载波残留型信号的生成方法及其装置的制作方法

专利名称：载波残留型信号的生成方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种载波残留型信号的生成方法及其装置，特别是涉及一种用于获取光测量领域或光纤无线通信领域中使用的外差光信号的载波残留型信号的生成方法及其装置。
背景技术：
光通信和光测量领域中广泛使用外差法，即，使两束频率稍有差异的光波相互重叠，产生“差拍”，从所述“差拍”中获取所需的信息。
近年来，随着动画传递服务所引发的信息大容量化和信息内容的多样化，为了能够利用宽带频率资源，人们正在研究、开发采用毫米波段(30-300GHz)电波的无线系统，特别是，由于毫米波的传送距离短，如专利文献1中所述，通常采用光纤无线通信方式进行传送，即，在远程距离传送部分利用光纤进行传送，然后在无线用户或接收机的附近将光通信信号转换成无线通信信号，然后加以利用。另外，虽然用电振荡器生成毫米波是很困难的事，但是，通过外差法，将不同频率的光信号输入至光/电转换器(O/E转换器)，对输出的电信号进行放大，就可以很容易地生成毫米波。
专利文献1日本专利公开2002-353897号公报所述外差法中使用的频率稍有差异的两束光波，通常是利用塞曼效应激光器，或者用变频器改变一束的光波的方法来生成。但是存在许多问题塞曼效应激光器由于使用氦氖激光器等，体积庞大；变频器，则由于由许多光学部件构成，不但光源电路复杂，而且其特性随温度等环境的变化而发生变化。
此外，即使将多个半导体激光器组合起来使用，也存在许多缺陷，例如，不只需要将两束光波调整到同一光轴上，而且由于半导体激光器的输出特性随温度的变化而变化，所以很难将两束光波的频率差保持在一定值上。
因此，本发明的申请人提供了一种单边带(Single Side-Band，SSB)光调制器，通过所述光调制器，可以很容易地获得不同频率的光波。
在下面的非专利文献1中记载有一个SSB光调制器的例子。
(非专利文献1)论文《使用X切LiNbO3的光SSB-SC调制器》(日隈薰等5人p.17-21，(住友大阪水泥·技术报告2002年版)，住友大阪水泥株式会社新规技术研究所发行，平城13年12月8日)下面说明SSB光调制器的工作原理。
图1表示的是不抑制载波的SSB光调制器的原理。
所述光调制器的结构是Ti等扩散在LiNbO3等具有电光学效应的基板上，形成如图1所示的MZ(Mach-Zehnder)型光导波路。SSB光调制器并不只局限于如图1所示的单一MZ型光导波路，还可以根据用途采用后面将要叙述的、具有如图2所示嵌套式MZ结构的光导波路，所述光导波路中，两个副MZ光导波路MZA和MZB并列设置在主MZ光导波路MZC的各分支上。
图1和图2是表示向MZ型光导波路的分支导波路上外加调制信号或者直流偏压信号的电极的概略图。RFA和RFB是表示用于向单一MZ型光导波路的两个分支导波路，或者向如图2中所示的副MZ光导波路MZA和MZB外加微波调制信号的行进波型共平面电极的概略图。DCA和DCB是表示用于向单一MZ型光导波路的特定分支导波路，或者向副MZ光导波路MZA和MZB分别外加用于给与规定的相位差的直流偏压电压的相位调整用电极的概略图。DCC是表示向主MZ光导波路MZC外加用于给与规定的相位差的直流偏压电压的相位调整用电极的概略图。
众所周知，SSB光调制技术中，SSB调制信号是通过把原信号和希尔伯特变换后的原信号加起来获取。
为进行不抑制载波的光的SSB调制，使用如图1所示的双驱动的单独MZ调制器(图中显示的是采用Z切基板的例子)即可。
将入射光设为exp(jωt)，从RFA端口和RFB端口同时分别输入单一周波RF信号ΦcosΩt和对所述信号进行希尔伯特变换后得到的信号H[ΦcosΩt]＝ΦsinΩt。
因为sinΩt＝cos(Ωt-/2)，所以通过使用微波用移相器能够同时提供两种信号。其中，Φ是调制度，ω、Ω分别表示光波和微波(RF)信号的频率。
而且，从DCA端口施加适当的偏压，对通过MZ光导波路的两个分支的光波的相位差付与/2。
下面的式子(1)所示着重于光波合波处的光波的相位项的表达式。
exp(jωt)×{exp(jΦcosΩt)+exp(jΦsinΩt)×exp(j/2)}＝2×exp(jωt)×{J0(Φ)+j×J1(Φ)exp(jΩt)}……(1)式中，J0、J1分别表示0次和1次贝塞耳函数，2次以上的成分忽略不计。
式(1)中，虽然0次和1次光谱成分残留着，但-1次成分(J-1)却没有了(如果把这个用模式图表示，则是如图1的MZ光导波路的右侧所示光谱分布的光波从MZ光导波路出射)。而且，与入射光的光频率相同，J0所表示的0次光谱的光频率也是ω，J1所表示的1次光谱的光频率为ω+Ω，即成为从入射光的频率只移动微波的频率份额的频率。
另外，如要保留-1次成分(J-1)、去掉1次成分(J1)，在DCA的端口上外加给予-/2相位差的偏压即可。此时-1次光谱的光频率为ω-Ω。
下面说明载波成分即0次贝塞耳函数的抑制方法。
图2是表示抑制载波的单边带(Single Side-Band with SuppressedCarrier、SSB-SC)光调制器的光导波路的模式图。如图2所示，在SSB-SC光调制器的单独MZ干涉系统的两个分支上设置有副MZ干涉系统。
在所述副MZ光导波路上外加如图3所示的信号。这也可以认为与一般的用底部驱动进行的强度调制时的情况相同。
下面的式(2)是着重于出射光的相位项的表达式。
exp(jωt)×{exp(jΦsinΩt)+exp(-jΦsinΩt)×exp(j)}＝2×exp(jωt)×{J-1(Φ)exp(-jΩt)+J1(Φ)exp(jΩt)}……(2)从所述表达式中可以看出，包含载波成分的偶数次光谱成分被删除了(用模式图表示，则是光谱分布如在图3中MZ光导波路的右侧所示的光波从MZ光导波路出射)。
通过将图1和表达式(1)所示的调制方式(SSB光调制)、图3和表达式(2)所示的调制方式(在副MZ上抑制载波的方法)组合起来，可以有选择地生成1次光谱(J1项)和-1次光谱(J-1项)中的任意一个。
像这样，如图1和图2所示，通过适当调整外加在各种SSB光调制器上的调制信号和直流偏压信号，可以输出具有任意频率成分的光谱。
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种能够以简单的结构稳定地生成在光测量领域或光纤无线通信领域中使用的外差光信号的载波残留型信号的生成方法及其装置。

发明内容
为解决上述问题，本发明的权利要求1所述的载波残留型信号的生成方法具有如下特征向包括SSB光调制器的光调制部入射具有特定波长的光波，从所述光调制部出射的光波包括与0次贝塞耳函数相关的载波成分和与特定的高次贝塞耳函数相关的特定信号成分，抑制所述特定的高次贝塞耳函数以外的信号成分，同时，将所述载波成分和所述特定信号成分的光强度之比设定成约等于1。
本发明中“约等于1”的意思是当载波成分和特定信号成分的光强度之比为1时，在特定的传送系统(例如自外差式传送系统)中，有望获得最好的外差效果，但在实际的光测量和光纤无线通信中使用本发明时，在实际应用上没有问题的范围内，载波成分和特定信号成分的光强度之比有时是1以外的值。具体来说就是，载波成分和特定信号光强度之比在-10～+12dB的范围内时，可在实践中使用。
权利要求2所述的发明中，根据权利要求1所述的载波残留型信号的形成方法，其特征在于所述SSB光调制器中，两个副MZ型光导波路是以嵌入方式(embedded type)安装在主MZ型光导波路的分支导波路中。
权利要求3所述的发明中，根据权利要求2所述的载波残留型信号的生成方法，其特征在于调整构成所述SSB光调制器的两个副MZ型光导波路或主MZ型光导波路的各个光调制的相位或强度。
权利要求4所述的发明中，根据权利要求1至3中任意一项所述的载波残留型信号的形成方法，其特征在于所述光调制部，对输入到SSB光调制器的光波的一部分或与所述光波具有相同波长的另外的光波和所述SSB光调制器输出的光波进行合波。
权利要求5所述发明的载波残留型信号生成装置，其特征在于具有产生具有特定波长的光波的光源和包括SSB光调制器的光调制部，从所述光源出射的光波入射到所述光调制部，从所述光调制部出射的光波包括与0次贝塞耳函数相关的载波成分和与特定的高次贝塞耳函数相关的特定信号成分，抑制所述特定高次贝塞耳函数以外的信号成分，同时，将所述载波成分和所述特定信号成分的光强度之比设定成约等于1。
权利要求6所述的发明中，根据权利要求5所述的载波残留型信号生成装置，其特征在于所述SSB光调制器中，两个副MZ型光导波路以嵌入方式安装在主MZ型光导波路的分支导波路中。
权利要求7所述的发明中，根据权利要求6所述的载波残留型信号生成装置，其特征在于在构成所述SSB光调制器的两个副MZ型光导波路或主MZ型光导波路上形成膜体或除去该膜体的一部分。
权利要求8所述的发明中，根据权利要求6所述的载波残留型信号生成装置，其特征在于构成所述SSB光调制器的两个副MZ型光导波路或主MZ型光导波路，具备各个MZ型光导波路内的两个分支导波路和向所述分支导波路外加调制电场或直流偏压电场的电极之间的配置相对于所述两个分支导波路具有非对称结构的部分。
权利要求9所述的发明中，根据权利要求6所述的载波残留型信号生成装置，其特征在于构成所述SSB光调制器的两个副MZ型光导波路或主MZ型光导波路，具有向各个MZ型光导波路中的两个分支导波路外加调制电场或直流偏压电场的电极，和用于调整在所述分支导波路上外加的电场的调整用电极。
权利要求10所述的发明中，根据权利要求5至9中任意一项所述的载波残留型信号生成装置，其特征在于所述光调制部，具有SSB光调制器和连接该SSB光调制器的输出部和输入部的旁路用光导波路。
权利要求11所述的发明中，根据权利要求10所述的载波残留型信号生成装置，其特征在于所述SSB光调制器与所述旁路用光导波路形成在同一个基板上。
权利要求12所述的发明中，根据权利要求10或11所述的载波残留型信号生成装置，其特征在于在所述旁路用光导波路的中途上，设置有用于调整在所述旁路用光导波路上传输的光波的强度的光强度调整装置。
权利要求13所述的发明中，根据权利要求5至9中任意一项所述的载波残留型信号生成装置，其特征在于所述光调制部，具有在所述SSB光调制器的输出部对具有与入射到SSB光调制器的光波相同波长的另外的光源的光波进行合波的结构。
根据权利要求1所述的发明，通过利用SSB光调制器，能够以简单的结构容易地生成0次载波成分和高次的特定信号成分。而且，所述SSB光调制器，由于输出与外加在所述光调制器上的信号频率相对应的特定信号成分，所以载波成分和特定信号成分之间的频率之差能够一直保持一定，能够稳定地输出频率不同的两束光波。
而且，通过将载波成分和特定信号成分的强度之比设定为约等于1，自外差式传送系统的外差效应最为显著，可灵活有效地运用在使用所述系统的光测量和光纤无线通信中。
根据权利要求2所述的发明，由于SSB光调制器中两个副MZ型光导波路是以嵌入方式安装在主MZ型光导波路的分支导波路上，因此可进行多种控制，例如，可从与高次贝塞耳函数相关的信号成分中选择任意的信号成分作为特定信号成分；抑制特定信号成分以外的高次信号成分；将载波成分和特定信号成分之间的光强度之比保持在1左右等。
特别是，根据权利要求3所述的发明，通过调整构成所述SSB光调制器的两个副MZ型光导波路或主MZ型光导波路的各个光调制的相位或强度，能够较容易地进行上述复杂的控制。
根据权利要求4所述的发明，由于通过对入射到SSB光调制器的光波的一部分或具有与所述光波相同波长的另外的光波和从所述SSB光调制器出射的光波进行合波，补偿了SSB光调制器中具有下降趋势的载波成分，因此自外差式传送系统的外差效应最佳，能够将载波成分和特定信号成分之间的光强度之比保持在1左右。
与上述权利要求1所述的发明相同，根据权利要求5所述的发明，利用SSB光调制器能够以简单的结构容易地生成0次载波成分和高次特定信号成分。而且，通过所述SSB光调制器，能够将载波成分和特定信号成分之间的频率差一直保持一定，并可稳定地输出不同频率两束光波。
而且，通过将载波成分和特定信号成分之间的强度之比设定为约等于1，可在自外差式传送系统中获得最佳的外差效应，并且在使用所述系统的光测量和光纤无线通信中进行灵活有效的运用。
与上述权利要求2所述的发明相同，根据权利要求6所述的发明，可进行多种控制，例如，可从与高次贝塞耳函数相关的信号成分中选择任意的信号成分作为特定信号成分；抑制特定信号成分以外的高次信号成分；将载波成分和特定信号成分之间的光强度之比保持在1左右等。
根据权利要求7所述的发明，由于通过在构成SSB光调制器的两个副MZ型光导波路或主MZ型光导波路上形成缓冲层(SiO2，Ta2O5等)等膜体或除去其中的一部分，能够调整在各个光导波路中传递的光波的相位，由此可容易地进行多种控制，例如，可从与高次贝塞耳函数相关的信号成分中选择任意的信号成分作为特定信号成分；抑制特定信号成分以外的高次信号成分；将载波成分和特定信号成分之间的光强度之比保持在1左右。
根据权利要求8所述的发明，构成所述SSB光调制器的两个副MZ型光导波路或主MZ型光导波路，由于具备各个MZ型光导波路内的两个分支导波路和向所述分支导波路外加调制电场或直流偏压电场的电极之间的配置相对于所述两个分支导波路具有非对称结构的部分，可非对称地调整各个光导波路中传递的光波的相位，因此可以容易地实现上述多种控制。
根据权利要求9所述的发明，由于构成SSB光调制器的两个副MZ型光导波路或主MZ型光导波路等形成有向各MZ型光导波路内的两个分支导波路上外加调制电场或直流偏压电场的电极和、用于调整外加在所述分支导波路上的电场的调整用电极，因此，通过所述调整用电极可以调整在所述分支导波路中传递的光波的相位。而且，即使当设在各个MZ型光导波路上的调制信号或直流偏压信号相互联动时，通过调整用电极，可以个别地进行相位调整。
根据权利要求10所述的发明，由于光调制部具有SSB光调制器和连接所述SSB光调制器的输出部和输入部的旁路用光导波路，因此与上述权利要求4所述的发明相同，能够补偿SSB光调制器中呈下降趋势的载波成分，自外差式传送系统的外差效应达到最佳，能够将载波成分和特定信号成分之间的光强度之比保持在1左右。
根据权利要求11所述的发明，加以上述权利要求10所述的发明效果，由于SSB光调制器与旁路用光导波路形成在同一个基板上，因此能够减少装置的构成部件、降低制造成本，实现装置的小型化。
根据权利要求12所述的发明，通过调整在旁路用光导波路中传递的光波的光强度，能够将载波成分和特定信号成分之间的光强度之比控制在最佳的1左右。
根据权利要求13所述的发明，由于在所述SSB光调制器的输出部，光调制部对具有与输入到SSB光调制器的光波相同波长的其他光源的光波进行合波，因此与上述权利要求4所述的发明相同，能够补偿SSB光调制器中呈下降趋势的载波成分，自外差式传送系统的外差效应达到最佳，能够将载波成分和特定信号成分的光强度之比保持在1左右。


图1是表示单独MZ光导波路上的SSB光调制的概略图。
图2是表示具有两个副MZ光导波路和一个主MZ光导波路的SSB调制器的概略图。
图3是表示SSB调制器的副MZ光导波路的作用的示意图。
图4是表示采用了本发明的载波残留型信号生成装置的光纤无线通信系统的概略图。
图5是表示本发明的第1实施例的示意图。
图6是表示本发明的第1实施例中的光谱分布状态的图表。
图7是表示本发明的第1实施例中的Pl与Ps之比及与光的相位调制指数m相关的载波成分和信号成分的输出变化的曲线图。
图8是表示自动调整载波成分和特定信号成分之间的光强度之比的结构的示意图。
图9是表示本发明的第2实施例的示意图。
图10是表示将调制电极和光导波路以对称(a)和不对称(b)方式配置时的概略图。
图11是表示使用调整用电极时的光导波路附近的配置状态的示意图。
图12是表示采用本发明的载波残留型信号的生成装置的光纤无线通信系统的特性评价方法的概略图。
具体实施例方式
下面结合本发明的最佳实施例进行详细说明。
图4是表示采用了本发明的载波残留型信号的生成方法及其装置的光纤无线通信系统的概略图。
本发明不只适用于图1所示的光纤无线通信系统，还可用于光测量领域，例如用于光外差干涉测量仪等上。
图4的光纤无线系统的发送系统中，基站1由以下部分构成光源2和3，其以可得到所希望的毫米波频率的光频率差fRF驱动；IF(IntermediaryFrequency)带模拟调制信号发生器5；包括SSB光调制器的光调制部4。
对于光调制器，在后面进一步说明。光调制部4中，入射从光源2的光波(频率f1)，通过由IF带模拟调制信号发生器5外加的频率IF微波进行光调制。其结果，出射包括载波成份(频率f1)和信号成分(频率f1+IF)的光波。a点的光谱表示的就是这一状态。另外，载波成分和信号成分之间的光强度之比设定成1左右。
调制频率设定成电/光变换和信号生成较为容易的IF带。如果采用以毫米波信号进行调制(电/光变换)的系统构成，则不但需要具有谐振式(resonance type)电极结构或倒槽形电极结构的毫米波带的高效调制器，而且由于此时很难抑制与特定的高次贝塞耳函数相关的特定信号成分以外的信号成分，因此会出现一些需要解决的问题，例如，在光纤传输中，受到很大的色散罚值(dispersion penalty)的影响等。
而且，例如，即便使用IF带作为调制频率，如果采用的是用光纤进行信号传递而不是将从发信局发出的光合并起来进行信号传递的系统构成，则会出现一些需要解决的问题，例如，必须要有一个安装有振荡器的复杂且价昂的远程无线基站。
图4所示的光纤无线通信系统，具有如下特征不需要在远程无线基站上安装振荡器，且调制光在数公里范围内不受色散罚值的影响，能够以较小的损失进行光纤传递。
即，只比光源1的频率f1低相当于毫米波的频率的光频差fRF的频率f2(f1-fRF)的光波从光源3出射，在光纤7中传输。从光调制部4出射的光波，在光纤6中传输，并在光结合部8与频率f2的光波合波。合波后的光波，具有三个光谱，通过光纤9可进行长距离的传输。在光纤9中传输的光波的光谱，具有如b点所示的分布结构。
远程无线基站10，结构简单，只包括光/电转换部11和放大器12。为提高无线信号的频率利用效率，现有的系统中，不得不在远程无线基站内安装为除去不需要的高次信号成分而设计的RF滤波器(BPF)。
但是，图4所示的光纤无线通信系统中，由于能够在基站1生成抑制不需要的高次信号成分的信号，所以能够制造没有RF滤波器的、成本低廉且结构简单的远程无线基站10。
只要是这样的远程无线基站10，由于即便在发信站改变了载波频率，它也能立即对应，因此能够制造自由度更高的远程无线系统。
在光/电转换部11经过平方律检波后的信号，由放大器12进行放大，然后，以具有调制频率IF的图像抑制型信号的形式从送信天线13以载波频率fRF无线传输。(参照图4的c点无线信号光谱)。
接收终端15，具有不含振荡器的低成本结构。从接收天线14接收到的电信号，通过构成平方律检波电路16的放大器、带通滤波器(band passfilter)和平方律检波器，生成经过平方律检波后的再生信号。从理论上，能够完全不含基站方的相位杂音成分和频率偏移成分而进行检测。即，能够再生完全不受由从光源2、3出射的光波的波动引起的光学拍频频率的波动的干扰的高稳定性的IF信号成分。
检波后的IF信号，通过放大器17和IF解调电路18，作为信号数据被输出。
实施例1
以下结合实施例说明光调制部4的载波残留型信号的生成方法。
图5是采用了具有两个副MZ光导波路和一个主MZ光导波路的SSB光调制器的光调制部的例子。特别是，具有对与入射到SSB光调制器的光波频率相同的光波在SSB光调制器的出口处进行合波的结构。
图5(a)中，从激光光源51出射的特定波长的光波，在光纤52中传输，并由光耦合器或由Y字形光导波路构成的光分支部53分成二束，一束传输到SSB光调制器54，另一束传输到旁路用光导波路56。对从SSB光调制器54出射的光波与在旁路光导波路56中传输的光波，通过光耦合器或由Y字形光导波路构成的光合波部57进行合波，并通过光纤58射向外部。
SSB光调制器54上，以嵌入方式安装有两个副MZ光导波路60、61和一个主MZ光导波路62，且如图2所示，还安装有设置在副MZ光导波路上的RF电极(两个端口)和用于调整各个副MZ光导波路和主MZ光导波路的相位变化量的直流偏压电极(3个端口)。
当对RF电极输入调制信号时，副MZ的各个分支导波路中的相位调制光，由于遵循第1种贝塞耳函数Jn(m)(n＝1，2，……，m是光相位调制指数)，所以光能被分配到调制频率的n倍成分上。
如果在RF端口上输入满足(1+H)·Φ(t)(H是希尔伯特系数，Φ(t)是调制信号。“(1+H)·Φ(t)”表示在RF端口中的一个端口外加Φ(t)的信号，在另外一个RF端口上外加H[Φ(t)]。)的信号，SSB光调制器的输出Eout的特性可如下表示Eout＝Ein/2×exp(jω0t)×{exp(jmcosΩt)+exp(jd1)×exp(-jmcosΩt)+exp(jd2)×exp(jmsinΩt)+exp(jd3)×exp(-jmsinΩt)}……(3)其中，Ein表示入射到SSB光调制器54的光的振幅，ω0表示入射光的角频率，Ω表示调制信号的角频率，m表示光相位调制指数，d1～d3分别表示相应于外加电压量而赋予的各光导波路的相位变化量。
光相位调制指数m的定义如下m＝*(V/V)……(4)其中，V表示调制信号RF的振幅值，V表示关于副MZ导波路的各分支导波路、是作为相位调制器的半波长电压(此处假设各个分支导波路是相同的V)。
如果同时调整m和d1～d3，合波后，在各个光导波路中生成的Jn(Φ)的特定成分在相位相同时则相互加强，相位相反时则相互抵消等，从而能够最终抽出或抑制特定成分。
本发明的载波残留型信号的生成方法及其装置中，在包含SSB光调制器的光调制部，通过调整这些光相位调制指数和相位变化量等，只抽出载波成分和特定信号成分，并将两者的光强度比设定为约等于1，从而能够生成满足自外差式传输方式的载波残留型信号。
在图5(a)的SSB光调制器54，设定ω0＝60GHz，Ω＝1GHz，当如上述图2所示的SSB-SC光调制器那样，只抽出与1次贝塞耳函数相关的信号成分(J1)，抑制载波成分(J0)及其他高次成分时，从SSB光调制器54出射的光，如图6(a)所示，能够得到频率从60GHz只移动1GHz的光谱。
而且，如图5(a)所示，如果对只含有在旁路用光导波路56中传递的载波成分的光波进行合波，则在光纤58中传输的光波能够具有如图6(b)所示的光谱。
载波成分的强度和特定信号成分(J1)之间的光强度之比，可通过调整分支导波路53的光波的分支比或旁路用光导波路56上的光波的光强度来进行调控。
而且，也可以在旁路用光导波路56中设置衰减器，调整在旁路用光导波路56中传递的光波的光强度。
此外，通过用图1所示的单独MZ光调制器来取代SSB光调制器54而进行调整，使其只输出载波成分和与1次贝塞耳函数相关的信号成分，并调整从SSB光调制器出射的载波成分和在旁路用光导波路56中传递的光波(与载波成分频率相同)这两者的相位和光强度，能够生成如图6(b)所示的载波残留型信号。
图5(a)中，虽然在SSB光调制器54的外部设置了由光纤等构成的旁路用光导波路56，但也可以如图5(b)所示，将形成SSB光调制器的副MZ光导波路74、75和主MZ光导波路76及旁路用光导波路72组装在同一块基板上构成光调制部70。
此时，光分支部71和光合波部73也可同样形成在同一基板上。
调整从光调制部70出射的光的光谱分布时，与图5(a)一样，可采用调整外加在SSB光调制部上的光相位调制指数或相位变化量的方法，或采用调整光分支部71的光波的分支比和旁路用光导波路72上的光波的光强度的方法等。
此外还可如图5(c)所示，作为将与载波成分相当的光波重叠在从SSB光调制器54出射的光波上的方法，可以设置具有与激光光源51相同波长的另外的激光光源80。
从激光光源80出射的光波，在光导波路81中传递，在光合波部82处与从SSB调制器出射的光波合波。合波后的光波，在光纤58中传递，并出射到外部。
要想调整在光纤58中传递的光波的光谱分布，可采用调整激光光源51、80的功率比的方法，或调整外加在SSB光调制器上的光相位调制指数和相位变化量的方法，或调整在光导波路81中传递的光波的强度的方法，或调整光合波部82的光波的结合比的方法等。
图7是表示入射到图5(a)中的SSB光调制器的光波的光强度Ps和在旁路用光导波路中传递的光波的光强度Pl，及与光相位调制指数m相关的载波成分(J0)、特定信号成分(J1)和其他的高次信号成分(J3)的光强度的关系的曲线图。
可以看出图7(a)是表示m＝0.2保持一定的状态下，Pl/Ps0.4时，载波成分(J0)和特定信号成分(J1)的光强度比约等于1的状态。由此，在SSB光调制器组合旁路用光导波路的光调制部成为生成载波残留型信号的有效装置，而且通过调整Pl和Ps的比率，可以很容易地调整J0和J1的强度比。
图7(b)是表示光相位调制指数m变化时各成分的强度变化。可以看出特别是m＝0.2、Pl/Ps0.4、J0和J1的强度比约等于1的状态下，保持Pl/Ps2m，改变m，则如图7(b)所示，J0和J1的强度比会保持约等于1的关系进行变化。因此能够确定满足J0和J1的强度比约等于1的Pl/Ps的值和m的值，还可在满足Pl/Ps＝k×m(k是比例常数)的状态下改变m及Pl和Ps，由此即便光相位调制指数m发生变化，通常也能够保持载波成分(J0)和特定信号成分(J1)的光强度比约等于1。
图8是表示在使用图5(a)或(b)所示的旁路用光导波路时，自动调整载波成分和特定信号成分的光强度比的方法。
与图5(a)相同，从激光光源51中出射的特定波长的光波在光纤中传递，并通过光耦合器或由Y字形光导波路等构成的分光部53分为二束，其中一束传输到SSB光调制器54，另一束传输到旁路用光导波路56。通过调制电路83向SSB光调制器54输入规定的调制信号。
旁路用光导波路56的中途上，设置能够可变调整VOA(VariableOptical Attenuator)等光波的透过量的光强度调整装置84。
SSB光调制器54出射的光波和在旁路用光导波路56中传递的光波通过光耦合器或由Y字形光导波路等所构成的光合波部57处合波，并沿光纤58传递射向外部。
假设SSB光调制器54只输出特定信号成分的光波，载波成分的光波由旁路光导波路提供时，如图8所示，可利用光耦合器85、87及光检测器86、88控制光强度调整装置。
即，将旁路用光导波路中传输的光波的一部分通过光耦合器85导出至光检测器86，另一方面，将SSB光调制器54输出的光波的一部分通过光耦合器87导出至光检测器88。光检测器86的输出与载波成分的光强度相对应，光检测器88的输出与特定信号成分的光强度相对应，由此，将两者的输出信号导入在比较器89，并根据比较器89的输出调整光强度调整装置84的透过量。
该结构可自动调整载波成分和特定信号成分的光强度之比。
如果SSB光调制器54输出包含载波成分和特定信号成分的光波，光耦合器85的设置位置设在光纤58上、比光合波部57更靠下游的地方。而且，通过在光检测器86上设置只能检测载波成分的光波的光检测器，在光检测器88上设置只能检测特定信号成分的光波的光检测器，可以分别检测出载波成分和特定信号成分的光强度。
与上述相同，各个光检测器的输出信号，被导入比较器89，并根据比较结果控制光强度调整装置。
实施例2下面说明与本发明的载波残留型信号的生成方法及其装置相关的第二个实施例。
图9表示的是采用了具有两个副MZ光导波路94、95和一个主MZ光导波路96的SSB光调制器92的光调制部的例子，值得一提的是，该光调制部，通过在SSB光调制器内的光导波路上形成缓冲层(SiO2、Ta2O5等)等膜体97或修正其中一部分，来调整载波成分和特定信号成分的抽出和两者光强度比。
这样的光调制部，即便在很难将SSB光调制器的直流偏压等调整到最佳状态的情况下，也能够一边监控SSB光调制器的特性，一边通过适当修整光导波路上形成的膜体部分，获取最佳的设定值。
图9(b)和(c)表示的是在将与副MZ光导波路相关的各个相位如下设定情况下，通过修整膜体97，将载波成分(J0)和特定信号成分(J1)的光强度之比调整到约等于1时的结果。
以副MZ光导波路94的第一分支(图9(a)的1st)为基准，设定外加于各个光波道路的直流偏压电极的电压，使副MZ光导波路94的第二分支(2st)的相位差为、副MZ光导波路95的第三分支(3rd)的相位差为1.1、副MZ光导波路95的第四分支(4th)的相位差为2.9。
光相位调制指数m＝0.15时，修整副MZ光导波路94、95的膜体97，使载波成分(J0)和特定信号成分(J1)的比约等于1后，然后，改变光相位调制指数m。图9(c)是表示对m的变化的载波成分(J0)和特定信号成分(J1)的变化的曲线图。
从图9(b)和(c)的图表中不难理解，即使在调整从SSB光调制器中出射的光的光谱时，通过在SSB光调制器内的各个光导波路上形成或修整膜体，能够抽出载波成分和特定信号成分及调整光强度之比。
实施例3下面说明与本发明的载波残留型信号的生成方法及其装置相关的其他实施例。
图10是表示SSB光调制器中的光导波路114和调制电极即信号电极110及接地电极111的配置关系的示意图。在将调制电极和光导波路的配置关系设置成如图10(a)所示的对称形式及如图10(b)所示的非对称形式的情况下，由于外加于光导波路上的电场强度发生变化，因此，能够改变光相位调制指数m和在各个光导波路中传输的光波之间的相位差，并能调整从SSB光调制器出射的光的光谱。
112是具有光电效果的基板，113是缓冲层。
如图11所示，在构成调制电极的信号电极121及接地电极122之间，可以设置用于调整在分支导波路120上外加的电场的调整用电极123和124。通过该调整用电极，可以调整在分支导波路上传递的光波的相位。
例如，即使在设置在各个MZ光导波路上的调制信号或直流偏压信号相互联动、很难分别对每个信号进行微调的情况下，也可以通过调整用电极，对各个光导波路的相位进行个别调整。
而且，通过在各光导波路上，对调整用电极123、124的形状和配置进行不同的设定，能够对各个光导波路进行恰当的控制。
下面说明将本发明的载波残留型信号的生成方法及其装置应用于光纤无线通信系统时的特性评价方法。
图12表示的是采用了QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)信号的传输试验的实验结构的例子。
光调制部23，采用的是上述图5(a)的光调制器。
构成基站20的光源21、22，采用的是两台1.5μm带的波长可变光源。为了能够用光谱分析器仪捕捉到60GHz带载波，光源21、22，通过事先确认其波长差(0.48nm左右)，控制GP-IB(General Purpose Interface Bass)，各自独立进行模式锁定。模式锁定后的波长稳定度为5×10-8，线宽为1MHz。
从错误分析仪42输出的通信速度为155.52Mbps的伪随机脉冲形式(PRBS27-1)，用QPSK发射器26进行QPSK调制(中心频率700MHz)后，经放大器25，输入到90度桥接岔路24。在此处，调制信号被分成原信号和希尔伯特变换后的信号，然后，分别被输入到安装在光调制部23中的SSB光调制器的各个RF端口。
在具有两个副MZ光导波路和一个主MZ光导波路的SSB光调制器中，通过调整三个地方的直流偏压电压27，生成抑制了与特定高次贝塞耳函数相关的特定信号成分以外的信号成分(“信号成分”也可说成是“图像成分”)的光信号。值得一提的是，本实验中，为了保留与1次贝塞耳函数相关的信号成分，对偏压进行了调整，以抑制下侧带成分和不需要的高次成分。
从光调制部23出射的光波，在光纤28中传输，同时，与从光源22出射的、在光纤29中传递的光波，在3dB耦合器30处合波。合波后的光载波成分和信号成分在单模光纤(SMF)31(光纤长2m、5km、10km)中传输。
光/电转换部上使用了响应带宽50GHz的单行载波光电二极管(UTC-PD)33。而且在其前方插入了用于调整输入功率的可变光衰减器32。
发送电路和接收电路由波导管35连接，光电二极管33输出的光波经放大器34放大，在波导管35中传递。在波导管35的中途上，插入可变RF衰减器36，一边用功率计38进行监控，一边调整输入到接收电路的RF功率。37是将在波导管35中传输的毫米波的一部分分到功率计38的分支波导管。
接收电路中，平方律检波电路39是以GaAs为基础制成的小型MMIC(Microwave Monolithic IC)模块，其内藏放大器和带通滤波器以及平方律检波器。所得到的再生信号，通过放大器40，在QPSK解调器41处解调后，由错误分析仪42进行同期检波，比较发送接收信号，获取比特错误率特性。本实验中并未进行错误纠正处理。
根据上述特性评价方法，对利用本发明的载波残留型信号的生成装置的光纤无线通信系统的特性进行调查的结果如下(1)RF信号的生成和检波光谱生成光谱的载波频率为59.53GHz，IF信号设定为中心频率700MHz的未调制波。
在光相位调制指数m较低的情况下，图像成分虽然已被充分抑制，但达不到J1/J01，但是，当增大光相位调制指数，使m＝0.6左右时，能够保证图像抑制比(J1/J0和J2/J0的差)达到30dB左右，而且，能够生成J1/J01的光谱。
当把光相位调制指数设定为0.6以上时，就会生成不需要的下侧波带J-1和高次成分J2、J3，出现J+1/J0≠1的倾向。
当光相位调制指数设定在大约0.6时，即使在无线基站(antennastation)上不使用RF滤波器，也能够保证达成60GHz带技术标准即寄生信号小于等于-10dBm。
因光差拍频率引发频率偏移，所以生成的毫米波的频率也不稳定，经确认，偏移量最大可达20MHz(品质334ppm)。不过，当再生被发送过来的无线信号时，发现再生信号的稳定性较高，具有自外差式传输方式的优点即不易受光差拍频率的波动的干扰。
从此，己确认，即使是在将本发明的载波残留型信号的生成装置用于光毫米波差拍信号的生成法的情况下，也能再生出可用于通信系统的稳定的信号。只是，有必要将生成的毫米波的频率偏移量控制在60GHz带无线的品质标准内(500ppm以下)，各个光源最好是使用相对于振动波长的波长稳定度小于等于8×10-8的。
(2)信号传输的特性将SSB光调制器的光相位调制指数设定为m＝0.19，向UTC-PD的输入功率为-2.6dBm，测定了长度分别为2m、5km、10km三种光纤。
当接收RF功率小于等于-60dBm时，可以得到几乎不依赖于光纤长的CN(载波对杂音)比特性，当接收RF功率大于等于-60dBm时，表现为非线形CN比特性。可以推断，这是因为检波器的输入上限接近的缘故。
而且，在作为电路设计值，当使用10mW的无线发射功率、100MHz的信号带宽、6dBi的天线利得(收发)、5m的空间距离时，计算出的接收RF功率为-60dBm。从同一实验测得的CN比为20dB。
对相对于接收RF功率的QPSK/155.52Mbps信号(中心频率700MHz)的错误率特性进行了评估。实验条件设定(光相位调制指数、PD输入功率、光纤长)与测定CN比时相同。
实验结果表明，在接收RF功率为-62dBm～-72dBm范围内，比特错误率基本与光纤长度无关，小于等于-60dBm时，则误差消失。
与上述相同，如果在电路设计值，使用10mW的无线发送功率，6dBi的天线利得(收发)，则比特错误率在空间距离为5m时无误差，12m时为10-4。
当把8PSK的信号(中心频率700MHz)用光纤传输10km时，分析所得到的接收I-Q调变符号集(constellation)后发现，即便用10km光纤传输，也能够得到不逊于原信号的良好的调变符号集。而且，作为宽带域的调整信号的传送例子，还试验了BS广播信号(8PSK，多载波)的传送。从结果中发现，即使是在10km长的光纤中传送、然后在远程无线基站发送的情况下，在终端也可接收到BS广播信号。
从结果中发现，即使是宽带域的数字调制信号，在采用了本发明的载波残留型信号的生成装置的光纤无线通信系统中，也能够传输到10km远的地方。
本发明并不只限用于上述事例，在不脱离本发明目的的范围内，其当然也包含该技术领域中附加公知技术的事物。
如上所述，本发明能够提供一种载波残留型信号的生成方法及其装置，该装置不仅结构简单，而且能够稳定地生成光测量领域或光纤无线通信领域中使用的外差式光信号。
权利要求
1.一种载波残留型信号的生成方法，其特征在于向包含SSB光调制器的光调制部入射具有特定波长的光波，从所述光调制部出射的光波包含与0次贝塞耳函数相关的载波成分和与特定高次贝塞耳函数相关的特定信号成分，抑制所述特定高次贝塞耳函数以外的信号成分，同时，将所述载波成分和该特定信号成分的光强度之比设定成约等于1。
2.根据权利要求1所述的载波残留型信号的生成方法，其特征在于所述SSB光调制器是在主MZ光导波路的分支导波路中以嵌入方式安装两个副MZ光导波路而成的。
3.根据权利要求2所述的载波残留型信号的生成方法，其特征在于调整构成所述SSB光调制器的两个副MZ光导波路或主MZ光导波路的各个光调制的相位或强度。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的载波残留型信号的生成方法，其特征在于所述光调制部，将入射到SSB光调制器的光波的一部分或与该光波具有相同波长的另外的光波同该SSB光调制器出射的光波合波起来。
5.一种载波残留型信号的生成装置，其特征在于具有生成具有特定波长的光波的光源和包括SSB光调制器的光调制部；从所述光源出射的光波入射到所述光调制部，从该光调制部出射的光波包含与0次贝塞耳函数相关的载波成分和与特定高次贝塞耳函数相关的特定信号成分，抑制所述特定高次贝塞耳函数以外的信号成分，同时，将所述载波成分和所述特定信号成分的光强度之比设定成约等于1。
6.根据权利要求5所述的载波残留型信号的生成装置，其特征在于所述SSB光调制器是在主MZ光导波路的分支导波路中以嵌入方式安装两个副MZ光导波路而成的。
7.根据权利要求6所述的载波残留型信号的生成装置，其特征在于在构成所述SSB光调制器的两个副MZ光导波路或主MZ光导波路上形成膜体或除去部分膜体。
8.根据权利要求6所述的载波残留型信号的生成装置，其特征在于构成所述SSB光调制器的两个副MZ型光导波路或主MZ型光导波路，具备各个MZ型光导波路内的两个分支导波路和向所述分支导波路外加调制电场或直流偏压电场的电极之间的配置相对于所述两个分支导波路具有非对称结构的部分。
9.根据权利要求6所述的载波残留型信号的生成装置，其特征在于构成所述SSB光调制器的两个副MZ型光导波路或主MZ型光导波路，具有向各个MZ型光导波路中的两个分支导波路外加调制电场或直流偏压电场的电极，和用于调整在所述分支导波路上外加的电场的调整用电极。
10.根据权利要求5至9中任意一项所述的载波残留型信号的生成装置，其特征在于所述光调制部，具有SSB光调制器和连接该SSB光调制器的输出部和输入部的旁路用光导波路。
11.根据权利要求10所述的载波残留型信号的生成装置，其特征在于所述SSB光调制器与所述旁路用光导波路形成在同一个基板上。
12.根据权利要求10或11所述的载波残留型信号的生成装置，其特征在于在所述旁路用光导波路的中途设置有用于调整在所述旁路用光导波路中传输的光波的强度的光强度调整装置。
13.根据权利要求5至9中任意一项所述的载波残留型信号的生成装置，其特征如下所述光调制部，在所述SSB光调制器的输出部，将具有与入射到SSB光调制器的光波波长相同的其他光源的光波合波起来。
全文摘要
本发明提供一种载波残留型信号的生成方法及其装置，其不仅结构简单，而且能够稳定地生成光测量领域和光纤无线通信领域中使用的外差式光信号，其特征在于具有生成具有特定波长光波的光源(51)和包括SSB光调制器(54)的光调制部，从该光源出射的光波入射到所述光调制部，从所述光调制部出射的光波包含与0次贝塞耳函数相关的载波成分和与特定高次贝塞耳函数相关的特定信号成分，并抑制该特定高次贝塞耳函数以外的信号成分，同时，将所述载波成分和所述特定信号成分的光强度之比设定成约等于1。较为理想的是，所述光调制部，具有SSB光调制器(54)和连接所述SSB光调制器的输入部和输出部的旁路用光导波路(56)。
文档编号H04B10/50GK1926791SQ20048004253
公开日2007年3月7日 申请日期2004年3月22日 优先权日2004年3月22日
发明者桥本义浩, 日隈薰, 市川润一郎, 森慎吾, 庄司洋三, 小川博世 申请人:住友大阪水泥股份有限公司, 独立行政法人情报通信研究机构