(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波の周波数によって半波整流形状に強度変調された光信号を発生する光信号発生部と、
逆バイアス電圧が印加されていることにより、前記光信号発生部で強度変調された前記光信号を入射して電気信号を出力するフォトダイオードを有し、前記光信号に対応する前記電気信号を２つに分岐して出力する電気信号生成部と、
分岐された一方の電気信号に、他方の電気信号に対して前記マイクロ波の半周期分に相当する位相差を与え、前記一方の電気信号と前記他方の電気信号とが互いに逆位相になるように合成してマイクロ波電気信号を出力するマイクロ波合成出力部と
を備えることを特徴とする光マイクロ波変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光マイクロ波変換装置において、
前記電気信号生成部は、
逆バイアス電圧が印加されていることにより、前記光信号発生部で強度変調された前記光信号を入射して電気信号を出力する１つのフォトダイオードと、
前記フォトダイオードから出力される電気信号を２つに分岐する分岐回路と
を有することを特徴とする光マイクロ波変換装置。
【請求項３】
マイクロ波の周波数によって半波整流形状に強度変調された光信号を発生する光信号発生部と、
前記光信号発生部で強度変調された前記光信号を２分岐して出力する光分岐回路と、
逆バイアス電圧が印加されていることにより、前記光分岐回路で分岐された一方の光信号を入射して電気信号を出力する第１のフォトダイオードと、
前記第１のフォトダイオードと同一極性で逆バイアス電圧が印加されていることにより、前記光分岐回路で分岐された他方の光信号を入射して電気信号を出力する第２のフォトダイオードと
を有する電気信号生成部と、
前記第１のフォトダイオードから出力された電気信号に、前記第２のフォトダイオードから出力された電気信号に対して前記マイクロ波の半周期分に相当する位相差を与え、前記第１のフォトダイオードから出力された電気信号と前記前記第２のフォトダイオードから出力された電気信号とが互いに逆位相になるように合成してマイクロ波電気信号を出力するマイクロ波合成出力部と
を備えることを特徴とする光マイクロ波変換装置。
【請求項４】
マイクロ波の周波数によって半波整流形状に強度変調された光信号を発生する光信号発生部と、
前記光信号発生部で強度変調された前記光信号を２分岐して出力する光分岐回路と、
逆バイアス電圧が印加されていることにより、前記光分岐回路で分岐された一方の光信号を入射して電気信号を出力する第１のフォトダイオードと、
前記第１のフォトダイオードと異なる極性で逆バイアス電圧が印加されていることにより、前記光分岐回路で分岐された他方の光信号を入射して電気信号を出力する第２のフォトダイオードと
を有する電気信号生成部と、
前記第１のフォトダイオードから出力された電気信号に、前記第２のフォトダイオードから出力された電気信号に対して前記マイクロ波の半周期分に相当する位相差を与え、前記第１のフォトダイオードから出力された電気信号と前記前記第２のフォトダイオードから出力された電気信号とが互いに逆位相になるように合成してマイクロ波電気信号を出力するマイクロ波合成出力部と
を備えることを特徴とする光マイクロ波変換装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光マイクロ波変換装置において、
前記マイクロ波合成出力部は、前記マイクロ波の半周期分に相当する位相差を与えるための遅延線路を有することを特徴とする光マイクロ波変換装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光マイクロ波変換装置において、
前記電気信号生成部は、前記フォトダイオードの出力端子に前記マイクロ波の基本波周波数において動作する整合回路をさらに有することを特徴とする光マイクロ波変換装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光マイクロ波変換装置において、
前記光信号発生部は、バイアス点を中点からずらした電圧値としたマッハツェンダー型光強度変調器に正弦波のマイクロ波を入力することにより、一定強度の光信号から前記強度変調された光信号を発生することを特徴とする光マイクロ波変換装置。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光マイクロ波変換装置において、
前記光信号発生部は、バイアス点を中点の電圧値としたマッハツェンダー型光強度変調器に半波整流波形のマイクロ波を入力することにより、一定強度の光信号から前記強度変調された光信号を発生することを特徴とする光マイクロ波変換装置。
【請求項９】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光マイクロ波変換装置において、
前記光信号発生部は、バイアス電流値を閾値近傍としたレーザダイオードを正弦波のマイクロ波で直接変調することにより前記強度変調された光信号を発生することを特徴とする光マイクロ波変換装置。
【請求項１０】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光マイクロ波変換装置において、
前記光信号発生部は、バイアス電流値を閾値近傍より大きい値としたレーザダイオードを半波整流波形のマイクロ波で直接変調することにより前記強度変調された光信号を発生することを特徴とする光マイクロ波変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の電気信号を光にのせて情報を伝送するＲＯＦ（Ｒａｄｉｏ  ｏｎ  Ｆｉｂｅｒ：光ファイバ無線通信）システム等の受光部に用いる光マイクロ波変換装置に関するものであり、特に、大きな電気出力を効率よく取り出すことができる光マイクロ波変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の光マイクロ波変換装置において、受光部には、広くフォトダイオードが用いられている。フォトダイオードは、通常、逆バイアス電圧を印加して用いられ、入射する光の強度に応じた電流が電気信号として流れる。したがって、フォトダイオードに強度を変調した光信号を入射することで、変調信号自体を電気信号として取り出すことができる。また、応答速度が早いことも特徴であり、数十ＧＨｚまでの変調信号に応答するものが既に市販されている。（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 10, no. 4, July-Aug. 2004, Pages:702-708.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のこの種の光マイクロ波変換装置では、主に、光に重畳した情報を伝達、受信することが目的であった。このため、大電力の電気信号出力は、必ずしも必要ではなかった。この種の装置に用いられるフォトダイオードでは、通常、出力される電気信号は、１〜数ｍＡ程度の電流値で飽和が生じる。これを５０Ωの負荷で受信すれば、数十μＷ〜数ｍＷオーダーのマイクロ波が得られる。情報を伝達するという目的では、このレベルの電力であっても、十分な値と言える。
【０００５】
しかしながら、近年、光マイクロ波変換装置からの出力電力を、より大きくする検討がなされている。例えば、ＲＯＦシステム等の光マイクロ波変換装置で受信した電気信号をアンテナから空間に放射する場合などでは、より大きな電力が得られれば、光マイクロ波変換装置とアンテナとの間に利得の大きいマイクロ波増幅器を挿入する必要がなくなる。また、場合によっては、マイクロ波増幅器自体を不要にできるというメリットがある。
【０００６】
このようなシステムに用いるものとして、出力電力がサブＷ〜Ｗオーダー級のマイクロ波が得られるフォトダイオードが開発されてきている。このようにフォトダイオードからの出力電気信号の電力が大きくなると、電源から供給されフォトダイオードで消費される電力も大きくなる。このため、少ない供給電力で大きなマイクロ波出力電力が得られるように、フォトダイオードの電源効率が大きいことが重要になる。
【０００７】
しかしながら、従来の光マイクロ波変換装置では、電源効率に着目したフォトダイオードの動作についての検討は、十分されていなかった。このため、効率の十分大きい光マイクロ波変換装置を得ることができなかった。
【０００８】
また、効率の大きいこと、大電力が得られることに加え、出力信号の歪みが小さいこと、回路構成が簡単であること、なども光マイクロ波変換装置に求められる重要な要素である。
【０００９】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電源効率が大きく、出力信号の歪みが小さい光マイクロ波変換装置を得るためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る光マイクロ波変換装置は、マイクロ波の周波数によって半波整流形状に強度変調された光信号を発生する光信号発生部と、逆バイアス電圧が印加されていることにより、光信号発生部で強度変調された光信号を入射して電気信号を出力するフォトダイオードを有し、光信号に対応する電気信号を２つに分岐して出力する電気信号生成部と、分岐された一方の電気信号に、他方の電気信号に対してマイクロ波の半周期分に相当する位相差を与え、一方の電気信号と他方の電気信号とが互いに逆位相になるように合成してマイクロ波電気信号を出力するマイクロ波合成出力部とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、マイクロ波の周波数によって半波整流形状に強度変調された光信号を、逆バイアス電圧が印加されたフォトダイオードに入射することで、フォトダイオードの動作級をマイクロ波トランジスタのＢ級動作に相当する動作で駆動して最適化することにより、電源効率が大きく、出力信号の歪みが小さい光マイクロ波変換装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の光マイクロ波変換装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る光マイクロ波変換装置の構成図である。本実施の形態１における光マイクロ波変換装置は、光信号発生装置１、光ファイバ２、フォトダイオード３、負荷回路４、電源端子５、インダクタ６、キャパシタ７、分岐回路２１、および遅延線路２２で構成される。
【００１４】
なお、本実施の形態１においては、フォトダイオード３、電源端子５、インダクタ６、キャパシタ７、分岐回路２１が電気信号生成部に相当し、負荷回路４、遅延線路２２がマイクロ波合成出力部に相当する。
【００１５】
図１において、光信号発生装置１は、マイクロ波の周波数によって半波整流形状に強度変調された光信号を発生する。この光信号は、光ファイバ２で伝送され、フォトダイオード３の受光部に入射する。フォトダイオード３のアノード端子（図１中の下側に相当）は、接地されている。また、カソード端子（図１中の上側に相当）は、インダクタ６を介して電源端子５に接続されているとともに、キャパシタ７を介して分岐回路２１に接続されている。
【００１６】
電源端子５には、電源からプラスの電位が印加されている。従って、フォトダイオード３は、アノード端子側がマイナスの電位となり、カソード端子側がプラスの電位となるように、逆バイアスされている。また、直流電源とマイクロ波信号が分離するように、インダクタ６およびキャパシタ７が適切な場所に接続されている。
【００１７】
分岐回路２１で２つに分岐された出力のうちの一方には、遅延線路２２が接続されている。その後、２つの出力は、負荷回路４（図１中では抵抗として図示）に接続されている。遅延線路２２は、出力されたマイクロ波信号の基本波の半波長に相当する遅延量を有しており、遅延線路２２を通過した信号は、半周期分の位相遅れを生じる。したがって、負荷回路４の上下の端子のそれぞれには、マイクロ波信号の半周期分の位相差を有する信号が到達する。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態１におけるフォトダイオード３の動作特性を示す図である。図２の横軸は、電圧、縦軸は、電流を表している。電圧、電流の符号は、分かりやすいように、逆バイアスの向きを正として表している。フォトダイオード３が逆バイアスされている状態（すなわち、図２の電圧が正の部分）において、光が入射しない状態では、電流は、ほとんど流れない。しかしながら、光が入射すると、光電流と呼ばれる電流が流れる。逆バイアス状態では、光電流の値は、入力光の強度にほぼ比例する。また、光電流の値は、入力光の強度が一定であれば、電圧が変化してもあまり変化しない。
【００１９】
このような特性は、光強度をベース電流と読み変えれば、バイポーラトランジスタの特性に類似している。また、光強度をゲート電圧と読み変えれば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の特性にも類似している。このことは、ベース電流やゲート電圧を制御する代わりに、フォトダイオード３に入射する光電力を同様に制御すれば、フォトダイオード３を、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタのように各種の動作級で動作させることができる、という本発明のポイントの基盤となっている。
【００２０】
図２中で斜めに引かれた直線は、フォトダイオード３に一定の負荷抵抗を接続した場合の電圧と電流の関係を示す負荷線を表している。通常、マイクロ波のトランジスタでは、図２中のＡ点が中点となるようにバイアスをかけ、正弦波状のマイクロ波で振幅変調をかけるＡ級動作や、Ｂ点が中点となるようにバイアスをかけ、正弦波状のマイクロ波で振幅変調をかけるＢ級動作などが行われる。そして、Ａ級動作では、トランジスタ効率の理論最大値が５０％になり、Ｂ級動作では、トランジスタ効率の理論最大値が７８．５％になることが知られている。
【００２１】
従来のフォトダイオードでは、入射光の強度の平均値が実質Ａ点に相当する場所で用いられており、マイクロ波トランジスタのＡ級動作に相当する動作が行われていた。しかし、上述の考察は、フォトダイオードを実質Ｂ点に相当する場所にバイアスして動作させることができれば、マイクロ波トランジスタと同様に電源効率を飛躍的に向上させることができる、ということを示している。
【００２２】
マイクロ波のトランジスタをＢ級動作させたい場合には、バイアス点を図２のＢ点にし、入力信号として正弦波を入力すれば、Ｂ級動作が可能である。これは、入力信号の電流、あるいは電圧が０以下になった場合には、トランジスタは動作せず、負の入力は、トランジスタの動作としては無視できるためである。
【００２３】
しかしながら、フォトダイオードの入力信号は、光強度であり、光強度に負の値はあり得ない。すなわち、フォトダイオードの動作においては、正弦波状に強度変調された光入力を用いる限り、バイアス点を図２のＢ点にすることはできない。
【００２４】
これに対し、図１の構成を有する本実施の形態１における光マイクロ波変換装置では、フォトダイオード３に入射する光信号として、マイクロ波の周波数によって半波整流形状に強度変調された光を入射している。このため、フォトダイオード３の動作点の中点を、実質的に図２のＢ点に相当する場所とすることができる。従って、フォトダイオード３をマイクロ波トランジスタのＢ級動作に相当する動作で駆動することができる。
【００２５】
この結果、従来のＡ級動作での電源効率の理論限界が５０％であったために制限されていた、フォトダイオードの効率を、Ｂ級動作での電源効率の理論限界である７８．５％まで、飛躍的に高めることができる。このことは、同じマイクロ波出力信号を得るときの平均光電流（直流成分）を、Ａ級動作よりも小さくでき、供給電力を小さくできることからも理解される。
【００２６】
なお、実際の装置では、種々の要因により、通常は、電源効率を理論限界に到達させることは困難である。しかしながら、従来構成に比較すれば、本発明により大幅に電源効率を高めることができることは明らかである。
【００２７】
このように、効率よく取り出されたマイクロ波信号は、入力した光信号とほぼ同様の形状をした波形を有している。すなわち、マイクロ波の基本周波数ｆ０によって半波整流された形状の電気信号が出力される。この信号には２×ｆ０を主成分とする、レベルの高い高調波成分が含まれている。通常、この高調波成分は、不要となるものであり、除去されることが望ましい。
【００２８】
図１において、フォトダイオード３から出力したマイクロ波信号は、分岐回路２１によって２つに分岐される。このうち、一方（図１における下側に分岐された経路に相当）には、遅延線路２２が接続されている。この遅延線路２２は、マイクロ波信号のほぼ半周期に相当する遅延量を有している。また、他方（図１における上側に分岐された経路に相当）には、遅延線路２２が接続されていない。そして、上側の信号と、遅延線路２２を経由した下側の信号は、それぞれ負荷回路４の両側に接続されている。
【００２９】
したがって、遅延線路２２を通過した下側の出力は、遅延線路２２を通過しない上側の出力に対して、マイクロ波信号の基本波の半波長分の位相差を持って負荷回路４に到達することとなり、負荷回路４において互いに逆相で受信する構成となる。これは、マイクロ波トランジスタのプッシュプル回路に相当する回路構成である。
【００３０】
このため、それぞれのフォトダイオード３からの半波整流形状の出力信号が合成され、負荷回路４において、ほぼ正弦波の形状の出力信号が受信される。したがって、この信号は、不要波である高調波成分をほとんど含んでいない。
【００３１】
以上のように、実施の形態１によれば、フォトダイオードの動作級をマイクロ波トランジスタのＢ級動作に相当する動作で駆動できる。これにより、電源効率の大きい光マイクロ波変換装置を得ることができる。特に、大きな出力電力を必要とする装置において、同じ電力を得る場合でも、従来と比べ消費電力を小さくすることができるという大きな効果がある。
【００３２】
さらに、出力信号に不要な高調波成分をほとんど含まず、歪みの小さい出力電気信号が得られる。
【００３３】
なお、上述の実施の形態１においては、図２のＢ点にバイアス点をとった場合について示したが、本発明はこれに限定されるものではない。Ａ点とＢ点の中間にバイアスをとるマイクロ波トランジスタのＡＢ級動作に相当する動作で駆動させてもよい。これは、後述するように、フォトダイオード３へ入力する光の波形形状を若干変化させることによって容易に実現できる。
【００３４】
また、実施の形態１においては、フォトダイオードへの入力光として正弦波のちょうど上半分の形状を有するような信号を示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。これに類似した信号であっても、平均パワーが最大値と最小値の平均よりも小さい周期関数状に振幅変調された光信号であれば、本発明の効果は、同様に達成されるものであり、これらの形状の光信号も広い意味での半波整流状に強度変調された光信号に含まれるものとする。
【００３５】
また、実施の形態１においては、フォトダイオード３にカソード端子側からプラスのバイアス電圧を印加する構成としているが、本発明はこれに限定されるものではない。フォトダイオード３のアノード端子側からマイナスのバイアス電圧を印加してもよく、フォトダイオード３が逆バイアスされる回路構成であれば、同様の効果を得ることができる。
【００３６】
さらに、実施の形態１においては、負荷回路４を抵抗で示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。負荷回路４としては、差動回路の入力端子など、２つのフォトダイオード３からの出力を逆相で受信する、あらゆる種類の回路を接続することができ、この場合にも同様な効果が得られる。また、バラン（平衡−不平衡変換回路）等を介して不平衡回路を接続しても構わない。
【００３７】
また、実施の形態１における図１の構成では、一方の出力信号にマイクロ波のほぼ半周期の位相差を与えるために、遅延線路２２を用いているが、本発明はこれに限定されるものではない。集中定数回路等を用いた移相器などを用いてもよく、上下の出力に所要の位相差が生じる構成であれば、いかなる回路構成を用いても、本発明の効果が得られる。
【００３８】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る光マイクロ波変換装置の構成図である。本実施の形態２における光マイクロ波変換装置は、光信号発生装置１、光ファイバ２、２つのフォトダイオード３（第１のフォトダイオードおよび第２のフォトダイオードに相当）、負荷回路４、電源端子５、インダクタ６、キャパシタ７、光分岐回路９、および遅延線路２２で構成される。
【００３９】
なお、本実施の形態２においては、フォトダイオード３、電源端子５、インダクタ６、キャパシタ７、光分岐回路９が電気信号生成部に相当し、負荷回路４、遅延線路２２がマイクロ波合成出力部に相当する。
【００４０】
フォトダイオード３の後段に分岐回路２１を備えていた先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、本実施の形態２における図３の構成は、２つのフォトダイオード３の前段に光分岐回路９を備える点が異なっている。
【００４１】
図３において、光信号発生装置１は、マイクロ波の周波数によって半波整流形状に強度変調された光信号を発生する。この光信号は、光ファイバ２で伝送され、光分岐回路９に入力する。光分岐回路９では、入力した光信号を２つの光ファイバ２に分岐して出力する。これらの光信号は、２つのフォトダイオード３の受光部にそれぞれ入射する。
【００４２】
２つのフォトダイオード３のそれぞれのアノード端子（図３中の下側に相当）は、ともに接地されている。また、カソード端子（図３中の上側に相当）のそれぞれは、ともにインダクタ６を介して電源端子５に接続されているとともに、キャパシタ７を介して分岐回路２１に接続されている。
【００４３】
２つの電源端子５には、ともに電源からプラスの電位が印加されている。従って、２つのフォトダイオード３は、ともにアノード端子側がマイナスの電位となり、カソード端子側がプラスの電位となるように、逆バイアスされている。また、直流電源とマイクロ波信号が分離するように、インダクタ６およびキャパシタ７が適切な場所に接続されている。
【００４４】
図３では、先の図１と同様に、２つのフォトダイオード３に対して、半波整流形状に強度変調された光信号を入力している。このため、それぞれのフォトダイオード３において、マイクロ波トランジスタのＢ級動作に相当する動作で駆動できる。したがって、従来に比べ、飛躍的に電源効率の大きい動作が可能である。
【００４５】
２つあるフォトダイオード３の出力側において、図３中の下側のフォトダイオード３の出力端子には、遅延線路２２が接続されている。この遅延線路２２は、マイクロ波信号のほぼ半周期に相当する遅延量を有している。したがって、遅延線路２２を通過した下側の出力は、遅延線路２２を通過しない上側の出力に対して、マイクロ波信号の基本波の半波長分の位相差を持って負荷回路４に到達する。
【００４６】
さらに、これらの出力を、それぞれ負荷回路４の両側に接続し、負荷回路４において互いに逆相で受信する構成としている。これは、マイクロ波トランジスタのプッシュプル回路に相当する回路構成である。このため、それぞれのフォトダイオード３からの半波整流形状の出力信号が合成され、負荷回路４において、ほぼ正弦波の形状の出力信号が受信される。したがって、この信号は、不要波である高調波成分をほとんど含んでいない。
【００４７】
以上のように、実施の形態２によれば、光分岐回路と２つのフォトダイオードを用いた構成においても、先の実施の形態１と同様に、フォトダイオードの動作級をマイクロ波トランジスタのＢ級動作に相当する動作で駆動できる。これにより、電源効率の大きい光マイクロ波変換装置を得ることができる。特に、大きな出力電力を必要とする装置において、同じ電力を得る場合でも、従来と比べ消費電力を小さくすることができるという大きな効果がある。
【００４８】
さらに、本実施の形態２によれば、効率よく動作している２つのフォトダイオードの出力を合成しているので、１つのフォトダイオードのみを用いる先の実施の形態１の場合に比べ、さらに大きな出力電力を効率よく得ることができる。
【００４９】
なお、実施の形態２における図３の構成においても、先の実施の形態１と同様に、フォトダイオード３をマイクロ波トランジスタのＡＢ級に相当する動作とすることもでき、この場合もＡ級に比べ高い効率が得られる。
【００５０】
従って、実施の形態２に示す光マイクロ波変換装置では、フォトダイオードの動作級をマイクロ波トランジスタのＡＢ級やＢ級動作に相当する動作で駆動できる。この結果、電源効率の大きい光マイクロ波変換装置が得られる効果があるとともに、不要な高調波を抑圧でき、簡単な構成で大きな出力が得られるという効果も得ることができる。
【００５１】
さらに、実施の形態２においては、負荷回路４を抵抗で示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。負荷回路４としては、差動回路の入力端子など、２つのフォトダイオード３からの出力を逆相で受信する、あらゆる種類の回路を接続することができ、この場合にも同様な効果が得られる。
【００５２】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係る光マイクロ波変換装置の構成図である。本実施の形態３における光マイクロ波変換装置は、光信号発生装置１、光ファイバ２、２つのフォトダイオード３（第１のフォトダイオードおよび第２のフォトダイオードに相当）、負荷回路４、電源端子５、インダクタ６、キャパシタ７、光分岐回路９、遅延線路２２、および合波器２３で構成される。先の実施の形態２における図３の構成と比較すると、本実施の形態３における図４の構成は、合波器２３をさらに備えているとともに、フォトダイオード３の向き（接続方向）が異なっている。
【００５３】
なお、本実施の形態３においては、フォトダイオード３、電源端子５、インダクタ６、キャパシタ７、光分岐回路９が電気信号生成部に相当し、負荷回路４、遅延線路２２、合波器２３がマイクロ波合成出力部に相当する。
【００５４】
図４において、光信号発生装置１は、マイクロ波の周波数によって半波整流形状に強度変調された光信号を発生する。この光信号は、光ファイバ２で伝送され、光分岐回路９に入力する。光分岐回路９では、入力した光信号を２つの光ファイバ２に分岐して出力する。これらの光信号は、２つのフォトダイオード３の受光部にそれぞれ入射する。
【００５５】
２つのフォトダイオード３のうち、上側のフォトダイオード３は、先の図３と同様、アノード端子側が接地されており、カソード端子側にプラスのバイアス電位が印加されている。このため、上側のフォトダイオード３は、図３と同様、逆バイアスされている。
【００５６】
これに対して、下側のフォトダイオード３は、上側と異なり、カソード端子側を接地している。そして、アノード端子側にバイアス電位を印加している。ここで、下側のフォトダイオード３に対するバイアス電位は、プラスでなくマイナスの電位としている。このため、下側のフォトダイオード３も、やはり逆バイアスされている。
【００５７】
２つフォトダイオード３は、半波整流形状に強度変調された光信号が入力されていることにより、先の実施の形態２と同様に、マイクロ波トランジスタのＢ級に相当する動作で駆動できる。このため、従来に比べ、電源効率の大きい動作となっている。
【００５８】
上側のフォトダイオード３からの出力は、図４に示すように、プラス側に振幅を有する電圧波形となる。これに対して、下側のフォトダイオード３は、マイナス電位でバイアスされているため、下側のフォトダイオード３からの出力は、図４に示すように、マイナス側に振幅を有する電圧波形となる。
【００５９】
さらに、下側のフォトダイオード３には、マイクロ波の基本波のほぼ半波長に相当する遅延量を有する遅延線路２２が接続されている。このため、下側の経路を通ったマイクロ波の位相は、上側に対して半周期の位相遅れを持って、合波器２３に到達する。そして、合波器２３は、上下のマイクロ波信号を同位相で合成する。
【００６０】
したがって、合波器２３で合波されたマイクロ波は、図４に示すように、ほぼ正弦波器となり、不要な高調波成分をほとんど含まない。この合波されたマイクロ波信号は、負荷回路４に送られる。
【００６１】
図４における負荷回路４は、単純な抵抗負荷やマイクロ波回路でよく用いられる不平衡回路で構わず、バラン等の回路を用いる必要もない。
【００６２】
以上のように、実施の形態３によれば、合波器を用いた図４のような構成によっても、先の実施の形態２と同様に、フォトダイオードの動作級をマイクロ波トランジスタのＢ級動作やＡＢ級動作に相当する動作で駆動できる。これにより、電源効率の大きい光マイクロ波変換装置を得ることができる。さらに、不要な高調波成分をほとんど含まず、大きな電力の出力電気信号が得られる。
【００６３】
なお、実施の形態３においては、負荷回路４を抵抗で示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。負荷回路４としては、あらゆる不平衡回路の入力を接続することができ、接続の際にバラン等の回路も不要である。このように、簡単な回路構成で、本発明の効果が得られる。
【００６４】
また、実施の形態３における図４では、遅延線路２２が下側のフォトダイオード３の出力に接続されているが、本発明はこれに限定されるものではない。遅延線路２２を上側のフォトダイオード３の出力に接続してもよく、上下の出力にほぼ半周期の位相差がつく構成であれば同様に本発明の効果を得ることができる。
【００６５】
実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４に係る光マイクロ波変換装置の構成図である。本実施の形態４における光マイクロ波変換装置は、光信号発生装置１、光ファイバ２、フォトダイオード３、負荷回路４、電源端子５、インダクタ６、キャパシタ７、分岐回路２１、遅延線路２２、および整合回路２４で構成される。先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、本実施の形態４における図５の構成は、整合回路２４をさらに備えている点が異なっている。
【００６６】
なお、本実施の形態４においては、フォトダイオード３、電源端子５、インダクタ６、キャパシタ７、分岐回路２１、整合回路２４が電気信号生成部に相当し、負荷回路４、遅延線路２２がマイクロ波合成出力部に相当する。
【００６７】
図５において、光信号発生装置１は、マイクロ波の周波数によって半波整流形状に強度変調された光信号を発生する。この光信号は、光ファイバ２で伝送され、フォトダイオード３の受光部に入射する。フォトダイオード３は、先の実施の形態１で説明したように、逆バイアスされている。フォトダイオード３の出力は、分岐回路２１で分岐される。
【００６８】
分岐されたフォトダイオード３の出力の一方は、遅延線路２２により、マイクロ波基本波のほぼ半波長の遅延がかけられ、負荷回路４により差動出力として取り出される。さらに、本実施の形態４における図５の構成では、フォトダイオード３の出力端子に整合回路２４が接続されている。
【００６９】
本実施の形態４では、先の実施の形態１における光マイクロ波変換装置と同様に、フォトダイオード３をマイクロ波トランジスタのＢ級動作やＡＢ級動作と同様に駆動することができる。この結果、電源効率が大きく、出力信号の歪みが小さい光マイクロ波変換装置を得ることができる。
【００７０】
さらに、本実施の形態４では、フォトダイオード３の出力端子に整合回路２４が接続されている。一般に、フォトダイオード３の出力インピーダンスは、容量性であり、後段の回路が純抵抗インピーダンスを有している場合には、必ずしも最適な整合条件にはならないことがある。
【００７１】
図５における整合回路２４は、ここでは、オープンスタブ線路により構成されている。そして、この整合回路２４は、フォトダイオード３の出力インピーダンスを変換し、マイクロ波の基本周波数において、後段回路のインピーダンスに整合させる役割を果たしている。このため、フォトダイオード３から出力されるマイクロ波信号をさらに効率よく負荷回路４で取り出すことができる。
【００７２】
以上のように、実施の形態４によれば、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、整合回路２４を備えることにより、マイクロ波をより効率よく取り出すことができ、電源効率の大きい光マイクロ波変換装置を得ることができるとともに、不要な高調波を抑圧できる。
【００７３】
なお、実施の形態４においては、整合回路２４としてマイクロ波スタブを設ける場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。インダクタとキャパシタを組み合わせた整合回路など、種々の整合回路を用いることができる。
【００７４】
また、実施の形態４における図５では、フォトダイオード３とバイアス回路との間に整合回路２４を設けた場合を図示しているが、整合回路２４の位置は、バイアス回路の後段でも構わない。さらに、フォトダイオード３を１つ用いた装置のみでなく、フォトダイオード３を２つ以上用いた光マイクロ波変換装置に用いてもよく、それぞれのフォトダイオード３に、もしくは、これらの出力を合成した後に整合回路２４を接続しても、同様の効果を得ることができる。
【００７５】
例えば、整合回路２４は、先の実施の形態２における図３の構成、あるいは先の実施の形態３における図４の構成に対しても適用することが可能であり、マイクロ波をより効率よく取り出すことができ、電源効率の大きい光マイクロ波変換装置を得ることができるとともに、不要な高調波を抑圧できる。
【００７６】
実施の形態５．
本実施の形態５では、光信号発生装置１の詳細な構成について説明する。なお、光マイクロ波変換装置の全体構成は、先の実施の形態１における図１を用いて説明する。従って、全体の動作は、先の実施の形態１と同様である。ただし、本実施の形態５における光信号発生装置は、他の実施の形態（例えば、先の実施の形態２〜４）にも適用可能である。
【００７７】
図６は、本発明の実施の形態５に係る光マイクロ波変換装置の光信号発生装置１の内部構成図である。図６における光信号発生装置１は、レーザダイオード１０、ＬＮ光強度変調器１１、マイクロ波入力端子１２、バイアス端子１３、および光出力端子１４で構成される。
【００７８】
図６において、レーザダイオード１０からは、一定振幅のレーザ光が発生する。このレーザ光は、ＬＮ（リチウムナイオベート、ニオブ酸リチウム）光強度変調器１１に入力する。ＬＮ光強度変調器１１には、マイクロ波入力端子１２およびバイアス端子１３が設けられており、マイクロ波入力端子１２からは、正弦波状のマイクロ波電圧が印加され、バイアス端子１３からは、直流バイアス電圧が印加されている。
【００７９】
図７は、本発明の実施の形態５におけるＬＮ光強度変調器１１の動作を説明する図である。図７において、グラフの横軸は、ＬＮ光強度変調器１１に印加する電圧を示し、縦軸は、ＬＮ光強度変調器１１から出力される光の強度を表している。ＬＮ光強度変調器１１の動作は、図中の太線で示すように、印加電圧に応じて変化し、図中Ｖ０で示す基準となる電圧のとき、出力光強度が最大になる。
【００８０】
そして、この基準となる電圧Ｖ０から半波長電圧Ｖπと呼ばれる電圧を加算した電圧（Ｖ０＋Ｖπ）を印加したときに、出力光強度は、ほぼ０となる。通常は、バイアス端子１３から印加する直流電圧を図中の中点Ｃ（Ｖ０＋Ｖπ／２）とし、さらに、マイクロ波入力端子１２からマイクロ波の電圧を加えて動作させることが多い。
【００８１】
しかしながら、本実施の形態５では、バイアス端子１３から印加する直流電圧を、中点ＣからずらしたＤ点としている。また、マイクロ波入力端子１２から入力する正弦波のマイクロ波の電圧振幅を調整し、全体として、ＬＮ光強度変調器１１に印加する電圧が、図７中のグラフの下側に示す波形のような正弦波になるように、電圧を与えている。
【００８２】
このとき、ＬＮ光強度変調器１１の光出力端子１４から出力される光信号の強度は、時間とともに、図７中のグラフの右側に示す波形のように変化する。この信号の形状は、正弦波の上半分を切り取った形状とは若干異なるが、やはり半波整流形状に振幅変調された光信号である。
【００８３】
以上のように、実施の形態５によれば、ＬＮ光強度変調器を有する光信号発生装置を用いることにより、半波整流形状に強度変調された光信号を発生することができる。そして、この光信号発生装置を光マイクロ波変換装置に適用して、光信号発生装置の出力を光ファイバで伝送して、フォトダイオードに入力することにより、先の実施の形態１と同様に、電源効率の大きい光マイクロ波変換装置を得ることができる。
【００８４】
なお、光信号発生装置１を図６と同様な構成とし、ＬＮ光強度変調器１１のバイアス点をほぼ中点Ｃとし、マイクロ波入力端子１２から入力するマイクロ波の電圧自身を半波整流形状の波形としても、光信号発生装置１の光出力端子１４から、半波整流形状に強度変調された光信号を得ることができることは明らかである。この場合にも、同様の効果を得ることができる。
【００８５】
また、実施の形態５では、光強度変調器としてＬＮ光強度変調器を用いた場合について示したが、本発明はこれに限定されるものではない。ＬＮ以外でも、マッハツェンダー型光強度変調器であれば、全く同様な効果を得ることができる。
【００８６】
また、マッハツェンダー型光強度変調器以外であっても、ＥＡ（電界吸収型）変調器を半波整流形状波形のマイクロ波信号で駆動することもでき、半波整流形状に強度変調された光信号を得ることができれば、あらゆる光変調器を用いることができる。
【００８７】
実施の形態６．
本実施の形態６では、先の実施の形態５とは異なる光信号発生装置１の詳細な構成について説明する。なお、光マイクロ波変換装置の全体構成は、先の実施の形態１における図１を用いて説明する。従って、全体の動作は、先の実施の形態１と同様である。ただし、本実施の形態６における光信号発生装置は、他の実施の形態（例えば、先の実施の形態２〜４）にも適用可能である。
【００８８】
図８は、本発明の実施の形態６に係る光マイクロ波変換装置の光信号発生装置１の内部構成図である。図８における光信号発生装置１は、レーザダイオード１０、バイアス端子１３、および光出力端子１４で構成される。ここで、図８におけるレーザダイオード１０には、バイアス端子１３から直流および交流（マイクロ波）の電流を供給する。
【００８９】
図９は、本発明の実施の形態６におけるレーザダイオード１０の動作を説明する図である。図９において、グラフの横軸は、レーザダイオード１０に印加する電流値を示し、縦軸は、レーザダイオード１０から出力される光の強度を示している。図９中のＥ点で示す閾値に達するまでは、電流値を増加してもレーザダイオード１０からの出力は、ほとんど０である。
【００９０】
しかし、電流値が閾値であるＥ点の値よりも大きくなると、電流値に対して出力光強度がほぼ直線状に増加する。図８におけるレーザダイオード１０には、図９のグラフの下側に波形を示すように、閾値であるＥ点にバイアスの中点をもち、マイクロ波の周波数で正弦波状に変化する電流を印加している。このため、光出力端子１４からの出力光信号は、図９のグラフの右側に示すような半波整流形状に強度変調された波形の光信号となる。
【００９１】
以上のように、実施の形態６によれば、レーザダイオードに直接変調をかけて、半波線流形状に強度変調された光信号を発生することができる。そして、この光信号発生装置を光マイクロ波変換装置に適用して、光信号発生装置の出力を光ファイバで伝送して、フォトダイオードに入力することにより、先の実施の形態１と同様に、電源効率の大きい光マイクロ波変換装置を得ることができる。
【００９２】
なお、光信号発生装置１を図８と同様な構成とし、レーザダイオード１０のバイアス点を閾値であるＥ点より大きくした状態で、バイアス端子１３から入力するマイクロ波の電流自身を半波整流形状の波形としても、半波整流形状に強度変調された光信号を得ることができることは明らかである。この場合にも同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光マイクロ波変換装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるフォトダイオード３の動作特性を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る光マイクロ波変換装置の構成図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る光マイクロ波変換装置の構成図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る光マイクロ波変換装置の構成図である。
【図６】本発明の実施の形態５に係る光マイクロ波変換装置の光信号発生装置１の内部構成図である。
【図７】本発明の実施の形態５におけるＬＮ光強度変調器１１の動作を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態６に係る光マイクロ波変換装置の光信号発生装置１の内部構成図である。
【図９】本発明の実施の形態６におけるレーザダイオード１０の動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  光信号発生装置（光信号発生部）、２  光ファイバ、３  フォトダイオード、４  負荷回路、５  電源端子、６  インダクタ、７  キャパシタ、９  光分岐回路、１０  レーザダイオード、１１  ＬＮ光強度変調器、１２  マイクロ波入力端子、１３  バイアス端子、１４  光出力端子、２１  分岐回路、２２  遅延線路、２３  合波器、２４  整合回路。
【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】
0005068187.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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