JP2012034182A - 光ファイバマイクロ波伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光路長の変動を補償できる光ファイバマイクロ波伝送装置を得る。
【解決手段】マイクロ波により変調された変調光を出力するＥ／Ｏ変換器２と、光周波数コム信号を２つの光周波数コム信号Ｓ１、Ｓ２に分波する光分波器４と、変調光とコム信号Ｓ１を合波する光合波器５と、制御信号Ｃ１に基づき光路の長さを可変する可変ディレイライン７と、部分反射器９により反射されたコム信号Ｓ１の周波数をシフトする光周波数シフタ１３と、制御信号Ｃ２に基づきコム信号Ｓ１、Ｓ２の中から波長λｍ、λ_ｎの光を分波するＷＤＭ１４、１５と、λｍ、λ_ｎの光を合波し、光電変換したマイクロ波の位相差を求める位相比較器２０と、位相差と周波数差に基づき、２つの光路間の光路長差を求めて小さくなるように、また、光路長差が所定の閾値より小さくなった場合、周波数差を大きくするように、可変ディレイライン７とＷＤＭ１４、１５を制御する制御装置２１とを設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、マイクロ波信号で変調された変調光を光ファイバで伝送するシステムにおいて、光ファイバの光路長の変動を補償する光ファイバマイクロ波伝送装置に関するものである。

一般に、光ファイバ中を光波が伝搬する場合、光ファイバ周囲の温度変化や光ファイバに対する振動があると、光ファイバの伸び縮みなどによる光路長の変動が生じる。従って、マイクロ波信号を光波に重畳して光ファイバを介して伝送させるＲｏＦ（Radio On Fiber）伝送においても、光ファイバの光路長の変動により、光ファイバによる伝送後に復調されたマイクロ波信号の位相変動や遅延時間の変動が生じる。このため、復調されたマイクロ波信号の位相安定性を高めるためには、伝送路である光ファイバの光路長の変動を補償する必要がある。

従来、この種の光ファイバ伝送システムにおいて、光ファイバの光路長の変動を測定し、測定結果に基づき変動分を補償する方式が提案されている（例えば、非特許文献１の図１参照）。なお、以下の説明において、カッコ内は、非特許文献１の図１に記載された名称である。

従来の光路長変動補償方式では、レーザ（ＥＣＬＤ）から出力されたレーザ光が、第１の光カプラ（10dB coupler）により２分岐させられ、分岐した一方のレーザ光が第１の光サーキュレータ、光ファイバの長さを可変する光ファイバストレッチャ（fiber stretcher）を介して、伝送路である光ファイバ（delay line）を伝送し、第２の光サーキュレータ（optical circulator）、第２の光カプラ（3dB coupler）、音響光学光変調器（ＡＯＭ）を経て、第２の光サーキュレータにより、光ファイバを往復する。この往復したレーザ光は、音響光学光変調器により周波数がシフトされる。往復したレーザ光は、第１の光サーキュレータで光路が切り替えられ、第３の光カプラ（3dB coupler）において、第１の光カプラにより分岐された他方のレーザ光と合波される。

この合波光は、光電変換器（ＰＤ）により電気信号に変換される。ここで、電気信号の周波数は、音響光学光変調器により周波数シフトされたマイクロ波信号の周波数となる。光ファイバが温度変化などにより光路長が変動した場合、光電変換された電気信号のビート信号は光路長の変動に応じて位相が変動する。

位相検波器（ＰＳＤ又はＤＰＦＤ）は、基準信号源（synth. 55MHz）からの基準信号とビート信号との位相を比較し、光移相器は、信号光の位相を所望の位相と一致させるための例えば電圧などの制御信号を出力する。この制御信号は、ループフィルタを介して光移相器に入力され、制御信号に応じた量だけ光信号の位相がシフトされる。ここで、光電変換器（ＰＤ）からのビート信号により得られる制御信号が、光移相器に入力されるという動作が繰り返されることにより、帰還回路が構成され、この帰還回路により、擾乱による光路長の変動を補償する制御を行う。

従って、光合波器で合波されたＲＦ変調が施された信号光は、光移相器、光サーキュレータを通過して光分波器で分波され、光電変換器での光電検波により、電気信号に変換されるが、この変換されたＲＦ信号は高い位相安定性が得られている。

Musha, et. al., "Rubust and precise length correction of 25-km fiber for distribution of local oscillator," 2005 Digest of the LEOS Summer Topical Meeting, TuB4.4, p.123, 2005. (Figure 1)

従来の光路長変動補償方式は、レーザ光を２つに分岐して、ヘテロダイン検波を行い、この検波で得られるビート信号と、ビート信号を得るために用いた周波数シフト用基準信号との位相比較を行うことで、光信号の位相を検出し、高精度に光路長の変動を求めている。しかしながら、このような構成では、光波の位相より長い（１μｍ程度）光路長の変動に対応できないという問題点があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、光路長の測定可能範囲を可変にし、測定可能範囲を狭くしたときは高精度に、測定可能範囲を広くしたときには粗く、光路長の変動を測定することができ、光路長の変動を補償することができる光ファイバマイクロ波伝送装置を得ることを目的とする。

本発明に係る光ファイバマイクロ波伝送装置は、入力される第１のマイクロ波信号により強度変調された変調光を出力する電気／光変換手段と、所定の周波数間隔で複数の光信号が並らんだ光周波数コム信号を発生する光周波数コム信号発生手段と、前記光周波数コム信号発生手段により発生された光周波数コム信号を第１及び第２の分波光周波数コム信号に分波する光分波手段と、前記変調光及び前記第１の分波光周波数コム信号を合波して第１の合波信号を出力する第１の光合波手段と、前記第１の光合波手段の出力側に接続された入力ポートから入力される前記第１の合波信号を入出力ポートへ伝達するとともに、前記入出力ポートから入力される前記第１の分波光周波数コム信号を出力ポートへ伝達する光伝達手段と、前記光伝達手段の入出力ポートに一端が接続され、第１の制御信号に基づいて、光路の長さを可変する光路長可変手段と、前記光路長可変手段の他端から出力された前記第１の合波信号を伝送する光ファイバと、前記光ファイバにより伝送された第１の合波信号のうち、前記変調光を透過させるとともに、前記第１の分波光周波数コム信号を反射する部分反射手段と、前記部分反射手段を透過してきた前記変調光を復調して前記第１のマイクロ波信号を出力する第１の光／電気変換手段と、基準マイクロ波信号を出力する基準マイクロ波信号源と、前記基準マイクロ波信号に応じて、前記部分反射手段により反射され、前記光ファイバ及び前記可変遅延手段を経て、前記光伝達手段の出力ポートから出力された前記第１の分波光周波数コム信号の周波数を偏移する光周波数偏移手段と、第２の制御信号に基づいて、前記光分波手段により分波された第２の分波光周波数コム信号の中から第１及び第２の波長の光信号を分波する第１の光波長分波手段と、前記第２の制御信号に基づいて、前記光周波数偏移手段により周波数偏移された第１の分波光周波数コム信号の中から第３及び第４の波長の光信号を分波する第２の光波長分波手段と、前記第１の波長分波手段から出力された第１の波長の光信号及び前記第２の波長分波手段から出力された第３の波長の光信号を合波して第２の合波信号を出力する第２の光合波手段と、前記第１の波長分波手段から出力された第２の波長の光信号及び前記第２の波長分波手段から出力された第４の波長の光信号を合波して第３の合波信号を出力する第３の光合波手段と、前記第２の合波信号を光電変換して第２のマイクロ波信号を出力する第１の光電変換手段と、前記第３の合波信号を光電変換して第３のマイクロ波信号を出力する第２の光電変換手段と、前記第２及び第３のマイクロ波信号の位相を比較し位相差を求めて出力する位相比較手段と、前記位相差と前記第１及び第２の分波光周波数コム信号の中からそれぞれ選択する２つの波長の波長差である周波数差とに基づいて、前記光分波手段から前記第２の光合波手段まで、又は前記光分波手段から前記第３の光合波手段までの前記第１及び第２の分波光周波数コム信号が通過する２つの光路間の光路長差を算出し、この光路長差が小さくなるように、前記第１の制御信号を前記光路長可変手段へ出力するとともに、算出した光路長差が所定の閾値より小さくなった場合には、前記第１及び第２の分波光周波数コム信号の中からそれぞれ選択する光信号の２つの波長を切り替え、前記周波数差を大きくするように、２つの波長の選択を指示する前記第２の制御信号を前記第１及び第２の光波長分波手段へそれぞれ出力する制御手段とを備えるものである。

本発明に係る光ファイバマイクロ波伝送装置によれば、光路長の測定可能範囲を可変にし、測定可能範囲を狭くしたときは高精度に、測定可能範囲を広くしたときには粗く、光路長の変動を測定することができ、光路長の変動を補償することができる。

この発明の実施の形態１に係る光ファイバマイクロ波伝送装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る光ファイバマイクロ波伝送装置の光波長分波器の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る光ファイバマイクロ波伝送装置の光周波数シフタの動作を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る光ファイバマイクロ波伝送装置の部分反射器の構成を示す図である。

以下、本発明の光ファイバマイクロ波伝送装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る光ファイバマイクロ波伝送装置について図１から図３までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る光ファイバマイクロ波伝送装置の構成を示すブロック図である。なお、図１中、光ファイバを実線、電線を破線でそれぞれ描いている。また、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図１において、この発明の実施の形態１に係る光ファイバマイクロ波伝送装置は、マイクロ波を入力するマイクロ波入力部１と、入力されたマイクロ波信号により強度変調された変調光を出力するマイクロ波／光変換器（Ｅ／Ｏ）（電気／光変換手段）２と、所定の周波数間隔で多数の光信号が並んだ光周波数コム信号を発生する光周波数コム信号発生器（光周波数コム信号発生手段）３と、光周波数コム信号発生器３により発生された光周波数コム信号を第１及び第２の分波光周波数コム信号の２つに分波（分岐）する光分波器（光分波手段）４と、マイクロ波／光変換器２から出力された変調光と光分波器４により分波された第１の分波光周波数コム信号とを合波する光合波器（第１の光合波手段）５とが設けられている。

なお、マイクロ波／光変換器２の強度変調方式としては、例えば、半導体レーザを所定のバイアス電流で駆動し、そのバイアスレベルを基準に、入力されたマイクロ波信号で変調する直接変調方式や、連続波（ＣＷ）駆動されたレーザ光を入力として、入力されたマイクロ波信号によりＣＷ光の透過率が可変する光変調器を用いた外部変調方式などがある。また、ここでは、強度変調方式で説明するが、位相変調などの他の変調でも適用可能なことは言うまでもない。

光周波数コム信号発生器３は、所定の周波数間隔で多数の光信号が並んだ光波（光周波数コム信号）を発生するものであり、モードロックレーザを利用して発生する手法や、ＬｉＮｂＯ３光変調器を利用して発生させる手法など様々な方式で実現可能である。

また、この発明の実施の形態１に係る光ファイバマイクロ波伝送装置は、光サーキュレータ（光伝達手段）６と、駆動信号（第１の制御信号）に基づき、光路の長さ（合波信号の遅延時間）を可変する可変ディレイライン（光路長可変手段）７と、光ファイバ８と、この光ファイバ８により伝送された合波信号のうち、変調光を透過させるとともに、第１の分波光周波数コム信号を反射する部分反射器（部分反射手段）９と、この部分反射器９を透過してきた変調光をマイクロ波信号に復調する光／マイクロ波変換器（Ｏ／Ｅ）（第１の光／電気変換手段）１０と、復調されたマイクロ波信号を出力するマイクロ波出力部１１とが設けられている。

なお、光サーキュレータ６の入出力の関係は、図中左側の入力ポートから入力した光波は右側の入出力ポートへ、右側の入出力ポートから入力された光波は下側の出力ポートへ出力するものとする。可変ディレイライン７は、例えば、光ファイバの長さを可変する光ファイバストレッチャなどにより実現可能である。部分反射器９は、マイクロ波／光変換器２から出力された光波の波長帯のみを透過し、その他の波長帯を反射するバンドパスフィルタなどにより実現可能であり、このバンドパスフィルタは、誘電帯多層膜フィルタによる手段や、ファイバ・ブラッグ・グレーティングによる手段などさまざまな手段で実現可能である。光／マイクロ波変換器１０は、主としてフォトダイオード（ＰＤ）と、必要に応じて整合回路やマイクロ波増幅器、バイアス電圧回路からなる。

また、この発明の実施の形態１に係る光ファイバマイクロ波伝送装置は、基準マイクロ波信号を出力する基準マイクロ波信号源１２と、この基準マイクロ波信号に応じて、反射された第１の分波光周波数コム信号の周波数を偏移（シフト）する光周波数シフタ（光周波数偏移手段）１３と、光分波器４により分波された第２の分波光周波数コム信号の中から、後述する制御装置からの第２の制御信号で選択された２つの波長（周波数に相当）の光信号を分波する、つまり、それぞれ異なる出力ポートから出力する光波長分波器（ＷＤＭ）（第１の光波長分波手段）１４と、光周波数シフタ１３により周波数シフトされた第１の分波光周波数コム信号の中から、第２の制御信号で選択された同じ２つの波長（周波数に相当）の光信号を分波する、つまり、それぞれ異なる出力ポートから出力する光波長分波器（ＷＤＭ）（第２の光波長分波手段）１５と、光波長分波器１４、１５から出力した同じ波長（λ_ｍ）同士の光信号を合波する光カプラ（第２の光合波手段）１６と、光波長分波器１４、１５から出力した同じ波長（λ_ｎ）同士の光信号を合波する光カプラ（第３の光合波手段）１７と、光カプラ１６から出力された合波信号を光電変換してマイクロ波信号を出力する光／マイクロ波変換器（Ｏ／Ｅ）（第１の光電変換手段）１８と、光カプラ１７から出力された合波信号を光電変換してマイクロ波信号を出力する光／マイクロ波変換器（Ｏ／Ｅ）（第２の光電変換手段）１９とが設けられている。

なお、光周波数シフタ１３は、例えば音響光学素子に超音波を加えることで入力光の周波数をシフトさせるＡＯ変調器（ＡＯＭ：Acoust Optic Modulator）や、ＬｉＮｂＯ３によるＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型光変調器などにより実現することができる。光波長分波器１４、１５からそれぞれ出力される２つの光信号の波長をλ_ｍ及びλ_ｎとする。

さらに、この発明の実施の形態１に係る光ファイバマイクロ波伝送装置は、光／マイクロ波変換器１８及び１９から出力されたマイクロ波信号の位相を比較しそれらの位相差を求めて出力する位相比較器（位相比較手段）２０と、この位相比較器２０から出力された位相差と第１及び第２の分波光周波数コム信号の中からそれぞれ選択する２つの波長λ_ｍ、λ_ｎの波長差（周波数差Δｆ）とに基づいて、２つの光路間の光路長差ΔＬを算出し、この光路長差ΔＬが小さくなるように、可変ディレイライン７を駆動する、後述するドライバへの第１の制御信号を求めてドライバ２２へ出力する第１の機能と、算出した光路長差ΔＬが所定の閾値より小さくなった場合には、第１及び第２の分波光周波数コム信号の中からそれぞれ選択する２つの波長を切り替え、波長差つまり周波数差Δｆを大きくするように、２つの波長の選択を指示する第２の制御信号を光波長分波器１４、１５へそれぞれ出力する第２の機能とを有する制御装置（制御手段）２１と、この制御装置２１からの第１の制御信号に基づき可変ディレイライン７を駆動する駆動信号を出力するドライバ２２とが設けられている。なお、位相比較器２０、制御装置２１及びドライバ２２は、マイクロコンピュータなどにより一体として構成することができる。

図２は、この発明の実施の形態１に係る光ファイバマイクロ波伝送装置の光波長分波器の構成を示す図である。

図２において、光波長分波器１４は、アレイ導波路グレーティング（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）（光信号波長分離手段）１４１と、光スイッチ１４２とを組み合わせることにより構成される。なお、光波長分波器１５も同様である。

つぎに、この実施の形態１に係る光ファイバマイクロ波伝送装置の動作について図面を参照しながら説明する。

図３は、この発明の実施の形態１に係る光ファイバマイクロ波伝送装置の光周波数シフタの動作を示す図である。同図（ａ）は、光周波数コム信号発生器３により発生される光周波数コム信号のスペクトル、同図（ｂ）は、光周波数シフタ１３により周波数がシフトされた光周波数コム信号のスペクトルをそれぞれ示す。

マイクロ波／光変換器２は、マイクロ波入力部１から入力された伝送すべきマイクロ波信号により強度変調された変調光を出力する。一方、光周波数コム信号発生器３は、所定の周波数間隔で複数の波長の光信号が並んだ光周波数コム信号（λ１、λ２、λ３、…、λ_ｍ、…、λ_ｎ、…）を発生する。次に、光分波器４は、光周波数コム信号発生器３により発生された光周波数コム信号を第１及び第２の分波光周波数コム信号の２つに分波する。この光分波器４の分波比（分岐比）は、分波後の各光路の損失に応じて設定する。次に、光合波器５は、マイクロ波／光変換器２から出力された変調光と光分波器４により分波された第１の分波光周波数コム信号とを合波する。

マイクロ波／光変換器２から出力された、伝送したいマイクロ波信号が重畳された変調光は、光合波器５及び光サーキュレータ６を経て可変ディレイライン７へ進み、光ファイバ８を介して伝送され、部分反射器９を透過して光／マイクロ波変換器１０によりマイクロ波信号に復調され、マイクロ波出力部１１から伝送したいマイクロ波信号が出力される。光／マイクロ波変換器１０に入力した変調光は、光／マイクロ波変換器１０内のフォトダイオードにより直接検波され、光／マイクロ波変換器１０に入力したマイクロ波信号が復調される。

ここで、可変ディレイライン７は、ドライバ２２から出力された駆動信号に従って、光路長を可変する。また、光ファイバ８の透過率は、例えば波長１．５ミクロン帯で０．２ｄＢ／ｋｍ以下と非常に小さいため、マイクロ波／光変換器２と光／マイクロ波変換器１０を離して設置しても、伝送路の伝搬損失は小さいので、マイクロ波信号の遠方への伝送に有効である。

一方、背景技術でも述べたように、伝送路が長くなると、例えば光ファイバ８の温度変化などによる光路長の変動が大きくなるため、光路長の変動に応じて、光／マイクロ波変換器１０から出力されるマイクロ波信号の位相（遅延時間）が変動する。

部分反射器９は、可変ディレイライン７及び光ファイバ８を通った変調光と第１の分波光周波数コム信号の合波信号うち、第１の分波光周波数コム信号を反射させるものである。部分反射器９で反射せずに透過された変調光は、上述したように、光／マイクロ波変換器１０でマイクロ波信号に復調され、マイクロ波出力部１１から出力される。

部分反射器９で反射された第１の分波光周波数コム信号は、光ファイバ８及び可変ディレイライン７を逆方向から進み、光サーキュレータ６の入出力ポートに入力され、光サーキュレータ６の下側の出力ポートから出力される。

基準マイクロ波信号源１２は、基準マイクロ波信号を出力し、光周波数シフタ１３は、光サーキュレータ６から出力された第１の分波光周波数コム信号を、基準マイクロ波信号源１２からの基準マイクロ波信号に応じて周波数をシフトして出力する。ここで、第１の分波光周波数コム信号は多数の光信号が並んでいることから、多数の光信号の各々の周波数が、図３（ｂ）に示すように、基準マイクロ波信号の周波数相当シフトする。

光周波数コム信号発生器３により発生された光周波数コム信号は、上述したように、光分波器４で第１及び第２の分波光周波数コム信号の２つに分波（分岐）される。光分波器４により、図１中の下側に分波された第２の分波光周波数コム信号は、光波長分波器１４に入力される。

光波長分波器１４は、第２の分波光周波数コム信号の中から、制御装置２１からの第２の制御信号で選択された、波長λ_ｍ及びλ_ｎの２成分を分波してそれぞれ異なる出力ポートから出力する。

一方、光波長分波器１５は、光周波数シフタ１３により周波数シフトされた第１の分波光周波数コム信号の中から、制御装置２１からの第２の制御信号で選択された、波長λ_ｍ及びλ_ｎの２成分を分波してそれぞれ別々の出力ポートから出力する。なお、光波長分波器１５から出力される光信号の波長の表記について、正確には周波数シフトされているので、例えば、λｍ及びλｎと異なるλｍ’及びλｎ’と表記すべきであるが、説明を簡単にする等ために、波長λ_ｍ及びλ_ｎと表記する。

光波長分波器１４、１５から出力される各波長の帯域幅は、周波数コム間隔よりも狭いが、基準マイクロ波信号の周波数よりも広いものとする。

ここで、光波長分波器１４、１５の詳細な動作について説明する。図２に示すように、光波長分波器１４内のアレイ導波路グレーティング（ＡＷＧ）１４１では、多数の波長の光信号である第２の分波光周波数コム信号（λ１、λ２、λ３、…、λ_ｍ、…、λ_ｎ、…）を入力し、波長毎に異なる出力ポートから分離出力する。次に、光スイッチ１４２は、アレイ導波路グレーティング１４１からの各波長（λ１、λ２、λ３、…、λ_ｍ、…、λ_ｎ、…）の光信号を複数の入力ポートから入力し、その中から制御装置２１からの第２の制御信号に従い、選択された２つの入力ポートより入力された波長の光信号（λ_ｍ、λ_ｎ）をそれぞれ別々の出力ポートから出力する。また、光波長分波器１５についても同様である。

光カプラ１６は、光波長分波器１４から出力された第２の分波光周波数コム信号の中の波長λ_ｍの光信号と、光波長分波器１５から出力され周波数シフトされた第１の分波光周波数コム信号の中の波長λ_ｍの光信号とを合波する。

同様に、光カプラ１７は、光波長分波器１４から出力された第２の分波光周波数コム信号の中の波長λ_ｎの光信号と、光波長分波器１５から出力され周波数シフトされた第１の分波光周波数コム信号の中の波長λ_ｎの光信号とを合波する。

光／マイクロ波変換器１８は、光カプラ１６から出力された合波信号を光電変換してマイクロ波信号を出力する。同様に、光／マイクロ波変換器１９は、光カプラ１７から出力された合波信号を光電変換してマイクロ波信号を出力する。

各光／マイクロ波変換器１８、１９は、基準マイクロ波信号の周波数と同じ周波数のマイクロ波信号を出力する。また、各光／マイクロ波変換器１８、１９から出力されるマイクロ波信号の位相差は、光分波器４で分岐する２つの光路の間の位相差となるが、ここで、各光／マイクロ波変換器１８、１９への合波信号の波長はλ_ｍ、λ_ｎと異なるため、光電変換されたマイクロ波信号の位相差もこれらの波長に応じて異なる値となる。

光／マイクロ波変換器１８へ入力される波長λ_ｍの光信号は、周波数が基準マイクロ波信号の周波数相当オフセットされた光信号と、周波数相当オフセットされていない光信号であるので、光／マイクロ波変換器１８からは、２つの光信号のビート成分、つまり、基準マイクロ波信号の周波数相当のビート周波数を持つマイクロ波信号が出力される。

同様に、光／マイクロ波変換器１９へ入力される波長λ_ｎの光信号は、光波長分波器１４から出力された第２の分波光周波数コム信号の中の波長λ_ｎの光信号と、光波長分波器１５から出力され周波数シフトされた第１の分波光周波数コム信号の中の波長λ_ｎの光信号とであるので、光／マイクロ波変換器１９からは、２つの光信号のビート成分、つまり、基準マイクロ波信号の周波数相当のビート周波数を持つマイクロ波信号が出力される。

ここで、光／マイクロ波変換器１８から出力される波長λ_ｍの光信号の位相は、光分波器４から光合波器５、光サーキュレータ６、可変ディレイライン７及び光ファイバ８を経由して部分反射器９で反射し、光ファイバ８及び可変ディレイライン７を戻り、光サーキュレータ６で光路が切り替わり、光周波数シフタ１３及び光波長分波器１５を経由して光カプラ１６までの光路と、光分波器４から光波長分波器１４を経由して光カプラ１６までの光路との光路長差（ΔＬとおく）となり、光信号の波長λ_ｍで変化する。

同様に、光／マイクロ波変換器１９から出力される波長λ_ｎの光信号の位相は、光信号の波長λ_ｎで変化する。

従って、光／マイクロ波変換器１８と光／マイクロ波変換器１９から出力されるマイクロ波信号の位相差Δφは、次の式（１）で表すことができる。

Δφ／（２π）＝ΔＬ・Ｎ／ｃ・Δｆ （１）

ここで、ΔＬは光路長差、Ｎは光ファイバ８の屈折率、ｃは光速、Δｆは波長λ_ｍの光信号の周波数（ｃ／λ_ｍ）と波長λ_ｎの光波の周波数（ｃ／λ_ｎ）の周波数差である。

よって、光路長差ΔＬは、次の式（２）で表すことができる。

ΔＬ＝Δφ／（２π）・ｃ／Ｎ・１／Δｆ （２）

ここで、周波数差Δｆを所定の値（予め解っている値）とおくと、位相差Δφの測定値より光路長差ΔＬを求めることができる。

位相差Δφを２π以下とすると、測定可能な光路長差の最大値ΔＬｍａｘは、次の式（３）で表すことができる。

ΔＬｍａｘ＜ｃ／Ｎ・１／Δｆ （３）

従って、波長λ_ｍとλ_ｎによる周波数差Δｆが小さいときは、光路長差ΔＬは長く、周波数差Δｆが大きいときには、光路長差ΔＬは短くなる。このΔＬが位相差Δφの測定値に対する光路長差となる。

位相比較器２０は、光／マイクロ波変換器１８と光／マイクロ波変換器１９とから出力されたマイクロ波信号の位相を比較し、それらの位相差を求めて出力する。すなわち、２つのマイクロ波信号の位相差Δφは、上記の式（１）に基づき求める。

制御装置２１は、位相比較器２０により求めた位相差Δφと、第１及び第２の分波光周波数コム信号の中からそれぞれ選択する２つの波長λ_ｍ、λ_ｎの波長差（周波数差Δｆ）とから、２つの光路間の光路長差ΔＬを算出することができる。すなわち、上記の式（２）に基づき光路長差ΔＬを求める。この光路長差ΔＬが小さくなるように、可変ディレイライン７を駆動するドライバ２２への第１の制御信号を求めてドライバ２２へ出力する。ドライバ２２は、制御装置２１からの第１の制御信号に基づき、光路長差ΔＬが小さくなるように、可変ディレイライン７を駆動する駆動信号を出力する。

次に、制御装置２１は、算出した光路長差ΔＬが所定の閾値より小さくなった場合には、第１及び第２の分波光周波数コム信号の中からそれぞれ選択する２つの波長を切り替え、波長差つまり周波数差Δｆを大きくするように、２つの波長の選択を指示する第２の制御信号を光波長分波器１４、１５へそれぞれ出力する。

これにより、２つの波長λ_ｍ、λ_ｎの波長差つまり周波数差Δｆが小さいとき（初期状態）は、光路長差ΔＬの測定分解能は低いが、測定可能範囲ΔＬｍａｘを広くすることができる。２つの波長λ_ｍ、λ_ｎの波長差を順次切り替えながら大きくし、可変ディレイライン７により光路長差ΔＬを小さくしていくことにより、光路長差の測定分解能を高めることができる。

制御装置２１は、上述したように、初期状態では、２つの波長λ_ｍ、λ_ｎの波長差つまり周波数差が小さい、光波長分波器１４、１５の光スイッチ１４２の２つの入力ポートを選択する。そして、２つの入力ポートを選択するように、第２の制御信号を光波長分波器１４、１５へそれぞれ出力する。その後、順次周波数差Δｆを広げるように、光スイッチ１４２の２つの入力ポートを選択する。

例えば、式（３）を変形した式「ΔＬ＝ｃ／Ｎ・１／Δｆ」において、周波数差Δｆ＝１００ＧＨｚ、光ファイバ８の屈折率Ｎ＝１．４５とすると、光路長差ΔＬ＝２．１ｍｍが得られる。このとき、光ファイバ８の長さが２．１ｍｍの範囲内では、位相差Δφと光ファイバ８の長さは１対１の対応関係にあるため、位相差Δφの測定値から光ファイバ８の長さの絶対値を知ることができ、所望の光ファイバ８の長さに制御することが可能となる。

一方、従来の構成では、光波長オーダーでの位相を検波し、制御することは可能だが、それ以上の光ファイバ８の長さを制御することは困難である。しかしながら、図１の実施の形態１の構成を用いることで、２つの光信号の周波数差Δｆに応じた光ファイバ８の長さを制御することが可能となり、従来と比較して制御可能な光ファイバ８の長さを増加させる効果が得られる。

以上のように、この実施の形態１に係る光ファイバマイクロ波伝送装置は、光周波数コム信号発生器３から出力した多数の光周波数信号の中から、光波長分波器１４、１５により、任意の２つの光信号を選択できる。つまり、２つの光信号の周波数差Δｆを選択できるので、測定可能な光路長差ΔＬの範囲を広い範囲で変えることができる。これにより、光ファイバ８などによる光路長の変動量を広い範囲で測定することができる。

さらに、測定結果（位相差Δφ）を可変ディレイライン７への駆動信号へと変換することにより、光路長の変動を補償することも可能となる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る光ファイバマイクロ波伝送装置について図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２に係る光ファイバマイクロ波伝送装置の部分反射器の構成を示す図である。なお、この発明の実施の形態２に係る光ファイバマイクロ波伝送装置の他の構成は、上記の実施の形態１と同様である。

図４において、部分反射器９は、光波長分波フィルタ（ＷＤＭ）９１と、ファラディローテータミラー（ＦＲ）（偏波回転手段）９２とが設けられている。

部分反射器９は、図４に図示した構成でも実現可能である。この場合、マイクロ波／光変換器２から出力された変調光の波長のみを透過し、それ以外は反射する光波長分波フィルタ９１により、第１の分波光周波数コム信号をマイクロ波／光変換器２とは別の光路に分波する。分波された第１の分波光周波数コム信号は、入射時から偏波方向を９０度回転させるファラディローテータミラー９２により、反射させられ、光波長分波フィルタ９１に逆側から入力する。

このとき、光ファイバ８に戻る第１の分波光周波数コム信号（図１で右から左方向）は、進行時（図１で左から右方向）に対して、偏波方向が９０度傾く。従って、光サーキュレータ６の代わりに、偏波方向によりビームの出力方向が異なる偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いても良い。これにより、光ファイバ８中で光の偏波方向が変動しても、往復する過程で直交しているため、偏波の変動を打ち消すことができる。

１ マイクロ波入力部、２ マイクロ波／光変換器、３ 光周波数コム信号発生器、４ 光分波器、５ 光合波器、６ 光サーキュレータ、７ 可変ディレイライン、８ 光ファイバ、９ 部分反射器、１０ 光／マイクロ波変換器、１１ マイクロ波出力部、１２ 基準マイクロ波信号源、１３ 光周波数シフタ、１４ 光波長分波器、１５ 光波長分波器、１６ 光カプラ、１７ 光カプラ、１８ 光／マイクロ波変換器、１９ 光／マイクロ波変換器、２０ 位相比較器、２１ 制御装置、２２ ドライバ、９１ 光波長分波フィルタ、９２ ファラディローテータミラー、１４１ アレイ導波路グレーティング、１４２ 光スイッチ。

Claims (3)

1. 入力される第１のマイクロ波信号により強度変調された変調光を出力する電気／光変換手段と、
   所定の周波数間隔で複数の光信号が並らんだ光周波数コム信号を発生する光周波数コム信号発生手段と、
   前記光周波数コム信号発生手段により発生された光周波数コム信号を第１及び第２の分波光周波数コム信号に分波する光分波手段と、
   前記変調光及び前記第１の分波光周波数コム信号を合波して第１の合波信号を出力する第１の光合波手段と、
   前記第１の光合波手段の出力側に接続された入力ポートから入力される前記第１の合波信号を入出力ポートへ伝達するとともに、前記入出力ポートから入力される前記第１の分波光周波数コム信号を出力ポートへ伝達する光伝達手段と、
   前記光伝達手段の入出力ポートに一端が接続され、第１の制御信号に基づいて、光路の長さを可変する光路長可変手段と、
   前記光路長可変手段の他端から出力された前記第１の合波信号を伝送する光ファイバと、
   前記光ファイバにより伝送された第１の合波信号のうち、前記変調光を透過させるとともに、前記第１の分波光周波数コム信号を反射する部分反射手段と、
   前記部分反射手段を透過してきた前記変調光を復調して前記第１のマイクロ波信号を出力する第１の光／電気変換手段と、
   基準マイクロ波信号を出力する基準マイクロ波信号源と、
   前記基準マイクロ波信号に応じて、前記部分反射手段により反射され、前記光ファイバ及び前記可変遅延手段を経て、前記光伝達手段の出力ポートから出力された前記第１の分波光周波数コム信号の周波数を偏移する光周波数偏移手段と、
   第２の制御信号に基づいて、前記光分波手段により分波された第２の分波光周波数コム信号の中から第１及び第２の波長の光信号を分波する第１の光波長分波手段と、
   前記第２の制御信号に基づいて、前記光周波数偏移手段により周波数偏移された第１の分波光周波数コム信号の中から第３及び第４の波長の光信号を分波する第２の光波長分波手段と、
   前記第１の波長分波手段から出力された第１の波長の光信号及び前記第２の波長分波手段から出力された第３の波長の光信号を合波して第２の合波信号を出力する第２の光合波手段と、
   前記第１の波長分波手段から出力された第２の波長の光信号及び前記第２の波長分波手段から出力された第４の波長の光信号を合波して第３の合波信号を出力する第３の光合波手段と、
   前記第２の合波信号を光電変換して第２のマイクロ波信号を出力する第１の光電変換手段と、
   前記第３の合波信号を光電変換して第３のマイクロ波信号を出力する第２の光電変換手段と、
   前記第２及び第３のマイクロ波信号の位相を比較し位相差を求めて出力する位相比較手段と、
   前記位相差と前記第１及び第２の分波光周波数コム信号の中からそれぞれ選択する２つの波長の波長差である周波数差とに基づいて、前記光分波手段から前記第２の光合波手段まで、又は前記光分波手段から前記第３の光合波手段までの前記第１及び第２の分波光周波数コム信号が通過する２つの光路間の光路長差を算出し、この光路長差が小さくなるように、前記第１の制御信号を前記光路長可変手段へ出力するとともに、算出した光路長差が所定の閾値より小さくなった場合には、前記第１及び第２の分波光周波数コム信号の中からそれぞれ選択する光信号の２つの波長を切り替え、前記周波数差を大きくするように、２つの波長の選択を指示する前記第２の制御信号を前記第１及び第２の光波長分波手段へそれぞれ出力する制御手段と
   を備えたことを特徴とする光ファイバマイクロ波伝送装置。
2. 前記第１及び第２の波長分波手段は、
   前記第１又は第２の分波光周波数コム信号を入力して波長毎に異なる出力ポートから分離出力する光信号波長分離手段と、
   前記光信号波長分離手段により分離された各波長の光信号を複数の入力ポートから入力し、その中から前記第２の制御信号に従い選択された２つの入力ポートから入力された波長の光信号をそれぞれ別々の出力ポートから出力する光スイッチとから構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の光ファイバマイクロ波伝送装置。
3. 前記部分反射手段は、
   前記光ファイバにより伝送された第１の合波信号のうち、前記変調光の波長のみを透過させるとともに、前記第１の分波光周波数コム信号を前記光ファイバとは別の光路に分波する光波長分波フィルタと、
   分波された第１の分波光周波数コム信号の偏波方向を９０度回転させて反射し、前記光ファイバとは反対側から前記光波長分波手段へ前記第１の分波光周波数コム信号を戻す偏波回転手段とから構成され、
   前記光伝達手段の代わりに、偏光ビームスプリッタを用いる
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバマイクロ波伝送装置。

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