JP2004032411A

JP2004032411A - 光受信器および光通信システム

Info

Publication number: JP2004032411A
Application number: JP2002186512A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukuoka; 福岡　隆
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-29
Also published as: US20040042235A1; US7272326B2

Abstract

【課題】低コストで高品質の信号光伝送をすることができる光通信システム等を提供する。
【解決手段】光受信器２０に到達した光は光電変換部２１により受光され、その受光強度に応じた値の電流信号が光電変換部２１より出力される。光電変換部２１より出力された電流信号は電流電圧変換部２２に入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号電流電圧変換部２２より出力される。電流電圧変換部２２より出力された電圧信号Ｖ_１はフィルタ部２３に入力し、このフィルタ部２３において、この入力した電圧信号Ｖ_１が所定の周波数特性に基づいてフィルタリングされ、そのフィルタリングした後の電圧信号Ｖ_２が出力される。フィルタ部２３の周波数特性は、周波数範囲２ＧＨｚ〜４ＧＨｚにピークを有している。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号光を伝送することで情報の送受信をすることができる光通信システム、および、この光通信システムにおいて用いられる光受信器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムは、光送信器より信号光を光ファイバ伝送路へ送出し、その光ファイバ伝送路により伝送されてきた信号光を光受信器により受信するものであって、大容量の情報を高速に送受信することができる。優れた伝送品質で信号光を伝送するには、送信から受信までの間の信号光伝送経路の累積波長分散の絶対値が小さいことが重要である。
【０００３】
ところが、光ファイバ伝送路として一般に用いられる標準的なシングルモード光ファイバは、波長１．３μｍ付近において波長分散が零であって、一般に信号光波長帯域として用いられる波長１．５５μｍ帯では波長分散が＋１６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度である。このようなシングルモード光ファイバのみを用いて信号光伝送経路を構成したのでは、信号光伝送経路の累積波長分散の絶対値が大きいので、信号光伝送品質の改善に限界がある。
【０００４】
そこで、従来では信号光伝送経路上に分散補償手段が挿入される。この分散補償手段は、信号光波長帯域において負の波長分散を有するものであり、信号光波長帯域においてシングルモード光ファイバの波長分散を補償することができる。分散補償手段として例えば分散補償光ファイバが好適に用いられる。そして、シングルモード光ファイバおよび分散補償光ファイバそれぞれの長さの比を適切に設計することにより、シングルモード光ファイバおよび分散補償光ファイバを含む信号光伝送経路の累積波長分散の絶対値を小さくすることができ、信号光伝送品質の改善を図ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、補償対象である光ファイバの長さ又は波長分散は、一定ではなく、ばらつきがある。同様に、分散補償光ファイバの波長分散も、一定ではなく、ばらつきがある。さらに、光送信器および光受信器それぞれが有する分散耐力には限界がある。したがって、これらのことを考慮して分散補償光ファイバを含めた光ファイバ伝送路を設計する必要があるので、システム設計コストやシステム管理コストが大きい。
【０００６】
また、分散補償光ファイバの伝送損失が比較的大きく、分散補償光ファイバを伝搬する間に信号光が損失を被るので、光増幅器を用いて信号光を光増幅する必要が生じる。この場合には、光増幅器を設けることによりコストが大きくなる。また、信号光の光増幅の際にノイズ光が発生するので、このノイズ成分について品質管理が必要になり、この点でもコストが大きくなる。さらに、光増幅された信号光が高パワーであることから、非線形光学現象に因る信号光波形劣化が生じ易くなるので、これに対する対策を考慮する必要がある点でもコストが大きくなる。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、低コストで高品質の信号光伝送をすることができる光通信システム、および、この光通信システムにおいて好適に用いられる光受信器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光受信器は、（１）　光を受光して、その受光強度に応じた値の電流信号を出力する光電変換部と、（２）　光電変換部より出力された電流信号を入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号を出力する電流電圧変換部と、（３）　周波数範囲２ＧＨｚ〜４ＧＨｚにピークを有する周波数特性を有し、電流電圧変換部より出力された電圧信号を入力し、この入力した電圧信号を周波数特性に基づいてフィルタリングし、そのフィルタリングした後の電圧信号を出力するフィルタ部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る光通信システムは、（１）　信号光を出力する光送信器と、（２）　光送信器より出力された信号光を伝送する光ファイバ伝送路と、（３）　光ファイバ伝送路により伝送された信号光を受信する上記の本発明に係る光受信器と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、光送信器より出力された信号光は、光ファイバ伝送路により伝送されて光受信器に到達する。光受信器に到達した光は光電変換部により受光され、その受光強度に応じた値の電流信号が光電変換部より出力される。光電変換部より出力された電流信号は電流電圧変換部に入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号電流電圧変換部より出力される。電流電圧変換部より出力された電圧信号はフィルタ部に入力し、このフィルタ部において、この入力した電圧信号が所定の周波数特性に基づいてフィルタリングされ、そのフィルタリングした後の電圧信号が出力される。フィルタ部の周波数特性は、周波数範囲２ＧＨｚ〜４ＧＨｚにピークを有している。一方、光受信器に到達する信号光は光ファイバ伝送路の累積波長分散に因り波形が歪み、その周波数特性は周波数範囲２ＧＨｚ〜４ＧＨｚにボトムを有する形状となっている。したがって、光受信器に到達する信号光の周波数特性と、フィルタ部が有する周波数特性とは、互いに相殺されるので、フィルタ部より出力される電圧信号は波形歪みが低減されたものとなる。
【００１１】
本発明に係る光受信器は、フィルタ部の周波数特性が可変であるのが好適である。また、本発明に係る光受信器は、電流電圧変換部より出力された電圧信号の波形の歪み量を検出する歪量検出部を更に備え、歪量検出部により検出された歪み量に基づいてフィルタ部の周波数特性が調整されるのが好適である。この場合には、電流電圧変換部より出力された電圧信号の波形の歪み量が歪量検出部により検出され、歪量検出部により検出された歪み量に基づいてフィルタ部の周波数特性が調整される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
先ず、本実施形態に係る光通信システムおよび光受信器の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る光通信システム１の構成図である。この図に示される光通信システム１は、光送信器１０、光受信部２０および光ファイバ伝送路３０を備えて構成される。この光通信システム１では、光送信器１０より強度変調されて送出された信号光は、光ファイバ伝送路３０により伝送されて光受信器２０に到達し、この光受信器２０により受信される。
【００１４】
図２は、本実施形態に係る光受信器２０の構成図である。この図に示される光受信器２０は、光電変換部２１、電流電圧変換部２２、フィルタ部２３および歪量検出部２４を含む。光電変換部２１は、光ファイバ伝送路３０により伝送されて到達した光を受光して、その受光強度に応じた値の電流信号を出力するものであり、好適にはアバランシュフォトダイオードである。電流電圧変換部２２は、入力端２２_１と出力端２２_２との間にアンプＡおよび抵抗素子Ｒ_０を並列的に有するものであり、光電変換部２１より出力された電流信号を入力端２２_１より入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号Ｖ_１を出力端２２_２より出力する。
【００１５】
フィルタ部２３は、周波数範囲２ＧＨｚ〜４ＧＨｚにピークを有する周波数特性を有し、電流電圧変換部２２の出力端２２_２より出力された電圧信号Ｖ_１を入力端２３_１より入力し、この入力した電圧信号Ｖ_１を上記周波数特性に基づいてフィルタリングし、そのフィルタリングした後の電圧信号Ｖ_２を出力端２３_２より出力する。フィルタ部２３の周波数特性は可変であるのが好適である。歪量検出部２４は、電流電圧変換部２２の出力端２２_２より出力された電圧信号Ｖ_１を入力端２４_１より入力し、その電圧信号Ｖ_１の波形の歪み量を検出して、その検出結果に基づいてフィルタ部２３の周波数特性を制御するための制御信号Ｓを出力端２４_２より出力する。フィルタ部２３の周波数特性は、歪量検出部２４の出力端２４_２より出力された制御信号Ｓに基づいて調整される。
【００１６】
図３は、本実施形態に係る光受信器２０に含まれるフィルタ部２３の一構成例を示す図である。この図に示されるフィルタ部２３は、抵抗素子Ｒ_１〜Ｒ_３、インダクタ素子Ｌ_１，Ｌ_２　および容量素子Ｃ_１，Ｃ_２を含む。フィルタ部２３の入力端２３_１から出力端２３_２へ向かって順に、抵抗素子Ｒ_１、インダクタ素子Ｌ_１、インダクタ素子Ｌ_２　および抵抗素子Ｒ_２が接続されている。インダクタ素子Ｌ_１とインダクタ素子Ｌ_２との接続点は、容量素子Ｃ_１を介して接地電位と接続されており、また、容量素子Ｃ_２を介して出力端２３_２と接続されている。出力端２３_２は抵抗素子Ｒ_３を介して接地電位と接続されている。抵抗素子Ｒ_１〜Ｒ_３それぞれの抵抗値、インダクタ素子Ｌ_１，Ｌ_２それぞれのインダクタンス値、および、容量素子Ｃ_１，Ｃ_２それぞれの容量値が適切に設定されることにより、フィルタ部２３の入力端２３_１より入力し出力端２３_２へ出力される電圧信号の周波数特性は、所望の周波数においてピークを有するものとなり得る。
【００１７】
図４は、本実施形態に係る光受信器２０に含まれる歪量検出部２４の構成図である。この図に示される歪量検出部２４は、バンドパスフィルタ２４１および除算器２４２を含む。バンドパスフィルタ２４１は、歪量検出部２４の入力端２４_１より入力した電圧信号Ｖ_１のうち特定周波数ｆ_０の成分の電圧信号Ｖ_ｆ０のみを選択的に出力する。除算器２４２は、入力端２４_１より入力した電圧信号Ｖ_１と、バンドパスフィルタ２４１より出力された電圧信号Ｖ_ｆ０とを入力して、両者の比（Ｖ_ｆ０／Ｖ_１）を求め、この比の値に基づいて制御信号Ｓを出力する。バンドパスフィルタ２４１における透過帯域の中心周波数ｆ_０が適切に設定されることにより、比（Ｖ_ｆ０／Ｖ_１）に基づいて電圧信号Ｖ_１の波形の歪み量が検出されるので、この比の値に基づいて生成され出力される制御信号Ｓによりフィルタ部２３の周波数特性が制御されることにより、フィルタ部２３の周波数特性は所望のものとなるように調整され得る。
【００１８】
本実施形態に係る光通信システム１は以下のように動作する。光送信器１０より強度変調されて出力された信号光は、光ファイバ伝送路３０により伝送されて光受信器２０に到達する。光受信器２０に到達した光は光電変換部２１により受光され、その受光強度に応じた値の電流信号が光電変換部２１より出力される。光電変換部２１より出力された電流信号は電流電圧変換部２２に入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号電流電圧変換部２２より出力される。電流電圧変換部２２より出力された電圧信号Ｖ_１はフィルタ部２３に入力し、このフィルタ部２３において、この入力した電圧信号Ｖ_１が所定の周波数特性に基づいてフィルタリングされ、そのフィルタリングした後の電圧信号Ｖ_２が出力される。また、電流電圧変換部２２より出力された電圧信号Ｖ_１の波形の歪み量が歪量検出部２４により検出され、歪量検出部２４により検出された歪み量に基づいてフィルタ部２３の周波数特性が調整される。フィルタ部２３の周波数特性は、周波数範囲２ＧＨｚ〜４ＧＨｚにピークを有している。一方、光受信器２０に到達する信号光は光ファイバ伝送路３０の累積波長分散に因り波形が歪み、後述するように、その周波数特性は周波数範囲２ＧＨｚ〜４ＧＨｚにボトムを有する形状となっている。したがって、光受信器２０に到達する信号光の周波数特性と、フィルタ部２３が有する周波数特性とは、互いに相殺されるので、フィルタ部２３より出力される電圧信号Ｖ_２は波形歪みが低減されたものとなる。
【００１９】
図５は、光受信器に到達する信号光の周波数特性を示す図である。この図には、光送信器から送出される信号光のチャーピング特性を表すパラメータα，κの代表的な各値について、シングルモード光ファイバからなる光ファイバ伝送路（長さ１００ｋｍ、波長１５５０ｎｍで累積波長分散１６００ｐｓ／ｎｍ）により伝送された後に光受信器に到達した波長１５５０ｎｍの信号光の周波数特性が示されている。同図（ａ）はα＝−１であってκ＝５である場合の周波数特性を示し、同図（ｂ）はα＝−２であってκ＝５である場合の周波数特性を示し、同図（ｃ）はα＝−３であってκ＝５である場合の周波数特性を示し、同図（ｄ）はα＝−４であってκ＝５である場合の周波数特性を示す。
【００２０】
この図から判るように、チャーピングパラメータα，κの代表的な値に対して、光受信器に到達する信号光の周波数特性は、周波数範囲２ＧＨｚ〜４ＧＨｚにボトムを有する形状となっている。また、信号光波形の歪み量は、特定周波数ｆ_０として例えば周波数３ＧＨｚ成分の相対的強度に基づいて求めることができる。
【００２１】
これに対して、本実施形態に係る光受信器２０に含まれるフィルタ部２３は、周波数範囲２ＧＨｚ〜４ＧＨｚにピークを有する周波数特性を有している。また、一般に、光受信器２０に含まれる光電変換部２１および電流電圧変換部２２それぞれは、比較的平坦な周波数特性を有している。したがって、光電変換部２１に到達する信号光の周波数特性と、フィルタ部２３が有する周波数特性とは、互いに相殺されるので、フィルタ部２３より出力される電圧信号Ｖ_２は波形歪みが低減されたものとなる。
【００２２】
図６および図７それぞれは、本実施形態に係る光受信器２０に含まれるフィルタ部２３の周波数特性の一例を示す図である。図６はシミュレーション結果を示し、図７は実験結果を示す。ここでは、図３に示される構成において、抵抗素子Ｒ_１の抵抗値を４０Ωとし、抵抗素子Ｒ_２の抵抗値を５０Ωとし、抵抗素子Ｒ_３の抵抗値を５０Ωとした。インダクタ素子Ｌ_１のインダクタンス値を３ｎＨとし、インダクタ素子Ｌ_２のインダクタンス値を１ｎＨとした。また、容量素子Ｃ_１の容量値を１ｐＦとし、容量素子Ｃ_２の容量値を３ｐＦとした。また、図６には、比較の為に従来のベッセルトムソンフィルタの周波数特性も示されている。これらの図に示されるように、このフィルタ部２３は、周波数範囲２ＧＨｚにピークを有する周波数特性を有している。なお、抵抗素子Ｒ_１〜Ｒ_３それぞれの抵抗値、インダクタ素子Ｌ_１，Ｌ_２それぞれのインダクタンス値、および、容量素子Ｃ_１，Ｃ_２それぞれの容量値が制御信号Ｓにより適切に制御されることにより、フィルタ部２３の周波数特性は、所望の周波数においてピークを有するものとなる。
【００２３】
図８は、光受信器に到達した信号光のアイパターンを示す図である。図９は、光受信器の電流電圧変換部より出力された電圧信号を、従来の受信器を模擬したベッセルトムソンフィルタに入力して、このベッセルトムソンフィルタより出力された電圧信号のアイパターンを示す図である。図１０は、本実施形態に係る光受信器２０の電流電圧変換部２２より出力された電圧信号をフィルタ部２３に入力して、このフィルタ部２３より出力された電圧信号のアイパターンを示す図である。図１１は、光送信器より送出された直後の信号光を受信した本実施形態に係る光受信器２０に入力して、このフィルタ部２３より出力された電圧信号のアイパターンを示す図である。図９および図１０それぞれでは、光送信器と光受信器との間の光ファイバ伝送路は、長さ１００ｋｍのシングルモード光ファイバからなるものとして、累積波長分散が１６００ｐｓ／ｎｍ程度である。
【００２４】
図８に示されるように、長さ１００ｋｍの光ファイバ伝送路により伝送されて光受信器に到達した信号光は、光ファイバ伝送路の累積波長分散に因り、ハイレベルからローレベルへの遷移が緩やかな形状のものとなっており、波形が歪んでいる。このような波形歪みを有する信号光が光電変換部により受光され、光電変換部より出力された電流信号が電流電圧変換部により電圧信号に変換され、電流電圧変換部より出力された電圧信号がフィルタ部に入力する。
【００２５】
フィルタ部として従来のベッセルトムソンフィルタのようなピークが無い特性の受信回路が用いられる場合には、図９に示されるように、フィルタ部より出力される電圧信号は、ハイレベルからローレベルへの遷移が緩やかな形状のものとなっており、波形が歪んでいる。これと比較して、フィルタ部として上記のフィルタ部２３が用いられる場合には、図１０に示されるように、フィルタ部２３より出力される電圧信号は、ハイレベルからローレベルへの遷移が比較的急峻な形状のものとなっており、波形歪みが低減されている。
【００２６】
また、図１１に示されるように、光送信器より送出された直後の信号光を受信した本実施形態に係る光受信器２０が受信してフィルタ部２３より出力された電圧信号は、オーバーシュートおよびアンダーシュートが見られるものの、大きな波形歪みが生じてはいない。
【００２７】
以上のように、本実施形態に係る光通信システム１および光受信器２０を用いれば、分散補償光ファイバを用いるまでもなく、光ファイバ伝送路の累積波長分散に因る光波形の歪みの問題を解消することができ、高品質の光通信を行うことができる。しかも、分散補償光ファイバを用いる必要がなく、また、分散補償光ファイバにおける光の損失を補償する為に光増幅器を設ける必要もないことから、システム設計コストやシステム管理コストが小さい。また、現用の光ファイバ伝送路に障害が発生して、予備の光ファイバ伝送路へ光伝送経路を変更した場合であっても、予備の光ファイバ伝送路の累積波長分散に因る光波形の歪みの問題をも解消することができ、高品質の光通信を行うことができる。
【００２８】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、フィルタ部２３の構成は他の態様のものがあり得る。また、歪量検出部２４の構成も他の態様のものがあり得る。
【００２９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、分散補償光ファイバを用いるまでもなく、光ファイバ伝送路の累積波長分散に因る光波形の歪みの問題を解消することができ、高品質の光通信を行うことができる。しかも、分散補償光ファイバを用いる必要がなく、また、分散補償光ファイバにおける光の損失を補償する為に光増幅器を設ける必要もないことから、システム設計コストやシステム管理コストが小さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光通信システム１の構成図である。
【図２】本実施形態に係る光受信器２０の構成図である。
【図３】本実施形態に係る光受信器２０に含まれるフィルタ部２３の一構成例を示す図である。
【図４】本実施形態に係る光受信器２０に含まれる歪量検出部２４の構成図である。
【図５】光受信器に到達する信号光の周波数特性を示す図である。
【図６】本実施形態に係る光受信器２０に含まれるフィルタ部２３の周波数特性の一例を示す図である。
【図７】本実施形態に係る光受信器２０に含まれるフィルタ部２３の周波数特性の一例を示す図である。
【図８】光受信器に到達した信号光のアイパターンを示す図である。
【図９】光受信器の電流電圧変換部より出力された電圧信号を、従来の受信器を模擬した従来のベッセルトムソンフィルタに入力して、このベッセルトムソンフィルタより出力された電圧信号のアイパターンを示す図である。
【図１０】本実施形態に係る光受信器２０の電流電圧変換部２２より出力された電圧信号をフィルタ部２３に入力して、このフィルタ部２３より出力された電圧信号のアイパターンを示す図である。
【図１１】光送信器より送出された直後の信号光を受信した本実施形態に係る光受信器２０に入力して、このフィルタ部２３より出力された電圧信号のアイパターンを示す図である。
【符号の説明】
１…光通信システム、１０…光送信器、２０…光受信器、３０…光ファイバ伝送路、２１…光電変換部、２２…電流電圧変換部、２３…フィルタ部、２４…歪量検出部、２４１…バンドパスフィルタ、２４２…除算器。

Claims

光を受光して、その受光強度に応じた値の電流信号を出力する光電変換部と、
前記光電変換部より出力された電流信号を入力し、この電流信号の値に応じた値の電圧信号を出力する電流電圧変換部と、
周波数範囲２ＧＨｚ〜４ＧＨｚにピークを有する周波数特性を有し、前記電流電圧変換部より出力された電圧信号を入力し、この入力した電圧信号を前記周波数特性に基づいてフィルタリングし、そのフィルタリングした後の電圧信号を出力するフィルタ部と、
を備えることを特徴とする光受信器。
前記フィルタ部の前記周波数特性が可変であることを特徴とする請求項１記載の光受信器。
前記電流電圧変換部より出力された電圧信号の波形の歪み量を検出する歪量検出部を更に備え、
前記歪量検出部により検出された歪み量に基づいて前記フィルタ部の前記周波数特性が調整される、
ことを特徴とする請求項２記載の光受信器。
信号光を出力する光送信器と、
前記光送信器より出力された信号光を伝送する光ファイバ伝送路と、
前記光ファイバ伝送路により伝送された信号光を受信する請求項１記載の光受信器と、
を備えることを特徴とする光通信システム。