卒　　業　　研　　究

Size: px

Start display at page:

Download "卒　　業　　研　　究"

あいぞうあみおか
5 years ago
Views:

1 卒業研究題目光 SSB 変調器を用いた光波長変換システム報告者中妻宏太指導教員岩下克教授平成 19 年月 0 日高知工科大学工学部電子光システム工学科

2 第 1 章序論研究背景研究内容論文の構成... 第章光 SSB 変調の原理と特徴変調...3. 振幅変調 DSB 変調 SSB 変調光 SSB 変調光 SSB 構成光 SSB 原理...8 第 3 章波長変換システム周波数光コム光増幅器サチュレーション緩和ループ内損失光 SSB 変調周波数決定 FBG 光フィルタ設計スペクトルフィルタリング段 FBGフィルタリング測定系構成光源 LN 変調器光増幅器光結合器光 SSB 変調器光フィルタ光分波器 FBG LPF スペクトル測定結果とアイパターン...6 第 4 章結論...30 謝辞...31 参考文献...3 1

3 第 1 章序論 1.1 研究背景近年インターネットの利用者人口の急速な増加により高速で大容量のネットワークが必要とされるようになったこの大容量化に伴い波長分割多重 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 伝送方式が注目されている WDM 伝送技術を用いてネットワークの大容量化を行ったWDMネットワークにおいて光クロスコネクトでは波長ごとに経路を切り替えるルーティングを行う光クロスコネクトは複数の入出力ポートを有し各経路から波長多重されてきた信号を分波した後所定の経路に振り分け経路毎に波長多重を行い伝送する光クロスコネクトノード内で各波長の信号を波長変換せずに各経路設定する場合を波長パスWP(Wavelength Path) といい波長変換を行い各経路設定する場合をバーチャル波長パスVWP(Virtual Wavelength Path) という [1] WPの場合異なる入力ポートの同じ波長の信号同士を波長多重する場合には波長ブロッキングの問題が発生するこの場合にはどちらかの信号を空いているポートに出力させて別経路から迂回させる必要がある一方 VWPではどちらかの信号を波長変換で別の波長に変換することで同一経路に送り出すことができるよって VWPのほうが柔軟性に優れ WPより波長数の少ないネットワークを構築できるこのVWPを構築するために必要となる波長変換技術があるその方法として四光波混合 (FWM) や半導体光増幅器 (SOA) を用いた方法などが報告されている [] 1. 研究内容従来光 SSB 変調器は無変調光をSSB 変調により周波数をシフトして出力する光周波数シフタとして用い光コム発生器などへ応用した例が報告されている [3] 本研究では変調された信号光を光 SSB 変調器にて波長変換を行う本論文で想定する波長変換システムにおいて光 SSB 変換効率や周回ループによる光増幅器での増加雑音によって劣化する信号対雑音比 (SN) を元にいくつまでの波長シフトが可能であるか確認する実用的な波長シフト量としてはアレイ導波路回折格子 AWG(Arrayed Waveguide Grating) の出力ポート間隔である 100GHz 単位波長間隔として 0.8nm 単位 (0.8,1.6,.4, ) nmである 1.3 論文の構成第章では光 SSB 変調の原理や構成について述べる第 3 章では今回提案する波長変換システムの概要と使用したデバイスについて説明を行うまた波長変換にて発生させた光コムと光コムから抜き出した信号光およびその信号光のアイパターンの測定結果を示す最後に第 4 章では結論を述べる

4 第章光 SSB 変調の原理と特徴この章では SSB の原理と特徴について述べる SSB の説明のために強度変調の原理についても説明を行う.1 変調情報を遠方へ伝送する場合には信号を信号の運び手である搬送波に乗せることにより伝送が可能となるその搬送波として知られているものには電波や光があるこの搬送波に情報を乗せることを変調というまた変調された搬送波から信号を取り出すことを復調という搬送波を正弦波として考えると v ( t) = V sin( ω t + θ ) c c c ( ただし c c と表されるここで V は搬送波の振幅 c c ω = πf ) 式 -1 ω は搬送波の角周波数 θ は位相は搬送波の周波数である搬送波の振幅 V 周波数 f 位相差 θ を信号に応じて変化させるこ c とにより変調が行われるここで振幅のみを情報信号に応じて変化させる場合を振幅変調 (AM: Amplitude Modulation) といい周波数のみを変化させる場合を周波数変調 (FM: Frequency Modulation) 位相差のみを変化させる場合を位相変調(PM: Phase Modulation) という c f c. 振幅変調振幅変調は搬送波の振幅を信号波に応じて変調するものである図 -1に示すように振幅がV である正弦波の搬送波 (t) を振幅がV である余弦波の信号波 (t) で強度変調 C V C するとV AM (t) のような被変調波が得られる被変調波の振幅は搬送波に信号波を加えたものになり振幅の最大値はV C + V S となり最小値はVC VS となるまた被変調波の振幅変化の度合いを変調度 m という搬送波信号波 V C S ( t) = V sinω t 式 - c c V ( t) = V cospt ( : 信号波周波数 ) S s p πf P f P としたとき被変調波 V AM (t) は次式で与えられる = 式 -3 V S 3

5 V AM { V + V ( t) } sin ω t = C S C 式 -4 VS = VC ( 1+ cos pt)sinωct 式 -5 V C = V ( 1+ m cos pt)sin ω t 式 -6 C となりこの式は AM の一般式であるこの式を展開して整理すると V C VCm VC m = VC sinω Ct + sin( ωc + p) t + sin( ωc p t 式 -7 AM ) となるこの式の第 1 項は搬送波であり第項は搬送波より信号波分周波数が高い成分である第 3 項は搬送波より信号波分周波数が低い成分を表している第項で表される成分を上側波帯第 3 項で表される成分を下側波帯という搬送波上側波帯下側波帯を周波数スペクトルで表すと図 -となる図 -1 振幅変調波 4

6 図 - 強度変調スペクトル..1 DSB 変調 DSB [4] (Double Side Band) とは両側波帯のことを表し図 -のように搬送波の周囲に上側波帯 (Upper Side Band) と下側波帯 (Lower Side Band) が出力されるAM 波のことを差す図からわかるように搬送波の出力は常に一定であるが側波帯の出力は信号波に比例して変化する.. SSB 変調 SSB [5] (Single Side Band) とは単側波帯振幅変調のことで今まで主に無線通信に用いられてきた SSB 技術は帯域抑圧送信電力削減において有効な技術である SSB 信号を生成する方法として位相推移法が挙げられる位相推移法とはあるDSB 信号とその搬送波および信号波の位相が 90 度違ったDSB 信号を生成しそのDSB 信号同士を合成し SSB 信号を得るものであるその構成図を図 -3に示すこの構成では平衡変調器を二つ用いてそれぞれでDSB 信号を生成する平衡変調器とは搬送波のないDSB 波を生成する変調器である平衡変調器 Aにはそのままの搬送波と信号波が入力されるが平衡変調器 Bには搬送波と信号波をそれぞれの位相がπ/ シフトされたものが入力されるここで信号波 Vs( t) = sinω t とすると平衡変調器 A の出力 v ( t 1 ) と平衡変調器 B の出力 v ( t ) は次のようになる m 5

7 v ( t) V sin ω t sin ω t 1 = c m c 式 -8 Vc = { cos( ω c ω m ) t cos( ωc + ω m ) t} 式 -9 v ( t) = Vc cosωmt cosωct 式 -10 Vc = { cos( ω c ωm ) t + cos( ωc + ωm ) t} 式 -11 SSB(t) は次式で表される以上より最終出力 SSB t) = v ( t) + v ( t) = V cos( ω t 式 -1 ( 1 c c ωm ) この式は下側波帯から成る SSB 波を示しているまた v ( ) と v ( t) の差を取ることで上側波帯から成る SSB 波を得られることがわかる 1 t 図 -3 位相推移法による SSB 波生成 6

8 B B.3 光 SSB 変調この節では光 SSB 変調器の構成および原理について説明する.3.1 光 SSB 構成光の領域においてSSB 変調を可能にする光 SSB 変調器の構成を図 -4に示すこの光 SSB 変調器はメインマッハツェンダー干渉計 (MZ) であるMZCとそのMZCの両導波路上にそれぞれサブマッハツェンダー干渉計となる MZA と MZB を設けた構成であるそれぞれのサブマッハツェンダー MZA MZBBにはRF 電極とDC 電極がそれぞれ設けられている一方メインマッハツェンダー MZCにはDC 電極が設けられている入射してきた光はまず MZC の Y 型分岐にて分波されてそれぞれ MZA と MZB へ進むそこでそれぞれが再びサブマッハツェンダーのY 分岐にて分波されそれぞれ位相変調されて合波される位相変調された両サブマッハツェンダーからの出力が合波されて最終出力となる構成となっている図 -4 光 SSB 変調器の構造 7

9 .3. 光 SSB 原理図 -5 に示すようにサブマッハツェンダー MZA の位相変調部をそれぞれ 1st arm nd armとし MZBの位相変調部を B 3rd arm 4th armとする搬送波を Acosωt としそれ π 3π ぞれのarmに cos pt, cos( pt + π ), cos ( pt + ), cos( pt + ) の電気信号を与えるそれぞれの arm で位相変調行うと A 1st arm: cos( ω t + m cos pt) 式 -13 A nd arm: cos( ω t m cos pt) 式 -14 A 3rd arm: sin( ω t msin pt) 式 -15 A 4th arm: sin( ω t + msin pt) 式 -16 と表されるこれらを展開して整理するとそれぞれ A 1st arm: A nd arm: A 3rd arm: A 4th arm: となる J n n = J n = n = n = J J J n n n π ( m) cos{ ω t + n( pt + )} 式 -17 n π ( m)cos{ ω t n( pt + )} 式 -18 ( m)sin( ω np) t 式 -19 ( m)sin( ω + np) t 式 -0 (m) はベッセル関数である 1st arm と nd arm で位相変調された搬送波は合波されるそれを V ( ) とすると V ( t) 1 は次式で表されるただしから J とした J t V t) = A[ J ( m){sin( ω p) t + sin( ω + p) } 1( 1 t + J ( m){sin( ω 3p) t + sin( ω + 3p) }] 式 -1 3 t また 3rd arm と 4th arm の合波 () 出力 V ( t ) は次式で表される 8

10 V t) = A[ J ( m){sin( ω p) t sin( ω + p) } ( 1 t + J ( m){sin( ω 3p) t sin( ω + 3p) }] 式 - 3 t 以上より MZ A 出力 V ( ) とMZB 出力 V ( ) を合波することで最終出力 (t) が得られる ( 図 -6) 1 t V out ( 1 3 t t t) = A{ J ( m)sin( ω + p) t + J ( m)sin( ω 3p) } 式 -3 V out 図 -5 光 SSB 動作原理図 -6 合波によるスペクトル変化 9

11 第 3 章波長変換システムこの章では波長変換システムの測定系と実験に用いた部品とその特性について述べる 3.1 周波数光コム図 3-1 に光コム発生構成図を示す光コムとは得られる周波数スペクトルが等間隔に並び櫛状 ( コム ) になることからそう呼ばれる入力された周波数スペクトル ω はカップラを通り分波されるここで ω はそのまま出力されもう一方は光 SSB へと進む光 SSB 変調器へと進んだ光はシンセサイザからの光 SSB 変調周波数である Δf の周波数変化を受ける仮に 10GHz の入力周波数であれば光 SSB 変調器への入射光は 10GHz の周波数シフトを起こすシフトを起こしたことによりω + Δf の周波数成分となるここで光 SSB 変調器による変換損失の補償のために光増幅器 EDFAを使用する増幅後 ω + Δf は再びカップラを通ることにより ω + Δf の周波数成分の光が出力される光と光 SSB 変調器へ向かう光に分波される分波された光は再び光 SSB にて周波数シフトされ順次出力には ω + nδf (n=0,1,, ) の周波数スペクトル成分が現れる図 3-1 光コム発生部 10

12 3. 光増幅器サチュレーション緩和図 3-1の構成ではループ中にある光増幅器の後段に光フィルタを挟んでいるこの構成において周回ごとに光増幅器では出力する光パワーが増加するそれは信号のない帯域でも雑音として増幅してしまうことが原因である周回ごとに増す光パワーはいつか飽和 ( サチュレーション ) を起こし増幅したい信号の利得に制限をかけてしまうこうなることで最大利得を得られなくなり雑音と増幅したい信号との信号対雑音比が悪くなってしまうそこで光増幅器後段に光フィルタを挿入し不必要な雑音領域をカットすることで飽和を緩和して光増幅器の利得を向上させることが可能となる具体的な光フィルタ設定は後に記述するカップラ出力の抜き出したい目的のスペクトルの長波長側に光フィルタをかける理想的には図 3-に示すようにカップラ入力前である変換前の周波数スペクトル ω の短波長側に光フィルタの左端がかかるように設定する光フィルタのバンドパス領域が理想的なバンドパス領域より広い場合には図 3-3に示すようにFBGフィルタ後のスペクトル以降に現れるスペクトルを光フィルタで抑圧するために光フィルタの右端をFBG フィルタ後のスペクトルの右側にかけるこうすることで変換前の周波数スペクトルω 以前の不要な雑音はカットできないがFBGフィルタ後のスペクトル以降の雑音は除去できる図 3- 光フィルタによる増幅飽和緩和図 3-3 広帯域光フィルタによる増幅飽和緩和 11

13 3.3 ループ内損失図 3-1の光コム発生部において利得 >ループ内損失でなければ周回するごとにスペクトルのパワーが下がり後に説明するFBGフィルタリングにて信号光を取り出すことが難しくなるそれぞれの損失を測定し図に示すと図 3-4となるループ内全損失は 9.5dB となっているよって光増幅器では 9.5dB 以上の利得が必要となる図 3-4 ループ内損失 3.4 光 SSB 変調周波数決定光 SSB 変調周波数を決定するにあたって関係性があるのがループ回数である本研究では強度変調した信号光を光 SSB 変調し光 SSB 変換損失やカップラ損失などのループ損失を光増幅器にて補償する構成であるので一週毎に光増幅器の主雑音となるASE 雑音が加わってくる以上の理由により可能な限りループ回数は少数の方が好ましいよってループ回数を減らすためには光 SSB 変調周波数を可能な限り高周波へと設定することが必要となる表 1に目標シフト量を 100GHzとして考えた場合可能と考えられる範囲の変調周波数およびループ回数をまとめたここで λはチャネル間の波長を表すまた光 SSB 変調器の帯域が 0GHzであるので最大光 SSB 変調周波数を 0GHzとしてそれぞれ算出を行った最大値である f=0ghzから光 SSB 変調が可能であるか確認を行った結果光 SSB 変調に使用するデバイスの関係上 f=0ghzでは不可能であったそこで時点の f=16.7ghzでは光 SSB 変調可能であったので本実験は変調周波数を 16.7GHzにて行う 1

表 1 100GHz シフトに必要なループ回数と周波数シフト量 3.5 FBG 光フィルタ設計必要反射帯域幅は強度変調速度最大 5Gbpsを考慮して 10GHzの帯域が必要となる 10GHzの帯域を波長に変換すると 0.08nmであるさらに光 SSB 変調周波数を 16.7GHz としたので隣とのチャネル間の波長差は 0.

14 表 1 100GHz シフトに必要なループ回数と周波数シフト量 3.5 FBG 光フィルタ設計必要反射帯域幅は強度変調速度最大 5Gbpsを考慮して 10GHzの帯域が必要となる 10GHzの帯域を波長に変換すると 0.08nmであるさらに光 SSB 変調周波数を 16.7GHz としたので隣とのチャネル間の波長差は 0.133nmとなるこれらを図に示すと図 3-5のようになるこれらを踏まえた上で光フィルタの必要特性を考えてみると図 3-6のようになる -3dBとなる反射帯域幅は強度変調の必要帯域である 0.08nmを確保し隣接チャネル抑圧は片側 1chで 18dB 以上必要とすることを考えると両チャネルの場合には 15dB 以上を必要とする図 3-5 強度変調帯域とチャネル間距離 13

15 図 3-6 理想光フィルタ 3.6 スペクトルフィルタリング周波数光コムフィルタ部の構成を図 3-7に示すこの構成ではカップラから周波数光コムとして出力した信号光を段のFBGフィルタにて必要となるスペクトルを抜き出す抜き出すスペクトルは 100GHzや 00GHz 光 SSBシフトしたスペクトルであるカップラ出力はまずサーキュレータを通り FBGにて反射光として戻りサーキュレータにて別ポートへと出力される別ポートに出力された信号光をさらにサーキュレータへと通過させ再びFBGにて信号光をフィルタリングする段目のFBGからの戻り光をPDで受けてLPFを通過させサンプリングオシロスコープにて復調可能であるかアイパターンを表示させるここで段のFBG 構成を用いている理由はFBGを段重ねることにより FBGの組み合わせ次第で反射帯域幅やサイドローブ抑圧を比較的簡単に変更できることにある以上より反射帯域幅やサイドローブ抑圧の可変 FBGフィルタとして働く図 3-7 FBG フィルタリング部 14

16 3.7 段 FBG フィルタリング FBGを段接続した場合の特性を図 3-8に示す FBGそれぞれの特性とそれらを組み合わせ段接続した場合のスペクトルを測定したなお段接続の場合にはどちらの FBGが前でも特性は変わらなかった図より段接続にすることで反射帯域幅を狭めることができる段接続によって多少損失が増加するがFBGの組み合わせによって段接続後の反射特性が変えられることがわかる図 3-8 FBG 段接続 3.8 測定系構成波長変換システムの測定系を図 3-9に示す光源 LD から発振した光を LN 変調器を用いて PPG(Pulse Pattern Generator) からのデータ信号でデータを乗せる次に変調した信号光をカップラに通して信号光を分岐するそしてカップラで分けた信号光をそれぞれサーキュレータと光 SSB 変調器へと接続する光 SSB 変調器へと進んだ信号光はシンセサイザから出力した信号で光 SSB 変調する光 SSB 変調した信号光を光増幅器で増幅してカップラに戻すカップラ光 SSB 変調器光増幅器カップラでループ構成をとり数回ループさせることにより順次シフトした信号光が出力されるその信号光をサーキュレータへと通し FBG にてフィルタリングを行なう任意の周波数を戻り光とし戻した信号光をサーキュレータへと通して別ポートへ出力させてサンプリングオシロスコープにてアイパターンの確認を行う 15

17 図 3-9 測定系 3.9 光源光源に使用したLDはDFB-LDを用いた FP-LDが多モードで発振しやすいのに対し DFB-LDは単一モード発振するので安定した単一モード発振を必要とする大容量長距離光ファイバ通信システムにおいて用いられる使用した発振波長帯は 1550nm 帯である使用したDFB-LDには温度調整機能がついており温度によって発振波長を変化させることが可能である使用したDFB-LDの温度を変えていったときの波長の変化を図 3-10に示す温度に比例して波長が変化していることが図よりわかる単位温度当たりの波長変化を求めると 0.093nm/degであった本研究では温度を変化させることにより LDの発振波長を変えて測定を行う図 3-10 LD 温度依存性 16

18 3.10 LN 変調器 LN とはニオブ酸リチウム (LiNbO 3 ) のことを指し LN 変調器は電気光学効果を持つ LiNbO 3 結晶上に光導波路を形成した変調器である LN 変調器には光の強度位相偏波面に変調をかける強度変調器位相変調器偏波変調器がある強度変調器は情報を光信号に変換し光信号に情報を乗せることが可能である位相変調器は光ファイバ伝送における分散補償に用いられる偏波変調器は別名偏波スクランブラと呼ばれ偏波状態変動によるノイズを軽減するために用いられる本研究にて用いたLN 変調器 [6] は強度変調器でその構造を図 3-11に示すこの変調器はマッハツェンダー干渉型強度変調器であり入射した入射光はY 型導波路にて分波される分かれた光はそれぞれ直進光と変調される光に分かれる上側のアームでは光はそのまま直進し下側のアームでは光が位相変調されて再びY 型導波路にて上下両アームの光が合波されることで強度変調された光が出力されるこのとき下側のアームでは電極が設けられているこの電極から導波路に電界をかけると電気工学効果 ( ポッケルス効果 ) により位相シフト φの位相変化を受けるこの位相シフト φがπの奇数倍となる場合には後段のy 型導波路で合波されると図 3-1のように逆位相となり打ち消し合い光が出力されなくなるこのときの電圧を半波長電圧 Vπ といい駆動電圧を光最低出力 Pminと光最大出力 Pmaxの間で変化させることにより強度変調を行う ( 図 3-13) PminとPmaxの中間値をVBBとし強度変調器使用時にはDCへVBBを印加しておく本研究で使用した強度変調器の駆動電圧を変化させたときの光出力の変化を測定したものが図 3-14であるなお温度などの影響により使用するごとに曲線が左右にずれるので注意が必要であるまた図よりこの強度変調器のは 3.6Vp-pであることがわかる V π 図 3-11 LN 変調器構造 17

19 図 3-1 逆位相時の動作図 3-13 LN 変調器動作原理 18

20 図 3-14 印加電圧による光出力 3.11 光増幅器光増幅器の原理は反転分布における誘導放出である光ファイバ増幅器は光ファイバのコア部にエルビウムErなどの希土類イオンをドープした増幅器である光ファイバ増幅器の中でもエルビウムドープ光ファイバ増幅器 EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier) は光ファイバの低損失域である波長 1.55μm 帯を増幅域とし高利得広帯域低雑音偏波無依存などの特徴を有している EDFAで増幅された信号光は増幅された信号に加えて広帯域なスペクトルが付加されるこれは自然放出光の一部が光ファイバの基本モードに結合しさらに誘導放出による増幅を受けたものでASE(Amplified Spontaneous Emission) 雑音という光増幅器では一般的にこのASE 雑音が主な雑音要因となる本研究で使用した光増幅器の利得を求めるため系を組んで測定したものが図 3-15である測定には SLD を使用し増幅前と増幅後をそれぞれ差し引いたものである図より 1550nm 帯で 30dB 以上の利得が得られていることがわかる 19

21 図 3-15 光増幅器利得 3.1 光結合器光結合器は光カップラともいい複数の光パワーを1つに結合する光デバイスである光通信に良く用いられる光ファイバカップラの概略図を図 3-16に示す本の光ファイバのコアを近接させることによりそれぞれの光ファイバのモード結合が起こり光パワーが一方から他方へ分岐されて出力されるこの光の分岐比は光ファイバコア間の距離と結合長により決定される光ファイバカップラには相反性があり Port1 から入力した光パワーが Port3 と Port4 へそれぞれ 10% と 90% に分かれた場合 Port から入力した光パワーは Port3 へ 90% Port4 へは 10% となるこの相反性は光ファイバカップラに限らず一般的に光分岐結合器で成り立つ図 3-16 光ファイバカップラ 0

22 3.13 光 SSB 変調器本研究にて用いた光 SSB 変調器 [8] の特性を測定するために図 3-17に示す実験系にて測定を行った LDはDFB-LDの発振波長 1550nmを使用しシンセサイザからは信号周波数 16.7GHz アンプ出力 Vp-p=1Vの正弦波信号で光 SSB 変調を行った光 SSB 変調を行い上側波帯 (USB) と下側波帯 (LSB) をそれぞれ発生させた場合の周波数スペクトルが図 3-18となったまたシンセサイザからの出力を無くした状態がRF offである Up conversionでusbを発生させた場合搬送波抑圧は 3.8dB 下側波帯抑圧は 9.5dBであった Down conversionでlsbを発生させた場合では搬送波抑圧は 1.6dB 上側波帯抑圧は 30.9dBであった以上より波長変換に適した良好なデータである Up conversion とdown conversionでusbとlsbはぞれぞれが搬送波から 16.7GHz 波長にして 0.133nm シフトしていることが図よりわかる図 3-17 特性測定系図 3-18 up conversion と down conversion 1

23 次に強度変調を行った搬送波を光 SSB 変調し光 SSB 変換効率を求めるために図 3-19 の構成にて測定を行った LDとシンセサイザの設定は同じとして PPGからは 5bpsの信号で強度変調を行ったなお PPG から出た信号のアンプ出力は 3.6Vp-p でと同じ値にしてLN 変調器を動作させるこの構成にて光 SSB 変調器へ入射前のスペクトルと光 SSB 変調 (USB) を行ったものが図 3-0となる変換前と変換後の光パワーピーク値を比べてみると変換前が-15dBmであったのに対して変換後が-38.5dBmとなったよって光 SSB 変調における変換損失は 3.5dBであることがわかる V π 図 3-19 変換効率測定系図 3-0 変換効率

24 3.14 光フィルタある特定の波長のみを取り出すことができる光デバイスを光バンドパスフィルタあるいは単に光フィルタというその中には回折格子を用いたものや誘電体多層膜フィルタを用いたものがある本実験にて用いた光フィルタの特性を図 3-1に示す特性の測定に使用した光源はSLD(Super Luminescent Diode) を使用した SLDは半値全幅 1500nm ~1580nmの 80nmと広帯域に発振するものを使用した光フィルタの透過パワー半値全幅は 15nmであったなお図 3-1のデータは光フィルタ通過後のパワーからSLDのパワーを差し引いたものである図 3-1 光フィルタ透過特性 3.15 光分波器光サーキュレータの概念図を図 3-に示す非相反素子であるサーキュレータはアイソレータとは異なりアイソレータは一方向のみ光を伝搬させ反射光を遮断するのに対しサーキュレータは戻り光を別ポートへと出力する働きをする Port1 から入射した光は Port へと出力され Port から返ってきた反射光は Port3 へと出力される Port の先に FBG を接続し任意の波長の信号を FBG からの戻り光としてフィルタリングし Port3 へと出力させることができる 3

25 図 3- 光サーキュレータ概念図 3.16 FBG FBG(Fiber Bragg Grating) は二酸化ゲルマニウム GeO をドープした光ファイバのコアに紫外光を照射することにより作製される紫外線照射により光誘起屈折率変化を起こし照射停止後もその効果が持続する FBGは光ファイバコア中に周期的屈折率変化を形成することによりある特定の波長の光を反射し出力するものであるその際反射されなかった残り光は透過光として出力される ( 図 3-3) このときの反射波長のことをブラッグ波長といいブラッグ波長 λ は B λ B = nλ 式 3-1 で表される n は実効屈折率 Λ は回折格子周期である λb = 1. 55μm であるためには n = 程であるから Λ = 0.54μm 程度になる図 3-3 FBG 構造図 4

26 3.17 LPF LPFは高周波成分をカットし低周波成分を通過させるフィルタである本構成ではサンプリングオシロスコープでアイパターンの確認を行うそのサンプリングオシロスコープの前段にLPFを挟みサンプリングオシロスコープの帯域をしぼる本研究にて用いた LPFの回路図と特性をそれぞれ図 3-4 図 3-5に示す強度変調速度を 1GbpsとしたのでLPFとして十分機能していることがわかる図 3-4 LPF 回路図図 3-5 LPF 特性 5

27 3.18 スペクトル測定結果とアイパターン図 3-7におけるカップラ出力と段 FBGフィルタ後のスペクトルを測定したまたそのときのアイパターンを計測した光 SSB 変調シフト量は周波数にして 100GHz 150GHz 00GHzであるスペクトルの測定はFBGの反射波長を変えずに光源の温度を変化させて発振周波数を変化させて行った次ページに 100GHz シフト後のスペクトルとアイパターンを示すスペクトルが図 3-6 アイパターンが図 3-7である 150GHzシフト後のスペクトルが図 3-8 アイパターンが図 3-9である 00GHzシフト後のスペクトルが図 3-30 アイパターンが図 3-31である 100GHz 150GHz 00GHz 共にアイパターンの開口径は綺麗に開いており復調可能であることが図よりわかる 6

28 図 GHz 6 回 =100GHz シフト時図 GHz シフト時のアイパターン 7

29 図 GHz 9 回 =150GHz シフト時図 GHz シフト時のアイパターン 8

30 図 GHz 1 回 =00GHz シフト時図 GHz シフト時のアイパターン 9

31 第 4 章結論本論文においては光 SSB 変調に関しての研究成果を述べた以下に本研究で明らかにしたことを示す (1) ループを作製しそのループ内に光 SSB 変調器を設けて 16.7GHz ループ回数分周波数シフトが可能である構成にて 00GHz まで光 SSB 変調にて周波数シフトすることが可能であった光 SSB 変調にて 00GHz シフトさせた信号光は復調可能であった () 発生させた周波数光コムから設計した狭帯域光フィルタで信号光を抜き出すことが可能であった 30

32 謝辞本研究を進めるに際して高知工科大学工学部電子光システム工学科岩下克教授には多くのご指導と助言を頂き深く感謝の意を表しますまた同研究室先輩方である中島公亮氏恒安宏一氏多木勝彦氏島村卓嗣氏には日頃から多くの助言を頂き心から感謝を申し上げますそして良い研究環境で研究を行うことができたことをお世話になった皆様に心から感謝の意を表します 007 年月中妻宏太 31

33 参考文献 [1] ブロードバンド時代の光通信技術, 島田禎晉柴田宣鳥羽弘共著, 新技術コミュニケーションズ [] 大坪孝二他, マッハツェンダ干渉計型 SOA の四光波混合を用いたトランスペアレントな波長変換方式, 信学会技術研究報告,vol.105,pp51-54 [3] 川西哲也他, 光 SSB 変調器を用いた光コム発生装置の開発, 信学会総合大会 P [4] 無線通信機器, 提坂秀樹大庭英雄共著, 日本理工出版会 [5] 植松友彦, よくわかる通信工学, オーム社 [6] LiNbO 3 導波路型光変調器の製品紹介, 住友大阪セメント株式会社, 光電子事業部, 商品開発部 [7] 日隈薫他, LiNbO 3 光周波数シフタ /SSB 変調器の応用検討, 住友大阪セメント, テクニカルレポート,003 年度版 [8]S.Shimotsu et al, Single Side-Band Modulation Performance of a LiNbO 3 Integrated Modulator Consisting of Four-Phase Modulator Waveguides IEEE Photon Tech Lett, Vol.13,no.4,pp ,001 3

1

卒業研究題目光 SSB 変調波長変換器の適用範囲の明確化報告者 108053 島田泰樹指導教員岩下克教授平成 0 年月 19 日高知工科大学工学部電子光システム工学科第 1 章序論... 1.1 研究背景... 1. 研究内容... 1.3 論文の構成...3 第章光 SSB 変調の原理特徴...4.1 振幅変調 (AM)...4.1.1 DSB 変調...7.1. SSB

卒 業 研 究

卒　　業　　研　　究