半導体光増幅器を用いた光アナログ-デジタル変換

1. はじめに

アナログ-デジタル(A/D:Analog-to-Digital)変換は,その名の通り,アナログ信号をデジタル信号に変換する技術である。一般に自然界に存在するデータはそのほとんどがアナログ情報であり,これをデジタル情報に変換することでデータの解析・記録・制御などに利用することが可能である。このため,電子回路で構成されたA/D変換は様々な分野で広く利用されている。

図1 アナログーデジタル(A/D)変換の基本構成。
図1 アナログーデジタル(A/D)変換の基本構成。

A/D変換の基本構成は,図1に示すように,アナログ信号をサンプリングパルス(クロック)で時間的に離散した信号として取り出す標本化,標本化されたパルス信号を強度的に離散した信号に変換する量子化,強度的に離散した信号をデジタル信号とし,入力されたアナログ情報に対応したデジタル信号として出力する符号化の3つのプロセスからなる。A/D変換の代表的な性能指標としては,サンプリング速度と量子化ビット数がある。前者は標本化を行う速度を表し,後者は標本化されたパルス信号の強度を細分化するビット数を表している。

近年,データ速度の高速化に伴い,電子回路の処理速度に限界が見えはじめてきており,A/D変換においても大きな2つの問題を抱える状況になってきている。1つはクロックのタイミングジッタで発生する量子化誤差である。クロックの時間的な揺らぎ(ジッタ)は,量子化の際に強度レベルに誤差を発生させ,正しいデジタル信号への変換が困難となってくる。もう1つは消費電力の問題である。パソコンのCPUに見られるようにデータ速度が高速になると,電子回路にかかる負荷は熱エネルギーとして放出されるため,消費電力は急増してくる。このため,光の特徴を活かし,光領域で信号処理を行う光A/D変換の研究開発が活発に行われている1〜3)

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