(57)【要約】光学リンクによって搬送されることになるＲＦ信号は、２つの光学ビーム上に変調される。変調器は、一方のビーム上で搬送される歪み成分が他方のビームと比較して、基本波と比較して相対的により大きくなるように異なって同調される。ビームのうちの一方は、適切なブリルアンシフト周波数だけ光学的にアップコンバートされ、２つのビームは、ブリルアングレーティングを作成するために光学導波管を通って逆伝搬される。グレーティングは、リンクの出力において、歪み成分が有意な信号が存在しないように歪み成分を基本波から分離するように作用する。【選択図】図２
2021500613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学信号における歪みを低減するための装置であって、前記装置は、
光学導波管と、
信号を受信するための入力と、
前記入力において受信された前記信号を搬送するように変調された第１のコヒーレント光ビームを生成するための手段と、
前記入力において受信された前記信号を搬送するように変調された第２のコヒーレント光ビームを生成するための手段と
を備え、前記第１の光ビーム及び第２の光ビームの光学周波数は、ブリルアン条件を満たすために異なり、それにおいて、前記第１及び第２の光ビームは、異なる基本波対歪み成分比を有し、
前記装置は、誘導ブリルアン散乱を通して前記光学導波管中でダイナミックブリルアングレーティングを生成するために、前記第１のコヒーレント光ビームに、第１の方向に前記光学導波管に沿って伝搬させ、前記第２の光ビームに、反対方向に前記光学導波管に沿って伝搬させるように構成される、装置。
【請求項２】
前記第２のコヒーレント光ビームは、前記第１のコヒーレント光ビームより低い基本波対歪み成分比を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のコヒーレント光ビームを前記生成するために手段は、前記第１のコヒーレント光ビームが前記第２のコヒーレント光ビームと比較して相対的に高い基本波対歪み成分比を有するように、前記変調された第２のコヒーレント光ビームを前記生成するための手段と比較して相対的に高い効率且つ相対的に高い線形を有するように同調された第１の光学変調器を備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のコヒーレント光ビームを前記生成するための手段は、単側波帯（ＳＳＢ）変調器を備える、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
第２のコヒーレント光ビームを前記生成するための手段は、前記第２のコヒーレント光ビームが前記第１のコヒーレント光ビームに比べて相対的に低い基本波対歪み成分比を有するように、前記第１の変調器と比較して離調された変調器を備える、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記離調された変調器は、実質的にパイ（π）でバイアスされる、請求項５に記載された無線受信機。
【請求項７】
前記第２のコヒーレント光ビームを前記生成するための手段は、単側波帯（ＳＳＢ）変調器を備える、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
ブリルアン条件を満たすために、前記第１の光学ビームに対して前記第２の光学ビームの前記周波数をシフトするための手段を備える、請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記ダイナミックブリルアングレーティングを通過した前記第１の光ビームの一部分を受信するように構成された光学受信機を備える、請求項２〜８のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記光学受信機からの出力を受信するように構成されたアナログ−デジタルコンバータを備える、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
ビート周波数だけ対象周波数からシフトされた周波数で変調された第３のコヒーレント光ビームを生成するための手段、ブリルアングレーティングを通過した出力光学信号を前記第３のビームと結合するように構成されたフォトニックミキサを備え、それにおいて、前記光学受信機は、前記ビート周波数を搬送する電気信号を出力するために、前記フォトニックミキサから前記出力を受信するように構成される、請求項９又は１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記変調された第２のコヒーレントビームを、それが前記光学導波管を通って伝搬される前に増幅するように構成された増幅器を備える、請求項１〜１１のうちのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記増幅器は、前記ブリルアングレーティングを通過した前記光ビームの一部分における前記歪みがノイズフロア未満となるのに十分な程度に前記第１の光ビームの光学歪み成分を前記グレーティングに散乱させるパワーにまで前記第２の変調された光ビームを増幅するように構成される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
無線受信機システムであって、
無線周波数受信機及び光学リンクを備え、前記光学リンクは、
光学導波管と、
前記無線周波数受信機から信号を受信するための入力と、
前記入力において受信された信号を搬送するように変調された第１のコヒーレント光ビームを生成するための手段と、
前記入力において受信された前記信号を搬送するように変調された第２のコヒーレント光ビームを生成するための手段と
を備え、前記第１の光ビーム及び第２の光ビームの光学周波数は、ブリルアン条件を満たすために異なり、それにおいて、前記第１及び第２の光ビームは、異なる基本波対歪み成分比を有し、
前記装置は、誘導ブリルアン散乱を通して前記光学導波管中でダイナミックブリルアングレーティングを生成するために、前記第１のコヒーレント光ビームが第１の方向に前記光学導波管に沿って伝搬し、前記第２の光ビームが反対方向に前記光学導波管に沿って伝搬するように構成される、無線受信機システム。
【請求項１５】
光学信号における歪みを低減するための方法であって、前記方法は、
信号を搬送するように第１のコヒーレント光ビームを変調し、光学導波管に沿って前記変調されたコヒーレント光ビームを伝搬することと、
前記信号を搬送するように第２のコヒーレント光ビームを変調し、光学導波管に沿って前記変調されたコヒーレント光ビームを伝搬することと、
前記第１の光ビームとは反対方向に前記光学導波管を通って前記第２の光ビームを伝搬することによって、誘導ブリルアン散乱を使用して前記光学導波管中でダイナミックブリルアングレーティングを生成することと、それにおいて、前記第１及び第２の光ビームは、異なる基本波対歪み成分比を有するように変調される、
を備える、方法。
【請求項１６】
前記第２の光ビームは、前記第１の光ビームより低い基本波対歪み成分比を有するように変調され、光学−電子トランスデューサは、前記ブリルアングレーティングを通過した前記第１のビームの一部分を受信するように構成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２のビームは、離調された光学変調器によって変調される、請求項１５又は１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２のビームは、実質的にπに離調された光学変調器によって変調される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の光ビームは、ブリルアン散乱のために反ストークスシフトに実質的に等しい周波数だけアップコンバートされる、請求項１５〜１７のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の変調されたビームは、前記光学導波管を通って伝搬される前に増幅される、請求項１５〜１９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の変調されたビームは、光学歪みから引き起こされた歪み成分がノイズフロア未満となるようなパワーに増幅される、請求項１５〜２０のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の光ビームは、単側波帯（ＳＳＢ）変調器によって変調される、請求項１５〜２１のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１及び第２のコヒーレント光ビームを作成するために、コヒーレント光ビームを分割することを備える、請求項１５〜２２のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
アナログ−デジタルコンバータは、前記光学−電子トランスデューサの出力を受信するように構成される、請求項１５〜２３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
第３の光ビームは、前記アナログ−デジタルコンバータの動作帯域幅内にある分離周波数だけ対象周波数から離間される周波数がその上に課されるように変調され、前記第３のビームは、前記光学−電子トランスデューサによって受信される混合されたビームを形成するために、前記ブリルアングレーティングを通過した前記第１のビームの一部分と混合される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ＲＦ受信機又はＲＦ送信機に接続されたフォトニックリンクの光学信号における歪みを低減するための方法であって、前記方法は、
前記ＲＦ受信機によって受信される又は前記ＲＦ送信機によって送信される信号を搬送するように第１のコヒーレント光ビームを変調し、光学導波管に沿って前記変調されたコヒーレント光ビームを伝搬することと、
前記ＲＦ受信機によって受信される又は前記ＲＦ送信機によって送信される前記信号を搬送するように第２のコヒーレント光ビームを変調し、光学導波管に沿って前記変調されたコヒーレント光ビームを伝搬することと、
前記第１の光ビームとは反対方向に前記光学導波管を通って前記第２の光ビームを伝搬することによって、誘導ブリルアン散乱を使用して前記光学導波管中でダイナミックブリルアングレーティングを生成することと、前記第１のビーム及び第２のビームの光学周波数は、ブリルアン条件を満たす量が異なり、
それにおいて、前記第１及び第２の光ビームは、異なる基本波対歪み成分比を有するように変調される、
を備える、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、光学信号における歪みを低減する装置及び方法に関する。本発明は、電子戦（electronic warfare：ＥＷ）システムにおける超広帯域フォトニック無線周波数受信機（ＲＦ）と共に使用されるフォトニックリンクに対して考案されたが、本発明は、長距離電気通信ケーブルにおける歪みを除去するためなどの他の用途を有し得る。
【０００２】
ＲＦフィルタリングを使用する現在の非フォトニックＥＷ受信機は、中間の５０ｄＢの典型的なダイナミックレンジを有する。フォトニックＲＦリンクは、フィルタリングなしで同じ周波数範囲及び帯域幅に対してわずかに良好なダイナミックレンジを達成する。従って、フォトニックＲＦリンクは、ＥＷ受信機に改善されたダイナミックレンジを提供するための有望なルートを提供する。
【０００３】
フォトニックＲＦ信号のダイナミックレンジは、光学ビームを変調して受信ＲＦ信号を搬送する変調器によって、変調プロセスを通して導出される歪み成分が優勢になり始める前に適用されることができる光学変調の量（典型的には４％）によって制限される。本発明の目的は、フォトニックＲＦ信号のダイナミックレンジを改善することである。
【背景技術】
【０００４】
ブリルアン散乱は、光搬送媒体内の光学不均一性（optical inhomogeneity）から生じる非弾性光学光散乱（inelastic optical light scattering）の形態である。光学媒体内部の分子の熱運動は、光学材料内の音響振動の形成につながる局所的な密度変動を引き起こす。そのような波は、音響フォノンを表す。入射光とこれらのフォノンとの相互作用は、ブリルアン散乱をもたらす。
【０００５】
自然ブリルアン散乱（Spontaneous Brillouin scattering）は、光学媒体内の自然な熱変動によって引き起こされる。しかしながら、媒体を通って伝播される光ビームの強度が十分に高いとき、光ビームの電場における変動は、材料内に音響振動を誘発する可能性がある。これらの誘発された音波によって引き起こされる散乱は、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ：Stimulated Brillouin scattering）として知られている。
【０００６】
入射ビームの周波数からの散乱光の光学周波数における変化は、ストークスシフトと呼ばれる。より低い周波数にシフトされる散乱光は、ストークス成分として示され、より高い周波数に散乱される光は、反ストークス成分として示される。
【０００７】
ブリルアン散乱光のストークスシフト（ブリルアンシフト）は、光学材料内の音響波の周波数に等しい。シリカ光ファイバでは、約１．５５μｍの波長を有する入射光からのブリルアン散乱光のストークスシフトの典型的な値は、１０．８ＧＨｚである。これは、シリカ中の音速（Ｖ＝５９００ｍ／ｓ）とシリカの屈折率ｎ＝１．４６との結果である。
【０００８】
ＳＢＳの適用では、信号を搬送する第１の弱いビームが、第１の方向に光学材料を通って伝搬され、ＳＢＳをもたらすのに十分な光学パワーの第２の光ビームが、反対方向に光学材料を通って伝搬される。逆伝搬するビームが適切に偏光されるように構成し、光学媒体に対するブリルアンシフトによって周波数を分離することによって、形成されるダイナミックブリルアングレーティング（Dynamic Brillouin grating）は、信号の一部分を第１のビーム源に向けて反射して戻すように作用する。
【０００９】
ダイナミックブリルアングレーティングの生成及びその背後にある原理を説明する更なる情報は、Generation and Application of Dynamic Grating in Optical Fibres using Stimulated Brillouin Scattering; Nikolay Primerov; Thesis No. 5615 (2013); Ecole Polytechnique Federale De Lausannaに見出されることができ、それは、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。
【発明の概要】
【００１０】
第１の態様では、光学信号における歪みを低減するための装置が提供され、前記装置は、コヒーレント光源と、光学導波管と、信号を受信するための入力（例えば、ＲＦ受信機からのＲＦ信号（例えば、ＥＷ信号））と、前記入力において受信された信号を搬送するように変調された第１のコヒーレント光ビームを生成するための手段と、前記入力において受信された前記信号を搬送するように変調された第２のコヒーレント光ビームを生成するための手段とを備え、前記第１の光ビーム及び第２の光ビームの光学周波数は、ブリルアン条件を満たすために異なり、それにおいて、前記第１及び第２の光ビームは、異なる基本波対歪み成分比（fundamental to distortion product ratios）を有し、前記装置は、誘導ブリルアン散乱を通して前記光学導波管中でダイナミックブリルアングレーティングを生成するために、前記第１のコヒーレント光ビームが第１の方向に前記光学導波管に沿って伝搬し、前記第２の光ビームが反対方向に前記光学導波管に沿って伝搬するように構成される。
【００１１】
第１及び第２のビームは、異なる基本波：歪み成分比（即ち、基本波の振幅対最大振幅歪み成分の振幅の比）を有するので、ダイナミックブリルアングレーティングは、信号中の基本波又は歪み成分のうちの一方を他方より優先的に反射するように作用することになる。装置の選ばれた構成に応じて、グレーティングを透過されたビーム又はグレーティングから反射されたビームのいずれかは、グレーティングに入射する前の変調された光ビームと比較して、低減されたＲＦ歪み成分を有することになる。従って、装置は、低減された歪みＲＦ歪み成分を有する信号を搬送するグレーティングからの出力ビームを受信するように構成された電子−光学トランスデューサを含み得る。
【００１２】
そのため、装置は、信号を搬送するように光を変調するプロセスを通して導入される歪み成分を低減又は除去する効率的な手段を提供し、ＲＦ受信機と共に使用される既存の光学及び電子リンケージと比較して、より高いスペクトルフリーの（spectrally free）ダイナミックレンジを有する出力信号を提供する。
【００１３】
第２のビームは、グレーティングを形成するために誘導ブリルアン散乱をもたらすのに十分な光学パワーを有し得る。第２のビームは、第１のビームより高い光学パワーを有し得る。装置は、グレーティングを通って伝播した第１の光ビームの一部分を受信するように構成された光学受信機を備え得る。代替的に、光学受信器は、グレーティングから反射された第１の光ビームの一部分を受信するように構成され得る。
【００１４】
１つの構成では、第２のビームは、反ストークス周波数シフトに実質的に等しい大きさだけ（例えば、第２のビームをアップコンバートすることを通して）第１のビームより高い周波数（より短い波長）を有し、第２のビームは、第１のビームより小さい基本波対歪み成分比を有し得、光学受信機は、グレーティングを透過された、即ち、第１のビームの方向に進む第１の光ビームの一部分を受信するように構成され得る。
【００１５】
代替的に、あまり好ましくはないが、第２のビームは、ストークス周波数シフトだけ（例えば、ダウンコンバートすることを通して）第１のビームより低い周波数を有し得、第２のビームは、第１のビームより小さい基本波：歪み比を有し得、光学受信機は、グレーティングによって散乱（反射）される、即ち、第１のビームとは反対方向に進む第１のビームの一部分を受信するように構成され得る。第２の構成の認識される欠点は、自然ブリルアン散乱が出力の品質を低減し得ることである。
【００１６】
グレーティングからの出力光学信号における歪み成分の振幅は、基本波と比較して実質的に低減され、好ましくは、最大歪み成分の振幅がノイズフロアを下回るように低減されるので、光学変調器は、より高い変調器指数（任意選択で１００％に近い）で動作するように設定されることができ、それにより、出力信号の信号対雑音比を改善する。
【００１７】
装置は、ＲＦ受信機のための光学リンクとして使用され得る。そのような実施形態では、光学変調器に供給される信号を増幅するために使用されるＲＦ受信機の増幅器は、典型的には、光学変調中に作成される歪み成分と整合する少なくともいくつかの歪み成分を生成するであろう。それにより、装置は、電気領域中の増幅器並びに光学変調器から導出される歪み成分を低減／実質的に除去するように更に有利に作用することになる。
【００１８】
装置は、光源からのコヒーレント光を変調して第１の光ビームを提供する第１の変調器を有するコヒーレント光源を備え得る。
【００１９】
装置は、第２の変調された光ビームを生成するために、コヒーレント光（例えば、コヒーレント光源からのコヒーレント光の一部分、この場合、装置は、スプリッタを更に含み得る）を変調するように構成された第２の変調器を備え得る。
【００２０】
代替的に、第２の変調された光ビームは、変調されたコヒーレント光源によって生成されることができる。
【００２１】
第２の光ビームがより低い基本波：歪み成分の比を有するために、第２の変調器は、第１の変調器と比較して離調され得る。第２の変調器は、実質的にπに同調され得る。
【００２２】
ダイナミックレンジが変調深度の二乗に依存することを考慮すると、装置は、典型的には４％の変調深度を使用する現在のシステムに対して２８ｄＢまでのダイナミックレンジの増大を提供することができることが期待される。
【００２３】
第１及び第２のビームの両方が信号を搬送するように変調されるので、グレーティングは、歪み成分の変化する周波数を除去するために、変化する信号（例えば、ＥＷスペクトル）と自動整合するであろう。
【００２４】
第１及び第２のビームは典型的には別々に変調されることになるので、第１のビームにおける異なる歪み成分の相対的なサイズは、第２のビームにおける歪み成分の相対的なサイズとは異なり得る。装置は、第２のビームを増幅するように構成された増幅器を備え得る。これにより、第２のビームのゲインを調整してグレーティングの強度を制御し、第１のビームにおける最大歪み成分をノイズフロア未満に抑圧することができる。これは、比較的小さい歪み成分の過剰抑圧をもたらし得るが、全ての抑圧された歪み成分の合計幅が合計の観察された帯域幅と比較して非常に狭くなるので、少なくともＥＷの用途については、信号品質に対して有する有害な影響は非常に小さい。
【００２５】
グレーティングの出力における基本波の減衰に応じて、装置は、出力信号を増幅するための光学増幅器（例えば、ＥＤＦＡタイプ又はその他）を備え得る。
【００２６】
光学導波管は、光ファイバを備え得る。
【００２７】
グレーティングを構築するのに必要とされるブリルアンシフトのサイズは、物理的特性、例えば、光学導波管材料の音速及び屈折率、導波管における応力、並びに第１及び第２のビームの波長に依存するであろう。シリカガラス繊維が導波管材料として使用される場合、ブルリアン条件を満たすために約１０ＧＨｚ〜１１ＧＨｚのシフトが必要とされる可能性がある。これは、シリカ以外の材料又はシリカに加えて材料を備える導波管を使用する場合、調整される必要があり得る。シリカ繊維の可能な代替物の例は、有利な光学特性を有する材料（１つ以上）を保持し得る空洞を含むフォトニック結晶繊維である。
【００２８】
第２のビームの光学パワーは、出力信号におけるレイテンシを低減するために、光学導波管の長さに対してトレードされ得る。より強力な第２のビームは、より短い導波管の使用を可能にするであろう。
【００２９】
光学光源及び光学変調器は、例えば、別個の光源及び変調器又は単一ユニット変調光源によって提供され得る。
【００３０】
第１及び第２の光ビームは、信号を搬送するように振幅変調され得る。第１の光学変調器は、単側波帯（ＳＳＢ）変調器であり得る電子−光学変調器を備え得る。第２の光学変調器は、単側波帯変調（ＳＳＢ）変調器であり得る電子−光学変調器を備え得る。ＳＳＢ変調器の使用は、２つの側波帯間の起こり得る干渉を補償する必要性を回避する。
【００３１】
任意選択で、第１及び／又は第２の変調器は、搬送波抑圧単側波帯変調器を備え得る。これは、光学受信機へのビームのパワーを有利に低下させ、より良好なパワー処理を可能にし、ノイズを低下させる。
【００３２】
コヒーレント光源、例えば、レーザは、実質的に１５５０ｎｍを中心とする波長Cバンドを有するコヒーレント光を出力するように構成され得る。これは、多くの市販のコンポーネントがこの波長で動作するように適合されているので好ましい。しかしながら、装置は、原理的には、紫外線からテラヘルツの範囲内に入る他の波長の第１及び第２の光学ビームを使用し得る。
【００３３】
装置は、変調器のうちの一方又は両方を駆動するために、アンテナ及びＲＦ増幅器を含み得るＲＦ受信機を備え得る。ＲＦ受信機は、両方の変調器を駆動するために使用され得る。ＲＦ受信機は、例えば、１ＫＨｚ〜１００ＧＨｚ、好ましくは３ＫＨｚ〜１００ＧＨｚの帯域幅内の任意のＥＷ信号を受信するように構成された、非常に広帯域の受信機であり得る。
【００３４】
装置は、光学受信機から電気出力を受信するように構成されたアナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を備え得る。
【００３５】
現在のＡＤＣは、所望される忠実度に対して約２ＧＨｚの周波数までしか変換しないので、装置は、グレーティングからの出力をＡＤＣが変換することができる周波数にダウンコンバートするための手段を備え得る。
【００３６】
１つの構成では、装置は、グレーティングからの出力信号をダウンコンバート又はアップコンバートするために、電子ミキサを含み得るが、より好ましくは、より少ない歪みを提供するフォニックコンバータを含み得る。
【００３７】
装置は、グレーティングからの出力ビームを、局部発振器（ｌｏ）で同調されたＳＳＢ搬送波抑圧変調器によって変調された第３のコヒーレント光ビームと結合するように構成されたコンバイナ（例えば、偏光コンバイナ）を備え得る。局部発振器をＡＤＣの動作帯域幅（operational bandwidth）内の周波数だけ対象周波数（a frequency of interest）からシフトされた周波数に同調させることによって、ＡＤＣが変換することができる周波数でビート信号が光学受信機の出力において生成される。
【００３８】
本発明は、方法の観点からも説明され得、従って、本発明の別の態様では、光学信号における歪みを低減するための方法が提供され、前記方法は、
信号を搬送するように第１のコヒーレント光ビームを変調し、光学導波管に沿って前記変調されたコヒーレント光ビームを伝搬することと、
前記信号を搬送するように第２のコヒーレント光ビームを変調し、光学導波管に沿って前記変調されたコヒーレント光ビームを伝搬することと、
前記第１の光ビームとは反対方向に前記光学導波管を通って前記第２の光ビームを伝搬することによって、誘導ブリルアン散乱を使用して前記光学導波管中でダイナミックブリルアングレーティングを生成することと、前記第１のビームの光学周波数は、ブリルアン条件を満たす量が前記第２のビームの光学周波数とは異なり、
それにおいて、前記第１及び第２の光ビームは、異なる基本波対歪み成分比を有するように変調される、
を備える。
【００３９】
第２の光ビームは、第１の光ビームより低い基本波−歪み成分比を有するように変調され得、第２の光ビームは、ブリルアンシフトによってアップコンバートされ得、使用される出力は、ブリルアングレーティングを通過した第１のビームの一部分である。代替的に、あまり好ましくはないが、第２のビームは、第１の光ビームより高い基本波−歪み成分比を有するように変調され、ストークスシフトによってダウンコンバートされ得る。
【００４０】
第２のビームは、離調された光学変調器によって変調され得る。例えば、第２のビームは、実質的にπに同調された光学変調器によって変調される。
【００４１】
第２の光ビームは、ブリルアン散乱のためのストークス（ブリルアン）シフトに実質的に等しい周波数だけアップコンバートされ得る。
【００４２】
第２の変調されたビームは、光学導波管を通って伝搬される前に増幅され得る。増幅は、変調された第２のビームへのストークスシフトの適用に続いて生じ得る。
【００４３】
第２の変調されたビームは、少なくとも、光学歪みから引き起こされた歪み成分をノイズフロア未満のレベルまで低減するのに必要なパワーに増幅され得る。
【００４４】
第１の光ビームは、単側波帯（ＳＳＢ）変調器によって変調され得る。
【００４５】
方法は、コヒーレント光ビームを分割して第１及び第２のコヒーレント光ビームを作成することを含み得る。
【００４６】
出力は、光学−電子トランスデューサによって電気信号に変換され得る。アナログ−デジタルコンバータは、光学−電子トランスデューサの出力を受信するように構成され得る。
【００４７】
第３の光ビームは、アナログ−デジタルコンバータの動作帯域幅内にある分離周波数（separation frequency）だけ対象周波数から離間された周波数をその上に課すように変調され得る。ブリルアングレーティングを通過した第１のビームの一部分は、第３のビームと結合され、光学−電子トランスデューサは、結合された第１及び第３のビームを受信するように構成される。
【００４８】
別の態様では、ＲＦ受信機と信号プロセッサとの間のフォトニックリンクの光学信号における歪みを低減するための方法が提供され、前記方法は、
前記ＲＦ受信機によって受信される信号を搬送するように第１のコヒーレント光ビームを変調し、光学導波管に沿って前記変調されたコヒーレント光ビームを伝搬することと、
前記ＲＦ受信機によって受信される前記信号を搬送するように第２のコヒーレント光ビームを変調し、光学導波管に沿って前記変調されたコヒーレント光ビームを伝搬することと、
前記第１の光ビームとは反対方向に前記光学導波管を通って前記第２の光ビームを伝搬することによって、誘導ブリルアン散乱を使用して前記光学導波管中でダイナミックブリルアングレーティングを生成することと、前記第１のビームの光学周波数は、ブリルアン条件を満たす量が前記第２のビームの光学周波数とは異なり、
それにおいて、前記第１及び第２の光ビームは、異なる基本波対歪み成分比を有するように変調される、
を備える。
【００４９】
ここで、本発明は、以下の図面を参照して例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】光学歪み除去メカニズムの機能概略図である。
【図２】光学歪み除去メカニズムを組み込んだ光学リンクを備える広帯域ＲＦフォトニック受信機の概略図である。
【図３】更なる変形広帯域ＲＦフォトニック受信機の概略図である。
【図４】図２の広帯域ＲＦフォトニック受信機の変形の概略図である。
【図５】電気ミキサの出力から歪みを除去するために使用されるフォトニックリンクの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１は、ＲＦ受信機、例えば、１Ｋｈｚ〜１００ＧＨｚのＥＷ信号を受信するように適合された広帯域受信機と共に使用するための光学リンクの一部である歪み除去装置の機能概略図を例示する。
【００５２】
基本波及び不要歪み成分の両方が課された第１の光ビームは、第１の方向に光学導波管を通って伝搬される。基本波及び不要歪み成分の両方が課された第２の光ビームは、第１のビームとは反対方向に光学導波管を通って伝搬する。基本波の振幅対最大歪み成分の振幅の比は、第１の光ビームの等価比より第２のビームの方が低い。言い換えれば、基本波に対する歪み成分の振幅は、第１のビームと比較して第２のビームにおいて相対的により大きい。第２の光ビームは、第１のビームの周波数に対して、導波管材料についての反ストークス周波数だけ周波数シフトされる（ブリルアンシフト）。
【００５３】
第２のビームは、第１のビームを反対方向に部分的に反射して戻すように作用するダイナミックＳＢＳグレーティングを導波管中に生成するのに十分な光学パワーを有する。
【００５４】
第２のビームは、第１のビームと比較してより低い基本波対歪み成分の比を有するので、グレーティングは、基本波より第１のビーム内の歪み成分を優先的に反射する。そのため、グレーティングを通過する第１の光ビームの一部分は、グレーティングに入射する前の第１のビームと比較して、基本波に対して低減された振幅の歪み成分を有する。言い換えれば、出力は、第１のビームより高い基本波対歪み成分比を有する。装置は、グレーティングを透過された第１のビームの一部分を受信するように構成された光学−電気トランスデューサを含み得る。
【００５５】
第２のビームが十分な光学パワーを有する場合、全ての歪み成分の振幅は、非常に高いスペクトルフリーのダイナミックレンジを有する出力を提供するように、ノイズフロア未満まで除去されることができる。
【００５６】
ＳＢＳグレーティングを生成するために必要とされるビームの光学パワーは、使用される光学媒体に依存し、それは、経験的な実験を通して簡単に決定されることができる。第１及び第２のビームの偏光は、グレーティングを生成するために適切に制御される必要がある。そのような制御は、上述のNikolay Primerov論文に教示されているが、当業者には知られている。
【００５７】
図２は、ＥＷ ＲＦ受信機と、図１の歪み除去装置を利用する光学リンケージとの概略図である。
【００５８】
レーザ１、典型的には分布帰還型レーザ（a distributed feedback laser）、第１のスプリッタ２、偏光コントローラ３、単側波帯搬送波抑圧（ＳＳＢ（Ｃ））変調器４、誘導ブリルアンダイナミックグレーティングが生成される光学媒体５（典型的には光ファイバ長、例えば、単一モードファイバ）、光学コンバイナ６、高周波フォトダイオード９、デジタルＥＷシステムによる受信のための出力を有するアナログデジタルコンバータ１０、離調された変調器１２、反ストークス周波数だけ入力をアップコンバートするように同調されたフォトニックアップコンバータ１３、光学増幅器（例えば、ＥＤＦＡ）、及び第２の偏光コントローラ１５が示されている。
【００５９】
装置は、ＲＦアンテナ及び増幅器を備えるＥＷ受信機１８と、広帯域ＲＦカプラ１９とを更に含む。
【００６０】
受信機１８によって受信されたＥＷ信号は、ＡＤＣ１０が分解することができる周波数でフォトダイオード９がビートすることを保証するように同調された局部発振器（ｌｏ）と、広帯域ＲＦカプラ１９（例えば、ウィルキンソンカプラ）を通して結合される。カプラ１９からの出力は、変調器４及び１２を駆動するために使用される。
【００６１】
レーザ１は、第１のスプリッタ２によって第１の光ビームＬ１と第２の光ビームＬ２とに分割される、例えば、近赤外周波数のコヒーレント光ビームを提供する。
【００６２】
ＳＳＢ（Ｃ）変調器４によって変調された第１の光ビームＬ１及び第２の光ビームＬ２は、第１の光ビームＬ１と第３の光ビームＬ２との両方が受信機１８から供給されるＥＷ信号を搬送するように、離調された変調器１２によって変調される。
【００６３】
第１及び第２の変調器の両方は、任意選択でマッハ・ツェンダー変調器である。第１の変調器は、高効率で、例えばπ／２にバイアスされる。
【００６４】
離調された変調器Ｌ２は、Ｌ２がＬ１より小さい基本波の振幅：最大歪み成分の振幅の比を有するように、πでバイアスされる。
【００６５】
Ｌ２における歪み成分の振幅は、依然として基本波の振幅より小さくあり得る（ただし、基本波より大きい振幅の方が好ましい）。
【００６６】
変調されたビームＬ２は、反ストークス周波数（典型的には、光ファイバを構築するために使用される材料（１つ以上）に応じて約１１ＧＨｚ）だけアップコンバートされ、次いで、（例えば、ＥＤＦＡタイプ又は他の）光学増幅器１４によって増幅される。
【００６７】
第１のビームＬ１及び第２のビームＬ２は、光ファイバ５を通って逆伝搬される。第２のビームＬ２は、光ファイバ５内にブリルアングレーティングを誘起するのに十分なパワーを有する。
【００６８】
偏光コントローラ３及び１５は、ファイバ５内でブリルアングレーティングが正しい向きで発生してＬ１の所望される反射を提供するように、それぞれＬ１及びＬ２の偏光を制御するために使用される。この技術は、当業者によく知られている。
【００６９】
第２のビームＬ２における基本波：歪み成分の振幅の比は、第１のビームＬ１における基本波対歪み成分の振幅の比より低いので、グレーティングは、基本波よりＬ１内の歪み成分を優先的に反射し、これは、ファイバ５中のグレーティングを透過されたＬ１の一部である出力ビームＬ３が、Ｌ１より大きい基本波：歪み成分の比を有することを意味する。このことから、Ｌ３は、Ｌ１より高いスペクトルフリーのダイナミックレンジを有する。
【００７０】
Ｌ２における歪み成分の振幅は、Ｌ１によって搬送される歪み成分を反射するのにブリルアングレーティングが効果的となるには閾値レベルを超える必要があることが理解されよう。
【００７１】
Ｌ２の光学パワーは、増幅器１４の制御を通して調整されることができる。有利には、Ｌ２は、Ｌ３内の全ての歪み成分をノイズフロア未満に低減するのに十分に光学的に強力であるように作られる。
【００７２】
Ｌ２の光学パワーを増大させることによって、歪み成分は、より強く反射され、それは、ファイバ５の短縮を可能にし、このことから、Ｌ１に対するＬ３の信号のレイテンシを低減する。Ｌ２のパワー、及びこのことからグレーティングの効率に応じて、ファイバ５は、長さが数十メートルから数キロメートルの間であり得る。
【００７３】
出力ビームＬ３は、対応する電気信号を出力するフォトダイオード９（任意選択で、ＥＤＦＡ又は同等物などの更なる増幅器によって事前に増幅される）によって受信される。フォトダイオード９の出力におけるビートは、ＡＤＣ１０によって検出される。いくつかの実施形態では、増幅器は、ＡＤＣ１０に入力されるフォトダイオード９からの出力を増幅するように位置付けられ得る。ＡＤＣの出力は、分析のためにデジタルＥＷシステムに供給され得る。
【００７４】
離調された変調器１２は、変調された第２のビームＬ２の基本波：歪み成分比が変調された第１のビームＬ１より小さい限り、π以外でバイアスされ得ることが理解されよう。
【００７５】
離調された変調器１２を使用するのではなく、直接変調されたレーザが低周波（約１０ＧＨｚ未満）で使用され得る。この構成は、大きな歪み成分を自然に生成することができる。直接変調されたレーザが使用される場合、レーザ１と同じ波長を有し、レーザ１と同じ又はそれより大きい線幅を有するべきである。
【００７６】
Ｌ２が既に十分に強力である場合、増幅器１４を省くことが可能であり得る。
【００７７】
逆伝搬ビームの経路は、グレーティングを生成するために、逆伝搬ビームが同時にファイバ５を通過するように構成されるべきである。これは、光学成分及び／又はレーザ１のパルス長によって引き起こされる遅延を考慮して、光学経路長を実質的に同じにすることを必要とする。
【００７８】
図３は、変形ＥＷ ＲＦ受信機と、図１の歪み除去装置を利用し、フォトニック混合を提供する光学リンケージとの概略図である。図２の実施形態と共通の部分には、同様の番号が付されている。
【００７９】
レーザ１、典型的には分布帰還型レーザ、第１のスプリッタ２、偏光コントローラ３、単側波帯搬送波抑圧（ＳＳＢ（Ｃ））変調器４、誘導ブリルアンダイナミックグレーティングが形成される光学媒体５（典型的には光ファイバ長、例えば、単一モードファイバ）、光学コンバイナ６、第２の偏光コントローラ７、偏光コンバイナ８、高周波フォトダイオード９、デジタルＥＷシステムへの出力を有するアナログデジタルコンバータ１０、第２の光学スプリッタ１１、離調された変調器１２、アンチストークス周波数だけ入力をアップコンバートするように同調されたフォトニックアップコンバータ１３、光学増幅器（例えば、ＥＤＦＡ）、及び第３の偏光コントローラ１５が示されている。
【００８０】
装置は、適切な局部発振器を有する同調された搬送波抑圧ＳＳＢコンバータ１６と、第４の偏光コントローラ１７とを更に備える。
【００８１】
装置は、ＳＳＢ（Ｃ）変調器４及び離調された変調器１２を駆動する、ＲＦアンテナ及び増幅器を備えるＥＷ受信機１８を更に含む。
【００８２】
レーザ１は、第１のスプリッタ２によって第１の光ビームＢ１と第２の光ビームＢ２とに分割される、例えば、近赤外周波数のコヒーレント光ビームを生成する。第２の光ビームＢ２は、第３の光ビームＢ３と第４の光ビームＢ４とに更に分割される。
【００８３】
第１の光ビームＢ１と第３の光ビームＢ３との両方が、受信機１８から供給されるＥＷ信号を搬送するように、第１の光ビームＢ１は、ＳＳＢ（Ｃ）変調器４によって変調され、第３の光ビームＢ３は、離調された変調器１２によって変調される。
【００８４】
離調された変調器１２は、Ｂ３における基本波の振幅：最大歪み成分の振幅の比が、Ｂ１における基本波の振幅：最大歪み成分の振幅の比より低くなるように、πでバイアスされた標準的なマッハ・ツェンダー変調器とすることができる（ただし、他の変調器を使用することもできる）。Ｂ３における歪み成分の振幅は、依然として基本波の振幅より小さくあり得る（ただし、基本波より大きいことが好ましい）。
【００８５】
変調された第３のビームＢ３は、反ストークス周波数だけアップコンバートされ、光学増幅器１４によって増幅される。
【００８６】
第１のビームＢ１及び第３のビームＢ３は、互いに反対に光ファイバ５を透過される。第３のビームＢ３は、光ファイバ５内にブリルアングレーティングを形成するのに十分なパワーを有する。
【００８７】
偏光コントローラ３及び１５は、ファイバ５内でブリルアングレーティングが正しい向きで発生してＢ１の所望される反射を提供するように、それぞれＢ１及びＢ３の偏光を制御するために使用される。
【００８８】
前と同様に、Ｂ３における基本波：歪み成分の振幅の比は、Ｂ１における基本波：歪み成分の振幅の比より低いので、グレーティングは、基本波より歪み成分を優先的に反射し、これは、ファイバ５中のグレーティングを透過された出力ビームＢ５が、Ｂ１より大きい基本波：歪み成分の比を有することを意味する。
【００８９】
Ｂ３の光学パワーは、好ましくは、歪み成分がノイズフロア未満に抑圧されることを保証するように選択される。
【００９０】
第４のビームＢ４は、同調された搬送波抑圧ＳＳＢコンバータ１６によって、対象周波数からシフトされるように同調された局部発振器を使用する周波数だけ周波数変換され、シフトのサイズは、ＡＤＣ１０の分解能帯域幅内である。
【００９１】
アップコンバートされた第４のビームＢ４及び出力ビームＢ５は、偏光コンバイナ８において結合され、出力（任意選択で、更なる増幅器によって増幅される）がフォトダイオード９に供給される。結合されたビームＢ４ Ｂ５は、フォトダイオード９の出力中に、ＡＤＣ１０の分解能帯域幅内のビートを生成する。いくつかの実施形態では、増幅器は、ＡＤＣへの入力のために、フォトダイオードからの出力を増幅するように位置付けられ得る。ＡＤＣの出力は、分析のためにデジタルＥＷシステムに供給され得る。
【００９２】
偏光コントローラ７及び１７は、偏光コンバイナ８へのＬ５及びＬ４の偏光を制御して、効率的な結合を提供するために使用される。その構成は、当業者によく知られている。
【００９３】
基本波：歪み成分比がＬ１より小さい限り、離調された変調器Ｌ２は他の場所にバイアスされ得ることが理解されよう。この場合も、離調された変調器１２の代わりに直接変調されたレーザが使用され得る。
【００９４】
ＳＳＢコンバータ１６を使用するのではなく、代わりに、例えば、適切な光ファイバを使用することによって、導波管中の誘導放出からのブリルアン散乱光を方向変換することが可能であり得る。
【００９５】
増幅器１４は、Ｂ３が十分に強力である場合には省かれ得る。
【００９６】
上述の実施形態は、光学信号を増幅するために、フォトダイオードの前に位置付けられた更なる光学増幅器（図示せず）を任意選択で含み得る。
【００９７】
図４は、図２の変形であり、ｌｏの出力が、変調器４のＩチャネルへと供給され、受信機１８の出力が、変調器４のＱチャネルへと供給される。これにより、図２のＲＦカプラを省略することができる。この実装の更なる詳細については、Erwin H. W. Chan and Robert A. Minasian, "High conversion efficiency microwave photonic mixer based on stimulated Brillouin scattering carrier suppression technique," Opt. Lett. 38, 5292-5295 (2013)を参照。
【００９８】
図５は、電子ミキサの出力の歪みを低減するために使用される本発明の適用を例示する。
【００９９】
光学リンクは、図２のものと同じ構成を有するが、第１の変調器４が、高パワー及び低歪みで動作するように構成された第１の電気ミキサ２０Ａからの出力を使用して信号を搬送するように第１の光ビームを変調するように構成されている点が異なる。第２の変調器１２は、高パワーで動作し、且つ高歪みを作成するように構成された第２のミキサ２０Ｂの出力を使用して信号を搬送するように第２の光ビームを変調するように構成される。このようにして、変調器１２から出力されるビームは、変調器４から出力されるビームより低い基本波対歪み成分比を有し、そのため、ファイバ５中に形成されるダイナミックブリルアングレーティングは、変調器４の出力からの歪み成分を優先的に反射する（及びこのことから抑圧する）ように作用することになる。
【０１００】
光学リンクは、ＲＦ受信機を処理システムに接続する以外の用途を有すると考えられる。例えば、光学リンクは、ＲＦ送信器をアンテナに接続するために使用され得る。そのような構成では、例えば、電子ミキサ又はフォトニックミキサを使用して、アンテナへの送信前にグレーティングからの出力をアップコンバートすることが好ましくあり得る。そのような構成では、ＡＤＣは省かれることができる（アナログ出力のみが必要とされる任意の用途で可能であるため）。
【０１０１】
光学リンクはまた、広帯域セルラネットワークの一部を形成するＲＦ送信器及び／又はＲＦ受信器を用いるような、商業電気通信の用途において使用され得る。
【図１】
2021500613.tif 000003
【図２】
2021500613.tif 000004
【図３】
2021500613.tif 000005
【図４】
2021500613.tif 000006
【図５】
2021500613.tif 000007
【国際調査報告】
2021500613.tif 000008
2021500613.tif 000009
2021500613.tif 000010