(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が異なる第１および第２光信号を合波することにより、これらの光信号の差周波数となる高周波電気信号を出力する信号発生装置であって、
合波後の各光信号を変調して第１光信号から複数の第１側帯波信号を派生させるとともに、合波後の第２光信号から複数の第２側帯波信号を派生させる光変調器と、
同一波長の前記第１側帯波信号および前記第２側帯波信号を抽出するフィルタと、
抽出した第１側帯波信号および第２側帯波信号の位相状態に応じた強度の監視信号を出力する検波回路と、
前記監視信号に基づいて合波前の前記第１光信号と第２光信号の位相差を一定に保つ制御手段と、
を有する信号発生装置。
【請求項２】
前記制御手段は、合波前の前記第１光信号または前記第２光信号の光路に設けられた位相調整器と、所定の目標値と前記監視信号との比較結果に応じて前記位相調整器の調整量を変化させる制御回路とを含んで構成される、
請求項１記載の信号発生装置。
【請求項３】
合波前における前記第１光信号および前記第２光信号の光路が、位相調整部を有するマッハツェンダー干渉計を構成しており、前記位相調整器が前記マッハツェンダー干渉計の位相調整部である、
請求項２記載の信号発生装置。
【請求項４】
前記第１および第２光信号がアレイ導波路格子によって合波される、
請求項１ないし３のいずれか１項記載の信号発生装置。
【請求項５】
前記光変調器は、前記差周波数の偶数分の１の変調周波数で前記合波後の第１光信号および第２光信号を変調する、
請求項１ないし４のいずれか１項記載の信号発生装置。
【請求項６】
前記フィルタは帯域通過フィルタであり、その中心周波数が前記合波後の第１光信号の周波数と前記合波後の第２光信号の周波数の中間の周波数である、
請求項１ないし５のいずれか１項記載の信号発生装置。
【請求項７】
伝送対象となる非圧縮情報を生成する情報生成装置と、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載された信号発生装置と、
前記信号発生装置から出力される高周波電気信号を前記非圧縮情報で変調することにより情報信号を生成し、この情報信号を増幅してアンテナへ送信する送信回路とを有する、
ネットワーク用品。
【請求項８】
波長が異なる第１および第２光信号を合波することにより、これらの光信号の差周波数となる高周波電気信号を出力する信号発生装置が、
合波後の第１光信号から複数の第１側帯波信号を派生させるとともに、合波後の第２光信号から複数の第２側帯波信号を派生させ、
同一波長の前記第１側帯波信号および前記第２側帯波信号をフィルタで抽出した後、抽出した第１側帯波信号と第２側帯波信号との位相差に応じた信号強度の監視信号を生成し、
この監視信号に基づいて合波前の前記第１光信号と第２光信号との位相差を一定に保つことを特徴とする、
光信号の位相調整方法。
【請求項９】
前記監視信号は、前記位相差に応じてその信号強度が正弦波状に変化する直流電流値である、請求項８記載の位相調整方法。
【請求項１０】
前記信号発生装置は、前記監視信号が表す信号強度が予め定めた目標値に近づくように前記第１光信号または前記第２光信号の光路上の位相を制御することを特徴とする、
請求項９記載の位相調整方法。
【請求項１１】
前記信号強度が、前記同一波長の第１側帯波信号と第２側帯波信号との光干渉強度である、
請求項１０記載の位相調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光信号の差周波数の高周波電気信号を生成する信号発生装置およびその応用技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信トラフィックの増大に伴い、無線通信路の大容量化、有線・無線通信路の速度差解消、インターフェースの高速化が重要な課題となる。これらを実現する技術としてテラヘルツ波（キャリア周波数１００［ＧＨｚ］以上の高周波電気信号：電磁波）を用いた通信技術が注目されている。特に近距離での大容量無線通信技術は、喫緊の課題となっている。このような課題に対応する従来技術として、特許文献１に開示された高周波信号発生器では、光コム信号を分波した後、結合した際の差周波信号をテラヘルツ波として出力する。しかし、特許文献１には、差周波信号を得る際の光信号の位相状態については考慮されていない。光信号の光路が揺らぐとテラヘルツ波の位相が揺らぐ。この場合は、位相が安定したテラヘルツ波を出力することが困難となる。
【０００３】
この点に関し、非特許文献１には、二つのレーザ光の差周波数の高周波電気信号を出力するとともに、レーザ光の位相状態を監視する技術が開示されている。以下、非特許文献１に開示された従来の装置の特徴を図７を参照して説明する。図７は、非特許文献１の開示された装置の構成を機能的に示した図である。この装置を便宜上、信号発生装置３０と称する。
【０００４】
信号発生装置３０は、光源３０１で基本レーザ光を変調して多波長のレーザ光Ｌａを発生させる。多波長のレーザ光とは、四つ程度以上の波長の複数のレーザ光である。このレーザ光Ｌａは、光分岐器３０２を経て分岐信号Ｌｂとなる。分岐信号Ｌｂは、光分波器３０３とフォトダイオード３１０に出力される。光分波器３０３は分岐信号Ｌｂから、例えば周波数ｆ１（＝１９３．５５［ＴＨｚ］）の第１レーザ光Ｌ１と周波数ｆ２（＝１９３．２５［ＴＨｚ］）の第２レーザ光Ｌ２とを分波する。これらのレーザ光Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ位相調整器３０４，３０５で位相調整がなされたレーザ光Ｌ１ａ，Ｌ２ａとして光カプラ３０６に入力される。光カプラ３０６は、これらのレーザ光Ｌ１ａ，Ｌ２ａを合波し、これにより得られた合波信号Ｌｃをフォトミキサ３０７に入力する。フォトミキサ３０７は、第１レーザ光Ｌ１ａの周波数ｆ１と第２レーザ光Ｌ２ａの周波数ｆ２との差周波数である３００［ＧＨｚ］の高周波電気信号ＥＭを出力する。
【０００５】
光カプラ３０６からの合波信号Ｌｃは、光分岐器３０２からの分岐信号Ｌｂと共にフォトダイオード３１０にも入力される。フォトダイオード３１０は、合波信号Ｌｃおよび分岐信号Ｌｂを検波することにより、各信号Ｌａ，Ｌｂの光路上の位相状態を表す監視信号Ｍ１を生成し、これを制御回路３１１へ入力する。制御回路３１１は、監視信号Ｍ１をもとに第１レーザ光Ｌ１の位相調整用の制御信号Ｃ１と第２レーザ光Ｌ２の位相調整用の制御信号Ｃ２とを出力する。第１制御信号Ｃ１は、位相を意図的に変動させるための第１変調信号（周波数ｆｄ１：発振器３１２より入力）と乗算（または加算）され、位相調整器３０４に入力される。同様に、第２制御信号Ｃ２は、位相を意図的に変動させるための第２変調信号（周波数ｆｄ２：発振器３１４より入力）と乗算（または加算）され、位相調整器３０５に入力される。光路上の位相を意図的に変動させるのは、これらと同じ周波数を制御回路３１１に加えることにより、制御回路３１１内で監視信号Ｍ１から、各レーザ光Ｌ１，Ｌ２の光路がゆらぐことで生じた位相差φ１、φ２を取り出すためである。
【０００６】
結局、位相調整器３０４から出力される第１レーザ光Ｌ１ａは、第１レーザ光Ｌ１に位相φ１が付加され、かつ、第１変調信号（周波数ｆｄ１）で変調された信号となる。また、位相調整器３０５から出力される第２レーザ光Ｌ２ａは、第２レーザ光Ｌ２に位相φ２が付加され、かつ、第２変調信号（周波数ｆｄ２）で変調された信号となる。フォトダイオード３１０には、このような変調がなされたレーザ光Ｌ１ａ，Ｌ２ａを合波した合波信号Ｌｃと、上記の変調がなされない分岐信号Ｌｂとが入力される。その結果、監視信号Ｍ１は、第１変調信号の周波数ｆｄ１、位相差φ１、第２変調信号の周波数ｆｄ２、位相差φ２の情報が含まれた電気信号となる。制御回路３１１は、この監視信号Ｍ１に基づいて、各レーザ光Ｌ１ａ，Ｌ１ｂのそれぞれの位相差が一定となるように上記の制御信号Ｃ１，Ｃ２を出力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１９５７９２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Y. Yoshimizu, S. Hisatake, S. Kuwano, J. Terada, N. Yoshimoto, and T. Nagatsuma" Generation of coherent sub-terahertz carrier with phase stabilization for wireless communications," Journal of Communications and Networks, vol. 15, p. 569-575, 2013.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１に開示されている信号発生装置３０は、基本レーザ光から派生する多波長のレーザ光を用いて高周波電気信号を生成する際に、各レーザ光の位相状態を監視できる知見を示した点で、高い技術的貢献がある。
しかしながら、この信号発生装置３０には、位相状態の監視あるいは位相調整のための構成が複雑になるという課題が残る。例えば信号発生装置３０では、各変調信号（ｆｄ１，ｆｄ２）を生成するための発振器や乗算器（または加算器）が別途必要となる。また、光路上のレーザ光の位相のずれを簡易に検出するために干渉状況を観測する技術が確立されているが、信号発生装置３０では、二つのレーザ光の波長が異なるため、干渉が生じない。そのため、確立された技術を利用することができない。また、信号発生装置３０では、意図的に位相変動を生じさせるので、フォトミキサ３０７から出力される高周波電気信号ＥＭに位相雑音が重畳されてしまうという課題もある。
【００１０】
本発明は、異なる波長の複数の光信号を用いて高周波電気信号を生成する際に、その高周波電気信号に位相雑音を重畳させることなく、簡易な構成で各光信号の位相状態の監視と位相調整ができる信号発生装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の信号発生装置は、波長が異なる第１および第２光信号を合波することにより、これらの光信号の差周波数となる高周波電気信号を出力する信号発生装置であって、合波後の各光信号を変調して第１光信号から複数の第１側帯波信号を派生させるとともに、合波後の第２光信号から複数の第２側帯波信号を派生させる光変調器と、同一波長の前記第１側帯波信号および前記第２側帯波信号を抽出するフィルタと、抽出した第１側帯波信号と第２側帯波信号との位相状態に応じた信号強度の監視信号を出力する検波回路と、前記監視信号に基づいて合波前の前記第１光信号と第２光信号との位相差を一定に保つ制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１光信号から派生した第１側帯波信号と第２光信号から派生した第２側帯波信号との位相状態を監視することで、第１光信号と第２光信号との位相状態を容易に把握し、調整することができる。その結果、位相雑音を生じさせることなく、高品質な高周波電気信号を安定的に出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は光変調後の側帯波信号、（ｂ）は二乗検波後の監視結果を表す数式。
【図２】レーザ光間の位相差と二乗検波により得られる直流電流値の特性図。
【図３】（ａ），（ｂ）は本実施形態におけるネットワーク用品の説明図。
【図４】本実施形態に係る信号発生装置の構成図。
【図５】第１レーザ光および第２レーザ光と側帯波信号との関係を示す説明図。
【図６】制御回路の構成図。
【図７】従来の信号発生装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１実施形態］
まず、本発明を適用した光信号の位相調整方法の実施の形態例を説明する。この方法は、波長が異なる二つの光信号の差周波数となる高周波電気信号を出力する際に、各光信号の位相状態を容易に監視できるようにする。具体的には、合波後の第１光信号から複数の第１側帯波信号を派生させるとともに、合波後の第２光信号から複数の第２側帯波信号を派生させる。そして、同一波長の第１側帯波信号および第２側帯波信号をフィルタで抽出した後、抽出した第１側帯波信号と第２側帯波信号との位相状態に応じた信号強度の監視信号を生成する。そして、この監視信号に基づいて合波前の第１光信号と第２光信号との位相差を一定に保つように調整する。
「位相状態」とは、個々の光信号の位相、位相ずれ量、他の光信号との位相差、後述する目標値からのずれ量、干渉の度合いなどをいう。以下の説明では、光信号の例としてレーザ光を挙げるが、光コム信号などであっても良い。
【００１５】
二つのレーザ光の波長が同じである場合、位相状態は、両レーザ光の干渉状況に応じた信号強度の監視信号により観測することができる。しかし、図７に示した従来の信号発生装置３０のように使用するレーザ光の波長が異なる場合、そのままでは両レーザ光が干渉しないので、位相状態を簡易に観測することができない。そこで、本実施形態では、使用するレーザ光が異なる波長のものであっても、各レーザ光からそれぞれ側帯波信号を派生させ、同一波長となる側帯波同士の位相状態を監視することにより、同一周波数のレーザ光を用いた場合と同様の監視手法を使えるようにした。
以下、比較のために、二つのレーザ光について波長が同じで位相がずれた場合の観測例、異なる光波長で位相がずれた場合の観測例１，２について説明する。
【００１６】
（１）二つのレーザ光の波長が同じで位相がずれた場合の観測例
各レーザ光の周波数をｆ１とし、第１レーザ光の光路で位相がφだけずれたとする。便宜上、電磁界の振幅を「１」とすると、第１レーザ光は「expi（２πｆ１ｔ＋φ）」、第２レーザ光は「expi（２πｆ１ｔ）」で表すことができる。また、これらのレーザ光を合波した合波信号は、「expi（２πｆ１ｔ＋φ）＋expi（２πｆ１ｔ）」となる。この合波信号をフォトダイオードで検波すると、以下の数１式のような電流値になる。この電流値は、（１＋ｃｏｓ（φ１−φ２））の因子を持つため、値が負にならず、直流電流値として観測される。
【００１７】
［数１］
0006448226.tif 000002
【００１８】
なお、数１式２行目の第２項は、複素共役の意味である。二乗検波する場合、電磁波の単なる二乗ではなく、大きさの二乗が検出される。ある複素数の大きさの二乗はその複素数とその共役複素数との積であるため、二乗検波した後の検出（信号）強度は電界の複素数とその共役複素数との積となる。また、「２」は振幅を「１」としたことに起因する数値である。
【００１９】
（２）異なる波長で位相がずれた場合の観測例１
電磁界の振幅を「１」とすると、位相差が生じた第１レーザ光は「expi（２πｆ１ｔ＋φ）」、第２レーザ光は「expi（２πｆ２ｔ）」で表すことができる。また、合波信号は、「expi（２πｆ１ｔ＋φ）＋expi（２πｆ２ｔ）」となる。この合波信号をフォトダイオードで検波すると、下記数２式に示されるように、位相は、差周波数（ｆ１−ｆ２）の交流電流値の位相成分として観測される。そのため、各レーザ光の位相状態を観測するためには、ダウンコンバータなどの交流部品が必要となる。ダウンコンバートでは、別の周波数信号が必要となる。また、周波数信号の位相安定性が悪いとダウンコンバート後の信号に位相雑音が付加され、位相の読み取り精度が悪くなる。つまり、交流的処理をするということは、そこで用いる別の周波数信号の位相の影響により、余計な位相ゆらぎが発生することを意味する。
【００２０】
［数２］
0006448226.tif 000003
【００２１】
（３）異なる波長で位相がずれた場合の観測例２（本実施形態）
電磁界の振幅を「１」とし、光路上で位相がφ１だけずれた第１レーザ光を「expi（２πｆ１ｔ＋φ１）」とする。また、第２レーザ光とフォトダイオードとの間に位相調整器を設け、第２レーザ光に調整用の位相φ２を付加すると、第２レーザ光は「expi（２πｆ２）＋φ２」となる。
【００２２】
その結果、合波信号は、「expi（２πｆ１＋φ１）＋expi（２πｆ２ｔ＋φ２）」となる。本実施形態では、この合波信号を変調して、複数の側帯波信号（サイドバンド信号）を派生させる。つまり、合波後の第１レーザ光から第１側帯波信号を派生させる。また、合波後の第２レーザ光から第２側帯波信号を派生させる。変調周波数は、合波信号の周波数差の偶数分の１の周波数である。そのようにする理由については後述する。例えば、（ｆ１−ｆ２）／２の変調周波数で変調すると、各側帯波信号は図１（ａ）下段のようになる。図１（ａ）上段は変調過程の周波数成分である。これらの側帯波信号のうち波長が一致する側波帯信号を抽出する。抽出される側波帯信号は、数３式のように位相φ１，φ２だけが異なる信号となる。
【００２３】
［数３］
0006448226.tif 000004
【００２４】
これらの側波帯信号をフォトダイオードで検波（二乗検波）すると、図１（ｂ）に示されるように、位相状態を表す直流電流値が観測される。
第１レーザ光と第１側波帯信号、第２レーザ光と第２側波帯信号のそれぞれの相対的な位相は一定に保たれている。つまり第１側帯波信号と第２側帯波信号のそれぞれの相対的な位相、およびこれらの信号の位相差が一定であれば、第１レーザ光と第２レーザ光のそれぞれの相対的な位相およびこれらの位相差も一定となる。したがって、直流電流値の位相φ２を調整することにより、二つのレーザ光の位相状態を任意の目標値に設定することができる。
【００２５】
図２は、二つのレーザ光の波長が同じで位相がずれた場合の観測例２における直流電流値の特性図を示す。横軸は二つのレーザ光（側帯波信号も同じ）の位相差（φ１−φ２）、縦軸は、フォトダイオード１１０の出力電流値（直流電流値）である。目標値をＳとすると、直流電流値は「２Ｓ」〜「０」の間で正弦波状（Ｓ（１＋ｃｏｓ（φ１−φ２）））に変化する。例えば、フォトダイオード１１０で検出された直流電流値が位相差Ａを表す場合に、位相差Ｂになるように位相φ２を調整することにより、検出される直流電流値を目標値Ｓに近づけることができる。目標値Ｓは予め任意に定めることができる。例えば目標値Ｓを０と定める場合、φ１-φ２＝πとなるように位相調整すれば良い。
本実施形態において重要なのは、波長が同じになる側帯波信号同士の位相差（φ１-φ２）を一定に保つことであり、そうすることにより、元の二つのレーザ光の位相φ１および位相φ２の相対値も一定になる。但し、図２の特性の傾きが大きいところを目標値Ｓとした方が位相差（φ１-φ２）の検出感度が高くなる。つまり特性の傾きが大きい部分は位相の変化に対してＳ（１＋ｃｏｓ（φ１-φ２））が大きく変わるため、調整がそれだけ容易になる。
【００２６】
このように、本実施形態によれば、波長が異なる二つのレーザ光を用いた場合であっても、各レーザ光からそれぞれ側帯波信号を派生させ、同一波長の側帯波信号同士の位相を観測することで、同じ波長のレーザ光を用いた場合と同様の監視方法が可能となる。
また、側帯波信号同士の相対位相にゆらぎが起きないため、位相の読み取り精度の劣化要因は無いか、あっても無視できる程度となる。これにより、例えば光路においてレーザ光の位相ずれが生じた場合や、二つのレーザ光間の位相差を目標値に固定する際の位相調整をきわめて簡易に行うことができる。
【００２７】
本実施形態では、また、抽出された同一波長の側帯波信号を二つのレーザ光の位相状態に応じてその信号強度が正弦波状に変化する直流電流値に変換するようにしたので、監視のための装置構成が簡略化される。すなわち、装置に組み込むときは、直流電流値を抵抗器を用いて直流電圧値に変換し、アナログ−デジタル変換器を介してデジタル回路に入力するだけで位相状態の監視を行うことができる。
また、信号強度を、同一波長の第１側帯波信号と第２側帯波信号との光干渉強度としたので、位相調整部を有するマッハツェンダー干渉計などの公知技術を使用してその検出を行うことができる。
【００２８】
［第２実施形態］
次に、本発明を適用した信号発生装置の実施の形態例を説明する。図３は、本実施形態に係る信号発生装置の適用場面を示した説明図である。本実施形態の信号発生装置は、例えば、図３（ａ）に示すテラヘルツ帯無線ルータ、あるいは、図３（ｂ）に示す画像伝送装置などのネットワーク用品に組み込まれて実施される。
【００２９】
図３（ａ）に示すテラヘルツ帯無線ルータ５０は、ルーティング機能を有するネットワークＩ／Ｆ（インタフェース）５０１、信号発生装置１０、送信回路５０２およびアンテナ５０３を備えて構成される。ネットワークＩ／Ｆ５０１は、ＬＡＮ（Local Area Network）などに接続される。そして、ＬＡＮに接続されたコンピュータから、伝送対象となる非圧縮情報を受け取り、これを信号発生装置１０に入力する。つまり、ネットワークＩ／Ｆ５０１は情報生成装置として機能する。信号発生装置１０は第１実施形態において説明した方法を使用して、位相状態が安定した高周波電気信号を生成し、これをキャリア波として送信回路５０２へ出力する。送信回路５０２は、キャリア波を、非圧縮情報で変調することにより情報信号を生成し、この情報信号を増幅してアンテナ５０３へ送信する。テラヘルツ帯のキャリア波を送信するので、大容量の無線通信が可能となる。
【００３０】
図３（ｂ）に示す画像伝送装置６０は、ビデオカメラ６０１、信号発生装置１０、送信回路６０２およびアンテナ６０３を備えて構成される。ビデオカメラ６０１は、上記の非圧縮情報を自ら出力する。信号発生装置１０は高周波電気信号を生成し、これをキャリア波として送信回路６０２へ出力する。送信回路６０２は、キャリア波を非圧縮情報で変調することにより情報信号を生成し、この情報信号を増幅してアンテナ６０３へ送信する。
【００３１】
次に、図４を参照して、信号発生装置１０の構成例を説明する。信号発生装置１０は、光源１０１、光分波器１０３、位相調整器１０４、光カプラ１０６、フォトミキサ１０７を高周波電気信号の生成系として備えている。また、光変調器１０８、フィルタ１０９、フォトダイオード１１０、制御回路１１１をレーザ光の監視系として備えている。
【００３２】
光源１０１は、多波長のレーザ光Ｌａを出力する。多波長とは多数（二つあるいはそれ以上）の波長のレーザ光である。光分波器１０３は複数の出力ポートを有し、多波長のレーザ光Ｌａを入力し、これをＮ（Ｎは１以上の自然数）分波して出力する。本実施形態では、周波数ｆ１の第１レーザ光Ｌ１と、周波数ｆ２の第２レーザ光Ｌ２とを出力するものとする。各レーザ光Ｌ１，Ｌ２のうち、第１レーザ光Ｌ１は、光カプラ１０６に直接入力される。一方、第２レーザ光Ｌ２は、位相調整器１０４を経由して光カプラ１０６に入力される。光分波器１０３と光カプラ１０６とを結ぶ二つの光ファイバ内の光路長差は、これらの光学系が、位相調整部を有するマッハツェンダー干渉計として機能する構造およびサイズに設計されている。なお、マッハツェンダー干渉計自体は公知のものなので、その説明を省略する。
【００３３】
光カプラ１０６は、合波回路の一例となるもので、第１出力ポートと第２出力ポートとを有する。第１出力ポートからは、第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２とが０．５：０．５の割合で合波され、これにより得られた合波信号Ｌｃがフォトミキサ１０７へ出力される。第２出力ポートからも同様に、二つのレーザ光Ｌ１，Ｌ２が０．５：０．５の割合で合波され、これにより得られた合波信号Ｌｃが光変調器１０８へ出力される。
【００３４】
フォトミキサ１０７は、第１レーザ光Ｌ１の周波数ｆ１と第２レーザ光Ｌ２の周波数ｆ２との差周波数の高周波電気信号ＥＭを出力する。周波数ｆ１を１９３．５５［ＴＨｚ］、周波数ｆ２を１９３．２５［ＴＨｚ］とすると、３００［ＧＨｚ］の高周波電気信号を出力する。この高周波電気信号ＥＭは、図３（ａ），（ｂ）に示した送信回路５０２，６０２を介してアンテナ５０３，６０３から放射される。
【００３５】
光変調器１０８は、二つのレーザ光Ｌ１，Ｌ２の差周波数の偶数分の１、例えば１２分の１となる２５［ＧＨｚ］の周波数で、二つのレーザ光Ｌ１，Ｌ２を変調する。すると、二つのレーザ光Ｌ１，Ｌ２のそれぞれについて、２５［ＧＨｚ］間隔で複数の側帯波信号が派生する。これらの側帯波信号は、フィルタ１０９に入力される。フィルタ１０９は、第１レーザ光Ｌ１の周波数ｆ１（＝１９３．５５［ＴＨｚ］）と第２レーザ光の周波数ｆ２（＝１９３．２５［ＴＨｚ］）の中間の周波数（＝１９３．４［ＴＨｚ］）を中心周波数とする光帯域通過フィルタである。このフィルタ１０９からは、その中心周波数から所定帯域幅の側帯波信号だけが出力される。
【００３６】
なお、変調周波数を二つのレーザ光Ｌ１，Ｌ２の差周波数の偶数分の１とするのは、奇数分の１とすると、波長が一致する側帯波信号が派生しないためである。差周波数の偶数分の１で変調すると、２倍波、３倍波・・・の高調波成分が生じる。そのため、低い周波数で変調しても所望の波長の側帯波信号を派生させることができる。周波数が低いほど装置構成が簡便なものとなり、コストを低減させる利点がある。
【００３７】
また、フィルタ１０９の中心周波数を第１レーザ光Ｌ１の周波数ｆ１と第２レーザ光の周波数ｆ２の中間の周波数とするのは、以下の理由による。
本実施形態の信号発生装置１０は、異なる波長のレーザ光Ｌ１，Ｌ２を使用する場合であっても、監視系において、各レーザＬ１，Ｌ２から同一波長のものを含む複数の側帯波信号を派生させ、同一波長の側帯波信号の干渉状況を監視できるようにする点に特徴の一つがある。同一波長の側帯波信号を干渉させる場合、信号強度が近いほど良く干渉する。同じ強度であれば、完全に干渉する。他方、位相が１８０度ずれると、信号強度はゼロになり、干渉が生じない。もとの二つのレーザ光Ｌ１，Ｌ２のそれぞれから派生する側帯波信号の信号強度は、もとのレーザ光Ｌ１，Ｌ２の波長差（差周波数）によって変わるが、距離が同じであれば同じ信号強度になる。二つのレーザ光Ｌ１，Ｌ２の中間の周波数であれば、各波長からの距離が等しいため、側帯波信号同士の信号強度が等しくなり、完全な干渉を実現させることができる。つまり、干渉の感度が、光学系の構成の範囲で最大となるのである。
【００３８】
光変調器１０８およびフィルタ１０９の入出力の信号状態を図５に示す。光変調器１０８には、光カプラ１０５から二つのレーザ光Ｌ１，Ｌ２の合波信号が入力される。第１レーザ光Ｌ１の周波数ｆ１は１９３．５５［ＴＨｚ］、第２レーザ光Ｌ２の周波数ｆ２は１９３．２５［ＴＨｚ］である。２５［ＧＨｚ］の周波数で変調することにより、同じ周波数成分である１９３．４［ＴＨｚ］を中心周波数とする側帯波信号を含む複数の側帯波信号が各レーザ光Ｌ１，Ｌ２から派生する。第１レーザ光Ｌ１から派生する側帯波信号を第１側帯波信号、第２レーザ光Ｌ２から派生する側帯波信号を第２側帯波信号と称する。フィルタ１０９は、１９３．４［ＴＨｚ］を中心周波数とする第１側波帯信号および第２側帯波信号だけを通過させる。
【００３９】
第１側帯波信号と第１レーザ光Ｌ１、第２側帯波信号と第２レーザ光Ｌ２の相対的な位相は一定に保たれている（親と子の関係）。したがって、フィルタ１０９を透過した側帯波信号同士の位相差が一定であれば、第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２同士の位相差もまた一定であるということになる。すなわち、光分波器１０３と光カプラ１０６と含む光路を通過する第１レーザ光Ｌ１と第２レーザ光Ｌ２の位相差を一定に保つためには、フィルタ１０９を透過した後の第１側帯波信号と第２側帯波信号の位相差が一定になるように位相調整を行えば良いことになる。
【００４０】
図４に戻り、フォトダイオード１１０は検波回路の一例となるもので、フィルタ１０９を透過した第１側帯波信号および第２側帯波信号を検波し、各側帯波信号の位相状態（つまり干渉状況）に応じた信号強度の監視信号Ｍ２を制御回路１１１に出力する。この監視信号Ｍ２は、図２に示した通り直流電流値（＝Ｓ（１＋ｃｏｓ（φ１−φ２））：但し、目標値をＳ、電磁界の振幅を「１」とした場合）である。
【００４１】
制御回路１１１は、目標値Ｓと監視信号Ｍ２との比較結果に基づいて位相調整器１０４の位相調整量を定める制御信号Ｃ３を出力する。図６は、この制御回路１１１の構成図である。制御回路１１１は、監視信号Ｍ２と目標値Ｓとを比較する比較器（COMP）１１１ａを備えており、監視信号Ｍ２が目標値Ｓより大きいときは、位相調整器１０４で付加した位相φ２を減少させる量を表す制御信号Ｃ３を出力する。他方、監視信号Ｍ２が目標値Ｓより小さいときは位相φ２を増加させる量を表す制御信号Ｃ３を出力する。位相調整器１０４は、この制御信号Ｃ３により位相φ２を調整する。
【００４２】
なお、第２実施形態では、合波回路の例として光カプラを用いた場合の例を示したが、合波回路としてアレイ導波路格子を用いても良い。この場合、アレイ導波路格子で合波した後、１×２の光カプラでフォトミキサ１０７への光路と監視系の光路とに分けることになるが、その際に光カプラの分岐比を自由に設計できるという利点がある。例えば９：１に分岐してフォトミキサ１０７への信号強度を相対的に大きくすれば、高周波電気信号の信号対雑音比を高めることができる。２×２の光カプラでは、一つの光カプラで合波と分岐とを行うため、二つの信号を同じ割合で合波する必要があるため、分岐の自由度を高めることができない。
【００４３】
また、第１および第２実施形態では、二つの光信号を用いて３００［ＧＨｚ］のテラヘルツ波を生成する場合の例を説明したが、本発明は、二波長を使って高周波電気信号を生成する信号発生装置全般に適用することができるものである。例えば、６０［ＧＨｚ］前後の高周波電気信号を生成する場合にも、本発明は適用が可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０１，３０１ 光源
１０３，３０３ 光分波器
１０４，３０４，３０５ 位相調整器
１０６，３０６ 光カプラ
１０７，３０７ フォトミキサ
１０８ 光変調器
１０９ フィルタ
１１０，３１０ フォトダイオード
１１１，３１１ 制御回路
３０２  光分岐器
３１２，３１４  発振器
【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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