光マイクロ波逓倍器
【課題】温度変化、製造誤差等によらず、容易に所要の動作を行うことが可能な光マイクロ波逓倍器を得る。
【解決手段】レーザ光を発振する光源１と、マイクロ波入力端子を有する光変調器２と、前記光変調器２の両側に配置された第１および第２のエタロン４、５とを備え、前記光源１は波長可変光源１であり、前記第１および第２のエタロン４、５は互いに自由スペクトル間隔がわずかに異ならせ、前記波長可変光源１の波長を、前記第１のエタロン４のいずれかの通過帯域に選択する。また、第１および第２のエタロンの自由スペクトル間隔をｆｓｒ１およびｆｓｒ２とし、ｍ，ｎを正の整数とするとき、ｍ×ｆｓｒ１およびｎ×ｆｓｒ２とがわずかに異なるように、ｆｓｒ１およびｆｓｒ２を設定する。
【解決手段】レーザ光を発振する光源１と、マイクロ波入力端子を有する光変調器２と、前記光変調器２の両側に配置された第１および第２のエタロン４、５とを備え、前記光源１は波長可変光源１であり、前記第１および第２のエタロン４、５は互いに自由スペクトル間隔がわずかに異ならせ、前記波長可変光源１の波長を、前記第１のエタロン４のいずれかの通過帯域に選択する。また、第１および第２のエタロンの自由スペクトル間隔をｆｓｒ１およびｆｓｒ２とし、ｍ，ｎを正の整数とするとき、ｍ×ｆｓｒ１およびｎ×ｆｓｒ２とがわずかに異なるように、ｆｓｒ１およびｆｓｒ２を設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波の電気信号の周波数を整数倍に増加し、高周波のマイクロ波信号を得るための逓倍器のうち、光を利用して逓倍を行う光マイクロ波逓倍器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の光マイクロ波逓倍器として、光変調器の両側に光フィルタを設けて、レーザダイオードから励起される光を光フィルタ内に閉じ込め、マイクロ波信号を入力した光変調器により光サイドバンドを順次発生して、光の高調波を得るものがある（例えば、特許文献１参照）。この光マイクロ波逓倍器では、光フィルタとしてファイバグレーティングを用いている。
【０００３】
また、ファイバグレーティングの代わりにエタロン（ファブリペローフィルタ）を光フィルタとして用い、同様な動作を得るものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−６２７７号公報（図３参照）
【特許文献２】特開２００２−２７７９１６号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような光マイクロ波逓倍器において、例えば光フィルタとしてファイバグレーティングを用いた場合、ファイバグレーティングの通過帯域（あるいは反射帯域）は温度による依存性が大きいので、レーザダイオードから励起される光の波長とファイバグレーティングの通過帯域との関係を所要の値に保つには温度コントロール等が必要になる。このため、ファイバグレーティングにヒーター等を付ける必要があり、装置が大きくなってしまう。
【０００６】
また、光フィルタとしてエタロンを用いた場合、いわゆるエアギャップエタロンを用いれば、通過帯域は安定し、温度による変動自体を小さくすることができる。エタロンにおいて、自由スペクトル間隔の値を精度よく製作することは比較的容易である。しかし、通過帯域周波数（波長）それぞれの絶対精度を得ることは困難である。このため、入力側エタロンの通過帯域と出力側エタロンの通過帯域とを所要の周波数差に設定するのは容易ではない。
【０００７】
この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、その目的は、温度変動、製造誤差等によらず、入力側エタロンと出力側エタロンの通過帯域を所要の周波数差に容易に設定でき、所要の動作を行う光マイクロ波逓倍器を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る光マイクロ波逓倍器は、レーザ光を発振する光源と、前記光源から入射されるレーザ光を入力される所定周波数のマイクロ波により変調する光変調器と、前記光源と前記光変調器との間および前記光変調器の出力側に配置された第１および第２のエタロンとを備える光マイクロ波逓倍器において、前記光源は、波長可変光源でなり、前記第１および第２のエタロンは、自由スペクトル間隔を互いにわずかに異ならせ、前記波長可変光源は、発振レーザ光の波長を前記第１のエタロンのいずれかの通過帯域に選択することを特徴とする。
【０００９】
また、他の発明に係る光マイクロ波逓倍器は、レーザ光を発振する光源と、前記光源から入射されるレーザ光を入力される所定周波数のマイクロ波により変調する光変調器と、前記光源と前記光変調器との間および前記光変調器の出力側に配置された第１および第２のエタロンとを備える光マイクロ波逓倍器において、前記光源は、波長可変光源でなり、前記第１および第２のエタロンの自由スペクトル間隔をｆｓｒ１およびｆｓｒ２とし、ｍ，ｎを正の整数とするとき、ｍ×ｆｓｒ１およびｎ×ｆｓｒ２とがわずかに異なるように、ｆｓｒ１およびｆｓｒ２を設定し、前記波長可変光源は、発振レーザ光の波長を前記第１のエタロンのいずれかの通過帯域に選択することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、温度変動、製造誤差等によらず、入力側および出力側のエタロンの通過帯域差を容易に所要の値に設定することができ、光マイクロ波逓倍器の所要の動作を容易に行えるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る光マイクロ波逓倍器について図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に係る光マイクロ波逓倍器である。図１に示す光マイクロ波逓倍器は、レーザ光を発振する波長可変光源１と、波長可変光源１から入射されるレーザ光を、マイクロ波入力端子３から入力される所定周波数のマイクロ波により変調する光変調器２と、波長可変光源１と光変調器２との間に配置された第１のエタロン４と、光変調器２と光出力端子６との間に配置された第２のエタロン５とを備えている。
【００１２】
ここで、エタロンは、周期的な通過帯域を持つ光フィルタであり、通過帯域の間隔を自由スペクトル間隔と呼んでいる。図１において、第１のエタロン４と第２のエタロン５の自由スペクトル間隔はわずかに異なっており、それぞれ１２．４９ＧＨｚ、１２．４８ＧＨｚとしている。また、第１のエタロン４および第２のエタロン５の通過帯域の中心周波数のうちの１つは、それぞれ１９３５４５．０４ＧＨｚおよび１９３５３９．８４ＧＨｚとなっているものとする。
【００１３】
波長可変光源１は、単一波長、すなわち単一周波数のレーザ光を発振する。この周波数をｆ０とする。今、周波数ｆ０を１９３５４５．０４ＧＨｚ（波長１５４８．９５４ｎｍ）に設定したものとする。この周波数は、第１のエタロン４の通過帯域の１つと一致している。このように、波長可変光源１は、その発振レーザ光を第１のエタロン４の通過帯域のいずれかの周波数に設定できる。このとき、波長可変光源１から励起されたレーザ光は第１のエタロン４を通過し、光変調器２に入力する。この周波数配置の様子を、図２に示す。図２（ａ）は波長可変光源１から発振されるレーザ光のスペクトルを、図２（ｂ）は第１のエタロン４の通過帯域を表している。
【００１４】
光変調器２には、マイクロ波入力端子３を通じて周波数ｆｍのマイクロ波が電気信号として入力されている。ここで、マイクロ波の周波数ｆｍは２．０８ＧＨｚである。光変調器２ではマイクロ波により入射光が変調される。このとき、光には変調により、ｋを整数として周波数ｆ０＋ｋ×ｆｍの多くの高調波成分が生じる。しかし、高次の成分は励振強度が小さいので、ここでは簡単のため、ｋが＋１の成分（＋１次高調波と呼ぶ）と、ｋが−１の成分（−１次高調波と呼ぶ）のみが生じるものとする。したがって、周波数ｆ０＋ｆｍの１９３５４７．１２ＧＨｚと、ｆ０−ｆｍの１９３５４２．９６ＧＨｚの成分が新たに発生する。この様子を図２（ｃ）に示す。
【００１５】
これらの光は第２のエタロン５に入射する。第２のエタロン５の自由スペクトル間隔（周波数）は１２．４８ＧＨｚであり、周波数ｆ０に最も近い通過帯域は１９３５３９．８４ＧＨｚおよび１９３５５２．３２ＧＨｚである。第２のエタロン５の通過帯域を、図２（ｄ）に示す。光変調器２で発生した高調波は、第２のエタロン５のいずれの通過帯域とも周波数が異なるため、第２のエタロン５を通過せず、反射波として、逆方向に伝搬する。これらの光は、再び逆方向から光変調器２に入力する。
【００１６】
光変調器２に入力した光は、再び周波数ｆｍのマイクロ波により変調され、＋１次と−１次の高調波が発生する。したがって、周波数ｆ０＋２×ｆｍの１９３５４９．２０ＧＨｚと、ｆ０−２×ｆｍの１９３５４０．８８ＧＨｚの成分が新たに発生する。この様子を図２（ｅ）に示す。これらの光は光変調器２を逆方向に通過し、再び第１のエタロン４に入射する。しかし、これらの入射光は、第１のエタロン４のいずれの通過帯域とも周波数が異なるため、再び第１のエタロン４で反射し、反射波として、順方向に伝搬する。これらの光は、再び光変調器２に入射し新たな高調波成分が発生する。
【００１７】
このように、第１のエタロン４から入射した光は、第１のエタロン４と第２のエタロン５との間を往復し、その間に光変調器２から変調を受け、徐々に高次の高調波が発生していく。図２（ｆ）に、これらの高調波のうち＋３次および−３次までのものを図示している。
【００１８】
第２のエタロン５の自由スペクトル間隔は１２．４８ＧＨｚである。したがって、仮に第２のエタロン５の通過帯域が１９３５５１．２８ＧＨｚと１９３５３８．８０ＧＨｚにあるとすれば、周波数ｆ０に対して＋３次と−３次の高調波は第２のエタロン５を通過して光出力端子６から出力される。この出力光をＰＤ（photo diode）等の光電気変換素子で受光すれば、これら２つの光の周波数差である１２．４８ＧＨｚの電気信号が得られる。この電気信号は、光変調器２のマイクロ波入力端子３に入力したマイクロ波の周波数２．０８ＧＨｚのちょうど６倍の周波数になっており、この装置がマイクロ波逓倍器として動作することがわかる。
【００１９】
しかし、上述したように、実際には、第２のエタロン５の通過帯域のうち周波数ｆ０に近いものは１９３５３９．８４ＧＨｚおよび１９３５５２．３２ＧＨｚであり、所要の周波数からずれている。したがって、第１のエタロン４と第２のエタロン５の間で発生した光の高調波は、いずれも第２のエタロン５を通過することができない。
【００２０】
そこで、波長可変光源１での発振レーザ光の周波数ｆ０を、１９３５４５．０４ＧＨｚから１９４８４４．００ＧＨｚ（波長１５３８．６２８ｎｍ）に設定し直してみる。１９３５４５．０４ＧＨｚと１９４８４４．００ＧＨｚとの差は、１２９８．９６ＧＨｚであり、第１のエタロン４の自由スペクトル間隔１２．４９ＧＨｚの倍数になっている。したがって、新たに設定した周波数ｆ０である１９４８４４．００ＧＨｚも、やはり第１のエタロン４の通過帯域である。
【００２１】
図３は、波長可変光源１の発振レーザ光の周波数を設定し直した後の、周波数配置の様子を示す図である。図３（ａ）は波長可変光源１から発振されるレーザ光のスペクトルを、図３（ｂ）は第１のエタロン４の通過帯域を表している。
【００２２】
したがって、図１において、入射光は第１のエタロン４を通過して、光変調器２に入力する。ここで、上述した場合と同様に、入射光は光変調器２のマイクロ波入力端子３に入力した周波数ｆｍのマイクロ波により変調を受け、高調波が生じる。そして、光は第１のエタロン４と第２のエタロン５との間を往復する間に徐々に高次の高調波を発生する。図３（ｃ）に、これらの高調波のうち＋３次および−３次までのものを図示している。
【００２３】
第２のエタロン５の通過帯域の１つは１９３５３９．８４ＧＨｚであった。また、第２のエタロン５の自由スペクトル間隔は１２．４８ＧＨｚである。したがって、新たな周波数ｆ０である１９４８４４．００ＧＨｚに近い第２のエタロン５の通過帯域は１９４８３７．７６ＧＨｚおよび１９４８５０．２４ＧＨｚとなっている。図３（ｄ）に、この通過帯域を図示する。
【００２４】
今、周波数ｆ０が１９４８４４．００ＧＨｚであり、ｆｍが２．０８ＧＨｚであるので、ｆ０＋３×ｆｍは１９４８５０．２４ＧＨｚとなり、ｆ０−３×ｆｍは１９４８３７．７６ＧＨｚとなる。これらはいずれも第２のエタロン５の通過帯域と一致する。したがって、第１のエタロン４と第２のエタロン５との間で発生した、ｆ０に対して＋３次と−３次の高調波は、第２のエタロン５を通過して光出力端子６から出力される。この出力光を図３（ｅ）に示す。
【００２５】
この出力光をＰＤ等の光電気変換素子で受光すれば、これら２つの光の周波数差である１２．４８ＧＨｚの電気信号が得られる。この電気信号は、光変調器２のマイクロ波入力端子３に入力したマイクロ波の周波数２．０８ＧＨｚのちょうど６倍の周波数になっているので、この装置がマイクロ波逓倍器として動作する。
【００２６】
以上の説明のように、この発明の実施の形態１に係る光マイクロ波逓倍器では、第１のエタロン４と第２のエタロン５の自由スペクトル間隔をわずかに異ならせるとともに、波長可変光源１の波長を、前記第１のエタロン４のいずれかの通過帯域に選択することで、波長可変光源１からの励振レーザ光を第１のエタロン４の通過帯域の適当な周波数に設定することにより、第１のエタロン４の通過帯域と第２のエタロン５の通過帯域との周波数差を所要の値に設定できる。このため、所要の動作特性を有する光マイクロ波逓倍器を得ることができる。
【００２７】
さらに、上述の状態から温度変化、機械的応力の付加等、何らかの原因で第２のエタロン５の通過帯域のみが全体に０．２６ＧＨｚずつ下降してしまったとする。すると、第２のエタロン５の通過帯域は１９４８３７．５０ＧＨｚおよび１９４８４９．９８ＧＨｚとなってしまい、再び、周波数ｆ０に対して＋３次と−３次の高調波が、第２のエタロン５を通過できなくなってしまう。
【００２８】
そこで、再び波長可変光源１での発振レーザ光の周波数ｆ０を、１９４８４４．００ＧＨｚから１９４５１９．２６ＧＨｚ（波長１５４１．１９７ｎｍ）に再度設定し直す。この周波数はやはり第１のエタロン４の通過帯域である。このようにすると、周波数ｆ０に対して＋３次と−３次の高調波が、それぞれ１９４５２５．５０ＧＨｚおよび１９４５１３．０２ＧＨｚとなるが、これらは、いずれも第２のエタロン５の新たな通過帯域になっている。したがって、この場合もマイクロ波逓倍器として所要の動作を行うことができる。
【００２９】
このように、第１のエタロン４と第２のエタロン５の自由スペクトル間隔をわずかに異ならせているため、波長可変光源１の波長を、第１のエタロン４の通過帯域のいずれかにおいて徐々に変化させることによって、当該波長付近での第１のエタロン４と第２のエタロン５の周波数差を徐々に変化させることができる。したがって、マイクロ波逓倍器として所要の動作を行うことができる周波数差に選択することができる。
【００３０】
以上の例では、第１のエタロン４と第２のエタロン５の周波数差が所要の値に完全に一致している場合について説明したが、第１のエタロン４および第２のエタロン５それぞれの通過帯域はある程度の帯域幅を有している。したがって、周波数差を所要の値に完全に一致できなくても、所要の値に近い値となるように設定することによって、所要の高調波光が各々のエタロンを通過することができ、マイクロ波逓倍器として所要の動作を行うことができる。
【００３１】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る光マイクロ波逓倍器について説明する。この発明の実施の形態２に係る光マイクロ波逓倍器は、図１に示す実施の形態１と同様な構成を備えている。そして、第１のエタロン４と第２のエタロン５の自由スペクトル間隔（周波数）はそれぞれ２４．９８ＧＨｚ、１２．４８ＧＨｚとしている。また、第１のエタロン４および第２のエタロン５の通過帯域の中心周波数のうちの１つは、それぞれ１９３５４５．０４ＧＨｚおよび１９３５３９．８４ＧＨｚとなっているものとする。
【００３２】
前記第１のエタロン４および第２のエタロン５の自由スペクトル間隔（周波数）をそれぞれ、ｆｓｒ１，ｆｓｒ２とし、ｍ，ｎを正の整数とする。このとき、ｍ，ｎをそれぞれ１，２とすれば、ｍ×ｆｓｒ１とｎ×ｆｓｒ２は、それぞれ２４．９８ＧＨｚ、２４．９６ＧＨｚとなり、これらの値はわずかに異なっている。
【００３３】
波長可変光源１は、発振レーザ光を、前記第１のエタロン４の通過帯域のうちいずれかの周波数に設定できる。今、可変光源１から発振されるレーザ光の周波数ｆ０を１９３５４５．０４ＧＨｚ（波長１５４８．９５４ｎｍ）に設定したものとする。この周波数は、第１のエタロン４の通過帯域の１つと一致している。このとき、波長可変光源１から励起されたレーザ光は、第１のエタロン４を通過し、光変調器２に入力する。図４は、この周波数配置の様子を示す図であり、図４（ａ）は波長可変光源１から発振されるレーザ光のスペクトルを、図４（ｂ）は第１のエタロン４の通過帯域を表している。
【００３４】
光変調器２にはマイクロ波入力端子３を通じて周波数ｆｍのマイクロ波が電気信号として入力されている。マイクロ波の周波数ｆｍは２．０８ＧＨｚである。光変調器２ではマイクロ波により入射光が変調される。このとき、変調により光には＋１次の高調波および−１次の高調波が生じる。レーザ光は、第１のエタロン４と第２のエタロン５の間を往復し、この間に高次の高調波を次々に生じる。図４（ｃ）に、これらの高調波のうち＋３次および−３次までのものを図示する。
【００３５】
今、第２のエタロン５の通過帯域のうち、周波数ｆ０に近いものは１９３５３９．８４ＧＨｚおよび１９３５５２．３２ＧＨｚとなっている。この様子を図４（ｄ）に示している。もし、第２のエタロン５の通過帯域が１９３５３８．８０ＧＨｚおよび１９３５５１．２８ＧＨｚとなっていれば、発生した高調波のうち＋３次の高調波および−３次の高調波が第２のエタロン５を通過できるが、実際には通過帯域がこの値からずれているので、このままでは光が第２のエタロン５を通過できず、光マイクロ波逓倍器として動作しない。
【００３６】
そこで、波長可変光源１での発振レーザ光の周波数ｆ０を、１９３５４５．０４ＧＨｚから１９４８４４．００ＧＨｚ（波長１５３８．６２８ｎｍ）に設定し直してみる。１９３５４５．０４ＧＨｚと１９４８４４．００ＧＨｚとの差は、１２９８．９６ＧＨｚであり、第１のエタロン４の自由スペクトル間隔２４．９８ＧＨｚの倍数になっている。したがって、新たに設定した周波数ｆ０である１９４８４４．００ＧＨｚも、やはり第１のエタロン４の通過帯域になっている。
【００３７】
したがって、入射光は第１のエタロン４を通過して、光変調器２に入力する。ここで上述した場合と同様に、入射光は光変調器２のマイクロ波入力端子３に入力した周波数ｆｍのマイクロ波により変調を受け、高調波が生じる。そして、光は第１のエタロン４と第２のエタロン５の間を往復する間に徐々に高次の高調波を発生する。
【００３８】
第２のエタロン５の通過帯域の１つは１９３５３９．８４ＧＨｚであった。また、第２のエタロン５の自由スペクトル間隔は１２．４８ＧＨｚである。したがって、新たな周波数ｆ０である１９４８４４．００ＧＨｚに近い第２のエタロン５の通過帯域は１９４８３７．７６ＧＨｚおよび１９４８５０．２４ＧＨｚとなっている。このときの第２のエタロン５の通過帯域の周波数配置は、図４（ａ）、図４（ｃ）に示した波長可変光源１の発振レーザ光や発生する高調波に対して、図４（ｅ）のようになる。
【００３９】
これらの通過帯域周波数はｆ０−３×ｆｍおよびｆ０＋３×ｆｍに一致している。したがって、第１のエタロン４と第２のエタロン５の間で発生した、ｆ０に対して＋３次と−３次の高調波は、第２のエタロン５を通過して光出力端子６から出力される。これらの光を図４（ｆ）に示す。この出力光をＰＤ等の光電気変換素子で受光すれば、これら２つの光の周波数差である１２．４８ＧＨｚの電気信号が得られる。この電気信号は光変調器２のマイクロ波入力端子３に入力したマイクロ波の周波数２．０８ＧＨｚのちょうど６倍の周波数になっており、この装置が光マイクロ波逓倍器として所要の動作を行うことができる。
【００４０】
以上の説明のように、この発明の実施の形態２に係る光マイクロ波逓倍器では、第１のエタロン４と第２のエタロン５の自由スペクトル間隔（周波数）をそれぞれ、ｆｓｒ１，ｆｓｒ２とし、ｍ，ｎを正の整数とするとき、ｍ×ｆｓｒ１とｎ×ｆｓｒ２の値をわずかに異ならせているとともに、波長可変光源１の波長を、前記第１のエタロン４のいずれかの通過帯域に選択するようにしている。このため、実施の形態１と同様に、第１のエタロン４の通過帯域と第２のエタロン５の通過帯域との周波数差を所要の値に設定できる。したがって、所要の動作特性を有する光マイクロ波逓倍器を得ることができる。
【００４１】
さらに、上述の状態から温度変化、機械的応力の付加等、何らかの原因で第１のエタロン４と第２のエタロン５の通過帯域にずれが生じてしまった場合にも、実施の形態１と同様に、波長可変光源１の波長（周波数）を、適宜設定することにより、所要の動作を行う光マイクロ波逓倍器を得ることができる。
【００４２】
前記の例では、波長可変光源１からの発振レーザ光の周波数に対して、第２のエタロン５から、＋３次の高調波と−３次の高調波を取り出す構成とした６逓倍器の場合について説明を行ったが、この発明ではこれに限らず、任意の逓倍数を設定することが可能である。また、例えば＋５次の高調波と−２次の高調波を取り出す７逓倍器など、第２のエタロン５から非対称な高調波を取り出す構成にすることもでき、この場合も、所要の動作を行う光マイクロ波逓倍器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の実施の形態１及び２に係る光マイクロ波逓倍器の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る光マイクロ波逓倍器の動作を説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る光マイクロ波逓倍器の動作を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る光マイクロ波逓倍器の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 波長可変光源、２ 光変調器、３ マイクロ波入力端子、４ 第１のエタロン、５ 第２のエタロン、６ 光出力端子。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、マイクロ波の電気信号の周波数を整数倍に増加し、高周波のマイクロ波信号を得るための逓倍器のうち、光を利用して逓倍を行う光マイクロ波逓倍器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の光マイクロ波逓倍器として、光変調器の両側に光フィルタを設けて、レーザダイオードから励起される光を光フィルタ内に閉じ込め、マイクロ波信号を入力した光変調器により光サイドバンドを順次発生して、光の高調波を得るものがある（例えば、特許文献１参照）。この光マイクロ波逓倍器では、光フィルタとしてファイバグレーティングを用いている。
【０００３】
また、ファイバグレーティングの代わりにエタロン（ファブリペローフィルタ）を光フィルタとして用い、同様な動作を得るものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−６２７７号公報（図３参照）
【特許文献２】特開２００２−２７７９１６号公報（図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような光マイクロ波逓倍器において、例えば光フィルタとしてファイバグレーティングを用いた場合、ファイバグレーティングの通過帯域（あるいは反射帯域）は温度による依存性が大きいので、レーザダイオードから励起される光の波長とファイバグレーティングの通過帯域との関係を所要の値に保つには温度コントロール等が必要になる。このため、ファイバグレーティングにヒーター等を付ける必要があり、装置が大きくなってしまう。
【０００６】
また、光フィルタとしてエタロンを用いた場合、いわゆるエアギャップエタロンを用いれば、通過帯域は安定し、温度による変動自体を小さくすることができる。エタロンにおいて、自由スペクトル間隔の値を精度よく製作することは比較的容易である。しかし、通過帯域周波数（波長）それぞれの絶対精度を得ることは困難である。このため、入力側エタロンの通過帯域と出力側エタロンの通過帯域とを所要の周波数差に設定するのは容易ではない。
【０００７】
この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、その目的は、温度変動、製造誤差等によらず、入力側エタロンと出力側エタロンの通過帯域を所要の周波数差に容易に設定でき、所要の動作を行う光マイクロ波逓倍器を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る光マイクロ波逓倍器は、レーザ光を発振する光源と、前記光源から入射されるレーザ光を入力される所定周波数のマイクロ波により変調する光変調器と、前記光源と前記光変調器との間および前記光変調器の出力側に配置された第１および第２のエタロンとを備える光マイクロ波逓倍器において、前記光源は、波長可変光源でなり、前記第１および第２のエタロンは、自由スペクトル間隔を互いにわずかに異ならせ、前記波長可変光源は、発振レーザ光の波長を前記第１のエタロンのいずれかの通過帯域に選択することを特徴とする。
【０００９】
また、他の発明に係る光マイクロ波逓倍器は、レーザ光を発振する光源と、前記光源から入射されるレーザ光を入力される所定周波数のマイクロ波により変調する光変調器と、前記光源と前記光変調器との間および前記光変調器の出力側に配置された第１および第２のエタロンとを備える光マイクロ波逓倍器において、前記光源は、波長可変光源でなり、前記第１および第２のエタロンの自由スペクトル間隔をｆｓｒ１およびｆｓｒ２とし、ｍ，ｎを正の整数とするとき、ｍ×ｆｓｒ１およびｎ×ｆｓｒ２とがわずかに異なるように、ｆｓｒ１およびｆｓｒ２を設定し、前記波長可変光源は、発振レーザ光の波長を前記第１のエタロンのいずれかの通過帯域に選択することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、温度変動、製造誤差等によらず、入力側および出力側のエタロンの通過帯域差を容易に所要の値に設定することができ、光マイクロ波逓倍器の所要の動作を容易に行えるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る光マイクロ波逓倍器について図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に係る光マイクロ波逓倍器である。図１に示す光マイクロ波逓倍器は、レーザ光を発振する波長可変光源１と、波長可変光源１から入射されるレーザ光を、マイクロ波入力端子３から入力される所定周波数のマイクロ波により変調する光変調器２と、波長可変光源１と光変調器２との間に配置された第１のエタロン４と、光変調器２と光出力端子６との間に配置された第２のエタロン５とを備えている。
【００１２】
ここで、エタロンは、周期的な通過帯域を持つ光フィルタであり、通過帯域の間隔を自由スペクトル間隔と呼んでいる。図１において、第１のエタロン４と第２のエタロン５の自由スペクトル間隔はわずかに異なっており、それぞれ１２．４９ＧＨｚ、１２．４８ＧＨｚとしている。また、第１のエタロン４および第２のエタロン５の通過帯域の中心周波数のうちの１つは、それぞれ１９３５４５．０４ＧＨｚおよび１９３５３９．８４ＧＨｚとなっているものとする。
【００１３】
波長可変光源１は、単一波長、すなわち単一周波数のレーザ光を発振する。この周波数をｆ０とする。今、周波数ｆ０を１９３５４５．０４ＧＨｚ（波長１５４８．９５４ｎｍ）に設定したものとする。この周波数は、第１のエタロン４の通過帯域の１つと一致している。このように、波長可変光源１は、その発振レーザ光を第１のエタロン４の通過帯域のいずれかの周波数に設定できる。このとき、波長可変光源１から励起されたレーザ光は第１のエタロン４を通過し、光変調器２に入力する。この周波数配置の様子を、図２に示す。図２（ａ）は波長可変光源１から発振されるレーザ光のスペクトルを、図２（ｂ）は第１のエタロン４の通過帯域を表している。
【００１４】
光変調器２には、マイクロ波入力端子３を通じて周波数ｆｍのマイクロ波が電気信号として入力されている。ここで、マイクロ波の周波数ｆｍは２．０８ＧＨｚである。光変調器２ではマイクロ波により入射光が変調される。このとき、光には変調により、ｋを整数として周波数ｆ０＋ｋ×ｆｍの多くの高調波成分が生じる。しかし、高次の成分は励振強度が小さいので、ここでは簡単のため、ｋが＋１の成分（＋１次高調波と呼ぶ）と、ｋが−１の成分（−１次高調波と呼ぶ）のみが生じるものとする。したがって、周波数ｆ０＋ｆｍの１９３５４７．１２ＧＨｚと、ｆ０−ｆｍの１９３５４２．９６ＧＨｚの成分が新たに発生する。この様子を図２（ｃ）に示す。
【００１５】
これらの光は第２のエタロン５に入射する。第２のエタロン５の自由スペクトル間隔（周波数）は１２．４８ＧＨｚであり、周波数ｆ０に最も近い通過帯域は１９３５３９．８４ＧＨｚおよび１９３５５２．３２ＧＨｚである。第２のエタロン５の通過帯域を、図２（ｄ）に示す。光変調器２で発生した高調波は、第２のエタロン５のいずれの通過帯域とも周波数が異なるため、第２のエタロン５を通過せず、反射波として、逆方向に伝搬する。これらの光は、再び逆方向から光変調器２に入力する。
【００１６】
光変調器２に入力した光は、再び周波数ｆｍのマイクロ波により変調され、＋１次と−１次の高調波が発生する。したがって、周波数ｆ０＋２×ｆｍの１９３５４９．２０ＧＨｚと、ｆ０−２×ｆｍの１９３５４０．８８ＧＨｚの成分が新たに発生する。この様子を図２（ｅ）に示す。これらの光は光変調器２を逆方向に通過し、再び第１のエタロン４に入射する。しかし、これらの入射光は、第１のエタロン４のいずれの通過帯域とも周波数が異なるため、再び第１のエタロン４で反射し、反射波として、順方向に伝搬する。これらの光は、再び光変調器２に入射し新たな高調波成分が発生する。
【００１７】
このように、第１のエタロン４から入射した光は、第１のエタロン４と第２のエタロン５との間を往復し、その間に光変調器２から変調を受け、徐々に高次の高調波が発生していく。図２（ｆ）に、これらの高調波のうち＋３次および−３次までのものを図示している。
【００１８】
第２のエタロン５の自由スペクトル間隔は１２．４８ＧＨｚである。したがって、仮に第２のエタロン５の通過帯域が１９３５５１．２８ＧＨｚと１９３５３８．８０ＧＨｚにあるとすれば、周波数ｆ０に対して＋３次と−３次の高調波は第２のエタロン５を通過して光出力端子６から出力される。この出力光をＰＤ（photo diode）等の光電気変換素子で受光すれば、これら２つの光の周波数差である１２．４８ＧＨｚの電気信号が得られる。この電気信号は、光変調器２のマイクロ波入力端子３に入力したマイクロ波の周波数２．０８ＧＨｚのちょうど６倍の周波数になっており、この装置がマイクロ波逓倍器として動作することがわかる。
【００１９】
しかし、上述したように、実際には、第２のエタロン５の通過帯域のうち周波数ｆ０に近いものは１９３５３９．８４ＧＨｚおよび１９３５５２．３２ＧＨｚであり、所要の周波数からずれている。したがって、第１のエタロン４と第２のエタロン５の間で発生した光の高調波は、いずれも第２のエタロン５を通過することができない。
【００２０】
そこで、波長可変光源１での発振レーザ光の周波数ｆ０を、１９３５４５．０４ＧＨｚから１９４８４４．００ＧＨｚ（波長１５３８．６２８ｎｍ）に設定し直してみる。１９３５４５．０４ＧＨｚと１９４８４４．００ＧＨｚとの差は、１２９８．９６ＧＨｚであり、第１のエタロン４の自由スペクトル間隔１２．４９ＧＨｚの倍数になっている。したがって、新たに設定した周波数ｆ０である１９４８４４．００ＧＨｚも、やはり第１のエタロン４の通過帯域である。
【００２１】
図３は、波長可変光源１の発振レーザ光の周波数を設定し直した後の、周波数配置の様子を示す図である。図３（ａ）は波長可変光源１から発振されるレーザ光のスペクトルを、図３（ｂ）は第１のエタロン４の通過帯域を表している。
【００２２】
したがって、図１において、入射光は第１のエタロン４を通過して、光変調器２に入力する。ここで、上述した場合と同様に、入射光は光変調器２のマイクロ波入力端子３に入力した周波数ｆｍのマイクロ波により変調を受け、高調波が生じる。そして、光は第１のエタロン４と第２のエタロン５との間を往復する間に徐々に高次の高調波を発生する。図３（ｃ）に、これらの高調波のうち＋３次および−３次までのものを図示している。
【００２３】
第２のエタロン５の通過帯域の１つは１９３５３９．８４ＧＨｚであった。また、第２のエタロン５の自由スペクトル間隔は１２．４８ＧＨｚである。したがって、新たな周波数ｆ０である１９４８４４．００ＧＨｚに近い第２のエタロン５の通過帯域は１９４８３７．７６ＧＨｚおよび１９４８５０．２４ＧＨｚとなっている。図３（ｄ）に、この通過帯域を図示する。
【００２４】
今、周波数ｆ０が１９４８４４．００ＧＨｚであり、ｆｍが２．０８ＧＨｚであるので、ｆ０＋３×ｆｍは１９４８５０．２４ＧＨｚとなり、ｆ０−３×ｆｍは１９４８３７．７６ＧＨｚとなる。これらはいずれも第２のエタロン５の通過帯域と一致する。したがって、第１のエタロン４と第２のエタロン５との間で発生した、ｆ０に対して＋３次と−３次の高調波は、第２のエタロン５を通過して光出力端子６から出力される。この出力光を図３（ｅ）に示す。
【００２５】
この出力光をＰＤ等の光電気変換素子で受光すれば、これら２つの光の周波数差である１２．４８ＧＨｚの電気信号が得られる。この電気信号は、光変調器２のマイクロ波入力端子３に入力したマイクロ波の周波数２．０８ＧＨｚのちょうど６倍の周波数になっているので、この装置がマイクロ波逓倍器として動作する。
【００２６】
以上の説明のように、この発明の実施の形態１に係る光マイクロ波逓倍器では、第１のエタロン４と第２のエタロン５の自由スペクトル間隔をわずかに異ならせるとともに、波長可変光源１の波長を、前記第１のエタロン４のいずれかの通過帯域に選択することで、波長可変光源１からの励振レーザ光を第１のエタロン４の通過帯域の適当な周波数に設定することにより、第１のエタロン４の通過帯域と第２のエタロン５の通過帯域との周波数差を所要の値に設定できる。このため、所要の動作特性を有する光マイクロ波逓倍器を得ることができる。
【００２７】
さらに、上述の状態から温度変化、機械的応力の付加等、何らかの原因で第２のエタロン５の通過帯域のみが全体に０．２６ＧＨｚずつ下降してしまったとする。すると、第２のエタロン５の通過帯域は１９４８３７．５０ＧＨｚおよび１９４８４９．９８ＧＨｚとなってしまい、再び、周波数ｆ０に対して＋３次と−３次の高調波が、第２のエタロン５を通過できなくなってしまう。
【００２８】
そこで、再び波長可変光源１での発振レーザ光の周波数ｆ０を、１９４８４４．００ＧＨｚから１９４５１９．２６ＧＨｚ（波長１５４１．１９７ｎｍ）に再度設定し直す。この周波数はやはり第１のエタロン４の通過帯域である。このようにすると、周波数ｆ０に対して＋３次と−３次の高調波が、それぞれ１９４５２５．５０ＧＨｚおよび１９４５１３．０２ＧＨｚとなるが、これらは、いずれも第２のエタロン５の新たな通過帯域になっている。したがって、この場合もマイクロ波逓倍器として所要の動作を行うことができる。
【００２９】
このように、第１のエタロン４と第２のエタロン５の自由スペクトル間隔をわずかに異ならせているため、波長可変光源１の波長を、第１のエタロン４の通過帯域のいずれかにおいて徐々に変化させることによって、当該波長付近での第１のエタロン４と第２のエタロン５の周波数差を徐々に変化させることができる。したがって、マイクロ波逓倍器として所要の動作を行うことができる周波数差に選択することができる。
【００３０】
以上の例では、第１のエタロン４と第２のエタロン５の周波数差が所要の値に完全に一致している場合について説明したが、第１のエタロン４および第２のエタロン５それぞれの通過帯域はある程度の帯域幅を有している。したがって、周波数差を所要の値に完全に一致できなくても、所要の値に近い値となるように設定することによって、所要の高調波光が各々のエタロンを通過することができ、マイクロ波逓倍器として所要の動作を行うことができる。
【００３１】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る光マイクロ波逓倍器について説明する。この発明の実施の形態２に係る光マイクロ波逓倍器は、図１に示す実施の形態１と同様な構成を備えている。そして、第１のエタロン４と第２のエタロン５の自由スペクトル間隔（周波数）はそれぞれ２４．９８ＧＨｚ、１２．４８ＧＨｚとしている。また、第１のエタロン４および第２のエタロン５の通過帯域の中心周波数のうちの１つは、それぞれ１９３５４５．０４ＧＨｚおよび１９３５３９．８４ＧＨｚとなっているものとする。
【００３２】
前記第１のエタロン４および第２のエタロン５の自由スペクトル間隔（周波数）をそれぞれ、ｆｓｒ１，ｆｓｒ２とし、ｍ，ｎを正の整数とする。このとき、ｍ，ｎをそれぞれ１，２とすれば、ｍ×ｆｓｒ１とｎ×ｆｓｒ２は、それぞれ２４．９８ＧＨｚ、２４．９６ＧＨｚとなり、これらの値はわずかに異なっている。
【００３３】
波長可変光源１は、発振レーザ光を、前記第１のエタロン４の通過帯域のうちいずれかの周波数に設定できる。今、可変光源１から発振されるレーザ光の周波数ｆ０を１９３５４５．０４ＧＨｚ（波長１５４８．９５４ｎｍ）に設定したものとする。この周波数は、第１のエタロン４の通過帯域の１つと一致している。このとき、波長可変光源１から励起されたレーザ光は、第１のエタロン４を通過し、光変調器２に入力する。図４は、この周波数配置の様子を示す図であり、図４（ａ）は波長可変光源１から発振されるレーザ光のスペクトルを、図４（ｂ）は第１のエタロン４の通過帯域を表している。
【００３４】
光変調器２にはマイクロ波入力端子３を通じて周波数ｆｍのマイクロ波が電気信号として入力されている。マイクロ波の周波数ｆｍは２．０８ＧＨｚである。光変調器２ではマイクロ波により入射光が変調される。このとき、変調により光には＋１次の高調波および−１次の高調波が生じる。レーザ光は、第１のエタロン４と第２のエタロン５の間を往復し、この間に高次の高調波を次々に生じる。図４（ｃ）に、これらの高調波のうち＋３次および−３次までのものを図示する。
【００３５】
今、第２のエタロン５の通過帯域のうち、周波数ｆ０に近いものは１９３５３９．８４ＧＨｚおよび１９３５５２．３２ＧＨｚとなっている。この様子を図４（ｄ）に示している。もし、第２のエタロン５の通過帯域が１９３５３８．８０ＧＨｚおよび１９３５５１．２８ＧＨｚとなっていれば、発生した高調波のうち＋３次の高調波および−３次の高調波が第２のエタロン５を通過できるが、実際には通過帯域がこの値からずれているので、このままでは光が第２のエタロン５を通過できず、光マイクロ波逓倍器として動作しない。
【００３６】
そこで、波長可変光源１での発振レーザ光の周波数ｆ０を、１９３５４５．０４ＧＨｚから１９４８４４．００ＧＨｚ（波長１５３８．６２８ｎｍ）に設定し直してみる。１９３５４５．０４ＧＨｚと１９４８４４．００ＧＨｚとの差は、１２９８．９６ＧＨｚであり、第１のエタロン４の自由スペクトル間隔２４．９８ＧＨｚの倍数になっている。したがって、新たに設定した周波数ｆ０である１９４８４４．００ＧＨｚも、やはり第１のエタロン４の通過帯域になっている。
【００３７】
したがって、入射光は第１のエタロン４を通過して、光変調器２に入力する。ここで上述した場合と同様に、入射光は光変調器２のマイクロ波入力端子３に入力した周波数ｆｍのマイクロ波により変調を受け、高調波が生じる。そして、光は第１のエタロン４と第２のエタロン５の間を往復する間に徐々に高次の高調波を発生する。
【００３８】
第２のエタロン５の通過帯域の１つは１９３５３９．８４ＧＨｚであった。また、第２のエタロン５の自由スペクトル間隔は１２．４８ＧＨｚである。したがって、新たな周波数ｆ０である１９４８４４．００ＧＨｚに近い第２のエタロン５の通過帯域は１９４８３７．７６ＧＨｚおよび１９４８５０．２４ＧＨｚとなっている。このときの第２のエタロン５の通過帯域の周波数配置は、図４（ａ）、図４（ｃ）に示した波長可変光源１の発振レーザ光や発生する高調波に対して、図４（ｅ）のようになる。
【００３９】
これらの通過帯域周波数はｆ０−３×ｆｍおよびｆ０＋３×ｆｍに一致している。したがって、第１のエタロン４と第２のエタロン５の間で発生した、ｆ０に対して＋３次と−３次の高調波は、第２のエタロン５を通過して光出力端子６から出力される。これらの光を図４（ｆ）に示す。この出力光をＰＤ等の光電気変換素子で受光すれば、これら２つの光の周波数差である１２．４８ＧＨｚの電気信号が得られる。この電気信号は光変調器２のマイクロ波入力端子３に入力したマイクロ波の周波数２．０８ＧＨｚのちょうど６倍の周波数になっており、この装置が光マイクロ波逓倍器として所要の動作を行うことができる。
【００４０】
以上の説明のように、この発明の実施の形態２に係る光マイクロ波逓倍器では、第１のエタロン４と第２のエタロン５の自由スペクトル間隔（周波数）をそれぞれ、ｆｓｒ１，ｆｓｒ２とし、ｍ，ｎを正の整数とするとき、ｍ×ｆｓｒ１とｎ×ｆｓｒ２の値をわずかに異ならせているとともに、波長可変光源１の波長を、前記第１のエタロン４のいずれかの通過帯域に選択するようにしている。このため、実施の形態１と同様に、第１のエタロン４の通過帯域と第２のエタロン５の通過帯域との周波数差を所要の値に設定できる。したがって、所要の動作特性を有する光マイクロ波逓倍器を得ることができる。
【００４１】
さらに、上述の状態から温度変化、機械的応力の付加等、何らかの原因で第１のエタロン４と第２のエタロン５の通過帯域にずれが生じてしまった場合にも、実施の形態１と同様に、波長可変光源１の波長（周波数）を、適宜設定することにより、所要の動作を行う光マイクロ波逓倍器を得ることができる。
【００４２】
前記の例では、波長可変光源１からの発振レーザ光の周波数に対して、第２のエタロン５から、＋３次の高調波と−３次の高調波を取り出す構成とした６逓倍器の場合について説明を行ったが、この発明ではこれに限らず、任意の逓倍数を設定することが可能である。また、例えば＋５次の高調波と−２次の高調波を取り出す７逓倍器など、第２のエタロン５から非対称な高調波を取り出す構成にすることもでき、この場合も、所要の動作を行う光マイクロ波逓倍器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の実施の形態１及び２に係る光マイクロ波逓倍器の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る光マイクロ波逓倍器の動作を説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る光マイクロ波逓倍器の動作を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る光マイクロ波逓倍器の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４４】
１ 波長可変光源、２ 光変調器、３ マイクロ波入力端子、４ 第１のエタロン、５ 第２のエタロン、６ 光出力端子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発振する光源と、
前記光源から入射されるレーザ光を入力される所定周波数のマイクロ波により変調する光変調器と、
前記光源と前記光変調器との間および前記光変調器の出力側に配置された第１および第２のエタロンと
を備える光マイクロ波逓倍器において、
前記光源は、波長可変光源でなり、
前記第１および第２のエタロンは、自由スペクトル間隔を互いにわずかに異ならせ、
前記波長可変光源は、発振レーザ光の波長を前記第１のエタロンのいずれかの通過帯域に選択する
ことを特徴とする光マイクロ波逓倍器。
【請求項２】
レーザ光を発振する光源と、
前記光源から入射されるレーザ光を入力される所定周波数のマイクロ波により変調する光変調器と、
前記光源と前記光変調器との間および前記光変調器の出力側に配置された第１および第２のエタロンと
を備える光マイクロ波逓倍器において、
前記光源は、波長可変光源でなり、
前記第１および第２のエタロンの自由スペクトル間隔をｆｓｒ１およびｆｓｒ２とし、ｍ，ｎを正の整数とするとき、ｍ×ｆｓｒ１およびｎ×ｆｓｒ２とがわずかに異なるように、ｆｓｒ１およびｆｓｒ２を設定し、
前記波長可変光源は、発振レーザ光の波長を前記第１のエタロンのいずれかの通過帯域に選択する
ことを特徴とする光マイクロ波逓倍器。
【請求項１】
レーザ光を発振する光源と、
前記光源から入射されるレーザ光を入力される所定周波数のマイクロ波により変調する光変調器と、
前記光源と前記光変調器との間および前記光変調器の出力側に配置された第１および第２のエタロンと
を備える光マイクロ波逓倍器において、
前記光源は、波長可変光源でなり、
前記第１および第２のエタロンは、自由スペクトル間隔を互いにわずかに異ならせ、
前記波長可変光源は、発振レーザ光の波長を前記第１のエタロンのいずれかの通過帯域に選択する
ことを特徴とする光マイクロ波逓倍器。
【請求項２】
レーザ光を発振する光源と、
前記光源から入射されるレーザ光を入力される所定周波数のマイクロ波により変調する光変調器と、
前記光源と前記光変調器との間および前記光変調器の出力側に配置された第１および第２のエタロンと
を備える光マイクロ波逓倍器において、
前記光源は、波長可変光源でなり、
前記第１および第２のエタロンの自由スペクトル間隔をｆｓｒ１およびｆｓｒ２とし、ｍ，ｎを正の整数とするとき、ｍ×ｆｓｒ１およびｎ×ｆｓｒ２とがわずかに異なるように、ｆｓｒ１およびｆｓｒ２を設定し、
前記波長可変光源は、発振レーザ光の波長を前記第１のエタロンのいずれかの通過帯域に選択する
ことを特徴とする光マイクロ波逓倍器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−３０９９９０（Ｐ２００７−３０９９９０Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３６４５９（Ｐ２００６−１３６４５９）
【出願日】平成１８年５月１６日（２００６．５．１６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１６日（２００６．５．１６）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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