(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ツートーン信号の生成方法であって、
上側アームと下側アームにそれぞれ並列に配置された第１および第２の副マッハツェンダー干渉計および前記各副マッハツェンダー干渉計を含む上側アームおよび下側アームからなる第３の主マッハツェンダー干渉計を有するＤＰ−ＭＺＭ型光変調器にコヒーレントな光信号を入力し、
前記第１の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記第１および第２の副マッハツェンダー干渉計におけるＲＦ信号の位相差Δφ、前記第１の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−１、前記第２の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＲＦ駆動電圧Ｖ２、前記第２の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−２、並びに前記第３の主マッハツェンダー干渉計に対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−３によって、前記各マッハツェンダー干渉計を駆動する際に、前記ＤＰ−ＭＺＭ型光変調器の出力のうち、所望のサイドバンド成分の強度が最大となるように、前記第１および第２の副マッハツェンダー干渉計に対する光信号の分配比率α：（１−α）を用いて、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１およびＲＦ駆動電圧Ｖ２を決定することを特徴とする光ツートーン信号の生成方法。
【請求項２】
分岐比αが０．５であるようなＤＰ−ＭＺＭを用いて入力ＲＦ信号の２倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、および入力光信号に半波長に相当するπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、パラメータδ１およびδ２を、
δ１，２＝（πＶ１，２）／Ｖπと定義し、
各パラメータδ１およびδ２が、δ１＝δ２である場合、
パラメータδ１およびδ２と各サイドバンド成分の強度との関係において、所望の１次サイドバンド成分を保持しつつ、不要な主搬送波成分およびサイドバンド成分を抑制するためのパラメータδ１およびδ２の最適点が、所望の１次サイドバンド成分の強度が最大値となる点以下であって、５次サイドバンド成分が所定の閾値以下となる点以上となる範囲に分布するように、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１およびＲＦ駆動電圧Ｖ２を決定することを特徴とする請求項１記載の光ツートーン信号の生成方法。
【請求項３】
入力ＲＦ信号の２倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、および入力光信号に半波長に相当するπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、パラメータδ１およびδ２を、
δ１，２＝（πＶ１，２）／Ｖπと定義し、
分岐比αが０．５ではなく、パラメータδ１を一定値とし、パラメータδ２を変化させた場合、
パラメータδ２と所望の１次サイドバンド成分に対する不要な主搬送波成分およびサイドバンド成分の抑圧比との関係において、所望の１次サイドバンド成分を保持しつつ、不要な主搬送波成分およびサイドバンド成分を抑制するためのパラメータδ２の最適点が、所望の１次サイドバンド成分に対する３次サイドバンド成分の抑圧比が最大となる点を含む一定の範囲に分布するように、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１およびＲＦ駆動電圧Ｖ２を決定することを特徴とする請求項１記載の光ツートーン信号の生成方法。
【請求項４】
分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを用いて入力ＲＦ信号の周波数の２倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、前記位相差Δφ、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−１、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−２、および前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−３は、入力光信号に半波長に相当するπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、以下の表の通りに定められることを特徴とする請求項１記載の光ツートーン信号の生成方法。
【表１】
0006482070.tif 000019
【請求項５】
分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを用いて入力ＲＦ信号の周波数の４倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、および入力光信号に半波長に相当するπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、パラメータδ１およびδ２を、
δ１，２＝（πＶ１，２）／Ｖπと定義し、
各パラメータδ１-およびδ２が、δ１＝δ２である場合、
パラメータδ１およびδ２と各サイドバンド成分の強度との関係において、所望の２次サイドバンド成分を保持しつつ、不要な主搬送波成分およびサイドバンド成分を抑制するためのパラメータδ１およびδ２の最適点は、所望の２次サイドバンド成分の強度が最大値となる点以下であって、６次サイドバンド成分が所定の閾値以下となる点以上となる範囲に分布することを特徴とする請求項１記載の光ツートーン信号の生成方法。
【請求項６】
分岐比αが０．５ではないＤＰ−ＭＺＭを用いて入力ＲＦ信号の周波数の４倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、および入力光信号に半波長に相当するπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、パラメータδ１およびδ２を、
δ１，２＝（πＶ１，２）／Ｖπと定義し、
各パラメータδ１およびδ２が、δ１＝δ２である場合、
パラメータδ１およびδ２と各サイドバンド成分の強度との関係において、所望の２次サイドバンド成分を保持しつつ、不要な主搬送波成分およびサイドバンド成分を抑制するためのパラメータδ１およびδ２の最適点は、所望の２次サイドバンド成分の強度が最大値となる点以下であって、所望の２次サイドバンド成分に対する主キャリア成分の抑圧比が最大となる点以上となる範囲に分布することを特徴とする請求項１記載の光ツートーン信号の生成方法。
【請求項７】
分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを用いて入力ＲＦ信号の周波数の４倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、前記位相差Δφ、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−１、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−２、および前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−３は、入力光信号にπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、以下の表の通りに定められることを特徴とする請求項１記載の光ツートーン信号の生成方法。
【表２】
0006482070.tif 000020
【請求項８】
分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを用いて入力ＲＦ信号の周波数の８倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、前記位相差Δφ、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−１、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−２、および前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−３は、入力光信号に半波長に相当するπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、以下の表の通りに定められることを特徴とする請求項１記載の光ツートーン信号の生成方法。
【表３】
0006482070.tif 000021
【請求項９】
分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを用いて入力ＲＦ信号の周波数の１０倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、前記位相差Δφ、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−１、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−２、および前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−３は、入力光信号に半波長に層とするπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、以下の表の通りに定められることを特徴とする請求項１記載の光ツートーン信号の生成方法。
【表４】
0006482070.tif 000022
【請求項１０】
光無線統合システムに用いられ、上側アームと下側アームにそれぞれ並列に配置された第１および第２の副マッハツェンダー干渉計、および前記各副マッハツェンダー干渉計を含む上側アームと下側アームからなる第３の主マッハツェンダー干渉計を有するＤＰ−ＭＺＭ型光変調器の制御方法であって、
コヒーレントな光信号を入力し、前記第１の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記第１および第２の副マッハツェンダー干渉計におけるＲＦ信号の位相差Δφ、前記第１の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−１、前記第２の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＲＦ駆動電圧Ｖ２、前記第２の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−２、並びに前記第３の主マッハツェンダー干渉計に対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−３によって、前記各マッハツェンダー干渉計を駆動する際に、前記ＤＰ−ＭＺＭ型光変調器の出力のうち、所望のサイドバンド成分の強度が最大となるように、前記第１および第２の副マッハツェンダー干渉計に対する光信号の分配比率α：（１−α）を用いて、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１およびＲＦ駆動電圧Ｖ２を決定することを特徴とする光変調器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光無線統合システム（Seamless radio and optical integration）に用いられる光ツートーン信号（Optical two-tone signal）の生成方法およびＤＰ−ＭＺＭ型光変調器の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＲｏＦ（Radio-over-fiver）技術を用いた光無線統合システムが提案されている。この光無線統合システムは、マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波等の大容量の無線リンクを都合よく利用でき、高い伝送能力と長い伝送距離の両方の要件を満たし、ネットワークの柔軟性を支えるファイバーバックアップとして利用可能であり、非常に柔軟な通信システムとして期待されている。さらに、高度な変調フォーマットとビットレートに対する高い能力、透明性および可動性のため、このシステムは、大容量光ファイバーリンクの迅速な障害回復、最後の１マイルのソリューション、および既存の無線サービスのカバレッジと能力の拡張に適用可能となることが期待されている。
【０００３】
非特許文献１には、１ポートのＲＦ（Radio Frequency）信号をＤＰ−ＭＺＭ（Dual Parallel Mach-Zehnder Modulator）型光変調器に入力し、高周波側と低周波側の二つの２次サイドバンドのみを発生させて、それらの周波数間隔が入力ＲＦ信号の周波数の４倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を発生させる技術が開示されている。非特許文献１では、入力側の理想的な「Ｙ分岐（Y-branch)」の分岐比（以下、分岐比には記号「α」を用いる。理想的な分岐比はα＝０．５である）が達成されるように、チップ上に実装された「活性電極（Active Electrode）」を利用する。
【０００４】
一般に、純度の高い光ツートーン信号を発生させるためには、必要とされる高周波側と低周波側の二つのサイドバンド（周波数間隔が入力ＲＦ信号の周波数の２ｎ倍とするとして、ｎ次サイドバンド）のパワーを可能な限り高くしつつ、主キャリア成分および不要サイドバンド成分（ｎ次サイドバンド以外ののサイドバンド）のパワーを抑制する必要がある。非特許文献１では、活性電極を利用してＹ分岐の分岐比を理想的な値に制御することで、これを実現している。
【０００５】
また、非特許文献２には、ＤＰ−ＭＺＭに印加される３つの直流（ＤＣ：Direct Current）バイアスと２つのＲＦ駆動信号を最適化することによって、「周波数コム」と呼称されるフラットなスペクトル応答を生成する技術が開示されている。非特許文献２では、理想的な「Ｙ分岐」の分岐比において、「Double parallel MZI（Mach-Zehnder Interferometer）」から出力される信号を表わす一般的な数式が示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Y. Yamaguchi, S. Nakajima, A. Kanno, T. Kawanishi, M. Izutsu, H. Nakajima: “Frequency-Quadruple Optical Two-Tone Signal Generation Using Integrated High Extinction-Ratio Mach-Zehnder Modulator”, TuEC-5, APMP/MWP 2014, Hokkaido, Japan.
【非特許文献２】I. L. Gheorma and G. K. Gopalakrishnan,, “Flat Frequency Comb Generation With an Integrated Dual-Parallel Modulator,” IEEE Photon. Technol. Lett., vol. 19, no. 13, pp. 1011-1013, July. 2007.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１の手法では、活性電極が必要となるため、装置の複雑さが増大する可能性があり、また、活性電極について制御するための手法が新たに必要になってしまう。また、非特許文献１の手法では、ＲＦ信号によって２つの平行なＭＺＩのうちの一つだけを駆動する。この手法は、制御方法の複雑さを減らすためにはメリットがある。しかし、その手法では、周波数間隔を２倍にする場合の２次以上の不要なサイドバンドや、周波数間隔を４倍にする場合の１次と３次以上の不要なサイドバンドを十分抑制することは困難である。
【０００８】
非特許文献２では、理想的なＹ分岐の分岐比の下で用いられる数式が示されているが、実装置では、理想的なＹ分岐の分岐比を得ることは容易ではなない。非特許文献２では、理想的でないＹ分岐の分岐比をどのように処理するかについては何ら示されていない。また、周波数間隔が入力したＲＦ信号の周波数の２倍、４倍・・・のいずれかであるサイドバンド成分のみを生成し、その他の不要成分（主キャリア成分およびその他のサイドバンド成分）を抑制する、光ツートーン信号の生成手法も示されていない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、一つのＤＰ−ＭＺＭを用いて、簡単な手法で、マイクロ波、ミリ波、テラヘルツ波の発生を実現する、周波数間隔が入力ＲＦ信号の周波数の２倍、４倍、６倍、８倍、または１０倍となる光ツートーン信号を生成することができる、光ツートーン信号の生成方法およびＤＰ−ＭＺＭ型光変調器の制御方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記の目的を達成するために、本発明は、以下のような手段を講じた。すなわち、本発明の光ツートーン信号の生成方法は、光無線統合システム等に用いられる光ツートーン信号の生成方法であって、上側アームと下側アームにそれぞれ並列に配置された第１および第２のマッハツェンダー干渉計（以下、「副マッハツェンダ−干渉計」と記す）、および前記各副マッハツェンダー干渉計を含む上側アームおよび下側アームからなる第３のマッハツェンダー干渉計（以下、「主マッハツェンダ−干渉計」と記す）を有するＤＰ−ＭＺＭ型光変調器にコヒーレントな光信号を入力し、前記第１の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記第１および第２の副マッハツェンダー干渉計におけるＲＦ信号の位相差Δφ、前記第１の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−１、前記第２の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＲＦ駆動電圧Ｖ２、前記第２の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−２、並びに前記第３の主マッハツェンダー干渉計に対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−３によって、前記ＤＰ−ＭＺＭの各マッハツェンダー干渉計を駆動する際に、前記第１および第２の副マッハツェンダー干渉計に対する光信号の分配比率α：（１−α）に基づいて、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１およびＲＦ駆動電圧Ｖ２を補正することを特徴とする。
【００１１】
このように、ＤＰ−ＭＺＭの各マッハツェンダー変調器を駆動するためのパラメータを決定し、さらに、第１および第２の副マッハツェンダー干渉計に対する光信号の分配比率α：（１−α）に従ってＲＦ駆動電圧Ｖ１およびＲＦ駆動電圧Ｖ２を補正するので、生成される光ツートーン信号の周波数間隔が入力ＲＦ信号の周波数の２倍、４倍・・・のいずれかである所望のサイドバンド成分のみからなる、純度の高い光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【００１２】
（２）また、本発明の光ツートーン信号の生成方法において、前記分岐比αが０．５であるようなＤＰ−ＭＺＭを用いて入力ＲＦ信号の２倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、および光信号に半波長分に相当するπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、パラメータδ１およびδ２を、δ１，２＝（πＶ１，２）／Ｖπと定義し、各パラメータδ１-およびδ２が、δ１-＝δ２となるように設定し、かつパラメータδ１およびδ２と各サイドバンド成分の強度との関係において、所望の１次サイドバンド成分を保持しつつ、不要なサイドバンド成分を抑制するためのパラメータδ１およびδ２の最適点は、所望の１次サイドバンド成分の強度が最大値となる点以下であって、５次サイドバンド成分が所定の閾値以下となる点以上となる範囲に分布することを特徴とする。
【００１３】
このように分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを駆動するためのパラメータを決定することにより、特に各パラメータδ１-およびδ２を所定の値（但しδ１-＝δ２である）に設定することで、生成される光ツートーン信号の周波数間隔が入力ＲＦ信号の周波数の２倍である所望のサイドバンド成分のみからなる、純度の高い光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【００１４】
（３）また、本発明の光ツートーン信号の生成方法において、入力ＲＦ信号の２倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、および光信号に半波長分に相当するπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、パラメータδ１およびδ２を、δ１，２＝（πＶ１，２）／Ｖπと定義し、前記分岐比αが０．５ではない場合に、パラメータδ１-を一定値とし、パラメータδ２を変化させることにより、パラメータδ２と所望の１次サイドバンド成分に対する不要なサイドバンド成分の抑圧比との関係において、所望の１次サイドバンド成分を保持しつつ、不要なサイドバンド成分を抑制するためのパラメータδ２の最適点は、所望の１次サイドバンド成分に対する３次サイドバンド成分の抑圧比が最大となる点を含む一定の範囲に分布することを特徴とする。
【００１５】
このようにＤＰ−ＭＺＭを駆動するためのパラメータを決定することにより、分岐比αが０．５ではない場合に、パラメータδ１-を一定値とし、パラメータδ２を変化させることで、生成される光ツートーン信号の周波数間隔が入力ＲＦ信号の周波数の２倍である所望のサイドバンド成分のみからなる、純度の高い光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【００１６】
（４）また、本発明の光ツートーン信号の生成方法において、前記分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを用いて入力ＲＦ信号の周波数の２倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、前記位相差Δφ、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−１、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−２、および前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−３は、光信号に半波長に層とするπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、以下の表の通りに定められることを特徴とする。
【００１７】
【表１】
0006482070.tif 000002
このように分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを駆動するためのパラメータを決定することにより、特に各パラメータδ１-およびδ２を所定の値（但しδ１-＝δ２である）に設定することで、入力した光ツートーン信号の周波数間隔が入力ＲＦ信号の周波数の２倍である所望のサイドバンド成分からなる、純度の高い光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【００１８】
（５）本発明の光ツートーン信号の生成方法において、前記分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを用いて入力ＲＦ信号の周波数の４倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、および光信号に半波長に相当するπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、パラメータδ１およびδ２を、δ１，２＝（πＶ１，２）／Ｖπと定義し、各パラメータδ１-およびδ２をδ１-＝δ２となるように設定し、かつパラメータδ１およびδ２と各サイドバンド成分の強度との関係において、所望の２次サイドバンド成分を保持しつつ、不要なサイドバンド成分を抑制するためのパラメータδ１およびδ２の最適点は、所望の２次サイドバンド成分の強度が最大値となる点以下であって、第６サイドバンド成分が所定の閾値以下となる点以上となる範囲に分布することを特徴とする。
【００１９】
このように分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを駆動するためのパラメータを決定することにより、特に各パラメータδ１-およびδ２を所定の値（但しδ１-＝δ２である）に設定することで、入力した光ツートーン信号の周波数間隔が入力ＲＦ信号の周波数の４倍である所望のサイドバンド成分からなる、純度の高い光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【００２０】
（６）また、本発明の光ツートーン信号の生成方法において、前記分岐比αが０．５ではないＤＰ−ＭＺＭを用いて入力ＲＦ信号の周波数の４倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、および光信号に半波長に相当するπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、パラメータδ１およびδ２を、δ１，２＝（πＶ１，２）／Ｖπと定義し、パラメータδ１-を一定値とし、パラメータδ２を変化させることにより、パラメータδ１およびδ２と各サイドバンド成分の強度との関係において、所望の２次サイドバンド成分を保持しつつ、不要なサイドバンド成分を抑制するためのパラメータδ１およびδ２の最適点は、所望の２次サイドバンド成分の強度が最大値となる点以下であって、所望の２次サイドバンド成分に対する主キャリア成分の抑圧比が最大となる点以上となる範囲に分布することを特徴とする。
【００２１】
このように分岐比αが０．５ではないＤＰ−ＭＺＭを駆動するためのパラメータを決定することにより、特にパラメータδ１-を一定値とし、パラメータδ２を変化させることで、入力した光ツートーン信号の周波数間隔が入力ＲＦ信号の周波数の４倍である所望のサイドバンド成分からなる、純度の高い光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【００２２】
（７）また、本発明の光ツートーン信号の生成方法において、前記分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを用いて入力ＲＦ信号の周波数の４倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、前記位相差Δφ、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−１、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−２、および前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−３は、光信号に半波長に相当するπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、以下に説明する手順に従って定められることを特徴とする。
【００２３】
【表２】
0006482070.tif 000003
このように分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを駆動するためのパラメータを決定することにより、特に各パラメータδ１-およびδ２を所定の値（但しδ１-＝δ２である）に設定することで、入力した光ツートーン信号の周波数間隔が入力ＲＦ信号の周波数の４倍である所望のサイドバンド成分からなる、純度の高い光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【００２４】
（８）また、本発明の光ツートーン信号の生成方法において、前記分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを用いて入力ＲＦ信号の周波数の６倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、前記位相差Δφ、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−１、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−２、および前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−３は、光信号に半波長に相当するπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、以下の表の通りに定められることを特徴とする。
【００２５】
【表３】
0006482070.tif 000004
このように分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを駆動する際のパラメータを決定することによって、入力した光ツートーン信号の周波数間隔が、入力ＲＦ信号の周波数の６倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【００２６】
（９）また、本発明の光ツートーン信号の生成方法において、前記分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを用いて入力ＲＦ信号の周波数の８倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、前記位相差Δφ、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−１、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−２、および前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−３は、光信号に半波長に相当するπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、以下の表の通りに定められることを特徴とする。
【００２７】
【表４】
0006482070.tif 000005
このように分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを駆動する際のパラメータを決定することによって、入力した光ツートーン信号の周波数間隔が、入力ＲＦ信号の周波数の８倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【００２８】
（１０）また、本発明の光ツートーン信号の生成方法において、前記分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを用いて入力ＲＦ信号の周波数の１０倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成しようとする時、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ２、前記位相差Δφ、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−１、前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−２、および前記ＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−３は、光信号に半波長に相当するπの位相変調を与える電圧Ｖπを用いて、以下の表の通りに定められることを特徴とする。
【００２９】
【表５】
0006482070.tif 000006
このように分岐比αが０．５であるＤＰ−ＭＺＭを駆動する際のパラメータを決定することによって、入力した光ツートーン信号の周波数間隔が、入力ＲＦ信号の周波数の１０倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【００３０】
（１１）また、本発明の光変調器の制御方法は、光無線統合システムに用いられ、上側アームと下側アームにそれぞれ並列に配置された第１および第２の副マッハツェンダー干渉計、および前記各副マッハツェンダー干渉計を含む上側アームと下側アームからなる第３の主マッハツェンダー干渉計を有するＤＰ−ＭＺＭ型光変調器の制御方法であって、コヒーレントな光信号を入力し、前記第１のマッハツェンダー干渉計に対して印加するＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記第１および第２のマッハツェンダー干渉計におけるＲＦ信号の位相差Δφ、前記第１の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−１、前記第２の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＲＦ駆動電圧Ｖ２、前記第２の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−２、並びに前記第３の主マッハツェンダー干渉計に対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−３によって、前記各主・副マッハツェンダー干渉計を駆動する際に、前記第１および第２の副マッハツェンダー干渉計に対する光信号の分配比率α：（１−α）に基づいて、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１およびＲＦ駆動電圧Ｖ２を補正することを特徴とする。
【００３１】
このように、ＤＰ−ＭＺＭの各マッハツェンダー変調器を駆動するためのパラメータを決定し、さらに、第１および第２の副マッハツェンダー干渉計に対する電圧の分配比率α：（１−α）によってＲＦ駆動電圧Ｖ１およびＲＦ駆動電圧Ｖ２を補正して光信号を変調するので、入力した光ツートーン信号の周波数間隔が、入力ＲＦ信号の周波数の２倍、４倍・・・のいずれかである所望のサイドバンド成分からなる、純度の高い光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、入力した光ツートーン信号の周波数間隔が、入力ＲＦ信号の周波数の２倍、４倍・・・のいずれかである所望のサイドバンド成分からなる、純度の高い光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】光ツートーン信号を用いる光無線統合システムの概略構成を示す図である。
【図２Ａ】本実施形態に係るＤＰ−ＭＺＭの概略構成を示す図である。
【図２Ｂ】ＤＣバイアス電圧と正規化出力との関係を表わす図である。
【図３】ＤＰ−ＭＺＭに対して設定したパラメータを示す図である。
【図４】ＤＰ−ＭＺＭが出力するスペクトラムをシミュレーションした結果を示す図である。
【図５】ＤＰ−ＭＺＭが出力するスペクトラムをシミュレーションした結果を示す図である。
【図６】ＤＰ−ＭＺＭが出力するスペクトラムをシミュレーションした結果を示す図である。
【図７】ＤＰ−ＭＺＭが出力するスペクトラムをシミュレーションした結果を示す図である。
【図８】ＤＰ−ＭＺＭが出力するスペクトラムをシミュレーションした結果を示す図である。
【図９】δ１，２と、サブバンドの圧縮比およびサブバンドの強度との関係を示す図である。
【図１０】δ２と、サブバンドの圧縮比との関係を示す図である。
【図１１】δ１，２と、サブバンドの圧縮比およびサブバンドの強度との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明者らは、光無線統合システムにおいて、光ツートーン信号を用いて高い周波数のＲＦ信号を得る技術において、入力した光ツートーン信号のうちの一方をデュアルパラレルマッハツェンダー変調器（ＤＰ−ＭＺＭ）で変調する際に、マッハツェンダー変調器の駆動パラメータをどのように定めれば、周波数間隔が入力ＲＦ信号の周波数の２倍、４倍・・・となるかについて、鋭意検討した結果、理想的な分岐比の場合について、解析的に特定の６つのパラメータの最適値を見出した。また、ＤＭ−ＭＺＭの上側アームと下側アームへの光信号の分岐比を考慮してパラメータを補正する手法を見出し、本発明に至った。
【００３５】
すなわち、本発明の光ツートーン信号の生成方法は、光無線統合システム等に用いられる光ツートーン信号の生成方法であって、並列に配置された第１および第２の副マッハツェンダー干渉計および前記各副マッハツェンダー干渉計を含む第３の主マッハツェンダー干渉計を有するＤＰ−ＭＺＭ型光変調器にコヒーレントな光信号を入力し、前記第１の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＲＦ駆動電圧Ｖ１、前記第１および第２の副マッハツェンダー干渉計におけるＲＦ信号の位相差Δφ、前記第１の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−１、前記第２の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＲＦ駆動電圧Ｖ２、前記第２の副マッハツェンダー干渉計に対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−２、並びに前記第３の主マッハツェンダー干渉計に対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−３によって、前記各マッハツェンダー干渉計を駆動する際に、前記第１および第２の副マッハツェンダー干渉計に対する電圧の分配比率α：（１−α）によって前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１およびＲＦ駆動電圧Ｖ２を補正することを特徴とする。
【００３６】
これにより、本発明者らは、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１およびＶ２の周波数の２倍、４倍・・・の周波数間隔を有するとなった光ツートーン信号を生成することを可能とした。以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３７】
本実施形態では、不要成分のより高い抑圧比を維持するため、ＲＦ駆動電力をシンプルに調整することによって、ＤＰ−ＭＺＭの上側と下側の不均衡を補償する。特に、２つのＲＦ駆動信号の間の位相差を調整することによって、不要なサイドバンドを消去する。
【００３８】
図１は、光ツートーン信号を用いる光無線統合システムの概略構成を示す図である。光ツートーン信号発生部１０は、コヒーレントな光ツートーン信号を発生する。図１に示すように、光ツートーン信号発生部１０は、波長がλ０であるコヒーレント光から周波数間隔がωＲＦの光ツートーン信号を発生し、発生した光ツートーン信号は、光伝送路１２を介して光デマルチプレクサ（Optical De-Multiplexer：ＤＭＵＸ）１４に入力される。ＤＭＵＸ１４は、光ツートーン信号を２つの光信号に分離し、一方を光伝送路１６ａに出力し、他方を光伝送路１６ｂに出力する。すなわち、周波数間隔がωＲＦのツートーン信号において、図１中、左側（波長がλ０より短い）の光信号（以下では必要に応じて「プラスのサイドバンド」と記す）が光伝送路１６ａに出力され、右側（波長がλ０より長い）の光信号（以下では必要に応じて「マイナスのサイドバンド」と記す）が光伝送路１６ｂに出力される。
【００３９】
光伝送路１６ａには、光信号を変調する光変調器（Optical Modulator）１８が設けられており、光変調器１８は、入力された光信号をベースバンド（Baseband：ＢＢ）（または中間周波数Intermediate Frequency：ＩＦに重畳された）データ信号（以下では単に「データ信号」と記す）で変調する。なお、本図ではプラスのサイドバンドをデータ信号で変調しているが、光変調器１８を光伝送路１６ｂ上に移動して、マイナスのサイドバンドをデータ信号で変調してもかまわない。
【００４０】
ＭＵＸ（Optical Multiplexer：光マルチプレクサ）２０は、光伝送路１６ａおよび１６ｂを介して入力された各光信号を合波し、光伝送路２２に出力する。ＭＵＸ２０から出力される光ツートーン信号は、周波数間隔がωＲＦの光ツートーン信号である。図１中、左側の光信号のみが変調されている。
【００４１】
光電変換部（High Speed PD）２４は、入力した光信号を電気信号（無線信号）に変換する。光電変換部２４の出力は、周波数間隔がωＲＦである光ツートーン信号の周波数間隔ωＲＦの周波数を有する無線信号となり、アンテナ２６によって送信される。このように、光無線統合システムでは、光電変換前の光ツートーン信号の周波数間隔ωＲＦは、光電変換後の無線信号の周波数ωＲＦとなって現れる。
【００４２】
ここで、２５ＧＨｚ程度の周波数を有する無線信号であれば無線発振器などのデバイスによって発生させることは容易であるが、さらに高い周波数を有する無線信号、例えば、１００ＧＨｚの無線信号を無線デバイスで発生させることは容易ではない。しかしながら、上述した光無線統合システムの光ツートーン信号発生器において、光変調器を駆動するＲＦ信号を制御することにより、光ツートーン信号の周波数間隔ωＲＦを前記光変調器を駆動するＲＦ信号の周波数の２倍、４倍・・・とすることができれば、特別な無線デバイスを用いることなく、例えば、１００ＧＨｚ程度の高い周波数を有する無線信号を発生させることが可能となる。
【００４３】
本実施形態では、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１およびＶ２の周波数の２倍、４倍・・・の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成するために、ＤＰ−ＭＺＭの駆動パラメータを最適化する。本実施形態では、ＤＰ−ＭＺＭにおける並列に配置されたマッハツェンダー干渉計の分岐比が１対１でない場合でも、前記ＲＦ駆動電圧Ｖ１およびＶ２の周波数の１０倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成することが可能である。
【００４４】
図２Ａは、本実施形態に係るＤＰ−ＭＺＭの概略構成を示す図である。ＬＤ１８ａは、レーザダイオード（Laser Diode）であり、ＬＯ１８ｂは、局部発振器（Local Oscillator）である。ＶＡ１８ｃ、１８ｄは、可変減衰器（Variable Attenuator）であり、ＰＳ１８ｅは、移相器（Phase shifter）である。
【００４５】
第１のＭＺＩ１８ｆ、第２のＭＺＩ１８ｇ、および第３のＭＺＩ１８ｈは、マッハツェンダー干渉計である。第１のＭＺＩ１８ｆおよび第２のＭＺＩ１８ｇは、並列に配置されており、第３のＭＺＩ１８ｈは、第１のＭＺＩ１８ｆおよび第２のＭＺＩ１８ｇを含む。これらの第１〜第３のＨＺＩはチャープフリー構造（chirp-free configuration）であり、第１のＭＺＩ１８ｆおよび第２のＭＺＩ１８ｇへの入力光の分岐比をα（０≦α≦１）とする。本発明の光ツートーン信号発生方法では、３つの独立なＤＣデバイス電圧と、第１のＭＺＩ１８ｆおよび第２のＭＺＩ１８ｇのＲＦ駆動電圧、およびそれらＲＦ信号の位相差Δφをそれぞれ制御する。
【００４６】
図２Ｂは、ＤＣバイアス電圧と正規化出力との関係を表わす消光曲線の図である。Ｖπは、光信号に半波長に相当するπの位相変化を与える電圧を示す。第１〜第３のＭＺＩは、このＶπによって特徴付けられる。図２ＢにはＭＺＩの消光曲線の３つの重要なポイントの位置が示されている。すなわち、「Full point」、「Null point」、そして「Quadrature point」である。
【００４７】
図３は、図２Ａに示したＤＰ−ＭＺＭに対して設定したパラメータを示す図である。すなわち、第１のＭＺＩ１８ｆに対して印加するＲＦ駆動電圧Ｖ１、第１および第２のＭＺＩ１８ｆ、１８ｇにおけるＲＦ信号の位相差Δφ、第１のＭＺＩ１８ｆに対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−１、第２のＭＺＩ１８ｇに対して印加するＲＦ駆動電圧Ｖ２、第２のＭＺＩ１８ｇに対して印加するＤＣバイアス電圧Ｖｂｉａｓ−２の５つのパラメータが存在する。第１のＭＺＩ１８ｆに対して印加するＲＦ駆動電圧Ｖ１、および第２のＭＺＩ１８ｇに対して印加するＲＦ駆動電圧Ｖ２は以下の二式で表される。
V1(t) = V1・sin(wRFt+Df)・・・（１）
V2(t) = V2・sin(wRFt)   ・・・（２）
また、ＤＰ−ＭＺＭに入力される光信号は以下の式で表される。
Ein(t) = Ein・cos(w0t)・・・（３）
但し、c0を真空中の光速としてw0 = 2p・l0/c0である。
【００４８】
第１のＭＺＩ１８ｆから出力される変調された光信号の電界Ｅ１（ｔ）および第２のＭＺＩ１８ｇから出力される変調された光信号の電界Ｅ２（ｔ）は、以下の二式で表わすことができる。
【００４９】
【数１】
0006482070.tif 000007
そして、第３のＭＺＩ１８ｈを経て、ＤＰ−ＭＺＭの光出力Ｅｏｕｔは、以下の式で表わされる。
【００５０】
【数２】
0006482070.tif 000008
【００５１】
なお単純化のため、上記の（４）〜（６）式では各ＭＺＩの光損失を無視している。また、上述のパラメータのうち、バイアス電圧Ｖｂｉａｓ−１とＶｂｉａｓ−２は常に同一の値であり、以下の検討では両者をＶｍの記号で表す。
【００５２】
Ｖｂｉａｓ−１＝Ｖｂｉａｓ−２＝Ｖｍ  ・・・（７）
“Jacobi-Anger expansion”を使うことで、ｎ次のサイドバンド相対的な出力電力Ｉｎは、以下のように与えられる。
【００５３】
【数３】
0006482070.tif 000009
【００５４】
また、d1,2,VbおよびVcはそれぞれ下式で定義されるパラメータである。
【数４】
0006482070.tif 000010
なお、上記で得られた（８）式は、α＝０．５とした時に、非特許文献２に開示されている式の一つに近似する。
【００５５】
本明細書では、第１のＭＺＩ１８ｆおよび第２のＭＺＩ１８ｇを駆動するＲＦ信号の周波数の２倍、４倍、６倍、８倍、または１０倍となる周波数間隔を有する光ツートーン信号を発生させるための最適化したパラメータは、各倍数に従ってそれぞれ計算された結果である。ＤＰ−ＭＺＭの駆動パラメータを慎重に調整することによって、純粋な光ツートーンを生成することができる。無線発振器で生成することが困難なミリ波あるいはテラヘルツ波帯の信号を、光学的な手段によって、生成することができる。
【００５６】
以下の各実施例では、光ツートーン信号を生成する際に最も良いモードを示す。なお、各光ツートーン信号は、それぞれ異なるパラメータで生成され、また、ここで示すパラメータに限定されるわけではない。
【００５７】
ここで、第１のＭＺＩ１８ｆおよび第２のＭＺＩ１８ｇを駆動するＲＦ信号の周波数の２倍、４倍、６倍、８倍、または１０倍となる周波数間隔を有する光ツートーン信号をそれぞれ発生させる場合、Ｘ＝（Ｖ１、Ｖ２、Ｖｂｉａｓ−１、Ｖｂｉａｓ−２、Ｖｂｉａｓ−３、Δφ）とし、２倍の場合をＮ＝１とし、４倍の場合をＮ＝２とし、６倍の場合をＮ＝３とし、８倍の場合をＮ＝４とし、そして１０倍の場合をＮ＝５とすると、純粋な光ツートーン信号を発生させるために満たすべき最適値は、以下の式を満たす。
【００５８】
【数５】
0006482070.tif 000011
ただし、ＩＮ（Ｘ）は、式（８）で定義されたサイドバンドの出力電力である。
【００５９】
式（８）から、不要なサイドバンドを取り除くために変数Ｖｂを以下のように選ぶことによって、容易に４つのトーンに減らすことができる５つの自由度があることが分かる。変数Ｖｂは、以下のように定められる。
【００６０】
【数６】
0006482070.tif 000012
【００６１】
【数７】
0006482070.tif 000013
【００６２】
以下、第１のＭＺＩ１８ｆおよび第２のＭＺＩ１８ｇを駆動するＲＦ信号の周波数の２倍、４倍、６倍、８倍および１０倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を発生させるための最適なパラメータについて説明する。
【実施例１】
【００６３】
実施例１では、第１のＭＺＩ１８ｆおよび第２のＭＺＩ１８ｇを駆動するＲＦ信号の周波数の２倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を発生させるための最適なパラメータについて説明する。以下のテーブル１に、分岐比αが理想的な値（０．５）である時に、所望成分である１次サイドバンド成分のパワーが最大となる各パラメータの値を示す。このように、マッハツェンダー変調器を駆動する際のパラメータを決定することによって、入力した光ツートーン信号の周波数間隔が、入力ＲＦ信号の周波数の２倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【００６４】
テーブル１に示したパラメータのうち、Ｖ１およびＶ２を除いた４つのパラメータは、以下のさらなる最適化手順においても変化させない。これにより、不要成分のうち、主キャリア成分および偶数次のサイドバンド成分のパワーを常に０に保つことができる。
【００６５】
【表６】
0006482070.tif 000014
【００６６】
所望の１次サイドバンド成分の強度Ｉ１（但し、高周波側と低周波側は同じ強度となる）、不要成分である３次および５次サイドバンド成分の強度をＩ３およびＩ５で表すと、Ｉ１、Ｉ５、Ｉ１／Ｉ３およびＩ１／Ｉ５の値は、δ１＝δ２とした場合、図９に示すように変化する。図９中の「Upper Bound」で示した線が、テーブル１に示した各パラメータの値に相当する。Ｉ１の値は可能な限り大きく保つことが望ましいが、一方で不要成分の抑圧比を表すＩ１／Ｉ３およびＩ１／Ｉ５を可能な限り大きく保つことも求められる。そこで、以下のように最適化を行う。
【００６７】
分岐比αが理想的な値、すなわち０．５である場合、Ｉ３は常に０であるので、不要成分として現れるのはＩ５である。Ｉ５の値がシステムの雑音レベル以下であれば、それ以上にＩ５の値を抑圧する必要はない。システムの雑音レベルは、ＤＰ−ＭＺＭ変調器への入力光信号パワー、ＤＰ−ＭＺＭ変調器の挿入損失、ＤＰ−ＭＺＭ光変調器とフォトダイオードの間の光損失、およびフォトダイオード自体の雑音レベルで決定されるため、図９の縦軸の値で一意に決定することはできないが、仮に同図縦軸上で６０ｄＢとすると、Ｉ５のパワーを図中の「Noise Level」で示した線より小さくする必要はない。従って、δ１およびδ２の値は、図９中の「Lower Bound」と「Upper Bound」の線で示した間の１点に設定すればよい。この間のどの点に設定するかは、生成される光ツートーン信号を利用するシステム全体の要求条件に依存するため、一意には決定できないが、少なくともこの範囲に最適点が存在する。
【００６８】
次に、分岐比αが理想的な値でなかった場合の最適化手法を説明する。一例として、分岐比αが０．４であった場合を、図９中に示している。この時は、δ１とδ２を同一の値のままで変化させると、上述の「Lower Bound」と「Upper Bound」の間でＩ１／Ｉ３はＩ１／Ｉ５より常に小さくなってしまい、不要成分の抑圧比を十分確保することが難しい。そこで、図１０に示すように、δ２のみを変化させる。すると、図９の「Lower Bound」に近接した点にＩ１／Ｉ３が最大となるピーク点が存在する。このピーク点付近にＩ１／Ｉ３≧Ｉ１／Ｉ５となる範囲が存在し、ピーク点から図１０中、右寄りでＩ１／Ｉ３＝Ｉ１／Ｉ５となる交点までの範囲が、αが０．４の時の狭義の最適範囲である。広義には、このピーク点付近において、Ｉ１／Ｉ３が生成される光ツートーン信号を利用するシステムの要求条件を満たす程度に大きい範囲が最適範囲である。
【００６９】
図４は、ＤＰ−ＭＺＭが出力するスペクトラムをシミュレーションした結果を示す図である。ここでは、α＝０．５（理想）である場合と、α＝０．４である場合を示す。図４に示すように、第５サイドバンドの抑圧比は４５ｄＢ以上であり、また両方の場合において、主搬送波、２次、３次および４次のサイドバンドは完全に消去されている。
【実施例２】
【００７０】
実施例２では、第１のＭＺＩ１８ｆおよび第２のＭＺＩ１８ｇを駆動するＲＦ信号の周波数の４倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を発生させるための最適なパラメータについて説明する。テーブル２に、分岐比αが理想的な値（０．５）である時に、所望成分である１次サイドバンド成分のパワーが最大となる各パラメータの値を示す。このように、マッハツェンダー変調器を駆動する際のパラメータを決定することによって、入力した光ツートーン信号の周波数間隔が、入力ＲＦ信号の周波数の４倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【００７１】
テーブル２に示したパラメータのうち、Ｖ１およびＶ２を除いた４つのパラメータは、以下のさらなる最適化手順においても変化させない。これにより、不要成分のうち、奇数次のサイドバンド成分のパワーを常に０に保つことができる。なお、偶数次のサイドバンドを選んだ場合は、主キャリア成分を常に０に保つことができない点が、上述の１次サイドバンド、すなわち奇数次のサイドバンドを選んだ場合とは異なる。
【００７２】
【表７】
0006482070.tif 000015
【００７３】
所望の２次サイドバンド成分の強度Ｉ２（但し、高周波側と低周波側は同じ強度となる）、不要成分である４次および６次サイドバンド成分の強度をＩ４およびＩ６で表すと、Ｉ２、Ｉ６、Ｉ２／Ｉ０、Ｉ２／Ｉ４およびＩ２／Ｉ６の値は、δ１＝δ２とした場合、図１１に示すように変化する。図１１中の「Upper Bound」で示した線が、テーブル２に示した各パラメータの値に相当する。Ｉ２の値は可能な限り大きく保つことが望ましいが、一方で不要成分の抑圧比を表すＩ２／Ｉ０、Ｉ２／Ｉ４、Ｉ２／Ｉ６およびを可能な限り大きく保つことも求められる。そこで、以下のように最適化を行う。
【００７４】
分岐比αが理想的な値、すなわち０．５である場合、Ｉ０およびＩ４は常に０であるので、不要成分として現れるのはＩ６である。Ｉ６の値がシステムの雑音レベル以下であれば、それ以上にＩ６の値を抑圧する必要はない。システムの雑音レベルは、ＤＰ−ＭＺＭ変調器への入力光信号パワー、ＤＰ−ＭＺＭ変調器の挿入損失、ＤＰ−ＭＺＭ光変調器とフォトダイオードの間の光損失、およびフォトダイオード自体の雑音レベルで決定されるため、図１１の縦軸の値で一意に決定することはできないが、仮に、同図縦軸上で６０ｄＢとすると、Ｉ６のパワーを図中の「Noise Level」で示した線より小さくする必要はない。従って、δ１およびδ２の値は図中の「Lower Bound（δｔｈ（α＝０．５））」と「Upper Bound」の線で示した間の１点に設定すればよい。この間のどの点に設定するかは、生成される光ツートーン信号を利用するシステム全体の要求条件に依存するため、位置には決定できないが、少なくともこの範囲に最適点が存在する。
【００７５】
次に、分岐比αが理想的な値でなかった場合の最適化手法を説明する。一例として、分岐比αが０．４であった場合を図１１中に示している。この時は、主キャリア成分Ｉ０が有限値となることが問題である。一般に、光ツートーン信号として利用される二つのサイドバンドの間の不要成分は、それ以外の不要成分と比べて光フィルタ等で取り除くことがより難しくなる。従って、この場合はＩ２／Ｉ０の値を可能な限り大きく保つことが好ましい。図１１に示すように、Ｉ２／Ｉ０は「Lower Bound（δｔｈ（α≠０．５））」で最大となるピーク点が存在する。このピーク点と同図中の「Upper Bound」の間がα＝０．４の時の狭義の最適範囲である。
【００７６】
図５は、ＤＰ−ＭＺＭが出力するスペクトラムをシミュレーションした結果を示す図である。ここでは、α＝０．５（理想）である場合と、α＝０．４である場合を示す。図５に示すように、α＝０．５では、主搬送波、１次、３次、４次および５次のサイドバンドは消去されている。これに対し、α＝０．４である場合は、第３のＭＺＩの上側と下側の間で、分岐比が不均衡となっていることから、３番目のサイドバンドが現れる。しかしながら、約３３ｄＢ以上の抑圧比を得ることが可能である。
【実施例３】
【００７７】
実施例３では、第１のＭＺＩ１８ｆおよび第２のＭＺＩ１８ｇを駆動するＲＦ信号の周波数の６倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を発生させるための最適なパラメータについて説明する。テーブル３に示されるように、ＤＰ−ＭＺＭの最適化されたパラメータ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖｂｉａｓ−１、Ｖｂｉａｓ−２、Ｖｂｉａｓ−３、Δφ）を選択することによって、入力ＲＦ信号の周波数の６倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【００７８】
【表８】
0006482070.tif 000016
図６は、ＤＰ−ＭＺＭが出力するスペクトラムをシミュレーションした結果を示す図である。ここでは、α＝０．５（理想）である場合と、α＝０．４である場合を示す。図６に示すように、α＝０．５である場合、７次サイドバンドの抑圧比は約３３ｄＢであり、主搬送波、１次、２次、４次、５次および６次のサイドバンドが消去されている。これに対し、α＝０．４である場合は、第３のＭＺＩの上側と下側の間で、分岐比が不均衡となっていることから、１次と３次のサイドバンドが現れる。しかしながら、約２７ｄＢの抑圧比を得ることが可能である。図６においては、α＝０．４である場合と、理想的な分岐比、すなわちα＝０．５である場合のスペクトラムを示している。図６に示すように、α＝０．４である場合は、５次のサイドバンドが現れ、抑圧比は約２２ｄＢに低下する。しかし、所望の３次サイドバンドの間にある１次のサイドバンドは消去されたままとなる。このシナリオでは、「×６ωＲＦ」の幅を有するパスバンド光フィルタによって、光ツートーン信号を取り出すことが可能であり、そして、最適値は、αから独立となる。
【実施例４】
【００７９】
実施例４では、第１のＭＺＩ１８ｆおよび第２のＭＺＩ１８ｇを駆動するＲＦ信号の周波数の８倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を発生させるための最適なパラメータについて説明する。テーブル４に示されるように、ＤＰ−ＭＺＭの最適化されたパラメータ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖｂｉａｓ−１、Ｖｂｉａｓ−２、Ｖｂｉａｓ−３、Δφ）を選択することによって、入力ＲＦ信号の周波数の８倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【００８０】
【表９】
0006482070.tif 000017
図７は、ＤＰ−ＭＺＭが出力するスペクトラムをシミュレーションした結果を示す図である。ここでは、α＝０．５（理想）である場合と、α＝０．４である場合を示す。図５に示すように、α＝０．５では、主搬送波、１次、２次、３次、５次、６次および７次のサイドバンドは完全に消去されている。これに対し、α＝０．４である場合は、第３のＭＺＩの上側と下側の間で、分岐比が不均衡となっていることから、主搬送波と６番目のサイドバンドが現れる。約２３ｄＢの抑圧比を得ることが可能である。
【実施例５】
【００８１】
実施例５では、第１のＭＺＩ１８ｆおよび第２のＭＺＩ１８ｇを駆動するＲＦ信号の周波数の１０倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を発生させるための最適なパラメータについて説明する。テーブル５に示されるように、ＤＰ−ＭＺＭの最適化されたパラメータ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖｂｉａｓ−１、Ｖｂｉａｓ−２、Ｖｂｉａｓ−３、Δφ）を選択することによって、入力ＲＦ信号の周波数の１０倍の周波数間隔を有する光ツートーン信号を生成することが可能となる。
【００８２】
【表１０】
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図８は、ＤＰ−ＭＺＭが出力するスペクトラムをシミュレーションした結果を示す図である。ここでは、α＝０．５（理想）である場合と、α＝０．４である場合を示す。図５に示すように、α＝０．５である場合およびα＝０．４である場合の両方とも、７次サイドバンドの抑圧比は２０ｄＢ以上であり、主搬送波、１次、２次、３次、４次、５次および６次のサイドバンドは完全に消去されている。実施例５の構成は、第３のＭＺＩの上側と下側の間で、分岐比が不均衡となっている場合に利点を有しているが、光ツートーン信号のピーク電力は、他の実施例と比較して最も低くなる。しかし、光アンプにより電力を増幅させることによって、補償することが可能である。
【００８３】
以上説明したように、本実施形態によれば、高い光信号対雑音比（OSNR）を実現する不要成分の高い抑圧比によって、ＬＯが発生する周波数、すなわち第１および第２のＭＺＩを駆動するＲＦ信号の２倍、４倍、６倍、８倍または１０倍の周波数の光ツートーン信号を発生することが可能となる。また、光フィルタが不要であるため、簡易に光ツートーン信号を発生させることが可能となる。また、ＤＣバイアス電力制御、ＲＦ駆動電力および位相の最適値は、理想的でないＤＰ−ＭＺＭを含め、正確に提供される。また、理想的でないＤＰ−ＭＺＭでは、上側と下側の光信号の分岐比が不均衡であることが問題となるが、本実施形態によれば、ＲＦ駆動電力の最適化するだけで、「ａｃｔｉｖｅ  Ｙ−ｂｒａｎｃｈ：ＡＹＢ」を用いることなく、高い抑圧比を得ることができる。さらに、同一の光変調器の駆動条件を変えるだけで、ＬＯが発生する周波数の２倍、４倍、６倍、８倍または１０倍の周波数を発生することが可能となる。これにより、マイクロ波はもとより、ミリ波、テラヘルツ波の周波数帯域を含む広い範囲の周波数を有するＲＦ信号を発生することが可能となる。
【符号の説明】
【００８４】
１０  光ツートーン信号発生部
１２  光伝送路
１４  ＤＭＵＸ（Optical De-Multiplexer：光デマルチプレクサ）
１６ａ  光伝送路
１６ｂ  光伝送路
１８  光変調器
１８ａ  ＬＤ（Laser Diode）
１８ｂ  ＬＯ（Local Oscillator）
１８ｃ  ＶＡ（Variable Attenuator）
１８ｄ  ＶＡ（Variable Attenuator）
１８ｅ  ＰＳ（Phase shifter）
１８ｇ  第１のＭＺＩ（Mach-Zehnder Interferometer）
１８ｆ  第２のＭＺＩ（Mach-Zehnder Interferometer）
１８ｈ  第３のＭＺＩ（Mach-Zehnder Interferometer）
２０  ＭＵＸ（Optical Multiplexer：光マルチプレクサ）
２２  光伝送路
２４  光源変換部（High Speed PD）
２６  アンテナ
Ｖπ  ＭＺＩの半波電圧
Ｖ１  第１のＭＺＩのＲＦ駆動電圧
Ｖ２  第２のＭＺＩのＲＦ駆動電圧
Ｖｂｉａｓ−１  第１のＭＺＩのＤＣバイアス電圧
Ｖｂｉａｓ−２  第２のＭＺＩのＤＣバイアス電圧
Ｖｂｉａｓ−３  第３のＭＺＩのＤＣバイアス電圧
Δφ  第１のＭＺＩのＲＦ信号と第２のＭＺＩのＲＦ信号との位相差
Ｊｎ（．）  ｎ次の第一種ベッセル関数
α  第３のＭＺＩのＹ−ｂｒａｎｃｈ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅにおける分岐比
ωＲＦ  光ツートーン信号発生部が発生する光ツートーン信号の周波数間隔（ＬＯが発生する周波数）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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