LN LiNbO3）変調器を用いた - 計量標準総合センター...

2009/2/27 Sumitomo Osaka Cement Co.,Ltd. 1

LN（LiNbO3）変調器を用いたEMI測定システム

住友大阪セメント株式会社

新規技術研究所オプトエレクトロニクス研究G宮崎徳一


内容

背景

LN変調器の概要

光伝送システムの概要

システムの評価結果

まとめ


背景

GHz帯EMI測定の要求が高まる

・電子機器の動作周波数の高周波化

・EMI規格の高周波化

CISPR・・・CISPR22で6GHz限度値が規定

その他18GHzまでの拡張も検討中

VCCI・・・6GHzまで規定

FCC ・・・ FCC part 15で5倍高調波または

40GHzまでの限度値を規定


同軸伝送 GHz帯の問題

同軸・・・周波数依存の大きな損失

1

10

100

0.01 0.1 1 10 100

周波数 [GHz]

信号

振幅

が1/2(6

dB)に

なる

伝送

距離

[m

]

6G1G 18G 40GHz30M

26GHz用

40GHz用

同軸ケーブル種


同軸伝送 GHz帯の問題

光ファイバ・・・低損失・広帯域性

⇒ LN変調器を利用した光ファイバ伝送装置の開発

被測定装置

ターンテーブル

アンテナポジショナ

光ファイバ

アンテナ

測定器（EMIレシーバなど）

電波暗室

測定室

送信部

受信部

同軸線路を光ファイバ伝送に置換

LN変調器


GHz帯における同軸伝送と光伝送の比較

伝送損失送信部伝送ノイズ回路構成

同軸伝送× - ◎

光伝送直接変調 ◎ △ △

低損失光伝送起因のノイズ付加

外部変調LN変調器 ◎ ○ △

低損失簡素光伝送起因のノイズ付加


LN変調器

LN(LiNbO3)の特徴

・比較的大きな電気光学効果（ポッケルス効果）を持つ光学結晶。

・金属（Ti）拡散等により低損失な光導波路が作成可能

LN変調器

・位相変調器をベースに強度変調器など各種変調器が構成可能

・光通信で高性能を要求される送信部で広く利用。

- 高速伝送・多値伝送（10～40Gbps）

- 長距離伝送（数十～数千km）


LN変調器の種類

トラポン用 LN 変調器

Standard Products Very Small “48mm” 10/40G Driver-integrated

高性能 LN 変調器

SSB Modulator Over 40Gbps AM+AM AM+PM

長距離・超長距離用 LN変調器

ドライバ集積型 LN変調器

SOCではZ板（単一電極・デュアル電極型），X板変調器など様々な製品に対応

40Gbps Eye波形


LN変調器の種類

変調器構造や駆動方法を工夫することで，光位相を用いた変調フォーマットにも対応可能

変調フォーマット： DPSK，DQPSK，QPSK伝送レート： 40Gbps，100Gbps

40G DPSK Mod(Dual end)

40G DPSK Mod(Single end)

DQPSK Mod


LN変調器の構造（導波路）

マッハツェンダー（MZ）型導波路構成

・MZ部の各アームに位相差を与えることで光の強度が変化

・正弦波関数で表される変調曲線を持つ

（動作点の設定，変調曲線に起因する変調歪み）

OFF状態

ON状態

出力光強度

アーム間の位相差

+π−π 0

Vπ:2～5V


LN変調器の構造（電極）

Z軸Z軸LN

GND電極

信号電極

GND電極

LN結晶Z軸が最も大きな電気光学定数⇒ 偏波依存性をもつデバイス

高速動作で用いる場合の構成

⇒ 進行波型構成・・・広帯域

⇒ 共振型動作・・・高効率

X板LN変調器 Z板LN変調器

変調器断面構造


動作バイアス点の制御

最適な変調動作を行うためには変調曲線の1/2強度点にバイアスする必要がある。

出力光強度

入力電圧入力信号

出力信号


光伝送システムの構成

送信部に小型の商用LN変調器使用

変調器バイアスは制御回路を用いて

最適設定

微弱な信号（放射ノイズ）を伝送させるために変調器の前段に増幅器を設置


システム構成

コントローラ部ヘッド部

1.5μm帯

LD光源

EO変換器（LN変調器）

アンテナ

計測器

アンプ

アンプ

O-IN O-OUT

O-OUT

O-IN

偏波保持光ファイバ

シングルモード光ファイバ

RF-OUT

RF-IN

POWEROUT

変調器制御回路

電源回路

OE変換器

POWERIN

ケーブル

システムブロック図


装置の外観

ヘッド部（増幅器・変調器）

コントローラ部（光源・受信器・制御系）


周波数応答


ノイズレベル測定例


出力安定度

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 5 10 15 20 25 30

時間　[min]

RF出

力変

動 [

dB

]

室温で動作単一周波数信号を入力


出力リニアリティ

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

-120 -100 -80 -60 -40 -20 0

入力RFパワー [dBm]

出力

RFパ

ワー

[dB

測定結果

直線近似

-4

-3

-2

-1

0

1

2

-120 -100 -80 -60 -40 -20 0

入力RFパワー [dBm]

直線

から

の抑

圧量

実測

V_pi,G_ampから算出


まとめ

LN変調器を用いたEMI測定システムを提案

6GHz対応品を開発

EMI規格に対応した信号伝送が可能

今後の開発予定

広帯域対応（18GHz）の検討

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