(57)【要約】【課題】連続波またはパルス・レーザ光信号の何れかを使用して光デジタル・アナログ変換を実現すること。【解決手段】レーザ光信号はアナログ信号に変換すべきデジタル・データ・シーケンスのビットによって位相シフト変調される複数の相互にコヒーレントな光ビームに分割される。位相シフト変調された光ビームは再結合されて所望のデジタル・アナログ変換光信号を実現する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変換モジュールを使用することによってデジタル信号をアナログ信号に光変換する方法であって、
所定の光信号を受信する工程、
受信した光信号を複数の相互にコヒーレントな光ビームに分割する工程、
前記複数の光ビームを対応する複数の光位相シフタに１対１ベースで供給する工程、
デジタル・データ・シーケンスのビットを前記複数の光位相シフタに供給し、前記複数の位相シフタの個々の１つに供給された光ビームの位相シフトを制御する工程、
結合器に前記位相シフト光ビームを供給し、相互にコヒーレントな位相シフト光ビームを再結合する工程を備え、
前記結合された相互にコヒーレントな位相シフト光ビームが光変換されたデジタル・アナログ光信号を表す方法。
【請求項２】
連続波レーザ光信号を生成する工程をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
パルス・レーザ光信号を生成する工程と、前記パルス・レーザ光信号を制御し、メモリ・ユニットから供給されるビットと同じ反復速度を有するようにし、前記光位相シフタの各々の位相シフトを制御する工程とをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項４】
それぞれ前記光変換されたデジタル・アナログ光信号を表す前記再結合された光信号を検出するためのフォトダイオードをさらに含む請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記再結合された相互にコヒーレントな光信号に応答して前記フォトダイオードが
【数１】
2005223884.tif 000005
となるような電流ｉＰＤを発生し、上式で、ｉＰＤはフォトダイオード電流であり、Ｒはフォトダイオード応答度であり、Ｐｉｎは放出された光電力であり、Ｖｉは前記デジタル・データ・シーケンスの前記ビットに応答して発生したｉ番目の光位相シフト変調器に対する制御電圧であり、Ｖπは光位相シフト変調器に対するスイッチング電圧である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
各々が２つの電圧レベルＶｉ，ｌｏｗおよびＶｉ，ｈｉを有するように前記制御電圧Ｖｉの各々を構成し、それによって２ｉ出力電流ｉＰＤレベルを生成する工程をさらに含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
各々が前記変換されたデジタル・アナログ光信号を生成するための所定複数の光位相シフタを含む複数の前記変換モジュールをカスケード接続する工程をさらに含む請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記再結合された相互にコヒーレントな光信号に応答して前記フォトダイオードが
【数２】
2005223884.tif 000006
となるような電流ｉＰＤを発生し、上式で、ｊはｊ番目の段に対する動く指数であり、ｉＰＤはフォトダイオード電流であり、Ｒはフォトダイオード応答度であり、Ｐｉｎは放出された光電力であり、Ｖｉｊは前記デジタル・データ・シーケンスの前記ビットに応答して発生したｊ番目の段におけるｉ番目の光位相シフト変調器に対する制御電圧であり、Ｖπは光位相シフト変調器に対するスイッチング電圧である請求項７に記載の方法。
【請求項９】
各々が２つの電圧レベルＶｉｊ，ｌｏｗおよびＶｉｊ，ｈｉを有するように前記制御電圧Ｖｉｊの各々を構成し、それによって２ｉｊ出力電流ｉＰＤレベルを生成する工程をさらに含む請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記フォトダイオードの出力において任意の波形を生成するために所定の速度で前記制御電圧レベルをスイッチングする工程をさらに含む請求項６または９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は光波形生成システムに関し、より詳細には、デジタル信号のアナログ光信号への変換に関する。
【技術分野】
【０００２】
デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器は電子ならびにフォトニック信号処理およびデータ伝送における重要な要素である。多くの光伝送システムにおいて、デジタル・データを処理および／または伝送のためにアナログに変換しなければならない。事実、Ｄ／Ａ変換器を実装するために光技術、たとえば高速クロッキングおよび信号サンプリング、広帯域幅、軽量構成要素などを使用することには多くの利点がある。さらに、高速任意アナログ波形発生器は超高速Ｄ／Ａ変換器を使用して実装することができる。
【０００３】
１つのそのような光Ｄ／Ａ変換器がＡ．Ｙａｃｏｕｂｉａｎ他著、論文名「Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−Ａｎａｌｏｇ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ」、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１５、Ｎｏ．１、Ｊａｎｕａｒｙ  ２００３、１１７〜１１９ページに記載されている。しかしながら、開示されている実装はいわゆる２ビット・フォトニックＤ／Ａ変換器に制限される。
【非特許文献１】Ａ．Ｙａｃｏｕｂｉａｎ他著、「Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−Ａｎａｌｏｇ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｕｓｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ」、ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１５、Ｎｏ．１、Ｊａｎｕａｒｙ  ２００３、１１７〜１１９ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の知られている光変調構成のこれらおよび他の問題および制限は、複数の相互にコヒーレントな光ビームに分割される、連続波またはパルス・レーザ光信号を利用することによって出願人の独自の発明において克服される。複数の光ビームの各々は対応する複数の位相シフト変調された相互にコヒーレントな光信号を生成するためのデータ・シーケンスのビット（制御信号）によって位相シフト変調される。変調された光信号は必要に応じて再結合されて所望のデジタル・アナログ変換光信号を形成する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の特定の一実施形態において、位相変調は、連続波レーザ光信号を備える光信号を複数の同様の相互にコヒーレントな光信号に分割し、同様の連続波レーザ光信号の各々の連続波光コヒーレント信号をデジタル・データ・ビット（制御信号）で位相シフト変調することによって行われる。次いで、複数の位相シフト変調された連続波光信号を結合して結果として変換されたデジタル・アナログ信号を得る。
【０００６】
本発明の他の実施形態において、供給されたデジタル・データ・シーケンスは、シーケンスのデータ・ビットが供給された連続波レーザ光信号の複数の相互にコヒーレントなバージョンを変調するために供給される前にプロセッサを介して事前処理される。
【０００７】
本発明のさらに他の実施形態において、パルス・レーザ信号が光デジタル・アナログ変換器への入力として供給される。パルス・レーザ光信号は、位相シフト変調された光ビームが再結合された後で、ほぼジッタのないアナログ光信号を生成するためにメモリに記憶されたデータ・シーケンスによって位相シフト変調される、複数の相互にコヒーレントな光ビームに分割される。パルス・レーザ光信号はメモリ・ユニットからのデータ・シーケンスと同じ反復速度を有するように制御される。データ・シーケンスをパルス・レーザ光信号のパルスと適切に整合させることによって、タイミング・ジッタの影響は相殺される。
【０００８】
本発明のさらに他の実施形態において、一段のデジタル・アナログ変換器により多くの位相シフト変調器を重ねる代わりに、より少ない位相シフト変調器を有する複数のデジタル・アナログ変換器段をカスケード接続して、本発明による全体的なデジタル・アナログ変換器を形成する。本発明のこの実施形態は離散的な出力レベルの所望の分布を実現するために有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明の一実施形態を簡略ブロック図形態で示す。詳細には、所望の波長で光信号を生成するために連続波またはパルス・レーザを一般に含む光源１０１が示されている。処理すべき例示的な光信号は約２．３×１０１４ヘルツ〜約１．８×１０１４ヘルツの光周波数、すなわち約１．３ミクロン〜約１．７ミクロンの波長を有する。一例において、約１．５５ミクロンの波長、すなわち約１．９３×１０１４ヘルツの周波数を有する連続波光信号は光源１０１によって生成され、バイア１０２を介して光デジタル・アナログ変換器１００に供給される。光デジタル・アナログ変換器１００において、連続波光信号は光路１０３を介して複数Ｎ個の相互にコヒーレントな光ビーム１０５−１〜１０５−Ｎを生成するスプリッタ１０４に供給される。相互にコヒーレントなビームの個数Ｎは少なくとも２つでなければならないが、４〜８つの光ビームが一般に使用される。この用途における相互にコヒーレントである複数Ｎ個の光ビームの重要性については以下で説明する。この例において、スプリッタ１０４はマルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラである。複数Ｎ個の相互にコヒーレントな光ビームは１対１ベースで対応する複数の光位相シフタ１０６−１〜１０６−Ｎにそれぞれ供給される。また、位相シフタ１０６−１〜１０６−Ｎの位相シフトに所望のデジタル・アナログ変換を行わせるためのデータ・シーケンスのビット、すなわち制御信号がバイア１１２−１〜１１２−Ｎを介して位相シフタ１０６−１〜１０６−Ｎに供給される。したがって、この例において、デジタル・アナログ変換はレーザ１０１からの連続波光ビームの直接位相シフト変調を介した電子光位相シフト変調方式の使用によってか、たとえばマッハ−ツェンダー位相シフト変調器を使用した外部位相シフト変調のいずれかによって実現される。変調信号の周波数はマイクロ波／ミリメートル波範囲内である。位相シフタ１０６−１〜１０６−Ｎからの位相シフト変調出力はそれぞれ光路１０７−１〜１０７−Ｎを介して光結合器１０８に供給され、そこでそれらは再結合されて所望の光アナログ信号を形成する。この例において、結合器１０８はマルチモード干渉（ＭＭＩ）カプラである。このアナログ光信号は光路１０９および１１０を介して、必要に応じて使用するための電気信号を生じる線形フォトダイオード１１１に供給される。
【００１０】
フォトダイオード１１１によって検出された再結合された位相シフト変調光信号はフォトダイオード１１１を介して、以下のように計算される電流ｉＰＤを発生する。
【数１】
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上式で、Ｒはフォトダイオード１１１の応答度、Ｐｉｎは放出された光電力であり、Ｖｉはｉ番目の位相シフト変調器に対する制御電圧であり、Ｖπは位相シフト変調器に対するスイッチング電圧である。制御電圧がいまそれらの各々が２つの異なるレベル、すなわちＶｉ，ｌｏｗおよびＶｉ，ｈｉを有することができるように構成されている場合、２ｉ出力電流ｉＰＤレベルが実現可能である。２つの異なる制御電圧レベルＶｉ，ｌｏｗおよびＶｉ，ｈｉが「高い」速度の間でスイッチングされる場合、任意の波形がフォトダイオード１１１の出力において発生される。いわゆる「高い」速度は一般に１０−４０Ｇビット／秒であるが、１６０Ｇビット／秒もの高さとすることもできる。
【００１１】
各ブランチの位相シフト変調器１０６は、たとえば、ＩｎＰ、ＧａＡｓまたはＬｉＮｂＯ３のような線形電子光効果をもつ材料システムにおいて製作することができる。光導波路の有効屈折率はこの導波路に垂直な印加された電界に比例して変化する。高周波分布電気導波路は高い変調帯域幅をもつ局所電界を供給するために整合伝搬速度をもつ光波と協働するように設計される。異なるブランチは異なる時間長だけ光信号を遅延させる。この結果として位相シフタ１０６の出力において異なる位相が生じる。結合器１０８において、強め合うように干渉するこれらの異なる出力位相信号は、これらの信号が受ける異なる時間遅延のために異なる光信号位相を有する。ＭＭＩカプラ、すなわち結合器１０８の後の結果として得られる光信号は強め合うように干渉する全ての位相シフト光信号の総和である。
【００１２】
図２は本発明の第２の実施形態を簡略ブロック図形態で示す。図２の実施形態は図１の実施形態と同様であり、物理的観点と機能的観点の両方から本質的に同等の同様の要素を含む。これらの同様の要素は図１の要素と同様の番号を有し、再び詳細には議論しない。図１の実施形態と図２の実施形態の間の唯一の顕著な相違はプロセッサ２０１の使用である。図から分かるように、１つまたは複数のデータ信号が入力接続２０２を介してプロセッサ２０１に供給される。プロセッサ２０１において、データ信号が位相シフト変調器１０６−１〜１０６−Ｎを駆動するための制御電圧信号を符号化し、生成するために使用される。これらの制御電圧信号はそれぞれ出力接続１１２−１〜１０７−Ｎを介して位相シフタ１０６−１〜１０６−Ｎに供給される。
【００１３】
図３は本発明の第３の実施形態を簡略ブロック図形態で示す。図３の実施形態も図１の実施形態と同様であり、物理的観点と機能的観点の両方から本質的に同等である同様の要素を含む。これらの同様の要素は図１の要素と同様の番号を有し、再び詳細には議論しない。図１の実施形態と図３の実施形態の間の唯一の顕著な相違はパルス・レーザ信号がパルス・レーザ３０１から光デジタル・アナログ変換器１００に入力として供給されること、およびパルス・レーザ光信号１０２がメモリ・ユニット３０２からのデータ・シーケンスと同じ反復速度を有するように制御されることである。パルス・レーザ光信号はスプリッタ１０４を介して複数の相互にコヒーレントな光ビーム１０５−１〜１０５−Ｎに分割され、それらは位相シフト変調光ビームが再結合された後でほぼジッタのないアナログ光信号を生成するためにメモリに記憶されるデータ・シーケンスによって位相シフタ１０６−１〜１０６−Ｎを介して位相シフト変調される。パルス・レーザ光信号１０２はメモリ・ユニット３０２からのデータ・シーケンスと同じ反復速度を有するようにクロック３０３を介して制御される。データ・シーケンスをパルス・レーザ光信号のパルスで適切に整合することによって、タイミング・ジッタの影響が相殺される。
【００１４】
図４は本発明による他のデジタル・アナログ変換器１００の詳細を簡略ブロック図形態で示す。この実施形態において、全体的なデジタル・アナログ変換を得る際に所望の数の位相シフト変調光ビームを実現するために複数のデジタル・アナログ変換器段１００−１〜１００−Ｊがカスケード接続される。上記のように、少なくとも２つのブランチが各段に必要であり、段の総数は２〜４つ、すなわちデータ・シーケンスのビット、すなわち制御電圧信号によって位相シフト変調すべき光ビームの４つのブランチと８つのブランチの間である。このアナログ光信号は光路１０９および１１０を介して、必要に応じて使用するための電気信号を生じる線形フォトダイオード１１１に供給される。この実施形態は離散的な出力レベルの所望の分布を実現するために有利である。
フォトダイオード１１１によって検出された再結合された位相シフト変調光信号は、以下のように計算されるフォトダイオード１１１によって電流ｉＰＤを発生する。
【数２】
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上式で、ｊはｊ番目の段に対する動く指数である。
【００１５】
もちろん、上記の実施形態は本発明の原理を説明するためのものにすぎない。事実、当業者なら本発明の趣旨および範囲を逸脱せずに多数の他の方法または装置を考案することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態の簡略ブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の簡略ブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の簡略ブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施形態の詳細の簡略ブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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