(57)【要約】  連続レーザー源は、低ノイズで狭い線幅の光パワーを、光ファイバー（１７）を通して、アンテナまたはＲＦセンサー（２３）が配置された遠隔部（１９）のバイアスフリーの電気光学的位相変調器（２１）に伝送する。ＲＦ電気信号は、遠隔部で位相変調器を変調し、電気信号を光信号に変換する。位相変調された光信号は、光ファイバーを経由して、そのフィルター変換特性を同調および再構成して相互調節歪み項、特に優勢な３次相互変調および２次を消去することができる光学フィルター（２９）にフィードバックされる。フィルターを通した光信号は、光検出器（３５）でＲＦ信号に変換される。光学フィルターは、変調器の端部よりもむしろ、受信器の端部で信号を効率的に「線形化」するために効果的に使用される。
2010501892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
遠隔部を提供し、
該遠隔部にアンテナを提供し、
該遠隔部に位相変調器を提供し、
該アンテナで高周波信号を受信し、
該アンテナからの該高周波信号を該遠隔部の該位相変調器に送り、
該遠隔部からのある距離に受信器を提供し、
該受信器に電気接続部を提供し、
該受信器と該遠隔部の間に光ファイバーを提供し、
該電気接続部にレーザーを提供し、
該電気接続部に多段の同調可能な光学フィルターを提供し、
該電気接続部に光検出器を提供し、
該レーザーからの光を、遠隔部のバイアスフリー位相変調器を通し、光学フィルターの中に導入し、
該アンテナからの該高周波信号にしたがって光を位相変調し、
該位相変調器から該多段フィルターまで、該位相変調した光を伝送し、
該フィルターを同調して該高周波からではない偽信号を除去し、
該位相変調した光を多段フィルターでフィルター処理し、
該フィルター処理した位相変調光を該光検出器に送り、そして
該光検出器から周波数信号アウトプットを得る、
各工程を含む光ファイバーリンクの使用方法。
【請求項２】
該位相変調器の提供が、バイアスフリーの位相変調器の提供を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該光学フィルターの提供が、同調可能な光学フィルターの提供を含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該光学フィルターの提供が、同調可能で再構成可能なフィルターの提供を含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該光学フィルターの提供が、同調可能で再構成可能な光学フィルターの提供を含む請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該光学フィルターの提供が、移相器段を有する光遅延ラインフィルターに、カプラーに接続された段と光導波管の間の少なくとも１つのカプラーを提供することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該光学フィルターの提供が、複数の同調可能なカプラーを提供すること、同調可能なカプラーの間に接続された光導波管を提供すること、同調可能なカプラーの間に接続された同調可能な移相器遅延ラインを提供すること、および該移相器遅延ラインに同調可能なカプラーを選択的に接続することを含む請求項１に記載の方法。
【請求項８】
該光導波管を提供することが、該同調可能なカプラー間の平行分枝に接続された光導波管を提供することを含み、該同調可能な移相器が、平行分枝の１つに接続される請求項７に記載の方法。
【請求項９】
該光導波管を提供することが、該同調可能なカプラー間の平行分枝に光導波管を接続し、該平行分枝の第１分枝に該同調可能な移相器を接続し、該平行分枝の第２分枝に別の該同調可能な移相器を接続することをさらに含む請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
２段式のフーリエフィルターチップに搭載された同調可能な移相器を提供し、該フィルターチップに搭載された光導波管の第１部分を提供し、接続された基材に搭載された光導波管の第２部分を提供し、該光導波管の第１部分と第２部分を接続することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
遠隔部、
高周波信号をアンテナで受信するための該遠隔部の該アンテナ、
該遠隔部の位相変調器、
該アンテナから該遠隔部の位相変調器に高周波信号を送るための該位相変調器と該アンテナの間の接続、
該遠隔部からある距離の受信器、
該受信器の電気接続部、
該受信器と該遠隔部の間に延びる光ファイバー、
レーザーからの光を光学フィルターの中に導入し、該アンテナからの高周波信号にしたがって光を位相変調する該遠隔部の位相変調器に通すための、該光ファイバーに接続された該電気接続部のレーザー、
該位相変調器からの位相変調光を多段フィルターに伝送し、該多段フィルターで該位相変調光をフィルター処理し、受信した高周波からではない周波数の偽信号を、位相変調光から除去するための、該光ファイバーに接続された該電気接続部の多段の同調可能な光学フィルター、
フィルター処理した位相変調光を光検出器に送るための多段フィルターと連通する該電気接続部の光検出器、および、
該光検出器に接続された周波数信号アウトプット、
を備えた電気光学的光ファイバーリンク装置。
【請求項１２】
該位相変調器がバイアスフリーの位相変調器を含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
該光学フィルターが同調可能な光学フィルターを含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
該光学フィルターが同調可能で再構成可能なフィルターを含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
該光学フィルターが同調可能で再構成可能な光学フィルターを含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
該光学フィルターが、カプラーに接続された段と光導波管の間の少なくとも１つのカプラーを備えた移相器段を有する光遅延ラインフィルターを含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
該光学フィルターが、複数の同調可能なカプラー、該同調可能なカプラーの間に接続された光導波管、および該同調可能なカプラーの間に接続された同調可能な移相器遅延ラインを備えた請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
該光導波管が、該同調可能なカプラー間の平行分枝に接続され、該同調可能な移相器が、平行分枝の１つに接続された請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
該光導波管が、該同調可能なカプラー間の平行分枝に接続され、該同調可能な移相器が該平行分枝の第１分枝に接続され、別の同調可能な移相器が該平行分枝の第２分枝に接続された請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
該同調可能な移相器が、２段式のフーリエフィルターチップに搭載され、該同調可能なカプラーに光導波管の第１部分が接続され、該同調可能な移相器が該フィルターチップに搭載され、該光導波管の第２部分が、接続された基材に搭載されて該光導波管の第１部分に接続された請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
該光学フィルターが、電気光学的材料上に製作された多段の同調可能で再構成可能な光学フィルターを含み、効果的に微細同調することができ、位相変調ＲＦ光ファイバーリンクの相互変調歪み信号を消去するために使用され、スプリアスフリーのダイナミックレンジを得ることができる請求項１１に記載の装置。
【請求項２２】
該同調可能な移相器および同調可能なカプラーが、電気光学的材料上に製作され、該導波管が、低損失の同じ長さでない光ファイバーの遅延差ラインのペアを用いて製作された請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
該同調可能な移相器および同調可能なカプラーが、電気光学的材料上に製作され、該導波管が、低損失の同じ長さでない光導波管の遅延差ラインのペアを用いて製作された請求項１７に記載の装置。
【請求項２４】
該同調可能な移相器と同調可能なカプラーおよび該導波管が、電気光学的材料上に製作された請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
−関連出願−
本出願は、２００６年８月２４日出願の米国仮特許出願第６０／８４０２２０号の優先権を主張し、この出願はその全体を本明細書において参照して組み入れられる。
【０００２】
アナログＲＦ（ラジオ周波数）とマイクロ波の光ファイバーリンクは、遠隔部のアンテナや電気センサーからの信号伝達に一般に使用されている。
【０００３】
アナログＲＦ電気信号は、先ず、電気光学的変調器を用いて光信号に変換される。次いで、光信号は、光ファイバーを通して別な場所に伝送され、そこで光受信器が光信号を変換して電気信号に戻す。
【０００４】
アナログ光ファイバーリンクを実施するには、多くの仕方がある。最も基本的なアナログ光ファイバーリンクの１つは、レーザー源、電気信号を光信号に変換するための電気光学的変調器、伝送媒体としての光ファイバー、および光信号を電気信号に変換して戻すための光検出器を使用する。直流から１００ＧＨｚ超までの範囲の周波数を有する電気信号を、電気光学的変調器を用いて光信号に変換することができる。
【０００５】
変調されたアナログ光ファイバーリンクは、広く使用される。最も一般的なアナログＲＦ光ファイバーリンクは、電気信号を光信号に変換するために電気光学的輝度変調器を使用する。いくつかの型式の輝度変調器がある。この用途に最も一般的に使用される輝度変調器は、マッハツェンダー（ＭＺ）干渉型変調器であり、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）電気光学的導波管技術を基本とする。ＭＺ変調器を用いるこの型式のアナログＲＦ光ファイバーリンクには文献が豊富にある。
【０００６】
ＭＺ干渉輝度変調器は、デバイスに印加された入力電圧の関数として、光透過特性がシヌソイド関数の形態になる簡単なデバイスである。一般に、ＭＺ変調器は、ＤＣ電圧を用いてバイアスされ、シヌソイド伝達関数の半値透過点に作用点を設定する必要がある。この半値作用点は、印加電圧に対する光透過性が最大の直線性になり、２階微分が０になる点である。この半値作用点でバイアスされるＭＺを用いたこのＭＺ輝度変調光ファイバーリンクは、通例、広帯域（多数オクターブ）のＲＦアナログ信号伝達に使用される。
【０００７】
しかしながら、ＭＺベースの光ファイバーリンクの性能は、温度変化のような環境条件を含む多くの因子によって影響され得る作用点／ＤＣバイアス電圧安定性に関連する事項によって制限される。仮に、作用点が正確に半値点でなければ、線形の変換特性が影響される。このことは、相互変調信号の歪みにより（二次、三次、等）、光ファイバーリンクの性能、とりわけ、スプリアスフリーのダイナミックレンジに、低下をもたらすと考えられる。この問題については豊富な文献がある。
【０００８】
電気光学変調器は、遠隔部におけるＲＦセンサーまたはアンテナで正確である必要があるため、この変調器は、典型的に、より大きな温度変動および他の環境因子に曝される。ＤＣバイアス電圧が、この変調器に印加される必要があり、そしてＭＳ変調器の作用点が最大線形点に留まるように、適切なバイアス電圧が調節されて追跡される必要がある。ＤＣバイアス電圧と追跡用電子機器の必要性は、電力が遠隔部で必要なことを意味する。この要請は、多くの用途にとって不都合であり、また、追跡用電子機器は、全体の光ファイバーリンクの性能に悪影響を及ぼすことがある。
【０００９】
また、半値点に維持される作用点を用いても、第２次微分ゼロ点、ＭＺ輝度変調リンクのスプリアスフリーのダイナミックレンジは、依然として、ＭＺ変調器のシスノイド変換関数の制限された線形性によって生じる３次相互変調歪みによって制限される。これは、典型的に、ＭＺベースのアナログ光ファイバーリンクのスプリアスフリーのダイナミックレンジにおける主な制限要因である。
【００１０】
より高いダイナミックレンジを得る目的で、高い線形性を有する別なタイプの変調器が必要とされる。しかしながら、これらの「高い線形性」の変調器は、実際には、いくつかの性能上の代償がなければ達成することが非常に困難である。また、高い線形性の変調器は、より複雑な作用点制御とフィードバック電子機器を意味することが多い。遠隔部にこうしたデバイスを提供することは困難で現実的でないことが分かっている。
【００１１】
位相変調アナログ光ファイバーリンクを使用することもできる。ＭＺ輝度変調器を使用する代わりに、位相変調器と簡単な光遅延ラインフィルターを使用し、バイアスフリーの位相変調アナログ光ファイバーリンクを構成することもできる。このアプローチは文献に記載されている。
【００１２】
こうした実施の長所は、電気光学的位相変調器が、ＤＣバイアス電圧を全く必要とせず、したがって、制御のバイアス電子機器を全く必要とせずに、アンテナ／ＲＦセンサーの箇所に配置できる。光遅延ラインフィルターは、受信器の箇所の光ファイバー伝送ラインを経由して、位相変調器から遠く離れて位置させることができる。一般に、受信器の箇所は任意の位置であることができ、したがって、制御された環境に置くことができ、典型的に種々の天候要素に曝される屋外環境のアンテナとは相違する。
【００１３】
位相変調器と簡単な遅延ラインフィルターを用いる位相変調リンクは、刊行物に記載のような適切な設計パラメータを用い、ＭＺリンクと同様な性能が得られることが実証されている。不都合なことに、単一の遅延ライン光学フィルターを用いるこのバイアスフリーの位相変調リンクのスプリアスフリーのダイナミックレンジもまた、ＭＺリンクのものに類似の３次相互変調によって制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
解決を必要とする問題が依然として存在している。この３次相互変調歪みによる典型的なアナログ光ファイバーリンクのスプリアスフリーのダイナミックレンジのこの限界は、ＭＺ輝度変調又は遅延ラインフィルターを備えた位相変調リンクに基づくリンクを、はるかに高いスプリアスフリーのダイナミックレンジを必要とする多くの高性能システムにとって適切なものにしない。
【００１５】
はるかに大きなダイナミックレンジを得ることができ、しかも実装と操作が簡単な高性能のアナログＲＦ光ファイバーリンクの開発に対し、大きな要請が存在している。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この新規な高いダイナミックレンジのアナログ光ファイバーリンクの基本的な技術的思想は、アンテナ／ＲＦセンサーが位置する遠隔部にバイアスフリー位相変調器を使用することである。簡単な光遅延ラインフィルターを用いる代わりに、位相変調リンクの相互変調歪み項が抑制される適切なフィルター特性を有する光学フィルターを使用する。特定の重要で制限的な３次相互変調項が抑制され、はるかに高いダイナミックレンジがもたらされる。
【００１７】
言い換えると、光変調器を「線形化」する種々の技術によって高いダイナミックレンジを得る従来のアプローチと異なり、新たなアプローチは、実際に、相互変調歪み項を抑制する適切な光学フィルターを使用することにより、受信器での光信号を「線形化」する。
【００１８】
本発明は、光学フィルターを備えた新たな高いダイナミックレンジの位相変調光ファイバーリンクを提供する。
【００１９】
基本的な高いダイナミックレンジの光ファイバーリンクの発明は、低ノイズで狭い線幅の光パワーを、光ファイバーを経由して、アンテナまたはＲＦセンサーが位置する遠隔部のバイアスフリー電気光学的位相変調器に伝送する連続レーザー源を有する。ＲＦ電気信号は、電気信号を光信号に変換するこの遠隔部で、位相変調器を変調する。位相変調光信号は、光ファイバーを経由して、そのフィルター変換特性を同調および再構成して相互調節歪み項（特に、優勢な３次相互変調および２次）を消去することができる光学フィルターにフィードバックされる。フィルターを通した光信号は、光検出器でＲＦ信号に変換される。即ち、光学フィルターは、変調器の端部よりもむしろ、受信器の端部で信号を効率的に「線形化」するために使用される。
【００２０】
固定された変換関数または非常に限られた再設定能力を有する各種の光学フィルターが使用可能であるが、光ファイバーリンクのスプリアスフリーのダイナミックレンジを制限する相互調節歪み項は、実際には、製造や運転上の許容範囲により、限られた程度でのみ抑制できるに過ぎない。光ファイバーリンクのフィルターその他のデバイスの不完全な変換、および温度のような環境因子のフィルター特性への作用は、相互変調信号の消去レベルを制限すると考えられる。
【００２１】
新たな好ましい方法は、そのフィルター変換関数が「再構成」できて微細同調できる同調可能で再構成可能な光学フィルターを使用する。スプリアスフリーのダイナミックレンジにおける強化を達成する目的で、相互変調項（例えば、２次、３次等）は、非常な高レベルの精度に抑えなければならない。
【００２２】
このことは、高いスプリアスフリーのダイナミックレンジ得るために同調可能で再構成可能な光学フィルターが鍵となる理由であり、フィルター特性が、相互変調信号の深い消去を達成するために微調節可能なためである。また、環境その他の作用によって絶え間なく変わるリンクパラメーターを補償するため、フィルター関数の調節／再構成を可能にし、相互変調歪み項の深い消去を維持することを可能にする。
【００２３】
３次相互変調によって光ファイバーリンクのダイナミックレンジを制限する簡単なシヌソイド遅延ラインフィルターよりも高いダイナミックレンジを得ることを可能にし得る多くの光学フィルター設計が存在する（ファブリ・ペロー、トランスバーサルフィルター等）。しかしながら、新たな好ましい同調可能で再構成可能な光学フィルターは、設計と製作のその簡単性、および同調可能性と再構成可能性の高い柔軟性により、そのフィルター変換関数が再構成できて連続的に微調節できる多段式の光遅延ラインフィルターに基づく。
【００２４】
新たな好ましい同調可能で再構成可能な多段式光遅延ラインフィルターは、フーリエ級数変換によって表すことができるフィルター変換特性を有する。
【００２５】
最も基本的なフィルター設計は、２段式光遅延ラインフィルターであり、基本的に、２つの簡単な１段の遅延ラインフィルターが直列に相互接続される。１つのフィルター段は、他の段の２倍長い遅延差ラインを有する。１つの態様は、２段式の再構成可能な光学フィルターである。
【００２６】
再構成可能な２段式光遅延ラインフィルターデバイスは、単一モードの光導波回路の形態で実施することができる。基本的デバイスは、ΔＬと２ΔＬの異なる光遅延を有する異なる光遅延ライン導波管のペアの２つのペアによって相互に接続される３つの同調可能な２×２の方向性カプラー導波管を有する。これらの異なる導波管遅延ラインのペアは、両方とも、異なる移相器を有する。
【００２７】
この再構成可能なフィルターは、ファイバーカプラーと差動移相器を同調する機械的または熱的光学的手段を備えた、自由形ファイバーのような多くの形態で製造することができる。また、熱的光学的または機械的な応力を有する基材上に、例えば、方向性カプラーと差動移相器を同調する同調素子を、シリカまたはシリコン導波管のような集積光導波管回路の中に製作することもできる。
【００２８】
また、ニオブ酸リチウム、電気光学ポリマー、または半導体材料のような電気光学材料の上に製作することもできる。ニオブ酸リチウムのような線形の電気光学材料の上での態様の場合、完全に再構成可能なフィルターを形成するために、非常に低損失の光導波管回路を製作することができる。
【００２９】
非常に高速の電気光学効果が使用可能なため、このことは、こうした光学フィルターの非常に高速（ナノ秒以下）の同調／再構成の構築と使用を可能にする。
【００３０】
こうした基本的な２段式フィルターは、ａ０＋ａ１Ｆ（ω）＋ａ２Ｆ（２ω）＋ａ３Ｆ（３ω）の形態の切りつめフーリエ級数展開に似たフィルター変換関数を有し、ここで、ａｎ・・・はｎ番目のフーリエ項のフーリエ係数である。フーリエ係数は同調可能であり、同調可能カプラーと微分位相チューナーの設定に関係する。カプラーと差動移相器を同調することにより、対応するフーリエ係数を調節することができる。このため、フィルター関数は、フーリエ級数変換関数を用いて合成することができ、電気光学的に同調可能な方向性カプラーと移相器セクションを単に調節することによって、フィルターを動的に再構成することができる。
【発明の効果】
【００３１】
このタイプのフィルターは、付加的な高次フーリエ級数のフィルター項を有し、その係数は調節可能であるため、このフィルターが２次と３次の相互変調項を効率的に消去するように再構成することができ、ＲＦ光ファイバーリンクの全体的なスプリアスフリーのダイナミックレンジを高めることができる。ニオブ酸リチウム基材の上に製作されたフィルターを微細同調することによる重要な３次の相互変調信号の消去は、移相器と方向性カプラーに印加する電圧を調節して３次の相互変調を効果的に消去することによって、首尾よく実証されている。３次の相互変調歪み項を消去すると、光ファイバーリンクのダイナミックレンジは、もはや３次歪みによって制限されず、したがって、光ファイバーリンクの全体的なダイナミックレンジに向上が生まれる。
【００３２】
微細で連続的な高速の電気光学的同調性は、最大のダイナミックレンジを得るために深い相互変調信号の消去を達成するための重要事項の１つである。より高次のフーリエフィルター項は、４次、５次等を消去する付加的な段階をフィルターに単に加えることによって追加することができ、スプリアスフリーの高いダイナミックレンジに最高値を得ることができる。
【００３３】
光学フィルターの物理的サイズと挿入損失は、遅延差ラインのサイズに依存する。遅延差ラインの長さは、伝送される必要があるＲＦ／マイクロ波信号に直接結びつくため、ＲＦ周波数が高いほど、より短い遅延差ラインセクションが必要になる。したがって、このタイプのフィルターはよりコンパクトであり、より低損失であり、高い周波数であればあるほど（マイクロ波からミリメートル波）、構築が容易である。より高いダイナミックレンジのアナログリンクは、実際に、ＲＦ周波数がより高いときに本発明を実施することがより容易である。殆どの他の技術においては、一般に、ＲＦ周波数が１０、２０、４０、６０ＧＨｚ等と高まるにつれてかなり一層困難になるため、このことは極めてユニークである。本発明は、非常に高い周波数（マイクロ波からミリメートル波の周波数）で高いダイナミックレンジのアナログ光ファイバーリンクの実現を可能にする。これらの高い周波数における電気伝送ラインは、非常に高損失で、長距離伝送がもはや現実的ではないため、このことは非常に重要である。このタイプの高いダイナミックレンジのアナログ光ファイバー伝送は、これらのマイクロ波／ｍｍ波の周波数システムに対し、新たなシステムの構築の途を開くものである。
【００３４】
同調可能で再構成可能な多段光遅延ラインフィルターの設計を下記に示す。再構成可能な多段遅延ラインフィルターの正確な実施には、いくつかの態様が可能であり、例えば、長さΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３の遅延差ラインの３段階を有する簡単な３段式同調可能フィルターが挙げられる。ΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３の間の関係は、互いの倍数を有する必要はない。別な関係は、より固有な用途に適し得る異なる光学フィルターを生じると考えられる。こうしたフィルターのフィルター機能は計算がかなり簡単である。さらなるデバイス段数を付加し、より複雑なフィルター機能を生じさせることもできる。
【００３５】
さらに、別な構成もまた可能である。例えば、方向性カプラーを１×２のＹ接合スプリッターに置換することができ、デバイス段の間で、方向性カプラー出力の１つは、後者の段に接続しなくてもよい。このことは、特定の用途に有用であり得る異なるフィルター機能を生じると考えられる。
【００３６】
本発明のこれらおよび別の目的と特徴は、以上および以下の明細書の記載、および特許請求の範囲と図面を含む本開示から明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】変調器の端部よりも受信器におけるリンクを効率的に線形化するための再構成可能な光学フィルターを用いる、改良されたダイナミックレンジの位相変調ＲＦ光ファイバーリンクを示す。
【図２】電気光学的ニオブ酸リチウム基材のような材料の上の光導波管回路の形態で実施される２段式の再構成可能なフィルターを示す。
【図３】３段式の再構成可能フィルターの例を示す。
【図４】段の間の方向性カプラーの使用における変化を有する再構成可能な多段フィルターの例を示す。
【図５】位相変調リンクを線形化して相互変調を消去するために使用される電気光学的再構成が可能な光学フィルター（より高次の項を有する）を示す。
【図６】光周波数の関数としてのシヌソイドフィルター応答を有する２段式フーリエフィルターを示す。
【図７】１／２期間のシヌソイドフィルターで再構成される２段式フーリエフィルターを示す。
【図８】１／３期間のシヌソイドフィルターで再構成される２段式フーリエフィルターを示す。
【図９】基本的シヌソイドフィルター関数を有する基本的なフーリエ合成光学フィルター変換関数のサンプルを示す。
【図１０】阻止帯域を持つ頂部平坦フィルター応答を有する基本的なフーリエ合成光学フィルター変換関数のサンプルを示す。
【図１１】線形三角フィルター関数を有する基本的なフーリエ合成光学フィルター変換関数のサンプルを示す。
【図１２】再構成可能な２段式の遅延ラインフィルターの混成ＬｉＮｂＯ３／ファイバー遅延構造を示す。
【図１３】再構成可能な２段式の遅延ラインフィルターの混成ＬｉＮｂＯ３／シリコン上シリカ（ＳＯＳ）の導波構造を示す。
【図１４】再構成可能な２段式の遅延ラインフィルターの全ＬｉＮｂＯ３構造を示す。
【図１５】図１３に概略を示す実製作の混成ＬｉＮｂＯ３／ＳＯＳ２段式フーリエフィルターを示す。
【図１６】独立の２段式フーリエフィルターの概略を示す。
【図１７】上側チャンネルと下側チャンネルの統合を有する２つの独立の２段式フーリエフィルターを示す。
【図１８】全ＬｉＮｂＯ３構造で製作された実アセンブリーの２つの独立の２段式フーリエフィルターを示す。
【図１９】低い３次相互変調を有するスペクトルに関連する、２段式フィルターを備えた位相変調リンクからの信号を示す。
【図２０】フィルターが任意設定に同調されたときの、中間的に低い３次相互変調を備えた相互変調スペクトルを示す。
【図２１】再構成可能な２段式フーリエフィルターがどのようにして、標準的なＭＺリンクよりも２０ｄＢ超の改良に対応する、４０ｄＢ超で３次相互変調を劇的に変化させ得るかを示す。これは、正確で深い信号消去を可能にする、低損失の電気光学効果による微同調の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
この新規な図１に示す高ダイナミックレンジのアナログ光ファイバーリンク１０は、アンテナ２３またはＲＦセンサーが配置される遠隔部１９に、バイアスフリーの位相変調器２１を有する。簡単な光遅延ラインフィルターを使用する代わりに、適切なフィルター特性を有する光学フィルター２９が使用され、位相変調リンクの相互変調歪み項が抑制される。特定の重要で制限的な３次相互変調項が抑制され、はるかに高いダイナミックレンジをもたらす。
【００３９】
光学変調器を線形化する種々の技術により高いダイナミックレンジを達成する従来のアプローチとは異なり、本発明の新規なアプローチは、実際に、相互変調歪み項を抑制するために適切な光学フィルターを使用することにより、受信器において光信号を線形化する。
【００４０】
図１は、変調器の端部よりも受信器においてリンクを効率的に線形化するための再構成可能な光学フィルターを用いる、新たな改良されたダイナミックレンジの位相変調ＲＦ光ファイバーリンクの概略を示す。
【００４１】
光学フィルターを備えた基本的な高ダイナミックレンジの位相変調光ファイバーリンクを図１に示す。基本的な高いダイナミックレンジの光ファイバーリンク１０は、アンテナ２３またはＲＦセンサーが配置される遠隔部１９のバイアスフリーの電気光学位相変調器２１に、光ファイバー１７を通して低ノイズの狭い線幅の光パワーを伝送する電気接続部１５に連続レーザー源１１を有する。ＲＦ電気信号２５は、この遠隔部１９で位相変調器２１を変調し、電気信号を光信号に変える。位相変調された光信号は、光ファイバーを通って光学フィルター２９にフィードバックされ、そのフィルター変換特性が同調されて再構成され、相互変調歪み項、とりわけ主要な３次相互変調および２次の項を消去する。フィルターを通った光信号３１は、光検知器３５でＲＦ信号３３に変換される。即ち、光学フィルターは、変調器の端部３９よりも受信器における信号を効率的に線形化するために使用される。
【００４２】
固定された変換関数または非常に限られた再構成能力を備えた種々の光学フィルターも使用できるが、光ファイバーリンクのスプリアスフリーのダイナミックレンジを制限する相互変調歪み項は、製作や運転上の許容範囲により、実際には限られた程度で抑制できるに過ぎない。光ファイバーリンクにおけるフィルターその他のデバイスの不完全な変換特性と同時に、温度のような環境因子のフィルター特性への作用が、相互変調信号の消去レベルを制限する。
【００４３】
本発明の新たな好ましい方法は、そのフィルター変換関数が再構成できて微調節できる同調可能で再構成可能な光学フィルター２９を使用する。スプリアスフリーのダイナミックレンジにおける強化を達成する目的で、相互変調項（例えば、２次、３次等）は、非常な高レベルの精度に抑えなければならない。
【００４４】
このことは、高いスプリアスフリーのダイナミックレンジ得るために同調可能で再構成可能な光学フィルターが鍵となる理由であり、フィルター特性が、相互変調信号の深い消去を達成するために微細に同調可能なためである。また、環境その他の作用によって絶え間なく変わるリンクパラメーターを補償するため、フィルター関数の調節と再構成を可能にし、相互変調歪み項の深い消去を維持することを可能にする。
【００４５】
３次相互変調によって光ファイバーリンクのダイナミックレンジを制限する簡単なシヌソイド遅延ラインフィルターよりも高いダイナミックレンジを得ることを可能にし得る多くの光学フィルター設計が存在する（ファブリ・ペロー、トランスバーサルフィルター等）。しかしながら、その好ましい調節可能で再構成可能な光学フィルターは、設計と製作のその簡単性、および調節可能性と再構成可能性の高い柔軟性により、そのフィルター変換関数が再構成できて連続的に微調節できる多段式の光遅延ラインフィルターに基づく。
【００４６】
この好ましい変調可能で再構成可能な多段式光遅延ラインフィルターは、フーリエ級数変換によって表すことができるフィルター変換特性を有する。
【００４７】
本発明は、高ダイナミックレンジの光ファイバーリンク、およびフーリエフィルターの概念を十分に引き出す高ダイナミックレンジのＲＦ光ファイバーリンクを使用する新たな技術を提供する。この新たな技術は、遠隔のアンテナ箇所のバイアスフリーの位相変調器と受信器端部の再構成可能なフィルターを使用する。
【００４８】
光変調器を線形化するための種々の技術によってダイナミックレンジを高めるより一般的なアプローチと異なり、この新たなアプローチは、この再構成可能なフィルターを用い、受信器において光復調器機能を線形化する。この新たな位相変調光ファイバーリンクは、各フィルター段のΔ位相とΔ周波数を調節することによって制御される、改良された光ファイバーリンク変換特性を提供する。例えば、ｉ番の遅延段階は、ΔψとΔｆを調節することによって提供される。新たなシステムは、オクターブ超（第２調和ゼロ）でバイアスを提供し、第３、第４、第５、等のゼロを有するフィルター関数を構成することによって高い線形性を提供する。デバイスの変換関数は、切りつめフーリエ級数展開項を持つため、より多くの段階が、より高次項の関係を与える。２つまたは３つのみの段階が、改良結果を与えるために必要とされる。より多くを使用してもよい。非線形（より高次）項の消去は、正確な信号の増幅／位相を採用する。フーリエ級数係数の無損失の線形電気光学同調は、最大の線形性を得る上で重要である。このシステムは、フーリエ係数に関して受信した信号を、第１の少数の次数に展開する。段階数に応じて、フーリエ係数は、最大線形性のための厳密な要求関数に適合するように調整することができる。
【００４９】
再構成可能な光学フィルターを用いる高いダイナミックレンジの位相変調ＲＦ光ファイバーリンクは、位相変調器への直流バイアス電圧の必要なしに、遠隔のアンテナ部における完全な保守不要の光位相変調器を可能にする。このことは、信号変換の忠実性に妥協することなく、過酷な環境、例えば、全面的な軍用規格の温度範囲に位相変調器を配置できることを意味する。光復調器として操作される受信器箇所の光学フィルターは、出力応答関数を効果的に線形化するように再構成され、より高いスプリアスフリーのダイナミックレンジを得ることができる。こうした位相変調器と再構成可能フィルターの操作についてはいくつかの態様がある。
【００５０】
最も基本的なフィルター構成は、２段式の光遅延ラインフィルター４０であり、基本的に、２つの簡単な単一段の遅延ラインフィルターＰ１とＰ２が、直列に相互接続される。１つのフィルター段Ｐ２は、他方の段Ｐ１の２倍の長さの遅延差ラインを有する。２段式の再構成可能な光学フィルター４０の１つの実施形態が、図２に示されている。
【００５１】
図２は、電気光学的ニオブ酸リチウム基材のような材料の上の光導波管回路の形態で実施される２段式の再構成可能なフィルターの概略図である。再構成可能な２段式の光遅延ラインフィルターデバイス４０は、示したような単一モード光導波管回路の形態のこの態様で実施される。
【００５２】
この再構成可能な２段式の同調可能な光遅延ラインフィルター４０は、３つの同調可能な２×２導波管方向性カプラー４５、４７、４９（図２においてａ、ｂ、ｃと表示）を経由してそれぞれに相互接続される同じ長さではない光導波管のペアＰ１とＰ２からなる。第１の光導波管のペアは、曲がり導波管として示された下枝導波管５１と上枝導波管５２からなる。第１の２つの同調可能な方向性カプラー４５と４７の間のこの第１セクションの２つの導波管の間に、光導波管経路の差異［経路（５２）−経路（５１）］＝ΔＬ１＝ΔＬが存在する。
【００５３】
２つの導波管経路５１と５２を通って伝搬する光波の間の相対的な光位相差は、微細に同調することができる。ニオブ酸リチウムのような電気光学的導波管材料の上にデバイスが形成されるならば、電極４１は、導波管ペア５１の一方または双方の上の導波管に一体化させることができ、２つの経路間の光の相対的位相を変化させることができる。また、２×２の同調可能カプラー４５、４７、４９は、電極がカプラーに統合された場合、電気光学的効果によって微細に同調することもできる。
【００５４】
第２の導波管ペアは、曲がり導波管として示したような、下枝導波管５３と上枝導波管５４からなる。後者の２つの同調可能な方向性カプラー４７と４９の間のこの第２セクションの２つの導波管の間に、光導波管経路の差異［経路（５４）−経路（５３）］＝ΔＬ２＝２ΔＬが存在する。
【００５５】
この特定の場合に留意すべきことは、第２セクションの第２遅延差ΔＬ２は、第１セクションの遅延差ΔＬ１の２倍、即ち、ΔＬ２＝２ΔＬ１＝２ΔＬということである。しかしながら、一般に、ΔＬ２は、何らかの別な値であることができ、ΔＬ１の２倍でなくてもよい。
【００５６】
フィルターは、電気光学材料の上に製作されるため、各遅延差ラインフィルターセクションの全ての相対的光位相は、電気光学相互作用を介して電圧を印加することによって迅速に同調することができる。
全ての方向性カプラーは、電圧を印加することによって同様に同調することができる。これらの特徴は、高速の連続的な微細同調能力を提供し、全体の光学フィルターの迅速で正確な再構成性能を可能にする。この能力は、全体的な位相変調光ファイバーリンクの相互変調信号消去を得るために使用され、全体的なリンクが、拡張されたスプリアスフリーのダイナミックレンジを得ることを可能にする。
【００５７】
この構成可能なフィルター４０は、ファイバーカプラー４５、４７、４９と差動移相器４１、４３を同調する機械的または熱的光学手段とともに、自由形ファイバーのような多くの形態で製造することができる。また、熱的光学的、機械的その他の応力を有する基材上に、方向性カプラーと差動移相器を同調する同調素子を、シリカまたはシリコン導波管のような集積光導波管回路の中に製作することもできる。
【００５８】
また、ニオブ酸リチウム、電気光学ポリマー、または半導体材料のような電気光学材料の上に製作することもできる。ニオブ酸リチウムのような線形の電気光学材料の上での態様の場合、完全な再構成可能なフィルターを形成するために、非常に低損失の光導波管回路を製作することができる。
【００５９】
非常に高速の電気光学効果が使用可能なため、このことは、こうした光学フィルターの非常に高速（ナノ秒以下）の同調／再構成の構築と使用を可能にする。
【００６０】
こうした基本的な２段式の同調可能で再構成可能なフィルターは、ａ０＋ａ１Ｆ（ω）＋ａ２Ｆ（２ω）＋ａ３Ｆ（３ω）の形態の切りつめフーリエ級数展開に似たフィルター変換関数を有し、ここで、ａｎ・・・はｎ番目のフーリエ項のフーリエ係数である。フーリエ係数は同調可能であり、同調可能カプラーと微分位相チューナー設定に関係する。カプラーと差動移相器を同調することにより、対応するフーリエ係数を調節することができる。このため、フィルター関数は、フーリエ級数変換関数を用いて合成することができ、電気光学的に同調可能な方向性カプラーと移相器セクションを単に調節することによって、フィルターを動的に再構成することができる。
【００６１】
このタイプの同調可能で再構成可能なフィルターは、付加的な高次フーリエ級数のフィルター項を有し、その係数は調節可能である。この新たなフィルターを、２次と３次の相互変調項を効率的に消去するように再構成することができ、ＲＦ光ファイバーリンクの全体的なスプリアスフリーのダイナミックレンジを高めることができる。本発明は、ニオブ酸リチウム基材の上に製作されたフィルターを微調節することによる重要な３次の相互変調信号の消去を提供し、移相器と方向性カプラーに印加する電圧を調節して３次の相互変調を効果的に消去することによって、首尾よく実証されている。３次の相互変調歪み項を消去すると、光ファイバーリンクのダイナミックレンジは、もはや３次歪みによって制限されず、したがって、新たな光ファイバーリンクの全体的なダイナミックレンジに向上が生まれる。
【００６２】
微細で連続的な高速の電気光学的同調性は、最大のダイナミックレンジを得るために深い相互変調信号の消去を達成するための重要事項の１つである。より高次のフーリエフィルター項は、４次、５次等を消去する付加的な段階をフィルターに単に加えることによって追加することができ、スプリアスフリーの高いダイナミックレンジに最高値を得ることができる。
【００６３】
新たな光学フィルターの物理的サイズと挿入損失は、遅延差ラインのサイズに依存する。遅延差ラインの長さは、伝送される必要があるＲＦ／マイクロ波信号に直接結びつくため、ＲＦ周波数が高いほど、より短い遅延差ラインセクションが必要になる。したがって、このタイプのフィルターはよりコンパクトであり、より低損失であり、高い周波数であればあるほど（マイクロ波からミリメートル波）、構築が容易である。より高いダイナミックレンジのアナログリンクは、実際には、ＲＦ周波数がより高いときに本発明に基づく新たな技術を実施することがより容易である。殆どの他の技術においては、一般に、ＲＦ周波数が１０、２０、４０、６０ＧＨｚ等と高まるにつれてかなりより困難になるため、このことは極めてユニークである。本発明は、非常に高い周波数（マイクロ波からミリメートル波の周波数）、および高いダイナミックレンジでのアナログ光ファイバーリンクの実現を可能にする。これらの高い周波数における電気伝送ラインは、非常に高損失で、長距離伝送がもはや現実的ではないため、このことは非常に重要である。この新たなタイプの高いダイナミックレンジのアナログ光ファイバー伝送は、これらのマイクロ波／ｍｍ波の周波数システムに対し、新たなシステム構築の途を開くものである。
【００６４】
この新たな同調可能で再構成可能な多段光遅延ラインフィルターの構成は、再構成可能な多段遅延ラインフィルターの的確な実施において、いくつかのあり得る態様を有する。図３は、長さΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３のラインで接続された遅延差の３段階を有する簡単な３段式同調可能フィルター６０を示す。ΔＬ１、ΔＬ２、ΔＬ３の間の関係は、互いの倍数を有する必要はない。別な関係は、より固有な用途に適し得る異なる光学フィルターを生じると考えられる。こうしたフィルターのフィルター機能は計算がかなり簡単である。
【００６５】
図３は、４つの方向性導波管カプラー７１、７３、７５、および７７を備えた３段式の再構成可能なフィルターの例を示す概略図である。
【００６６】
この３段式の同調可能なフィルターは、３つの同調可能な２×２の導波管の方向性カプラー７１、７３、７５、７７を介して相互に接続される３つの同じ長さではない光導波管ペアからなる。第１の導波管ペアは、曲がり導波管として示したような、下枝導波管７２と上枝導波管６２からなる。最初の２つの同調可能な方向性カプラー７１と７３の間のこの第１セクションの２つの導波管経路の間に、光導波管経路の差異［経路（６２）−経路（７２）］＝ΔＬ１が存在する。
【００６７】
２つの導波管経路７２と６２を通って伝搬する光波の間の相対的な光位相差は、微細に同調することができる。ニオブ酸リチウムのような電気光学的導波管材料の上にデバイスが形成されるならば、電極６１、６３、６５は、導波管ペア７２、６２の一方または双方の上の導波管に一体化させることができ、２つの経路間の光の相対的位相を変化させることができる。また、２×２の同調可能カプラー７１、７３、７５、７７は、電極がカプラーに統合された場合、電気光学的効果によって微細に同調させることもできる。
【００６８】
同様に、第２と第３の同じ長さでない導波管ペアは、それぞれ、ΔＬ２とΔＬ３の光路長において同様な長さを有することができる。３つの遅延差ラインのセクションの相対的位相はいずれも、デバイスが電気的光学材料の上に製作されたときは、電気光学的に微細に同調することができる。同様に、全ての方向性カプラー７１、７３、７５、７７は、適切な電圧を印加することにより、電気光学的に微細に同調することができる。
【００６９】
より多くのデバイス段数を付加して、より複雑なフィルター機能を生じさせることもできる。
【００７０】
さらに、別な構成もまた可能である。例えば、方向性カプラーを１×２のＹ接合スプリッター９１に置換することができ、デバイス段の間で、方向性カプラー出力の１つは、図４に示すように、後者の段に接続しなくてもよい。このことは、特定の用途に有用であり得る異なるフィルター機能生じると考えられる。
【００７１】
図４は、段の間に方向性カプラーを使用する態様の再構成可能な多段フィルターの例を示す概略図である。
【００７２】
図４は、２つの段８１、８３の遅延差ラインを備えた同調可能で再構成可能なフィルター８０を示す。Ｙ接合スプリッター９１は、インプット９０を段８１と方向性カプラー９３に供給する。方向性カプラー９３は段８３に供給する。カプラー９５は、インプットをアウトプット３と４に接続する。別なアウトプット５が段８１に接続される。
【００７３】
本発明の同調可能な光学フィルターを備えた高ダイナミックレンジの位相変調のアナログ光ファイバーリンクは、多くの利点を提供する。
【００７４】
実施が現実的である。過酷な環境における遠隔部のアンテナ／ＲＦセンサーにバイアスフリーで保守不要の光位相変調器が配置される必要があるに過ぎない。レーザー、同調可能フィルター、および光検出器を含むリンクの全ての残りは、低損失の光ファイバーを介して遠く離れた制御された環境の中に配置することができる。ニオブ酸リチウムに基づくもののような広帯域の電気光学的位相変調器は、非常に広い範囲の温度に耐えることができ、かつＤＣ作用点とＤＣバイアス電圧を維持する必要がないため、このことは、この新たなアナログ光ファイバーリンクを実在運転で実施することを非常に現実的にする。
【００７５】
本発明の長所は、非常に高いダイナミックレンジを達成することである。同調可能で再構成可能な光学フィルターは、相互変調歪み項の深い消去を達成するために使用可能であることから、はるかに高い全体的なスプリアスフリーのダイナミックレンジを達成することができる。また、光学フィルターは、光検出器の前のより制御された環境の中に配置することができるため、このことは、フィルターの操作を非常に簡易にする。
【００７６】
本発明の長所は、フィルターの高速運転を提供する。同調可能で再構成可能な光学フィルターの光学素子は、電気光学材料で実施することができるため、このことは、光学フィルターがナノ秒の非常な高速で同調され再構成され得ることを意味する。このフィルターは、環境の何らかの変化に迅速に追従して適応するのに十分高速である。
【００７７】
この同調可能で再構成可能な光学フィルターは、多段光遅延ラインフィルターの構成を基礎とし、構成が簡単である。また、光学フィルターデバイスのサイズは、フィルターの遅延差ラインセクションに依存し、ひいては、意図するＲＦ信号周波数範囲に依存する。ＲＦ周波数が高いほど、短い遅延差の光ラインが必要である。このことは、高いマイクロ波周波数において、新たな同調可能なフィルターデバイスがはるかに小さくて低損失を有することを意味する。相互変調歪み項の消去は、実際には、ＲＦ周波数に依存しない。このことは、高ダイナミックレンジのアナログ光ファイバーリンクは、この技術を用いると、高ければ高い周波数ほど、運転がより容易であり得ることを意味する。
【００７８】
この技術を用いた相互変調信号の消去は、位相変調器と同調可能で再構成可能な光学フィルターの使用によって光学ドメインの中で行われる。同調可能な光学フィルターの同調可能素子（方向性カプラーと移相器）についての全ての電子制御は、割合に低い周波数においてであり、信号そのもののＲＦ周波数においてではない。電子制御のみは、全体的リンクの相互変調信号の消去に影響を及ぼし得る環境変化を制御して追跡するのに十分に迅速でなければならない。メガヘルツ範囲の応答は、殆どの用途について十分以上であるはずである。したがって、この技術は、マイクロ波／ｍｍ波周波数の電子機器を必要とせずに、非常に高い周波数（マイクロ波とｍｍ波）の光ファイバーリンクに応用することが非常に実際的である。
【００７９】
本発明は、高いダイナミックレンジを有する非常に高い周波数（マイクロ波からｍｍ波の周波数）のアナログ光ファイバーリンクの実現を可能にする。このことは、これらの高い周波数における電送ラインが、極めて高い損失であり、長い距離の電送がもはや現実的でないため、非常に重要である。この新たなタイプの高ダイナミックレンジのアナログ光ファイバー伝送は、これらのマイクロ波／ｍｍ波の周波数系について、新たなシステム構築の途を開くはずである。
【００８０】
本発明は、現実的な超高周波（ＥＨＦ）のＲＦ光ファイバーリンクにバイアスフリーの位相変調ＲＦ光ファイバーリンクを提供する。再構成可能なフィルターは、２段式の再構成可能なフィルターデバイスの相互変調消去結果を有する線形化にとって重要な構成成分である。
【００８１】
本発明は、高いＲＦ周波数でのＲＦ光ファイバーリンクを提供する。低いＲＦ周波数では、ファイバー以外の解決策が存在する。光ファイバーリンクは、低い電気光学的変換損失、何らかの高い線形化技術を備えた高いダイナミックレンジ、および現実的で信頼性のあるリンク実装を必要とする。高いＲＦ周波数では全ての電子的解決策が困難である。高いダイナミックレンジの光ファイバーリンクは、高いダイナミックレンジの光ファイバーリンクは、電気光学的損失を生じさせ、線形化技術をより困難にする。
【００８２】
本発明は、新たな光学的技術を提供し、１０〜９０ＧＨｚまたはそれ以上の高い周波数におけるＲＦ光ファイバーリンクでの高いダイナミックレンジ用の電気光学的構成成分を可能にする。
【００８３】
本発明は、実在の過酷な環境（大きな±ΔＴ）の運転に適する新たな光ファイバーリンクを提供する。
【００８４】
本発明は、非常に高いＲＦ周波数に拡張可能で高ければ高いほどのＲＦ周波数でより簡単なアナログ光信号処理（ＡＯＳＰ）技術を提供する。
【００８５】
本発明は、高い周波数のＲＦ電子機器の必要なしに、高精度の同調可能／再構成可能ＡＯＳＰ線形化素子を実施するのに簡単で現実的である。
【００８６】
本発明は、過酷な環境の遠隔部での真にバイアスフリーの線形電気光学的位相変調器を備えた新たな位相変調ＲＦ光ファイバーリンクと復調用電気接続部の光学フィルターを提供する。
【００８７】
変調器よりむしろ受信器で信号を効果的に線形化するため、ＡＯＳＰとして動的に再構成可能な光学フィルターを使用する。
【００８８】
本発明は、プログラム可能なフーリエ級数フィルターのものと同様な変換機能を有する簡単な多段光遅延ラインフィルターを使用する。
【００８９】
本発明は、高精度で低損失の線形／連続の電気光学同調を介して高ダイナミックレンジを達成するため、相互変調の深い消去を提供する。
【００９０】
簡単なＡＯＳＰ構成成分の実装は、非常に高いＲＦ周波数に拡張可能である。
【００９１】
本発明は、極度の温度範囲の現実の過酷な軍事環境で配備されるのに現実的な、高いＲＦ周波数に展開可能な保守不要でバイアスフリーの電気光変換器を備えた高ダイナミックレンジのＲＦ光ファイバーリンクを提供する。この光ファイバーリンクの変換特性は、図５の１０１、１０３、１０５に示すように、各フィルター段の相対的なΔ位相とΔ周波数１００を調節することによって制御される。
【００９２】
ＲＦ信号は、極端な軍規格の温度環境において、完全に保守不要な線形電気光学的位相変調器を用い、遠隔部で光信号に変換される。
【００９３】
光信号マッピングへの完全な線形ＲＦが提供され、元の信号特性は全て保存されて遠隔の受信器１５に伝送して戻される。
【００９４】
その特性が体系的に統合されて非常に正確に同調できて、非常に高度の線形性が得られる動的で再構成可能なフーリエ光学フィルター１１０を用い、高ダイナミックレンジが、受信器１５において最新の光信号処理によって達成される。
【００９５】
本発明は、相互変調の消去ために使用される高次項を与える再構成可能なフーリエ級数変換関数を備えて、電気光学的に同調可能な素子を有する多段光遅延ラインフィルターを提供する。適切な高次項を有する相応の変換関数を備えた別な光学フィルターもまた使用可能である。
【００９６】
図２のカプラーａ、ｂ、ｃ、および同調可能移相器Ｐ１、Ｐ２を調節することにより、図６、図７、および図８の均等目盛と対数目盛で示す異なる周期１２０、１３０、１４０のフィルターを再構成することができる。
【００９７】
出力関数は、下記の切りつめフーリエ級数の形態を取る。
ａ０＋ａ１Ｆ１（ω）＋ａ２Ｆ２（２ω）＋ａ３Ｆ３（３ω）
【００９８】
ＬｉＮｂＯ３のような電気光学的材料で実施される場合、変換関数は、自然で基本的な信号処理関数である有力なフーリエ級数変換を用いて体系的に取り扱うことができる。フーリエ係数は、方向性カプラーａ、ｂ、ｃを単に同調することによって制御可能である。位相は、図２の位相チューナーＰ１、Ｐ２を同調することによって変化させることができる（正と負の両方）。フィルター特性は、高速で動的に再構成可能である。
【００９９】
図２に示す電気光学的に同調可能で再構成可能な２段式のフーリエ級数フィルター４０はフーリエ変換を使用する。
ａ０＋ａ１Ｆ１（ω）＋ａ２Ｆ２（２ω）＋ａ３Ｆ３（３ω）
【０１００】
フーリエ係数は、電気光学的に非常に正確に制御することができる。これらの付加的な高次フーリエ項は、光ファイバーリンクのダイナミックレンジを典型的に制限する３次の相互変調項を効果的に消去するために使用可能である。
【０１０１】
低損失の線形電気光学的効果は、深い信号消去を得るために重要な非常に微細で正確な調節を可能にする。
【０１０２】
より高次の相互変調項を消去するため、追加の段を単に付加することによってより多くのフーリエ項を付加することができる。
【０１０３】
基本的なフーリエ合成光学フィルターの変換関数のサンプルを、基本的な正弦曲線フィルター関数１５０、頂部平坦フィルター応答１６０、および線形三角形フィルター関数１７０として図９、図１０、図１１に示す。
【０１０４】
図１２、図１３、図１４は、多段の同調可能で再構成可能なフィルター２２０、２３０、２４０の３通りのあり得る物理的実施形態を示し、即ち、（ａ）混成ＬｉＮｂＯ３／ファイバーの遅延ライン構造、（ｂ）混成ＬｉＮｂＯ３／シリカまたはシリコンの導波管構造、および（ｃ）全てＬｉＮｂＯ３の一体化導波管構造である。留意すべきことは、一般に、ＬｉＮｂＯ３の代わりに別な電気光学的導波管材料も使用可能であり、光ファイバーまたはシリカもしくはＬｉＮｂＯ３の導波管遅延ライン構造に代えて別な低損失の導波管遅延ラインもまた使用可能なことである。
【０１０５】
ａ）混成ＬｉＮｂＯ３／ファイバーの遅延ラインの再構成可能なフィルター構造２２０が図１２に示されている。それらは、ニオブ酸リチウムのような電気的光学チップ２１３の上に製作された電気光学的活性の位相チューナーおよび同調可能な方向性カプラー、ならびに、光ファイバー２２２を備えた低損失の異なる長さの光ファイバーの遅延差ラインのペア２２３を用いて製作された同じでない光導波管遅延ラインセクション２２５からなる。全体的デバイスは、図１２に示すように相互に接続されて組み立てられる。
【０１０６】
ｂ）混成ＬｉＮｂＯ３／低損失の一体化導波管遅延ラインの再構成可能なフィルター構造２３０を図１３に示す。それらは、ニオブ酸リチウムのような電気的光学チップ２１３の上に製作された電気光学的活性の位相チューナーおよび同調可能な方向性カプラー、ならびに、同じでない光導波管遅延ラインチップ２２７の、導波管２２４を備えた低損失シリコンまたはＳＯＳ導波管回路２２３のような別の製作された基材からなる。全体的デバイスは、図１３に示すように相互に接続されて組み立てられる。
【０１０７】
ｃ）全てＬｉＮｂＯ３の低損失の一体化導波管遅延ラインの再構成可能なフィルター構造が図１４に示されている。それらは、電気光学的材料（例えば、ニオブ酸リチウム等）の上に製作された、電気光学的活性の位相チューナーおよび同調可能な方向性カプラーならびに全ての光導波管遅延ラインのペアからなる。全体的デバイスは図１４に示す。
【０１０８】
図１５は、図１３に概略を示された混成ＬｉＮｂＯ３／ＳＯＳの２段式フーリエフィルターを示す。実際のＬｉＮｂＯ３導波管２００は、ＳＯＳ導波管よりも低い損失を有する。
【０１０９】
全ＬｉＮｂＯ３の２段式フーリエフィルターを図１６、図１７、図１８に示す。図１６は、独立した２段式フーリエフィルターの概略を示す。図１７は、同じ構造体に統合された上側チャンネルと下側チャンネルを備えた２つの独立した２段式フーリエフィルターの概略を示す。図１８は、実際のアセンブリーの２つの独立した２段式フーリエフィルターを示す。
【０１１０】
図１９、図２０、図２１は、２段式フィルターを備えた位相変調リンクからの信号を示す。ＲＦスペクトルが、いろいろなフィルター設定で示されている。図１９は、基本信号２５２に比較して乏しい３次相互変調２５１を有する関係スペクトルを示す。
【０１１１】
図２０は、フィルターが別の任意設定に同調されたときの、基本信号２５６に比較した中間的に低い３次相互変調２５５を有する相互変調スペクトルを示す。
【０１１２】
図２１は、フィルターが低損失の電気光学的効果によって微細に同調されたときに、再構成可能な２段式フーリエフィルターがどのようにして、標準的なＭＺリンクよりも２０ｄＢ超の改良に対応する、４０ｄＢ超で３次相互変調２５７を劇的に変化させことができ、正確で深い信号消去を可能にするか、および基本信号２５８を示す。
【０１１３】
他のアプローチとは異なり、変調器そのものの線形化によるのではなく、重要なアナログ光信号プロセッサーとして再構成可能フィルターを用い、変調器から離れた受信信号を線形化して相互変調消去することによって、高ダイナミックレンジを達成する。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
フーリエフィルター特性が体系的に合成され、非常に正確に同調されて、非常に高度の線形性を達成することができる。
【０１１５】
本発明は、より高いＲＦ周波数でさらに一層効率的である。再構成可能なフィルターは、高周波数電子機器を全く必要としない。より高い周波数における遅延ラインフィルターは、より短い遅延ラインを必要とし、このことは、よりコンパクトでより低損失のフィルターが製造できることを意味する。
【０１１６】
本発明は、保守不要のバイアスフリーの受動的位相変調器を備え、極端な温度範囲の実在環境での実施を現実的なものにする新たな高ダイナミックレンジで高周波数のＲＦ光ファイバーリンクを提供する。
【０１１７】
本発明は、１０〜９０ＧＨｚまたはそれ以上の高い周波数における高いダイナミックレンジのＲＦ光ファイバーリンク用の電気光学的構成成分、および大きい温度変化を有する実在の過酷な環境中での運転に適するＲＦ光ファイバーリンクを提供する。
【０１１８】
新たな光学的線形化技術と電気光学的構成成分は、高いスプリアスフリーのダイナミックレンジを達成する。
【０１１９】
本発明は、困難な高周波数のＲＦ電子機器を必要とせず、高精度の同調可能で再構成可能な素子を用いて実施することを現実的にする。
【０１２０】
実施は、高いＲＦ周波数用のより簡単で、よりコンパクトで、より低損失の一体の２〜３段の遅延ラインフィルターにおいて、４０、６０、９０ＧＨｚの非常に高いＲＦ周波数で行われる。
【０１２１】
通常の単一モードのファイバーを備えた長い位相変調器ファイバーを置き換え、本発明を実施して高速の電気光学的偏光制御器を組込み、次世代の超低Ｖｐｉの高周波数位相変調器の開発と組込みが期待される。
【０１２２】
本発明を特定の実施形態に関して説明したが、本発明の変化や変更を、特許請求の範囲に規定する本発明の範囲から逸脱せずに構成することができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１０    光ファイバーリンク
１７    光ファイバー
１９    遠隔部
２１    位相変調器
２９    光学フィルター
３５    光検知器
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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