低周波信号光伝送システム及び低周波信号光伝送方法
【課題】伝送による遅延位相量の補償を行うことで、光による高安定な低周波信号の長距離伝送を可能とする低周波信号光伝送システムを得る。
【解決手段】レーザー光からマイクロ波Ｍ１の周波数だけ離れた波長λ１、λ２の光を発生する２光波発生器３と、光ファイバ６を伝送してきた２つの光からマイクロ波Ｍ２を検出する光検出器８と、２つの光をマイクロ波Ｍ３の周波数だけ周波数シフトする光変調器９と、２つの光を反射するファラデー反射器１０と、光変調器９〜偏波ビームスプリッタ５へと戻った２つの光を、発生された２つの光と混合する光カプラ１１と、４つの光をマイクロ波に変換する光検出器１２と、変換されたマイクロ波を、マイクロ波Ｍ１で周波数変換して上及び下側帯波を出力するイメージリジェクションミキサ１３と、上及び下側帯波の位相差を検出し０になるようにマイクロ波移相器２を制御する位相差検出器１６とを設けた。
【解決手段】レーザー光からマイクロ波Ｍ１の周波数だけ離れた波長λ１、λ２の光を発生する２光波発生器３と、光ファイバ６を伝送してきた２つの光からマイクロ波Ｍ２を検出する光検出器８と、２つの光をマイクロ波Ｍ３の周波数だけ周波数シフトする光変調器９と、２つの光を反射するファラデー反射器１０と、光変調器９〜偏波ビームスプリッタ５へと戻った２つの光を、発生された２つの光と混合する光カプラ１１と、４つの光をマイクロ波に変換する光検出器１２と、変換されたマイクロ波を、マイクロ波Ｍ１で周波数変換して上及び下側帯波を出力するイメージリジェクションミキサ１３と、上及び下側帯波の位相差を検出し０になるようにマイクロ波移相器２を制御する位相差検出器１６とを設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、伝送による遅延位相量の補償を行うことで、光による高安定な低周波信号（ＳＩＮ波）の長距離伝送を可能とする低周波信号光伝送システム及び低周波信号光伝送方法に関するものである。この発明は、２０ＧＨｚ以下の低い周波数を光伝送するのに適した低周波信号光伝送システム及び低周波信号光伝送方法である。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の光伝送システムの構成を示す図である（例えば、非特許文献１参照）。図７において、レーザー光は、送信側の光カプラ２１により分配され、片方のレーザー光から２光波発生器２２でマイクロ波信号Ｍ１を用いて波長の異なったコヒーレントな２つの光信号が作られる。これにより、マイクロ波信号Ｍ１の周波数だけ離れた２つの光信号（波長λ１とλ２）を作り出す。波長λ１は、入力レーザー光と同一であるが、波長λ２は別のレーザーで波長λ１に位相同期した信号として作られる。このマイクロ波信号Ｍ１は、伝送したい高安定な信号である。２光波発生器２２の構成は、２つの光信号の偏波が揃うことが条件である。
【０００３】
２つの光信号は、垂直偏波であり、偏波ビームスプリッタ２３に導かれ、ファイバストレッチャ２４を通過し、さらに、光ファイバ６を通過後、受信側の光カプラ７で分配される。片方の２つの光信号は、光検出器８に導かれ、マイクロ波信号Ｍ２として出力される。
【０００４】
光カプラ７で分配された残りの片方の２つの光信号は、ラウンドトリップ信号として、光変調器９でマイクロ波信号Ｍ３の周波数だけ周波数シフトされた後、ファラデー（Faraday）反射器１０で反射される。このファラデー反射器１０は、光信号に９０度のファラデー（Faraday）回転を与えるので、９０度偏波が異なった光信号として反射される。
【０００５】
ファラデー反射器１０の反射光は、光変調器９で再度、マイクロ波信号Ｍ３の周波数だけ周波数シフトされた後、光カプラ７、光ファイバ６、ファイバストレッチャ２４を通過し、偏波ビームスプリッタ２３に戻される。光の可逆性を考慮すると、受信側から戻された光信号は９０度偏波の違った光信号となるため水平偏波となり、偏波ビームスプリッタ２３で光カプラ２５へ導かれる。
【０００６】
光カプラ２５において、光カプラ２１で分配された残りの片方の波長λ１の光信号と、偏波ビームスプリッタ２３により導かれた２つの光信号が混合される。偏波ビームスプリッタ２３からの２つの光信号は、光カプラ２１からの光信号より、マイクロ波信号Ｍ３の周波数の２倍だけ周波数が異なっている。光カプラ２５で混合された光信号は、光検出器２６でマイクロ波のビート信号として検出される。波長λ１の光信号のみのラウンドトリップ測定が行われる。ビート周波数は、マイクロ波信号Ｍ３の２倍の周波数である。これにミキサー２７で２倍のマイクロ波信号Ｍ４のシフト周波数を掛け合わせ、誤差信号をファイバストレッチャ２４の制御に用いる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】J.Francois and B.Shillue, “Precision timing control for radio astronomy”, IEEE control systems magazine, 19-27, Feb. 2006.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。マイクロ波信号Ｍ３のシフト周波数は、送信信号と戻りの信号を区別するためのものであり、低周波数の信号である。１つの光信号の位相だけしか測定しないので、マイクロ波信号Ｍ３の影響が測定結果に入り込む。このため、マイクロ波信号Ｍ３と２倍のシフト周波数のマイクロ波信号Ｍ４を何らかの方法で位相同期させる必要がある。また、光ファイバ６での伝送中に入り込んだ擾乱は、１つの光信号の位相だけしか測定しないので測定結果に入り込む。さらに、１つの光信号の位相だけしか測定しないので、偏波モード分散（ＰＭＤ）の影響を除去できないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、光信号を１本の光ファイバ中をラウンドトリップさせ、伝送による遅延位相量の補償を行うことで、光による高安定な低周波信号（ＳＩＮ波）の長距離伝送を可能とする低周波信号光伝送システム及び低周波信号光伝送方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る低周波信号光伝送システムは、低周波信号を光ファイバによって長距離伝送する低周波信号光伝送システムであって、前記低周波信号である第１のマイクロ波信号を分配するマイクロ波分配器と、前記マイクロ波分配器によって分配された一方の第１のマイクロ波信号を位相シフトするマイクロ波移相器と、前記マイクロ波移相器によって位相シフトされた第１のマイクロ波信号を用いて、入力されたレーザー光から前記第１のマイクロ波信号の周波数だけ離れた第１の波長の光信号及び第２の波長の光信号を発生する２光波発生器と、前記２光波発生器によって発生された２つの光信号を分配する第１の光カプラと、前記第１の光カプラによって分配された一方の２つの光信号を前記光ファイバに導く偏波ビームスプリッタと、前記光ファイバを伝送してきた２つの光信号を分配する第２の光カプラと、前記第２の光カプラによって分配された一方の２つの光信号から第２のマイクロ波信号を検出する第１の光検出器と、前記第２の光カプラによって分配された他方の２つの光信号を第３のマイクロ波信号の周波数だけ周波数シフトする光変調器と、前記光変調器によって周波数シフトされた２つの光信号に９０度のファラデー回転を与えて反射するファラデー反射器と、前記ファラデー反射器によって反射され、前記光変調器によって再び周波数シフトされ、前記第２の光カプラ及び前記光ファイバによって伝送され、かつ前記偏波ビームスプリッタによって導かれた２つの光信号を、前記第１の光カプラによって分配された他方の２つの光信号と混合する第３の光カプラと、前記第３の光カプラによって混合された４つの光信号をマイクロ波信号に変換する第２の光検出器と、前記第２の光検出器によって変換されたマイクロ波信号を、前記マイクロ波分配器によって分配された他方の第１のマイクロ波信号で周波数変換して上側帯波及び下側帯波を出力するイメージリジェクションミキサと、前記イメージリジェクションミキサによって出力された上側帯波及び下側帯波の位相差を検出し、この位相差が０になるように前記マイクロ波移相器を制御する位相差検出器とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る低周波信号光伝送システムによれば、伝送による遅延位相量の補償を行うことで、光による高安定な低周波信号（ＳＩＮ波）の長距離伝送を可能とするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの構成を示す図である。
【図２】１本の光ファイバ中をラウンドトリップする波長の異なる２つの光信号を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの送信側の一部の構成を示す図である。
【図４】２つの光信号の位相の関係を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの送信側及び受信側の一部の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの送信側及び受信側の一部の構成を示す図である。
【図７】従来の光伝送システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の低周波信号光伝送システムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１４】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムについて図１から図６までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１５】
図１において、この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムは、送信側には、マイクロ波信号Ｍ１を分配するマイクロ波分配器１と、マイクロ波信号Ｍ１を位相シフトするマイクロ波移相器２と、マイクロ波信号Ｍ１の周波数だけ離れた２つの光信号（波長λ１とλ２）を発生する２光波発生器３と、光信号を分配する光カプラ４と、偏波ビームスプリッタ５と、光信号を混合する光カプラ１１と、光信号をマイクロ波信号に変換する光検出器１２と、マイクロ波信号を周波数変換するイメージリジェクションミキサ１３と、フィルタ１４と、フィルタ１５と、位相差を検出する位相差検出器１６とが設けられている。
【００１６】
また、受信側には、光信号を分配する光カプラ７と、光信号をマイクロ波信号に変換する光検出器８と、光信号をマイクロ波信号Ｍ３の周波数だけ周波数シフトする光変調器９と、光信号に９０度のファラデー回転を与えて反射するファラデー反射器１０とが設けられている。
【００１７】
つぎに、この実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの動作について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図２は、１本の光ファイバ中をラウンドトリップする波長の異なる２つの光信号を示す図である。
【００１９】
光信号によるマイクロ波信号伝送は、波長の異なる２つの光信号（波長λ１とλ２）を用いて行われる。その２つの光信号の周波数差（位相差）が伝送したいマイクロ波信号Ｍ１の周波数となる。
【００２０】
図２において、左端が光信号の送信側であり、右端が伝送先の受信側である。この時、２つの光信号の周波数差に相当するのが伝送したいマイクロ波信号Ｍ１の周波数である。この周波数差は、右端の受信側で光検出器８のミキサーとしての働きでマイクロ波信号Ｍ２として取り出される。第１の光信号と第２の光信号のラウンドトリップする長さを変えて描いているのは、波長差による偏波モード分散（ＰＭＤ：Polarization mode dispersion）で２つの光信号それぞれの遅延量が異なることを表している。
【００２１】
光ファイバ伝送では、２つの光信号夫々で遅延量が異なり、補正が不可欠である。これを実現するため、２つの光信号を分離し、位相制御系を組むことも可能であるが、２０ＧＨｚ以下の周波数では２つの光信号の分離は難しい。そこで、光信号をマイクロ波信号に変換した後で、２つの信号の分離を行う。
【００２２】
図３は、この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの送信側の一部の構成を示す図である。
【００２３】
この図３は、マイクロ波と光信号の位相の関係を示す。図３に示すように、入力されるマイクロ波信号Ｍ１の角周波数をω０、位相を０と仮定する。マイクロ波移相器２でΦだけ位相をずらし、２光波発生器３でマイクロ波光変換を行うと、位相差Φがある２つの光信号（波長λ１とλ２）が出力される。波長λ２とλ１の２つの光信号の位相差は、ω０ｔ＋Φである。
【００２４】
図４は、２つの光信号の位相の関係を示す図である。
【００２５】
図４のように、波長λ１の光信号で光ファイバ６中をラウンドトリップして戻って来たときの位相を（２πｍ＋φ３）とし、波長λ２の光信号でラウンドトリップして戻って来たときの位相を（２πｎ＋φ４＋Φ）とする。この時、波長λ２の光信号に初期位相Φがあるものとする。
【００２６】
ここで、１本の光ファイバ６を光信号が往復するので、右端の伝送先がラウンドトリップの中点と考えられる。その中点の光信号の位相は、波長λ１の光信号において、ｍが偶数の時（φ３／２）、ｍが奇数の時（（φ３／２）＋π）となる。また、波長λ２に光信号において、ｎが偶数の時（（φ４／２）＋Φ）、ｎが奇数の時（（φ４／２）＋Φ＋π）となる。伝送先である受信側の光検出器８で検出される位相は両者の位相差信号であるので、（（φ４−φ３）／２）＋Φ）あるいは（（φ４−φ３）／２）＋Φ＋π）となる。これは、（ｍ、ｎ）の組み合わせにより、（奇数、奇数）、（奇数、偶数）、（偶数、奇数）、（偶数、偶数）が考えられる。（奇数、奇数）及び（偶数、偶数）の場合は、（（φ４−φ３）／２）＋Φ）となり、（奇数、偶数）及び（偶数、奇数）の場合は、（（φ４−φ３）／２）＋Φ＋π）となる。
【００２７】
図５は、この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの送信側及び受信側の一部の構成を示す図である。
【００２８】
この図５は、ラウンドトリップの送信光と反射光を区別するための構成を示す。図５に示すように、送信光と反射光の区別のために、受信側において光変調器９とファラデー反射器１０を用いて、ラウンドトリップ光信号の周波数を２ω（往復）だけシフトを行う。このωは、マイクロ波信号Ｍ１の角周波数ω０に比べて十分小さい値とする。
【００２９】
ここで、波長λ１の光信号の周波数シフト信号をλ３、波長λ２の光信号の周波数シフト信号をλ４と記述する。このような周波数シフト処理を行った反射光信号と送信光信号を光カプラ１１で混合すると、波長λ１、λ２、λ３、λ４の４つの光信号が得られる。これらの光信号の周波数位相関係は、
λ２とλ１の差として、ω０ｔ＋Φ、
λ４とλ３の差として、ω０ｔ＋φ４−φ３＋Φ、
λ４とλ１の差として、ω０ｔ＋２ωｔ＋φ４＋Φ、
λ２とλ３の差として、ω０ｔ−２ωｔ−φ３＋Φ
がそれぞれ得られる。
【００３０】
図６は、この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの送信側及び受信側の一部の構成を示す図である。
【００３１】
図６に示すように、光検出器１２で、これら４つの光信号をマイクロ波信号に変換する。（λ２とλ１の差）と（λ４とλ３の差）は入力マイクロ波信号Ｍ１の周波数と同じである。（λ４とλ１の差）は入力マイクロ波信号Ｍ１の周波数より２ωだけ高く、（λ２とλ３の差）は２入力マイクロ波信号Ｍ１の周波数より２ωだけ低い。これらを、イメージリジェクションミキサ１３を用いて、入力マイクロ波信号Ｍ１で周波数変換を行う。（λ２とλ１の差）と（λ４とλ３の差）の信号はゼロヘルツ信号となるため除去すると、
上側帯波ＭＵには２ωｔ＋φ４＋Φ、
下側帯波ＭＬには−（−２ωｔ−φ３＋Φ）
がそれぞれ得られる。下側帯波ＭＬにマイナスが付いているのは、イメージリジェクションミキサ１３では下側帯波ＭＬが反転されるためである。
【００３２】
ここで、上側帯波ＭＵと下側帯波ＭＬが同位相となるように、位相同期回路を構成すると、次の式が得られる。
【００３３】
φ４−φ３＋２Φ＝０
【００３４】
位相Φを制御することで、この式を成立させると、図４において考察した伝送先での光ファイバ伝送信号の位相差（（φ４−φ３）／２）＋Φ）あるいは（（φ４−φ３）／２）＋Φ＋π）は、０あるいはπとなり、一定値として伝送路の影響を補償できる。
【００３５】
伝送する信号は、２つの光信号（波長λ１とλ２）の位相差として送られるため、長距離光ファイバの右端の伝送先での伝送信号位相は、左端の送信側での信号位相と同一、もしくは丁度πだけずれた信号となる。光ファイバ６の影響を気にせず、安定して低周波信号の長距離伝送が可能となる。この時、光ファイバ６による伝送中に外部から与えられる影響は、２つの光信号（波長λ１とλ２）に共通となるため、右端の伝送先での２つの光信号（波長λ１とλ２）の差を取ると共通雑音として相殺される。
【００３６】
ラウンドトリップの送信光信号と反射光信号（行きと戻り）を区別するには、送信側でのイメージリジェクションミキサ１３と、受信側での光変調器９が不可欠である。ラウンドトリップによる２つの光信号（波長λ１とλ２）の位相は、送受光を分離するための受信側（右端）での光変調器９の２倍の周波数の信号位相としてマイケルソン干渉計の原理で、光検出器１２で検出されマイクロ波に変換後、イメージリジェクションミキサ１３で分離され、（φ４−φ３＋２Φ＝０）となるようにマイクロ波移相器２を制御することで遅延位相の補償を可能とすることができる。
【００３７】
ここで、この実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの全体動作について図１を参照しながら説明する。
【００３８】
図１において、入力されたマイクロ波信号Ｍ１は、マイクロ波分配器１を通過後、マイクロ波移相器２に送られ位相シフトが行われる。このマイクロ波信号Ｍ１は、伝送したい高安定な信号である。マイクロ波移相器２の出力は２光波発生器３に送られる。
【００３９】
レーザー光は、２光波発生器３に入力する。この２光波発生器３で、マイクロ波移相器２の出力を用いて、マイクロ波信号Ｍ１の周波数だけ離れた２つの波長の異なったコヒーレントな光信号（波長λ１とλ２）が作られる。２光波発生器３の構成は、２つの光信号の偏波が揃うことが条件であり、ＬＮ変調器等の光変調器、もしくはレーザー光と位相同期した副レーザーを用いて２つの光信号を作成する方式でも良い。
【００４０】
２つの光信号は、垂直偏波であり、送信側の光カプラ４、偏波ビームスプリッタ５を通過する。
【００４１】
その後、２つの光信号は、光ファイバ６を通過し、受信側の光カプラ７で分配され、１つは光検出器８に導かれマイクロ波信号Ｍ２として出力される。
【００４２】
光カプラ７で分配された他の光信号は、ラウンドトリップ信号として、光変調器９でマイクロ波信号Ｍ３の周波数だけ周波数シフトされた後、ファラデー反射器１０で反射される。このファラデー反射器１０は、光信号に９０度のファラデー回転を与えるので、９０度偏波が異なった光信号として反射される。この反射光信号は、光変調器９で再度マイクロ波信号Ｍ３の周波数だけ周波数シフトされる。
【００４３】
その後、反射された２つの光信号は、光カプラ７、光ファイバ６を通過し、送信側の偏波ビームスプリッタ５に戻される。光の可逆性を考慮すると、戻された光信号は９０度偏波の違った光となるため水平偏波となり、偏波ビームスプリッタ５で光カプラ１１へ導かれる。
【００４４】
受信側で反射された２つの光信号は、光カプラ１１で、光カプラ４により分配された光信号と混合される。偏波ビームスプリッタ５からの光信号は、光カプラ４からの光信号より、マイクロ波信号Ｍ３の周波数の２倍だけ周波数が異なっている。光カプラ１１を通過した光信号は、光検出器１２でマイクロ波信号として検出される。
【００４５】
検出されたマイクロ波信号は、（マイクロ波信号Ｍ１と同一周波数信号位相）、（マイクロ波信号Ｍ１よりマイクロ波信号Ｍ３の周波数の２倍の周波数だけ高い信号位相）、（マイクロ波信号Ｍ１よりマイクロ波信号Ｍ３の周波数の２倍の周波数だけ低い信号位相）が混じったものである。
【００４６】
光検出器１２で検出されたこれらの信号は、イメージリジェクションミキサ１３において、マイクロ波分配器１からのマイクロ波信号Ｍ１で周波数変換が行われる。このイメージリジェクションミキサ１３からは、上側帯波ＭＵと下側帯波ＭＬが出力される。上側帯波ＭＵには（マイクロ波信号Ｍ１よりマイクロ波信号Ｍ３の周波数の２倍の周波数だけ高い信号位相）−（マイクロ波信号Ｍ１位相）があらわれ、下側帯波ＭＬには（マイクロ波信号Ｍ１位相）−（マイクロ波信号Ｍ１よりマイクロ波信号Ｍ３の周波数の２倍の周波数だけ低い信号位相）があらわれる。これらはフィルタ１４、１５に入力される。
【００４７】
光検出器１２で検出されたマイクロ波信号の内、入力されたマイクロ波信号Ｍ１と同一周波数のものはＤＣ成分としてフィルタ１４、１５で除去される。フィルタ１４は、上側帯波ＭＵからマイクロ波信号Ｍ１と同一周波数の信号をＤＣ成分として除去する。また、フィルタ１５は、下側帯波ＭＬからマイクロ波信号Ｍ１と同一周波数の信号をＤＣ成分として除去する。フィルタ１４、１５を通過した信号は、位相差検出器１６で上側帯波ＭＵと下側帯波ＭＬの位相差が検出され、この位相差が０になるようにマイクロ波移相器２を制御する。
【００４８】
位相差検出器１６で検出された位相差は、光ケーブルの往復分に相当する。つまり、求められた位相差は、光ファイバ６等を通過したための遅延の往復分の影響が入り込む。このため、位相差検出器１６で求められた位相差の半分の値が光ファイバ６等の遅延による付加位相として求められる。位相差を半分になるように制御することは位相同期ループを組む上で障害となるが、位相差検出器１６に入力した上側帯波ＭＵと下側帯波ＭＬの位相が同じになるように、マイクロ波移相器２を制御することで同じ効果が得られ、マイクロ波信号Ｍ２はマイクロ波信号Ｍ１に位相同期が掛けられる。
【００４９】
マイクロ波信号Ｍ３の周波数は、送信光信号と戻りの反射光信号を区別するためのものであり、低周波数の信号である。マイクロ波信号Ｍ３の周波数の影響及び光ファイバ６での伝送中に入り込む擾乱は、２つの光信号に同一に入るためコモンモードノイズとして扱うことができ、イメージリジェクションミキサ１３の出力の上側帯波ＭＵと下側帯波ＭＬの位相差として位相角を計算すると消えてしまう。つまり、位相差検出器１６で求められる位相差に影響を及ぼさないことになる。
【００５０】
この発明は、干渉計等の基準信号伝送、国家周波数標準等高安定信号の伝送、分配等の高い安定度を問題にした信号伝送分野への応用、及び伝送遅延を問題にする分野への応用が可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１ マイクロ波分配器、２ マイクロ波移相器、３ ２光波発生器、４ 光カプラ、５ 偏波ビームスプリッタ、６ 光ファイバ、７ 光カプラ、８ 光検出器、９ 光変調器、１０ ファラデー反射器、１１ 光カプラ、１２ 光検出器、１３ イメージリジェクションミキサ、１４ フィルタ、１５ フィルタ、１６ 位相差検出器。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、伝送による遅延位相量の補償を行うことで、光による高安定な低周波信号（ＳＩＮ波）の長距離伝送を可能とする低周波信号光伝送システム及び低周波信号光伝送方法に関するものである。この発明は、２０ＧＨｚ以下の低い周波数を光伝送するのに適した低周波信号光伝送システム及び低周波信号光伝送方法である。
【背景技術】
【０００２】
図７は、従来の光伝送システムの構成を示す図である（例えば、非特許文献１参照）。図７において、レーザー光は、送信側の光カプラ２１により分配され、片方のレーザー光から２光波発生器２２でマイクロ波信号Ｍ１を用いて波長の異なったコヒーレントな２つの光信号が作られる。これにより、マイクロ波信号Ｍ１の周波数だけ離れた２つの光信号（波長λ１とλ２）を作り出す。波長λ１は、入力レーザー光と同一であるが、波長λ２は別のレーザーで波長λ１に位相同期した信号として作られる。このマイクロ波信号Ｍ１は、伝送したい高安定な信号である。２光波発生器２２の構成は、２つの光信号の偏波が揃うことが条件である。
【０００３】
２つの光信号は、垂直偏波であり、偏波ビームスプリッタ２３に導かれ、ファイバストレッチャ２４を通過し、さらに、光ファイバ６を通過後、受信側の光カプラ７で分配される。片方の２つの光信号は、光検出器８に導かれ、マイクロ波信号Ｍ２として出力される。
【０００４】
光カプラ７で分配された残りの片方の２つの光信号は、ラウンドトリップ信号として、光変調器９でマイクロ波信号Ｍ３の周波数だけ周波数シフトされた後、ファラデー（Faraday）反射器１０で反射される。このファラデー反射器１０は、光信号に９０度のファラデー（Faraday）回転を与えるので、９０度偏波が異なった光信号として反射される。
【０００５】
ファラデー反射器１０の反射光は、光変調器９で再度、マイクロ波信号Ｍ３の周波数だけ周波数シフトされた後、光カプラ７、光ファイバ６、ファイバストレッチャ２４を通過し、偏波ビームスプリッタ２３に戻される。光の可逆性を考慮すると、受信側から戻された光信号は９０度偏波の違った光信号となるため水平偏波となり、偏波ビームスプリッタ２３で光カプラ２５へ導かれる。
【０００６】
光カプラ２５において、光カプラ２１で分配された残りの片方の波長λ１の光信号と、偏波ビームスプリッタ２３により導かれた２つの光信号が混合される。偏波ビームスプリッタ２３からの２つの光信号は、光カプラ２１からの光信号より、マイクロ波信号Ｍ３の周波数の２倍だけ周波数が異なっている。光カプラ２５で混合された光信号は、光検出器２６でマイクロ波のビート信号として検出される。波長λ１の光信号のみのラウンドトリップ測定が行われる。ビート周波数は、マイクロ波信号Ｍ３の２倍の周波数である。これにミキサー２７で２倍のマイクロ波信号Ｍ４のシフト周波数を掛け合わせ、誤差信号をファイバストレッチャ２４の制御に用いる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】J.Francois and B.Shillue, “Precision timing control for radio astronomy”, IEEE control systems magazine, 19-27, Feb. 2006.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。マイクロ波信号Ｍ３のシフト周波数は、送信信号と戻りの信号を区別するためのものであり、低周波数の信号である。１つの光信号の位相だけしか測定しないので、マイクロ波信号Ｍ３の影響が測定結果に入り込む。このため、マイクロ波信号Ｍ３と２倍のシフト周波数のマイクロ波信号Ｍ４を何らかの方法で位相同期させる必要がある。また、光ファイバ６での伝送中に入り込んだ擾乱は、１つの光信号の位相だけしか測定しないので測定結果に入り込む。さらに、１つの光信号の位相だけしか測定しないので、偏波モード分散（ＰＭＤ）の影響を除去できないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、光信号を１本の光ファイバ中をラウンドトリップさせ、伝送による遅延位相量の補償を行うことで、光による高安定な低周波信号（ＳＩＮ波）の長距離伝送を可能とする低周波信号光伝送システム及び低周波信号光伝送方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る低周波信号光伝送システムは、低周波信号を光ファイバによって長距離伝送する低周波信号光伝送システムであって、前記低周波信号である第１のマイクロ波信号を分配するマイクロ波分配器と、前記マイクロ波分配器によって分配された一方の第１のマイクロ波信号を位相シフトするマイクロ波移相器と、前記マイクロ波移相器によって位相シフトされた第１のマイクロ波信号を用いて、入力されたレーザー光から前記第１のマイクロ波信号の周波数だけ離れた第１の波長の光信号及び第２の波長の光信号を発生する２光波発生器と、前記２光波発生器によって発生された２つの光信号を分配する第１の光カプラと、前記第１の光カプラによって分配された一方の２つの光信号を前記光ファイバに導く偏波ビームスプリッタと、前記光ファイバを伝送してきた２つの光信号を分配する第２の光カプラと、前記第２の光カプラによって分配された一方の２つの光信号から第２のマイクロ波信号を検出する第１の光検出器と、前記第２の光カプラによって分配された他方の２つの光信号を第３のマイクロ波信号の周波数だけ周波数シフトする光変調器と、前記光変調器によって周波数シフトされた２つの光信号に９０度のファラデー回転を与えて反射するファラデー反射器と、前記ファラデー反射器によって反射され、前記光変調器によって再び周波数シフトされ、前記第２の光カプラ及び前記光ファイバによって伝送され、かつ前記偏波ビームスプリッタによって導かれた２つの光信号を、前記第１の光カプラによって分配された他方の２つの光信号と混合する第３の光カプラと、前記第３の光カプラによって混合された４つの光信号をマイクロ波信号に変換する第２の光検出器と、前記第２の光検出器によって変換されたマイクロ波信号を、前記マイクロ波分配器によって分配された他方の第１のマイクロ波信号で周波数変換して上側帯波及び下側帯波を出力するイメージリジェクションミキサと、前記イメージリジェクションミキサによって出力された上側帯波及び下側帯波の位相差を検出し、この位相差が０になるように前記マイクロ波移相器を制御する位相差検出器とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る低周波信号光伝送システムによれば、伝送による遅延位相量の補償を行うことで、光による高安定な低周波信号（ＳＩＮ波）の長距離伝送を可能とするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの構成を示す図である。
【図２】１本の光ファイバ中をラウンドトリップする波長の異なる２つの光信号を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの送信側の一部の構成を示す図である。
【図４】２つの光信号の位相の関係を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの送信側及び受信側の一部の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの送信側及び受信側の一部の構成を示す図である。
【図７】従来の光伝送システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の低周波信号光伝送システムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１４】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムについて図１から図６までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１５】
図１において、この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムは、送信側には、マイクロ波信号Ｍ１を分配するマイクロ波分配器１と、マイクロ波信号Ｍ１を位相シフトするマイクロ波移相器２と、マイクロ波信号Ｍ１の周波数だけ離れた２つの光信号（波長λ１とλ２）を発生する２光波発生器３と、光信号を分配する光カプラ４と、偏波ビームスプリッタ５と、光信号を混合する光カプラ１１と、光信号をマイクロ波信号に変換する光検出器１２と、マイクロ波信号を周波数変換するイメージリジェクションミキサ１３と、フィルタ１４と、フィルタ１５と、位相差を検出する位相差検出器１６とが設けられている。
【００１６】
また、受信側には、光信号を分配する光カプラ７と、光信号をマイクロ波信号に変換する光検出器８と、光信号をマイクロ波信号Ｍ３の周波数だけ周波数シフトする光変調器９と、光信号に９０度のファラデー回転を与えて反射するファラデー反射器１０とが設けられている。
【００１７】
つぎに、この実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの動作について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図２は、１本の光ファイバ中をラウンドトリップする波長の異なる２つの光信号を示す図である。
【００１９】
光信号によるマイクロ波信号伝送は、波長の異なる２つの光信号（波長λ１とλ２）を用いて行われる。その２つの光信号の周波数差（位相差）が伝送したいマイクロ波信号Ｍ１の周波数となる。
【００２０】
図２において、左端が光信号の送信側であり、右端が伝送先の受信側である。この時、２つの光信号の周波数差に相当するのが伝送したいマイクロ波信号Ｍ１の周波数である。この周波数差は、右端の受信側で光検出器８のミキサーとしての働きでマイクロ波信号Ｍ２として取り出される。第１の光信号と第２の光信号のラウンドトリップする長さを変えて描いているのは、波長差による偏波モード分散（ＰＭＤ：Polarization mode dispersion）で２つの光信号それぞれの遅延量が異なることを表している。
【００２１】
光ファイバ伝送では、２つの光信号夫々で遅延量が異なり、補正が不可欠である。これを実現するため、２つの光信号を分離し、位相制御系を組むことも可能であるが、２０ＧＨｚ以下の周波数では２つの光信号の分離は難しい。そこで、光信号をマイクロ波信号に変換した後で、２つの信号の分離を行う。
【００２２】
図３は、この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの送信側の一部の構成を示す図である。
【００２３】
この図３は、マイクロ波と光信号の位相の関係を示す。図３に示すように、入力されるマイクロ波信号Ｍ１の角周波数をω０、位相を０と仮定する。マイクロ波移相器２でΦだけ位相をずらし、２光波発生器３でマイクロ波光変換を行うと、位相差Φがある２つの光信号（波長λ１とλ２）が出力される。波長λ２とλ１の２つの光信号の位相差は、ω０ｔ＋Φである。
【００２４】
図４は、２つの光信号の位相の関係を示す図である。
【００２５】
図４のように、波長λ１の光信号で光ファイバ６中をラウンドトリップして戻って来たときの位相を（２πｍ＋φ３）とし、波長λ２の光信号でラウンドトリップして戻って来たときの位相を（２πｎ＋φ４＋Φ）とする。この時、波長λ２の光信号に初期位相Φがあるものとする。
【００２６】
ここで、１本の光ファイバ６を光信号が往復するので、右端の伝送先がラウンドトリップの中点と考えられる。その中点の光信号の位相は、波長λ１の光信号において、ｍが偶数の時（φ３／２）、ｍが奇数の時（（φ３／２）＋π）となる。また、波長λ２に光信号において、ｎが偶数の時（（φ４／２）＋Φ）、ｎが奇数の時（（φ４／２）＋Φ＋π）となる。伝送先である受信側の光検出器８で検出される位相は両者の位相差信号であるので、（（φ４−φ３）／２）＋Φ）あるいは（（φ４−φ３）／２）＋Φ＋π）となる。これは、（ｍ、ｎ）の組み合わせにより、（奇数、奇数）、（奇数、偶数）、（偶数、奇数）、（偶数、偶数）が考えられる。（奇数、奇数）及び（偶数、偶数）の場合は、（（φ４−φ３）／２）＋Φ）となり、（奇数、偶数）及び（偶数、奇数）の場合は、（（φ４−φ３）／２）＋Φ＋π）となる。
【００２７】
図５は、この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの送信側及び受信側の一部の構成を示す図である。
【００２８】
この図５は、ラウンドトリップの送信光と反射光を区別するための構成を示す。図５に示すように、送信光と反射光の区別のために、受信側において光変調器９とファラデー反射器１０を用いて、ラウンドトリップ光信号の周波数を２ω（往復）だけシフトを行う。このωは、マイクロ波信号Ｍ１の角周波数ω０に比べて十分小さい値とする。
【００２９】
ここで、波長λ１の光信号の周波数シフト信号をλ３、波長λ２の光信号の周波数シフト信号をλ４と記述する。このような周波数シフト処理を行った反射光信号と送信光信号を光カプラ１１で混合すると、波長λ１、λ２、λ３、λ４の４つの光信号が得られる。これらの光信号の周波数位相関係は、
λ２とλ１の差として、ω０ｔ＋Φ、
λ４とλ３の差として、ω０ｔ＋φ４−φ３＋Φ、
λ４とλ１の差として、ω０ｔ＋２ωｔ＋φ４＋Φ、
λ２とλ３の差として、ω０ｔ−２ωｔ−φ３＋Φ
がそれぞれ得られる。
【００３０】
図６は、この発明の実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの送信側及び受信側の一部の構成を示す図である。
【００３１】
図６に示すように、光検出器１２で、これら４つの光信号をマイクロ波信号に変換する。（λ２とλ１の差）と（λ４とλ３の差）は入力マイクロ波信号Ｍ１の周波数と同じである。（λ４とλ１の差）は入力マイクロ波信号Ｍ１の周波数より２ωだけ高く、（λ２とλ３の差）は２入力マイクロ波信号Ｍ１の周波数より２ωだけ低い。これらを、イメージリジェクションミキサ１３を用いて、入力マイクロ波信号Ｍ１で周波数変換を行う。（λ２とλ１の差）と（λ４とλ３の差）の信号はゼロヘルツ信号となるため除去すると、
上側帯波ＭＵには２ωｔ＋φ４＋Φ、
下側帯波ＭＬには−（−２ωｔ−φ３＋Φ）
がそれぞれ得られる。下側帯波ＭＬにマイナスが付いているのは、イメージリジェクションミキサ１３では下側帯波ＭＬが反転されるためである。
【００３２】
ここで、上側帯波ＭＵと下側帯波ＭＬが同位相となるように、位相同期回路を構成すると、次の式が得られる。
【００３３】
φ４−φ３＋２Φ＝０
【００３４】
位相Φを制御することで、この式を成立させると、図４において考察した伝送先での光ファイバ伝送信号の位相差（（φ４−φ３）／２）＋Φ）あるいは（（φ４−φ３）／２）＋Φ＋π）は、０あるいはπとなり、一定値として伝送路の影響を補償できる。
【００３５】
伝送する信号は、２つの光信号（波長λ１とλ２）の位相差として送られるため、長距離光ファイバの右端の伝送先での伝送信号位相は、左端の送信側での信号位相と同一、もしくは丁度πだけずれた信号となる。光ファイバ６の影響を気にせず、安定して低周波信号の長距離伝送が可能となる。この時、光ファイバ６による伝送中に外部から与えられる影響は、２つの光信号（波長λ１とλ２）に共通となるため、右端の伝送先での２つの光信号（波長λ１とλ２）の差を取ると共通雑音として相殺される。
【００３６】
ラウンドトリップの送信光信号と反射光信号（行きと戻り）を区別するには、送信側でのイメージリジェクションミキサ１３と、受信側での光変調器９が不可欠である。ラウンドトリップによる２つの光信号（波長λ１とλ２）の位相は、送受光を分離するための受信側（右端）での光変調器９の２倍の周波数の信号位相としてマイケルソン干渉計の原理で、光検出器１２で検出されマイクロ波に変換後、イメージリジェクションミキサ１３で分離され、（φ４−φ３＋２Φ＝０）となるようにマイクロ波移相器２を制御することで遅延位相の補償を可能とすることができる。
【００３７】
ここで、この実施の形態１に係る低周波信号光伝送システムの全体動作について図１を参照しながら説明する。
【００３８】
図１において、入力されたマイクロ波信号Ｍ１は、マイクロ波分配器１を通過後、マイクロ波移相器２に送られ位相シフトが行われる。このマイクロ波信号Ｍ１は、伝送したい高安定な信号である。マイクロ波移相器２の出力は２光波発生器３に送られる。
【００３９】
レーザー光は、２光波発生器３に入力する。この２光波発生器３で、マイクロ波移相器２の出力を用いて、マイクロ波信号Ｍ１の周波数だけ離れた２つの波長の異なったコヒーレントな光信号（波長λ１とλ２）が作られる。２光波発生器３の構成は、２つの光信号の偏波が揃うことが条件であり、ＬＮ変調器等の光変調器、もしくはレーザー光と位相同期した副レーザーを用いて２つの光信号を作成する方式でも良い。
【００４０】
２つの光信号は、垂直偏波であり、送信側の光カプラ４、偏波ビームスプリッタ５を通過する。
【００４１】
その後、２つの光信号は、光ファイバ６を通過し、受信側の光カプラ７で分配され、１つは光検出器８に導かれマイクロ波信号Ｍ２として出力される。
【００４２】
光カプラ７で分配された他の光信号は、ラウンドトリップ信号として、光変調器９でマイクロ波信号Ｍ３の周波数だけ周波数シフトされた後、ファラデー反射器１０で反射される。このファラデー反射器１０は、光信号に９０度のファラデー回転を与えるので、９０度偏波が異なった光信号として反射される。この反射光信号は、光変調器９で再度マイクロ波信号Ｍ３の周波数だけ周波数シフトされる。
【００４３】
その後、反射された２つの光信号は、光カプラ７、光ファイバ６を通過し、送信側の偏波ビームスプリッタ５に戻される。光の可逆性を考慮すると、戻された光信号は９０度偏波の違った光となるため水平偏波となり、偏波ビームスプリッタ５で光カプラ１１へ導かれる。
【００４４】
受信側で反射された２つの光信号は、光カプラ１１で、光カプラ４により分配された光信号と混合される。偏波ビームスプリッタ５からの光信号は、光カプラ４からの光信号より、マイクロ波信号Ｍ３の周波数の２倍だけ周波数が異なっている。光カプラ１１を通過した光信号は、光検出器１２でマイクロ波信号として検出される。
【００４５】
検出されたマイクロ波信号は、（マイクロ波信号Ｍ１と同一周波数信号位相）、（マイクロ波信号Ｍ１よりマイクロ波信号Ｍ３の周波数の２倍の周波数だけ高い信号位相）、（マイクロ波信号Ｍ１よりマイクロ波信号Ｍ３の周波数の２倍の周波数だけ低い信号位相）が混じったものである。
【００４６】
光検出器１２で検出されたこれらの信号は、イメージリジェクションミキサ１３において、マイクロ波分配器１からのマイクロ波信号Ｍ１で周波数変換が行われる。このイメージリジェクションミキサ１３からは、上側帯波ＭＵと下側帯波ＭＬが出力される。上側帯波ＭＵには（マイクロ波信号Ｍ１よりマイクロ波信号Ｍ３の周波数の２倍の周波数だけ高い信号位相）−（マイクロ波信号Ｍ１位相）があらわれ、下側帯波ＭＬには（マイクロ波信号Ｍ１位相）−（マイクロ波信号Ｍ１よりマイクロ波信号Ｍ３の周波数の２倍の周波数だけ低い信号位相）があらわれる。これらはフィルタ１４、１５に入力される。
【００４７】
光検出器１２で検出されたマイクロ波信号の内、入力されたマイクロ波信号Ｍ１と同一周波数のものはＤＣ成分としてフィルタ１４、１５で除去される。フィルタ１４は、上側帯波ＭＵからマイクロ波信号Ｍ１と同一周波数の信号をＤＣ成分として除去する。また、フィルタ１５は、下側帯波ＭＬからマイクロ波信号Ｍ１と同一周波数の信号をＤＣ成分として除去する。フィルタ１４、１５を通過した信号は、位相差検出器１６で上側帯波ＭＵと下側帯波ＭＬの位相差が検出され、この位相差が０になるようにマイクロ波移相器２を制御する。
【００４８】
位相差検出器１６で検出された位相差は、光ケーブルの往復分に相当する。つまり、求められた位相差は、光ファイバ６等を通過したための遅延の往復分の影響が入り込む。このため、位相差検出器１６で求められた位相差の半分の値が光ファイバ６等の遅延による付加位相として求められる。位相差を半分になるように制御することは位相同期ループを組む上で障害となるが、位相差検出器１６に入力した上側帯波ＭＵと下側帯波ＭＬの位相が同じになるように、マイクロ波移相器２を制御することで同じ効果が得られ、マイクロ波信号Ｍ２はマイクロ波信号Ｍ１に位相同期が掛けられる。
【００４９】
マイクロ波信号Ｍ３の周波数は、送信光信号と戻りの反射光信号を区別するためのものであり、低周波数の信号である。マイクロ波信号Ｍ３の周波数の影響及び光ファイバ６での伝送中に入り込む擾乱は、２つの光信号に同一に入るためコモンモードノイズとして扱うことができ、イメージリジェクションミキサ１３の出力の上側帯波ＭＵと下側帯波ＭＬの位相差として位相角を計算すると消えてしまう。つまり、位相差検出器１６で求められる位相差に影響を及ぼさないことになる。
【００５０】
この発明は、干渉計等の基準信号伝送、国家周波数標準等高安定信号の伝送、分配等の高い安定度を問題にした信号伝送分野への応用、及び伝送遅延を問題にする分野への応用が可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１ マイクロ波分配器、２ マイクロ波移相器、３ ２光波発生器、４ 光カプラ、５ 偏波ビームスプリッタ、６ 光ファイバ、７ 光カプラ、８ 光検出器、９ 光変調器、１０ ファラデー反射器、１１ 光カプラ、１２ 光検出器、１３ イメージリジェクションミキサ、１４ フィルタ、１５ フィルタ、１６ 位相差検出器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低周波信号を光ファイバによって長距離伝送する低周波信号光伝送システムであって、
前記低周波信号である第１のマイクロ波信号を分配するマイクロ波分配器と、
前記マイクロ波分配器によって分配された一方の第１のマイクロ波信号を位相シフトするマイクロ波移相器と、
前記マイクロ波移相器によって位相シフトされた第１のマイクロ波信号を用いて、入力されたレーザー光から前記第１のマイクロ波信号の周波数だけ離れた第１の波長の光信号及び第２の波長の光信号を発生する２光波発生器と、
前記２光波発生器によって発生された２つの光信号を分配する第１の光カプラと、
前記第１の光カプラによって分配された一方の２つの光信号を前記光ファイバに導く偏波ビームスプリッタと、
前記光ファイバを伝送してきた２つの光信号を分配する第２の光カプラと、
前記第２の光カプラによって分配された一方の２つの光信号から第２のマイクロ波信号を検出する第１の光検出器と、
前記第２の光カプラによって分配された他方の２つの光信号を第３のマイクロ波信号の周波数だけ周波数シフトする光変調器と、
前記光変調器によって周波数シフトされた２つの光信号に９０度のファラデー回転を与えて反射するファラデー反射器と、
前記ファラデー反射器によって反射され、前記光変調器によって再び周波数シフトされ、前記第２の光カプラ及び前記光ファイバによって伝送され、かつ前記偏波ビームスプリッタによって導かれた２つの光信号を、前記第１の光カプラによって分配された他方の２つの光信号と混合する第３の光カプラと、
前記第３の光カプラによって混合された４つの光信号をマイクロ波信号に変換する第２の光検出器と、
前記第２の光検出器によって変換されたマイクロ波信号を、前記マイクロ波分配器によって分配された他方の第１のマイクロ波信号で周波数変換して上側帯波及び下側帯波を出力するイメージリジェクションミキサと、
前記イメージリジェクションミキサによって出力された上側帯波及び下側帯波の位相差を検出し、この位相差が０になるように前記マイクロ波移相器を制御する位相差検出器と
を備えたことを特徴とする低周波信号光伝送システム。
【請求項２】
低周波信号を光ファイバによって長距離伝送する低周波信号光伝送方法であって、
マイクロ波分配器によって、前記低周波信号である第１のマイクロ波信号を分配するステップと、
マイクロ波移相器によって、前記マイクロ波分配器により分配された一方の第１のマイクロ波信号を位相シフトするステップと、
２光波発生器によって、前記マイクロ波移相器により位相シフトされた第１のマイクロ波信号を用いて、入力されたレーザー光から前記第１のマイクロ波信号の周波数だけ離れた第１の波長の光信号及び第２の波長の光信号を発生するステップと、
第１の光カプラによって、前記２光波発生器により発生された２つの光信号を分配するステップと、
偏波ビームスプリッタによって、前記第１の光カプラにより分配された一方の２つの光信号を前記光ファイバに導くステップと、
第２の光カプラによって、前記光ファイバを伝送してきた２つの光信号を分配するステップと、
第１の光検出器によって、前記第２の光カプラにより分配された一方の２つの光信号から第２のマイクロ波信号を検出するステップと、
光変調器によって、前記第２の光カプラにより分配された他方の２つの光信号を第３のマイクロ波信号の周波数だけ周波数シフトするステップと、
ファラデー反射器によって、前記光変調器により周波数シフトされた２つの光信号に９０度のファラデー回転を与えて反射するステップと、
第３の光カプラによって、前記ファラデー反射器により反射され、前記光変調器により再び周波数シフトされ、前記第２の光カプラ及び前記光ファイバにより伝送され、かつ前記偏波ビームスプリッタにより導かれた２つの光信号を、前記第１の光カプラにより分配された他方の２つの光信号と混合するステップと、
第２の光検出器によって、前記第３の光カプラにより混合された４つの光信号をマイクロ波信号に変換するステップと、
イメージリジェクションミキサによって、前記第２の光検出器により変換されたマイクロ波信号を、前記マイクロ波分配器により分配された他方の第１のマイクロ波信号で周波数変換して上側帯波及び下側帯波を出力するステップと、
位相差検出器によって、前記イメージリジェクションミキサにより出力された上側帯波及び下側帯波の位相差を検出し、この位相差が０になるように前記マイクロ波移相器を制御するステップと
を含むことを特徴とする低周波信号光伝送方法。
【請求項１】
低周波信号を光ファイバによって長距離伝送する低周波信号光伝送システムであって、
前記低周波信号である第１のマイクロ波信号を分配するマイクロ波分配器と、
前記マイクロ波分配器によって分配された一方の第１のマイクロ波信号を位相シフトするマイクロ波移相器と、
前記マイクロ波移相器によって位相シフトされた第１のマイクロ波信号を用いて、入力されたレーザー光から前記第１のマイクロ波信号の周波数だけ離れた第１の波長の光信号及び第２の波長の光信号を発生する２光波発生器と、
前記２光波発生器によって発生された２つの光信号を分配する第１の光カプラと、
前記第１の光カプラによって分配された一方の２つの光信号を前記光ファイバに導く偏波ビームスプリッタと、
前記光ファイバを伝送してきた２つの光信号を分配する第２の光カプラと、
前記第２の光カプラによって分配された一方の２つの光信号から第２のマイクロ波信号を検出する第１の光検出器と、
前記第２の光カプラによって分配された他方の２つの光信号を第３のマイクロ波信号の周波数だけ周波数シフトする光変調器と、
前記光変調器によって周波数シフトされた２つの光信号に９０度のファラデー回転を与えて反射するファラデー反射器と、
前記ファラデー反射器によって反射され、前記光変調器によって再び周波数シフトされ、前記第２の光カプラ及び前記光ファイバによって伝送され、かつ前記偏波ビームスプリッタによって導かれた２つの光信号を、前記第１の光カプラによって分配された他方の２つの光信号と混合する第３の光カプラと、
前記第３の光カプラによって混合された４つの光信号をマイクロ波信号に変換する第２の光検出器と、
前記第２の光検出器によって変換されたマイクロ波信号を、前記マイクロ波分配器によって分配された他方の第１のマイクロ波信号で周波数変換して上側帯波及び下側帯波を出力するイメージリジェクションミキサと、
前記イメージリジェクションミキサによって出力された上側帯波及び下側帯波の位相差を検出し、この位相差が０になるように前記マイクロ波移相器を制御する位相差検出器と
を備えたことを特徴とする低周波信号光伝送システム。
【請求項２】
低周波信号を光ファイバによって長距離伝送する低周波信号光伝送方法であって、
マイクロ波分配器によって、前記低周波信号である第１のマイクロ波信号を分配するステップと、
マイクロ波移相器によって、前記マイクロ波分配器により分配された一方の第１のマイクロ波信号を位相シフトするステップと、
２光波発生器によって、前記マイクロ波移相器により位相シフトされた第１のマイクロ波信号を用いて、入力されたレーザー光から前記第１のマイクロ波信号の周波数だけ離れた第１の波長の光信号及び第２の波長の光信号を発生するステップと、
第１の光カプラによって、前記２光波発生器により発生された２つの光信号を分配するステップと、
偏波ビームスプリッタによって、前記第１の光カプラにより分配された一方の２つの光信号を前記光ファイバに導くステップと、
第２の光カプラによって、前記光ファイバを伝送してきた２つの光信号を分配するステップと、
第１の光検出器によって、前記第２の光カプラにより分配された一方の２つの光信号から第２のマイクロ波信号を検出するステップと、
光変調器によって、前記第２の光カプラにより分配された他方の２つの光信号を第３のマイクロ波信号の周波数だけ周波数シフトするステップと、
ファラデー反射器によって、前記光変調器により周波数シフトされた２つの光信号に９０度のファラデー回転を与えて反射するステップと、
第３の光カプラによって、前記ファラデー反射器により反射され、前記光変調器により再び周波数シフトされ、前記第２の光カプラ及び前記光ファイバにより伝送され、かつ前記偏波ビームスプリッタにより導かれた２つの光信号を、前記第１の光カプラにより分配された他方の２つの光信号と混合するステップと、
第２の光検出器によって、前記第３の光カプラにより混合された４つの光信号をマイクロ波信号に変換するステップと、
イメージリジェクションミキサによって、前記第２の光検出器により変換されたマイクロ波信号を、前記マイクロ波分配器により分配された他方の第１のマイクロ波信号で周波数変換して上側帯波及び下側帯波を出力するステップと、
位相差検出器によって、前記イメージリジェクションミキサにより出力された上側帯波及び下側帯波の位相差を検出し、この位相差が０になるように前記マイクロ波移相器を制御するステップと
を含むことを特徴とする低周波信号光伝送方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−７１７００（Ｐ２０１１−７１７００Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２０４３０（Ｐ２００９−２２０４３０）
【出願日】平成２１年９月２５日（２００９．９．２５）
【出願人】（５０４２６１０７７）大学共同利用機関法人自然科学研究機構 (156)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２５日（２００９．９．２５）
【出願人】（５０４２６１０７７）大学共同利用機関法人自然科学研究機構 (156)
【Ｆターム（参考）】
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