JP2008219765A - 光受信装置とバランス調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バランストレシーバにおける特性ばらつき等によるアンバランスにより発生する受信感度の劣化を改善し、受信器の性能改善を図る光受信装置とバランス調整方法の提供。
【解決手段】１ビット遅延干渉計（１）の第１、第２の出力ポートからの光信号を受光する第１、第２の受光素子（２０１、２０２）を備えたバランストレシーバ２を備え、前記第１、第２の受光素子（２０１、２０２）の振幅と遅延をそれぞれモニタするモニタ手段（７０１、７０２、８０１、８０２）と、前記モニタ手段でのモニタ結果に基づき、１ビット遅延干渉計（１）の第１、第２の出力ポートと第１、第２の受光素子（２０１、２０２）との間の経路における光信号の減衰量、遅延量を可変に制御する手段（５０２、５０３、５０４、６０２、６０３、６０４）を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光受信装置に関し、特に、バランストレシーバを備えた受信装置とバランス調整方法に関する。

光伝送に用いられるＤＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：差動位相シフトキーイング）変調方式は、２値信号から生成される情報データ系列間の位相変化を差動符号化し直流光を位相変調する。例えばデータ間の位相変化がない場合にはオン信号とし、パルス間で位相変化がある場合には、オフ信号とする差動符号化信号を生成する。ＤＰＳＫ方式で変調された光信号の復調には、１ｂｉｔ（ビット）遅延干渉計と、２つの受光素子からなるバランストレシーバ（バランスド光受信器）とが用いられる。隣接ビット間の相対位相として符号化された位相信号は、１ビット遅延干渉計よって、干渉による強め合いが生じるポートと、干渉による弱め合いが生じるポートとに強度信号として変換して振り分けることで復調を実現している。ＤＰＳＫ変調光の光受信器における１ビット遅延干渉計及びバランストレシーバの詳細については、例えば特許文献１等が参照される。

図５は、ＤＰＳＫ変調方式の光信号を受信する典型的な光受信装置の構成を示す図である。図５を参照すると、１ｂｉｔ遅延干渉計１は、ＤＰＳＫ変調光である入射光を導波する入力導波路１０１、入射光を２つの分波光に分波するカプラ１０２、カプラ１０２で分波された２つの光を一旦合波して干渉光信号を生成し、両分波光のタイムスロット毎の相対位相が一致する場合と一致しない場合とに応じて干渉光信号を光強度信号として出力する出力先を切り換えるカプラ１０３と、導波路１０４と、遅延導波路（導波路１０５、光遅延素子１０６、導波路１０７）を備えている。カプラ１０３は、導波路１０４からの信号と光遅延素子１０６を経由した信号の相対位相に応じて出力先を切り換えて干渉光信号を光強度信号として出力する（相対位相が一致した場合には出力導波路１０８に、相対位相が一致しない場合には出力導波路１０９に干渉光信号を出力する）。光遅延素子１０６側の導波路を伝搬する信号光は、導波路１０４を伝搬する信号光に対して、１タイムスロット分に相当する遅延が与えられる。

１ｂｉｔ遅延干渉計１の後段には、第１、第２の受光素子（フォトダイオード）２０１、２０２とを備えたバランストレシーバ２と、を備えている。受光素子２０１のカソードには正電圧の逆バイアスが加えられ、受光素子２０２のアノードには負電圧の逆バイアスが加えられ、受光素子２０１のアノードと受光素子２０２のカソードとが接続されている。第１、第２の受光素子２０１、２０２は出力導波路１０８、１０９より出力される光強度信号を電気信号に変換し、第１、第２の受光素子２０１、２０２に流れる電流を引き算した差動信号を生成し、ＤＰＳＫ変調光の復調を行う。バランストレシーバ２の出力からクロック抽出器３でクロック成分を抽出し、該抽出されたクロックを用いて受信信号を識別再生する。なお、クロック抽出器３は受信信号からクロック成分を抽出する。クロック抽出器３としては内部発振器の出力信号であるクロック信号と入力信号の位相差を検出して、内部発振器の周波数と入力信号の周波数と位相に一致するよう制御するＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ：位相同期ループ）回路などが使用される。識別再生器４は信号を閾値に基き０／１ディジタル値に判定し、クロック抽出器３の出力クロックにより、リタイミングを行う。

特許文献２には、ＤＱＰＳＫ信号を復号する受信装置において、制御信号（電圧）を１ビット遅延干渉計に与えて制御し１ビット遅延干渉計における光位相を安定化制御する位相制御部を備えた構成が開示されている。

特開２００６−３９０３７号公報 特開２００６−２９５６０３号公報

バランストレシーバにおいて、振幅、遅延、周波数特性が完全に等しいデバイスを入手することは困難であり、特性ばらつきをもっている。そして、バランストレシーバの特性アンバランスにより、受信後の復調信号の受信感度劣化が発生することが知られている。

したがって、本発明の目的は、上記問題を解消し、バランストレシーバにおける特性アンバランスにより発生する受信感度の劣化を改善し、受信器の性能改善を図る、光受信装置及びバランス調整方法を提供することにある。

本願で開示される発明は、前記課題を解決するため、バランストレシーバの特性ばらつきを可変光遅延調整器と可変光減衰器により自動補正するようにしたものである。

本発明の１つの側面（アスペクト）に係る装置は、二つの異なるポートからの光信号をそれぞれ受ける第１及び第２の受光素子を備えたバランストレシーバのバランスを調整する装置であって、前記第１及び第２の受光素子の振幅及び／又は遅延をモニタするモニタ手段と、前記モニタ手段でのモニタ結果に基づき、前記１ビット遅延干渉計の第１及び第２のポートと前記第１及び第２の受光素子との間の第１及び第２の経路のそれぞれにおける光信号の減衰量及び／又は遅延量を可変に制御する手段と、を備えている。

本発明の他の側面に係る光受信装置は、１ビット遅延干渉計の第１及び第２のポートからの光信号を受光する第１及び第２の受光素子を備えたバランストレシーバと、前記第１及び第２の受光素子の出力の振幅をそれぞれモニタする第１及び第２の振幅モニタ手段と、前記第１及び第２の受光素子の出力の遅延をそれぞれモニタする第１及び第２の遅延モニタ手段と、前記遅延干渉計の第１及び第２のポートと前記第１及び第２の受光素子との間の第１及び第２の経路のそれぞれに挿入された第１及び第２の光減衰器と、前記遅延干渉計の第１及び第２のポートと前記第１及び第２の受光素子との間の第１及び第２の経路のそれぞれに挿入された第１及び第２の光遅延調整器と、前記第１及び第２の振幅モニタ手段でのモニタ結果に基づき、前記第１及び第２の光減衰器の減衰量を制御する光減衰量制御器と、前記第１及び第２の遅延モニタ手段でのモニタ結果に基づき、前記第１及び第２の光遅延調整器の遅延量を制御する光遅延量制御器と、を備えている。

本発明においては、前記第１及び第２の受光素子の振幅のモニタ結果に基づき、前記遅延干渉計を制御する手段を備えた構成としてもよい。

本発明においては、前記振幅をモニタする手段として、バンドパスフィルタと、スペクトルモニタを備えた構成としてもよい。

本発明に係る方法は、二つの異なるポートからの光信号をそれぞれ受ける第１及び第２の受光素子を備えたバランストレシーバのバランス調整方法であって、
前記第１及び第２の受光素子の振幅及び／又は遅延をモニタし、
前記モニタ結果に基づき、前記１ビット遅延干渉計の第１及び第２のポートと前記第１及び第２の受光素子との間の第１及び第２の経路のそれぞれにおける光信号の減衰量及び／又は遅延量を可変に制御する。

本発明によれば、バランストレシーバのバランス調整を行うことににより、振幅、遅延、周波数特性のアンバランスにより発生する受信感度の劣化を改善し、受信器の性能改善効果が得られる。

図１は、本発明の第１の実施の形態の光受信装置の構成を示す図である。図１を参照すると、本実施の形態では、図５に示した従来の構成に加え、光減衰量制御器５０２、光減衰器５０３、５０４、光遅延量制御器６０２、光遅延調整器６０３、６０４、第１、第２の遅延モニタ７０１、７０２、及び第１、第２の振幅モニタ８０１、８０２を備えている。図１において、１ｂｉｔ遅延干渉計１、バランストレシーバ２と、クロック抽出器３、識別再生器４は、図５のそれぞれと同一であるため説明は省略する。

本実施の形態において、１ｂｉｔ遅延干渉計１の出力導波路１０８、１０９の２つのポートからの信号（光強度信号）は、光遅延調整器６０３、６０４でそれぞれ遅延調整され、光減衰器５０３、５０４でそれぞれ振幅が制御されて、バランストレシーバ２の受光素子２０１、２０２にそれぞれ入力される。バランストレシーバ２の出力信号として受光素子２０１、２０２にそれぞれ流れる電流の差動信号が出力される。バランストレシーバ２の出力信号からクロック抽出器３にてクロックが抽出され、識別再生器４で、受信信号が識別・再生される。

本実施の形態においては、バランストレシーバ２の振幅、遅延、周波数特性のバランス補正は、光減衰器５０３、５０４、光遅延調整器６０３、６０４を用いて実現する。

第１の遅延モニタ７０１は、バランストレシーバ２の第１ポート出力（受光素子２０１の出力）の遅延量をモニタする。第１の振幅モニタ８０１は、バランストレシーバ２の第１ポート出力（受光素子２０１の出力）の振幅をモニタする。第２の遅延モニタ７０２は、バランストレシーバ２の第２ポート出力（受光素子２０２の出力）の遅延量をモニタする。第２の振幅モニタ８０２は、バランストレシーバ２の第２ポート出力（受光素子２０２の出力）の振幅をモニタする。

光遅延量制御器６０２は、第１、第２の遅延モニタ７０１、７０２におけるモニタ結果に基づき、光遅延調整器６０３、６０４の遅延量をそれぞれ制御する。

光遅延調整器６０３、６０４は、光遅延量制御器６０２からの設定により、光の遅延量をそれぞれ可変させる。

光減衰量制御器５０２は、第１、第２の振幅モニタ８０１、８０２におけるモニタ結果に基づき、光減衰器５０３、５０４の減衰量をそれぞれ制御する。

光減衰器５０３、５０４は光減衰量制御器５０２の設定により、光の減衰量を可変させる。

このように、本実施の形態においては、第１、第２のポート出力の遅延量、振幅を予め測定しておき、光遅延量制御器６０２により、光遅延調整器６０３、６０４におけるそれぞれの遅延量を与え、光減衰量制御器５０２により、光減衰器５０３、５０４におけるそれぞれの減衰量を与えることで、バランストレシーバ２のバランス調整を行う。

バランストレシーバ２のバランス調整としては、第１、第２の振幅モニタ８０１、８０２でのモニタ振幅が同一となるように制御する。

光減衰器５０３、５０４としては、例えば可変光アッテネータ（ＶＯＡ）等が用いられる。

ＤＰＳＫ信号の受信器において、バランストレシーバ２は、受光素子２０１、２０２の特性ばらつき等により振幅、位相のばらつきが発生するため、出力波形は、図２（Ａ）に示すようなものとなる。図２（Ａ）は、比較例として、バランストレシーバ２のバランス調整を行わない場合を示す図である。

これに対して、本実施の形態にしたがって、バランストレシーバ２のバランス調整を行うと、振幅、位相を補正することで、振幅、位相が一致した（バランスした）、図２（Ｂ）のような波形となる。

なお、第１、第２の光遅延調整器６０３、６０４としては、光路長を可変できるデバイスが用いられる。例えば、ステッピングモータ等を用いて光の遅延量を可変制御する。

第１、第２の遅延モニタ７０１、７０２でモニタされた位相が同一となるように制御する。第１、第２の遅延モニタ７０１、７０２は、位相比較回路（ＰＤ）を備えたＰＬＬ回路等による位相差の検出を行う。

第１、第２の振幅モニタ８０１、８０２として、バランストレシーバ２の受光素子２０１、２０２の電流のピーク値、あるいは、バランストレシーバ２の出力波形振幅のピーク値の検出が行われる。すなわち、第１、第２の振幅モニタ８０１、８０２は、バランストレシーバ２の受光素子（フォトダイオード）２０１、２０２に流れる電流を、それぞれモニタする電流モニタ（例えば電流センスアンプ等）、あるいは、ピーク検出器によって構成される。

本実施の形態によれば、バランストレシーバ２における、振幅、遅延、周波数特性のアンバランスにより発生する受信感度の劣化を改善し、受信器の性能改善効果が得られる。

図３は、本発明の第２の実施の形態の構成を示す図である。図３を参照すると、本実施の形態は、図１の構成に、干渉計制御器９０１が追加されている。

本実施の形態では、前記第１の実施の形態にしたがって、振幅、遅延の制御により、バランストレシーバ２の特性ばらつきが補正されており、遅延、振幅特性が一致した条件下で、１ｂｉｔ遅延干渉計１の制御を行う。

ＤＰＳＫ光信号の場合、バランストレシーバ２の出力振幅又はモニタ電流が最大のとき、１ｂｉｔ遅延干渉計１の制御が最適といえる。本実施の形態では、干渉計制御器９０１は、第１、第２の振幅モニタ８０１、８０２のモニタ結果を入力し、第１、第２の振幅モニタ８０１、８０２のモニタ振幅値が最大となるように、１ｂｉｔ遅延干渉計１の制御を行う。１ｂｉｔ遅延干渉計１における制御としては、例えば２つの経路での信号光のキャリア周波数の位相の制御等が行われる。

図４は、本発明の第３の実施の形態の構成を示す図である。図４には、図１又は図３に示した前記第１、第２の実施の形態における第１、第２の遅延モニタ７０１、７０２の構成の一例が示されている。図４を参照すると、本実施の形態においては、第１の遅延モニタ７０１は、バランストレシーバ２の受光素子２０１の出力（ＲＦ信号）を入力する第１のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７１１と、第１のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７１１の出力のスペクトルパワーを求める第１のスペクトルモニタ７１２を備えている。同様に、第２の遅延モニタ７０２は、バランストレシーバ２の受光素子２０２の出力（ＲＦ信号）を入力する第２のバンドパスフィルタ７２１と、第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７２１の出力のスペクトルパワーを求める第２のスペクトルモニタ７２２を備えている。

図１又は図３の光遅延量制御器６０２は、第１、第２のスペクトルモニタ７１２、７２２の出力を受け、第１、第２のスペクトルモニタ７１２、７２２から出力されるスペクトルパワーが同一となるように、光遅延調整器６０３、６０４を制御する。なお、第１、第２のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）７１１、７２１の通過帯域は、主信号のｂｉｔレートに応じて所定の周波数に設定される。

なお、前記実施の形態の変形例として、振幅モニタと遅延モニタのうち、いずれか一方のモニタを備えた構成としてもよい。

以上、本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例の構成にのみ制限されるものでなく、本発明の範囲内で当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

本発明の第１の実施の形態の構成を示す図である。 バランストレシーバにおける位相、振幅のばらつきの有無を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態の構成を示す図である。 本発明の第３の実施の形態の構成を示す図である。 ＤＰＳＫ変調光信号の受信器の典型的な構成の構成を示す図である。

符号の説明

１ １ｂｉｔ遅延干渉計
２ バランストレシーバ
３ クロック抽出器
４ 識別再生器
１０１ 入力導波路
１０２ カプラ（分岐用）
１０３ カプラ(合波用)
１０４、１０５、１０７ 分岐導波路
１０６ 光遅延素子
１０８、１０９ 出力導波路
２０１、２０２ 受光素子
５０２ 光減衰量制御器
５０３、５０４ 光減衰器
６０２ 光遅延量制御器
６０３、６０４ 光遅延調整器
７０１ 第１の遅延モニタ
７０２ 第２の遅延モニタ
７１１ 第１のバンドパスフィルタ
７１２ 第１のスペクトルモニタ
７２１ 第２のバンドパスフィルタ
７２２ 第２のスペクトルモニタ
８０１ 第１の振幅モニタ
８０２ 第２の振幅モニタ
９０１ 干渉計制御器

Claims (6)

1. 二つの異なるポートからの光信号をそれぞれ受ける第１及び第２の受光素子を備えたバランストレシーバのバランスを調整する装置であって、
   前記第１及び第２の受光素子の振幅及び／又は遅延をモニタするモニタ手段と、
   前記モニタ手段でのモニタ結果に基づき、前記１ビット遅延干渉計の第１及び第２のポートと前記第１及び第２の受光素子との間の第１及び第２の経路のそれぞれにおける光信号の減衰量及び／又は遅延量を可変に制御する手段と、
   を備えたことを特徴とするバランス調整装置。
2. 請求項１記載のバランス調整装置を備え、前記バランストレシーバが、光信号を入力する遅延干渉計の第１及び第２の出力ポートからの光信号を受光する光受信装置。
3. １ビット遅延干渉計の第１及び第２のポートからの光信号を受光する第１及び第２の受光素子を備えたバランストレシーバと、
   前記第１及び第２の受光素子の出力の振幅をそれぞれモニタする第１及び第２の振幅モニタ手段と、
   前記第１及び第２の受光素子の出力の遅延をそれぞれモニタする第１及び第２の遅延モニタ手段と、
   前記１ビット遅延干渉計の第１及び第２のポートと前記第１及び第２の受光素子との間の第１及び第２の経路のそれぞれに挿入された第１及び第２の光減衰器と、
   前記１ビット遅延干渉計の第１及び第２のポートと前記第１及び第２の受光素子との間の第１及び第２の経路のそれぞれに挿入された第１及び第２の光遅延調整器と、
   前記第１及び第２の振幅モニタ手段でのモニタ結果に基づき、前記第１及び第２の光減衰器の減衰量を制御する光減衰量制御器と、
   前記第１及び第２の遅延モニタ手段でのモニタ結果に基づき、前記第１及び第２の光遅延調整器の遅延量を制御する光遅延量制御器と、
   を備えたことを特徴とする光受信装置。
4. 前記第１及び第２の受光素子の振幅のモニタ結果に基づき、前記１ビット遅延干渉計を制御する手段を備えたことを特徴とする請求項２又は３記載の光受信装置。
5. 前記振幅をモニタする手段として、
   前記受光素子の出力を受け所定の帯域信号を選択的に通過させるバンドパスフィルタと、
   前記バンドパスフィルタの出力を入力しスペクトルパワーをモニタするスペクトルモニタと、
   を備えている、ことを特徴とする請求項２又は３記載の光受信装置。
6. 二つの異なるポートからの光信号をそれぞれ受ける第１及び第２の受光素子を備えたバランストレシーバのバランス調整方法であって、
   前記第１及び第２の受光素子の振幅及び／又は遅延をモニタし、
   前記モニタ結果に基づき、前記１ビット遅延干渉計の第１及び第２のポートと前記第１及び第２の受光素子との間の第１及び第２の経路のそれぞれにおける光信号の減衰量及び／又は遅延量を可変に制御する、
   上記各工程を含む、ことを特徴とするバランス調整方法。

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