JP2009177449A

JP2009177449A - 光受信器、光通信システム及び光受信方法

Info

Publication number: JP2009177449A
Application number: JP2008013406A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kanazawa; 慈金澤; Akira Oki; 明大木; Seiji Fukushima; 誠治福島
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-01-24
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2009-08-06

Abstract

【課題】光受信器のオーバーロード耐性を改善し、光受信器に内蔵可能であり、消光比改善効果によって挿入損失による受信感度劣化を相殺し、最小受信感度を改善することが可能な光受信器、光通信システム及び光受信方法を提供する。
【解決手段】それぞれ波長の異なる信号「１」に相当する信号光と信号「０」に相当する信号光とが入射され、前記信号「１」に相当する信号光は透過し、前記信号「０」に相当する信号光は透過しない透過特性が可変な可変光減衰器と、前記可変光減衰器を透過した信号光を受光する光受信素子とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、光受信器、光通信システム及び光受信方法に関する。

近年、中・長距離ネットワーク用の光受信器として、ｐ‐ｉ‐ｎフォトダイオード（以下、ＰＩＮ‐ＰＤ）に比べて最小受信パワーが低いアバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤ）が使われるようになってきた。しかし、ＡＰＤには、入力光パワーが大きくなるとエラーが急激に増加するオーバーロードの問題がある。そこで、光受信器全体からみたオーバーロード耐性をあげる方法として信号光受信素子（以下、ＰＤ）の前段に可変光減衰器（以下、ＶＯＡ）を設ける方法が考えられている。

ＶＯＡとしては、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）のシャッターを使い光路を遮断するもの（下記非特許文献１参照）や、ＭＥＭＳを用いて機械的に光路を変化させるもの（下記非特許文献２参照）、液晶セルを使ったもの（下記非特許文献３参照）等がある。

下記非特許文献１では、利点として波長依存性がないため入射光の波長に対してフィードバック制御が不要となる点、挿入損が無視できる点、構成が比較的簡易である点が挙げられる。この構成では、ＶＯＡの機能のみ実現可能である。

下記非特許文献２では、利点として波長依存性がないため入射光の波長に対してフィードバック制御を行わなくてよい点、構成も比較的簡易である点があげられる。反面、欠点として機械的な駆動系を有するために、ＶＯＡのサイズが大きいという問題がある。さらに、空間系であるため振動に弱く、０．５〜１ｄＢ程度の挿入損失の発生を回避できず、その分だけ、最小受信感度が劣化するといった問題もある。また、この構成でもＶＯＡの機能のみ実現可能であり、挿入損失分の受信感度劣化は避けられない。

下記非特許文献３では、利点として波長依存性が極めて小さいため入射光の波長に対してフィードバック制御しなくてよい点があげられる。しかし、欠点として液晶自体が高価である点、動作電源として数十Ｖ、１０ｋＨｚの交流電源を必要とするため電気回路部品が大型化し、消費電力も大きくなる点があげられる。さらに、この構成においても１ｄＢ程度の挿入損失の発生は回避できず、最小受信感度の劣化は避けられない。また、この構成でもＶＯＡの機能のみ実現可能であり、挿入損失分の受信感度劣化は避けられない。

ＣｏｒｎｅｌＭａｒｘｅｒ、ＰａｔｒｉｃｋＧｒｉｓｓ、ＮｉｃｏｌａａｓＦ．ｄｅＲｏｏｉｊ、"ＡＶａｒｉａｂｌｅＯｐｔｉｃａｌＡｔｔｅｎｕａｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＳｉｌｉｃｏｎＭｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ"、ＩＥＥＥＰＨＯＴＯＮＩＣＳＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＬＥＴＴＥＲＳ、１９９９年２月、ＶＯＬ．１１、ＮＯ．２、ｐ．２３３−２３５Ｈ．Ｃａｉ、Ｘ．Ｍ．Ｚｈａｎｇ、Ｃ．Ｌｕ、Ａ．Ｑ．Ｌｉｕ、"ＬｉｎｅａｒＭＥＭＳＶａｒｉａｂｌｅＯｐｔｉｃａｌＡｔｔｅｎｕａｔｏｒＵｓｉｎｇＲｅｆｌｅｃｔｉｖｅＥｌｌｉｐｔｉｃａｌＭｉｒｒｏｒ"、ＩＥＥＥＰＨＯＴＯＮＩＣＳＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＬＥＴＴＥＲＳ、２００５年２月、ＶＯＬ．１７、ＮＯ．２、ｐ．４０２−４０４Ｐ．Ｃｈａｎｃｌｏｕ、Ｂ．Ｖｉｎｏｕｚｅ、Ｍ．Ｒｏｙ、Ｃ．Ｃｏｒｎｕ、Ｈ．Ｒａｍａｎｉｔｒａ，"Ｐｈａｓｅ‐ＳｈｉｆｔｉｎｇＶＯＡＷｉｔｈＰｏｌｙｍｅｒＤｉｓｐｅｒｓｅｄＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ"、ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＩＧＨＴＷＡＶＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ、２００３年１２月、ＶＯＬ．２１、ＮＯ．１２、ｐ．３４７１−３４７６

光受信器のオーバーロード耐性向上のためにＰＤの前段に設けるＶＯＡに要求される性能として、小型かつ、受信感度劣化を引き起こさないことが重要である。しかし、従来のＶＯＡで挿入損失があるものでは、最小受信感度が劣化するという問題があった。また、従来のＶＯＡで挿入損失がないものでは、最小受信感度を改善する効果は実現されていなかった。

以上のことから、本発明は、オーバーロード耐性及び最小受信感度を向上することができる光受信器、光通信システム及び光受信方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る光受信器は、
それぞれ波長の異なる信号「１」に相当する信号光と信号「０」に相当する信号光とが入射され、前記信号「１」に相当する信号光は透過し、前記信号「０」に相当する信号光は透過しない透過特性が可変な可変光減衰器と、
前記可変光減衰器を透過した信号光を受光する光受信素子と
を備える
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る光受信器は、第１の発明に係る光受信器において、
前記可変光減衰器は周期的な透過特性を有する
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明に係る光受信器は、第１の発明又は第２の発明に係る光受信器において、
前記信号「１」に相当する信号光と前記信号「０」に相当する信号光は、信号光の変調時の自由キャリアプラズマ効果により波長が異なる
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第４の発明に係る光受信器は、第１の発明から第３の発明のいずれかひとつに係る光受信器において、
前記信号「０」に相当する信号光は、前記信号「１」に相当する信号光よりも波長が長い
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第５の発明に係る光通信システムは、
信号光を直接変調する直接変調型の光発振器と、
前記発光素子により直接変調された信号光を伝送する光ファイバと、
前記光ファイバにより伝送された信号光を増幅する光増幅器と、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光受信器と
を備える
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第６の発明に係る光受信方法は、
信号「１」に相当する信号光の波長と信号「０」に相当する信号光との波長が異なり、
前記信号「１」に相当する信号光は透過し、前記信号「０」に相当する信号光は透過しない
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第７の発明に係る光受信方法は、第６の発明に係る光受信方法において、
前記信号「１」に相当する信号光と前記信号「０」に相当する信号光は、信号光の変調時の自由キャリアプラズマ効果により波長が異なる
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第８の発明に係る光受信方法は、第６の発明又は第７の発明に係る光受信方法において、
前記信号「０」に相当する信号光は、前記信号「１」に相当する信号光よりも波長が長い
ことを特徴とする。

本発明によれば、オーバーロード耐性及び最小受信感度を向上することができる光受信器、光通信システム及び光受信方法を実現することが可能となる。

以下、本発明に係る光受信器、光通信システム及び光受信方法の実施例について、図を用いて説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明の効果を示すために例示したものであり、本発明の主旨から逸脱しない範囲内で種々の変更を行い得ることは言うまでもない。

以下、本発明の第１の実施例に係る光受信方法及び光受信器について説明する。
図１は、本実施例に係る光受信器１０の構成を示した図である。
図１に示すように、本実施例に係る光受信器１０は、光ファイバ３から入射された信号光を減衰させるフィルタ２、フィルタ２の温度を制御するための温度制御素子（以下、フィルタ用ＴＥＣ）１、フィルタ２を透過した信号光を受光するＰＤ４、ＰＤ４の温度を制御するための温度制御素子（以下、ＰＤ用ＴＥＣ）８、フィルタ用ＴＥＣ１を制御するＴＥＣ制御回路６、ＰＤ４からきた電気信号を増幅するための電気信号増幅器（以下、ＴＩＡ）５、ＰＤ４を保持するＰＤキャリア７等により構成されている。なお、本実施例では、フィルタ２として、具体的には、インターリーバやＡＷＧ等を用いる。また、本実施例では、ＰＤ４用のＴＥＣを用いているが、ＴＥＣを用いなくとも同様に動作させることが可能である。

本実施例で用いた消光比改善機能付き可変光減衰器（以下、Ｒ‐ＶＯＡ）は、温度変化によって光減衰量を制御するフィルタ２を用いた場合を例として、本実施例に係る光受信器の構成と効果を説明する。なお、Ｒ‐ＶＯＡは、フィルタ２とその周辺装置を含めたものを意味している。

１．動作原理
はじめに、Ｒ‐ＶＯＡが温度変化によって光減衰量を制御できる原理について説明する。
図２は、本実施例に係るフィルタ２の透過スペクトルの変化前（図２中、実線で示す）と変化後（図２中、破線で示す）を示した図である。なお、図２には信号光の波長領域での透過特性を示すが、実際にはインターリーバやＡＷＧは、図２に示すような片端だけ右下がり特性のみを有するフィルタ２というわけではなく、広い波長範囲で見た場合、短波側には左下がりの特性も存在している。

まず、フィルタ２を温度変化させることで、フィルタ２の屈折率が変化する。これに伴い、フィルタ２内の光路長が変わるため図２中の破線のように透過スペクトルが変化する。図２から分かるように、λ０波長の光は変化前はほぼ減衰せずにフィルタ２を透過するが、スペクトルの変化後のフィルタ２を通過するときは減衰することが分かる。よって、温度変化により光減衰量をコントロールすることができる。

次に、本発明のキー技術であるオーバーロード耐性に優れ、消光比改善効果を有するＲ‐ＶＯＡの動作原理について説明する。
まず、本実施例に係る光受信器１０（図１参照）に入力されるパワーがＰＤ４の最大受信感度より大きい場合の動作について述べる。
この場合、ＰＤ４の平均受光電流をモニターし、この電流がＰＤ４の最大受信感度に相当する受光電流値を超えないように、制御回路６がフィルタ用ＴＥＣ１の温度を変化させてＲ‐ＶＯＡの光減衰量をコントロールする。この動作によって、本来受信不可能な過大入力信号光の受信が可能になる。さらに、光受信器１０全体として見た最大受信感度はＰＤ４の最大受信感度とＲ‐ＶＯＡの最大減衰量を合わせた値となり、光受信器１０のダイナミックレンジを高パワー側に拡大することができる。

次に、本実施例に係る光受信器に入力されるパワーがＰＤ４の最小受信感度付近である時の動作について述べる。
図３は、本実施例に係るフィルタ２の透過スペクトルと信号「０」と信号「１」それぞれの波長スペクトルを示した図である。
図３に示すように、光の変調信号は電気吸収型変調器（以下、ＥＡ変調器）やＬＤ（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）の直接変調などで作られた信号の場合、信号「０」は信号「１」に比べて波長が長くなる。これは、自由キャリアプラズマ効果により、変調時に起こるキャリア密度の変化が屈折率の変化となってあらわれるために起こる。

また、信号「０」は、ＥＡ変調器のＥＡ変調による場合、主に変調時の光遮断時に遮断しきれなかった漏れ光によるものであり、ＬＤの直接変調による場合、信号時でもバイアス電流をかけていることによるものである。なお、信号「０」時にバイアス電流をかけるのは、立ち上がりでの遅れを抑制するためである。

そして、この信号「０」と信号「１」の波長差を利用することで、信号光の消光比改善を行う。なお、信号「０」と信号「１」の波長差は０．０１〜０．２ｎｍ程度であり、特にＥＡ変調時では０．０４〜０．０５ｎｍ程度、直接変調時では０．０８〜０．１ｎｍ程度である。

つまり、フィルタ２の透過スペクトルのピークが信号「１」の波長と合うようにフィルタ２の屈折率をコントロールすることで信号「１」をほとんど減衰させずに信号「０」だけが減衰でき、信号光の消光比改善機能が得られる。従来のＶＯＡでは挿入損失があり、その分受信感度が劣化するが、本実施例に係るＲ‐ＶＯＡの場合は消光比改善機能による受信感度の改善が図れるため、損失による受信感度の劣化を相殺させることが可能となる。

このように、本実施例に係る光受信器１０では、Ｒ‐ＶＯＡを内蔵することにより、ＰＤ４のオーバーロード耐性を向上させると同時に、挿入損失による受信感度劣化を防ぎ、光受信器１０のダイナミックレンジを拡大することができる。

２．組み立て工程
次に、本実施例に係る光受信器１０の組立工程について説明する。
まず、ＴＩＡ５を含む電気回路部、フィルタ用ＴＥＣ１とＰＤ用ＴＥＣ８をパッケージ内に搭載する。次に、ＰＤ４を搭載したＰＤキャリア７をＰＤ用ＴＥＣ８に載せて、ＰＤ４とＴＩＡ５間、ＴＩＡ５とパッケージの端子間などをワイヤボンディングで結線する。このとき、ＰＤ４はファイバ取り付け口から見て、ほぼ中心に位置するようにする。

そして、フィルタ２の傾きと温度を調整し、ＰＤ４の受光電流が最大になる状態で固定する。このとき、ファイバ取り付け口から平行光のレーザ光線を入れた状態にする。最後に、光ファイバ３をＰＤ４の受光電流が最大値になる状態でＹＡＧ溶接によって固定する。以上の行程により、図１に示すようなＲ‐ＶＯＡを内蔵する光受信器が完成する。

以上より、本実施例に係る光受信方法及び光受信器によれば、光受信器１０に内蔵可能な小型のＲ‐ＶＯＡを実現することが可能である。

以下、本発明の第２の実施例に係る光受信方法及び光受信器について説明する。
図１は、本実施例に係る光受信器１０の構成を示した図である。
図１に示すように、本実施例に係る光受信器１０は、光ファイバ３から入射された信号光を減衰させるフィルタ２、フィルタ２の温度を制御するための温度制御素子（以下、フィルタ用ＴＥＣ）１、フィルタ２を透過した信号光を受光するＰＤ４、ＰＤ４の温度を制御するための温度制御素子（以下、ＰＤ用ＴＥＣ）８、フィルタ用ＴＥＣ１を制御するＴＥＣ制御回路６、ＰＤ４からきた電気信号を増幅するための電気信号増幅器（以下、ＴＩＡ）５、ＰＤ４を保持するＰＤキャリア７等により構成されている。なお、本実施例では、フィルタ２として、具体的には、透過特性が周期的なファブリペロー干渉フィルタ（以下、エタロン）を用いる。また、本実施例では、ＰＤ４用のＴＥＣを用いているが、ＴＥＣを用いなくとも同様に動作させることが可能である。

本実施例で用いたＲ‐ＶＯＡは、温度変化によって光減衰量を制御するエタロンである場合として、本実施例に係る光受信器１０の構成と効果を説明する。なお、Ｒ‐ＶＯＡは、フィルタ２とその周辺装置を含めたものを意味している。また、本実施例で用いたエタロンは、共振器長１ｍｍ、端面反射率３０％の石英製であり、透過特性の波長周期は１００ＧＨｚ間隔である。

１．動作原理
Ｒ‐ＶＯＡが温度変化によって光減衰量を制御できる原理について説明する。
図４は、本実施例に係るフィルタ２の透過スペクトルの変化前（図４中、実線で示す）と変化後（図４中、破線で示す）を示した図である。

まず、フィルタ２を温度変化させることで、フィルタ２の屈折率が変化する。これに伴い、フィルタ２内の光路長が変わるため図４中の破線のように透過スペクトルが変化する。図４から分かるように、λ０波長の光は変化前はほぼ減衰せずにフィルタ２を透過するが、スペクトルの変化後のフィルタ２を通過するときは減衰することが分かる。よって、温度変化により光減衰量をコントロールすることができる。

次に、本実施例に係る光受信器１０に入力されるパワーがＰＤ４の最小受信感度付近である時の動作について述べる。
図５は、本実施例に係るフィルタ２の透過スペクトルと信号「０」と信号「１」それぞれの波長スペクトルを示した図である。
図５に示すように、光の変調信号はＥＡ変調器やＬＤの直接変調などで作られた信号の場合、信号「０」は信号「１」に比べて波長が長くなる。これは、自由キャリアプラズマ効果により、変調時に起こるキャリア密度の変化が屈折率の変化となってあらわれるために起こる。

そして、フィルタ２の傾きと温度を調整し、ＰＤ４の受光電流が最大になる状態で固定する。このとき、ファイバ取り付け口から平行光のレーザ光線を入れた状態にする。最後に、光ファイバ３をＰＤ４の受光電流が最大値になる状態でＹＡＧ溶接によって固定する。以上の行程により、図１に示すようなＲ‐ＶＯＡを内蔵した光受信器１０が完成する。

３．可変光減衰器としての性能
次に、本実施例に係る光受信器１０の可変光減衰器としての性能について説明する。
図８は、本実施例に係る光受信器１０の性能確認のための実験系を示した図である。図４に示すように、本実施例に係る光受信器１０の性能確認のための実験系は、直接変調型ＬＤ２２、光受信器１０、光パワーメータ２５から構成されている。ここで、光源は波長１５３０ｎｍの分布帰還型レーザ（以下、ＤＦＢレーザ）とした。

このとき、Ｒ‐ＶＯＡの温度を３０℃から６０℃に変化させることで１０ｄＢの可変減衰量が得られた。この結果から、本来のＡＰＤの持つ最大受信感度よりも、さらに高パワー側に１０ｄＢダイナミックレンジを拡大することが可能であることが分かる。また、端面をコーティングし反射率を大きくすることで可変減衰量をより大きくすることが可能である。

４．波形改善効果
図９は、本実施例に係る光受信器１０の消光比を測定する実験系の構成を示した図である。ここで、実験系の構成としては、パルスパターン発生器２１により信号光を発生させ、この信号光をＬＤ２２により直接変調した光変調信号をシングルモードファイバ（以下、ＳＭＦ）２４により５０ｋｍ伝送した後、エルビウム添加ファイバ光増幅器（以下、ＥＤＦＡ）２３で増幅して、Ｒ‐ＶＯＡを内蔵した光受信器１０に入力して電気信号に変換した後、サンプリングオシロスコープ２６で消光比を測定している。

光源は波長１５３０ｎｍのＤＦＢレーザを用いて、直接変調することで変調信号を生成した。このとき、変調信号にはビットレート９．９５３２８ＧｂｐｓのＮｏｎＲｅｔｕｒｎｔｏＺＥＲＯ（以下、ＮＲＺ）とし、擬似ランダム信号（以下、ＰＲＢＳ）は２³¹‐１を用いた。

本実施例に係る光受信器１０の消光比の測定の結果、Ｒ‐ＶＯＡの透過率が最大となる温度４０℃にフィルタ２の温度を設定したときの直接変調した変調信号の消光比は１．９ｄＢであった。そこで、フィルタ２の温度を消光比が改善される温度に調整していくと、フィルタ２の温度が３７℃のとき変調信号の消光比は８ｄＢ程度にまで改善された。なお、消光比の改善効果は反射率を大きくとる、又は共振器長を長くとり波長間隔をせまくすることで、さらに改善効果を高めることができる。

次に、本実施例に係る光受信器１０のビットエラーレートの測定を行った。
図１０は、本実施例に係る光受信器１０のビットエラーレートを測定する実験系の構成を示した図である。なお、図１０は、図９に示すサンプリングオシロスコープ２６をエラーディテクタ２７に変えたものである。

本実施例に係る光受信器１０のビットエラーレートの測定の結果、Ｒ‐ＶＯＡによるパワーロスが最小となる温度で使うときに比べて、変調信号の信号「１」はほぼロスがなく、信号「０」の波長は減衰するような温度でＲ‐ＶＯＡを使ったときの方が最小受信感度を３ｄＢ改善することができた。よって、挿入損失による最小受信感度の劣化を引き起こさず、全体の最小受信感度としては改善することが示せた。

以上より、本実施例に係る光受信方法及び光受信器は、光受信器１０に内蔵可能な小型のＲ‐ＶＯＡを実現することが可能であり、最小受信感度の改善効果も得られることも明らかである。

また、第１の実施例に係る光受信方法及び光受信器の場合、フィルタ２に透過特性が周期的でないインターリーバ・ＡＷＧ等を用いているため、ある波長λ０にのみ右肩下がりの透過特性があるので、入射光の波長とのずれ分の波長差を動かす必要があり、適用できる波長範囲が限定される。これに対し、本実施例に係る光受信方法及び光受信器の場合、フィルタ２に透過特性が周期的なエタロンを用いたため、右肩下がりの透過特性を示す波長域が周期的に存在するので、入射光の波長に対して最大でも１周期分の透過特性を動かすだけでよく、適用できる波長範囲を広くすることができる。

以下、本発明の第３の実施例に係る光受信方法及び光受信器について説明する。
図６は、本実施例に係る光受信器１０の構成を示した図である。なお、図６（ａ）は、本実施例に係る光受信器１０の全体の構成を示した図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）にＡ−Ａで示す断面における断面図である。
図６に示すように、本実施例に係る光受信器１０は、光ファイバ３から入射された信号光を減衰させるフィルタ２、フィルタ２の角度を変化させるバイモルフ素子１１、バイモルフ素子１１を制御するバイモルフ素子制御用回路１２、バイモルフ素子１１を支持するバイモルフ素子支持部材１３、ＰＤ４、ＰＤ４用のＴＥＣ８、ＰＤ４を保持するＰＤキャリア７、ＴＩＡ５等により構成されている。なお、本実施例では、フィルタ２として、具体的には、透過特性が周期的なエタロンを用いる。また、本実施例では、ＰＤ４用のＴＥＣを用いているが、ＴＥＣを用いなくとも同様に動作させることが可能である。

本実施例で用いたＲ‐ＶＯＡは角度変化によって減衰量を制御するエタロンである場合を例として本発明の第３の実施例に係る光受信器１０の構成と効果を説明する。また、本実施例で用いたエタロンは、共振器長１ｍｍ、端面反射率３０％の石英製である。

１．動作原理
Ｒ‐ＶＯＡがフィルタ２の角度変化によって光減衰量を制御できる原理について説明する。
図４は、フィルタ２の透過スペクトルの変化前（図４中、実線で示す）と変化後（図４中、破線で示す）を示した図である。

バイモルフ素子１１によってフィルタ２ヘの光の入射角が変わることで、光路長が変化し図４中の破線のように透過スペクトルが変化する。図４から分かるように、λ０波長の光は変化前はほぼ減衰せずにフィルタ２を透過するが、スペクトルの変化後のフィルタ２を通過するときは減衰することが分かる。よって、角度変化により光減衰量をコントロールすることができる。

なお、Ｒ‐ＶＯＡの動作原理については、温度変化によりフィルタ２の透過スペクトルを変化させるか、角度によって変化させるかが異なるのみであり、第１及び第２の実施例で述べた動作原理と同様である。

２．組み立て工程
次に、本実施例に係る光受信器１０の組立工程について説明する。
まず、ＴＩＡ５を含む電気回路部、ＴＥＣ８をパッケージに搭載する。次に、ＰＤ４を搭載したＰＤキャリア７をＴＥＣ８に載せて、ＰＤ４とＴＩＡ５間、ＴＩＡ５とパッケージの端子間などをワイヤボンディングで結線する。このとき、ＰＤ４はファイバ取り付け口から見てほぼ中心に位置するようにする。

そして、フィルタ２を載せたバイモルフ素子１１の傾きを調整し、ＰＤ４の受光電流が最大値になる状態で固定する。このとき、ファイバ取り付け口から平行光のレーザ光線を入れた状態にする。最後に、光ファイバ３をＰＤ４の受光電流が最大値になる状態でＹＡＧ溶接によって固定する。以上の行程で、図６に示すようなＲ‐ＶＯＡを内臓した光受信器１０が完成する。

３．可変光減衰器としての性能
次に、本実施例に係る光受信器１０の可変光減衰器としての性能について説明する。
図８は、本実施例に係る光受信器１０の性能確認のための実験系を示した図である。図４に示すように、本実施例に係る光受信器１０の性能確認のための実験系は、直接変調型ＬＤ２２、光受信器１０、光パワーメータ２５から構成されている。ここで、エタロン型のＲ‐ＶＯＡによる消光比の改善効果をみるために、Ｒ‐ＶＯＡ部と受信器部を別のパッケージとした。光源は波長１５３０ｎｍのＤＦＢレーザとした。

このとき、フィルタ２の角度を光軸に垂直な状態から１．５度傾けることで８ｄＢの可変減衰量が得られた。この結果から、本来のＡＰＤの持つ最大受信感度よりも、さらに高パワー側に８ｄＢダイナミックレンジを拡大することが可能であることが分かる。また、端面をコーティングし反射率を大きくすることで可変減衰量をより大きくすることが可能である。

４．消光比改善効果
図９は、本実施例に係る光受信器１０の消光比を測定する実験系の構成を示した図である。ここで、実験系の構成としては、パルスパターン発生器２１により信号光を発生させ、この信号光をＬＤ２２により直接変調した光変調信号をＳＭＦ２４により５０ｋｍ伝送した後、ＥＤＦＡ２３で増幅して、Ｒ‐ＶＯＡを内蔵した光受信器１０に入力して電気信号に変換した後、サンプリングオシロスコープ２６で消光比を測定している。

光源は波長１５３０ｎｍのＤＦＢレーザを用いて、直接変調することで変調信号を生成した。このとき、変調信号にはビットレート９．９５３２８ＧｂｐｓのＮＲＺとし、ＰＲＢＳは２³¹‐１を用いた。

本実施例に係る光受信器１０の消光比の測定の結果、Ｒ‐ＶＯＡによるパワーロスのない角度１度の状態で使うときの直接変調した変調信号の消光比は１．９ｄＢであった。そこで、消光比が改善される角度にフィルタ２の位置を調整していくと、角度１．２度でフィルタ２透過後の変調信号の消光比は６ｄＢ程度にまで改善された。消光比の改善効果は反射率を大きくとる、又は共振器長を長くとり波長間隔をせまくすることで、さらに改善効果を高めることができる。

本実施例に係る光受信器１０のビットエラーレートの測定の結果、Ｒ‐ＶＯＡによるパワーロスのない状態で使うときに比べて、変調信号の信号「１」はほぼロスがなく信号「０」の波長は減衰するような状態でＲ‐ＶＯＡを使ったときの方が最小受信感度を２ｄＢ改善することができた。よって、挿入損失による最小受信感度の劣化を引き起こさず、全体の最小受信感度としては改善することが示せた。

以上より、本実施例に係る光受信方法及び光受信器は、光受信器１０に内蔵可能な小型のＲ‐ＶＯＡを実現することが可能であり、最小受信感度の改善効果も得られることも明らかである。なお、ＭＥＭＳによってエタロンの角度を変化させる構成でも本実施例と同様の効果が得られることは自明である。

以下、本発明の第４の実施例に係る光通信システムについて説明する。
図７は、本実施例に係る光通信システムの構成を示した図である。
図７に示すように、本実施例の光通信システムは、パルスパターン発生器２１、直接変調型ＬＤ２２、ＥＤＦＡ２３、Ｒ‐ＶＯＡ内蔵の光受信器１０、ＳＭＦ２４により構成されている。なお、ここでは、光受信器１０として、例として第１〜第３の実施例に係る光受信器を用いるものとする。

図９は、本実施例に係る光通信システムの消光比を測定する実験系の構成を示した図である。ここで、実験系の構成としては、パルスパターン発生器２１により信号光を発生させ、この信号光をＬＤ２２により直接変調した光変調信号をＳＭＦ２４により５０ｋｍ伝送した後、ＥＤＦＡ２３で増幅して、Ｒ‐ＶＯＡを内蔵した光受信器１０に入力して電気信号に変換した後、サンプリングオシロスコープ２６で消光比を測定している。

本実施例に係る光通信システムに第１及び第２実施例に係る光受信器１０を用いた場合の消光比の測定の結果、Ｒ‐ＶＯＡの透過率が最大となる温度４０℃にフィルタ温度を設定したときの直接変調した変調信号の消光比は１．９ｄＢであった。そこで、フィルタ温度を消光比が改善される温度に調整していくと、フィルタ温度３７℃で変調信号の消光比は８ｄＢ程度にまで改善された。消光比の改善効果は反射率を大きくとる、又は共振器長を長くとり波長間隔をせまくすることで、さらに改善効果を高めることができる。

また、本実施例に係る光通信システムに第３実施例に係る光受信器１０を用いた場合の消光比の測定の結果、Ｒ‐ＶＯＡによるパワーロスのない角度１度の状態で使うときの直接変調した変調信号の消光比は１．９ｄＢであった。そこで、消光比が改善される角度にエタロンの位置を調整していくと、角度１．２度でエタロン透過後の変調信号の消光比は６ｄＢ程度にまで改善された。消光比の改善効果は反射率を大きくとる、又は共振器長を長くとり波長間隔をせまくすることで、さらに改善効果を高めることができる。

次に、本実施例に係る光通信システムのビットエラーレートの測定を行った。
図１０は、本実施例に係る光通信システムのビットエラーレートを測定する実験系の構成を示した図である。なお、図１０は、図９に示すサンプリングオシロスコープ２６をエラーディテクタ２７に変えたものである。

本実施例に係る光通信システムに第１及び第２実施例に係る光受信器１０を用いた場合のビットエラーレートの測定の結果、Ｒ‐ＶＯＡによるパワーロスが最小となる温度で使うときに比べて、変調信号の信号「１」はほぼロスがなく、信号「０」の波長は減衰するような温度でＲ‐ＶＯＡを使ったときの方が最小受信感度を３ｄＢ改善することができた。よって、挿入損失による最小受信感度の劣化を引き起こさず、全体の最小受信感度としては改善することが示せた。

また、本実施例に係る光通信システムに第３実施例に係る光受信器１０を用いた場合のビットエラーレートの測定の結果、Ｒ‐ＶＯＡによるパワーロスのない状態で使うときに比べて、変調信号の信号「１」はほぼロスがなく信号「０」の波長は減衰するような状態でＲ‐ＶＯＡを使ったときの方が最小受信感度を２ｄＢ改善することができた。よって、挿入損失による最小受信感度の劣化を引き起こさず、全体の最小受信感度としては改善することが示せた。

以上、第１〜第４の実施例で説明したように、本発明によれば、オーバーロード耐性が向上し、挿入損失による受信感度劣化を防ぎ、光受信器１０の最小受信感度の改善も図ることができる光受信器、光通信システム及び光受信方法を実現することができる。
また、本発明によれば、Ｒ‐ＶＯＡは光受信器１０に内蔵可能となり、その結果、従来の光受信器のサイズを変えることなく、光受信器１０のダイナミックレンジを拡大することが可能となる。

本発明は、例えば光通信網の構成要素である光受信器内に可変光減衰機能と消光比改善機能を同時に実現する光受信器、光通信システム及び光受信方法に利用することが可能である。

本発明の第１及び第２の実施例に係る光受信器の構成を示した図である。本発明の第１の実施例に係るフィルタの透過スペクトルの変化前と変化後を示した図である。本発明の第１の実施例に係るフィルタの透過スペクトルと信号「０」と信号「１」それぞれの波長スペクトルを示した図である。本発明の第２の実施例に係るフィルタの透過スペクトルの変化前と変化後を示した図である。本発明の第２の実施例に係るフィルタの透過スペクトルと信号「０」と信号「１」それぞれの波長スペクトルを示した図である。本発明の第３の実施例に係る光受信器の構成を示した図である。本発明の第４の実施例に係る光通信システムの構成を示した図である。本発明の第２及び第３の実施例に係る光受信器の性能確認のための実験系を示した図である。本発明の第２〜第４の実施例に係る光受信器の消光比を測定する実験系の構成を示した図である。本発明の第２〜第４の実施例に係る光受信器のビットエラーレートを測定する実験系の構成を示した図である。

符号の説明

１フィルタ用ＴＥＣ
２フィルタ
３光ファイバ
４ＰＤ
５ＴＩＡ
６ＴＥＣ制御回路
７ＰＤキャリア
８ＰＤ用ＴＥＣ
１０光受信器
１１バイモルフ素子
１２バイモルフ素子制御用回路
１３バイモルフ素子支持部材
２１パルスパターン発生器
２２ＬＤ
２３ＥＤＦＡ
２４ＳＭＦ
２５光パワーメータ
２６サンプリングオシロスコープ
２７エラーディテクタ

Claims

それぞれ波長の異なる信号「１」に相当する信号光と信号「０」に相当する信号光とが入射され、前記信号「１」に相当する信号光は透過し、前記信号「０」に相当する信号光は透過しない透過特性が可変な可変光減衰器と、
前記可変光減衰器を透過した信号光を受光する光受信素子と
を備える
ことを特徴とする光受信器。
前記可変光減衰器は周期的な透過特性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
前記信号「１」に相当する信号光と前記信号「０」に相当する信号光は、信号光の変調時の自由キャリアプラズマ効果により波長が異なる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光受信器。
前記信号「０」に相当する信号光は、前記信号「１」に相当する信号光よりも波長が長い
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光受信器。
信号光を直接変調する直接変調型の光発振器と、
前記発光素子により直接変調された信号光を伝送する光ファイバと、
前記光ファイバにより伝送された信号光を増幅する光増幅器と、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光受信器と
を備える
ことを特徴とする光通信システム。
信号「１」に相当する信号光の波長と信号「０」に相当する信号光との波長が異なり、
前記信号「１」に相当する信号光は透過し、前記信号「０」に相当する信号光は透過しない
ことを特徴とする光受信方法。
前記信号「１」に相当する信号光と前記信号「０」に相当する信号光は、信号光の変調時の自由キャリアプラズマ効果により波長が異なる
ことを特徴とする請求項６に記載の光受信方法。
前記信号「０」に相当する信号光は、前記信号「１」に相当する信号光よりも波長が長い
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の光受信方法。