JP2004312117A - 光受信回路、光受信モジュール及び光受信装置 - Google Patents
光受信回路、光受信モジュール及び光受信装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】強度の大きい光信号の受光時であっても、前置増幅回路が飽和することなく、かつ、フォトダイオードの定格電流により最大受光レベルが制限されることのない光受信回路、光受信モジュール及び光受信装置を提供する。
【解決手段】少なくとも２つのフォトダイオード１、２と、各々のフォトダイオードのアノードに接続された前置増幅回路７からなり、その出力電力レベルをモニタすることで強度の大きい光信号の受光を検出する。強度の大きい光信号の受光時には少なくとも１つのフォトダイオードの逆バイアス電圧を制御しオフにすることで前置増幅回路へ入力される電流を減少させる。
【選択図】 図１
【解決手段】少なくとも２つのフォトダイオード１、２と、各々のフォトダイオードのアノードに接続された前置増幅回路７からなり、その出力電力レベルをモニタすることで強度の大きい光信号の受光を検出する。強度の大きい光信号の受光時には少なくとも１つのフォトダイオードの逆バイアス電圧を制御しオフにすることで前置増幅回路へ入力される電流を減少させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アナログ、デジタル信号を伝送する光伝送システム全般において、フォトダイオードもしくはアバランシェフォトダイオードを用いた、広ダイナミックレンジを要する光受信回路、光受信モジュール及び光受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光伝送システムにおける光受信回路の動作について説明する。一般的なアナログ、デジタル系光通信システムにおける光受信回路のブロック図を図１２に示す。図１２について説明すると、フォトダイオード１は電圧発生回路３により、アノード・カソード間に逆バイアスを印加する。フォトダイオードに入力された光入力信号５は電気信号に変換され電流Ｉｄ１として検波され、前置増幅回路７により増幅される。その出力を増幅回路２０で増幅し、信号を出力端子８より取り出す。
【０００３】
光ＣＡＴＶなどのアナログ伝送系、ＳＤＨなどのデジタル伝送系双方において、伝送路に用いられるファイバの種類、距離などの条件により受信端での光電力は大きく異なる。特にアクセス系での近距離伝送では受信端での光電力は非常に大きくなり、前置増幅回路が飽和し非線形歪を生じる。逆に伝送距離が長く光受信電力が小さい場合、光受信回路には大きな利得が必要である。このためフォトダイオード出力信号を直接受ける前置増幅回路には、広ダイナミックレンジが要求される。フォトダイオードなどの受光素子は広ダイナミックレンジを有するが、光電気変換後の電気回路でもこの広ダイナミックレンジを吸収する必要がある。さらに、前記のアナログ、デジタル伝送信号は高周波広帯域の信号であり、広ダイナミックレンジと両立させるのは難しい。
【０００４】
一方これらのダイナミックレンジを改良した光受信回路として、例えば下記の特許文献１に記載された光受信回路がある。図１３に示したこの回路では、フォトダイオード１の出力電流をモニタし、強度の大きい光信号の受光時に前置増幅回路７の帰還抵抗２５、２６を切り替え、光電力が大きい場合は帰還抵抗２５、２６が小さくなるようにして利得を減少させ、光電力が小さい場合は帰還抵抗２５、２６が大きくなるように制御する。これにより前置増幅回路７での振幅飽和を緩和することができる。
【０００５】
また一方、下記の特許文献２に記載された光受信回路がある。図１４に示したこの回路では、受光時にフォトダイオード１のカソード側から取り出した信号がカレントミラー２７にも流れる。同時にカレントミラー２８にも電流が流れるため、カレントミラー２８に流れる分を削減したものとなる。すなわち強度の大きい光信号の受光時には、フォトダイオード１に電流が流れるにつれカレントミラー２８に電流を分流するように動作する。これにより強度の大きい光信号の受光時の前置増幅回路への過大入力を緩和している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１２４７４６号公報（図４）
【特許文献２】
特開平９−９２８６９号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の一般的な光受信回路では、強度の大きい光信号の受光時に前置増幅回路へ入力される大電流により、前置増幅回路が飽和し非線形歪を生じる問題があった。また図１３及び図１４に示した従来の光受信回路では、前記前置増幅回路の飽和については緩和されるものの、フォトダイオードの定格電流により最大受光レベルが制限されてしまうという課題があった。したがって、本発明は強度の大きい光信号の受光時であっても、前置増幅回路が飽和することなく、かつ、フォトダイオードの定格電流により最大受光レベルが制限されることのない光受信回路、光受信モジュール及び光受信装置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】
上記目的を達成するため、本発明では、外部から供給される光信号に応じて複数のフォトダイオードを切り替えるなどの制御を行っている。すなわち、本発明によれば、下記の手段により課題を解決する構成としている。請求項１に記載の光受信回路は、少なくとも２つのフォトダイオードと、外部から供給される光信号を分岐し前記少なくとも２つのフォトダイオードに与える集光素子と、前記各々のフォトダイオードのカソード側に接続され逆バイアスを供給する少なくとも２つの電圧発生回路と、前記各々のフォトダイオードのアノード側に接続された前置増幅回路と、前記前置増幅回路の出力レベルを検出するレベル検出部と、前記レベル検出部の出力より少なくとも１つの前記電圧発生回路を制御する制御部からなり、前記フォトダイオードの強度の大きい光信号の受光状態を検出し、少なくとも１つの前記フォトダイオードの逆バイアス電圧を制御しオフにして前記前置増幅回路への入力電流を低減させることで、強度の大きい光信号の受光時に発生する前記前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和する回路構成である。
【０００９】
また、請求項２に記載の光受信回路は、少なくとも２つのフォトダイオードと、外部から供給される光信号を分岐し前記少なくとも２つのフォトダイオードに与える集光素子と、前記各々のフォトダイオードのカソード側に接続され逆バイアスを供給する少なくとも２つの電圧発生回路と、前記各々のフォトダイオードのアノード側に接続された少なくとも１つのリレー素子と、前記各々のリレー素子若しくは前記各々のフォトダイオードのアノード側に接続された前置増幅回路と、前記前置増幅回路の出力レベルを検出するレベル検出部と、前記レベル検出部の出力より少なくとも１つの前記リレー素子を制御する制御部からなり、前記フォトダイオードの強度の大きい光信号の受光状態を検出し、少なくとも１つの前記リレー素子をオフにして前記前置増幅回路への入力電流を低減させることで、強度の大きい光信号の受光時に発生する前記前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和する回路構成である。
【００１０】
また、請求項３に記載の光受信回路は、少なくとも２つのフォトダイオードと、外部から供給される光信号を分岐し前記少なくとも２つのフォトダイオードに与える集光素子と、前記各々のフォトダイオードのカソード側に接続された少なくとも１つのリレー素子と、前記各々のリレー素子若しくは前記各々のフォトダイオードのカソード側に接続され逆バイアスを供給する少なくとも２つの電圧発生回路と、前記各々のフォトダイオードのアノード側に接続された前置増幅回路と、前記前置増幅回路の出力レベルを検出するレベル検出部と、前記レベル検出部の出力より少なくとも１つの前記リレー素子を制御する制御部からなり、前記フォトダイオードの強度の大きい光信号の受光状態を検出し、少なくとも１つの前記リレー素子をオフにして前記前置増幅回路への入力電流を低減させることで、強度の大きい光信号の受光時に発生する前記前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和する回路構成である。
【００１１】
また、請求項４に記載の光受信回路は、少なくとも２つのアバランシェフォトダイオードと、外部から供給される光信号を分岐し前記少なくとも２つのアバランシェフォトダイオードに与える集光素子と、前記各々のアバランシェフォトダイオードのカソード側に接続され逆バイアスを供給する少なくとも２つの電圧発生回路と、前記各々のアバランシェフォトダイオードのアノード側に接続された前置増幅回路と、前記前置増幅回路の出力レベルを検出するレベル検出部と、前記レベル検出部の出力より少なくとも１つの前記電圧発生回路を制御する制御部からなり、前記アバランシェフォトダイオードの強度の大きい光信号の受光状態を検出し、少なくとも１つの前記アバランシェフォトダイオードの逆バイアス電圧を制御し増倍率を低下させて前記前置増幅回路への入力電流を低減させることで、強度の大きい光信号の受光時に発生する前記前置増幅回路の飽和及びアバランシェフォトダイオードへの過大入力を緩和する回路構成である。
【００１２】
また、請求項５に記載の光受信回路は、少なくとも２つのフォトダイオードと、外部から供給される光信号を分岐し前記少なくとも２つのフォトダイオードに与える集光素子と、前記各々のフォトダイオードのカソード側に接続され逆バイアスを供給する少なくとも２つの電圧発生回路と、前記各々のフォトダイオードのアノード側に接続された前置増幅回路と、前記前置増幅回路の出力レベルを検出するレベル検出部と、前記レベル検出部の出力より少なくとも１つの前記電圧発生回路を制御する制御部からなり、前記フォトダイオードの強度の大きい光信号の受光状態を検出し、少なくとも１つの前記フォトダイオードに順バイアスを印加し前記前置増幅回路に入力される電流を分流して前記前置増幅回路への入力電流を低減させることで、強度の大きい光信号の受光時に発生する前記前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和する回路構成である。
【００１３】
また、請求項６に記載の光受信回路は、前記外部から供給される光信号を導くための光ファイバと、前記光ファイバを分岐するための光分岐器とを更に有し、前記フォトダイオードへ入力される光電力を前記光分岐器により分岐するよう構成された請求項１から５のいずれか１つに記載の光受信回路である。
【００１４】
また、請求項７に記載の光受信回路は、前記レベル検出部が、前記各々のフォトダイオードのカソード側と前記各々のフォトダイオードに逆バイアスを与えるための少なくとも２つの前記電圧発生回路の間に少なくとも１つある請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の回路構成である。
【００１５】
また、請求項８に記載の光受信回路は、前記前置増幅回路の出力に接続されたＡＧＣアンプと、前記ＡＧＣアンプの利得を制御する制御電圧発生部を具備し、前記レベル検出部は、前記制御電圧発生部の制御電圧を用いるよう構成された請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の回路構成である。
また、請求項９に記載の光受信回路は、前記前置増幅回路の出力に接続された増幅回路を具備し、前記レベル検出部が、前記増幅回路出力の特定周波数の電力レベルを用いるよう構成された請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の回路構成である。
【００１６】
また、請求項１０に記載の光受信回路は、前記レベル検出部が、送信側より伝送されたパイロット信号の電力レベルを用いるよう構成された請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の回路構成である。
また、請求項１１に記載の光受信モジュールは、前記請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載の光受信回路を具備し、強度の大きい光信号の受光時に発生する前置増幅回路の非線形歪を低減した光受信モジュールである。さらに、請求項１２に記載の光受信装置は、請求項１から１０のいずれか１つに記載の光受信回路を有するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１から図１１を用いて説明する。
【００１８】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。図１において、フォトダイオード１、２は、第１、第２の受光素子として機能する。第１、第２の電圧発生回路３、４はフォトダイオード１、２に逆バイアスを与える。第１、第２の光入力信号５、６は、光ファイバ１１と集光素子１２を介してフォトダイオード１、２に与えられる。フォトダイオード１、２のアノードは前置増幅回路７の入力端子に接続されている。前置増幅回路７の出力端子は、回路全体の出力端子８と前置増幅回路７の出力の電力を検出するレベル検出部９の入力端子に接続されている。レベル検出部９の出力端子は制御部１０の入力端子に接続されている。制御部１０は電圧発生回路４に制御信号を供給する。
【００１９】
次に上記第１の実施の形態について図１を用いて説明する。まず図１において、フォトダイオード１、２は、例えば同一の半導体ウエハ上など、近い位置にあるものとする。光ファイバ１１により伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅され電圧信号として出力端子８より取り出される。
【００２０】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１により伝送される信号電力が大きい、すなわちフォトダイオード１、２に入力される光電力が大きい場合、出力される電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるので、その出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路７が歪み飽和動作をする。このときレベル検出部９は前置増幅回路７の出力電力レベルに応じた信号を出力する。制御部１０では、レベル検出部９の出力信号がある閾値を超えると、電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２の逆バイアス電圧Ｖｐｄ２を制御しオフにする。ここでＶｐｄ２は負の電圧となり、通常−０．５〜−０．２Ｖ程度で電流が流れなくなる。この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のように電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２をオフにして電流を減少させ、光受信レベルが小さい場合は、フォトダイオード２の電圧発生回路４は制御しない。ここで集光素子１２によりフォトダイオード１、２に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００２１】
したがって、第１の本実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにして、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。
なお上記実施の形態におけるフォトダイオードはアバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。
【００２２】
また上記第１の実施の形態においては、２つのフォトダイオードの場合について説明したが、３つ以上のフォトダイオードを用いる場合や、２つ以上のフォトダイオードをオフにする場合でも同様の効果が得られる。また上記第１の実施の形態においては、光信号を１：１に分岐する場合について説明したが、１：９など非対称に分岐する場合でも同様の効果が得られる。
【００２３】
＜第２の実施の形態＞
図２は本発明の第２の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例又は第１の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。図２において、信号ラインの接続及び切断を制御するリレー素子は、符号１３で示されている。
【００２４】
次に上記第２の実施の形態について図２を用いて説明する。まず図２において、フォトダイオード１、２は、例えば同一の半導体ウエハ上など、近い位置にあるものとする。光ファイバ１１により伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅され電圧信号として出力端子８より取り出される。
【００２５】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１により伝送される信号電力が大きい、すなわちフォトダイオード１、２に入力される光電力が大きい場合、出力される電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるので、その出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路７が歪み飽和動作をする。このときレベル検出部９は前置増幅回路７の出力電力レベルに応じた信号を出力する。制御部１０では、レベル検出部９の出力信号がある閾値を超えると、リレー素子１３を制御し信号経路を切断しオフにする。この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のようにリレー素子１３を制御しフォトダイオード２をオフにして電流を減少させ、光受信レベルが小さい場合は、リレー素子１３は制御しない。ここで集光素子１２によりフォトダイオード１、２に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００２６】
したがって、第２の実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにして、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。なお上記実施の形態におけるフォトダイオードは、アバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。
【００２７】
また上記第２の実施の形態においては、２つのフォトダイオードの場合について説明したが、３つ以上のフォトダイオードを用いる場合や、２つ以上のフォトダイオードをオフにする場合でも同様の効果が得られる。また上記第２の実施の形態においては、光信号を１：１に分岐する場合について説明したが、１：９など非対称に分岐する場合でも同様の効果が得られる。
【００２８】
＜第３の実施の形態＞
図３は本発明の第３の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１、第２の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。次に上記第３の実施の形態について図３を用いて説明する。まず図３において、フォトダイオード１、２は、例えば同一の半導体ウエハ上など、近い位置にあるものとする。光ファイバ１１により伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅され電圧信号として出力端子８より取り出される。
【００２９】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１によりを伝送される信号電力が大きい、すなわちフォトダイオード１、２に入力される光電力が大きい場合、出力される電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるので、その出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路７が歪み飽和動作をする。このときレベル検出部９は前置増幅回路７の出力電力レベルに応じた信号を出力する。制御部１０では、レベル検出部９の出力信号がある閾値を超えると、リレー素子１３を制御し信号経路を切断しオフにする。この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のようにリレー素子１３を制御しフォトダイオード２をオフにして電流を減少させ、光受信レベルが小さい場合は、リレー素子１３は制御しない。ここで集光素子１２によりフォトダイオード１、２に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００３０】
したがって、第３の実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにして、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。なお上記実施の形態におけるフォトダイオードは、アバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。
【００３１】
また上記第３の実施の形態においては、２つのフォトダイオードの場合について説明したが、３つ以上のフォトダイオードを用いる場合や、２つ以上のフォトダイオードをオフにする場合でも同様の効果が得られる。また上記第３の実施の形態においては、光信号を１：１に分岐する場合について説明したが、１：９など非対称に分岐する場合でも同様の効果が得られる。
【００３２】
＜第４の実施の形態＞
図４は本発明の第４の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１から第３の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。図４において、第１、第２のアバランシェフォトダイオードは、符号１４、１５で示されている。次に上記第４の実施の形態について図４を用いて説明する。
【００３３】
まず図４において、アバランシェフォトダイオード１４、１５は、例えば同一の半導体ウエハ上など、近い位置にあるものとする。光ファイバ１１によりを伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されアバランシェフォトダイオード１４、１５に各々集光させる。各々のアバランシェフォトダイオード１４、１５には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖａｐｄ１、Ｖａｐｄ２を印加する。アバランシェフォトダイオード１４、１５が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅され電圧信号として出力端子８より取り出される。
【００３４】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１により伝送される信号電力が大きい、すなわちアバランシェフォトダイオード１４、１５に入力される光電力が大きい場合、出力される電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるので、その出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路７が歪み飽和動作をする。このときレベル検出部９は前置増幅回路７の出力電力レベルに応じた信号を出力する。制御部１０では、レベル検出部９の出力信号がある閾値を超えると、電圧発生回路４を制御しアバランシェフォトダイオード１５の逆バイアス電圧Ｖａｐｄ２を変化させ、増倍率を制御する。この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のように電圧発生回路４を制御しアバランシェフォトダイオード１５の増倍率を制御し電流を減少させ、光受信レベルが小さい場合は、アバランシェフォトダイオード１５の電圧発生回路４は制御しない。ここで集光素子１２によりアバランシェフォトダイオード１４、１５に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、アバランシェフォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００３５】
したがって、第４の実施の形態によれば、アバランシェフォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのアバランシェフォトダイオードの増倍率を低下させて、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。また上記第４の実施の形態においては、２つのアバランシェフォトダイオードの場合について説明したが、３つ以上のアバランシェフォトダイオードを用いる場合や２つ以上のアバランシェフォトダイオードの増倍率を低下させる場合でも同様の効果が得られる。また上記第４の実施の形態においては、光信号を１：１に分岐する場合について説明したが、１：９など非対称に分岐する場合でも同様の効果が得られる。
【００３６】
＜第５の実施の形態＞
図５は本発明の第５の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１から第４の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。次に上記第５の実施の形態について図５を用いて説明する。まず図５において、フォトダイオード１、２は、例えば同一の半導体ウエハ上など、近い位置にあるものとする。光ファイバ１１により伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅され電圧信号として出力端子８より取り出される。
【００３７】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１により伝送される信号電力が大きい、すなわちフォトダイオード１、２に入力される光電力が大きい場合、出力される電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるのでその出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路７が歪み飽和動作をする。このときレベル検出部９は前置増幅回路７の出力電力レベルに応じた信号を出力する。制御部１０では、レベル検出部９の出力信号がある閾値を超えると、電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２の逆バイアス電圧Ｖｐｄ２が順バイアスとなるように電圧を印加する。この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。
【００３８】
またフォトダイオードに順方向電圧が印加されると急激にオン電流が流れ出すため、Ｖｐｄ２は通常−０．７Ｖ〜−０．２Ｖの低電流動作範囲で使用する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のように電圧発生回路４を制御し電流を分流させて減少させ、光受信レベルが小さい場合は、フォトダイオード２の電圧発生回路４は制御しない。ここで集光素子１２によりフォトダイオード１、２に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分以下に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００３９】
したがって、第５の実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードを制御して前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。
【００４０】
なお上記第５の実施の形態におけるフォトダイオードは、アバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。また上記第５の実施の形態においては、２つのフォトダイオードの場合について説明したが、３つ以上のフォトダイオードを用いる場合や２つ以上のフォトダイオードをオフにする場合でも同様の効果が得られる。また上記第５の実施の形態においては、光信号を１：１に分岐する場合について説明したが、１：９など非対称に分岐する場合でも同様の効果が得られる。
【００４１】
＜第６の実施の形態＞
図６は本発明の第６の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１から第５の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。図６において、１２、１６は第１、第２の集光素子、１７は光分岐器である。次に上記第６の実施の形態について図６を用いて説明する。まず図６において、光ファイバ１１により伝送された光信号は光分岐器１７により分岐し、光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２及び１６を用いてフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅され電圧信号として出力端子８より取り出される。
【００４２】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１により伝送される信号電力が大きい、すなわちフォトダイオード１、２に入力される光電力が大きい場合、出力される電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるのでその出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路７が歪み飽和動作をする。このときレベル検出部９は前置増幅回路７の出力電力レベルに応じた信号を出力する。制御部１０では、レベル検出部９の出力信号がある閾値を超えると、電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２の逆バイアス電圧Ｖｐｄ２を制御しオフにする。ここでＶｐｄ２は負の電圧となり、通常−０．５〜−０．２Ｖ程度で電流が流れなくなる。この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のように電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２をオフにして電流を減少させ、光受信レベルが小さい場合は、フォトダイオード２の電圧発生回路４は制御しない。
【００４３】
ここで光分岐器１７によりフォトダイオード１、２に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
したがって、第６の実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにして、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。
なお上記第６の実施の形態におけるフォトダイオードはアバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。
【００４４】
＜第７の実施の形態＞
図７は本発明の第７の実施の形態における光受信装置の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１から第６の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。次に上記第７の実施の形態について図７を用いて説明する。まず図７において、光ファイバ１１により伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅され電圧信号として出力端子８より取り出される。
【００４５】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１により伝送される信号電力が大きい、すなわちフォトダイオード１、２に入力される光電力が大きい場合、出力される電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるのでその出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路７が歪み飽和動作をする。ここでレベル検出部９に保護抵抗を用いた場合、フォトダイオードのカソード側に流れる電流に比例して、保護抵抗の両端に発生する電圧降下が大きくなる。このときレベル検出部９は保護抵抗の両端に発生する電圧降下分に応じた信号を出力する。
【００４６】
制御部１０では、レベル検出部９の出力信号がある閾値を超えると、電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２の逆バイアス電圧Ｖｐｄ２を制御しオフにする。ここでＶｐｄ２は負の電圧となり、通常−０．５〜−０．２Ｖ程度で電流が流れなくなる。この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のように電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２をオフにして電流を減少させ、光受信レベルが小さい場合は、フォトダイオード２の電圧発生回路４は制御しない。ここで集光素子１２によりフォトダイオード１、２に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００４７】
したがって、第７の実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにして、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。
なお上記実施の形態におけるフォトダイオードは、アバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。
【００４８】
＜第８の実施の形態＞
図８は本発明の第８の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１から第７の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。次に上記第８の実施の形態について図を用いて説明する。ここで１８はＡＧＣアンプ、１９はＡＧＣアンプの出力レベルを検出して、利得を制御する電圧を発生する制御電圧発生部である。まず図８において、光ファイバ１１により伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅された電圧信号をＡＧＣアンプ１８により再び増幅し、出力端子８より取り出される。
【００４９】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１により伝送される信号電力が大きい、すなわちフォトダイオード１、２に入力される光電力が大きい場合、出力する電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるのでその出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路が歪み飽和動作をする。制御電圧発生部１９はＡＧＣアンプ１８の出力電力レベルに応じた制御信号を出力し、ＡＧＣアンプ１８は制御電圧発生部１９の出力信号を基に利得を制御する。ここで制御電圧発生部１９がＡＧＣアンプ１８の利得を小さくするように制御する場合、前置増幅回路７の出力が大きいものと判断し、レベル検出部９はこの出力に応じた制御信号を出力する。制御部１０はレベル検出部９の出力を基に前置増幅回路７の飽和を検出し、これがある閾値を超えると、電圧発生回路４を制御し、フォトダイオード２の逆バイアス電圧Ｖｐｄ２を制御しオフにする。
【００５０】
ここでＶｐｄ２は負の電圧となり、通常−０．５〜−０．２Ｖ程度で電流が流れなくなる。この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のように電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２をオフにして電流を減少させ、光受信レベルが小さい場合は、フォトダイオード２の電圧発生回路４は制御しない。ここで集光素子１２によりフォトダイオード１、２に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００５１】
したがって、第８の実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにして、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。
なお上記第８の実施の形態におけるフォトダイオードはアバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。
【００５２】
＜第９の実施の形態＞
図９は本発明の第９の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１から第８の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。図９において、増幅回路は、符号２０で示される。次に上記第９の実施の形態について図９を用いて説明する。まず図９において、光ファイバ１１により伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅された電圧信号を増幅回路２０により再び増幅し、出力端子８より取り出される。
【００５３】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１により伝送される信号電力が大きい、すなわちフォトダイオード１、２に入力される光電力が大きい場合、出力する電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるのでその出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路７が歪み飽和動作をする。増幅回路２０は前置増幅回路７の出力を増幅するが、前置増幅回路７の出力が歪んでいる、若しくは増幅回路２０への入力レベルが大きいときには高次高調波成分を出力する。レベル検出部９は、信号帯域の高次高調波成分を抽出し、電力レベルに応じた信号を出力する。制御部１０はレベル検出部９の出力を基に前置増幅回路７の飽和を検出し、これがある閾値を超えると、電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２の逆バイアス電圧Ｖｐｄ２を制御しオフにする。ここでＶｐｄ２は負の電圧となり、通常−０．５〜−０．２Ｖ程度で電流が流れなくなる。
【００５４】
この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のように電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２をオフにして電流を減少させ、光受信レベルが小さい場合は、フォトダイオード２の電圧発生回路４は制御しない。ここで集光素子１２によりフォトダイオード１、２に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００５５】
したがって、第９の実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにして、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。
なお上記第９の実施の形態におけるフォトダイオードはアバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。
【００５６】
＜第１０の実施の形態＞
図１０は本発明の第１０の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１から第９の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。図１０において、２１はパイロット信号検出部である。次に上記第１０の実施の形態について図１０を用いて説明する。まず図１０において、光ファイバ１１により伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅され電圧信号として出力端子８より取り出される。
【００５７】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７出力の飽和を抑えるかについて説明する。局側の送信装置より、パイロット信号として所望の信号帯域外で使われる周波数の信号を多重し、レーザーダイオードなどで変調し光ファイバで伝送する。受信側ではフォトダイオード１、２にて受光したパイロット信号を前置増幅回路７にて増幅する。パイロット信号検出部２１では、適当なフィルタを用いパイロット信号の周波数成分を抽出し、電力レベルに応じた信号を出力する。このパイロット信号のレベルは所望の信号帯域でのレベルと相関があるため、パイロット信号の電力レベルで信号帯域の電力レベルがわかる。受信装置と局側の送信装置の距離が近く伝送路でのロスが小さい場合、パイロット信号及び所望の信号帯域の電力は大きくなり前置増幅回路７の出力は飽和してしまう。制御部１０は、パイロット信号検出部２１の出力を基に前置増幅回路７が飽和するかどうか判断し、電圧発生回路４の電圧を制御する。
【００５８】
以上よりパイロット信号の受信電力レベルが大きい場合は、上記のように電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２をオフにして電流を減少させ、パイロット信号の受信電力レベルが小さい場合は、フォトダイオード２に与える電圧発生回路４は制御しない。ここで集光素子１２によりフォトダイオード１、２に入力される光電力がそれぞれＰ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００５９】
したがって、第１０の実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにし、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。
なお上記第１０の実施の形態におけるフォトダイオードはアバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。
【００６０】
＜第１１の実施の形態＞
図１１は本発明の第１１の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１から第１０の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。図１１において、第１から第１０の実施の形態に示した光受信回路を搭載した光受信モジュールは、符号２２で示される。次に上記第１０の実施の形態について図１１を用いて説明する。
【００６１】
まず図１１において、光受信モジュール２２内の光受信回路は第１から第１０の実施の形態について記載したように動作し、光受信回路内部の前置増幅回路７の飽和を緩和することができる。すなわちこのモジュールにおいて、強度の大きい光信号の受光時に発生する前置増幅回路７の非線形歪を抑えることができる。したがって、本実施の形態１１によれば、上記第１から第１０の実施の形態に記載の光受信回路を光受信モジュールに搭載することにより、強度の大きい光信号の受光時に発生する前置増幅回路７の非線形歪を低減することができる。
【００６２】
上記各実施の形態は、光受信回路として説明したが、この光受信回路を具備する光受信モジュールとして本発明をとらえることもできる。さらに、かかる光受信回路を復調回路などと組み合わせれば、本発明は、かかる光受信回路を具備する光受信装置としてとらえることもできる。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにする若しくは少なくとも１つのアバランシェフォトダイオードの増倍率を変化させることで前置増幅回路への入力電流を低減させることができる。これにより前置増幅回路の飽和を緩和することができ、フォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第２の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図３】本発明の第３の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図４】本発明の第４の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図５】本発明の第５の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図６】本発明の第６の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図７】本発明の第７の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図８】本発明の第８の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図９】本発明の第９の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図１０】本発明の第１０の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図１１】本発明の第１１の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図１２】従来の一般的なアナログ、デジタル系光通信システムにおける光受信回路のブロック図
【図１３】従来の光受信回路のブロック図
【図１４】従来の光受信回路のブロック図
【符号の説明】
１、２ フォトダイオード
３、４ 電圧発生回路
５、６ 光入力信号
７ 前置増幅回路
８ 出力端子
９ レベル検出部
１０ 制御部
１１ 光ファイバ
１２、１６ 集光素子
１３ リレー素子
１４、１５ アバランシェフォトダイオード
１７ 光分岐器
１８ ＡＧＣアンプ
１９ 制御電圧発生部
２０ 増幅回路
２１ パイロット信号検出部
２２ 光受信モジュール
２５、２６ 抵抗
２７、２８ カレントミラー
【発明の属する技術分野】
本発明は、アナログ、デジタル信号を伝送する光伝送システム全般において、フォトダイオードもしくはアバランシェフォトダイオードを用いた、広ダイナミックレンジを要する光受信回路、光受信モジュール及び光受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光伝送システムにおける光受信回路の動作について説明する。一般的なアナログ、デジタル系光通信システムにおける光受信回路のブロック図を図１２に示す。図１２について説明すると、フォトダイオード１は電圧発生回路３により、アノード・カソード間に逆バイアスを印加する。フォトダイオードに入力された光入力信号５は電気信号に変換され電流Ｉｄ１として検波され、前置増幅回路７により増幅される。その出力を増幅回路２０で増幅し、信号を出力端子８より取り出す。
【０００３】
光ＣＡＴＶなどのアナログ伝送系、ＳＤＨなどのデジタル伝送系双方において、伝送路に用いられるファイバの種類、距離などの条件により受信端での光電力は大きく異なる。特にアクセス系での近距離伝送では受信端での光電力は非常に大きくなり、前置増幅回路が飽和し非線形歪を生じる。逆に伝送距離が長く光受信電力が小さい場合、光受信回路には大きな利得が必要である。このためフォトダイオード出力信号を直接受ける前置増幅回路には、広ダイナミックレンジが要求される。フォトダイオードなどの受光素子は広ダイナミックレンジを有するが、光電気変換後の電気回路でもこの広ダイナミックレンジを吸収する必要がある。さらに、前記のアナログ、デジタル伝送信号は高周波広帯域の信号であり、広ダイナミックレンジと両立させるのは難しい。
【０００４】
一方これらのダイナミックレンジを改良した光受信回路として、例えば下記の特許文献１に記載された光受信回路がある。図１３に示したこの回路では、フォトダイオード１の出力電流をモニタし、強度の大きい光信号の受光時に前置増幅回路７の帰還抵抗２５、２６を切り替え、光電力が大きい場合は帰還抵抗２５、２６が小さくなるようにして利得を減少させ、光電力が小さい場合は帰還抵抗２５、２６が大きくなるように制御する。これにより前置増幅回路７での振幅飽和を緩和することができる。
【０００５】
また一方、下記の特許文献２に記載された光受信回路がある。図１４に示したこの回路では、受光時にフォトダイオード１のカソード側から取り出した信号がカレントミラー２７にも流れる。同時にカレントミラー２８にも電流が流れるため、カレントミラー２８に流れる分を削減したものとなる。すなわち強度の大きい光信号の受光時には、フォトダイオード１に電流が流れるにつれカレントミラー２８に電流を分流するように動作する。これにより強度の大きい光信号の受光時の前置増幅回路への過大入力を緩和している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１２４７４６号公報（図４）
【特許文献２】
特開平９−９２８６９号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の一般的な光受信回路では、強度の大きい光信号の受光時に前置増幅回路へ入力される大電流により、前置増幅回路が飽和し非線形歪を生じる問題があった。また図１３及び図１４に示した従来の光受信回路では、前記前置増幅回路の飽和については緩和されるものの、フォトダイオードの定格電流により最大受光レベルが制限されてしまうという課題があった。したがって、本発明は強度の大きい光信号の受光時であっても、前置増幅回路が飽和することなく、かつ、フォトダイオードの定格電流により最大受光レベルが制限されることのない光受信回路、光受信モジュール及び光受信装置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】
上記目的を達成するため、本発明では、外部から供給される光信号に応じて複数のフォトダイオードを切り替えるなどの制御を行っている。すなわち、本発明によれば、下記の手段により課題を解決する構成としている。請求項１に記載の光受信回路は、少なくとも２つのフォトダイオードと、外部から供給される光信号を分岐し前記少なくとも２つのフォトダイオードに与える集光素子と、前記各々のフォトダイオードのカソード側に接続され逆バイアスを供給する少なくとも２つの電圧発生回路と、前記各々のフォトダイオードのアノード側に接続された前置増幅回路と、前記前置増幅回路の出力レベルを検出するレベル検出部と、前記レベル検出部の出力より少なくとも１つの前記電圧発生回路を制御する制御部からなり、前記フォトダイオードの強度の大きい光信号の受光状態を検出し、少なくとも１つの前記フォトダイオードの逆バイアス電圧を制御しオフにして前記前置増幅回路への入力電流を低減させることで、強度の大きい光信号の受光時に発生する前記前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和する回路構成である。
【０００９】
また、請求項２に記載の光受信回路は、少なくとも２つのフォトダイオードと、外部から供給される光信号を分岐し前記少なくとも２つのフォトダイオードに与える集光素子と、前記各々のフォトダイオードのカソード側に接続され逆バイアスを供給する少なくとも２つの電圧発生回路と、前記各々のフォトダイオードのアノード側に接続された少なくとも１つのリレー素子と、前記各々のリレー素子若しくは前記各々のフォトダイオードのアノード側に接続された前置増幅回路と、前記前置増幅回路の出力レベルを検出するレベル検出部と、前記レベル検出部の出力より少なくとも１つの前記リレー素子を制御する制御部からなり、前記フォトダイオードの強度の大きい光信号の受光状態を検出し、少なくとも１つの前記リレー素子をオフにして前記前置増幅回路への入力電流を低減させることで、強度の大きい光信号の受光時に発生する前記前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和する回路構成である。
【００１０】
また、請求項３に記載の光受信回路は、少なくとも２つのフォトダイオードと、外部から供給される光信号を分岐し前記少なくとも２つのフォトダイオードに与える集光素子と、前記各々のフォトダイオードのカソード側に接続された少なくとも１つのリレー素子と、前記各々のリレー素子若しくは前記各々のフォトダイオードのカソード側に接続され逆バイアスを供給する少なくとも２つの電圧発生回路と、前記各々のフォトダイオードのアノード側に接続された前置増幅回路と、前記前置増幅回路の出力レベルを検出するレベル検出部と、前記レベル検出部の出力より少なくとも１つの前記リレー素子を制御する制御部からなり、前記フォトダイオードの強度の大きい光信号の受光状態を検出し、少なくとも１つの前記リレー素子をオフにして前記前置増幅回路への入力電流を低減させることで、強度の大きい光信号の受光時に発生する前記前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和する回路構成である。
【００１１】
また、請求項４に記載の光受信回路は、少なくとも２つのアバランシェフォトダイオードと、外部から供給される光信号を分岐し前記少なくとも２つのアバランシェフォトダイオードに与える集光素子と、前記各々のアバランシェフォトダイオードのカソード側に接続され逆バイアスを供給する少なくとも２つの電圧発生回路と、前記各々のアバランシェフォトダイオードのアノード側に接続された前置増幅回路と、前記前置増幅回路の出力レベルを検出するレベル検出部と、前記レベル検出部の出力より少なくとも１つの前記電圧発生回路を制御する制御部からなり、前記アバランシェフォトダイオードの強度の大きい光信号の受光状態を検出し、少なくとも１つの前記アバランシェフォトダイオードの逆バイアス電圧を制御し増倍率を低下させて前記前置増幅回路への入力電流を低減させることで、強度の大きい光信号の受光時に発生する前記前置増幅回路の飽和及びアバランシェフォトダイオードへの過大入力を緩和する回路構成である。
【００１２】
また、請求項５に記載の光受信回路は、少なくとも２つのフォトダイオードと、外部から供給される光信号を分岐し前記少なくとも２つのフォトダイオードに与える集光素子と、前記各々のフォトダイオードのカソード側に接続され逆バイアスを供給する少なくとも２つの電圧発生回路と、前記各々のフォトダイオードのアノード側に接続された前置増幅回路と、前記前置増幅回路の出力レベルを検出するレベル検出部と、前記レベル検出部の出力より少なくとも１つの前記電圧発生回路を制御する制御部からなり、前記フォトダイオードの強度の大きい光信号の受光状態を検出し、少なくとも１つの前記フォトダイオードに順バイアスを印加し前記前置増幅回路に入力される電流を分流して前記前置増幅回路への入力電流を低減させることで、強度の大きい光信号の受光時に発生する前記前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和する回路構成である。
【００１３】
また、請求項６に記載の光受信回路は、前記外部から供給される光信号を導くための光ファイバと、前記光ファイバを分岐するための光分岐器とを更に有し、前記フォトダイオードへ入力される光電力を前記光分岐器により分岐するよう構成された請求項１から５のいずれか１つに記載の光受信回路である。
【００１４】
また、請求項７に記載の光受信回路は、前記レベル検出部が、前記各々のフォトダイオードのカソード側と前記各々のフォトダイオードに逆バイアスを与えるための少なくとも２つの前記電圧発生回路の間に少なくとも１つある請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の回路構成である。
【００１５】
また、請求項８に記載の光受信回路は、前記前置増幅回路の出力に接続されたＡＧＣアンプと、前記ＡＧＣアンプの利得を制御する制御電圧発生部を具備し、前記レベル検出部は、前記制御電圧発生部の制御電圧を用いるよう構成された請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の回路構成である。
また、請求項９に記載の光受信回路は、前記前置増幅回路の出力に接続された増幅回路を具備し、前記レベル検出部が、前記増幅回路出力の特定周波数の電力レベルを用いるよう構成された請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の回路構成である。
【００１６】
また、請求項１０に記載の光受信回路は、前記レベル検出部が、送信側より伝送されたパイロット信号の電力レベルを用いるよう構成された請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の回路構成である。
また、請求項１１に記載の光受信モジュールは、前記請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載の光受信回路を具備し、強度の大きい光信号の受光時に発生する前置増幅回路の非線形歪を低減した光受信モジュールである。さらに、請求項１２に記載の光受信装置は、請求項１から１０のいずれか１つに記載の光受信回路を有するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１から図１１を用いて説明する。
【００１８】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。図１において、フォトダイオード１、２は、第１、第２の受光素子として機能する。第１、第２の電圧発生回路３、４はフォトダイオード１、２に逆バイアスを与える。第１、第２の光入力信号５、６は、光ファイバ１１と集光素子１２を介してフォトダイオード１、２に与えられる。フォトダイオード１、２のアノードは前置増幅回路７の入力端子に接続されている。前置増幅回路７の出力端子は、回路全体の出力端子８と前置増幅回路７の出力の電力を検出するレベル検出部９の入力端子に接続されている。レベル検出部９の出力端子は制御部１０の入力端子に接続されている。制御部１０は電圧発生回路４に制御信号を供給する。
【００１９】
次に上記第１の実施の形態について図１を用いて説明する。まず図１において、フォトダイオード１、２は、例えば同一の半導体ウエハ上など、近い位置にあるものとする。光ファイバ１１により伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅され電圧信号として出力端子８より取り出される。
【００２０】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１により伝送される信号電力が大きい、すなわちフォトダイオード１、２に入力される光電力が大きい場合、出力される電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるので、その出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路７が歪み飽和動作をする。このときレベル検出部９は前置増幅回路７の出力電力レベルに応じた信号を出力する。制御部１０では、レベル検出部９の出力信号がある閾値を超えると、電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２の逆バイアス電圧Ｖｐｄ２を制御しオフにする。ここでＶｐｄ２は負の電圧となり、通常−０．５〜−０．２Ｖ程度で電流が流れなくなる。この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のように電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２をオフにして電流を減少させ、光受信レベルが小さい場合は、フォトダイオード２の電圧発生回路４は制御しない。ここで集光素子１２によりフォトダイオード１、２に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００２１】
したがって、第１の本実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにして、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。
なお上記実施の形態におけるフォトダイオードはアバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。
【００２２】
また上記第１の実施の形態においては、２つのフォトダイオードの場合について説明したが、３つ以上のフォトダイオードを用いる場合や、２つ以上のフォトダイオードをオフにする場合でも同様の効果が得られる。また上記第１の実施の形態においては、光信号を１：１に分岐する場合について説明したが、１：９など非対称に分岐する場合でも同様の効果が得られる。
【００２３】
＜第２の実施の形態＞
図２は本発明の第２の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例又は第１の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。図２において、信号ラインの接続及び切断を制御するリレー素子は、符号１３で示されている。
【００２４】
次に上記第２の実施の形態について図２を用いて説明する。まず図２において、フォトダイオード１、２は、例えば同一の半導体ウエハ上など、近い位置にあるものとする。光ファイバ１１により伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅され電圧信号として出力端子８より取り出される。
【００２５】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１により伝送される信号電力が大きい、すなわちフォトダイオード１、２に入力される光電力が大きい場合、出力される電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるので、その出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路７が歪み飽和動作をする。このときレベル検出部９は前置増幅回路７の出力電力レベルに応じた信号を出力する。制御部１０では、レベル検出部９の出力信号がある閾値を超えると、リレー素子１３を制御し信号経路を切断しオフにする。この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のようにリレー素子１３を制御しフォトダイオード２をオフにして電流を減少させ、光受信レベルが小さい場合は、リレー素子１３は制御しない。ここで集光素子１２によりフォトダイオード１、２に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００２６】
したがって、第２の実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにして、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。なお上記実施の形態におけるフォトダイオードは、アバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。
【００２７】
また上記第２の実施の形態においては、２つのフォトダイオードの場合について説明したが、３つ以上のフォトダイオードを用いる場合や、２つ以上のフォトダイオードをオフにする場合でも同様の効果が得られる。また上記第２の実施の形態においては、光信号を１：１に分岐する場合について説明したが、１：９など非対称に分岐する場合でも同様の効果が得られる。
【００２８】
＜第３の実施の形態＞
図３は本発明の第３の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１、第２の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。次に上記第３の実施の形態について図３を用いて説明する。まず図３において、フォトダイオード１、２は、例えば同一の半導体ウエハ上など、近い位置にあるものとする。光ファイバ１１により伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅され電圧信号として出力端子８より取り出される。
【００２９】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１によりを伝送される信号電力が大きい、すなわちフォトダイオード１、２に入力される光電力が大きい場合、出力される電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるので、その出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路７が歪み飽和動作をする。このときレベル検出部９は前置増幅回路７の出力電力レベルに応じた信号を出力する。制御部１０では、レベル検出部９の出力信号がある閾値を超えると、リレー素子１３を制御し信号経路を切断しオフにする。この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のようにリレー素子１３を制御しフォトダイオード２をオフにして電流を減少させ、光受信レベルが小さい場合は、リレー素子１３は制御しない。ここで集光素子１２によりフォトダイオード１、２に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００３０】
したがって、第３の実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにして、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。なお上記実施の形態におけるフォトダイオードは、アバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。
【００３１】
また上記第３の実施の形態においては、２つのフォトダイオードの場合について説明したが、３つ以上のフォトダイオードを用いる場合や、２つ以上のフォトダイオードをオフにする場合でも同様の効果が得られる。また上記第３の実施の形態においては、光信号を１：１に分岐する場合について説明したが、１：９など非対称に分岐する場合でも同様の効果が得られる。
【００３２】
＜第４の実施の形態＞
図４は本発明の第４の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１から第３の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。図４において、第１、第２のアバランシェフォトダイオードは、符号１４、１５で示されている。次に上記第４の実施の形態について図４を用いて説明する。
【００３３】
まず図４において、アバランシェフォトダイオード１４、１５は、例えば同一の半導体ウエハ上など、近い位置にあるものとする。光ファイバ１１によりを伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されアバランシェフォトダイオード１４、１５に各々集光させる。各々のアバランシェフォトダイオード１４、１５には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖａｐｄ１、Ｖａｐｄ２を印加する。アバランシェフォトダイオード１４、１５が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅され電圧信号として出力端子８より取り出される。
【００３４】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１により伝送される信号電力が大きい、すなわちアバランシェフォトダイオード１４、１５に入力される光電力が大きい場合、出力される電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるので、その出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路７が歪み飽和動作をする。このときレベル検出部９は前置増幅回路７の出力電力レベルに応じた信号を出力する。制御部１０では、レベル検出部９の出力信号がある閾値を超えると、電圧発生回路４を制御しアバランシェフォトダイオード１５の逆バイアス電圧Ｖａｐｄ２を変化させ、増倍率を制御する。この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のように電圧発生回路４を制御しアバランシェフォトダイオード１５の増倍率を制御し電流を減少させ、光受信レベルが小さい場合は、アバランシェフォトダイオード１５の電圧発生回路４は制御しない。ここで集光素子１２によりアバランシェフォトダイオード１４、１５に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、アバランシェフォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００３５】
したがって、第４の実施の形態によれば、アバランシェフォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのアバランシェフォトダイオードの増倍率を低下させて、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。また上記第４の実施の形態においては、２つのアバランシェフォトダイオードの場合について説明したが、３つ以上のアバランシェフォトダイオードを用いる場合や２つ以上のアバランシェフォトダイオードの増倍率を低下させる場合でも同様の効果が得られる。また上記第４の実施の形態においては、光信号を１：１に分岐する場合について説明したが、１：９など非対称に分岐する場合でも同様の効果が得られる。
【００３６】
＜第５の実施の形態＞
図５は本発明の第５の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１から第４の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。次に上記第５の実施の形態について図５を用いて説明する。まず図５において、フォトダイオード１、２は、例えば同一の半導体ウエハ上など、近い位置にあるものとする。光ファイバ１１により伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅され電圧信号として出力端子８より取り出される。
【００３７】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１により伝送される信号電力が大きい、すなわちフォトダイオード１、２に入力される光電力が大きい場合、出力される電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるのでその出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路７が歪み飽和動作をする。このときレベル検出部９は前置増幅回路７の出力電力レベルに応じた信号を出力する。制御部１０では、レベル検出部９の出力信号がある閾値を超えると、電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２の逆バイアス電圧Ｖｐｄ２が順バイアスとなるように電圧を印加する。この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。
【００３８】
またフォトダイオードに順方向電圧が印加されると急激にオン電流が流れ出すため、Ｖｐｄ２は通常−０．７Ｖ〜−０．２Ｖの低電流動作範囲で使用する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のように電圧発生回路４を制御し電流を分流させて減少させ、光受信レベルが小さい場合は、フォトダイオード２の電圧発生回路４は制御しない。ここで集光素子１２によりフォトダイオード１、２に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分以下に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００３９】
したがって、第５の実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードを制御して前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。
【００４０】
なお上記第５の実施の形態におけるフォトダイオードは、アバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。また上記第５の実施の形態においては、２つのフォトダイオードの場合について説明したが、３つ以上のフォトダイオードを用いる場合や２つ以上のフォトダイオードをオフにする場合でも同様の効果が得られる。また上記第５の実施の形態においては、光信号を１：１に分岐する場合について説明したが、１：９など非対称に分岐する場合でも同様の効果が得られる。
【００４１】
＜第６の実施の形態＞
図６は本発明の第６の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１から第５の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。図６において、１２、１６は第１、第２の集光素子、１７は光分岐器である。次に上記第６の実施の形態について図６を用いて説明する。まず図６において、光ファイバ１１により伝送された光信号は光分岐器１７により分岐し、光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２及び１６を用いてフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅され電圧信号として出力端子８より取り出される。
【００４２】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１により伝送される信号電力が大きい、すなわちフォトダイオード１、２に入力される光電力が大きい場合、出力される電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるのでその出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路７が歪み飽和動作をする。このときレベル検出部９は前置増幅回路７の出力電力レベルに応じた信号を出力する。制御部１０では、レベル検出部９の出力信号がある閾値を超えると、電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２の逆バイアス電圧Ｖｐｄ２を制御しオフにする。ここでＶｐｄ２は負の電圧となり、通常−０．５〜−０．２Ｖ程度で電流が流れなくなる。この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のように電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２をオフにして電流を減少させ、光受信レベルが小さい場合は、フォトダイオード２の電圧発生回路４は制御しない。
【００４３】
ここで光分岐器１７によりフォトダイオード１、２に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
したがって、第６の実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにして、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。
なお上記第６の実施の形態におけるフォトダイオードはアバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。
【００４４】
＜第７の実施の形態＞
図７は本発明の第７の実施の形態における光受信装置の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１から第６の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。次に上記第７の実施の形態について図７を用いて説明する。まず図７において、光ファイバ１１により伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅され電圧信号として出力端子８より取り出される。
【００４５】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１により伝送される信号電力が大きい、すなわちフォトダイオード１、２に入力される光電力が大きい場合、出力される電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるのでその出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路７が歪み飽和動作をする。ここでレベル検出部９に保護抵抗を用いた場合、フォトダイオードのカソード側に流れる電流に比例して、保護抵抗の両端に発生する電圧降下が大きくなる。このときレベル検出部９は保護抵抗の両端に発生する電圧降下分に応じた信号を出力する。
【００４６】
制御部１０では、レベル検出部９の出力信号がある閾値を超えると、電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２の逆バイアス電圧Ｖｐｄ２を制御しオフにする。ここでＶｐｄ２は負の電圧となり、通常−０．５〜−０．２Ｖ程度で電流が流れなくなる。この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のように電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２をオフにして電流を減少させ、光受信レベルが小さい場合は、フォトダイオード２の電圧発生回路４は制御しない。ここで集光素子１２によりフォトダイオード１、２に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００４７】
したがって、第７の実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにして、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。
なお上記実施の形態におけるフォトダイオードは、アバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。
【００４８】
＜第８の実施の形態＞
図８は本発明の第８の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１から第７の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。次に上記第８の実施の形態について図を用いて説明する。ここで１８はＡＧＣアンプ、１９はＡＧＣアンプの出力レベルを検出して、利得を制御する電圧を発生する制御電圧発生部である。まず図８において、光ファイバ１１により伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅された電圧信号をＡＧＣアンプ１８により再び増幅し、出力端子８より取り出される。
【００４９】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１により伝送される信号電力が大きい、すなわちフォトダイオード１、２に入力される光電力が大きい場合、出力する電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるのでその出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路が歪み飽和動作をする。制御電圧発生部１９はＡＧＣアンプ１８の出力電力レベルに応じた制御信号を出力し、ＡＧＣアンプ１８は制御電圧発生部１９の出力信号を基に利得を制御する。ここで制御電圧発生部１９がＡＧＣアンプ１８の利得を小さくするように制御する場合、前置増幅回路７の出力が大きいものと判断し、レベル検出部９はこの出力に応じた制御信号を出力する。制御部１０はレベル検出部９の出力を基に前置増幅回路７の飽和を検出し、これがある閾値を超えると、電圧発生回路４を制御し、フォトダイオード２の逆バイアス電圧Ｖｐｄ２を制御しオフにする。
【００５０】
ここでＶｐｄ２は負の電圧となり、通常−０．５〜−０．２Ｖ程度で電流が流れなくなる。この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のように電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２をオフにして電流を減少させ、光受信レベルが小さい場合は、フォトダイオード２の電圧発生回路４は制御しない。ここで集光素子１２によりフォトダイオード１、２に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００５１】
したがって、第８の実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにして、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。
なお上記第８の実施の形態におけるフォトダイオードはアバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。
【００５２】
＜第９の実施の形態＞
図９は本発明の第９の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１から第８の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。図９において、増幅回路は、符号２０で示される。次に上記第９の実施の形態について図９を用いて説明する。まず図９において、光ファイバ１１により伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅された電圧信号を増幅回路２０により再び増幅し、出力端子８より取り出される。
【００５３】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７の出力の飽和を抑えるかについて説明する。光ファイバ１１により伝送される信号電力が大きい、すなわちフォトダイオード１、２に入力される光電力が大きい場合、出力する電流も比例して大きくなる。よって前置増幅回路７へ入力される電流Ｉｄ３が大きくなるのでその出力もそれに応じて大きくなり、ある入力レベルを超えると、前置増幅回路７が歪み飽和動作をする。増幅回路２０は前置増幅回路７の出力を増幅するが、前置増幅回路７の出力が歪んでいる、若しくは増幅回路２０への入力レベルが大きいときには高次高調波成分を出力する。レベル検出部９は、信号帯域の高次高調波成分を抽出し、電力レベルに応じた信号を出力する。制御部１０はレベル検出部９の出力を基に前置増幅回路７の飽和を検出し、これがある閾値を超えると、電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２の逆バイアス電圧Ｖｐｄ２を制御しオフにする。ここでＶｐｄ２は負の電圧となり、通常−０．５〜−０．２Ｖ程度で電流が流れなくなる。
【００５４】
この制御部１０の閾値は、前置増幅回路７が飽和するより低い値に設定する。以上より光受信レベルが大きい場合は、上記のように電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２をオフにして電流を減少させ、光受信レベルが小さい場合は、フォトダイオード２の電圧発生回路４は制御しない。ここで集光素子１２によりフォトダイオード１、２に入力される光電力が各々Ｐ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００５５】
したがって、第９の実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにして、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。
なお上記第９の実施の形態におけるフォトダイオードはアバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。
【００５６】
＜第１０の実施の形態＞
図１０は本発明の第１０の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１から第９の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。図１０において、２１はパイロット信号検出部である。次に上記第１０の実施の形態について図１０を用いて説明する。まず図１０において、光ファイバ１１により伝送された光信号は、１本の光ファイバから出射後、レンズなどの集光素子１２を用いて分岐されフォトダイオード１、２に各々集光させる。各々のフォトダイオード１、２には、電圧発生回路３、４によって逆バイアス電圧Ｖｐｄ１、Ｖｐｄ２を印加する。フォトダイオード１、２が検波した電流Ｉｄ１及びＩｄ２は加算されＩｄ３として前置増幅回路７へ入力され、増幅され電圧信号として出力端子８より取り出される。
【００５７】
次に受光電力が大きい場合に、どのようにして前置増幅回路７出力の飽和を抑えるかについて説明する。局側の送信装置より、パイロット信号として所望の信号帯域外で使われる周波数の信号を多重し、レーザーダイオードなどで変調し光ファイバで伝送する。受信側ではフォトダイオード１、２にて受光したパイロット信号を前置増幅回路７にて増幅する。パイロット信号検出部２１では、適当なフィルタを用いパイロット信号の周波数成分を抽出し、電力レベルに応じた信号を出力する。このパイロット信号のレベルは所望の信号帯域でのレベルと相関があるため、パイロット信号の電力レベルで信号帯域の電力レベルがわかる。受信装置と局側の送信装置の距離が近く伝送路でのロスが小さい場合、パイロット信号及び所望の信号帯域の電力は大きくなり前置増幅回路７の出力は飽和してしまう。制御部１０は、パイロット信号検出部２１の出力を基に前置増幅回路７が飽和するかどうか判断し、電圧発生回路４の電圧を制御する。
【００５８】
以上よりパイロット信号の受信電力レベルが大きい場合は、上記のように電圧発生回路４を制御しフォトダイオード２をオフにして電流を減少させ、パイロット信号の受信電力レベルが小さい場合は、フォトダイオード２に与える電圧発生回路４は制御しない。ここで集光素子１２によりフォトダイオード１、２に入力される光電力がそれぞれＰ１であるとすると、前置増幅回路７に入力される電流Ｉｄ３はＩｄ１のみとなり半分に減少し、飽和動作が緩和される。さらに、フォトダイオード１つあたりの受光電力も半分になるため２倍の受光が可能となり、光受信回路の最大受光レベルが改善できる。
【００５９】
したがって、第１０の実施の形態によれば、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにし、前置増幅回路への入力電流を低減させることにより、前置増幅回路の飽和及びフォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。
なお上記第１０の実施の形態におけるフォトダイオードはアバランシェフォトダイオードでも同様の効果が得られる。
【００６０】
＜第１１の実施の形態＞
図１１は本発明の第１１の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図である。ここで、前記従来例、第１から第１０の実施の形態で説明した要素と同一作用を有するブロックには同一の符号を付す。図１１において、第１から第１０の実施の形態に示した光受信回路を搭載した光受信モジュールは、符号２２で示される。次に上記第１０の実施の形態について図１１を用いて説明する。
【００６１】
まず図１１において、光受信モジュール２２内の光受信回路は第１から第１０の実施の形態について記載したように動作し、光受信回路内部の前置増幅回路７の飽和を緩和することができる。すなわちこのモジュールにおいて、強度の大きい光信号の受光時に発生する前置増幅回路７の非線形歪を抑えることができる。したがって、本実施の形態１１によれば、上記第１から第１０の実施の形態に記載の光受信回路を光受信モジュールに搭載することにより、強度の大きい光信号の受光時に発生する前置増幅回路７の非線形歪を低減することができる。
【００６２】
上記各実施の形態は、光受信回路として説明したが、この光受信回路を具備する光受信モジュールとして本発明をとらえることもできる。さらに、かかる光受信回路を復調回路などと組み合わせれば、本発明は、かかる光受信回路を具備する光受信装置としてとらえることもできる。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように、フォトダイオードを複数並べ、強度の大きい光信号の受光時に少なくとも１つのフォトダイオードをオフにする若しくは少なくとも１つのアバランシェフォトダイオードの増倍率を変化させることで前置増幅回路への入力電流を低減させることができる。これにより前置増幅回路の飽和を緩和することができ、フォトダイオードへの過大入力を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第２の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図３】本発明の第３の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図４】本発明の第４の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図５】本発明の第５の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図６】本発明の第６の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図７】本発明の第７の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図８】本発明の第８の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図９】本発明の第９の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図１０】本発明の第１０の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図１１】本発明の第１１の実施の形態における光受信回路の構成を示すブロック図
【図１２】従来の一般的なアナログ、デジタル系光通信システムにおける光受信回路のブロック図
【図１３】従来の光受信回路のブロック図
【図１４】従来の光受信回路のブロック図
【符号の説明】
１、２ フォトダイオード
３、４ 電圧発生回路
５、６ 光入力信号
７ 前置増幅回路
８ 出力端子
９ レベル検出部
１０ 制御部
１１ 光ファイバ
１２、１６ 集光素子
１３ リレー素子
１４、１５ アバランシェフォトダイオード
１７ 光分岐器
１８ ＡＧＣアンプ
１９ 制御電圧発生部
２０ 増幅回路
２１ パイロット信号検出部
２２ 光受信モジュール
２５、２６ 抵抗
２７、２８ カレントミラー
Claims (12)
- 少なくとも２つのフォトダイオードと、外部から供給される光信号を分岐し前記少なくとも２つのフォトダイオードに与える集光素子と、前記各々のフォトダイオードのカソード側に接続され逆バイアスを供給する少なくとも２つの電圧発生回路と、前記各々のフォトダイオードのアノード側に接続された前置増幅回路と、前記前置増幅回路の出力レベルを検出するレベル検出部と、前記レベル検出部の出力より少なくとも１つの前記電圧発生回路を制御する制御部からなり、前記フォトダイオードの強度の大きい光信号の受光状態を検出し、少なくとも１つの前記フォトダイオードの逆バイアス電圧を制御してオフにすることで前記前置増幅回路への入力電流を低減させるよう構成された光受信回路。
- 少なくとも２つのフォトダイオードと、外部から供給される光信号を分岐し前記少なくとも２つのフォトダイオードに与える集光素子と、前記各々のフォトダイオードのカソード側に接続され逆バイアスを供給する少なくとも２つの電圧発生回路と、前記各々のフォトダイオードのアノード側に接続された少なくとも１つのリレー素子と、前記各々のリレー素子若しくは前記各々のフォトダイオードのアノード側に接続された前置増幅回路と、前記前置増幅回路の出力レベルを検出するレベル検出部と、前記レベル検出部の出力より少なくとも１つの前記リレー素子を制御する制御部からなり、前記フォトダイオードの強度の大きい光信号の受光状態を検出し、少なくとも１つの前記リレー素子をオフにすることで前記前置増幅回路への入力電流を低減させるよう構成された光受信回路。
- 少なくとも２つのフォトダイオードと、外部から供給される光信号を分岐し前記少なくとも２つのフォトダイオードに与える集光素子と、前記各々のフォトダイオードのカソード側に接続された少なくとも１つのリレー素子と、前記各々のリレー素子若しくは前記各々のフォトダイオードのカソード側に接続され逆バイアスを供給する少なくとも２つの電圧発生回路と、前記各々のフォトダイオードのアノード側に接続された前置増幅回路と、前記前置増幅回路の出力レベルを検出するレベル検出部と、前記レベル検出部の出力より少なくとも１つの前記リレー素子を制御する制御部からなり、前記フォトダイオードの強度の大きい光信号の受光状態を検出し、少なくとも１つの前記リレー素子をオフにすることで前記前置増幅回路への入力電流を低減させるよう構成された光受信回路。
- 少なくとも２つのアバランシェフォトダイオードと、外部から供給される光信号を分岐し前記少なくとも２つのアバランシェフォトダイオードに与える集光素子と、前記各々のアバランシェフォトダイオードのカソード側に接続され逆バイアスを供給する少なくとも２つの電圧発生回路と、前記各々のアバランシェフォトダイオードのアノード側に接続された前置増幅回路と、前記前置増幅回路の出力レベルを検出するレベル検出部と、前記レベル検出部の出力より少なくとも１つの前記電圧発生回路を制御する制御部からなり、前記アバランシェフォトダイオードの強度の大きい光信号の受光状態を検出し、少なくとも１つの前記アバランシェフォトダイオードの逆バイアス電圧を制御して増倍率を低下させることで前記前置増幅回路への入力電流を低減させるよう構成された光受信回路。
- 少なくとも２つのフォトダイオードと、外部から供給される光信号を分岐し前記少なくとも２つのフォトダイオードに与える集光素子と、前記各々のフォトダイオードのカソード側に接続され逆バイアスを供給する少なくとも２つの電圧発生回路と、前記各々のフォトダイオードのアノード側に接続された前置増幅回路と、前記前置増幅回路の出力レベルを検出するレベル検出部と、前記レベル検出部の出力より少なくとも１つの前記電圧発生回路を制御する制御部からなり、前記フォトダイオードの強度の大きい光信号の受光状態を検出し、少なくとも１つの前記フォトダイオードに順バイアスを印加し、前置増幅回路に入力される電流を分流することで前記前置増幅回路への入力電流を低減させるよう構成された光受信回路。
- 前記外部から供給される光信号を導くための光ファイバと、前記光ファイバを分岐するための光分岐器とを更に有し、前記フォトダイオードへ入力される光電力を前記光分岐器により分岐するよう構成された請求項１から５のいずれか１つに記載の光受信回路。
- 前記レベル検出部は、前記各々のフォトダイオードのカソード側と前記各々のフォトダイオードに逆バイアスを与えるための少なくとも２つの前記電圧発生回路の間に少なくとも１つある請求項１から６のいずれか１つに記載の光受信回路。
- 前記前置増幅回路の出力に接続されたＡＧＣアンプと、前記ＡＧＣアンプの利得を制御する制御電圧発生部を具備し、前記レベル検出部は、前記制御電圧発生部の制御電圧を用いるよう構成された請求項１から６のいずれか１つに記載の光受信回路。
- 前記前置増幅回路の出力に接続された増幅回路を具備し、前記レベル検出部は、前記増幅回路の出力の特定周波数の電力レベルを用いるよう構成された請求項１から６のいずれか１つに記載の光受信回路。
- 前記レベル検出部は、送信側より伝送されたパイロット信号の電力レベルを用いるよう構成された前記請求項１から６のいずれか１つに記載の光受信回路。
- 請求項１から請求項１０のいずれか１つに記載の光受信回路を具備し、強度の大きい光信号の受光時に発生する前置増幅回路の非線形歪を低減するよう構成された光受信モジュール。
- 請求項１から１０のいずれか１つに記載の光受信回路を有する光受信装置。
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| JP2003099781A JP2004312117A (ja) | 2003-04-03 | 2003-04-03 | 光受信回路、光受信モジュール及び光受信装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN110749875A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-02-04 | 中国计量大学 | 一种导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块 |
| CN112179490A (zh) * | 2020-09-01 | 2021-01-05 | 北京九辰智能医疗设备有限公司 | 一种宽变化频率及范围的光强度检测电路和方法 |
-
2003
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| CN110749875B (zh) * | 2019-10-28 | 2023-03-31 | 中国计量大学 | 一种导频自适应的马赫曾德调制器激光脉冲调节模块 |
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