(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光周波数の互いに異なる第１および第２の光をそれぞれ出力する第１および第２の光源を用いた光周波数変調および光ヘテロダイン検波により、入力電気信号を周波数変調信号に変換し、ＦＭ変調信号として出力する周波数変調装置であって、
前記入力電気信号で周波数変調された前記第１の光を第１の光信号として出力する第１の光変調器と、
前記第１および第２の光から自乗検波特性に基づく光検波によって得られるビート信号の搬送波成分に相当する無変調ビート信号を生成するビート信号生成部と、
前記無変調ビート信号の周波数を変換することにより周波数変換信号を生成する周波数変換器と、
前記第１の光信号と前記第２の光とのうち一方を前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第２の光信号を生成する第２の光変調器と、
前記第１の光信号と前記第２の光とのうちの他方および前記第２の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により前記ＦＭ変調信号を生成する光受信器と、
を備える周波数変調装置。
【請求項２】
前記第１の光変調器は、直接変調によって前記第１の光信号を生成し、
前記ビート信号生成部は、
前記第１の光信号および前記第２の光を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、前記第１の光信号および前記第２の光の光周波数の差に相当する中心周波数を有する変調された電気信号である変調ビート信号を生成する受光素子と、
前記変調ビート信号からその搬送波成分を抽出し、当該搬送波成分を前記無変調ビート信号として出力するフィルタとを含む、請求項１に記載の周波数変調装置。
【請求項３】
前記第１の光変調器は、
無変調光である前記第１の光を出力する前記第１の光源と、
前記第１の光源から出力された前記第１の光を前記入力電気信号で変調することにより前記第１の光信号を生成する外部光変調器とを含み、
前記第２の光源は、無変調光を前記第２の光として出力し、
前記ビート信号生成部は、無変調光である前記第１および第２の光を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により前記無変調ビート信号を生成する受光素子を含む、請求項１に記載の周波数変調装置。
【請求項４】
前記第１の光変調器は、前記入力電気信号の振幅変化を前記第１の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数ｆ１の前記第１の光信号を生成し、
前記第２の光源は、所定の周波数ｆ２の光を前記第２の光として出力し、
前記ビート信号生成部は、
前記第１の光信号と前記第２の光とを受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、前記第１の光信号および前記第２の光の光周波数の差に相当する周波数ｆｓ＝｜ｆ１−ｆ２｜において、変調された電気信号である変調ビート信号を生成する受光素子と、
前記変調ビート信号からその搬送波成分を抽出し、当該搬送波成分を前記無変調ビート信号として出力するフィルタとを含み、
前記周波数変換器は、前記無変調ビート信号を所定の周波数ｆx の信号に変換し、変換後の当該信号を前記周波数変換信号として出力し、
前記第２の光変調器は、前記第１の光信号と前記第２の光とのうち一方を周波数ｆx の前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第２の光信号を生成し、
前記光受信器は、前記第１の光信号と前記第２の光とのうちの他方および前記第２の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、周波数ｆL ＝｜ｆｓ−ｆx｜ において前記ＦＭ変調信号を生成する、請求項１に記載の周波数変調装置。
【請求項５】
前記入力電気信号を互いに逆相の第１および第２の電気信号に分岐させる分波器と、
前記第２の電気信号を光強度変調によって第３の光信号に変換する第３の光変調器と、
を更に備え、
前記第１の光変調器は、直接変調によって前記第１の電気信号の振幅変化を前記第１の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数ｆ１の前記第１の光信号を生成し、
前記第２の光源は、所定の周波数ｆ２の光を前記第２の光として出力し、
前記ビート信号生成部は、
前記第１の光信号と前記第２の光とを受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、前記第１の光信号および前記第２の光の光周波数の差に相当する周波数ｆｓ＝｜ｆ１−ｆ２｜において、変調された電気信号である変調ビート信号を生成する受光素子と、
前記変調ビート信号からその搬送波成分を抽出し、当該搬送波成分を前記無変調ビート信号として出力するフィルタとを含み、
前記周波数変換器は、前記無変調ビート信号を所定の周波数ｆx の信号に変換し、変換後の当該信号を前記周波数変換信号として出力し、
前記第２の光変調器は、前記第１の光信号と前記第２の光とのうち一方を周波数ｆx の前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第２の光信号を生成し、
前記光受信器は、前記第１の光信号と前記第２の光とのうちの他方および前記第２の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、周波数ｆL ＝｜ｆｓ−ｆx｜ において前記ＦＭ変調信号を生成するとともに、前記第３の光信号を受け取って、前記光検波により、前記第３の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する電気信号を生成する、請求項１に記載の周波数変調装置。
【請求項６】
前記光受信器の前記自乗検波特性に基づく光検波によって生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第１の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第１のＩＭ−ＤＤ成分と、当該生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第３の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第２のＩＭ−ＤＤ成分とを、互いに逆相かつ同一振幅とする位相・振幅調整手段を更に備える、請求項５に記載の周波数変調装置。
【請求項７】
前記入力電気信号を互いに逆相の第１および第２の電気信号に分岐する分波器と、
所定の中心周波数ｆ２の変調光である前記第２の光を第４の光信号として出力する第４の光変調器と、
を更に備え、
前記第１の光変調器は、直接変調によって前記第１の電気信号の振幅変化を前記第１の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数ｆ１の前記第１の光信号を生成し、
前記第４の光変調器は、直接変調によって前記第２の電気信号の振幅変化を前記第２の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数ｆ２の前記第４の光信号を生成し、
前記ビート信号生成部は、
前記第１および第４の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、前記第１および第４の光信号の光周波数の差に相当する周波数ｆｓ＝｜ｆ１−ｆ２｜において、変調された電気信号である変調ビート信号を生成する受光素子と、
前記変調ビート信号からその搬送波成分を抽出し、当該搬送波成分を前記無変調ビート信号として出力するフィルタとを含み、
前記周波数変換器は、前記無変調ビート信号を所定の周波数ｆx の信号に変換し、変換後の当該信号を前記周波数変換信号として出力し、
前記第２の光変調器は、前記第１の光信号と前記第４の光信号のうち一方を周波数ｆx の前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第２の光信号を生成し、
前記光受信器は、前記第１の光信号と前記第４の光信号のうちの他方および前記第２の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、周波数ｆL ＝｜ｆｓ−ｆx ｜において前記ＦＭ変調信号を生成する、請求項１に記載の周波数変調装置。
【請求項８】
前記光受信器の前記自乗検波特性に基づく光検波によって生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第１の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第１のＩＭ−ＤＤ成分と、当該生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第４の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第３のＩＭ−ＤＤ成分とを、互いに逆相かつ同一振幅とする位相・振幅調整手段を更に備える、請求項７に記載の周波数変調装置。
【請求項９】
前記第１の光変調器と前記ビート信号生成部との間に挿入され、前記第１の光信号からその光搬送波成分を抽出する光フィルタを更に備え、
前記第２の光源は、無変調光を前記第２の光として出力し、
前記ビート信号生成部は、前記光フィルタによって抽出された光搬送波成分と前記第２の光とを受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により前記無変調ビート信号を生成する受光素子を含む、請求項１に記載の周波数変調装置。
【請求項１０】
前記入力電気信号を互いに逆相の第１および第２の電気信号に分岐する分波器と、
所定の中心周波数ｆ２の変調光である前記第２の光を第４の光信号として出力する第４の光変調器と、
前記第１の光変調器と前記ビート信号生成部との間に挿入された第１の光フィルタと、
前記第４の光変調器と前記ビート信号生成部との間に挿入された第２の光フィルタと、
を更に備え、
前記第１の光変調器は、直接変調によって前記第１の電気信号の振幅変化を前記第１の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数ｆ１の前記第１の光信号を生成し、
前記第４の光変調器は、直接変調によって前記第２の電気信号の振幅変化を前記第２の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数ｆ２の前記第４の光信号を生成し、
前記第１の光フィルタは、前記第１の光信号からその光搬送波成分を抽出し、前記第２の光フィルタは、前記第４の光信号からその光搬送波成分を抽出し、前記ビート信号生成部は、前記第１および第２の光フィルタによって抽出された両光搬送波成分を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、当該両光搬送波成分の光周波数の差に相当する周波数ｆｓ＝｜ｆ１−ｆ２｜において前記無変調ビート信号を生成する受光素子を含み、
前記周波数変換器は、前記無変調ビート信号を所定の周波数ｆx の信号に変換し、変換後の当該信号を前記周波数変換信号として出力し、
前記第２の光変調器は、前記第１の光信号と前記第４の光信号のうち一方を周波数ｆx の前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第２の光信号を生成し、
前記光受信器は、前記第１の光信号と前記第４の光信号のうちの他方および前記第２の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、周波数ｆL ＝｜ｆｓ−ｆx ｜において前記ＦＭ変調信号を生成する、請求項１に記載の周波数変調装置。
【請求項１１】
前記光受信器の前記自乗検波特性に基づく光検波によって生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第１の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第１のＩＭ−ＤＤ成分と、当該生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第４の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第３のＩＭ−ＤＤ成分とを、互いに逆相かつ同一振幅とする位相・振幅調整手段を更に備える、請求項１０に記載の周波数変調装置。
【請求項１２】
前記第１の光源から前記ビート信号生成部を介して前記光受信器に至る経路の光および電気伝搬時間と、前記第１の光源から直接に前記光受信器に至る経路の光伝搬時間とを互いに等しくする第１の伝搬時間調整手段と、
前記第２の光源から前記ビート信号生成部を介して前記光受信器に至る経路の光および電気伝搬時間と、前記第２の光源から直接に前記光受信器に至る経路の光伝搬時間とを互いに等しくする第２の伝搬時間調整手段と、
を更に備える、請求項１に記載の周波数変調装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザによる光周波数変調と光ヘテロダイン検波とを利用して、広帯域な周波数変調信号（以下「ＦＭ変調信号」という）を発生させる変調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は、従来の周波数変調装置の構成を示すブロック図である。この周波数変調装置は、例えば文献（K.Kikushima, et al, "Optical Super Wide-Band FM Modulation Scheme and Its Application to Multi-Channel AM Video Transmission Systems", IOOC'95 Technical Digest, Vol.5 PD2-7, pp.33-34）に、その動作などが詳しく説明されている。図１４に示したこの周波数変調装置は、信号源７００と、光変調器７０２と、局発光源７０３と、第１の光導波路７０６と、第２の光導波路７０８と、光受信器７１４とを備えている。
【０００３】
上記の周波数変調装置において、信号源７００は、ＦＭ変調すべき元信号となる電気信号Ｓｉを出力する。光変調器７０２は、例えば半導体レーザで構成される。一般に、半導体レーザは、注入電流一定の条件では一定の光周波数ｆ１の光を出力し、その注入電流を振幅変調すると、光周波数も変調を受けて、光周波数ｆ１を中心とした光周波数変調信号を出力する。光変調器７０２は、この性質により、信号源７００から入力された電気信号Ｓｉを光周波数変調信号Ｌ１に変換し、出力する。局発光源７０３は、一定の光周波数ｆ２の無変調光Ｌ２を出力する。光変調器７０２および局発光源７０３から出力される各光Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ第１の光導波路７０６および第２の光導波路７０８を介して、光受信器７１４に入力される。光受信器７１４は、自乗検波特性を有するフォトダイオードなどで構成され、入力される２つの光Ｌ１，Ｌ２の光周波数差に相当する周波数ｆｓ＝｜ｆ１−ｆ２｜において当該２つの光のビート信号を出力する（この動作は「光ヘテロダイン検波」と呼ばれる）。このようにして得られたビート信号は、信号源７００からの電気信号Ｓｉを元信号とした周波数変調信号Ｓfmとなる。
【０００４】
以上のようにして、図１４に示した従来の周波数変調装置では、半導体レーザの高い周波数変調効率（一般の電気回路方式の場合における周波数変調効率の１０倍以上）を利用することによって、一般の電気回路では作成困難な非常に高周波かつ広帯域な（周波数偏移量の大きい）ＦＭ変調信号を容易に生成することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体レーザ等の光源は一般に電気発振器と比較して位相雑音が大きいため、上記従来の周波数変調装置は、それによって生成されたＦＭ変調信号の復調の際に白色雑音成分が増大するという特有の問題を有している。すなわち、光変調器７０２からの光周波数変調信号Ｌ１および局発光源７０３からの無変調光Ｌ２が図１５（Ａ）に示すような周波数スペクトルを有する場合には、光受信器７１４から出力されるＦＭ変調信号Ｓfmの周波数スペクトルは図１５（Ｂ）に示すようなものとなる。図１５（Ａ）および（Ｂ）に示されるように、ＦＭ変調信号Ｓfmに含まれる位相雑音は、光周波数変調信号Ｌ１および無変調光Ｌ２のそれぞれに含まれる位相雑音の総和となるため、このＦＭ変調信号Ｓfmを復調する際に白色雑音成分が増大する。
【０００６】
それ故に、本発明の目的は、半導体レーザによる光周波数変調と光ヘテロダイン検波とを組み合わせた構成により、高周波かつ広帯域な周波数変調を実現しながら、生成される周波数変調信号に含まれる位相雑音を抑圧し、雑音特性に優れた周波数変調装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、光周波数の互いに異なる第１および第２の光をそれぞれ出力する第１および第２の光源を用いた光周波数変調および光ヘテロダイン検波により、入力電気信号を周波数変調信号に変換し、ＦＭ変調信号として出力する周波数変調装置であって、
前記入力電気信号で周波数変調された前記第１の光を第１の光信号として出力する第１の光変調器と、
前記第１および第２の光から自乗検波特性に基づく光検波によって得られるビート信号の搬送波成分に相当する無変調ビート信号を生成するビート信号生成部と、
前記無変調ビート信号の周波数を変換することにより周波数変換信号を生成する周波数変換器と、
前記第１の光信号と前記第２の光とのうち一方を前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第２の光信号を生成する第２の光変調器と、
前記第１の光信号と前記第２の光とのうちの他方および前記第２の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により前記ＦＭ変調信号を生成する光受信器と、
を備える。
【０００８】
上記第１の発明によれば、２つの光源（第１および第２の光源）と２つの自乗検波器（ビート信号生成部および光受信器）とにより２つの光ヘテロダイン系が実現され、第１の光源に対応する第１の光変調器と局発光源に相当する第２の光源とビート信号生成部とで構成される第１の光ヘテロダイン系において生成されるビート信号の搬送波成分（中心周波数成分）を周波数変換することにより得られる周波数変換信号で、第１の光変調器と第２の光源（局発光源）と光受信器とで構成される第２の光ヘテロダイン系における２つの光のうちいずれか一方が振幅変調または強度変調される。これにより、第２の光ヘテロダイン系において生成されるビート信号であるＦＭ変調信号の位相雑音を抑圧し、雑音特性に優れた周波数変調を実現できる。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、
前記第１の光変調器は、直接変調によって前記第１の光信号を生成し、
前記ビート信号生成部は、
前記第１の光信号および前記第２の光を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、前記第１の光信号および前記第２の光の光周波数の差に相当する中心周波数を有する変調された電気信号である変調ビート信号を生成する受光素子と、
前記変調ビート信号からその搬送波成分を抽出し、当該搬送波成分を前記無変調ビート信号として出力するフィルタとを含むことを特徴とする。
【００１０】
上記第２の発明によれば、直接変調によって第１の光信号が生成され、この第１の光信号と第２の光とから生成される変調ビート信号から搬送波成分である無変調ビート信号がフィルタによって抽出され、その無変調ビート信号を周波数変換することにより得られる周波数変換信号で、第２の光ヘテロダイン系における２つの光のうちいずれか一方が振幅変調または強度変調される。これにより、光受信器により生成されるＦＭ変調信号の位相雑音を抑圧し、雑音特性に優れた周波数変調を実現できる。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明において、
前記第１の光変調器は、
無変調光である前記第１の光を出力する前記第１の光源と、
前記第１の光源から出力された前記第１の光を前記入力電気信号で変調することにより前記第１の光信号を生成する外部光変調器とを含み、
前記第２の光源は、無変調光を前記第２の光として出力し、
前記ビート信号生成部は、無変調光である前記第１および第２の光を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により前記無変調ビート信号を生成する受光素子を含むことを特徴とする。
【００１２】
上記第３の発明によれば、外部変調によって第１の光から変調光である第１の光信号に変換され、ビート信号生成部では、無変調光である第１及び第２の光から無変調ビート信号が生成される。このため、変調ビート信号からその搬送波成分を抽出するためのフィルタが不要となる。
【００１３】
第４の発明は、第１の発明において、
前記第１の光変調器は、前記入力電気信号の振幅変化を前記第１の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数ｆ１の前記第１の光信号を生成し、
前記第２の光源は、所定の周波数ｆ２の光を前記第２の光として出力し、
前記ビート信号生成部は、
前記第１の光信号と前記第２の光とを受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、前記第１の光信号および前記第２の光の光周波数の差に相当する周波数ｆｓ＝｜ｆ１−ｆ２｜において、変調された電気信号である変調ビート信号を生成する受光素子と、
前記変調ビート信号からその搬送波成分を抽出し、当該搬送波成分を前記無変調ビート信号として出力するフィルタとを含み、
前記周波数変換器は、前記無変調ビート信号を所定の周波数ｆx の信号に変換し、変換後の当該信号を前記周波数変換信号として出力し、
前記第２の光変調器は、前記第１の光信号と前記第２の光とのうち一方を周波数ｆx の前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第２の光信号を生成し、
前記光受信器は、前記第１の光信号と前記第２の光とのうちの他方および前記第２の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、周波数ｆL ＝｜ｆｓ−ｆx ｜ において前記ＦＭ変調信号を生成することを特徴とする。
【００１４】
上記第４の発明によれば、第１の光変調器により入力電気信号が光周波数変調信号に変換され、第１の光変調器と局発光源に相当する第２の光源とビート信号生成部とで構成される第１の光ヘテロダイン系において、ビート信号生成部から出力される無変調ビート信号である搬送波成分が周波数変換され、第１の光変調器と第２の光源（局発光源）と光受信器とで構成される第２の光ヘテロダイン系において、第１の光変調器または第２の光源から出力される光のいずれか一方が、上記の周波数変換された搬送波成分で振幅変調または強度変調される。これにより、光受信器から出力されるビート信号であるＦＭ変調信号の位相雑音を抑圧し、雑音特性に優れた周波数変調を実現できる。
【００１５】
第５の発明は、第１の発明において、
前記入力電気信号を互いに逆相の第１および第２の電気信号に分岐させる分波器と、
前記第２の電気信号を光強度変調によって第３の光信号に変換する第３の光変調器と、
を更に備え、
前記第１の光変調器は、直接変調によって前記第１の電気信号の振幅変化を前記第１の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数ｆ１の前記第１の光信号を生成し、
前記第２の光源は、所定の周波数ｆ２の光を前記第２の光として出力し、
前記ビート信号生成部は、
前記第１の光信号と前記第２の光とを受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、前記第１の光信号および前記第２の光の光周波数の差に相当する周波数ｆｓ＝｜ｆ１−ｆ２｜において、変調された電気信号である変調ビート信号を生成する受光素子と、
前記変調ビート信号からその搬送波成分を抽出し、当該搬送波成分を前記無変調ビート信号として出力するフィルタとを含み、
前記周波数変換器は、前記無変調ビート信号を所定の周波数ｆx の信号に変換し、変換後の当該信号を前記周波数変換信号として出力し、
前記第２の光変調器は、前記第１の光信号と前記第２の光とのうち一方を周波数ｆx の前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第２の光信号を生成し、
前記光受信器は、前記第１の光信号と前記第２の光とのうちの他方および前記第２の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、周波数ｆL ＝｜ｆｓ−ｆx｜ において前記ＦＭ変調信号を生成するとともに、前記第３の光信号を受け取って、前記光検波により、前記第３の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する電気信号を生成することを特徴とする。
【００１６】
上記第５の発明によれば、周波数変調の元信号である入力電気信号が互いに逆相の第１および第２の電気信号に分岐し、第１の光変調器により第１の電気信号が光周波数変調信号である第１の光信号に変換され、第１の光変調器と局発光源に相当する第２の光源とビート信号生成部とで構成される第１の光ヘテロダイン系において、ビート信号生成部から出力される無変調ビート信号である搬送波成分が周波数変換され、第１の光変調器と第２の光源（局発光源）と光受信器とで構成される第２の光ヘテロダイン系において、第１の光変調器または第２の光源から出力される光のいずれか一方が、上記の周波数変換された搬送波成分で振幅変調または強度変調される。さらに、第３の光変調器により第２の電気信号が光強度変調信号である第３の光信号に変換されて光受信器に入力され、そこで自乗検波により強度変調−直接検波成分（ＩＭ−ＤＤ成分）が生成される。このＩＭ−ＤＤ成分により、第１の光信号に含まれる光強度変調成分（これは直接変調に起因して発生する）に相当するＩＭ−ＤＤ成分が光受信器において相殺される。これにより、光受信器から出力されるビート信号であるＦＭ変調信号の位相雑音を抑圧し、かつ不要成分を低減した品質の良好な周波数変調を実現できる。
【００１７】
第６の発明は、第５の発明において、
前記光受信器の前記自乗検波特性に基づく光検波によって生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第１の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第１のＩＭ−ＤＤ成分と、当該生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第３の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第２のＩＭ−ＤＤ成分とを、互いに逆相かつ同一振幅とする位相・振幅調整手段を更に備えることを特徴とする。
【００１８】
上記第６の発明によれば、第１の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第１のＩＭ−ＤＤ成分と、第３の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第２のＩＭ−ＤＤ成分とが、互いに逆相かつ同一振幅となるように、その位相および振幅が調整される。このため、光受信器から出力されるＩＭ−ＤＤ成分がより確実に抑圧され、より高品質な高周波・広帯域ＦＭ変調信号を生成することができる。
【００１９】
第７の発明は、第１の発明において、
前記入力電気信号を互いに逆相の第１および第２の電気信号に分岐する分波器と、
所定の中心周波数ｆ２の変調光である前記第２の光を第４の光信号として出力する第４の光変調器と、
を更に備え、
前記第１の光変調器は、直接変調によって前記第１の電気信号の振幅変化を前記第１の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数ｆ１の前記第１の光信号を生成し、
前記第４の光変調器は、直接変調によって前記第２の電気信号の振幅変化を前記第２の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数ｆ２の前記第４の光信号を生成し、
前記ビート信号生成部は、
前記第１および第４の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、前記第１および第４の光信号の光周波数の差に相当する周波数ｆｓ＝｜ｆ１−ｆ２｜において、変調された電気信号である変調ビート信号を生成する受光素子と、
前記変調ビート信号からその搬送波成分を抽出し、当該搬送波成分を前記無変調ビート信号として出力するフィルタとを含み、
前記周波数変換器は、前記無変調ビート信号を所定の周波数ｆx の信号に変換し、変換後の当該信号を前記周波数変換信号として出力し、
前記第２の光変調器は、前記第１の光信号と前記第４の光信号のうち一方を周波数ｆx の前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第２の光信号を生成し、
前記光受信器は、前記第１の光信号と前記第４の光信号のうちの他方および前記第２の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、周波数ｆL ＝｜ｆｓ−ｆx ｜において前記ＦＭ変調信号を生成することを特徴とする。
【００２０】
上記第７の発明によれば、周波数変調の元信号である入力電気信号が互いに逆相の第１および第２の電気信号に分岐し、第１の光変調器での直接変調により第１の電気信号が光周波数変調信号である第１の光信号に変換され、第４の光変調器での直接変調により第２の電気信号が光周波数変調信号である第４の光信号に変換される。そして、第１の光変調器と第４の光変調器とビート信号生成部とで構成される第１の光ヘテロダイン系において、ビート信号生成部から出力される無変調ビート信号である搬送波成分が周波数変換され、第１の光変調器と第４の光変調器と光受信器とで構成される第２の光ヘテロダイン系において、第１の光変調器または第４の光変調器から出力される光のいずれか一方が、上記の周波数変換された搬送波成分で振幅変調または強度変調される。これにより、光受信器から出力されるビート信号であるＦＭ変調信号の位相雑音を抑圧し、雑音特性に優れた周波数変調を実現できる。また、上記のように、第１の光変調器と第４の光変調器とがプッシュプル動作を行うことによって周波数変調信号が生成されるため、直接変調において生じる光強度変調成分に起因する不要成分であるＩＭ−ＤＤ成分が相殺される。これにより、不要成分を低減した品質の良好な周波数変調を実現できる。
【００２１】
第８の発明は、第７の発明において、
前記光受信器の前記自乗検波特性に基づく光検波によって生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第１の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第１のＩＭ−ＤＤ成分と、当該生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第４の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第３のＩＭ−ＤＤ成分とを、互いに逆相かつ同一振幅とする位相・振幅調整手段を更に備えることを特徴とする。
【００２２】
上記第８の発明によれば、第１の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第１のＩＭ−ＤＤ成分と、第４の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第３のＩＭ−ＤＤ成分とが、互いに逆相かつ同一振幅となるように、その位相および振幅が調整される。このため、光受信器から出力されるＩＭ−ＤＤ成分がより確実に抑圧され、より高品質な高周波・広帯域ＦＭ変調信号を生成することができる。
【００２３】
第９の発明は、第１の発明において、
前記第１の光変調器と前記ビート信号生成部との間に挿入され、前記第１の光信号からその光搬送波成分を抽出する光フィルタを更に備え、
前記第２の光源は、無変調光を前記第２の光として出力し、
前記ビート信号生成部は、前記光フィルタによって抽出された光搬送波成分と前記第２の光とを受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により前記無変調ビート信号を生成する受光素子を含むことを特徴とする。
【００２４】
上記第９の発明によれば、第１の光変調器により入力電気信号が光周波数変調信号である第１の光信号に変換され、第１の光変調器と局発光源に相当する第２の光源とビート信号生成部とで構成される第１の光ヘテロダイン系において、第１の光変調器とビート信号生成部との間に挿入された光フィルタによって、第１の光信号からその光搬送波成分が抽出され、ビート信号生成部では、この光搬送波成分と第２の光とからフィルタを用いることなく無変調ビート信号が生成され、この無変調ビート信号すなわち搬送波成分を周波数変換することにより周波数変換信号が生成される。そして、第１の光変調器と第２の光源と光受信器とで構成される第２の光ヘテロダイン系において、第１の光変調器または第２の光源から出力される光のいずれか一方が、上記の周波数変換信号（周波数変換された搬送波成分）によって振幅変調または強度変調される。これにより、光受信器から出力されるビート信号であるＦＭ変調信号の位相雑音を抑圧し、雑音特性に優れた周波数変調を実現できる。
【００２５】
第１０の発明は、第１の発明において、
前記入力電気信号を互いに逆相の第１および第２の電気信号に分岐する分波器と、
所定の中心周波数ｆ２の変調光である前記第２の光を第４の光信号として出力する第４の光変調器と、
前記第１の光変調器と前記ビート信号生成部との間に挿入された第１の光フィルタと、
前記第４の光変調器と前記ビート信号生成部との間に挿入された第２の光フィルタと、
を更に備え、
前記第１の光変調器は、直接変調によって前記第１の電気信号の振幅変化を前記第１の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数ｆ１の前記第１の光信号を生成し、
前記第４の光変調器は、直接変調によって前記第２の電気信号の振幅変化を前記第２の光の光周波数の変化に一意に変換することにより、所定の中心周波数ｆ２の前記第４の光信号を生成し、
前記第１の光フィルタは、前記第１の光信号からその光搬送波成分を抽出し、前記第２の光フィルタは、前記第４の光信号からその光搬送波成分を抽出し、前記ビート信号生成部は、前記第１および第２の光フィルタによって抽出された両光搬送波成分を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、当該両光搬送波成分の光周波数の差に相当する周波数ｆｓ＝｜ｆ１−ｆ２｜において前記無変調ビート信号を生成する受光素子を含み、
前記周波数変換器は、前記無変調ビート信号を所定の周波数ｆx の信号に変換し、変換後の当該信号を前記周波数変換信号として出力し、
前記第２の光変調器は、前記第１の光信号と前記第４の光信号のうち一方を周波数ｆx の前記周波数変換信号で光振幅変調または光強度変調することにより第２の光信号を生成し、
前記光受信器は、前記第１の光信号と前記第４の光信号のうちの他方および前記第２の光信号を受け取って、自乗検波特性に基づく光検波により、周波数ｆL ＝｜ｆｓ−ｆx ｜において前記ＦＭ変調信号を生成することを特徴とする。
【００２６】
上記第１０の発明によれば、周波数変調の元信号である入力電気信号が互いに逆相の第１および第２の電気信号に分岐し、第１の光変調器での直接変調により第１の電気信号が光周波数変調信号である第１の光信号に変換され、第４の光変調器での直接変調により第２の電気信号が光周波数変調信号である第４の光信号に変換される。そして、第１の光変調器と第４の光変調器とビート信号生成部とで構成される第１の光ヘテロダイン系において、第１の光フィルタによって第１の光信号からその光搬送波成分が抽出され、第２の光フィルタによって第４の光信号からその光搬送波成分が抽出され、ビート信号生成部ではこれらの光搬送波成分からフィルタを用いることなく無変調ビート信号が生成される。この無変調ビート信号すなわち搬送波成分を周波数変換することにより周波数変換信号が生成され、第１の光変調器と第４の光変調器と光受信器とで構成される第２の光ヘテロダイン系において、第１の光変調器または第４の光変調器から出力される光のいずれか一方が、上記の周波数変換信号（周波数変換された搬送波成分）によって振幅変調または強度変調される。これにより、光受信器から出力されるビート信号であるＦＭ変調信号の位相雑音を抑圧し、かつ不要成分を低減した品質の良好な周波数変調を実現できる。
【００２７】
第１１の発明は、第１０の発明において、
前記光受信器の前記自乗検波特性に基づく光検波によって生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第１の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第１のＩＭ−ＤＤ成分と、当該生成される強度変調−直接検波成分のうち前記第４の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第３のＩＭ−ＤＤ成分とを、互いに逆相かつ同一振幅とする位相・振幅調整手段を更に備えることを特徴とする。
【００２８】
上記第１１の発明によれば、上記第８の発明と同様、第１の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第１のＩＭ−ＤＤ成分と、第４の光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第３のＩＭ−ＤＤ成分とが、互いに逆相かつ同一振幅となるように、その位相および振幅が調整される。このため、光受信器から出力されるＩＭ−ＤＤ成分がより確実に抑圧され、より高品質な高周波・広帯域ＦＭ変調信号を生成することができる。
【００２９】
第１２の発明は、第１の発明において、
前記第１の光源から前記ビート信号生成部を介して前記光受信器に至る経路の光および電気伝搬時間と、前記第１の光源から直接に前記光受信器に至る経路の光伝搬時間とを互いに等しくする第１の伝搬時間調整手段と、
前記第２の光源から前記ビート信号生成部を介して前記光受信器に至る経路の光および電気伝搬時間と、前記第２の光源から直接に前記光受信器に至る経路の光伝搬時間とを互いに等しくする第２の伝搬時間調整手段とを更に備えることを特徴とする。
【００３０】
上記第１２の発明によれば、第１の光源から出力されて２つに分岐した光信号のそれぞれが、各構成部を通過し、あるいは光電気変換や電気光変換等の処理を経て、光受信器に到達するまでの伝搬時間が互いに等しくなるように設定され、かつ、第２の光源から出力されて２つに分岐した光のそれぞれが、各構成部を通過し、あるいは光電気変換や電気光変換等の処理を経て、光受信器に到達するまでの伝搬時間を互いに等しくなるように設定される。これにより、光受信器から出力されるビート信号であるＦＭ変調信号の位相雑音をより適切に抑圧し、さらに雑音特性に優れた周波数変調を実現できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の各実施形態について説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１および図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照しつつ本発明の第１の実施形態に係る周波数変調装置について以下に説明する。
【００３３】
図１は、第１の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図である。この周波数変調装置は、信号源１００と、第１の光変調器１０２と、局発光源１０３と、第１の光分岐回路１０４と、第２の光分岐回路１０５と、第１の光導波路１０６と、第２の光導波路１０７と、第３の光導波路１０８と、第４の光導波路１０９と、第１の光受信器１１０およびフィルタ１１１を含むビート信号生成部２００と、周波数変換器１１２と、第２の光変調器１１３と、第２の光受信器１１４とを備えている。この周波数変調装置は、光周波数の互いに異なる２つの光（第１の光Ｌ１および第２の光Ｌ２）をそれぞれ出力する２つの光源（第１および第２の光源）を用いた光周波数変調および光ヘテロダイン検波により、信号源１００から出力される電気信号Ｓｉを周波数変調信号に変換し、これをＦＭ変調信号Ｓfmとして出力する。
【００３４】
次に、図１に示す周波数変調装置の動作を詳細に説明する。第１の光変調器１０２は、直接変調方式の光変調器であって、通常、光周波数変調効果を有する第１の光源である半導体レーザで構成され、信号源１００から出力される電気信号Ｓｉによってその半導体レーザへの注入電流を振幅変調することにより、中心光周波数ｆ１の光周波数変調信号Ｌ１を第１の光として出力する。第１の光変調器１０２から出力された光信号Ｌ１は、第１の光分岐回路１０４で２つの光信号に分岐し、これらのうち一方の光信号は第２の光導波路１０７を介してビート信号生成部２００における第１の光受信器１１０に、他方の光信号は第１の光導波路１０６を介して第２の光受信器１１４に、それぞれ入力される。局発光源１０３は、第２の光源に相当し、光周波数ｆ２の無変調光Ｌ２を第２の光として出力する。局発光源１０３から出力された光Ｌ２は、第２の光分岐回路１０５で２つの光に分岐し、これらのうち一方の光は第４の光導波路１０９を介してビート信号生成部２００における第１の光受信器１１０に、他方の光は第３の光導波路１０８を介して第２の光変調器１１３に、それぞれ入力される。
【００３５】
ビート信号生成部２００は、第１の光分岐回路１０４で分岐した第１の光である光信号Ｌ１と第２の光分岐回路１０５で分岐した第２の光Ｌ２とを受け取り、下記の動作により、第１および第２の光Ｌ１，Ｌ２の光周波数の差に相当する周波数ｆｓ＝｜ｆ１−ｆ２｜を有する無変調の電気信号（以下「無変調ビート信号」という）Ｓｂを生成する。すなわち、第１の光受信器１１０は、自乗検波特性を有するフォトダイオード等の受光素子で構成され、第１の光変調器１０２からの光信号Ｌ１と局発光源１０３からの光Ｌ２とを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、それらの光周波数差ｆｓ（＝｜ｆ１−ｆ２｜）を中心周波数とするビート信号（以下「変調ビート信号」という）Ｓｂfmを生成する。この変調ビート信号Ｓｂfmは、第１の光変調器１０２から出力される光周波数変調信号Ｌ１をダウンコンバートしたＦＭ変調信号である。図２（Ａ）は、この変調ビート信号Ｓｂfmの周波数スペクトルを、信号源１００から出力される電気信号Ｓｉが周波数ｆｐを中心とする信号と想定した場合について示したものである。この変調ビート信号Ｓｂfmはフィルタ１１１に入力される。このフィルタ１１１は、帯域通過フィルタであって、ＦＭ変調信号である上記変調ビート信号Ｓｂfmの搬送波成分（中心周波数ｆｓの成分）のみを抽出し、無変調ビート信号Ｓｂとして出力する。
【００３６】
周波数変換器１１２は、例えば周波数ｆL の局部発振信号ＳL により、フィルタ１１１から出力される搬送波成分である無変調ビート信号Ｓｂを周波数変換（例えば、ダウンコンバート）し、周波数ｆx （＝｜ｆｓ−ｆL ｜）の信号を周波数変換信号Ｓｘとして出力する。図２（Ｂ）は、このような周波数変換器１１２の入力信号である無変調ビート信号Ｓｂおよび出力信号である周波数変換信号Ｓｘの周波数スペクトルを、局部発振信号ＳL の周波数スペクトルと共に示している。
【００３７】
第２の光変調器１１３は、第３の光導波路１０８の途上に挿入、配置され、局発光源１０３から出力される無変調光Ｌ２を、周波数変換器１１２から出力される周波数変換信号Ｓｘによって光学的に変調する。すなわち、第２の光変調器１１３は、光振幅変調または光強度変調によって無変調光Ｌ２を光変調信号Ｌ2xに変換し、これを出力する。
【００３８】
第２の光受信器１１４は、自乗検波特性を有するフォトダイオード等の受光素子で構成され、第１の光変調器１０２からの光信号Ｌ１と第２の光変調器１１３からの光信号Ｌ2xとを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、周波数ｆL （＝｜ｆｓ−ｆx ｜）を中心周波数とするビート信号としてＦＭ変調信号Ｓfmを生成する。このようにして生成されたＦＭ変調信号Ｓfmは、第１の光変調器１０２から出力される光周波数変調信号Ｌ１をダウンコンバートした信号であって、図２（Ｃ）に示すように位相雑音が抑圧されている。
【００３９】
本実施形態におけるＦＭ変調信号の位相雑音抑圧効果について、以下に数式を用いて説明する。
第１の光変調器１０２から出力される光周波数変調信号Ｌ１の電界成分は、
E1(t)=A1[1+m1cos(2πfpt)]1/2cos[2πf1t+ΔFsin(2πfpt)+φ1]  …（１）
局発光源１０３から出力される無変調光Ｌ２の電界成分は、
E2(t)=A2cos(2πf2t+φ2)    …（２）
で、それぞれ表される。ここで、ｍ１は、第１の光変調器１０２における光（強度）変調度を表し、ｆｐは、信号源１００から出力される電気信号Ｓｉ（正弦波を想定）の周波数を表し、ｆ１およびｆ２は、第１の光変調器１０２と局発光源１０３から出力される光の光周波数をそれぞれ表し、φ１、φ２は、第１の光変調器１０２と局発光源１０３から出力される光が有する位相雑音をそれぞれ表し、△Ｆは、信号源１００から出力される電気信号Ｓｉに対応して第１の光変調器１０２において与えられる周波数偏移量を表す。
【００４０】
第１の光受信器１１０がこれら２つの光Ｌ１およびＬ２の合波光を受け取ると、第１の光受信器１１０で用いられる受光素子の自乗検波特性に基づき、次式で表される光電流がその受光素子に流れる。
I1(t)=R1|E1(t)+E2(t)|2
=R1A12[1+m1cos(2πfpt)]cos2[2πf1t+ΔFsin(2πfpt)+φ1]
+R1A22cos2(2πf2t+φ2)
+2R1A1A2[1+m1cos(2πfpt)]1/2cos[2πf1t+ΔFsin(2πfpt)+φ1]
×cos(2πf2+φ2)                                    …（３）
ここで、Ｒ１は、第１の光受信器１１０で用いられる受光素子の変換効率を表す。式（３）における第１項および第２項に相当する信号成分は、第１の光受信器１１０で用いられる受光素子の周波数応答制限によって検波されない。なお、第１項に相当する信号成分には、第１の光変調器１０２からの光信号Ｌ１における光強度変調成分が直接検波されることによって生じるＩＭ−ＤＤ（強度変調−直接検波）成分も含まれるが、このＩＭ−ＤＤ成分は後述のフィルタ１１１で除去されるので無視してもよい。
【００４１】
式（３）における第３項をさらに展開すると、
Ic1(t)=R2A1A2[1+m1cos(2πfpt)]1/2
×[cos[2π(f1+f2)t+ΔFsin(2πfpt)+φ1+φ2]
＋cos[2π(f1-f2)t+ΔFsin(2πfpt)+φ1-φ2]]    …（４）
となる。式（４）における大括弧“［］”内の第１項に相当する信号成分は、第１の光受信器１１０に用いられる受光素子の周波数応答限界によって検波されず、大括弧“［］”内の第２項に相当する信号成分のみが出力される。この第２項は、信号源１００から出力される電気信号Ｓｉを元信号とし、搬送波周波数をｆｓ＝｜ｆ１−ｆ２｜、周波数偏移量を△ＦとするＦＭ変調信号を表している。この第２項のＦＭ変調信号は、第１の光変調器１０２から出力される光信号Ｌ１が有する位相雑音φ１と局発光源１０３から出力される光Ｌ２の位相雑音φ２とで決まる位相雑音を有する。
【００４２】
フィルタ１１１は、式（４）で表されるＦＭ変調信号における搬送波成分（中心周波数ｆｓの成分）として
Is(t)=cos[2π(f1-f2)t+φ1-φ2]    …（５）
で表される信号成分である無変調ビート信号Ｓｂのみを通過させる。
【００４３】
周波数変換器１１２は、周波数ｆL の局部発振信号ＳL を用いて、式（５）で表される無変調ビート信号Ｓｂを周波数変換する。例えば、無変調ビート信号Ｓｂをダウンコンバートすることによって、周波数ｆx ＝｜ｆ１−ｆ２−ｆL ｜の信号として、
Ix(t)=cos[2π(f1-f2-fL)t+φ1-φ2]
=cos(2πfxt+φ1-φ2)            …（６）
で表される信号（周波数変換信号Ｓx ）に変換する。
【００４４】
第２の光変調器１１３は、式（６）で表される周波数変換信号Ｓｘにより、局発光源１０３から出力される無変調光Ｌ２（式（２）参照）を例えば光振幅変調し、電界成分が
E2x(t)=A2cos(2πfxt+φ1-φ2)cos(2πf2t+φ2)    …（７）
で表される光変調信号Ｌ2xを出力する。
【００４５】
第２の光受信器１１４は、第１の光変調器１０２からの光変調信号Ｌ１（式（１）参照）と、第２の光変調器１１３からの光変調信号Ｌ2x（式（７）参照）とを合波し、その自乗検波特性に基づき、
I2(t)=R2|E1(t)+E2x(t)|2
=R2A12[1+m1cos(2πfpt)]cos2[2πf1t+ΔFsin(2πfpt)+φ1]
+R2A22cos2(2πfxt+φ1-φ2)cos2(2πf2t+φ2)
+2R2A1A2[1+m1cos(2πfpt)]1/2cos[2πf1t+ΔFsin(2πfpt)+φ1]
×cos(2πfxt+φ1-φ2)cos(2πf2+φ2)                  …（８）
で表される光電流を出力する。ここで、Ｒ２は、第２の光受信器１１４で用いられる受光素子の変換効率を表す。式（８）における第１項および第２項に相当する信号成分は、第２の光受信器１１４に用いられる受光素子の周波数応答制限によって検波されない。なお、第１項に相当する信号成分には、第１の光変調器１０２からの光信号Ｌ１における光強度変調成分が直接検波されることによって生じるＩＭ−ＤＤ成分も含まれるが、このＩＭ−ＤＤ成分の周波数帯域がＦＭ変調信号Ｓfmの周波数帯域から離れている場合にはこの成分を無視してもよい。このＩＭ−ＤＤ成分の周波数帯域がＦＭ変調信号Ｓfmの周波数帯域と重なる場合には、後述の他の実施形態の構成によりこの成分を抑圧することができる。
【００４６】
式（８）における第３項をさらに展開すると、
Ic2(t)=R2A1A2[1+m1cos(2πfpt)]1/2
×[cos(2πfxt+φ1-φ2)cos[2π(f1+f2)t+ΔFsin(2πfpt)+φ1+φ2]
＋cos(2πfxt+φ1-φ2)cos[2π(f1-f2)t+ΔFsin(2πfpt)+φ1-φ2]]
=(R2A1A2/2)[1+m1cos(2πfpt)]1/2
×[cos[2π(f1+f2+fx)t+ΔFsin(2πfpt)+2φ1]
＋cos[2π(f1+f2-fx)t+ΔFsin(2πfpt)+2φ2]
＋cos[2π(f1-f2+fx)t+ΔFsin(2πfpt)+2(φ1-φ2)]
＋cos[2π(f1-f2-fx)t+ΔFsin(2πfpt)]]               …（９）
となる。式（９）における大括弧“［］”内の第１項および第２項に相当する信号成分は、第２の光受信器１１４に用いられる受光素子の周波数応答限界によって検波されず、大括弧“［］”内の第３項および第４項に相当する信号成分のみがＦＭ変調信号Ｓfmとして出力される。このうち第４項は、信号源１００から出力される電気信号Ｓｉを元信号とし、搬送波周波数をｆL ＝｜ｆ１−ｆ２−ｆx ｜、周波数偏移量を△ＦとするＦＭ変調信号を表している。この第４項のＦＭ変調信号は、第１の光変調器１０２および局発光源１０３からそれぞれ出力される光Ｌ１，Ｌ２の位相雑音φ１およびφ２に依存せず、位相雑音のない信号である。
【００４７】
なお、第２の光変調器１１３が、式（６）で表される周波数変換信号Ｓx により、局発光源１０３から出力される無変調光Ｌ２（式（２）参照）を光強度変調する場合、第２の光変調器１１３から出力される光変調信号の電界成分は
E2y(t)=A2[1+m2cos(2πfxt+φ1-φ2)]1/2cos(2πf2t+φ2)
で表される。上記式は次式のように近似することができる。
E2y(t)=A2[1+(m2/2)cos(2πfxt+φ1-φ2)]cos(2πf2t+φ2)    …（１０）
ここで、ｍ2は、第２の光変調器１１３における光（強度）変調度である。式（１０）における中括弧“｛｝”内の第１項は無変調光成分を表しているので、以下では、その中括弧“｛｝”内については第２項のみを考える。
【００４８】
第２の光受信器１１４は、第１の光変調器１０２からの光変調信号Ｌ１（式（１）参照）と、第２の光変調器１１３からの光変調信号Ｌ2x（式（１０）における中括弧“｛｝”内の第２項参照）を合波し、その自乗検波特性に基づき、
I2(t)=R2|E1(t)+E2y(t)|2
=R2A12[1+m1cos(2πfpt)]cos2[2πf1t+ΔFsin(2πfpt)+φ1]
+R2A22(m22/4)cos2(2πfxt+φ1-φ2)cos2(2πf2t+φ2)
+2R2A1A2[1+m1cos(2πfpt)]1/2cos[2πf1t+ΔFsin(2πfpt)+φ1]
×(m2/2)cos(2πfxt+φ1-φ2)cos(2πf2+φ2)         …（１１）
で表される光電流を出力する。式（１１）における第１項および第２項に相当する信号成分は、第２の光受信器１１４に用いられる受光素子の周波数応答制限によって検波されない。なお、第１項に相当する信号成分には、第１の光変調器１０２からの光信号Ｌ１における光強度変調成分が直接検波されることによって生じるＩＭ−ＤＤ成分も含まれるが、このＩＭ−ＤＤ成分の周波数帯域がＦＭ変調信号Ｓfmの周波数帯域から離れている場合にはこの成分を無視してもよい。このＩＭ−ＤＤ成分の周波数帯域がＦＭ変調信号Ｓfmの周波数帯域と重なる場合には、後述の他の実施形態の構成によりこの成分を抑圧することができる。
【００４９】
式（１１）における第３項をさらに展開すると、
Ic2(t)=(R2A1A2m2/2)[1+m1cos(2πfpt)]1/2
×[cos(2πfxt+φ1-φ2)cos[2π(f1+f2)t+ΔFsin(2πfpt)+φ1+φ2]
＋cos(2πfxt+φ1-φ2)cos[2π(f1-f2)t+ΔFsin(2πfpt)+φ1-φ2]]
=(R2A1A2m2/4)[1+m1cos(2πfpt)]1/2
×[cos[2π(f1+f2+fx)t+ΔFsin(2πfpt)+2φ1]
＋cos[2π(f1+f2-fx)t+ΔFsin(2πfpt)+2φ2]
＋cos[2π(f1-f2+fx)t+ΔFsin(2πfpt)+2(φ1-φ2)]
＋cos[2π(f1-f2-fx)t+ΔFsin(2πfpt)]]             …（１２）
となる。式（１２）における大括弧“［］”内の第４項は、式（９）と同様に、信号源１００から出力される電気信号Ｓｉを元信号とし、搬送波周波数をｆL ＝｜ｆ１−ｆ２−ｆx ｜、周波数偏移量を△ＦとするＦＭ変調信号を表している。この第４項のＦＭ変調信号は、第１の光変調器１０２および局発光源１０３からそれぞれ出力される光Ｌ１，Ｌ２の位相雑音φ１およびφ２に依存せず、位相雑音のない信号である。
【００５０】
なお、式（９）と式（１２）の比較により明らかなように、第２の光受信器１１４から出力されるＦＭ変調信号Ｌ2xの大きさ（振幅）に関しては、第２の光変調器１１３において光振幅変調を適用した方が２倍大きく、このＦＭ変調信号を伝送する場合等に、ＣＮＲ（搬送波対雑音電力比）において有利である。従って、以下では、第２の光変調器１１３において光振幅変調を適用する場合についてのみ説明する。
【００５１】
以上説明したように、第１の実施形態によれば、２つの光源を用いた光ヘテロダイン構成において、光源の位相雑音に依存することなく、位相雑音のない高周波・広帯域ＦＭ変調信号を生成することができる。
【００５２】
（第２の実施形態）
図３および図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照しつつ本発明の第２の実施形態に係る周波数変調装置について以下に説明する。
【００５３】
図３は、第２の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図である。この周波数変調装置は、図１に示した第１の実施形態の構成に加えて、分波器３０１と第３の光変調器３１５と第５の光導波路３１７とを備える。なお、図３において、第１の実施形態における構成要素と同じ構成要素には同一の参照符号が付されている。
【００５４】
次に、図３に示す本実施形態の動作を説明する。ただし、本実施形態の構成は、前述の第１の実施形態に準ずるため、相違点のみを以下に説明する。
本実施形態の周波数変調装置では、分波器３０１は、信号源１００から出力された電気信号Ｓｉを、互いに逆相の関係になるように第１および第２の電気信号Ｓi1，Ｓi2に分岐させて出力する。第１の光変調器１０２は、分波器３０１から出力された第１の電気信号Ｓi1を、第１の実施形態と同様に、光周波数変調信号Ｌ１に変換し、出力する。第３の光変調器３１５は、通常、半導体レーザで構成され、分波器３０１から出力された第２の電気信号Ｓi2を、光強度変調信号Ｌ３に変換し、出力する。この光信号Ｌ３は、第５の光導波路３１７を介して第２の光受信器１１４に入力される。
【００５５】
第２の光受信器１１４は、第１の光変調器１０２からの光信号Ｌ１と第２の光変調器１１３からの光信号Ｌ2xとを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波より、それらの光信号Ｌ１およびＬ2xの光周波数差を中心周波数とするビート信号としてＦＭ変調信号Ｓfmを生成し、かつ、第３の光変調器３１５からの光強度変調信号Ｌ３を受け取って、その自乗検波特性に基づく直接検波により、その光強度変調信号Ｌ３からＩＭ−ＤＤ（強度変調−直接検波）成分を生成する。第１の光変調器１０２において、第１の実施形態で説明したように半導体レーザによる直接変調方式を採用した場合、第１の光変調器１０２からの光信号Ｌ１は、光周波数変調成分と共に光強度変調成分をも含む。そのため、第２の光受信器１１４は、図４（Ａ）に示すように、第１の光変調器１０２からの光信号Ｌ１と第２の光変調器１１３からの光信号Ｌ2xとを受け取って、光ヘテロダイン検波により、それら２つの光信号のビート信号であるＦＭ変調信号を生成すると同時に、直接検波により、第１の光変調器１０２からの光信号に含まれる光強度変調成分に相当する第１のＩＭ−ＤＤ（強度変調−直接検波）成分Ｓimdd1 を生成する。この第１のＩＭ−ＤＤ成分Ｓimdd1 は、本来必要となるＦＭ変調信号Ｓfmに対する不要成分であり、特に、図４（Ａ）に示すように、第１のＩＭ−ＤＤ成分Ｓimdd1 の占有周波数帯域がＦＭ変調信号Ｓfmの周波数帯域と重なる場合には、ＦＭ変調信号Ｓfmの品質を大きく劣化させる。第２の光受信器１１４は、第３の光変調器３１５からの光強度変調信号Ｌ３をも受け取って、直接検波により、図４（Ｂ）に示すように、その光強度変調信号Ｌ３に相当するＩＭ−ＤＤ成分、すなわち前記第１のＩＭ−ＤＤ成分Ｓimdd1 と逆相である第２のＩＭ−ＤＤ成分Ｓimdd2 を生成する。この第２のＩＭ−ＤＤ成分Ｓimdd2 で第１のＩＭ−ＤＤ成分Ｓimdd1 が相殺されることにより、図４（Ｃ）に示すように、前記第１のＩＭ−ＤＤ成分Ｓimdd1 が抑圧される。
【００５６】
以上説明したように、第２の実施形態によれば、光信号Ｌ１に含まれる光強度変調成分に起因した不要成分であるＩＭ−ＤＤ成分の発生を抑え、位相雑音のない高品質な高周波・広帯域ＦＭ変調信号Ｓfmを生成することができる。
【００５７】
（第３の実施形態）
図５を参照しつつ本発明の第３の実施形態に係る周波数変調装置について以下に説明する。
【００５８】
図５は、第３の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図である。この周波数変調装置は、図１に示した第１の実施形態の構成において、局発光源１０３に代えて、分波器３０１と第４の光変調器５１６とを備える。なお、図５において、第１の実施形態における構成要素と同じ構成要素には同一の参照符号が付されている。
【００５９】
次に、図５に示す本実施形態の動作を説明する。
本実施形態の周波数変調装置では、分波器３０１は、信号源１００から出力された電気信号Ｓｉを、互いに逆相の関係になるように第１および第２の電気信号Ｓi1，Ｓi2に分岐させて出力する。第１の光変調器１０２は、分波器３０１から出力された第１の電気信号Ｓi1を、第１の実施形態と同様に、光周波数変調信号Ｌ１に変換し、出力する。第１の光変調器１０２から出力された光信号Ｌ１は、第１の光分岐回路１０４で２つの光信号に分岐し、これらのうち一方の光信号は第２の光導波路１０７を介してビート信号生成部２００における第１の光受信器１１０に、他方の光信号は第１の光導波路１０６を介して第２の光受信器１１４に、それぞれ入力される。
【００６０】
第４の光変調器５１６は、直接変調方式の光変調器であって、通常、半導体レーザ等で構成され、分波器３０１から出力される第２の電気信号Ｓi2を光周波数変調信号Ｌ２に変換し、出力する。第４の光変調器５１６において直接変調方式が採用されているため、第１の光変調器１０２と同様、出力される光信号Ｌ２は、光周波数変調成分と共に光強度変調成分をも含む。第４の光変調器５１６から出力された光信号Ｌ２は、第２の光分岐回路１０５で２つの光信号に分岐し、これらのうち一方の光信号は第４の光導波路１０９を介してビート信号生成部２００における第１の光受信器１１０に、他方の光信号は第３の光導波路１０８を介して第２の光変調器１１３に、それぞれ入力される。
【００６１】
ビート信号生成部２００は、第１の光分岐回路１０４で分岐した光信号Ｌ１と第２の光分岐回路１０５で分岐した光信号Ｌ２とを受け取り、下記の動作により、第１および第２の光信号Ｌ１，Ｌ２の光周波数の差に相当する周波数ｆｓ＝｜ｆ１−ｆ２｜を有する無変調の電気信号Ｓｂを生成する。すなわち、第１の光受信器１１０は、自乗検波特性を有するフォトダイオード等の受光素子で構成され、第１の光変調器１０２からの光信号Ｌ１と第４の光変調器５１６からの光信号Ｌ２とを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、それらの光周波数差ｆｓ（＝｜ｆ１−ｆ２｜）を中心周波数とする変調ビート信号Ｓｂfmを生成する。この変調ビート信号Ｓｂfmは、第１の光変調器１０２から出力される光周波数変調信号Ｌ１をダウンコンバートしたＦＭ変調信号である。フィルタ１１１は、この変調ビート信号Ｓｂfmの搬送波成分（中心周波数ｆｓの成分）のみを抽出し、無変調ビート信号Ｓｂとして出力する。
【００６２】
周波数変換器１１２は、この無変調ビート信号Ｓｂを周波数変換（例えば、ダウンコンバート）し、周波数ｆx （＝｜ｆｓ−ｆL ｜）の信号である周波数変換信号Ｓｘを出力する。
【００６３】
第２の光変調器１１３は、第３の光導波路１０８の途上に挿入、配置され、第４の光変調器５１６から出力される光信号Ｌ２を、周波数変換器１１２から出力される周波数変換信号Ｓｘによって光学的に変調する。すなわち、第２の光変調器１１３は、光振幅変調または光強度変調によって光信号Ｌ２を光変調信号Ｌ2xに変換し、これを出力する。
【００６４】
第２の光受信器１１４は、第１の光変調器１０２からの光信号Ｌ１と第２の光変調器１１３からの光信号Ｌ2xとを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、周波数ｆL （＝｜ｆｓ−ｆx ｜）を中心周波数とするビート信号として、位相雑音の抑圧されたＦＭ変調信号Ｓfmを生成する（図２（Ｃ）参照）。また、第２の光受信器１１４は、その自乗検波特性に基づく直接検波により、第１の光変調器１０２からの光信号Ｌ１に含まれる光強度変調成分に相当する第１のＩＭ−ＤＤ成分を生成すると共に、第４の光変調器５１６からの光信号Ｌ２に含まれる光強度変調成分をも受け取って、その自乗検波特性に基づく直接検波により、前記第１のＩＭ−ＤＤ成分と逆相である第３のＩＭ−ＤＤ成分を生成する。この第３のＩＭ−ＤＤ成分によって第１のＩＭ−ＤＤ成分が相殺され、これによりＩＭ−ＤＤ成分の抑圧されたＦＭ変調信号Ｓfmが得られる。
【００６５】
以上説明したように、第３の実施形態によれば、光信号Ｌ１に含まれる光強度変調成分に起因した不要成分であるＩＭ−ＤＤ成分の発生を抑え、位相雑音のない高品質な高周波・広帯域ＦＭ変調信号Ｓfmを生成することができる。
【００６６】
（第４の実施形態）
図６を参照しつつ本発明の第４の実施形態に係る周波数変調装置について以下に説明する。
【００６７】
図６は、第４の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図である。この周波数変調装置は、図１に示した第１の実施形態の構成において、電気的なフィルタ１１１に代えて光フィルタ６１７を備える。なお、図６において、第１の実施形態における構成要素と同じ構成要素には同一の参照符号が付されている。
【００６８】
次に、図６に示す本実施形態の動作を説明する。ただし、本実施形態の構成は、前述の第１の実施形態に準ずるため、相違点のみを以下に説明する。
本実施形態の周波数変調装置では、光フィルタ６１７は、第１の光変調器１０２からの光信号Ｌ１のうち第１の光分岐回路１０４で分岐して第１の光受信器１１０へ向かう光信号Ｌ１の光搬送波成分Ｌ1cのみを通過させる。第１の光受信器１１０は、その光フィルタ６１７を通過した光搬送波成分Ｌ1cと局発光源１０３からの光Ｌ２とを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、それらの光周波数差ｆｓに相当する周波数を有する無変調ビート信号Ｓｂを生成する。周波数変換器１１２は、この無変調ビート信号Ｓｂを周波数変換し、周波数ｆx の周波数変換信号Ｓｘを出力する。第２の光変調器１１３は、局発光源１０３から出力される光Ｌ２に対し、前記周波数変換器１１２から出力される周波数変換信号Ｓｘを用いて光変調（光振幅変調または光強度変調）を施し、光変調信号Ｌ2xを出力する。第２の光受信器１１４は、第１の光変調器１０２からの光信号Ｌ１と第２の光変調器１１３からの光信号Ｌ2xとを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、周波数ｆL （＝｜ｆｓ−ｆx ｜）を中心周波数とするビート信号として、位相雑音の抑圧されたＦＭ変調信号Ｓfmを生成する。
【００６９】
以上説明したように、第４の実施形態によれば、２つの光源を用いた光ヘテロダイン構成において、光源の位相雑音に依存することなく、位相雑音のない高周波・広帯域ＦＭ変調信号を生成することができる。
【００７０】
なお、上述の第３の実施形態のように局発光源１０３に代えて第４の光変調器５１６を備える構成（図５参照）においては、図７に示すように、上記第４の実施形態と同様に第２の光導波路１０７の途上に第１の光フィルタ６１７を備えると共に、第４の光導波路１０９の途上にも第２の光フィルタ６２７を備え、第４の光変調器５１６から出力されて第２の光分岐回路１０５で分岐し第１の光受信器１１０に向かう光信号Ｌ２のうち、第２の光フィルタ６２７がその光搬送波成分のみを通過させるようにしてもよい。このような構成によれば、第３の実施形態と同様、第１の光受信器１１０からは無変調ビート信号Ｓｂが出力されるため、電気的なフィルタ１１１を用いることなく、位相雑音のない高周波・広帯域ＦＭ変調信号を生成することができる。
【００７１】
（第５の実施形態）
図８を参照しつつ本発明の第５の実施形態に係る周波数変調装置について以下に説明する。
【００７２】
図８は、第５の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図である。この周波数変調装置は、図１に示した第１の実施形態の構成において、直接変調方式の第１の光変調器１０２に代えて、第１の光Ｌ１として光周波数ｆ１の無変調光を出力する光源１０１と外部変調方式により周波数変調を行う光変調器（以下「外部光変調器」という）１０２ｅとを備え、フィルタ１１１が削除されている。図８に示すように、光源１０１から出力された無変調光Ｌ１は第１の光分岐回路１０４に入力される。また、外部光変調器１０２ｅは、第１の光導波路１０６の途上に挿入、配置され、信号源１００から元信号としての電気信号Ｓｉを受け取る。なお、図８において、第１の実施形態における構成要素と同じ構成要素には同一の参照符号が付されている。
【００７３】
次に、図８に示す本実施形態の動作を説明する。
本実施形態の周波数変調装置では、光源１０１から出力された無変調光Ｌ１は第１の光分岐回路１０４で２つの光に分岐し、それらの２つの光のうち一方の光は外部光変調器１０２ｅに入力され、他方の光は第１の光受信器１１０に入力さされる。
【００７４】
外部光変調器１０２ｅは、光源１０１からの無変調光Ｌ１を信号源１００からの電気信号Ｓｉによって変調することにより、中心光周波数ｆ１の光周波数変調信号Ｌ1mを生成する。この光信号Ｌ1mは第２の光受信器１１４に入力される。第１の光受信器１１０は、光源１０１からの無変調光Ｌ１と局発光源１０３からの無変調光Ｌ２とを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、それらの光周波数差ｆｓ＝｜ｆ１−ｆ２｜に相当する周波数を有する無変調ビート信号Ｓｂを生成する。周波数変換器１１２は、この無変調ビート信号Ｓｂを周波数変換し、周波数ｆx の周波数変換信号Ｓｘを出力する。第２の光変調器１１３は、局発光源１０３からの光Ｌ２に対し、前記周波数変換器１１２から出力される周波数変換信号Ｓｘを用いて光変調（光振幅変調または光強度変調）を施し、光変調信号Ｌ2xを出力する。この光変調信号Ｌ2xも第２の光受信器１１４に入力される。第２の光受信器１１４は、第１の光変調器１０２からの光信号Ｌ１と第２の光変調器１１３からの光信号Ｌ2xとを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、周波数ｆL （＝｜ｆｓ−ｆx ｜）を中心周波数とするビート信号として、位相雑音の抑圧されたＦＭ変調信号Ｓfmを生成する。
【００７５】
以上のように、第５の実施形態によれば、第４の実施形態と同様、第１の光受信器１１０からは無変調ビート信号Ｓｂが出力されるため、電気的なフィルタ１１１を用いることなく、位相雑音のない高周波・広帯域ＦＭ変調信号を生成することができる。しかも、第５の実施形態では、光源１０１からの無変調光Ｌ１が第１の光受信器１１０に入力されるため、第４の実施形態とは異なり、光フィルタも不要である。
【００７６】
（第１の変形例）
上記の各実施形態において、第２の光変調器１１３は、第３の光導波路１０８の途上に挿入され、局発光源１０３から出力される無変調光Ｌ２または第４の光変調器５１６から出力される光信号Ｌ２を周波数変換信号Ｓｘによって光学的に変調しているが、これに代えて、第２の光変調器１１３を第１の光導波路１０６の途上に挿入することにより、第１の光変調器１０２から出力される光信号Ｌ１を周波数変換信号Ｓｘによって光学的に変調するようにしてもよい。図９は、このような周波数変調装置の構成の一例を示すブロック図である。この周波数変調装置は、図１に示した第１の実施形態の変形例（以下「第１の変形例」という）であって、第１の実施形態において第３の光導波路１０８の途上に挿入されていた第２の光変調器１１３を、第１の光導波路１０６の途上に備えている。
【００７７】
第１の実施形態等では、第２の光変調器１１３は、周波数ｆx （＝｜ｆｓ−ｆL ｜）の周波数変換信号Ｓｘで光周波数ｆ２の無変調光Ｌ２を光振幅変調または光強度変調することにより、図１０（Ａ）に示すような光周波数スペクトルを有する光変調信号Ｌ2xを生成する（ただしｆ１＞ｆ２とする）。
【００７８】
これに対し、第１の変形例の周波数変調装置では、第２の光変調器１１３は、周波数ｆx （＝｜ｆｓ−ｆL ｜）の周波数変換信号Ｓｘで中心周波数ｆ１の光信号Ｌ１を光振幅変調または光強度変調することにより、図１０（Ｂ）に示すような光周波数スペクトルを有する光変調信号Ｌ1xを生成する（同様にｆ１＞ｆ２とする）。第１の変形例における第２の光受信器１１４は、この光変調信号Ｌ1xと局発光源１０３から出力される周波数ｆ２の無変調光Ｌ２とを受け取って、その自乗検波特性に基づく光ヘテロダイン検波により、周波数ｆL （＝｜ｆｓ−ｆx ｜）を中心周波数とするビート信号としてＦＭ変調信号Ｓfmを生成する。すなわち、第１の実施形態において得られるＦＭ変調信号Ｓfmと実質的に同一のＦＭ変調信号が生成される。したがって、第１の変形例の構成によっても、第１の実施形態の場合等と同様、光源の位相雑音に依存することなく、位相雑音のない高周波・広帯域ＦＭ変調信号を生成することができる。
【００７９】
（第２の変形例）
以上説明した各実施形態において、より望ましくは、第１の光変調器１０２（正確にはこの光変調器１０２を構成する半導体レーザ等の光源）から出力された第１の光Ｌ１が第１の光導波路１０６を介して直接に第２の光受信器１１４に到達するまでの伝搬時間と、その光Ｌ１が第２の光導波路１０７、第１の光受信器１１０および第２の光変調器１１３等を介して第２の光受信器１１４に到達するまでの伝搬時間とが互いに等しく、かつ、局発光源１０３または第４の光変調器５１６（正確にはこの光変調器５１６を構成する光源）から出力された第２の光Ｌ２が第３の光導波路１０８および第２の光変調器１１３を介して第２の光受信器１１４に到達するまでの伝搬時間と、その光Ｌ２が第４の光導波路１０９、第１の光受信器１１０および第２の光変調器１１３等を介して第２の光受信器１１４に到達するまでの伝搬時間とが、互いに等しくなるように設定する。
【００８０】
例えば、上記第１および第２の光Ｌ１，Ｌ２の伝搬経路を構成する光導波路等の光学的経路または電気的経路に１つまたは複数の光学的または電気的な遅延回路を伝搬時間の調整手段として挿入することにより、このような設定を実現することができる。この伝搬時間の調整手段としては、コストなどの面で、光学的な調整手段よりも電気的な調整手段の方が好ましい。図１１は、図１に示した第１の実施形態の変形例（以下「第２の変形例」という）の構成を示すブロック図であって、電気的な遅延回路で構成される遅延調整器７１０が上記調整手段として周波数変換器１１２と第２の光変調器１１３との間に挿入された周波数変調装置の構成を示している。なお、遅延調整器７１０の挿入位置は、上記位置に限定されるものではなく、周波数変換器１１２と第２の光変調器１１３との間に代えて、例えば、フィルタ１１１と周波数変換器１１２との間、または、第１の光受信器１１とフィルタ１１１との間に、遅延調整器７１０を挿入してもよい。
【００８１】
このような伝搬時間の調整手段によって上記の設定を実現することにより、第２の光受信器１１４から出力されるＦＭ変調信号Ｓfmの位相雑音をより確実に抑圧し、さらに高品質な高周波・広帯域ＦＭ変調信号を生成することができる。
【００８２】
（第３および第４の変形例）
上記の第２の実施形態および第３の実施形態において、より望ましくは、第２の光受信器１１４において生成される第１のＩＭ−ＤＤ成分と第２のＩＭ−ＤＤ成分とが、あるいは第１のＩＭ−ＤＤ成分と第３のＩＭ−ＤＤ成分とが、互いに逆相でかつ振幅が等しくなるように設定する。より具体的には、それらのＩＭ−ＤＤ成分の位相を調整すべく、分波器３０１で分岐した一方の信号である第１の電気信号Ｓi1が、第１の光変調器１０２により光信号Ｌ１に変換され、第１の光導波路１０６を介して第２の光受信器１１４に到達するまでの伝搬時間と、分波器３０１で分岐した他方の信号である第２の電気信号Ｓi2が、第３の光変調器３１５または第４の光変調器５１６によって光信号Ｌ３またはＬ２に変換され、第５の光導波路３１７または第３の光導波路１０８を介して第２の光受信器１１４に到達するまでの伝搬時間とが、互いに等しくなるように設定する。また、第２の光受信器１１４が受け取る光信号において第１のＩＭ−ＤＤ成分と第２のＩＭ−ＤＤ成分にそれぞれ対応する光強度変調成分の振幅が互いに等しく、または、第１のＩＭ−ＤＤ成分と第３のＩＭ−ＤＤ成分にそれぞれ対応する光強度変調成分の振幅が互いに等しくなるように設定する。
【００８３】
例えば、上記の信号の伝搬経路を構成する電気的経路または光学的経路（光導波路）に、１つまたは複数の電気的または光学的な遅延回路および可変利得増幅器（または減衰器）などを信号の位相および振幅の調整手段として挿入することにより、このような設定を実現することができる。このような位相および振幅の調整手段としては、コストなどの面で、光学的な調整手段よりも電気的な調整手段の方が好ましい。図１２は、図３に示した第２の実施形態の変形例（以下「第３の変形例」という）の構成を示すブロック図であって、電気的な遅延回路と可変利得増幅器で構成される遅延・振幅調整器７２０が上記調整手段として分波器３０１と第３の光変調器３１５との間に挿入された周波数変調装置の構成を示している。また、図１３は、図５に示した第３の実施形態の変形例（以下「第４の変形例」という）の構成を示すブロック図であって、上記の調整手段として同様の構成の遅延・振幅調整器７３０が分波器３０１と第４の光変調器５１６との間に挿入された周波数変調装置の構成を示している。なお、遅延・振幅調整器７２０、７３０の挿入位置は、上記位置に限定されるものではなく、例えば、分波器３０１と第１の光変調器１０２との間に挿入してもよい。
【００８４】
このような位相および振幅の調整手段によって上記の設定を実現することにより、第２の光受信器１１４から出力されるＩＭ−ＤＤ成分がより確実に抑圧され、さらに高品質な高周波・広帯域ＦＭ変調信号を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施形態に係る周波数変調装置における第１の光受信器からの出力信号の周波数スペクトルを示す模式図（Ａ）、第１の実施形態に係る周波数変調装置における周波数変換器の入出力信号の周波数スペクトルを示す模式図（Ｂ）、および、第１の実施形態に係る周波数変調装置における第２の光受信器からの出力信号の周波数スペクトルを示す模式図（Ｃ）。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図４】第２の実施形態に係る周波数変調装置において第１および第２の光変調器から出力され第２の光受信器に入力される光信号に対応する検波後の信号の周波数スペクトルを示す模式図（Ａ）、第２の実施形態に係る周波数変調装置において第３の光変調器から出力され第２の光受信器に入力される光信号に対応する検波後の信号の周波数スペクトルを示す模式図（Ｂ）、および、第２の実施形態に係る周波数変調装置における第２の光受信器からの出力信号の周波数スペクトルを示す模式図（Ｃ）。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図７】第４の実施形態に係る周波数変調装置の他の構成を示すブロック図。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図９】第１の実施形態の変形例である第１の変形例に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図１０】第１、第２、第４および第５の各実施形態に係る周波数変調装置において第２の光受信器に入力される光信号の光周波数スペクトルを示す模式図（Ａ）、および、第１の変形例に係る周波数変調装置において第２の光受信器に入力される光信号の光周波数スペクトルを示す模式図（Ｂ）。
【図１１】第１の実施形態の他の変形例である第２の変形例に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図１２】第２の実施形態の変形例である第３の変形例に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図１３】第３の実施形態の変形例である第４の変形例に係る周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図１４】従来の周波数変調装置の構成を示すブロック図。
【図１５】従来の周波数変調装置における光受信器に入力される光信号の光周波数スペクトルを示す模式図（Ａ）、および、従来の周波数変調装置における光受信器からの出力信号の周波数スペクトルを示す模式図（Ｂ）。
【符号の説明】
１００  …信号源
１０２  …第１の光変調器
１０２ｅ…外部光変調器
１０３  …局発光源
１０４  …第１の光分岐回路
１０５  …第２の光分岐回路
１０６  …第１の光導波路
１０７  …第２の光導波路
１０８  …第３の光導波路
１０９  …第４の光導波路
１１０  …第１の光受信器
１１１  …フィルタ
１１２  …周波数変換器
１１３  …第２の光変調器
１１４  …第２の光受信器
２００  …ビート信号生成部
３０１  …分波器
３１５  …第３の光変調器
５１６  …第４の光変調器
６１７，６２７…光フィルタ
７１０  …遅延調整器
７２０，７３０…遅延・振幅調整器
Ｓｉ    …（入力）電気信号
Ｓｂfm  …変調ビート信号
Ｓｂ    …無変調ビート信号
Ｓｘ    …周波数変換信号
Ｓfm    …ＦＭ変調信号（周波数変調信号）
【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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