伝送手法によって、ワイヤレスで伝送することができ、ミリメートル検波器を用いて受信することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に記載する変換手法は、システムの外部にある光源とデータ符号化光変調とを利用する。被変調光信号は、デバイスにおける唯一の被符号化データ源となる。ミリメートル波被変調光キャリア信号を生成するには、側波帯発生および対象の側波帯を共通光出力に導く相補的光濾波を用いる。側波帯発生器は、電気光学変調を利用して、ミリメートル波変調を被変調光信号に付加することができる。この電気光学変調は、光信号のキャリア周波数において行うことができる。本明細書に記載する変換手法は、被変調光信号が側波帯発生器を通過する際に、この信号を光ドメインに維持し、アナログ信号またはディジタル信号で変調された光信号と正しく動作し、光ネットワークと互換性がある。
【０００６】
本明細書に開示する一実施形態によれば、被変調光信号を被符号化電気信号に変換する方法を提供する。本方法は、電気光学側波帯発生器、光フィルタ、および光／電変換器を含むデバイスを利用する。最初に、被変調光信号は、被符号化光データを搬送するが、電気光学側波帯発生器の光入力に導かれる。電気光学側波帯発生器を駆動して、入力光信号のキャリア周波数を中心とする周波数側波帯を発生する。光フィルタは、周波数側波帯とキャリア周波数との間で弁別するため、そして対象の側波帯を組み合わせて、ミリメートル波変調周波数を含む少なくとも１つの周波数変換された光信号を生成するために利用される。周波数変換された光信号は、被符号化光データを搬送し、変調周波数は、対象の側波帯の間隔の関数となる。周波数変換された光信号は、光／電変換器に導かれ、被符号化電気信号に変換される。
【０００７】
本明細書に開示する別の実施形態によれば、光源、光−ミリメートル波変換器、およびミリメートル波送信機を含むデータ伝送ネットワークを提供する。
以下に本明細書において開示する具体的な実施形態の詳細な説明は、以下の図面と合わせて読むことによって、最良に理解することができる。図面において、同様の構造は同様の参照番号で示されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、被変調光信号を被符号化電気信号に変換するデータ伝送ネットワークの模式図である。
【図２】図２は、側波帯発生前における、被符号化データがない光信号のスペクトルを示す。
【図３】図３は、側波帯発生前における、１０ＧＢＰＳ被符号化データを有する光信号のスペクトルを示す。
【図４】図４は、側波帯発生後における、被符号化データがない光信号のスペクトルを示す。
【図５】図５は、側波帯発生後における１０ＧＢＰＳ被符号化データを有する光信号のスペクトルを示す。
【図６】図６は、側波帯発生後における、被符号化データがない濾波光信号のスペクトルを示す。
【図７】図７は、側波帯発生後における、１０ＧＢＰＳ被符号化データを有する濾波光信号のスペクトルを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ここでは、最初に図１を参照して、データ伝送ネットワーク、および被変調光信号λを被符号化電気信号ＥＤに変換する方法について説明する。図１は、データ伝送ネットワーク１０の簡略化した模式図である。データ伝送ネットワーク１０は、光源２０、ミリメートル波送信機３０、および光−ミリメートル波変換器１００を備えている。図１に示すデータ伝送ネットワークは比較的単純な二点間データ・リンクを備えているが、本明細書において紹介する概念は、それよりも複雑な二点間通信システム、あるいは一時的または永続的遠隔通信ネットワークにおいて採用されるような、一点対多点通信システムにも適用可能であると考えられる。また、本明細書において紹介する概念は、種々のその他の種類のデータ伝送ネットワークにも適用可能であるとも考えられる。例えば、そして限定ではなく、被変調光信号は被符号化光ＨＤＴＶデータを搬送し、被符号化ミリメートル波は、ワイヤレスＨＤＴＶリンクで伝送される。あるいは被変調光信号は被符号化衛星通信データを搬送し、被符号化ミリメートル波は衛星間リンクとして伝送される。
【００１０】
被変調光信号λによって搬送される被符号化光データ１１０を、図１に模式的に示す。図２および図３は、被符号化データを有しない場合（図２）および１０ＧＢＰＳ被符号化データを有する場合（図３）における光信号λのスペクトルを示す。被符号化光データは、被変調光信号における強度変動として現れる。場合によっては、被符号化光データは、ほぼ１０ＧＢＰＳのオーダーのデータ・レートで被変調光信号に現れることもある。尚、光信号λは、被符号化データからの周波数成分の追加によって広がることを記しておく。しかるべき場合には、適した光増幅器１２０によって被変調光信号λを増幅することができる。例えば、エルビウム・ドープ・ファイバ増幅器のような光増幅器は、光信号におけるデータ変調を過剰に損失することなく、光パワーを増大することができる。
【００１１】
図示の実施形態では、光−ミリメートル波変換器１００は、電気光学側波帯発生器１３０、光フィルタ１４０、および光／電変換器１５０を備えている。被変調光信号λを被符号化電気信号ＥＤに変換するには、最初に被変調光信号λを電気光学側波帯発生器１３０の光入力に導く。光導波路伝送、光ファイバ伝送、自由空間投影、またはその組み合わせを利用して、被変調光信号λを電気光学側波帯発生器１３０の光入力に導くことができる。
【００１２】
電気光学側波帯発生器１３０は、光信号λに対して動作して、入力光信号λのキャリア周波数を中心とする周波数側波帯を発生する。これらの周波数側波帯を図４（被符号化データなし）および図５（１０ＧＢＰＳ被符号化データ）に示す。一般に、側波帯発生器１３０は、位相変調電気光学干渉計、例えば、マッハ−ゼンダー干渉計を備えており、適当な制御信号を側波帯発生器１３０の制御電圧端子１３２、１３４間に印加することによって、位相変調を制御する。周波数側波帯を発生するために、Ｖπよりも実質的に大きな制御電圧で側波帯発生器１３０を駆動することができ、Ｖπは、側波帯発生器１３０の光導波路にπの位相シフトを誘起する電圧を表す。これらの側波帯を発生する具体的なメカニズムは、米国特許出願第２００８／０１１２７０５号に詳細に記載されている。
【００１３】
光フィルタ１４０は、周波数側波帯とキャリア周波数との間で弁別するために用いられ、対象の側波帯を組み合わせて、ミリメートル波変調周波数を備える少なくとも１つの周波数変換された光信号ＩＤを得る。この光濾波機能は、種々の技術を用いて遂行することができ、ブラッグ構成反射フィルタ、波長選択マッハ−ゼンダー・フィルタ、多層薄膜光フィルタ、アレイ状導波路格子（ＡＷＧ）、微小リング・オシレータ・フィルタ、および波長選択性のある指向性カプラ・フィルタが含まれる。アレイ状導波路格子は、特に有用である。何故なら、これは非常に狭い帯域幅によって特徴付けられる複数のチャネルを有する一体光デバイスであるからである。適したＡＷＧ光フィルタ構成が、米国特許出願第２００８／０１１２７０５号に記載されている。６０ＧＨｚチャネルを有する遠隔通信級のアレイ状導波路格子（ＡＷＧ）を光フィルタ３０として用いて、キャリア光信号λ０を濾波し、対象の２つの光側波帯を組み合わせて、１２０ＧＨｚで変調されたミリメートル波光信号を形成することができる。
【００１４】
図６および図７は、濾波した周波数変換された光信号に被符号化データがない場合、および被符号化光データを搬送する場合（図７）におけるそれぞれのスペクトルを示す。フィルタ１４０の出力における変調周波数は、周波数ドメインにおける対象の側波帯の間隔の関数となる。米国特許出願第２００８／０１１２７０５号において詳細に記載されているように、フィルタ１４０は動的光信号切換回路１４２または静的光信号組み合わせ回路を利用して、対象の側波帯を組み合わせて周波数変換された光信号を生成することができる。
【００１５】
周波数変換された光信号ＩＤは、被符号化光データを搬送するが、被符号化電気信号ＥＤに変換するために、光／電変換器１５０に導かれる。被符号化電気信号ＥＤは、被符号化ミリメートル波として伝送することができる。光／電変換器１５０は、周波数変換された光信号ＩＤを被符号化電気信号ＥＤに変換するときの被変調光信号のデータ・レートを保つ。被符号化電気信号ＥＤにおける被符号化データは、信号の強度の変動として現れる。尚、導波路を用いてまたはワイヤレスで、１つ以上の送信アンテナまたは送信アンテナおよび受信アンテナのネットワークを用いて、被符号化ミリメートル波を伝送できることも想定している。
【００１６】
本発明を定めそして説明する目的のため、「光信号」の導波路は、電磁スペクトルのいずれの特定の導波路または部分にも限定されないことを記しておく。むしろ、「光信号」とは、本明細書では、光導波路内を伝搬することができる電磁放射線の任意の波長を包含するように定められる。例えば、電磁スペクトルの可視および赤外線部分における光信号は、双方とも、光導波路を伝搬することができる。光導波路は、任意の適した信号伝搬構造を備えることができる。光導波路の例には、限定ではなく、光フィルタ、スラブ導波路、および、例えば、集積光回路に用いられる薄膜が含まれる。
【００１７】
本発明を定めそして説明する目的のため、本明細書においてパラメータまたはその他の変数の「関数」である変数に言及する場合、その変数が、提示したパラメータまたは変数の関数だけに限定されることを示すという意図はないことを記しておく。むしろ、本明細書において、提示したパラメータの「関数」である変数に言及する場合、その変数は１つのパラメータまたは複数のパラメータの関数でもよいように、状況に応じて変更可能であることを意図している。
【００１８】
本発明を定めそして説明する目的のため、本明細書においてミリメートル波信号に言及する場合、その帯域が、ほぼ１０ｍｍから、１ミリメートルの何分の一かにすぎない波長までの波長を含むように、約３０ＧＨｚから３００ＧＨｚよりもかなり高いところまでに及ぶ周波数を示すことを記しておく。したがって、本明細書における「ミリメートル波」信号という名称は、「サブミリメートル」の波も含む。
【００１９】
尚、「好ましくは」、「普通には」、「通例」というような用語は、本明細書において利用する場合、特許請求する発明の範囲を限定するために利用されているのではなく、ある種の特徴が特許請求する発明の構造または機能にとって肝要、必須、または重要であることを暗示するために利用されているのでもないことを記しておく。むしろ、これらの用語は、単に、本発明の実施形態の特定的な形態を確認すること、または本発明の特定の実施形態において利用してもしなくてもよい代替的または追加的な特徴を強調することを意図するに過ぎない。
【００２０】
本発明を定めそして説明する目的のため、「実質的に」および「ほぼ」という用語は、本明細書では、任意の定量的比較、値、測定、またはその他の表現に帰属することができる固有の不確実性の度合いを表すために利用されていることを記しておく。また、「実質的に」および「ほぼ」という用語は、本明細書では、問題の主題の基本機能に変化を生ずることなく、定量的表現が、明言された基準から変動してもよい度合いを表すために利用されている。
【００２１】
以上、本発明を詳細にそして具体的な実施形態を参照しながら説明したが、添付した特許請求の範囲に定められる発明の範囲から逸脱することなく、修正や変形が可能であることは明らかである。更に具体的には、本明細書では、本発明の一部の形態を、好ましいものまたは特に有利であるものとして特定したが、本発明は必ずしもこれら発明の好ましい形態には限定されるのではないと考えている。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成22年6月29日(2010.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学側波帯発生器、光フィルタ、および光／電変換器を含むデバイスを利用して、被変調光信号を被符号化電気信号に変換する方法であって、
前記電気光学側波帯発生器の光入力に、前記被変調光信号を導くステップであって、前記被変調光信号が被符号化光データを搬送する、ステップと、
前記入力光信号のキャリア周波数を中心として周波数側波帯を発生するために、前記電気光学側波帯発生器を駆動するステップと、
前記周波数側波帯と前記キャリア周波数との間で弁別し、ミリメートル波変調周波数を含む少なくとも１つの周波数変換された光信号を生成するために、対象の側波帯を組み合わせるために前記光フィルタを利用するステップであって、前記周波数変換された光信号が前記被符号化光データを搬送し、前記変調周波数が周波数ドメインにおける前記対象の側波帯の間隔の関数である、ステップと、
前記被符号化光データを搬送する前記周波数変換された光信号を、前記光／電変換器に導くステップと、
前記周波数変換された光信号を被符号化電気信号に変換するために、前記光／電変換器を利用するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、被符号化光データを搬送する前記被変調光信号が、前記電気光学側波帯発生器の光入力から前記電気光学側波帯発生器の光出力に通るときに、光ドメインにおいて、前記被変調光信号を維持する、方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、前記被変調光信号は前記デバイスにおける被符号化データの唯一のソースである、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、前記被符号化電気信号は、被符号化ミリメートル波として伝送される、方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、１つ以上の送信アンテナまたは送信アンテナおよび受信アンテナのネットワークを用いて、前記被符号化ミリメートル波はワイヤレスで伝送される、方法。
【請求項６】
請求項４記載の方法において、前記被符号化ミリメートル波は、導波路を用いて伝送される、方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法において、前記被符号化電気信号における被符号化電気データは、前記被符号化電気信号の強度変動として現れる、方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法において、前記電気光学側波帯発生器は電気光学干渉計を含み、前記光フィルタはアレイ状導波路格子を含む、方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法において、前記光フィルタは、前記周波数変換された光信号を生成するために、前記対象の側波帯を組み合わせる光回路を含む、方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法において、
前記側波帯発生器は、光導波路を含む位相変調器と、前記周波数側波帯を発生するためにＶπよりも実質的に大きな制御電圧で前記側波帯発生器を駆動する変調コントローラとを含み、Ｖπは、前記光導波路にπの位相シフトを誘起する電圧を表し、
前記光フィルタは、前記対象の側波帯を共通光出力に導く、方法。
【国際調査報告】
2011501618.tif 000010
2011501618.tif 000011