光伝送システム及び光伝送方法
【課題】システム構成を簡単にできる光伝送システムを得る。
【解決手段】レーザー光からλ１及びλ２の光信号を発生する２光波発生器１０１と、光カプラ１５１により分配された２つの光信号からマイクロ波信号Ｍ１２を検出する光検出器１５２と、２つの光信号を周波数シフトする光変調器１５３と、２つの光信号を反射するファラデー反射器１５４と、ファラデー反射器１５４により反射され、再び周波数シフトされ、光ファイバ１により伝送され、偏波ビームスプリッタ１０３により導かれた２つの光信号を、光カプラ１０２により分配された２つの光信号と混合する光カプラ１０４と、混合された４つの光信号をλ１及びλ２の光信号に波長分割する光分波器１０５と、波長分割されたλ１及びλ２の光信号のビート信号を各々検出する光検出器１０６、１０７と、λ１及びλ２の光信号のビート信号の位相差を検出する位相差検出器１０８とを備える。
【解決手段】レーザー光からλ１及びλ２の光信号を発生する２光波発生器１０１と、光カプラ１５１により分配された２つの光信号からマイクロ波信号Ｍ１２を検出する光検出器１５２と、２つの光信号を周波数シフトする光変調器１５３と、２つの光信号を反射するファラデー反射器１５４と、ファラデー反射器１５４により反射され、再び周波数シフトされ、光ファイバ１により伝送され、偏波ビームスプリッタ１０３により導かれた２つの光信号を、光カプラ１０２により分配された２つの光信号と混合する光カプラ１０４と、混合された４つの光信号をλ１及びλ２の光信号に波長分割する光分波器１０５と、波長分割されたλ１及びλ２の光信号のビート信号を各々検出する光検出器１０６、１０７と、λ１及びλ２の光信号のビート信号の位相差を検出する位相差検出器１０８とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、信号伝送先で数秒より短い時間だけ積分処理が行われる場合、その積分タイミングに同期した時間間隔でラウンドトリップ伝送位相補償データを取得し、後処理で伝送位相補償を行う光伝送システム及び光伝送方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び２に記載された光伝送システムにおける伝送位相補償装置を用いた伝送信号の位相安定度の改善の効果を測定された位相安定度と時間の関係（例えば、８０ＧＨｚ、伝送路長１０ｋｍ）として図６に示す。
【０００３】
この図６は、原子周波数標準器等の位相安定度を示すアラン標準偏差という国際的に用いられている指標で示している。ファイバケーブルのみの場合（黒丸●印）は、１０秒以上でフリッカ周波数雑音（アラン標準偏差値が時間によらず一定：特性線が略水平）が現れ、位相不安定な状態になっている。一方、特許文献１及び２に記載された発明を用いた場合（白四角□印）は、長期にわたりフリッカ周波数雑音が抑えられ位相安定な白色位相雑音（アラン標準偏差値が時間に逆比例）での信号伝送が行われていることが分かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０６０２４１号公報
【特許文献２】特開２０１１−０７１７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
伝送信号に高い位相安定度が要求される事例は、リアルタイム性が必要とされる場合（１）と、リアルタイム性が必要とされない場合（２）とに分類できる。一般的には、リアルタイム性が必要とされる場合（１）の要求が多いが、信号伝送先で信号処理を時間積分で行うときには、リアルタイム性が必要とされない場合（２）に相当する。例えば、天文観測では観測信号が非常に微弱なため、観測信号が時間積分され、信号対雑音比を向上させてから必要なデータ取得を行っている。
【０００６】
図６を参照すると、数秒よりも短い積分時間では、伝送位相補償装置を用いても用いなくてもあまり位相安定度に差はないことが分かる。つまり、短期の位相安定度は光ファイバケーブル伝送ではあまり影響されないことになる。
【０００７】
従って、リアルタイム性が必要とされない場合（２）、特に、信号伝送先で数秒（３秒程度）より短い時間だけ積分処理が行われる場合には、特許文献１及び２に記載された光伝送システムのラウンドトリップ伝送位相補償をリアルタイムで行う位相同期ループ回路や、マイクロ波信号移相器等が必要無く、逆に、位相同期ループ回路や、マイクロ波信号移相器等があることによってシステム構成が複雑になり、そのため信号のロスが多く、ひいては伝送された信号の位相安定度を向上することができず、さらに、デジタル化及び高集積化が難しくなり、多地点伝送補正が不利になるという問題点があった。
【０００８】
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、リアルタイム性が必要とされない場合、システム構成を簡単にすることができ、そのため信号のロスを少なくすることができ、ひいては伝送された信号の位相安定度を向上することができ、さらに、デジタル化及び高集積化が容易になり、多地点伝送補正が有利となる光伝送システム及び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】
【０００９】
本発明に係る光伝送システムは、高周波信号を光ファイバによって長距離伝送する光伝送システムであって、前記高周波信号である第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光波発生器により発生された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つの光信号を前記第１の波長の光信号及び第２の波長の光信号に波長分割する光分波器と、前記光分波器によって波長分割された前記第１の波長の光信号のビート信号を検出する第２の光検出器と、前記光分波器によって波長分割された前記第２の波長の光信号のビート信号を検出する第３の光検出器と、前記第２及び第３の光検出器によって検出された前記第１及び第２の波長の光信号のビート信号の位相差を検出する位相差検出器とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る光伝送システムによれば、システム構成を簡単にすることができ、そのため信号のロスを少なくすることができ、ひいては伝送された信号の位相安定度を向上することができ、さらに、デジタル化及び高集積化が容易になり、多地点伝送補正が有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光伝送システムの構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る光伝送システムの構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係る光伝送システムの構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１−３に係る光伝送システムの位相差検出器の構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１−３に係る光伝送システムの積分時間に対するアラン標準偏差の特性を示す図である。
【図６】リアルタイムの位相補償が有る光伝送システム及び位相補償が無い光伝送システムの積分時間に対するアラン標準偏差の特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る光伝送システムは、リアルタイム性が必要とされない場合（２）、特に、信号伝送先で数秒（実験では３秒程度）より短い時間だけ積分処理が行われる場合、その積分タイミングに同期した時間間隔でラウンドトリップ伝送位相補償データを取得し、後処理で伝送位相補償を行うというものである。信号伝送先では、使用目的により異なるが、ユーザにより取得された時間積分データに、信号伝送元で取得されたラウンドトリップ伝送位相補償データを用いて、オフラインで伝送路位相補償を行う。当然ながら、積分時間以下の短時間の位相変動補償は行わないため移相器等の制御などは不要になる。実験では、３秒より短い積分処理を行って有効性を確認した。
【００１３】
すなわち、信号伝送先で数秒（３秒程度）より短い時間だけ積分処理が行われる場合、２つの光信号の差周波数による高安定光信号伝送において、周波数シフトした戻り光を用いたラウンドトリップを行い、送信光とラウンドトリップ戻り光の検出をマイケルソン干渉計の原理で行い、送受信光をお互い直交した偏波状態とすることでラウンドトリップの送受信光を区別し、光信号またはマイクロ波信号で送信光と戻り光を分離する手段を持ち、信号伝送先の信号積分タイミングに同期した時間間隔でラウンドトリップ伝送位相補償データを取得し、後処理で伝送位相補償する光伝送システムである。以下、本発明の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に係る光伝送システムについて図１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に係る光伝送システムの構成を示す図である。なお、以降では、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に係る光伝送システムは、送信側に、入力されたレーザー光から、マイクロ波信号Ｍ１１を用いて波長の異なったコヒーレントな２つの光信号（波長λ１とλ２）を発生する２光波発生器１０１と、２つの光信号を分配する光カプラ１０２と、垂直偏波光を光カプラ１０２及び光ファイバ１間で通過させ、水平偏波光を光ファイバ１及び光カプラ１０４間で通過させる偏波ビームスプリッタ１０３と、光信号を混合する光カプラ１０４と、２つの光信号（波長λ１とλ２）を波長分割する光分波器１０５と、往きと戻りの光信号のビート信号（マイクロ波Ｍ１３の２倍）を検出する光検出器１０６、１０７と、光検出器１０６、１０７から出力されるビート信号の位相差、すなわち光ファイバ１中を往復したことにより発生した位相差であり、マイクロ波信号Ｍ１１とマイクロ波信号Ｍ１２の位相差の２倍の量に相当する位相差を検出する位相差検出器１０８とが設けられている。
【００１６】
また、図１において、この発明の実施の形態１に係る光伝送システムは、受信側に、光信号を分配する光カプラ１５１と、２つの光信号からマイクロ波信号Ｍ１２を検出する光検出器（Photo-mixer）１５２と、２つの光信号をマイクロ波信号Ｍ１３で周波数シフトする光変調器１５３と、２つの光信号の偏波を９０度回転させて反射するファラデー（Faraday）反射器１５４とが設けられている。
【００１７】
なお、図１において、送信側と受信側の間には、光ファイバ１が設けられている。この光ファイバ１は、一般のシングルモードファイバで伝送用の長距離のものであり、偏波保持ができないものを使用可能である。
【００１８】
つぎに、この実施の形態１に係る光伝送システムの動作について図１を参照しながら説明する。
【００１９】
この実施の形態１に係る光伝送システムは、光分離による２０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送するものである。
【００２０】
光ファイバ１の伝送遅延は、２つの光信号によるラウンドトリップ遅延測定を２つの光信号独立に同時に行い、両者の差として伝送マイクロ波信号の往復による伝送遅延位相を測定するものである。
【００２１】
送信側において、入力されるレーザー光から、２光波発生器１０１でマイクロ波信号Ｍ１１を用いて２つの波長の異なったコヒーレントな光信号が作られる。これにより、マイクロ波信号Ｍ１１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。マイクロ波信号Ｍ１１は、伝送したい高安定な高周波信号である。２光波発生器１０１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。
【００２２】
２つの光信号は垂直偏波であり、光カプラ１０２、偏波ビームスプリッタ１０３に導かれる。垂直偏波の光信号は、光ファイバ１を通過後、受信側の光カプラ１５１で分配され、一方の２つの光信号は光検出器１５２に導かれ、マイクロ波信号Ｍ１２として出力される。この信号（マイクロ波信号Ｍ１２）を用いて、ユーザは積分処理が含まれた必要な信号処理を行う。積分処理時間は、３秒以内であることが重要である。
【００２３】
光カプラ１５１で分配された他方の２つの光信号は、ラウンドトリップ信号として光変調器１５３でマイクロ波信号Ｍ１３の周波数（シフト周波数）だけ周波数シフトされた後、ファラデー反射器１５４で反射される。このファラデー反射器１５４は、光信号に９０度のファラデー回転を与えるので、９０度だけ偏波が異なった光信号として反射される。この反射光は、光変調器１５３で再度、マイクロ波信号Ｍ１３の周波数だけ周波数シフトされた後、光カプラ１５１、光ファイバ１を通過し、送信側の偏波ビームスプリッタ１０３に戻される。
【００２４】
光の可逆性を考慮すると、戻された光信号は９０度偏波の違った光信号となるため水平偏波となり、偏波ビームスプリッタ１０３に導かれる。光カプラ１０４で、光カプラ１０２により分配された他方の２つの光信号と偏波ビームスプリッタ１０３からの戻りの２つの光信号が混合される。偏波ビームスプリッタ１０３からの光信号は、光カプラ１０２からの光信号より、マイクロ波信号Ｍ１３の周波数の２倍だけ周波数が異なっている。
【００２５】
光カプラ１０４で混合された光信号は、光分波器１０５で波長分割（波長λ１と波長λ２）され、光検出器１０６で波長λ１の光信号のビート信号として検出され、光検出器１０７で波長λ２の光信号のビート信号として検出される。ビート周波数は、マイクロ波信号Ｍ１３の周波数の２倍の周波数である。位相差検出器１０８により、これらのビート信号の位相差が検出される。
【００２６】
位相測定は、伝送先（受信側）での信号積分処理タイミングと同期して測定する必要があるが、１積分時間以内で同期していれば十分である。積分処理時間は、短期の位相安定度を乱さない３秒以内であることが重要である。
【００２７】
この位相差量は、光ファイバ１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１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１０８で求められた位相差の半分の量が光ファイバ１等の遅延による付加位相として求められる。この位相差測定量が伝送路位相補正量であり、伝送先に送られ、ユーザが取得した積分された信号処理データにオフラインで補正を行う。
【００２８】
マイクロ波信号Ｍ１３の周波数（シフト周波数）は、送信の光信号と戻りの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。このシフト周波数の影響及び光ファイバ１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、光検出器１０６、１０７の出力の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１０８で求められる位相差量に影響を及ぼさないこととなる。
【００２９】
この実施の形態１に係る光伝送システムでは、光カプラ１０２、偏波ビームスプリッタ１０３、光カプラ１０４を偏波保持ファイバで構成する。光ファイバ１に比べ、偏波保持ファイバは、非常に短い。
【００３０】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る光伝送システムについて図２を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態２に係る光伝送システムの構成を示す図である。
【００３１】
図２において、この発明の実施の形態２に係る光伝送システムは、送信側には、後述するマイクロ波信号Ｍ２１の周波数だけ離れた２つの光信号（波長λ３とλ４）を発生する２光波発生器２０１と、光信号を分配する光カプラ２０２と、偏波ビームスプリッタ２０３と、光信号を混合する光カプラ２０４と、光信号をマイクロ波信号に変換する光検出器２０５と、マイクロ波信号Ｍ２１を分配するマイクロ波分配器２０６と、マイクロ波信号Ｍ２１を用いて、光検出器２０５からの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２０７と、フィルタ２０８と、フィルタ２０９と、フィルタ２０８、２０９の出力の位相差を検出する位相差検出器２１０とが設けられている。
【００３２】
また、受信側には、光信号を分配する光カプラ２５１と、光信号をマイクロ波信号Ｍ２２に変換する光検出器２５２と、光信号をマイクロ波信号Ｍ２３の周波数だけ周波数シフトする光変調器２５３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２５４とが設けられている。
【００３３】
つぎに、この実施の形態２に係る光伝送システムの動作について図２を参照しながら説明する。
【００３４】
この実施の形態２に係る光伝送システムは、マイクロ波信号分離による２０ＧＨｚ未満の低周波信号を伝送するものである。
【００３５】
送信側において、入力されたマイクロ波信号Ｍ２１は、マイクロ波分配器２０６を通過後、２光波発生器２０１に送られる。このマイクロ波信号Ｍ２１は、伝送したい高安定な低周波信号である。
【００３６】
入力されるレーザー光は、２光波発生器２０１でマイクロ波信号Ｍ２１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λ３とλ４）が作られる。２光波発生器２０１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。
【００３７】
２つの光信号は、垂直偏波であり、光カプラ２０２、偏波ビームスプリッタ２０３を通過後、光ファイバ１を通過し、受信側の光カプラ２５１で分配され、一方の２つの光信号は光検出器２５２に導かれマイクロ波信号Ｍ２２として出力される。この信号（マイクロ波信号Ｍ２２）を用いて、ユーザは積分処理が含まれた必要な信号処理を行う。積分処理時間は、３秒以内であることが重要である。
【００３８】
光カプラ２５１で分配された他方の２つの光信号は、ラウンドトリップ信号として光変調器２５３でマイクロ波信号Ｍ２３の周波数（シフト周波数）だけ周波数シフトされた後、ファラデー反射器２５４で反射される。このファラデー反射器２５４は、光信号に９０度のファラデー回転を与えるので、９０度だけ偏波が異なった光信号として反射される。この反射光は、光変調器２５３で再度、シフト周波数だけ周波数シフトされた後、光カプラ２５１、光ファイバ１を通過し、送信側の偏波ビームスプリッタ２０３に戻される。
【００３９】
光の可逆性を考慮すると、戻された光信号は９０度偏波の違った光信号となるため水平偏波となり、偏波ビームスプリッタ２０３で光カプラ２０４へ導かれる。この光カプラ２０４で、光カプラ２０２により分配された２つの光信号と偏波ビームスプリッタ２０３からの２つの光信号が混合される。偏波ビームスプリッタ２０３からの光信号は、光カプラ２０２からの光信号より、シフト周波数の２倍だけ周波数が異なっている。
【００４０】
光カプラ２０４を通過した光信号は、光検出器２０５でマイクロ波信号として検出される。検出されたマイクロ波信号は、マイクロ波信号Ｍ２１と同一周波数の信号位相と、マイクロ波信号Ｍ２１よりシフト周波数の２倍の周波数だけ高い信号位相と、マイクロ波信号Ｍ２１よりシフト周波数の２倍の周波数だけ低い信号位相とが混じったものである。
【００４１】
光検出器２０５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２０７でマイクロ波分配器２０６から分配されたマイクロ波信号Ｍ２１により周波数変換が行われる。イメージリジェクションミキサ２０７から、上側帯波と下側帯波が出力される。上側帯波には、（マイクロ波信号Ｍ２１よりシフト周波数の２倍の周波数だけ高い信号位相）−（マイクロ波信号Ｍ２１の位相）があらわれ、下側帯波には、（マイクロ波信号Ｍ２１の位相）−（マイクロ波信号Ｍ２１よりシフト周波数の２倍の周波数だけ低い信号位相）があらわれる。
【００４２】
これらの信号は、フィルタ２０８、２０９に入力される。光検出器２０５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Ｍ２１と同一周波数のものはＤＣ成分としてフィルタ２０８、２０９で除去される。
【００４３】
フィルタ２０８、２０９を通過した信号は、位相差検出器２１０で位相差が検出さる。
【００４４】
位相測定は、伝送先（受信側）での信号積分処理タイミングと同期して測定する必要があるが、１積分時間以内で同期していれば十分である。積分処理時間は、短期位相安定度を乱さない３秒以内であることが重要である。位相差検出器２１０で検出された位相差量は、光ファイバ１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１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２１０で求められた位相差の半分の量が光ファイバ１等の遅延による付加位相として求められる。この位相差測定量が伝送路位相補正量であり、伝送先に送られ、ユーザが取得した積分された信号処理データにオフラインで補正を行う。
【００４５】
シフト周波数は、送信の光信号と戻りの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。シフト周波数の影響及び光ファイバ１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２０７の出力の上側帯波と下側帯波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２１０で求められる位相差量に影響を及ぼさないこととなる。
【００４６】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る光伝送システムについて図３を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態３に係る光伝送システムの構成を示す図である。
【００４７】
この発明の実施の形態３に係る光伝送システムは、上記の実施の形態１及び２に係る光伝送システムを組み合わせたもので、図３は、多チャンネル対応、並びに高周波信号及び低周波信号の同時運用対応の構成を示す。
【００４８】
図３において、上段のレーザー光（波長１（λ１とλ２））と、下段のレーザー光（波長２（λ３とλ４））とは、光の波長が異なる。高周波信号用及び低周波信号用の同時運用対応の構成は、受信側の光カプラ１５１（２５１）、光変調器１５３（２５３）、ファラデー反射器１５４（２５４）並びにシフト周波数は共用できる。
【００４９】
伝送信号は、受信側の波長分波器３５１で波長１（λ１とλ２）と波長２（λ３とλ４）に分けられ、マイクロ波信号Ｍ１２（高周波用）とマイクロ波信号Ｍ２２（低周波用）が、光検出器１５２Ａと光検出器１５２Ｂよりそれぞれ出力される。
【００５０】
図２の低周波信号用のマイクロ波分配器２０６は、図３に示すように、光カプラ３２３、光検出器３２４及びマイクロ波増幅器３２５にから構成されるマイクロ波信号供給手段に置き換え、光カプラ３２３によって、２つの光信号（波長λ３とλ４）を取り出し、光検出器３２４によって、２つの光信号からマイクロ波信号Ｍ２１を検出し、マイクロ波増幅器３２５によって、マイクロ波信号Ｍ２１を増幅してイメージリジェクションミキサ２０７へマイクロ波信号Ｍ２１を供給することで、低周波信号用のマイクロ波分配器２０６を不要にすることが可能である。
【００５１】
この他に、図３において、送信側に、多チャンネル対応の高周波信号用の光増幅器３０１及び光分配器３０２、低周波信号用の光増幅器３２１及び光分配器３２２が設けられている。また、高周波信号用の偏波ビームスプリッタ１０３と低周波信号用の偏波ビームスプリッタ２０３の出力を合成する波長合成器３４１が設けられている。この波長合成器３４１は、反対側から入力される光信号を偏波ビームスプリッタ１０３、２０３へそれぞれ分波する機能も合わせ持つ。
【００５２】
ここで、上記の各実施の形態で共通の位相差検出器について図４を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態１−３に係る光伝送システムの位相差検出器の構成を示すブロック図である。
【００５３】
図４は、デジタル対応の位相差検出器の例を示す。低周波用、高周波用ともに位相差検出器１０８、２１０に入力される信号は、シフト周波数の２倍の周波数であるので共用可能である。
【００５４】
２つの入力信号はアナログデジタル変換器４０１、４０２でそれぞれＡ／Ｄ変換され、以後全てデジタル処理される。まず、シフト周波数の２倍の周波数に僅かだけ周波数がずれた参照信号（周波数ＦＨｚ：数ｋＨｚ程度）とＦＨｚの基準クロック信号をデジタルダイレクトシンセサイザ（ＤＤＳ）４０３で作成し、デジタルミキサー４０４、４０５でＡ／Ｄ変換された信号と掛け合わせることによりデジタル周波数変換を行う。不要波は、デジタルフィルタ４０６、４０７で除去され、位相差検出回路４０８では基準クロック信号と直交検波手法によりデジタルフィルタ４０６、４０７の出力信号を相関積分処理後、それぞれ位相及び振幅が計算される。また、位相差検出回路４０８で両者の位相差が計算され出力される。直交検波は、ヒルベルト（Hilbert）変換等を用いることができるが、よりデジタル回路向きなデジタル平均位相検出法（Digital Averaging Phase Detector）を一例として説明する。基準クロック信号に相当するＦＨｚの正弦波信号とＦＨｚの余弦波信号をデジタルダイレクトシンセサイザ４０３で作成し、位相差検出回路４０８では、ＦＨｚの正弦波信号及び余弦波信号とデジタルフィルタ４０６の出力とをそれぞれ掛け合わせ、また、ＦＨｚの正弦波信号及び余弦波信号とデジタルフィルタ４０７の出力とをそれぞれ掛け合わせることで４つの相関をとることができ、４つの相関出力をそれぞれ平均化後（平均化後の４つの信号を順にＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とする）に振幅（二乗和の平方根：振幅Ａ１＝ＳＱＲＴ（Ｓ１∧２＋Ｓ２∧２）、振幅Ａ２＝ＳＱＲＴ（Ｓ３∧２＋Ｓ４∧２））と位相（逆正接：アークタンジェント：位相φ１＝ＡＴＡＮ（Ｓ１／Ｓ２）、位相φ２＝ＡＴＡＮ（Ｓ３／Ｓ４））を求める。求めた２つの位相（φ１とφ２）の差（φ１−φ２）を計算することで、光ファイバ１中を往復したことにより発生した位相差を求めることができる。
【００５５】
各実施の形態に係る光伝送システムよる改善効果を位相安定度のグラフとして図５に示す。積分時間は、０．１秒を用いた。図６と比較し、リアルタイム伝送路補償と同様にフリッカ周波数雑音が無いことが分かる。また、全体的にシステム構成が簡単になるため信号のロスが少なく、図６よりも、伝送された信号の位相安定度が向上している。
【００５６】
各実施の形態に係る光伝送システムは、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及び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、並びに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】
【００５７】
１ 光ファイバ、１０１ ２光波発生器、１０２ 光カプラ、１０３ 偏波ビームスプリッタ、１０４ 光カプラ、１０５ 光分波器、１０６ 光検出器、１０７ 光検出器、１０８ 位相差検出器、１５１ 光カプラ、１５２ 光検出器、１５２Ａ 光検出器、１５２Ｂ 光検出器、１５３ 光変調器、１５４ ファラデー反射器、２０１ ２光波発生器、２０２ 光カプラ、２０３ 偏波ビームスプリッタ、２０４ 光カプラ、２０５ 光検出器、２０６ マイクロ波分配器、２０７ イメージリジェクションミキサ、２０８ フィルタ、２０９ フィルタ、２１０ 位相差検出器、２５１ 光カプラ、２５２ 光検出器、２５３ 光変調器、２５４ ファラデー反射器、３０１ 光増幅器、３０２ 光分配器、３２１ 光増幅器、３２２ 光分配器、３２３ 光カプラ、３２４ 光検出器、３２５ マイクロ波増幅器、３４１ 波長合成器、３５１ 波長分波器、４０１ アナログデジタル変換器、４０２ アナログデジタル変換器、４０３ デジタルダイレクトシンセサイザ、４０４ デジタルミキサー、４０５ デジタルミキサー、４０６ デジタルフィルタ、４０７ デジタルフィルタ、４０８ 位相差検出回路。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、信号伝送先で数秒より短い時間だけ積分処理が行われる場合、その積分タイミングに同期した時間間隔でラウンドトリップ伝送位相補償データを取得し、後処理で伝送位相補償を行う光伝送システム及び光伝送方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１及び２に記載された光伝送システムにおける伝送位相補償装置を用いた伝送信号の位相安定度の改善の効果を測定された位相安定度と時間の関係（例えば、８０ＧＨｚ、伝送路長１０ｋｍ）として図６に示す。
【０００３】
この図６は、原子周波数標準器等の位相安定度を示すアラン標準偏差という国際的に用いられている指標で示している。ファイバケーブルのみの場合（黒丸●印）は、１０秒以上でフリッカ周波数雑音（アラン標準偏差値が時間によらず一定：特性線が略水平）が現れ、位相不安定な状態になっている。一方、特許文献１及び２に記載された発明を用いた場合（白四角□印）は、長期にわたりフリッカ周波数雑音が抑えられ位相安定な白色位相雑音（アラン標準偏差値が時間に逆比例）での信号伝送が行われていることが分かる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０６０２４１号公報
【特許文献２】特開２０１１−０７１７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
伝送信号に高い位相安定度が要求される事例は、リアルタイム性が必要とされる場合（１）と、リアルタイム性が必要とされない場合（２）とに分類できる。一般的には、リアルタイム性が必要とされる場合（１）の要求が多いが、信号伝送先で信号処理を時間積分で行うときには、リアルタイム性が必要とされない場合（２）に相当する。例えば、天文観測では観測信号が非常に微弱なため、観測信号が時間積分され、信号対雑音比を向上させてから必要なデータ取得を行っている。
【０００６】
図６を参照すると、数秒よりも短い積分時間では、伝送位相補償装置を用いても用いなくてもあまり位相安定度に差はないことが分かる。つまり、短期の位相安定度は光ファイバケーブル伝送ではあまり影響されないことになる。
【０００７】
従って、リアルタイム性が必要とされない場合（２）、特に、信号伝送先で数秒（３秒程度）より短い時間だけ積分処理が行われる場合には、特許文献１及び２に記載された光伝送システムのラウンドトリップ伝送位相補償をリアルタイムで行う位相同期ループ回路や、マイクロ波信号移相器等が必要無く、逆に、位相同期ループ回路や、マイクロ波信号移相器等があることによってシステム構成が複雑になり、そのため信号のロスが多く、ひいては伝送された信号の位相安定度を向上することができず、さらに、デジタル化及び高集積化が難しくなり、多地点伝送補正が不利になるという問題点があった。
【０００８】
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、リアルタイム性が必要とされない場合、システム構成を簡単にすることができ、そのため信号のロスを少なくすることができ、ひいては伝送された信号の位相安定度を向上することができ、さらに、デジタル化及び高集積化が容易になり、多地点伝送補正が有利となる光伝送システム及び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】
【０００９】
本発明に係る光伝送システムは、高周波信号を光ファイバによって長距離伝送する光伝送システムであって、前記高周波信号である第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光波発生器により発生された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つの光信号を前記第１の波長の光信号及び第２の波長の光信号に波長分割する光分波器と、前記光分波器によって波長分割された前記第１の波長の光信号のビート信号を検出する第２の光検出器と、前記光分波器によって波長分割された前記第２の波長の光信号のビート信号を検出する第３の光検出器と、前記第２及び第３の光検出器によって検出された前記第１及び第２の波長の光信号のビート信号の位相差を検出する位相差検出器とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る光伝送システムによれば、システム構成を簡単にすることができ、そのため信号のロスを少なくすることができ、ひいては伝送された信号の位相安定度を向上することができ、さらに、デジタル化及び高集積化が容易になり、多地点伝送補正が有利となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光伝送システムの構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る光伝送システムの構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係る光伝送システムの構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１−３に係る光伝送システムの位相差検出器の構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１−３に係る光伝送システムの積分時間に対するアラン標準偏差の特性を示す図である。
【図６】リアルタイムの位相補償が有る光伝送システム及び位相補償が無い光伝送システムの積分時間に対するアラン標準偏差の特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る光伝送システムは、リアルタイム性が必要とされない場合（２）、特に、信号伝送先で数秒（実験では３秒程度）より短い時間だけ積分処理が行われる場合、その積分タイミングに同期した時間間隔でラウンドトリップ伝送位相補償データを取得し、後処理で伝送位相補償を行うというものである。信号伝送先では、使用目的により異なるが、ユーザにより取得された時間積分データに、信号伝送元で取得されたラウンドトリップ伝送位相補償データを用いて、オフラインで伝送路位相補償を行う。当然ながら、積分時間以下の短時間の位相変動補償は行わないため移相器等の制御などは不要になる。実験では、３秒より短い積分処理を行って有効性を確認した。
【００１３】
すなわち、信号伝送先で数秒（３秒程度）より短い時間だけ積分処理が行われる場合、２つの光信号の差周波数による高安定光信号伝送において、周波数シフトした戻り光を用いたラウンドトリップを行い、送信光とラウンドトリップ戻り光の検出をマイケルソン干渉計の原理で行い、送受信光をお互い直交した偏波状態とすることでラウンドトリップの送受信光を区別し、光信号またはマイクロ波信号で送信光と戻り光を分離する手段を持ち、信号伝送先の信号積分タイミングに同期した時間間隔でラウンドトリップ伝送位相補償データを取得し、後処理で伝送位相補償する光伝送システムである。以下、本発明の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に係る光伝送システムについて図１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に係る光伝送システムの構成を示す図である。なお、以降では、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に係る光伝送システムは、送信側に、入力されたレーザー光から、マイクロ波信号Ｍ１１を用いて波長の異なったコヒーレントな２つの光信号（波長λ１とλ２）を発生する２光波発生器１０１と、２つの光信号を分配する光カプラ１０２と、垂直偏波光を光カプラ１０２及び光ファイバ１間で通過させ、水平偏波光を光ファイバ１及び光カプラ１０４間で通過させる偏波ビームスプリッタ１０３と、光信号を混合する光カプラ１０４と、２つの光信号（波長λ１とλ２）を波長分割する光分波器１０５と、往きと戻りの光信号のビート信号（マイクロ波Ｍ１３の２倍）を検出する光検出器１０６、１０７と、光検出器１０６、１０７から出力されるビート信号の位相差、すなわち光ファイバ１中を往復したことにより発生した位相差であり、マイクロ波信号Ｍ１１とマイクロ波信号Ｍ１２の位相差の２倍の量に相当する位相差を検出する位相差検出器１０８とが設けられている。
【００１６】
また、図１において、この発明の実施の形態１に係る光伝送システムは、受信側に、光信号を分配する光カプラ１５１と、２つの光信号からマイクロ波信号Ｍ１２を検出する光検出器（Photo-mixer）１５２と、２つの光信号をマイクロ波信号Ｍ１３で周波数シフトする光変調器１５３と、２つの光信号の偏波を９０度回転させて反射するファラデー（Faraday）反射器１５４とが設けられている。
【００１７】
なお、図１において、送信側と受信側の間には、光ファイバ１が設けられている。この光ファイバ１は、一般のシングルモードファイバで伝送用の長距離のものであり、偏波保持ができないものを使用可能である。
【００１８】
つぎに、この実施の形態１に係る光伝送システムの動作について図１を参照しながら説明する。
【００１９】
この実施の形態１に係る光伝送システムは、光分離による２０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送するものである。
【００２０】
光ファイバ１の伝送遅延は、２つの光信号によるラウンドトリップ遅延測定を２つの光信号独立に同時に行い、両者の差として伝送マイクロ波信号の往復による伝送遅延位相を測定するものである。
【００２１】
送信側において、入力されるレーザー光から、２光波発生器１０１でマイクロ波信号Ｍ１１を用いて２つの波長の異なったコヒーレントな光信号が作られる。これにより、マイクロ波信号Ｍ１１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。マイクロ波信号Ｍ１１は、伝送したい高安定な高周波信号である。２光波発生器１０１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。
【００２２】
２つの光信号は垂直偏波であり、光カプラ１０２、偏波ビームスプリッタ１０３に導かれる。垂直偏波の光信号は、光ファイバ１を通過後、受信側の光カプラ１５１で分配され、一方の２つの光信号は光検出器１５２に導かれ、マイクロ波信号Ｍ１２として出力される。この信号（マイクロ波信号Ｍ１２）を用いて、ユーザは積分処理が含まれた必要な信号処理を行う。積分処理時間は、３秒以内であることが重要である。
【００２３】
光カプラ１５１で分配された他方の２つの光信号は、ラウンドトリップ信号として光変調器１５３でマイクロ波信号Ｍ１３の周波数（シフト周波数）だけ周波数シフトされた後、ファラデー反射器１５４で反射される。このファラデー反射器１５４は、光信号に９０度のファラデー回転を与えるので、９０度だけ偏波が異なった光信号として反射される。この反射光は、光変調器１５３で再度、マイクロ波信号Ｍ１３の周波数だけ周波数シフトされた後、光カプラ１５１、光ファイバ１を通過し、送信側の偏波ビームスプリッタ１０３に戻される。
【００２４】
光の可逆性を考慮すると、戻された光信号は９０度偏波の違った光信号となるため水平偏波となり、偏波ビームスプリッタ１０３に導かれる。光カプラ１０４で、光カプラ１０２により分配された他方の２つの光信号と偏波ビームスプリッタ１０３からの戻りの２つの光信号が混合される。偏波ビームスプリッタ１０３からの光信号は、光カプラ１０２からの光信号より、マイクロ波信号Ｍ１３の周波数の２倍だけ周波数が異なっている。
【００２５】
光カプラ１０４で混合された光信号は、光分波器１０５で波長分割（波長λ１と波長λ２）され、光検出器１０６で波長λ１の光信号のビート信号として検出され、光検出器１０７で波長λ２の光信号のビート信号として検出される。ビート周波数は、マイクロ波信号Ｍ１３の周波数の２倍の周波数である。位相差検出器１０８により、これらのビート信号の位相差が検出される。
【００２６】
位相測定は、伝送先（受信側）での信号積分処理タイミングと同期して測定する必要があるが、１積分時間以内で同期していれば十分である。積分処理時間は、短期の位相安定度を乱さない３秒以内であることが重要である。
【００２７】
この位相差量は、光ファイバ１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１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１０８で求められた位相差の半分の量が光ファイバ１等の遅延による付加位相として求められる。この位相差測定量が伝送路位相補正量であり、伝送先に送られ、ユーザが取得した積分された信号処理データにオフラインで補正を行う。
【００２８】
マイクロ波信号Ｍ１３の周波数（シフト周波数）は、送信の光信号と戻りの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。このシフト周波数の影響及び光ファイバ１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、光検出器１０６、１０７の出力の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１０８で求められる位相差量に影響を及ぼさないこととなる。
【００２９】
この実施の形態１に係る光伝送システムでは、光カプラ１０２、偏波ビームスプリッタ１０３、光カプラ１０４を偏波保持ファイバで構成する。光ファイバ１に比べ、偏波保持ファイバは、非常に短い。
【００３０】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る光伝送システムについて図２を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態２に係る光伝送システムの構成を示す図である。
【００３１】
図２において、この発明の実施の形態２に係る光伝送システムは、送信側には、後述するマイクロ波信号Ｍ２１の周波数だけ離れた２つの光信号（波長λ３とλ４）を発生する２光波発生器２０１と、光信号を分配する光カプラ２０２と、偏波ビームスプリッタ２０３と、光信号を混合する光カプラ２０４と、光信号をマイクロ波信号に変換する光検出器２０５と、マイクロ波信号Ｍ２１を分配するマイクロ波分配器２０６と、マイクロ波信号Ｍ２１を用いて、光検出器２０５からの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２０７と、フィルタ２０８と、フィルタ２０９と、フィルタ２０８、２０９の出力の位相差を検出する位相差検出器２１０とが設けられている。
【００３２】
また、受信側には、光信号を分配する光カプラ２５１と、光信号をマイクロ波信号Ｍ２２に変換する光検出器２５２と、光信号をマイクロ波信号Ｍ２３の周波数だけ周波数シフトする光変調器２５３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２５４とが設けられている。
【００３３】
つぎに、この実施の形態２に係る光伝送システムの動作について図２を参照しながら説明する。
【００３４】
この実施の形態２に係る光伝送システムは、マイクロ波信号分離による２０ＧＨｚ未満の低周波信号を伝送するものである。
【００３５】
送信側において、入力されたマイクロ波信号Ｍ２１は、マイクロ波分配器２０６を通過後、２光波発生器２０１に送られる。このマイクロ波信号Ｍ２１は、伝送したい高安定な低周波信号である。
【００３６】
入力されるレーザー光は、２光波発生器２０１でマイクロ波信号Ｍ２１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λ３とλ４）が作られる。２光波発生器２０１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。
【００３７】
２つの光信号は、垂直偏波であり、光カプラ２０２、偏波ビームスプリッタ２０３を通過後、光ファイバ１を通過し、受信側の光カプラ２５１で分配され、一方の２つの光信号は光検出器２５２に導かれマイクロ波信号Ｍ２２として出力される。この信号（マイクロ波信号Ｍ２２）を用いて、ユーザは積分処理が含まれた必要な信号処理を行う。積分処理時間は、３秒以内であることが重要である。
【００３８】
光カプラ２５１で分配された他方の２つの光信号は、ラウンドトリップ信号として光変調器２５３でマイクロ波信号Ｍ２３の周波数（シフト周波数）だけ周波数シフトされた後、ファラデー反射器２５４で反射される。このファラデー反射器２５４は、光信号に９０度のファラデー回転を与えるので、９０度だけ偏波が異なった光信号として反射される。この反射光は、光変調器２５３で再度、シフト周波数だけ周波数シフトされた後、光カプラ２５１、光ファイバ１を通過し、送信側の偏波ビームスプリッタ２０３に戻される。
【００３９】
光の可逆性を考慮すると、戻された光信号は９０度偏波の違った光信号となるため水平偏波となり、偏波ビームスプリッタ２０３で光カプラ２０４へ導かれる。この光カプラ２０４で、光カプラ２０２により分配された２つの光信号と偏波ビームスプリッタ２０３からの２つの光信号が混合される。偏波ビームスプリッタ２０３からの光信号は、光カプラ２０２からの光信号より、シフト周波数の２倍だけ周波数が異なっている。
【００４０】
光カプラ２０４を通過した光信号は、光検出器２０５でマイクロ波信号として検出される。検出されたマイクロ波信号は、マイクロ波信号Ｍ２１と同一周波数の信号位相と、マイクロ波信号Ｍ２１よりシフト周波数の２倍の周波数だけ高い信号位相と、マイクロ波信号Ｍ２１よりシフト周波数の２倍の周波数だけ低い信号位相とが混じったものである。
【００４１】
光検出器２０５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２０７でマイクロ波分配器２０６から分配されたマイクロ波信号Ｍ２１により周波数変換が行われる。イメージリジェクションミキサ２０７から、上側帯波と下側帯波が出力される。上側帯波には、（マイクロ波信号Ｍ２１よりシフト周波数の２倍の周波数だけ高い信号位相）−（マイクロ波信号Ｍ２１の位相）があらわれ、下側帯波には、（マイクロ波信号Ｍ２１の位相）−（マイクロ波信号Ｍ２１よりシフト周波数の２倍の周波数だけ低い信号位相）があらわれる。
【００４２】
これらの信号は、フィルタ２０８、２０９に入力される。光検出器２０５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Ｍ２１と同一周波数のものはＤＣ成分としてフィルタ２０８、２０９で除去される。
【００４３】
フィルタ２０８、２０９を通過した信号は、位相差検出器２１０で位相差が検出さる。
【００４４】
位相測定は、伝送先（受信側）での信号積分処理タイミングと同期して測定する必要があるが、１積分時間以内で同期していれば十分である。積分処理時間は、短期位相安定度を乱さない３秒以内であることが重要である。位相差検出器２１０で検出された位相差量は、光ファイバ１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１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２１０で求められた位相差の半分の量が光ファイバ１等の遅延による付加位相として求められる。この位相差測定量が伝送路位相補正量であり、伝送先に送られ、ユーザが取得した積分された信号処理データにオフラインで補正を行う。
【００４５】
シフト周波数は、送信の光信号と戻りの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。シフト周波数の影響及び光ファイバ１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２０７の出力の上側帯波と下側帯波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２１０で求められる位相差量に影響を及ぼさないこととなる。
【００４６】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る光伝送システムについて図３を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態３に係る光伝送システムの構成を示す図である。
【００４７】
この発明の実施の形態３に係る光伝送システムは、上記の実施の形態１及び２に係る光伝送システムを組み合わせたもので、図３は、多チャンネル対応、並びに高周波信号及び低周波信号の同時運用対応の構成を示す。
【００４８】
図３において、上段のレーザー光（波長１（λ１とλ２））と、下段のレーザー光（波長２（λ３とλ４））とは、光の波長が異なる。高周波信号用及び低周波信号用の同時運用対応の構成は、受信側の光カプラ１５１（２５１）、光変調器１５３（２５３）、ファラデー反射器１５４（２５４）並びにシフト周波数は共用できる。
【００４９】
伝送信号は、受信側の波長分波器３５１で波長１（λ１とλ２）と波長２（λ３とλ４）に分けられ、マイクロ波信号Ｍ１２（高周波用）とマイクロ波信号Ｍ２２（低周波用）が、光検出器１５２Ａと光検出器１５２Ｂよりそれぞれ出力される。
【００５０】
図２の低周波信号用のマイクロ波分配器２０６は、図３に示すように、光カプラ３２３、光検出器３２４及びマイクロ波増幅器３２５にから構成されるマイクロ波信号供給手段に置き換え、光カプラ３２３によって、２つの光信号（波長λ３とλ４）を取り出し、光検出器３２４によって、２つの光信号からマイクロ波信号Ｍ２１を検出し、マイクロ波増幅器３２５によって、マイクロ波信号Ｍ２１を増幅してイメージリジェクションミキサ２０７へマイクロ波信号Ｍ２１を供給することで、低周波信号用のマイクロ波分配器２０６を不要にすることが可能である。
【００５１】
この他に、図３において、送信側に、多チャンネル対応の高周波信号用の光増幅器３０１及び光分配器３０２、低周波信号用の光増幅器３２１及び光分配器３２２が設けられている。また、高周波信号用の偏波ビームスプリッタ１０３と低周波信号用の偏波ビームスプリッタ２０３の出力を合成する波長合成器３４１が設けられている。この波長合成器３４１は、反対側から入力される光信号を偏波ビームスプリッタ１０３、２０３へそれぞれ分波する機能も合わせ持つ。
【００５２】
ここで、上記の各実施の形態で共通の位相差検出器について図４を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態１−３に係る光伝送システムの位相差検出器の構成を示すブロック図である。
【００５３】
図４は、デジタル対応の位相差検出器の例を示す。低周波用、高周波用ともに位相差検出器１０８、２１０に入力される信号は、シフト周波数の２倍の周波数であるので共用可能である。
【００５４】
２つの入力信号はアナログデジタル変換器４０１、４０２でそれぞれＡ／Ｄ変換され、以後全てデジタル処理される。まず、シフト周波数の２倍の周波数に僅かだけ周波数がずれた参照信号（周波数ＦＨｚ：数ｋＨｚ程度）とＦＨｚの基準クロック信号をデジタルダイレクトシンセサイザ（ＤＤＳ）４０３で作成し、デジタルミキサー４０４、４０５でＡ／Ｄ変換された信号と掛け合わせることによりデジタル周波数変換を行う。不要波は、デジタルフィルタ４０６、４０７で除去され、位相差検出回路４０８では基準クロック信号と直交検波手法によりデジタルフィルタ４０６、４０７の出力信号を相関積分処理後、それぞれ位相及び振幅が計算される。また、位相差検出回路４０８で両者の位相差が計算され出力される。直交検波は、ヒルベルト（Hilbert）変換等を用いることができるが、よりデジタル回路向きなデジタル平均位相検出法（Digital Averaging Phase Detector）を一例として説明する。基準クロック信号に相当するＦＨｚの正弦波信号とＦＨｚの余弦波信号をデジタルダイレクトシンセサイザ４０３で作成し、位相差検出回路４０８では、ＦＨｚの正弦波信号及び余弦波信号とデジタルフィルタ４０６の出力とをそれぞれ掛け合わせ、また、ＦＨｚの正弦波信号及び余弦波信号とデジタルフィルタ４０７の出力とをそれぞれ掛け合わせることで４つの相関をとることができ、４つの相関出力をそれぞれ平均化後（平均化後の４つの信号を順にＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４とする）に振幅（二乗和の平方根：振幅Ａ１＝ＳＱＲＴ（Ｓ１∧２＋Ｓ２∧２）、振幅Ａ２＝ＳＱＲＴ（Ｓ３∧２＋Ｓ４∧２））と位相（逆正接：アークタンジェント：位相φ１＝ＡＴＡＮ（Ｓ１／Ｓ２）、位相φ２＝ＡＴＡＮ（Ｓ３／Ｓ４））を求める。求めた２つの位相（φ１とφ２）の差（φ１−φ２）を計算することで、光ファイバ１中を往復したことにより発生した位相差を求めることができる。
【００５５】
各実施の形態に係る光伝送システムよる改善効果を位相安定度のグラフとして図５に示す。積分時間は、０．１秒を用いた。図６と比較し、リアルタイム伝送路補償と同様にフリッカ周波数雑音が無いことが分かる。また、全体的にシステム構成が簡単になるため信号のロスが少なく、図６よりも、伝送された信号の位相安定度が向上している。
【００５６】
各実施の形態に係る光伝送システムは、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及び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、並びに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】
【００５７】
１ 光ファイバ、１０１ ２光波発生器、１０２ 光カプラ、１０３ 偏波ビームスプリッタ、１０４ 光カプラ、１０５ 光分波器、１０６ 光検出器、１０７ 光検出器、１０８ 位相差検出器、１５１ 光カプラ、１５２ 光検出器、１５２Ａ 光検出器、１５２Ｂ 光検出器、１５３ 光変調器、１５４ ファラデー反射器、２０１ ２光波発生器、２０２ 光カプラ、２０３ 偏波ビームスプリッタ、２０４ 光カプラ、２０５ 光検出器、２０６ マイクロ波分配器、２０７ イメージリジェクションミキサ、２０８ フィルタ、２０９ フィルタ、２１０ 位相差検出器、２５１ 光カプラ、２５２ 光検出器、２５３ 光変調器、２５４ ファラデー反射器、３０１ 光増幅器、３０２ 光分配器、３２１ 光増幅器、３２２ 光分配器、３２３ 光カプラ、３２４ 光検出器、３２５ マイクロ波増幅器、３４１ 波長合成器、３５１ 波長分波器、４０１ アナログデジタル変換器、４０２ アナログデジタル変換器、４０３ デジタルダイレクトシンセサイザ、４０４ デジタルミキサー、４０５ デジタルミキサー、４０６ デジタルフィルタ、４０７ デジタルフィルタ、４０８ 位相差検出回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を光ファイバによって長距離伝送する光伝送システムであって、
前記高周波信号である第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光波発生器により発生された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つの光信号を前記第１の波長の光信号及び第２の波長の光信号に波長分割する光分波器と、
前記光分波器によって波長分割された前記第１の波長の光信号のビート信号を検出する第２の光検出器と、
前記光分波器によって波長分割された前記第２の波長の光信号のビート信号を検出する第３の光検出器と、
前記第２及び第３の光検出器によって検出された前記第１及び第２の波長の光信号のビート信号の位相差を検出する位相差検出器と
を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【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前記第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前記第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から前記第１のマイクロ波信号と同一周波数の信号を除去する第１のフィルタと、
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下側帯波から前記第１のマイクロ波信号と同一周波数の信号を除去する第２のフィルタと、
前記第１及び第２のフィルタによって出力された信号の位相差を検出する位相差検出器と
を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【請求項３】
高周波信号及び低周波信号を送信側から受信側へ光ファイバによって長距離伝送する光伝送システムであって、
前記高周波信号である第１のマイクロ波信号を用いて、入力された第１の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第１の２光波発生器と、
前記第１の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前記送信側の第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つの光信号を導く第１の偏波ビームスプリッタと、
前記低周波信号である第２のマイクロ波信号を用いて、入力された第２のレーザー光から前記第２のマイクロ波信号の周波数だけ離れた第３の波長の光信号及び第４の波長の光信号を発生する第２の２光波発生器と、
前記第２の２光波発生器によって発生された２つの光信号を分配し、分配された他方の２つの光信号から検出した前記第２のマイクロ波信号を供給するマイクロ波信号供給手段と、
前記マイクロ波信号供給手段によって分配された一方の２つの光信号を再度分配する前記送信側の第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つの光信号を導く第２の偏波ビームスプリッタと、
前記第１の偏波ビームスプリッタによって導かれた２つの光信号と前記第２の偏波ビームスプリッタによって導かれた２つの光信号を合成して前記光ファイバに導く波長合成器と、
前記光ファイバを伝送してきた４つの光信号を分配する前記受信側の第３の光カプラと、
前記第３の光カプラによって分配された一方の４つの光信号を、前記第１の波長及び第２の波長の２つの光信号と、前記第３の波長及び第４の波長の２つの光信号とに分ける波長分波器と、
前記波長分波器によって分けられた前記第１の波長及び第２の波長の２つの光信号から第３のマイクロ波信号を検出する前記受信側の第１の光検出器と、
前記波長分波器によって分けられた前記第３の波長及び第４の波長の２つの光信号から第４のマイクロ波信号を検出する前記受信側の第２の光検出器と、
前記第３の光カプラによって分配された他方の４つの光信号を第５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４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３の光カプラ及び前記光ファイバによって伝送され、かつ前記波長合成器及び第１の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前記送信側の第４の光カプラと、
前記第４の光カプラによって混合された４つの光信号を前記第１の波長の光信号及び第２の波長の光信号に波長分割する光分波器と、
前記光分波器によって波長分割された前記第１の波長の光信号のビート信号を検出する前記送信側の第３の光検出器と、
前記光分波器によって波長分割された前記第２の波長の光信号のビート信号を検出する前記送信側の第４の光検出器と、
前記第３及び第４の光検出器によって検出された前記第１及び第２の波長の光信号のビート信号の位相差を検出する第１の位相差検出器と、
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３の光カプラ及び前記光ファイバによって伝送され、かつ前記波長合成器及び第２の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２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前記送信側の第５の光カプラと、
前記第５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前記送信側の第５の光検出器と、
前記第５の光検出器によって変換されたマイクロ波信号を、前記マイクロ波信号供給手段によって供給された前記第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から前記第１のマイクロ波信号と同一周波数の信号を除去する第１のフィルタと、
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下側帯波から前記第１のマイクロ波信号と同一周波数の信号を除去する第２のフィルタと、
前記第１及び第２のフィルタによって出力された信号の位相差を検出する第２の位相差検出器と
を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【請求項４】
前記位相差検出器、前記第１の位相差検出器、又は前記第２の位相差検出器は、
第１の入力信号をアナログ／デジタル変換する第１のアナログデジタル変換器と、
第２の入力信号をアナログ／デジタル変換する第２のアナログデジタル変換器と、
シフト周波数の２倍の周波数に所定の周波数だけ周波数がずれた参照信号と前記参照信号の周波数と同じ周波数の基準クロック信号を生成するデジタルダイレクトシンセサイザと、
前記第１のアナログデジタル変換器の出力信号と前記参照信号を掛け合わせてデジタル周波数変換する第１のデジタルミキサーと、
前記第２のアナログデジタル変換器の出力信号と前記参照信号を掛け合わせてデジタル周波数変換する第２のデジタルミキサーと、
前記第１のデジタルミキサーの出力信号から不要波を除去する第１のデジタルフィルタと、
前記第２のデジタルミキサーの出力信号から不要波を除去する第２のデジタルフィルタと、
前記第１及び第２のデジタルフィルタの第１及び第２の出力信号について、前記基準クロック信号と直交検波手法により相関積分処理を行い、前記第１及び第２の出力信号の位相をそれぞれ算出し、前記第１及び第２の出力信号の位相差を算出して出力する位相差検出回路とを有する
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の光伝送システム。
【請求項５】
高周波信号を光ファイバによって長距離伝送する光伝送方法であって、
２光波発生器によって、前記高周波信号である第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、
光分波器によって、前記第３の光カプラにより混合された４つの光信号を前記第１の波長の光信号及び第２の波長の光信号に波長分割するステップと、
第２の光検出器によって、前記光分波器により波長分割された前記第１の波長の光信号のビート信号を検出するステップと、
第３の光検出器によって、前記光分波器により波長分割された前記第２の波長の光信号のビート信号を検出するステップと、
位相差検出器によって、前記第２及び第３の光検出器により検出された前記第１及び第２の波長の光信号のビート信号の位相差を検出するステップと
を含むことを特徴とする光伝送方法。
【請求項６】
低周波信号を光ファイバによって長距離伝送する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、
２光波発生器によって、前記マイクロ波分配器により分配された一方の前記第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前記第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、
第１のフィルタによって、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から前記第１のマイクロ波信号と同一周波数の信号を除去するステップと、
第２のフィルタによって、前記イメージリジェクションミキサにより出力された下側帯波から前記第１のマイクロ波信号と同一周波数の信号を除去するステップと、
位相差検出器によって、前記第１及び第２のフィルタにより出力された信号の位相差を検出するステップと
を含むことを特徴とする光伝送方法。
【請求項７】
高周波信号及び低周波信号を送信側から受信側へ光ファイバによって長距離伝送する光伝送方法であって、
第１の２光波発生器によって、前記高周波信号である第１のマイクロ波信号を用いて、入力された第１の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、
前記送信側の第１の光カプラによって、前記第１の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、
第１の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つの光信号を導くステップと、
第２の２光波発生器によって、前記低周波信号である第２のマイクロ波信号を用いて、入力された第２のレーザー光から前記第２のマイクロ波信号の周波数だけ離れた第３の波長の光信号及び第４の波長の光信号を発生するステップと、
マイクロ波信号供給手段によって、前記第２の２光波発生器により発生された２つの光信号を分配し、分配された他方の２つの光信号から検出した前記第２のマイクロ波信号を供給するステップと、
前記送信側の第２の光カプラによって、前記マイクロ波信号供給手段により分配された一方の２つの光信号を再度分配するステップと、
第２の偏波ビームスプリッタによって、前記第２の光カプラにより分配された一方の２つの光信号を導くステップと、
波長合成器によって、前記第１の偏波ビームスプリッタにより導かれた２つの光信号と前記第２の偏波ビームスプリッタにより導かれた２つの光信号を合成して前記光ファイバに導くステップと、
前記受信側の第３の光カプラによって、前記光ファイバを伝送してきた４つの光信号を分配するステップと、
波長分波器によって、前記第３の光カプラにより分配された一方の４つの光信号を、前記第１の波長及び第２の波長の２つの光信号と、前記第３の波長及び第４の波長の２つの光信号とに分けるステップと、
前記受信側の第１の光検出器によって、前記波長分波器により分けられた前記第１の波長及び第２の波長の２つの光信号から第３のマイクロ波信号を検出するステップと、
前記受信側の第２の光検出器によって、前記波長分波器により分けられた前記第３の波長及び第４の波長の２つの光信号から第４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３の光カプラにより分配された他方の４つの光信号を第５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４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、
前記送信側の第４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３の光カプラ及び前記光ファイバにより伝送され、かつ前記波長合成器及び第１の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の光カプラによって分配された他方の２つの光信号と混合するステップと、
光分波器によって、前記第４の光カプラにより混合された４つの光信号を前記第１の波長の光信号及び第２の波長の光信号に波長分割するステップと、
前記送信側の第３の光検出器によって、前記光分波器により波長分割された前記第１の波長の光信号のビート信号を検出するステップと、
前記送信側の第４の光検出器によって、前記光分波器により波長分割された前記第２の波長の光信号のビート信号を検出するステップと、
第１の位相差検出器によって、前記第３及び第４の光検出器により検出された前記第１及び第２の波長の光信号のビート信号の位相差を検出するステップと、
前記送信側の第５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３の光カプラ及び前記光ファイバにより伝送され、かつ前記波長合成器及び第２の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２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ステップと、
前記送信側の第５の光検出器によって、前記第５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５の光検出器により変換されたマイクロ波信号を、前記マイクロ波信号供給手段により供給された前記第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、
第１のフィルタによって、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から前記第１のマイクロ波信号と同一周波数の信号を除去するステップと、
第２のフィルタによって、前記イメージリジェクションミキサにより出力された下側帯波から前記第１のマイクロ波信号と同一周波数の信号を除去するステップと、
第２の位相差検出器によって、前記第１及び第２のフィルタにより出力された信号の位相差を検出するステップと
を含むことを特徴とする光伝送方法。
【請求項８】
前記位相差検出器、前記第１の位相差検出器、又は前記第２の位相差検出器は、
第１の入力信号をアナログ／デジタル変換する第１のアナログデジタル変換器と、
第２の入力信号をアナログ／デジタル変換する第２のアナログデジタル変換器と、
シフト周波数の２倍の周波数に所定の周波数だけ周波数がずれた参照信号と前記参照信号の周波数と同じ周波数の基準クロック信号を生成するデジタルダイレクトシンセサイザと、
前記第１のアナログデジタル変換器の出力信号と前記参照信号を掛け合わせてデジタル周波数変換する第１のデジタルミキサーと、
前記第２のアナログデジタル変換器の出力信号と前記参照信号を掛け合わせてデジタル周波数変換する第２のデジタルミキサーと、
前記第１のデジタルミキサーの出力信号から不要波を除去する第１のデジタルフィルタと、
前記第２のデジタルミキサーの出力信号から不要波を除去する第２のデジタルフィルタと、
前記第１及び第２のデジタルフィルタの第１及び第２の出力信号について、前記基準クロック信号と直交検波手法により相関積分処理を行い、前記第１及び第２の出力信号の位相をそれぞれ算出し、前記第１及び第２の出力信号の位相差を算出して出力する位相差検出回路とを有する
ことを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれかに記載の光伝送方法。
【請求項１】
高周波信号を光ファイバによって長距離伝送する光伝送システムであって、
前記高周波信号である第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光波発生器により発生された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つの光信号を前記第１の波長の光信号及び第２の波長の光信号に波長分割する光分波器と、
前記光分波器によって波長分割された前記第１の波長の光信号のビート信号を検出する第２の光検出器と、
前記光分波器によって波長分割された前記第２の波長の光信号のビート信号を検出する第３の光検出器と、
前記第２及び第３の光検出器によって検出された前記第１及び第２の波長の光信号のビート信号の位相差を検出する位相差検出器と
を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【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前記第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前記第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から前記第１のマイクロ波信号と同一周波数の信号を除去する第１のフィルタと、
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下側帯波から前記第１のマイクロ波信号と同一周波数の信号を除去する第２のフィルタと、
前記第１及び第２のフィルタによって出力された信号の位相差を検出する位相差検出器と
を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【請求項３】
高周波信号及び低周波信号を送信側から受信側へ光ファイバによって長距離伝送する光伝送システムであって、
前記高周波信号である第１のマイクロ波信号を用いて、入力された第１の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第１の２光波発生器と、
前記第１の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前記送信側の第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つの光信号を導く第１の偏波ビームスプリッタと、
前記低周波信号である第２のマイクロ波信号を用いて、入力された第２のレーザー光から前記第２のマイクロ波信号の周波数だけ離れた第３の波長の光信号及び第４の波長の光信号を発生する第２の２光波発生器と、
前記第２の２光波発生器によって発生された２つの光信号を分配し、分配された他方の２つの光信号から検出した前記第２のマイクロ波信号を供給するマイクロ波信号供給手段と、
前記マイクロ波信号供給手段によって分配された一方の２つの光信号を再度分配する前記送信側の第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つの光信号を導く第２の偏波ビームスプリッタと、
前記第１の偏波ビームスプリッタによって導かれた２つの光信号と前記第２の偏波ビームスプリッタによって導かれた２つの光信号を合成して前記光ファイバに導く波長合成器と、
前記光ファイバを伝送してきた４つの光信号を分配する前記受信側の第３の光カプラと、
前記第３の光カプラによって分配された一方の４つの光信号を、前記第１の波長及び第２の波長の２つの光信号と、前記第３の波長及び第４の波長の２つの光信号とに分ける波長分波器と、
前記波長分波器によって分けられた前記第１の波長及び第２の波長の２つの光信号から第３のマイクロ波信号を検出する前記受信側の第１の光検出器と、
前記波長分波器によって分けられた前記第３の波長及び第４の波長の２つの光信号から第４のマイクロ波信号を検出する前記受信側の第２の光検出器と、
前記第３の光カプラによって分配された他方の４つの光信号を第５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４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３の光カプラ及び前記光ファイバによって伝送され、かつ前記波長合成器及び第１の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前記送信側の第４の光カプラと、
前記第４の光カプラによって混合された４つの光信号を前記第１の波長の光信号及び第２の波長の光信号に波長分割する光分波器と、
前記光分波器によって波長分割された前記第１の波長の光信号のビート信号を検出する前記送信側の第３の光検出器と、
前記光分波器によって波長分割された前記第２の波長の光信号のビート信号を検出する前記送信側の第４の光検出器と、
前記第３及び第４の光検出器によって検出された前記第１及び第２の波長の光信号のビート信号の位相差を検出する第１の位相差検出器と、
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３の光カプラ及び前記光ファイバによって伝送され、かつ前記波長合成器及び第２の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２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前記送信側の第５の光カプラと、
前記第５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前記送信側の第５の光検出器と、
前記第５の光検出器によって変換されたマイクロ波信号を、前記マイクロ波信号供給手段によって供給された前記第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から前記第１のマイクロ波信号と同一周波数の信号を除去する第１のフィルタと、
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下側帯波から前記第１のマイクロ波信号と同一周波数の信号を除去する第２のフィルタと、
前記第１及び第２のフィルタによって出力された信号の位相差を検出する第２の位相差検出器と
を備えたことを特徴とする光伝送システム。
【請求項４】
前記位相差検出器、前記第１の位相差検出器、又は前記第２の位相差検出器は、
第１の入力信号をアナログ／デジタル変換する第１のアナログデジタル変換器と、
第２の入力信号をアナログ／デジタル変換する第２のアナログデジタル変換器と、
シフト周波数の２倍の周波数に所定の周波数だけ周波数がずれた参照信号と前記参照信号の周波数と同じ周波数の基準クロック信号を生成するデジタルダイレクトシンセサイザと、
前記第１のアナログデジタル変換器の出力信号と前記参照信号を掛け合わせてデジタル周波数変換する第１のデジタルミキサーと、
前記第２のアナログデジタル変換器の出力信号と前記参照信号を掛け合わせてデジタル周波数変換する第２のデジタルミキサーと、
前記第１のデジタルミキサーの出力信号から不要波を除去する第１のデジタルフィルタと、
前記第２のデジタルミキサーの出力信号から不要波を除去する第２のデジタルフィルタと、
前記第１及び第２のデジタルフィルタの第１及び第２の出力信号について、前記基準クロック信号と直交検波手法により相関積分処理を行い、前記第１及び第２の出力信号の位相をそれぞれ算出し、前記第１及び第２の出力信号の位相差を算出して出力する位相差検出回路とを有する
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の光伝送システム。
【請求項５】
高周波信号を光ファイバによって長距離伝送する光伝送方法であって、
２光波発生器によって、前記高周波信号である第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、
光分波器によって、前記第３の光カプラにより混合された４つの光信号を前記第１の波長の光信号及び第２の波長の光信号に波長分割するステップと、
第２の光検出器によって、前記光分波器により波長分割された前記第１の波長の光信号のビート信号を検出するステップと、
第３の光検出器によって、前記光分波器により波長分割された前記第２の波長の光信号のビート信号を検出するステップと、
位相差検出器によって、前記第２及び第３の光検出器により検出された前記第１及び第２の波長の光信号のビート信号の位相差を検出するステップと
を含むことを特徴とする光伝送方法。
【請求項６】
低周波信号を光ファイバによって長距離伝送する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、
２光波発生器によって、前記マイクロ波分配器により分配された一方の前記第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前記第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、
第１のフィルタによって、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から前記第１のマイクロ波信号と同一周波数の信号を除去するステップと、
第２のフィルタによって、前記イメージリジェクションミキサにより出力された下側帯波から前記第１のマイクロ波信号と同一周波数の信号を除去するステップと、
位相差検出器によって、前記第１及び第２のフィルタにより出力された信号の位相差を検出するステップと
を含むことを特徴とする光伝送方法。
【請求項７】
高周波信号及び低周波信号を送信側から受信側へ光ファイバによって長距離伝送する光伝送方法であって、
第１の２光波発生器によって、前記高周波信号である第１のマイクロ波信号を用いて、入力された第１の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、
前記送信側の第１の光カプラによって、前記第１の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、
第１の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つの光信号を導くステップと、
第２の２光波発生器によって、前記低周波信号である第２のマイクロ波信号を用いて、入力された第２のレーザー光から前記第２のマイクロ波信号の周波数だけ離れた第３の波長の光信号及び第４の波長の光信号を発生するステップと、
マイクロ波信号供給手段によって、前記第２の２光波発生器により発生された２つの光信号を分配し、分配された他方の２つの光信号から検出した前記第２のマイクロ波信号を供給するステップと、
前記送信側の第２の光カプラによって、前記マイクロ波信号供給手段により分配された一方の２つの光信号を再度分配するステップと、
第２の偏波ビームスプリッタによって、前記第２の光カプラにより分配された一方の２つの光信号を導くステップと、
波長合成器によって、前記第１の偏波ビームスプリッタにより導かれた２つの光信号と前記第２の偏波ビームスプリッタにより導かれた２つの光信号を合成して前記光ファイバに導くステップと、
前記受信側の第３の光カプラによって、前記光ファイバを伝送してきた４つの光信号を分配するステップと、
波長分波器によって、前記第３の光カプラにより分配された一方の４つの光信号を、前記第１の波長及び第２の波長の２つの光信号と、前記第３の波長及び第４の波長の２つの光信号とに分けるステップと、
前記受信側の第１の光検出器によって、前記波長分波器により分けられた前記第１の波長及び第２の波長の２つの光信号から第３のマイクロ波信号を検出するステップと、
前記受信側の第２の光検出器によって、前記波長分波器により分けられた前記第３の波長及び第４の波長の２つの光信号から第４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３の光カプラにより分配された他方の４つの光信号を第５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４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、
前記送信側の第４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３の光カプラ及び前記光ファイバにより伝送され、かつ前記波長合成器及び第１の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の光カプラによって分配された他方の２つの光信号と混合するステップと、
光分波器によって、前記第４の光カプラにより混合された４つの光信号を前記第１の波長の光信号及び第２の波長の光信号に波長分割するステップと、
前記送信側の第３の光検出器によって、前記光分波器により波長分割された前記第１の波長の光信号のビート信号を検出するステップと、
前記送信側の第４の光検出器によって、前記光分波器により波長分割された前記第２の波長の光信号のビート信号を検出するステップと、
第１の位相差検出器によって、前記第３及び第４の光検出器により検出された前記第１及び第２の波長の光信号のビート信号の位相差を検出するステップと、
前記送信側の第５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３の光カプラ及び前記光ファイバにより伝送され、かつ前記波長合成器及び第２の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２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ステップと、
前記送信側の第５の光検出器によって、前記第５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５の光検出器により変換されたマイクロ波信号を、前記マイクロ波信号供給手段により供給された前記第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、
第１のフィルタによって、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から前記第１のマイクロ波信号と同一周波数の信号を除去するステップと、
第２のフィルタによって、前記イメージリジェクションミキサにより出力された下側帯波から前記第１のマイクロ波信号と同一周波数の信号を除去するステップと、
第２の位相差検出器によって、前記第１及び第２のフィルタにより出力された信号の位相差を検出するステップと
を含むことを特徴とする光伝送方法。
【請求項８】
前記位相差検出器、前記第１の位相差検出器、又は前記第２の位相差検出器は、
第１の入力信号をアナログ／デジタル変換する第１のアナログデジタル変換器と、
第２の入力信号をアナログ／デジタル変換する第２のアナログデジタル変換器と、
シフト周波数の２倍の周波数に所定の周波数だけ周波数がずれた参照信号と前記参照信号の周波数と同じ周波数の基準クロック信号を生成するデジタルダイレクトシンセサイザと、
前記第１のアナログデジタル変換器の出力信号と前記参照信号を掛け合わせてデジタル周波数変換する第１のデジタルミキサーと、
前記第２のアナログデジタル変換器の出力信号と前記参照信号を掛け合わせてデジタル周波数変換する第２のデジタルミキサーと、
前記第１のデジタルミキサーの出力信号から不要波を除去する第１のデジタルフィルタと、
前記第２のデジタルミキサーの出力信号から不要波を除去する第２のデジタルフィルタと、
前記第１及び第２のデジタルフィルタの第１及び第２の出力信号について、前記基準クロック信号と直交検波手法により相関積分処理を行い、前記第１及び第２の出力信号の位相をそれぞれ算出し、前記第１及び第２の出力信号の位相差を算出して出力する位相差検出回路とを有する
ことを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれかに記載の光伝送方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２２７６４０（Ｐ２０１２−２２７６４０Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９１９４３（Ｐ２０１１−９１９４３）
【出願日】平成２３年４月１８日（２０１１．４．１８）
【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２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１８日（２０１１．４．１８）
【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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