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 1070306 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
第 1 章序論... 1.1 研究背景... 1. 研究内容... 1.3 論文の構成... 第 章光 SSB 変調の原理と特徴...3.1 変調...3. 振幅変調...3..1 DSB 変調...5.. SSB 変調...5.3 光 SSB 変調...7.3.1 光 SSB 構成...7.3. 光 SSB 原理...8 第 3 章波長変換システム...10 3.1 周波数光コム...10 3. 光増幅器サチュレーション緩和... 11 3.3 ループ内損失...1 3.4 光 SSB 変調周波数決定...1 3.5 FBG 光フィルタ設計...13 3.6 スペクトルフィルタリング...14 3.7 段 FBGフィルタリング...15 3.8 測定系構成...15 3.9 光源...16 3.10 LN 変調器...17 3.11 光増幅器...19 3.1 光結合器...0 3.13 光 SSB 変調器...1 3.14 光フィルタ...3 3.15 光分波器...3 3.16 FBG...4 3.17 LPF...5 3.18 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
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
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
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
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
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
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
.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 4 4 1 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
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
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
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
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 0.133nm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
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
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
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
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
図 3-1 逆位相時の動作 図 3-13 LN 変調器動作原理 18
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
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
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
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
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
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 = 1. 45 程であるから Λ = 0.54μm 程度になる 図 3-3 FBG 構造図 4
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
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
図 3-6 16.7GHz 6 回 =100GHz シフト時 図 3-7 100GHz シフト時のアイパターン 7
図 3-8 16.7GHz 9 回 =150GHz シフト時 図 3-9 150GHz シフト時のアイパターン 8
図 3-30 16.7GHz 1 回 =00GHz シフト時 図 3-31 00GHz シフト時のアイパターン 9
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
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
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.450 004 [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.364-366,001 3