超広帯域の帯域幅を有する波形を合成する方法及び装置
【課題】 抑圧搬送波両側波帯変調の際に無線周波数波形の波形帯域幅を増加させるメカニズムを提供すること。
【解決手段】 本開示の様々な態様によれば、抑圧搬送波両側波帯変調の間に無線周波数波形の波形帯域幅を増加させる方法及び装置が開示される。光学変調器は、抑圧搬送波両側波帯変調（DSB-SC）モードにおいて動作させられ、複数の光学的な側波帯及び光学的な側波帯高調波を生成するように構成されている。光学フィルタを介して適当な光学高調波を適切に選択することによって、無線周波数波形を発生させる無線周波数（RF）回路を単純化すると同時に、超広帯域、抑圧搬送波単側波帯（SSB-SC）型の光学波形を合成することが可能となる。
【解決手段】 本開示の様々な態様によれば、抑圧搬送波両側波帯変調の間に無線周波数波形の波形帯域幅を増加させる方法及び装置が開示される。光学変調器は、抑圧搬送波両側波帯変調（DSB-SC）モードにおいて動作させられ、複数の光学的な側波帯及び光学的な側波帯高調波を生成するように構成されている。光学フィルタを介して適当な光学高調波を適切に選択することによって、無線周波数波形を発生させる無線周波数（RF）回路を単純化すると同時に、超広帯域、抑圧搬送波単側波帯（SSB-SC）型の光学波形を合成することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的には光学の分野に関し、より具体的には超広帯域の帯域幅を有する光学波形を合成する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の波形が、増加するより広い帯域幅を用いて合成されるときには、無線周波数(RF)の設計が複雑なものになる傾向がある。電力、振幅リップル、利得の平坦度、及び、帯域幅上の位相ひずみといったような、ＲＦ部品の設計基準は、増加する帯域幅を用いて維持することが益々困難なものとなる。抑圧搬送波両側波帯変調の際に無線周波数波形の波形帯域幅を増加させる改善されたメカニズムが必要とされている。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の様々な実施形態によれば、抑圧搬送波両側波帯変調の間に無線周波数波形の波形帯域幅を増加させる方法及び装置が開示される。この方法は、帯域幅乗算器により無線周波数波形を受け取り、上記受け取った無線周波数波形の帯域幅を増加させるステップと、帯域幅を増加させた上記無線周波数波形を光学変調器の無線周波数入力に提供して、抑圧搬送波両側波帯変調の間に無線周波数波形のさらなる波形帯域幅を発生させるステップと、を含む。
【０００４】
本開示の様々な実施形態によれば、抑圧搬送波両側波帯変調の間に無線周波数波形の波形帯域幅を増加させる装置が開示される。この装置は、無線周波数波形を受け取るようにかつこの受け取った無線周波数波形の帯域幅を増加させるように構成された帯域幅乗算器と、上記帯域幅を増加させた無線周波数波形を受け取るように構成された無線周波数入力を含む光学変調器であって、抑圧搬送波両側波帯変調の間に上記無線周波数波形のさらなる波形帯域幅を発生させるように構成された光学変調器と、を具備する。
【０００５】
本発明の上記及び上記以外の特徴及び性質、並びに、関連する構成要素及び各部分の組み合わせの動作方法及び機能、及び、製造の経済性については、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明と添付の特許請求の範囲を検討することによってさらに明らかになる。これらはいずれも本明細書の一部を構成する。本明細書において、類似の参照符号は様々な図面において対応部分を表している。添付図面は例示及び説明のためのものであり、本発明の発明特定事項の定義として用いることは意図されていない。本明細書及び特許請求の範囲における用法によれば、単数形の"the", "an"及び"the"には複数のものへの言及が含まれる。ただし、文脈によって別に解すべきことが明白な場合にはこの限りでない。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本開示の様々な態様に係る高帯域幅を有する光学波形を合成するための例示的なブロック図を示す。
【０００７】
【図２】図２は、本開示の様々な態様に係る抑圧搬送波両側波帯変調のための周波数を示す図の一例である。
【０００８】
【図３】図３は、本開示の様々な態様に係る抑圧搬送波単側波帯変調のための周波数を示す図の一例を示す。
【０００９】
【図４】図４は、本開示の様々な態様に係る無線周波数逓倍ステージの例示的なブロック図を示す。
【００１０】
【図５】図５は、本開示の様々な態様に係るマッハツェンダーRF-光学変調器の例示的なブロック図を示す。
【００１１】
【図６】図６は、マッハツェンダーRF-光学遷移関数のMatlabシミュレーションを示す。
【００１２】
【図７】図７は、ファイバーブラッググレーティングを介した複数の側波帯に対する光学的なフィルタリングを示す。
【００１３】
【図８】図８は、１次(N=1)上側光学側波帯の帯域幅測定を示す。
【００１４】
【図９】図９は、２次(N=2)上側光学側波帯の帯域幅測定を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の説明において、同様の構成要素が異なる複数の実施形態において示されるかどうかに関係なく、これらの同様の構成要素には、同一の参照符号が付される。本開示の実施形態を明確かつ正確に示すために、図面は必ずしも比例尺を用いて描かれるとは限らないし、特定の図面は幾分模式的な形式により示される。１つの実施形態に関して記載され及び／又は示された特徴は、１又はそれ以上の他の実施形態において同一の方法又は同様の方法により用いることができるものであり、及び／又は、上記他の実施形態の特徴と組み合わせて又はこの特徴の代わりに用いることができるものである。
【００１６】
図１は、高帯域幅及び単側波帯の線形周波数変調した光学波形を合成するための例示的なブロック図を示す。波形合成は、数値ソフトウェアプラットフォーム(1)を用いてコンピュータ上でベースバンド波形のディジタルサンプルを生成することから始まる。ソフトウェアプラットフォーム(1)は、マサチューセッツ州ナティックに本部を置くマスワークスにより製造されたMATLABのようなソフトウェアとすることができるが、他の適当なソフトウェアプラットフォームを用いてもよい。ディジタルサンプル(2)がコンピュータからメモリを内蔵した任意波形発生器(3)に転送される。
任意波形発生器は(3)は、メモリからD/A変換器に波形フォームをクロックして、帯域幅ΔfBASEBANDを有するベースバンド無線周波数(RF)波形(18)を生成する。
【００１７】
ベースバンドRF波形(18)から帯域幅ΔfFINALを有する最終的なRF波形(19)への変換は、全体としてMステージのRFアップ変換、すなわち、周波数逓倍回路(4), (5), (6)を必要とする。式(1)が、ベースバンドRF波形(18)と変調ステージ数Mと最終的なRF波形の帯域幅(19)との関係を記載する。
【００１８】
【数１】
【００１９】
最終的なRF波形(19)は、RF増幅器(7)により増幅され、光学変調器(9)のRF波形ポート(14)に送られる。光学変調器(9)は、マッハツェンダー光学変調器とすることができるが、他の適当な光学変調器を用いてもよい。本開示では、説明の簡略化のため、光学変調器(9)はマッハツェンダー光学変調器として説明される。公称1.5μmの波長及び狭い線幅を有するレーザ源(8)が光学入力(13)に接続され、電圧バイアス源(10)がバイアスポート(15)に接続される。光学変調器(9)は、RF入力(14)及び電圧バイアス(15)に基づいて光学搬送波(13)を変調して、変調光学信号を出力(16)に生成する。
【００２０】
光学変調器(9)は、抑圧搬送波両側波帯(DSB-SC)波形として知られる変調光学信号(16)を生成する。例えば、光学変調器(9)は、マッハツェンダー光学変調器とすることができる。図２は、残留光学搬送波(101)と、１次上側側波帯(102)と、１次下側側波帯(100)と、を示すDSB-SC光学波形(16)の周波数スペクトルを示す。図2から分かるように、光学搬送波信号(101)は、１次上側側波帯の波形(102)及び１次下側側波帯の波形(100)の両方に比べて、その強度が抑圧されたものである。上側側波帯の波形及び下側側波帯の波形は、点線で示すように、ｆBW[Hz]の帯域幅を有する。上側側波帯は、周波数fλ+fRFで始まりfλ+fRF+fBWまで帯域幅が延びたものとなっている。下側側波帯は、周波数fλ-fRFで始まりfλ-fRF-fBWまで帯域幅が延びたものとなっている。上側側波帯及び下側側波帯は、fλにある搬送波からの周波数オフセットを定める。限定を意図するものではない例として、λ=1.55μm付近の光学波長において、fλが約192THｚである一方、fRFは約16GHｚである。
【００２１】
DSB-SC光学波形は、光学サーキュレータ(12)を通過して帯域通過光学フィルタ(11)に送られるものとすることができ、この帯域通過光学フィルタは、反射モードにおいて動作する一方、１つの側波帯を透過するように構成可能なファイバーフラッググレーティング等である。図１に示すように、帯域通過光学フィルタ(11)は、ファイバーブラッググレーティングであるが、他の適当な光学フィルタを用いてもよい。光学フィルタ(11)は、他の光学側波帯及び残留光学搬送波を除去する一方、対象とされる光学側波帯を反射する光学帯域通過フィルタとして動作するように構成可能なものである。光学フィルタリングの結果、単一の側波帯(SSB)光学変調が得られ、結果として残ったSSB光学波形は、光学搬送波に載せられたRF信号特性を有する。最終的な光学波形(17)は、抑圧搬送波単側波帯波形(SSB-SC)として知られている。
【００２２】
図３は、残留光学搬送波(111)と、残留１次下側側波帯(110)と、（図１において符号17としても示される）１次上側側波帯信号(112)と、（図１において符号11としても示される）ファイバーブラッググレーティングといったような光学フィルタ(113)とを示す、SSB-SC光学波形の周波数スペクトルを示す。図３から分かるように、周波数fλにある残留搬送波、及び、周波数fλ-fRFにおいて始まってfλ-fRF-fBWまで延びる帯域幅を有する下側側波帯の両方は、上側側波帯の波形と比べて、その強度が抑圧されたものである。一実施形態では、ファイバーブラッググレーティングは、残留搬送波及び下側側波帯を完全には除去しないが、下側側波帯は、上側側波帯の信号電力に比べて、30dBc以上減衰する。上側側波帯の波形の周りにある１点鎖線に関して、この側波帯の波形の選択は、FBGフィルタに起因するものである。
【００２３】
図１のRFアップ変換、すなわち、逓倍ステージ(4),(5),(6)の各々は、個々の構成要素を示すように拡張することができ、これが図４に描かれている。入力RF信号(25)は、帯域通過フィルタ(27)及び低域通過フィルタ(28)によりフィルタリングされた後、このフィルタリングされた信号が増幅器(29)により増幅されうる。増幅器(29)は、信号のレベルを増加させることができ、増幅された信号(36)は、次に、RFアイソレータ(30)及びさらなる帯域通過フィルタ(31)及び低域通過フィルタ(32)を通過して、増幅された信号(37)から望ましくない信号成分が除去されうる。この後、増幅された信号(37)は、信号時間・帯域幅の特性に例えば係数2を乗ずるRF逓倍回路(33)に送ることができる。逓倍された波形(38)は、この後、もう１つのRFアイソレータ(34)を通過して、この無線周波数逓倍ステージの出力(26)において現れることができる。このような波形の時間・帯域幅を変更するプロセスをM回繰り返して、式(1)に記載されたような最終的な波形の帯域幅(19)を得ることができる。
【００２４】
通常、ベースバンドRF波形(18)から最終的なRF波形(19)を生成することは、図１の符号(4),(5),(6)及び図４における上述した構成要素といったような著しい量の非常に高性能なRF回路を含んで、RF波形の時間・帯域幅特性を変更する傾向がある。RFデバイスの帯域幅に対するRF波形の比、すなわち、比帯域は、１に近づくので、利得、利得の均一性、出力電力、出力リップル、位相シフト及び群遅延を含むRF性能仕様は、極度に達成するのが困難なものとなる。よって、大きな時間・帯域幅積を有する光学波形を生成するための簡単な方法が必要とされている。
【００２５】
本開示の様々な態様によれば、マッハツェンダーRF-光学遷移関数を利用して、図１の全体のシステムアーキテクチャを単純化することができる。図１の符号(4),(5),(6)及び図４に示された構成要素といったようなRFアップ変換回路のステージ数Mを低減するために、複数の光学高調波の合成を用いることができる。
【００２６】
図５は、図１の参照符号9のマッハツェンダーRF-光学変調器と、点線で特定される位置におけるデバイス内の光学波形を記載する関連した位相項とのブロック図を示す。光学搬送波が、マッハツェンダーの入力ポート(50)(図１におて参照符号13によっても示された)に入力され、等しい電力を有するが90度の位相シフト(52),(55)を有する光学信号に分割(58)される。電圧バイアス(53)が付与された後、マッハツェンダーの一方の光学経路であるアーム２は、図５に示す振幅及び位相(54)により位相を与えられる。アーム１における他方の信号(55)は、（図１において参照符号19によっても示された）RF入力信号(56)に従って変更され、結果として生じた振幅及び位相(57)を有する。マッハツェンダーのこれらの光学経路が光学的に混合され(59)、最終的な出力光学波形(51)が生成される。
【００２７】
式(2)は、マッハツェンダーの出力(51)における光学搬送波の複素電場を定義する。
【００２８】
【数２】
【００２９】
式(3)は、マッハツェンダーの出力(51)における光学強度を定義するものであって、式(2)から導出することができる。
【００３０】
【数３】
【００３１】
式(3)におけるVBIASを含む最初の余弦関数項は、完全に、印加されたバイアス電圧が変化させられたときに変化する静的な位相項である。式(3)における２番目の余弦関数項は、（図１において参照符号14によっても示された）入力RF信号(56)であって、以下に式(4)により定義されるVRF(t)に関連する。式(4)における信号の帯域幅ΔfFINALは、式(1)に従って時間・帯域幅積M回だけベースバンドRF波形(18)を変更することにより決定される。
【００３２】
式(4)は、入力RF信号VRF(t)を定義する。
【００３３】
【数４】
【００３４】
式(3)における複数の項を再定義して式(4)に代入すると、バイアス電圧(53)及び入力RF信号(56)の関数としてマッハツェンダー光学出力信号(51)を定義する式(5),(6),(7)を生成することができる。式(5),(6),(7)は、全体として、マッハツェンダーRF-光学遷移関数として知られている。
【００３５】
【数５】
【数６】
【数７】
【００３６】
図６は、任意に選択した最終的なRF波形(19)信号特性を用いた式(5),(6),(7)のMatlabシミュレーションを示す。マッハツェンダーの光学出力(51)、すなわち、式(5),(6),(7)に関連して説明した遷移関数の大きさが、光学電力dBを用いてy軸にプロットされている。x軸は、マッハツェンダーの（図１において参照符号13によっても示された）光学搬送波入力(50)に関連した周波数GHｚを示す。マッハツェンダーのバイアスポート(53)におけるVBIASに適切な電圧バイアスを印加すると、式(6)におけるφBIASをπ／2ラジアンに等しくなるように設定することができる。このバイアス点によって、マッハツェンダー変調器は、光学搬送波の複数の高調波側波帯を含む（図１において参照符号16によっても示された）DSB-SC光学信号(51)を生成する。図６は、この複数の高調波を有するDSB-SC光学信号であって、高調波１次上側側波帯(76)と、１次下側側波帯(75)と、２次上側側波帯(77)と、２次下側側波帯(78)とを含むDSB-SC光学信号を示す。
【００３７】
図６から分かるように、２次光学側波帯(77),(78)は、１次光学側波帯(75),(76)の２倍のバンド幅を有する。マッハツェンダーRF-光学遷移関数を利用することによって、Mステージの波形の時間・帯域幅の変更をRF回路(4),(5),(6)とマッハツェンダー変調器(9)とに分けることが可能となる。よって、式(1)は、以下に示す式(8)であって、マッハツェンダー変調器におけるN番目の光学高調波（式(4),(5),(6)及び図６）の合成をどのように用いて、RF逓倍ステージ(4),(5),(6)の設計を簡略化して、ステージのカウントをMからM-N+1に減少させるかを規定する式(8)として、書き直すことができる。
【００３８】
【数８】
【００３９】
図７は、Ando AQ6319光学スペクトルアナライザにより測定された光学スペクトルを示し、図１に記載されたシステムアーキテクチャ及び図６のマッハツェンダー変調器シミュレーションの実験値を表現するものである。図２に類似した周波数スペクトルを有する複数の側波帯DSB-SC光学波形（図７における点線）は、ファイバーブラッググレーティング(11)を介してフィルタリングされて、望ましくない側波帯を除去して、SSB-SC光学波形(17)を残し、図７における実線は、図３に示した周波数スペクトルを有する、光学的にフィルタリングされたSSB-SC光学波形(17)を表現する。図７のx軸は、周波数ではなくナノメートルで示されている。したがって、上側側波帯は、より短い波長の近くであってこのプロットのより高い周波数部分に対応する左手側に示されている。
【００４０】
500MHzの帯域幅を有するベースバンドRF波形18は、３ステージの時間・帯域幅変更(4),(5),(6)を受けて、4GHzの帯域幅を有する最終的なRF波形(19)を生成する。4GHzの最終的なRF波形(19)が、1.5μmの光学搬送波(8)の上に変調され、図８の点線により示されるような4GHzの１次（N=1）SSB-SC光学波形（参照符号17、図３）を生成する。
【００４１】
500MHzの帯域幅を有する同一のベースバンドRF波形(18)と、１次(N=1)光学高調波を生成するマッハツェンダーとが与えられたとすると、8GHzのSSB-SC光学波形17の生成には、４ステージ（M=4）の時間・帯域幅変更(4),(5),(6)が必要になる。ファイバーブラッググレーティングフィルタ(11)に関連して、式(5),(6),(7)に記載されたようなマッハツェンダーRF-光学遷移関数を利用することによって、４GHzの波形として同一の３ステージの時間-帯域幅変更(4),(5),(6)を用いて２次高調波（N=2）の8GHzSSB-SC光学波形(17)の合成が可能となる。この8GHzSSB-SC光学波形が、帯域幅の測定とともに、図９において実線で描かれている。
【００４２】
上記開示は、様々な有用な実施形態であると現在考えられるものを説明しているが、このような詳細は専らそういった目的のためのものであるということ、及び、添付した特許請求の範囲は、本明細書で開示された実施形態に限定されるものではなく、逆に、この特許請求の範囲の思想及び範囲内にある変更及び等価な構成を含むように意図されたものである、ということを理解されたい。
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的には光学の分野に関し、より具体的には超広帯域の帯域幅を有する光学波形を合成する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の波形が、増加するより広い帯域幅を用いて合成されるときには、無線周波数(RF)の設計が複雑なものになる傾向がある。電力、振幅リップル、利得の平坦度、及び、帯域幅上の位相ひずみといったような、ＲＦ部品の設計基準は、増加する帯域幅を用いて維持することが益々困難なものとなる。抑圧搬送波両側波帯変調の際に無線周波数波形の波形帯域幅を増加させる改善されたメカニズムが必要とされている。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の様々な実施形態によれば、抑圧搬送波両側波帯変調の間に無線周波数波形の波形帯域幅を増加させる方法及び装置が開示される。この方法は、帯域幅乗算器により無線周波数波形を受け取り、上記受け取った無線周波数波形の帯域幅を増加させるステップと、帯域幅を増加させた上記無線周波数波形を光学変調器の無線周波数入力に提供して、抑圧搬送波両側波帯変調の間に無線周波数波形のさらなる波形帯域幅を発生させるステップと、を含む。
【０００４】
本開示の様々な実施形態によれば、抑圧搬送波両側波帯変調の間に無線周波数波形の波形帯域幅を増加させる装置が開示される。この装置は、無線周波数波形を受け取るようにかつこの受け取った無線周波数波形の帯域幅を増加させるように構成された帯域幅乗算器と、上記帯域幅を増加させた無線周波数波形を受け取るように構成された無線周波数入力を含む光学変調器であって、抑圧搬送波両側波帯変調の間に上記無線周波数波形のさらなる波形帯域幅を発生させるように構成された光学変調器と、を具備する。
【０００５】
本発明の上記及び上記以外の特徴及び性質、並びに、関連する構成要素及び各部分の組み合わせの動作方法及び機能、及び、製造の経済性については、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明と添付の特許請求の範囲を検討することによってさらに明らかになる。これらはいずれも本明細書の一部を構成する。本明細書において、類似の参照符号は様々な図面において対応部分を表している。添付図面は例示及び説明のためのものであり、本発明の発明特定事項の定義として用いることは意図されていない。本明細書及び特許請求の範囲における用法によれば、単数形の"the", "an"及び"the"には複数のものへの言及が含まれる。ただし、文脈によって別に解すべきことが明白な場合にはこの限りでない。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本開示の様々な態様に係る高帯域幅を有する光学波形を合成するための例示的なブロック図を示す。
【０００７】
【図２】図２は、本開示の様々な態様に係る抑圧搬送波両側波帯変調のための周波数を示す図の一例である。
【０００８】
【図３】図３は、本開示の様々な態様に係る抑圧搬送波単側波帯変調のための周波数を示す図の一例を示す。
【０００９】
【図４】図４は、本開示の様々な態様に係る無線周波数逓倍ステージの例示的なブロック図を示す。
【００１０】
【図５】図５は、本開示の様々な態様に係るマッハツェンダーRF-光学変調器の例示的なブロック図を示す。
【００１１】
【図６】図６は、マッハツェンダーRF-光学遷移関数のMatlabシミュレーションを示す。
【００１２】
【図７】図７は、ファイバーブラッググレーティングを介した複数の側波帯に対する光学的なフィルタリングを示す。
【００１３】
【図８】図８は、１次(N=1)上側光学側波帯の帯域幅測定を示す。
【００１４】
【図９】図９は、２次(N=2)上側光学側波帯の帯域幅測定を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の説明において、同様の構成要素が異なる複数の実施形態において示されるかどうかに関係なく、これらの同様の構成要素には、同一の参照符号が付される。本開示の実施形態を明確かつ正確に示すために、図面は必ずしも比例尺を用いて描かれるとは限らないし、特定の図面は幾分模式的な形式により示される。１つの実施形態に関して記載され及び／又は示された特徴は、１又はそれ以上の他の実施形態において同一の方法又は同様の方法により用いることができるものであり、及び／又は、上記他の実施形態の特徴と組み合わせて又はこの特徴の代わりに用いることができるものである。
【００１６】
図１は、高帯域幅及び単側波帯の線形周波数変調した光学波形を合成するための例示的なブロック図を示す。波形合成は、数値ソフトウェアプラットフォーム(1)を用いてコンピュータ上でベースバンド波形のディジタルサンプルを生成することから始まる。ソフトウェアプラットフォーム(1)は、マサチューセッツ州ナティックに本部を置くマスワークスにより製造されたMATLABのようなソフトウェアとすることができるが、他の適当なソフトウェアプラットフォームを用いてもよい。ディジタルサンプル(2)がコンピュータからメモリを内蔵した任意波形発生器(3)に転送される。
任意波形発生器は(3)は、メモリからD/A変換器に波形フォームをクロックして、帯域幅ΔfBASEBANDを有するベースバンド無線周波数(RF)波形(18)を生成する。
【００１７】
ベースバンドRF波形(18)から帯域幅ΔfFINALを有する最終的なRF波形(19)への変換は、全体としてMステージのRFアップ変換、すなわち、周波数逓倍回路(4), (5), (6)を必要とする。式(1)が、ベースバンドRF波形(18)と変調ステージ数Mと最終的なRF波形の帯域幅(19)との関係を記載する。
【００１８】
【数１】
【００１９】
最終的なRF波形(19)は、RF増幅器(7)により増幅され、光学変調器(9)のRF波形ポート(14)に送られる。光学変調器(9)は、マッハツェンダー光学変調器とすることができるが、他の適当な光学変調器を用いてもよい。本開示では、説明の簡略化のため、光学変調器(9)はマッハツェンダー光学変調器として説明される。公称1.5μmの波長及び狭い線幅を有するレーザ源(8)が光学入力(13)に接続され、電圧バイアス源(10)がバイアスポート(15)に接続される。光学変調器(9)は、RF入力(14)及び電圧バイアス(15)に基づいて光学搬送波(13)を変調して、変調光学信号を出力(16)に生成する。
【００２０】
光学変調器(9)は、抑圧搬送波両側波帯(DSB-SC)波形として知られる変調光学信号(16)を生成する。例えば、光学変調器(9)は、マッハツェンダー光学変調器とすることができる。図２は、残留光学搬送波(101)と、１次上側側波帯(102)と、１次下側側波帯(100)と、を示すDSB-SC光学波形(16)の周波数スペクトルを示す。図2から分かるように、光学搬送波信号(101)は、１次上側側波帯の波形(102)及び１次下側側波帯の波形(100)の両方に比べて、その強度が抑圧されたものである。上側側波帯の波形及び下側側波帯の波形は、点線で示すように、ｆBW[Hz]の帯域幅を有する。上側側波帯は、周波数fλ+fRFで始まりfλ+fRF+fBWまで帯域幅が延びたものとなっている。下側側波帯は、周波数fλ-fRFで始まりfλ-fRF-fBWまで帯域幅が延びたものとなっている。上側側波帯及び下側側波帯は、fλにある搬送波からの周波数オフセットを定める。限定を意図するものではない例として、λ=1.55μm付近の光学波長において、fλが約192THｚである一方、fRFは約16GHｚである。
【００２１】
DSB-SC光学波形は、光学サーキュレータ(12)を通過して帯域通過光学フィルタ(11)に送られるものとすることができ、この帯域通過光学フィルタは、反射モードにおいて動作する一方、１つの側波帯を透過するように構成可能なファイバーフラッググレーティング等である。図１に示すように、帯域通過光学フィルタ(11)は、ファイバーブラッググレーティングであるが、他の適当な光学フィルタを用いてもよい。光学フィルタ(11)は、他の光学側波帯及び残留光学搬送波を除去する一方、対象とされる光学側波帯を反射する光学帯域通過フィルタとして動作するように構成可能なものである。光学フィルタリングの結果、単一の側波帯(SSB)光学変調が得られ、結果として残ったSSB光学波形は、光学搬送波に載せられたRF信号特性を有する。最終的な光学波形(17)は、抑圧搬送波単側波帯波形(SSB-SC)として知られている。
【００２２】
図３は、残留光学搬送波(111)と、残留１次下側側波帯(110)と、（図１において符号17としても示される）１次上側側波帯信号(112)と、（図１において符号11としても示される）ファイバーブラッググレーティングといったような光学フィルタ(113)とを示す、SSB-SC光学波形の周波数スペクトルを示す。図３から分かるように、周波数fλにある残留搬送波、及び、周波数fλ-fRFにおいて始まってfλ-fRF-fBWまで延びる帯域幅を有する下側側波帯の両方は、上側側波帯の波形と比べて、その強度が抑圧されたものである。一実施形態では、ファイバーブラッググレーティングは、残留搬送波及び下側側波帯を完全には除去しないが、下側側波帯は、上側側波帯の信号電力に比べて、30dBc以上減衰する。上側側波帯の波形の周りにある１点鎖線に関して、この側波帯の波形の選択は、FBGフィルタに起因するものである。
【００２３】
図１のRFアップ変換、すなわち、逓倍ステージ(4),(5),(6)の各々は、個々の構成要素を示すように拡張することができ、これが図４に描かれている。入力RF信号(25)は、帯域通過フィルタ(27)及び低域通過フィルタ(28)によりフィルタリングされた後、このフィルタリングされた信号が増幅器(29)により増幅されうる。増幅器(29)は、信号のレベルを増加させることができ、増幅された信号(36)は、次に、RFアイソレータ(30)及びさらなる帯域通過フィルタ(31)及び低域通過フィルタ(32)を通過して、増幅された信号(37)から望ましくない信号成分が除去されうる。この後、増幅された信号(37)は、信号時間・帯域幅の特性に例えば係数2を乗ずるRF逓倍回路(33)に送ることができる。逓倍された波形(38)は、この後、もう１つのRFアイソレータ(34)を通過して、この無線周波数逓倍ステージの出力(26)において現れることができる。このような波形の時間・帯域幅を変更するプロセスをM回繰り返して、式(1)に記載されたような最終的な波形の帯域幅(19)を得ることができる。
【００２４】
通常、ベースバンドRF波形(18)から最終的なRF波形(19)を生成することは、図１の符号(4),(5),(6)及び図４における上述した構成要素といったような著しい量の非常に高性能なRF回路を含んで、RF波形の時間・帯域幅特性を変更する傾向がある。RFデバイスの帯域幅に対するRF波形の比、すなわち、比帯域は、１に近づくので、利得、利得の均一性、出力電力、出力リップル、位相シフト及び群遅延を含むRF性能仕様は、極度に達成するのが困難なものとなる。よって、大きな時間・帯域幅積を有する光学波形を生成するための簡単な方法が必要とされている。
【００２５】
本開示の様々な態様によれば、マッハツェンダーRF-光学遷移関数を利用して、図１の全体のシステムアーキテクチャを単純化することができる。図１の符号(4),(5),(6)及び図４に示された構成要素といったようなRFアップ変換回路のステージ数Mを低減するために、複数の光学高調波の合成を用いることができる。
【００２６】
図５は、図１の参照符号9のマッハツェンダーRF-光学変調器と、点線で特定される位置におけるデバイス内の光学波形を記載する関連した位相項とのブロック図を示す。光学搬送波が、マッハツェンダーの入力ポート(50)(図１におて参照符号13によっても示された)に入力され、等しい電力を有するが90度の位相シフト(52),(55)を有する光学信号に分割(58)される。電圧バイアス(53)が付与された後、マッハツェンダーの一方の光学経路であるアーム２は、図５に示す振幅及び位相(54)により位相を与えられる。アーム１における他方の信号(55)は、（図１において参照符号19によっても示された）RF入力信号(56)に従って変更され、結果として生じた振幅及び位相(57)を有する。マッハツェンダーのこれらの光学経路が光学的に混合され(59)、最終的な出力光学波形(51)が生成される。
【００２７】
式(2)は、マッハツェンダーの出力(51)における光学搬送波の複素電場を定義する。
【００２８】
【数２】
【００２９】
式(3)は、マッハツェンダーの出力(51)における光学強度を定義するものであって、式(2)から導出することができる。
【００３０】
【数３】
【００３１】
式(3)におけるVBIASを含む最初の余弦関数項は、完全に、印加されたバイアス電圧が変化させられたときに変化する静的な位相項である。式(3)における２番目の余弦関数項は、（図１において参照符号14によっても示された）入力RF信号(56)であって、以下に式(4)により定義されるVRF(t)に関連する。式(4)における信号の帯域幅ΔfFINALは、式(1)に従って時間・帯域幅積M回だけベースバンドRF波形(18)を変更することにより決定される。
【００３２】
式(4)は、入力RF信号VRF(t)を定義する。
【００３３】
【数４】
【００３４】
式(3)における複数の項を再定義して式(4)に代入すると、バイアス電圧(53)及び入力RF信号(56)の関数としてマッハツェンダー光学出力信号(51)を定義する式(5),(6),(7)を生成することができる。式(5),(6),(7)は、全体として、マッハツェンダーRF-光学遷移関数として知られている。
【００３５】
【数５】
【数６】
【数７】
【００３６】
図６は、任意に選択した最終的なRF波形(19)信号特性を用いた式(5),(6),(7)のMatlabシミュレーションを示す。マッハツェンダーの光学出力(51)、すなわち、式(5),(6),(7)に関連して説明した遷移関数の大きさが、光学電力dBを用いてy軸にプロットされている。x軸は、マッハツェンダーの（図１において参照符号13によっても示された）光学搬送波入力(50)に関連した周波数GHｚを示す。マッハツェンダーのバイアスポート(53)におけるVBIASに適切な電圧バイアスを印加すると、式(6)におけるφBIASをπ／2ラジアンに等しくなるように設定することができる。このバイアス点によって、マッハツェンダー変調器は、光学搬送波の複数の高調波側波帯を含む（図１において参照符号16によっても示された）DSB-SC光学信号(51)を生成する。図６は、この複数の高調波を有するDSB-SC光学信号であって、高調波１次上側側波帯(76)と、１次下側側波帯(75)と、２次上側側波帯(77)と、２次下側側波帯(78)とを含むDSB-SC光学信号を示す。
【００３７】
図６から分かるように、２次光学側波帯(77),(78)は、１次光学側波帯(75),(76)の２倍のバンド幅を有する。マッハツェンダーRF-光学遷移関数を利用することによって、Mステージの波形の時間・帯域幅の変更をRF回路(4),(5),(6)とマッハツェンダー変調器(9)とに分けることが可能となる。よって、式(1)は、以下に示す式(8)であって、マッハツェンダー変調器におけるN番目の光学高調波（式(4),(5),(6)及び図６）の合成をどのように用いて、RF逓倍ステージ(4),(5),(6)の設計を簡略化して、ステージのカウントをMからM-N+1に減少させるかを規定する式(8)として、書き直すことができる。
【００３８】
【数８】
【００３９】
図７は、Ando AQ6319光学スペクトルアナライザにより測定された光学スペクトルを示し、図１に記載されたシステムアーキテクチャ及び図６のマッハツェンダー変調器シミュレーションの実験値を表現するものである。図２に類似した周波数スペクトルを有する複数の側波帯DSB-SC光学波形（図７における点線）は、ファイバーブラッググレーティング(11)を介してフィルタリングされて、望ましくない側波帯を除去して、SSB-SC光学波形(17)を残し、図７における実線は、図３に示した周波数スペクトルを有する、光学的にフィルタリングされたSSB-SC光学波形(17)を表現する。図７のx軸は、周波数ではなくナノメートルで示されている。したがって、上側側波帯は、より短い波長の近くであってこのプロットのより高い周波数部分に対応する左手側に示されている。
【００４０】
500MHzの帯域幅を有するベースバンドRF波形18は、３ステージの時間・帯域幅変更(4),(5),(6)を受けて、4GHzの帯域幅を有する最終的なRF波形(19)を生成する。4GHzの最終的なRF波形(19)が、1.5μmの光学搬送波(8)の上に変調され、図８の点線により示されるような4GHzの１次（N=1）SSB-SC光学波形（参照符号17、図３）を生成する。
【００４１】
500MHzの帯域幅を有する同一のベースバンドRF波形(18)と、１次(N=1)光学高調波を生成するマッハツェンダーとが与えられたとすると、8GHzのSSB-SC光学波形17の生成には、４ステージ（M=4）の時間・帯域幅変更(4),(5),(6)が必要になる。ファイバーブラッググレーティングフィルタ(11)に関連して、式(5),(6),(7)に記載されたようなマッハツェンダーRF-光学遷移関数を利用することによって、４GHzの波形として同一の３ステージの時間-帯域幅変更(4),(5),(6)を用いて２次高調波（N=2）の8GHzSSB-SC光学波形(17)の合成が可能となる。この8GHzSSB-SC光学波形が、帯域幅の測定とともに、図９において実線で描かれている。
【００４２】
上記開示は、様々な有用な実施形態であると現在考えられるものを説明しているが、このような詳細は専らそういった目的のためのものであるということ、及び、添付した特許請求の範囲は、本明細書で開示された実施形態に限定されるものではなく、逆に、この特許請求の範囲の思想及び範囲内にある変更及び等価な構成を含むように意図されたものである、ということを理解されたい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抑圧搬送波両側波帯変調の間に無線周波数波形の波形帯域幅を増加させる方法であって、
帯域幅乗算器により無線周波数波形を受け取るステップと、
前記受け取った無線周波数波形の帯域幅を増加させるステップと、
帯域幅を増加させた前記無線周波数波形を光学変調器に供給して、抑圧搬送波両側波帯変調の間に無線周波数波形のさらなる波形帯域幅を発生させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記光学変調器がマッハツェンダー光学変調器を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
直流電源により前記マッハツェンダー光学変調器にバイアスをかけられるステップと、
抑圧搬送波両側波帯モードにおいて前記マッハツェンダー光学変調器を動作させるステップと、
光学搬送波を変調する間に前記無線周波数波形の複数の高調波を生成して、抑圧搬送波両側波帯型の光学波形を形成する段階と、
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記抑圧搬送波両側波帯型の光学波形を光学的にフィルタリングして、光学帯域通過フィルタにより抑圧搬送波単側波帯型の波形を生成する段階、
をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記無線周波数の前記帯域幅は、前記光学変調器により光学搬送波の上に変調される前に、無線周波数逓倍器により１又はそれ以上の帯域幅逓倍動作を実行することにより増加させられる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
１又はそれ以上のディジタル波形サンプルをD/A変換器に供給して、前記受け取った無線周波数波形を生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記光学帯域通過フィルタがファイバーブラッググレーティングを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記帯域幅を増加させた無線周波数波形が、前記光学変調器の無線周波数入力に提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
抑圧搬送波両側波帯変調の間に無線周波数波形の波形帯域幅を増加させる装置であって、
無線周波数波形を受け取るようにかつ該受け取った無線周波数波形の帯域幅を増加させるように構成された帯域幅乗算器と、
前記帯域幅を増加させた無線周波数波形を受け取るように、かつ、抑圧搬送波両側波帯変調の間に前記無線周波数波形のさらなる波形帯域幅を発生させるように構成された光学変調器と、
を具備することを特徴とする装置。
【請求項１０】
前記光学変調器がマッハツェンダー光学変調器を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記マッハツェンダー光学変調器は、直流電源によりバイアスをかけられるように、かつ、抑圧搬送波両側波帯モードにおいて動作させられ、光学搬送波を変調する間に前記無線周波数波形の複数の高調波を生成して抑圧搬送波両側波帯の光学波形を形成するように、構成される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記抑圧搬送波両側波帯型の光学波形をフィルタリングするように構成された光学帯域通過フィルタであって、該フィルタの出力において抑圧搬送波単側波帯型の波形を生成するように構成された光学帯域通過フィルタ、をさらに具備する装置。
【請求項１３】
前記無線周波数波形の前記帯域幅が、光学変調器により光学搬送波の上に変調される前に、無線周波数逓倍器により１又はそれ以上の帯域幅逓倍動作を実行することにより増加させられる、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記光学変調器が、前記帯域幅を増加させた無線周波数波形を受け取るように構成された無線周波数入力を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
前記光学帯域通過フィルタがファイバーブラッググレーティングを含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記光学変調器がマッハツェンダー光学変調を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１】
抑圧搬送波両側波帯変調の間に無線周波数波形の波形帯域幅を増加させる方法であって、
帯域幅乗算器により無線周波数波形を受け取るステップと、
前記受け取った無線周波数波形の帯域幅を増加させるステップと、
帯域幅を増加させた前記無線周波数波形を光学変調器に供給して、抑圧搬送波両側波帯変調の間に無線周波数波形のさらなる波形帯域幅を発生させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記光学変調器がマッハツェンダー光学変調器を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
直流電源により前記マッハツェンダー光学変調器にバイアスをかけられるステップと、
抑圧搬送波両側波帯モードにおいて前記マッハツェンダー光学変調器を動作させるステップと、
光学搬送波を変調する間に前記無線周波数波形の複数の高調波を生成して、抑圧搬送波両側波帯型の光学波形を形成する段階と、
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記抑圧搬送波両側波帯型の光学波形を光学的にフィルタリングして、光学帯域通過フィルタにより抑圧搬送波単側波帯型の波形を生成する段階、
をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記無線周波数の前記帯域幅は、前記光学変調器により光学搬送波の上に変調される前に、無線周波数逓倍器により１又はそれ以上の帯域幅逓倍動作を実行することにより増加させられる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
１又はそれ以上のディジタル波形サンプルをD/A変換器に供給して、前記受け取った無線周波数波形を生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記光学帯域通過フィルタがファイバーブラッググレーティングを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記帯域幅を増加させた無線周波数波形が、前記光学変調器の無線周波数入力に提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
抑圧搬送波両側波帯変調の間に無線周波数波形の波形帯域幅を増加させる装置であって、
無線周波数波形を受け取るようにかつ該受け取った無線周波数波形の帯域幅を増加させるように構成された帯域幅乗算器と、
前記帯域幅を増加させた無線周波数波形を受け取るように、かつ、抑圧搬送波両側波帯変調の間に前記無線周波数波形のさらなる波形帯域幅を発生させるように構成された光学変調器と、
を具備することを特徴とする装置。
【請求項１０】
前記光学変調器がマッハツェンダー光学変調器を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記マッハツェンダー光学変調器は、直流電源によりバイアスをかけられるように、かつ、抑圧搬送波両側波帯モードにおいて動作させられ、光学搬送波を変調する間に前記無線周波数波形の複数の高調波を生成して抑圧搬送波両側波帯の光学波形を形成するように、構成される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記抑圧搬送波両側波帯型の光学波形をフィルタリングするように構成された光学帯域通過フィルタであって、該フィルタの出力において抑圧搬送波単側波帯型の波形を生成するように構成された光学帯域通過フィルタ、をさらに具備する装置。
【請求項１３】
前記無線周波数波形の前記帯域幅が、光学変調器により光学搬送波の上に変調される前に、無線周波数逓倍器により１又はそれ以上の帯域幅逓倍動作を実行することにより増加させられる、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記光学変調器が、前記帯域幅を増加させた無線周波数波形を受け取るように構成された無線周波数入力を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
前記光学帯域通過フィルタがファイバーブラッググレーティングを含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記光学変調器がマッハツェンダー光学変調を含む、請求項１３に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１２８４００（Ｐ２０１２−１２８４００Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２１０２４３（Ｐ２０１１−２１０２４３）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（５０３４５５３６３）レイセオン カンパニー (244)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１０２４３（Ｐ２０１１−２１０２４３）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（５０３４５５３６３）レイセオン カンパニー (244)
【Ｆターム（参考）】
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