(57)【要約】【課題】  位相雑音の少ない高周波発振器を得る。【解決手段】  光を発生する光発生手段と、前記光発生手段で発生した光を第１の電気信号により変調する光変調手段と、前記光変調手段で変調された光を伝送する光伝送手段と、前記光伝送手段で伝送された光を前記第１の電気信号と同じ周波数を有する第２の電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段で変換された前記第２の電気信号を、前記第２の電気信号よりも高い周波数を有する第３の電気信号に変換する第１の周波数変換手段と、前記第３の電気信号の一部を分岐し、この分岐した電気信号を出力信号として出力する第１の分岐手段と、前記第１の分岐手段で分岐した他方の前記第３の電気信号を、前記第２の電気信号と同じ周波数を有する前記第１の電気信号に変換する第２の周波数変換手段と、を備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
2013134298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する光発生手段と、
前記光発生手段で発生した光を第１の電気信号により変調する光変調手段と、
前記光変調手段で変調された光を伝送する光伝送手段と、
前記光伝送手段で伝送された光を前記第１の電気信号と同じ周波数を有する第２の電気信号に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段で変換された前記第２の電気信号を、前記第２の電気信号よりも高い周波数を有する第３の電気信号に変換する第１の周波数変換手段と、
前記第３の電気信号の一部を分岐し、この分岐した電気信号を出力信号として出力する第１の分岐手段と、
前記第１の分岐手段で分岐した他方の前記第３の電気信号を、前記第２の電気信号と同じ周波数を有する前記第１の電気信号に変換する第２の周波数変換手段と、
を備えたことを特徴とする高周波発振器。
【請求項２】
前記第１の電気信号、前記第２の電気信号、前記第３の電気信号のいずれかに対し、その電気信号の前記周波数を含む所定の帯域を通過させる帯域通過手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の高周波発振器。
【請求項３】
前記第１の周波数変換手段は逓倍数Ｎ（Ｎは２以上の整数）の逓倍手段であり、前記第２の周波数変換手段は分周数Ｎの分周手段であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波発振器。
【請求項４】
前記逓倍数かつ前記分周数であるＮの値を可変にしたことを特徴とする請求項３に記載の高周波発振器。
【請求項５】
前記第１の周波数変換手段は第１の信号混合手段であり、前記第２の周波数変換手段は第２の信号混合手段であり、
第４の電気信号を発生する高周波発生手段と、
前記第４の電気信号を２つに分岐する第２の分岐手段と、を有し、
前記第１の信号混合手段は、前記第２の分岐手段で分岐した前記４の電気信号の一方と前記光電変換手段で変換された前記第２の電気信号とを混合し、その和周波数信号を前記第３の電気信号とし、
前記第２の信号混合手段は、前記第２の分岐手段で分岐した前記４の電気信号の他方と前記第１の分岐手段で分岐した前記第３の電気信号とを混合し、その差周波数信号を前記第１の電気信号とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波発振器。
【請求項６】
前記第４の電気信号の周波数を可変にしたことを特徴とする請求項５に記載の高周波発振器。
【請求項７】
前記第１の信号混合手段または前記第２の信号混合手段がイメージリジェクションミキサであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の高周波発振器。
【請求項８】
前記光伝送手段は光ファイバであることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の高周波発振器。
【請求項９】
前記第１の電気信号、前記第２の電気信号、前記第３の電気信号のいずれかを増幅する電気信号増幅手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の高周波発振器。
【請求項１０】
前記光発生手段で発生した光または前記光変調手段で変調された光を増幅する光信号増幅手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の高周波発振器。
【請求項１１】
前記第１の電気信号、前記第２の電気信号、前記第３の電気信号のいずれかの位相を変化させる電気信号位相調整手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の高周波発振器。
【請求項１２】
前記電気信号位相調整手段の動作を制御する電気信号位相調整量制御手段を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の高周波発振器。
【請求項１３】
前記光変調手段から前記光電変換手段の間に光路長を変化させる光遅延手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の高周波発振器。
【請求項１４】
前記光遅延手段の動作を制御する光遅延量制御手段を備えたことを特徴とする請求項１３に記載の高周波発振器。
【請求項１５】
前記第１の電気信号が前記光発生手段から発生した光を直接変調するように、前記光発生手段と前記光変調手段が一体化されていることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の高周波発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ミリ波やマイクロ波などの高周波信号を発振することのできる高周波発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の高周波発振器として、例えば非特許文献１に示されている光電気発振器がある。この光電気発振器は、レーザ光源と、光変調器と、光ファイバと、Ｏ／Ｅ変換器であるフォトディテクタと、バンドパスフィルタとカプラとを備えている。レーザ光源からのレーザ光は、光変調器で強度変調される。強度変調されたレーザ光は、光ファイバを介してＯ／Ｅ変換器で電気信号に変換される。この電気信号は、バンドパスフィルタに入力され、バンドパスフィルタの中心周波数近傍の信号成分のみがバンドパスフィルタを通過して出力される。バンドパスフィルタから出力された電気信号は、カプラにより２つに分岐され、一方が高周波信号として外部に出力され、他方が光変調器に再び入力されてレーザ光の強度変調に用いられ、帰還回路が構成される。この帰還回路において、回路全体の損失よりも大きくなるように帰還ゲインを設定することにより、この高周波発振器は、バンドパスフィルタで設定された所定の周波数で発振を始める。また、光ファイバに分散がある場合、発振器出力信号の位相雑音が劣化することが非特許文献１内で示されており、例えばゼロ分散の光ファイバを使用することで雑音劣化を抑制することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Kirill Volyanskiy, et al., “Contribution of Laser Frequency and Power Fluctuations to the Microwave Phase Noise of Optoelectronic Oscillators,” Journal of Lightwave Technology, vol.28, no.18, pp.2730-2735, Sept. 2010（構成は図１、ゼロ分散光ファイバを用いた位相雑音低減効果については図６に記述されている。）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の高周波発振器は以上のように構成されているので、光ファイバの分散による位相雑音劣化を抑制することができる。しかし、この効果を得るために、例えば通常の光ファイバに対し分散特性をシフトさせ、本発振器で使用するレーザ光波長帯で分散を低下させている分散シフト光ファイバを用いた場合、通常の光ファイバ使用時に対し高コストであるという課題がある。また、本発振器では、光ファイバを通過する変調信号が高周波化するにつれて、信号の位相雑音が劣化するという課題もある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、通常の分散を有する光ファイバを使用したり、変調信号を高周波化させた場合でも、位相雑音劣化を抑制することができる高周波発振器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る高周波発振器は、
光を発生する光発生手段と、
前記光発生手段で発生した光を第１の電気信号により変調する光変調手段と、
前記光変調手段で変調された光を伝送する光伝送手段と、
前記光伝送手段で伝送された光を前記第１の電気信号と同じ周波数を有する第２の電気信号に変換する光電変換手段と、
前記光電変換手段で変換された前記第２の電気信号を、前記第２の電気信号よりも高い周波数を有する第３の電気信号に変換する第１の周波数変換手段と、
前記第３の電気信号の一部を分岐し、この分岐した電気信号を出力信号として出力する第１の分岐手段と、
前記第１の分岐手段で分岐した他方の前記第３の電気信号を、前記第２の電気信号と同じ周波数を有する前記第１の電気信号に変換する第２の周波数変換手段と、
を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、通常の分散を有する光ファイバを使用したり、変調信号を高周波化させた場合でも、位相雑音劣化を抑制することができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による高周波発振器を示す構成図
【図２】この発明の実施の形態１による他の高周波発振器を示す構成図
【図３】この発明の実施の形態１による他の高周波発振器を示す構成図
【図４】この発明の実施の形態１による他の高周波発振器を示す構成図
【図５】この発明の実施の形態１による他の高周波発振器を示す構成図
【図６】この発明の実施の形態１による他の高周波発振器を示す構成図
【図７】この発明の実施の形態１による他の高周波発振器を示す構成図
【図８】この発明の実施の形態１による他の高周波発振器を示す構成図
【図９】この発明の実施の形態１による他の高周波発振器を示す構成図
【図１０】この発明の実施の形態２による高周波発振器を示す構成図
【図１１】この発明の実施の形態２による他の高周波発振器を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による高周波発振器を示す構成図である。図中、１は光発生手段であるレーザ光源、２は光変調手段である光変調器、３は光伝送手段である光ファイバ、４は光電変換手段であるＯ／Ｅ変換器、５は第１の周波数変換手段であり逓倍手段である逓倍器、６は第１の分岐手段であるカプラ、７は第２の周波数変換手段であり分周手段である分周器、８は帯域通過手段であるバンドパスフィルタである。
また図において、薄い色の配線は光の伝送路を示し、濃い色の配線は電気信号の伝送路を示している。これは、以降の他の図においても同様である。
【００１１】
図１における高周波発振器は、レーザ光等の光を用いて、発振周波数が第１周波数である高周波信号（以下、ＲＦ信号と称する）を発振して出力する。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまることである。
【００１２】
レーザ光源１はレーザ光を発生する。光変調器２は、レーザ光源１からのレーザ光を、第１の電気信号である、後述するバンドパスフィルタ８からのＲＦ信号に応じて強度変調し、変調後のレーザ光を光ファイバ３に出力する。
光ファイバ３は、光変調器２から出力された変調後のレーザ光をＯ／Ｅ変換器４に伝送する伝送路である。光電変換器であるＯ／Ｅ変換器４は、光ファイバ３により伝送されたレーザ光を直接検波（自乗検波）することで、そのレーザ光を第２の電気信号であるＲＦ信号に変換する処理を実施する。
【００１３】
逓倍器５は、Ｏ／Ｅ変換器４からのＲＦ信号の周波数を予め設定された値に逓倍して第３の電気信号としてカプラ６に出力する。なお、Ｏ／Ｅ変換器４からのＲＦ信号の周波数を第２周波数とし、逓倍器５で逓倍された後のＲＦ信号の周波数を第１周波数とする。カプラ６は、逓倍器５からのＲＦ信号を２つに分岐し、一方のＲＦ信号を分周器７に出力して、他方のＲＦ信号を出力信号として外部に出力する。分周器７は、カプラ６からのＲＦ信号の周波数を予め設定された値に分周して上述した第１の電気信号としてバンドパスフィルタ８に出力する。なお、カプラ６からのＲＦ信号の周波数は第１周波数であり、分周器７で分周後のＲＦ信号の周波数が第２周波数になるとしている。すなわち、逓倍器５の逓倍数と分周器７の分周数をＮ（Ｎは２以上の整数）として一致させている。
【００１４】
このことから、第１の電気信号と第２の電気信号は周波数として第２周波数を有しており、第３の電気信号は周波数として第１周波数を有している。
【００１５】
バンドパスフィルタ８は、分周器７からのＲＦ信号の信号成分のうち、予め設定された所定の通過帯域以外の周波数帯域の信号成分やスプリアスを遮断して、所定の通過帯域に含まれている信号成分のみを通過させる。なお、上記予め設定された所定の通過帯域の中心周波数は第２周波数近傍である。
【００１６】
次に動作について説明する。なお、この実施の形態では、高周波発振器の動作を分かりやすくするために、第１周波数を１０ＧＨｚとし、第２周波数を１ＧＨｚとする。なお、これらの設定値は具体的な値を例示したものであって、本発明はこの値に限定されず、異なる値であってもよい。
【００１７】
まず、レーザ光源１でレーザ光が発生され、光変調器２に出力される。光変調器２に入力されたレーザ光は、バンドパスフィルタ８からのＲＦ信号に応じて変調され、変調後レーザ光として光ファイバ３に出力される。光ファイバ３に入力された変調後レーザ光は、ファイバ内を伝送されて、Ｏ／Ｅ変換器４に出力される。Ｏ／Ｅ変換器４に入力された変調後レーザ光は、直接検波されて１ＧＨｚのＲＦ信号に変換され、逓倍器５に出力される。
【００１８】
逓倍器５に入力された１ＧＨｚのＲＦ信号は、予め設定された１０倍の周波数に逓倍され、１０ＧＨｚのＲＦ信号がカプラ６に出力される。カプラ６に入力された１０ＧＨｚのＲＦ信号は２つに分岐され、一方のＲＦ信号は分周器７に出力され、他方のＲＦ信号は出力信号として外部に出力される。分周器７に入力された１０ＧＨｚのＲＦ信号は、予め設定された１／１０の周波数に分周され、１ＧＨｚのＲＦ信号がバンドパスフィルタ８に出力される。
【００１９】
バンドパスフィルタ８に入力された１ＧＨｚのＲＦ信号は、予め設定された１ＧＨｚを中心周波数とする所定の通過帯域に含まれる信号成分のみが通過され、それ以外の周波数帯域の信号成分やスプリアスは遮断されて、光変調器２に出力される。ここで、バンドパスフィルタ８からのＲＦ信号が光変調器２に再び入力されることにより、帰還回路が構成される。この帰還回路において、回路全体の損失よりも大きくなるような帰還ゲインを設定することで、この高周波発振器は１０ＧＨｚで発振を始める。
【００２０】
次に、この実施の形態１における高周波発振器の効果について説明する。この種の高周波発振器では、レーザ光の伝送路に例えば長い光ファイバ３を用いることで発振ループを容易に長距離化させることができ、これにより発振のＱ値を高めることで低位相雑音が得られる。
【００２１】
ここで、光ファイバ３内を光が伝播するとき、光の速さが光の波長（周波数）により異なる現象が生じるが、これは分散と呼ばれている。一般的なシングルモードファイバ（以下、ＳＭＦと称する）の分散値は、波長１．３μｍ付近でほぼ０であり、波長１．５５μｍ付近で約１７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍである。この「ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ」という単位は、波長が１ｎｍ離れた２つの光がファイバ長１ｋｍを伝播したときに生じる伝播時間の差をｐｓ単位で表している。また、一般的に光通信などの用途で使用されるＳＭＦは、透過損失が最も小さい１．５５μｍ帯のものが使われることが多い。以下では、レーザ光源１から発生するレーザ光の波長を１．５５μｍ帯とする。
【００２２】
このとき、この種の高周波発振器は、後述するように、用いた光ファイバの分散の値が高いほど位相雑音が劣化することが知られている。そこで、例えばゼロ分散の光ファイバを使用することにより、発振器の位相雑音劣化を抑制することができる。１．５５μｍ帯におけるゼロ分散の光ファイバとして、例えば分散シフト光ファイバ（以下、ＤＳＦと称する）がある。ＤＳＦは、内部の屈折率を調整することで、ＳＭＦに対して波長１．５５μｍ付近における分散の値を抑制した光ファイバである。しかし、ＤＳＦは、通常のＳＭＦに対し一般的に高コストであるという短所がある。また、ＳＭＦを用いたときのこの種の高周波発振器は、後述するように、光ファイバを通過する変調信号が高周波化するほど位相雑音が劣化するという短所もある。
【００２３】
そこで図１のように、逓倍器５および分周器７を用い、光ファイバ３を通過するレーザ光に強度変調が施されているＲＦ信号の周波数を、出力信号周波数に対し低下させることで、低下させない場合に対して位相雑音を低減することができる。これにより、ＳＭＦを使用した場合でも位相雑音劣化を抑制でき、抑制時の位相雑音がＤＳＦを用いた従来構成と同程度であった場合、ＳＭＦを使用した構成の方が低コストであるという効果が得られる。また、この種の高周波発振器で出力信号を高周波化させた場合でも、従来に対し位相雑音を低減できるという効果が得られる。
【００２４】
以下、分散を有する光ファイバを用いたときのこの種の高周波発振器において、用いた光ファイバの分散の値が高いほど位相雑音が劣化すること、および、光ファイバを通過する変調信号が高周波化するほど位相雑音が劣化することの要因について説明する。非特許文献１でも示されているように、光速をｃ、レーザ光波長をλ０、光ファイバ中の群速度をｖｇ、ｖｇのレーザ角周波数ωにおける微分をｄｖｇ／ｄωとし、波長λにおける光ファイバの分散値をＤλとすると、Ｄλは式（１）のように定義される。
【００２５】
【数１】
2013134298.tif 000003
式（１）の微分方程式を解くと、ｖｇは式（２）で表される。
【００２６】
【数２】
2013134298.tif 000004
ここで、レーザ周波数ゆらぎδνが生じたときのレーザ角周波数ゆらぎをδωとすると、δωはδνを用いて式（３）で表される。
【００２７】
【数３】
2013134298.tif 000005
また、長さＬの光ファイバでレーザ周波数ゆらぎδνが生じたときの分散による時間ゆらぎをδＴ、光ファイバ中の群速度のゆらぎをδｖｇとすると、δｖｇはＬとδＴを用いて式（４）で表される。
【００２８】
【数４】
2013134298.tif 000006
式（２）の関係に式（３）および式（４）を考慮すると、δνとδＴの関係は式（５）で近似することができる。
【００２９】
【数５】
2013134298.tif 000007
ここで、本発振器の発振周波数をｆ０とし、δＴが生じたときの発振信号の位相ゆらぎをδψとすると、δψは式（６）で表される。
【００３０】
【数６】
2013134298.tif 000008
式（６）より、δψはＤλに比例して増加することが分かる。一方、本発振器の位相雑音はδψの２乗に比例することから、位相雑音はＤλの２乗に比例する、つまり、発振器に用いた光ファイバの分散値が高いほど位相雑音が劣化することが分かる。
【００３１】
また、式（６）より、δψはｆ０に比例して増加することが分かる。したがって、本発振器の位相雑音はｆ０の２乗に比例して増加する、つまり、発振周波数が高いほど位相雑音が劣化することが分かる。したがって、本実施の形態は前述した効果を得ることができる。
【００３２】
この実施の形態１では、逓倍器５の逓倍数および分周器７の分周数を両者とも同一値としたまま増加させることで、バンドパスフィルタ８の中心周波数を変化させずに発振周波数を高周波化させることができる。ただし、このためには、発振周波数の可変範囲がカプラ６の利用可能周波数内である場合に限定される。
【００３３】
図２はこの発明の実施の形態１による他の高周波発振器を示す構成図である。図中、９は帯域通過手段であるバンドパスフィルタである。
【００３４】
この実施の形態１の図１では、分周器７と光変調器２の間に、バンドパスフィルタ８が配置されているものを示したが、Ｏ／Ｅ変換器４と光変調器２との間であれば、配置順序は問わない。ただし、図２のように、逓倍器５から分周器７の間にバンドパスフィルタ９を配置すると、それ以外に配置した場合に対して、バンドパスフィルタ９を通過するＲＦ信号の周波数が１ＧＨｚから１０ＧＨｚとなり、高い中心周波数のバンドパスフィルタ９を備える必要がある。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまることである。
【００３５】
この実施の形態１では、レーザ光源１と光変調器２の間、光変調器２と光ファイバ３の間、および光ファイバ３とＯ／Ｅ変換器４の間が全て光ファイバによって接続されているので、発振器の小型化が可能になる。また、高い信頼性が得られるとともに、取り扱いが容易となり、高い配置自由性を有するなどの効果が得られる。ただし、この発明は、これらを光ファイバによって接続するものに限定するものではなく、レーザ光の伝送路に、例えば空間や他の光学材料など、他のものを用いても構わない。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまることである。
【００３６】
この実施の形態１では、カプラ６の分岐比については特に言及していないが、高周波発振器が発振するための条件を満たしていれば（すなわち発振ループの利得が１を超える構成であれば）、どのような分岐比でも構わない。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまることである。
【００３７】
この実施の形態１では、バンドパスフィルタ８からのＲＦ信号が光変調器２に入力されるものを示したが、図３に示すように、電気信号であるＲＦ信号を増幅するアンプ１１（増幅器）をバンドパスフィルタ８と光変調器２の間に配置するようにしてもよい。図３において、１１は電気信号増幅手段であるアンプである。このように、アンプ１１を配置することで、外部に出力するＲＦ信号を増幅することができるとともに、レーザ光のパワーが低くても、発振が得られる効果を奏する。
【００３８】
なお、図３の例では、アンプ１１をバンドパスフィルタ８と光変調器２の間に配置しているが、Ｏ／Ｅ変換器４から光変調器２までの間の伝送路であれば、どの位置にアンプ１１を配置してもよい。また、アンプ１１を複数配置してもよい。ただし、Ｏ／Ｅ変換器４から逓倍器５までの間および分周器７から光変調器２までの間は１ＧＨｚの信号を増幅するアンプを用い、逓倍器５から分周器７までの間は１０ＧＨｚの信号を増幅するアンプを用いるものとする。これらのことは、以降の他の実施の形態においても当てはまることである。  
【００３９】
この実施の形態１では、光ファイバ３からのレーザ光がＯ／Ｅ変換器４に入力されるものを示したが、図４に示すように、レーザ光を増幅する光アンプ１２を光ファイバ３とＯ／Ｅ変換器４の間に配置するようにしてもよい。図４において、１２は光信号増幅手段である光アンプである。このように、光アンプ１２を配置することで、外部に出力するＲＦ信号を増幅することができるとともに、レーザ光のパワーが低くても、発振が得られる効果を奏する。
【００４０】
図４の例では、光アンプ１２を光ファイバ３とＯ／Ｅ変換器４の間に配置しているが、レーザ光源１からＯ／Ｅ変換器４までの間の伝送路であれば、どの位置に光アンプ１２を配置してもよい。また、光アンプ１２を複数配置してもよい。ただし、光変調器２からＯ／Ｅ変換器４までの間は、変調後レーザ光（光スペクトル上でレーザ光源１からのレーザ光の成分と、変調によりこのレーザ光の両サイドバンドあるいは片サイドバンドに得られる１ＧＨｚ離れたレーザ光の成分）を増幅できる光アンプ１２を用いるものとする。これらのことは、以降の他の実施の形態においても当てはまることである。
【００４１】
実施の形態１において、発振周波数を安定させるため、または発振周波数を所望の値に変化させるために、入力されたＲＦ信号の位相を変化させる移相器２１を用いてもよい。図５は、図１に示した高周波発振器に移相器２１を適用した高周波発振器である。図５において、２１は電気信号位相調整手段である移相器である。
【００４２】
図５において、移相器２１は、例えば印加される電圧に応じて、ＲＦ信号の位相を所望の値に変化させて出力する。図５の例では、移相器２１をバンドパスフィルタ８と光変調器２の間に配置しているが、光変調器２に入力されるＲＦ信号電力が、この発振器が発振するための条件を満たしており、かつＯ／Ｅ変換器４から光変調器２までの間の伝送路であれば、どの位置に移相器２１を配置してもよい。また、移相器２１を複数配置してもよい。ただし、Ｏ／Ｅ変換器４から逓倍器５までの間および分周器７から光変調器２までの間は１ＧＨｚの信号の位相を変化させる移相器を用い、逓倍器５から分周器７までの間は１０ＧＨｚの信号の位相を変化させる移相器を用いるものとする。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまるものとする。
【００４３】
また、図５に示した高周波発振器において、移相器２１の動作を制御する移相器制御部１０１（移相器制御手段）を設けてもよい。
図６は、図６に示した高周波発振器に移相器制御部１０１を適用した高周波発振器である。図６において、１０１は電気信号位相調整量制御手段である移相器制御部である。また、２２はカプラ、２３は水晶発振器、２４は分周器、２５はＰＬＬ回路、２６はループフィルタである。
【００４４】
図６において、この高周波発振器は、カプラ２２と移相器制御部１０１とを含んでいる。
カプラ２２は、移相器２１からのＲＦ信号を２つに分岐し、一方を光変調器２２に出力し、他方を移相器制御部１０１に出力する。移相器制御部１０１は、カプラ２２からのＲＦ信号に応じて移相器２１に印加する電圧を自動で調整することにより、移相器２１の動作を制御し、ＲＦ信号の位相を所望の値に変化させている。ここで、移相器制御部１０１は、例えば水晶発振器２３と、分周器２４と、ＰＬＬ回路２５と、ループフィルタ２６によって構成されている。水晶発振器２３は、この発振器の発振周波数を安定または所望の値に変化させるための基準信号を生成して出力する機能を有する。分周器２４は、この発振器の所望の発振周波数と基準周波数との比率の分だけ、カプラ２２からのＲＦ信号を分周して出力する機能を有する。
【００４５】
ＰＬＬ回路２５は、水晶発振器２３からのＲＦ信号と分周器２４からのＲＦ信号との周波数差を検出し、周波数差の情報を含んだ例えば電圧値などの信号をループフィルタ２６に出力する機能を有する。ループフィルタ２６は、ＰＬＬ回路２５からの信号のうち、予め設定された所定の通過帯域以外の周波数帯域の信号成分やスプリアスを遮断して、所定の通過帯域に含まれている信号成分のみを通過させる機能を有する。ここで、例えば水晶発振器２３の出力信号周波数を１００ＭＨｚ、分周器２４の分周数を１０とすると、カプラ２２からの約１ＧＨｚのＲＦ信号は、分周器２４で約１００ＭＨｚに分周された後、PLL回路２５にて水晶発振器２３の信号との周波数差が検出され、この周波数差の情報を含んだ例えば電圧値などの信号がループフィルタ２６を介して移相器２１へ入力される。移相器２１はループフィルタ２６からの信号に基づいて、前述の周波数差を補正するように、通過している約１ＧＨｚのＲＦ信号の位相を変化させる。ここで、図６のような帰還回路を構成し、前述の動作が繰り返されることで、発振周波数を安定させる、または発振周波数を所望の値に変化させることができる。
【００４６】
なお、移相器制御部１０１の構成は、上記のものに限定されず、他の構成であってもよい。また、カプラ２２は、Ｏ／Ｅ変換器４から光変調器２までの間の任意の位置に設置されてよい。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまるものとする。
【００４７】
また、上記実施の形態１において、発振周波数を安定させるため、または発振周波数を所望の値に変化させるために、入力されたレーザ光の光路長を変化させる光遅延器３１を用いてもよい。
図７は、図１に示した高周波発振器に光遅延器３１を適用した高周波発振器である。図７において、３１は光遅延手段である光遅延器である。
【００４８】
図７において、光遅延器３１は、例えば印加される電圧に応じて、レーザ光の光路長を所望の値に変化させて出力する。また、図７の例では、光遅延器３１を光ファイバ３とＯ／Ｅ変換器４の間に配置しているが、光変調器２に入力されるＲＦ信号電力が、この発振器が発振するための条件を満たしており、かつ光変調器２からＯ／Ｅ変換器４までの間の伝送路であれば、どの位置に光遅延器３１を配置してもよい。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまるものとする。
【００４９】
また、図７に示した高周波発振器において、光遅延器３１の動作を制御する光遅延器制御部１０２（光遅延器制御手段）を設けてもよい。
図８は、図７に示した高周波発振器に光遅延器制御部１０２を適用した高周波発振器である。図８において、１０２は光遅延量制御手段である光遅延器制御部である。また、３２はカプラ、３３は光遅延器印加電圧制御手段である。
【００５０】
図８において、この高周波発振器は、カプラ３２と光遅延器制御部１０２とを含んでいる。
カプラ３２は、バンドパスフィルタ８からのＲＦ信号を２つに分岐し、一方を光変調器２に出力し、他方を光遅延器制御部１０２に出力する。光遅延器制御部１０２は、カプラ３２からのＲＦ信号に応じて光遅延器３１に印加する電圧を自動で調整することにより、光遅延器３１の動作を制御し、レーザ光の光路長を所望の値に変化させている。ここで、光遅延器制御部１０２は、例えば水晶発振器２３と、分周器２４と、光遅延器印加電圧制御手段３３と、ループフィルタ２６とによって構成されている。水晶発振器２３と分周器２４とループフィルタ２６は前述と同様の機能を有する。光遅延器印加電圧制御手段３３は、水晶発振器２３からのＲＦ信号と分周器２４からのＲＦ信号との周波数差を検出し、周波数差の情報を含んだ例えば電圧値などの信号をループフィルタ２６に出力する機能を有する。
【００５１】
ここで、例えば水晶発振器２３の出力信号周波数を１００ＭＨｚ、分周器２４の分周数を１０とすると、カプラ３２からの約１ＧＨｚのＲＦ信号は、分周器２４で約１００ＭＨｚに分周された後、光遅延器印加電圧制御手段３３にて水晶発振器２３の信号との周波数差が検出され、この周波数差の情報を含んだ例えば電圧値などの信号がループフィルタ２６を介して光遅延器３１へ入力される。光遅延器３１はループフィルタ２６からの信号に基づいて、前述の周波数差を補正するように、通過しているレーザ光の光路長を変化させる。ここで、図８のような帰還回路を構成し、前述の動作が繰り返されることで、発振周波数を安定させる、または発振周波数を所望の値に変化させることができる。
【００５２】
なお、光遅延器制御部１０２の構成は、上記のものに限定されず、他の構成であってもよい。また、カプラ３２は、Ｏ／Ｅ変換器４から光変調器２までの間の任意の位置に設置されてよい。このことは、以降の他の実施の形態においても当てはまるものとする。
また、上記実施の形態１において、移相器２１および光遅延器３１を同時に用いてもよい。
【００５３】
実施の形態１において、レーザ光源で発振周波数での強度変調を施して変調後のレーザ光を出力することが可能な場合、図９のように、バンドパスフィルタ８からのＲＦ信号を直接レーザ光源に入力させ、光変調器２を用いなくてもよい。すなわち図９のレーザ光源１は、ＲＦ信号で出力光の直接変調が可能であり、光発生手段と光変調手段の機能を合わせ持っている。これにより、光変調器２を用いた場合に対し、低コストになり、サイズ縮小になる、という効果が得られる。
【００５４】
実施の形態２．
図１０はこの発明の実施の形態２による高周波発振器を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。図中、４１は第１の周波数変換手段であり第１の信号混合手段である第１ミキサ、４２は第２の周波数変換手段であり第２の信号混合手段である第２ミキサ、４３はフィルタ、４４は第２の分岐手段であるカプラ、４５は高周波発生手段である発振器、４６は帯域通過手段であるバンドパスフィルタである。
また図において、薄い色の配線は光の伝送路を示し、濃い色の配線は電気信号の伝送路を示している。これは、以降の他の図においても同様である。
【００５５】
図１０において、この高周波発振器は、図１の構成に対し、逓倍器５と、分周器７と、バンドパスフィルタ８を含まず、第１ミキサ４１と、第２ミキサ４２と、フィルタ４３と、カプラ４４と、発振器４５と、バンドパスフィルタ４６を含んでいる。
【００５６】
発振器４５は、第４の電気信号である、第３周波数を有するＲＦ信号を発生して、カプラ４４に出力する。カプラ４４は、発振器４５からのＲＦ信号を２つに分岐し、それぞれ第１ミキサ４１および第２ミキサ４２に出力する。
第１ミキサ４１は、Ｏ／Ｅ変換器４からのＲＦ信号（第２の電気信号）と、カプラ４４からのＲＦ信号とをミキシングし、これら２つのＲＦ信号の和周波数および差周波数を有する２つのＲＦ信号を生成して、第３の電気信号として、フィルタ４３に出力する。なお、上記Ｏ／Ｅ変換器４からのＲＦ信号を第２周波数とし、第２周波数を有するＲＦ信号と第３周波数を有するＲＦ信号との和周波数が第１周波数となるように第３周波数を設定する。また、第２周波数を有するＲＦ信号と第３周波数を有するＲＦ信号との差周波数を第４周波数とする。
【００５７】
フィルタ４３は、第１ミキサ４１からの２つのＲＦ信号のうち、第１周波数を中心周波数とするあらかじめ設定された所定の通過帯域に含まれる信号成分のみを通過させ、第４周波数のＲＦ信号およびスプリアスを遮断してカプラ６に出力する。
第２ミキサ４２は、カプラ６からのＲＦ信号と、カプラ４４からのＲＦ信号とをミキシングし、これら２つのＲＦ信号の和周波数および差周波数を有する２つのＲＦ信号を生成して、第１の電気信号として、バンドパスフィルタ８に出力する。なお、前述の関係より、上記２つのＲＦ信号の差周波数は第２周波数である。また、上記２つのＲＦ信号の和周波数を第５周波数とする。
【００５８】
バンドパスフィルタ４６は、第２ミキサ４２からのＲＦ信号の信号成分のうち、予め設定された所定の通過帯域以外の周波数帯域の信号成分やスプリアスを遮断して、所定の通過帯域に含まれている信号成分のみを通過させる。なお、上記予め設定された所定の通過帯域の中心周波数は第２周波数とし、上記第５周波数のＲＦ信号は遮断されるものとする。
その他の構成については、前述の実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００５９】
次に、図１０の高周波発振器の動作について説明する。なお、前述の実施の形態１と同様の動作については、説明を省略する。また、この実施の形態では、高周波発振器の動作を分かりやすくするために、第１周波数を１０ＧＨｚ、第２周波数を１ＧＨｚ、第３周波数を９ＧＨｚ、第４周波数を８ＧＨｚ、第５周波数を１９ＧＨｚとする。なお、これらの設定値は具体的な値を例示したものであって、この値に限定されず、異なる値であってもよい。
【００６０】
レーザ光源１からＯ／Ｅ変換器４までの動作は前述の実施の形態１と同様である。Ｏ／Ｅ変換器４に入力された変調後レーザ光は、直接検波されて１ＧＨｚのＲＦ信号に変換され、第１ミキサ４１に出力される。
【００６１】
第１ミキサ４１に入力された１ＧＨｚのＲＦ信号は、カプラ４４からの９ＧＨｚのＲＦ信号とミキシングされ、和周波数と差周波数である１０ＧＨｚと８ＧＨｚのＲＦ信号がフィルタ４３に出力される。フィルタ４３に入力された２つのＲＦ信号は、予め設定された１０ＧＨｚを中心周波数とする所定の通過帯域に含まれる信号成分のみが通過され、８ＧＨｚの信号成分やスプリアスは遮断されて、カプラ６に出力される。カプラ６に入力された１０ＧＨｚのＲＦ信号は２つに分岐され、一方のＲＦ信号は第２ミキサ４２に出力され、他方のＲＦ信号は出力信号として外部に出力される。第２ミキサ４２に入力された１０ＧＨｚのＲＦ信号は、カプラ４４からの９ＧＨｚのＲＦ信号とミキシングされ、和周波数と差周波数である１９ＧＨｚと１ＧＨｚのＲＦ信号がバンドパスフィルタ４６に出力される。
【００６２】
バンドパスフィルタ４６に入力された２つのＲＦ信号は、予め設定された１ＧＨｚを中心周波数とする所定の通過帯域に含まれる信号成分のみが通過され、１９ＧＨｚの信号成分やスプリアスは遮断されて、光変調器２に出力される。ここで、バンドパスフィルタ４６からのＲＦ信号が光変調器２に再び入力されることにより、帰還回路が構成される。この帰還回路において、回路全体の損失よりも大きくなるように帰還ゲインを設定することで、この高周波発振器は１０ＧＨｚで発振を始める。
【００６３】
次に、この実施の形態２における高周波発振器の効果で、実施の形態１で記載していない点について説明する。図１０の構成では、発振器４５から出力される９ＧＨｚのＲＦ信号と、Ｏ／Ｅ変換器４から出力されるバンドパスフィルタ４６の中心周波数１ＧＨｚのＲＦ信号の和周波数で発振信号周波数１０ＧＨｚが決定される。ここで、発振器４５から出力される信号の周波数を９ＧＨｚから連続的に変化させることで、バンドパスフィルタ４６の中心周波数である１ＧＨｚを変化させることなく、発振信号周波数を連続的に変化させることができる。一方、実施の形態１において、バンドパスフィルタ８の中心周波数を変化させずに発振周波数を変化させるためには、前述したように、逓倍器５の逓倍数および分周器７の分周数を変化させる必要があり、発振周波数が逓倍数および分周数で決定される離散的な変化に限定されるという短所が生じる。したがって、実施の形態２では、発振器４５の周波数のみを変化させることで、発振周波数を連続的に可変できるという効果が得られる。
【００６４】
ただし、前述した効果が得られるのは、発振周波数の可変範囲が第１ミキサ４１、第２ミキサ４２、カプラ６およびカプラ４４の利用可能周波数内である、発振器４５から出力される信号の周波数を可変させた場合でも、フィルタ４３にて第１周波数のＲＦ信号が通過され、第４周波数のＲＦ信号を遮断される、発振器４５から出力される信号の周波数を可変させた場合でも、バンドパスフィルタ４６にて第２周波数のＲＦ信号が通過され、第５周波数のＲＦ信号を遮断される、という条件を全て満足している場合に限定される。
【００６５】
なお、第１ミキサ４１として、第１周波数のみが出力され、第４周波数が遮断されるようなイメージリジェクションミキサを使用した場合、フィルタ４３の機能を第１ミキサ４１も有することになるため、図１１のようにフィルタ４３は用いなくてもよい。これにより、フィルタ４３を用いた場合に対し、低コストになり、サイズ縮小になる、という効果が得られる。
【００６６】
なお、実施の形態１から２において、帯域通過手段であるバンドパスフィルタ８、９、４６を用いたが、発振帰還回路内の周波数選択性を有する部品等によって発振周波数は限定されるため、バンドパスフィルタ８、９、４６を必ずしも用いなくても良い。
【００６７】
また、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１  レーザ光源、２  光変調器、３  光ファイバ、４  Ｏ／Ｅ変換器、５  逓倍器、６  カプラ、７  分周器、８  バンドパスフィルタ、９  バンドパスフィルタ、１１  アンプ、１２  光アンプ、２１  移相器、２２  カプラ、２３  水晶発振器、２４  分周器、２５  ＰＬＬ回路、２６  ループフィルタ、３１  光遅延器、３２  カプラ、３３  光遅延器印加電圧制御手段、４１  第１ミキサ、４２  第２ミキサ、４３  フィルタ、４４  カプラ、４５  発振器、４６  バンドパスフィルタ、１０１  移相器制御部、１０２  光遅延器制御部
【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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