JP2010136195A - 光受信モジュールの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で伝送路中の信号損失を補償すること。
【解決手段】この光受信モジュール３の制御方法は、４チャネルの信号を含む光信号を増幅するＳＯＡ７と、ＳＯＡ７によって増幅された光信号を４チャネル毎の光信号に分岐するＯＤＭＵＸ８と、４チャネル毎の光信号を電気信号に変換する４つの受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄを備える光受信モジュール３の制御方法であって、受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄそれぞれの出力をモニタし、該出力に基づいてＳＯＡ７に供給するバイアス電流を調整することにより、ＳＯＡ７の利得を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光信号を受信する光受信モジュールの制御方法に関するものである。

サーバ間通信の伝送容量のボトルネックを解決するために、最近では光通信モジュールに対して100Gbpsまでの伝送容量の拡張が要求されている。これまで、例えば、約26Gbpsの伝送容量で変調されたＥＭＬ（Electro-absorption Modulated Laser）／ＤＭＬ（Direct Modulated Laser）を含む送信器からの送信波４波を光信号のまま合波し、10km/40kmのＳＭＦ（Single Mode Fiber）中を伝送した後に分波して、受信側の４台の受信器で受信する方法が検討されている。

上記のような光通信モジュールにおいては、40kmの伝送時のＳＭＦ内での信号損失が大きいために、受信側の分波器（ＯＤＭＡＸ: Optical De-Multiplexer）のＳＭＦ側に半導体光増幅器（ＳＯＡ: Semiconductor Optical Amplifier）を配置し、ファイバ内でのロスを補償することが検討されている。この補償方法として、ＳＯＡへの光入力レベルに応じてＳＯＡのバイアス電流を制御してＳＯＡの利得を変えることにより、光入力の広いダイナミックレンジを実現する可能性が報告されている。すなわち、光入力レベルが低い時にはバイアス電流を増やして利得を増すことで受信感度を高くし、光入力レベルが高い時にはバイアス電流を減らして（あるいはバイアス電流を引き込む方向にしてＳＯＡを吸収素子として用いて）、分波器の出力側に設けられた受信回路に影響のない範囲にＳＯＡの利得を減らすことが検討されている。

あるいは、光受信器における他の補償方法としては、ＳＯＡの前段に可変光減衰器を設け、この減衰器の減衰度でＳＯＡの出力レベルを調整する方法が開示され（下記特許文献１参照）、ＳＯＡの利得を調整可能な光通信モジュールも開示されている（下記特許文献２参照）。
特開２００４−１２０６６９号公報 特開２００５−０６４０５１号公報

しかしながら、上述した光通信モジュールの利得制御方法では、ＳＯＡに入力される光強度をモニタして、そのモニタ結果に応じてＳＯＡのバイアス電流を制御する必要がある。その結果、減衰した光入力信号を確実にモニタするために、光信号を分岐してモニタするための回路が大がかりになる傾向にある。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、簡易な構成で伝送路中の信号損失を補償することが可能な光受信モジュールの制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の光受信モジュールの制御方法は、複数のチャネルの信号を含む光信号を増幅する半導体光増幅器と、半導体光増幅器によって増幅された光信号を複数のチャネル毎の光信号に分岐する光分離部と、複数のチャネル毎の光信号を電気信号に変換する複数の光受信部を備える光受信モジュールの制御方法であって、複数の光受信部それぞれの出力をモニタし、該出力に基づいて半導体光増幅器に供給するバイアス電流を調整することにより、半導体光増幅器の利得を制御する、ことを特徴とする。

このような光受信モジュールの制御方法によれば、半導体光増幅器によって増幅された光信号が複数のチャネル毎の光信号に分岐され、その分岐された光信号が複数の光受信部によって電気信号に変換され、複数の光受信部の出力のモニタ結果に基づいて半導体光増幅器に供給するバイアス電流が調整されることにより、半導体光増幅器の利得が制御される。このように光受信器の後段で電気信号をモニタすることにより、安定した利得制御を実現しながらモニタ用回路の小型化が容易になり、全体として簡易な装置構成で伝送路中の信号損失を補償することができる。

ここで、複数の光受信部それぞれの出力の全てが所定の上限値及び下限値の範囲にある場合には、半導体増幅器の利得を変化させないようにバイアス電流を供給し、複数の光受信部それぞれの出力のいずれかが所定の上限値を超えた場合には、半導体増幅器の利得を下げるようにバイアス電流を所定値だけ減少させ、複数の光受信部それぞれの出力のいずれかが所定の下限値を下回った場合には、半導体増幅器の利得を上げるようにバイアス電流を所定値だけ増加させる、ことが好ましい。

この場合、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）方式等の複数の光信号が合波されて伝送される通信方式に用いられるときに、いずれかの光信号の減衰特性が変動した際でも安定してその光信号の損失を補償することができる。

また、複数の光受信部それぞれの出力のいずれかが所定の最大上限値をさらに超えた場合、又は、複数の光受信部それぞれの出力のいずれかが所定の最小下限値をさらに下回った場合には、バイアス電流を所定の最小値に維持させる、ことも好ましい。

こうすれば、光入力強度が大きくなって後段の光受信部を故障させてしまうような事態を未然に防止することができるとともに、いったん光入力強度が低下した後の復旧時に、過大な光信号が入力されることを防止することができる。

さらに、複数の光受信部それぞれの出力のいずれかが所定の上限値を超え、かつ、複数の光受信部それぞれの出力の他のいずれかが所定の下限値を下回った場合、バイアス電流を所定の最小値に維持させる、ことも好ましい。

このように、複数の光信号毎の強度変動の方向が異なる場合に光信号の利得の制御を停止することで、後段の光受信部を故障させてしまうような事態を回避することができる。

本発明の光受信モジュールの制御方法によれば、簡易な構成で伝送路中の信号損失を補償することができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る光受信モジュールの制御方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の好適な一実施形態にかかる４波ＷＤＭ光受信モジュールを含む光通信システムの構成を示すブロック図である。同図に示す光通信システム１は、４波ＷＤＭ光送信モジュール２と４波ＷＤＭ光受信モジュール３との間にＳＭＦから成る光伝送路４が接続されて構成されている。

この光送信モジュール２では、４台の送信器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄによって約26Gbpsの伝送容量で変調された４波の光信号が、合波器（ＯＭＵＸ: Optical Multiplexer）６で約100Gbpsの光信号に合波されて光伝送路４に向けて出力される。それぞれの送信器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが生成する光信号の平均波長は、例えば、1295nm、1300nm、1304nm、1309nmに設定される。

これに対して、光受信モジュール３は、光伝送路４から４つのチャネル分の光信号が合波された光信号を受信する。光受信モジュール３は、半導体光増幅器（以下、「ＳＯＡ」という）７、光分離部としての分波器（ＯＤＭＵＸ）８、４台の受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ、モニタ回路１０、及び制御回路１１から構成されている。

ＳＯＡ７は、光伝送路４から受信する光信号を光信号のままで増幅して、後段のＯＤＭＵＸ８に送出する。また、ＳＯＡ７は、制御回路１１から供給されるバイアス電流の値に応じて光信号の増幅率（利得）を増減させることが可能である。

ＯＤＭＵＸ８は、ＳＯＡ７によって増幅された４チャネル分の光信号を、それぞれのチャネルの光信号に分波する。これらのそれぞれの光信号は、光送信モジュール２によって約26Gbpsの伝送容量で変調されている。そして、ＯＤＭＵＸ８は、分波したそれぞれの光信号を、受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄに対して分岐して出力する。

受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、それぞれ、ＯＤＭＵＸ８から出力された光信号を電気信号に変換して出力する。これらの受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの後段にはさらに図示しない受信回路が接続され、この受信回路によって受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの出力した電気信号に対して所定の処理が施される。また、受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、それぞれ、変換した電気信号を、その電気信号のモニタ用の回路であるモニタ回路１０にも出力する。

モニタ回路１０は、各受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの電気信号の出力をモニタし、それぞれの出力強度モニタ値を示す信号を制御回路１１に出力する。この出力を受けて、制御回路１１は、ＳＯＡ７に供給するバイアス電流を制御する。

具体的には、制御回路１１は、バイアス制御部１１ａ、データ記憶部１１ｂ、及び外部インタフェース部１１ｃを有している。このデータ記憶部１１ｂには、バイアス電流の制御に必要なパラメータや制御プログラムが格納されており、バイアス制御部１１ａがこれらのパラメータやプログラムを読み込むことにより制御処理を実行する。図２は、バイアス制御部１１ａの詳細構成を示す回路図であり、バイアス制御部１１ａは、演算部１２と、演算部１２によってスイッチングされる電流源としての２つのトランジスタ１３ａ，１３ｂとから構成され、直列接続された２つのトランジスタ１３ａ，１３ｂの間にＳＯＡ７の一端が接続され、ＳＯＡ７の他端は所定電圧Ｖｍが印加されている。この演算部１２からの印加電圧によってトランジスタ１３ａ，１３ｂの電流量が制御されることにより、ＳＯＡ７に供給されるバイアス電流が増減される。

図１に戻って、外部インタフェース部１１ｃは、各受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの電気信号のモニタ結果に異常が検出された場合に、バイアス制御部１１ａの制御により外部にアラームを出力する。

このデータ記憶部１１ｂには、制御上限値Ｖ_ｃｍａｘ、制御下限値Ｖ_ｃｍｉｎ、絶対最大値Ｖ_ｍａｘ、及び絶対最小値Ｖ_ｍｉｎが予め記憶されている。そして、バイアス制御部１１ａは、受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄのそれぞれの出力強度モニタ値が、制御上限値Ｖ_ｃｍａｘと制御下限値Ｖ_ｃｍｉｎとの間の範囲に収まるようにＳＯＡ７に供給するバイアス電流を調整する。また、バイアス制御部１１ａは、受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄのいずれかの出力強度モニタ値が、絶対最大値Ｖ_ｍａｘ、を超えるか、または絶対最小値Ｖ_ｍｉｎを下回った場合に外部にアラームを出力するとともに、バイアス電流の制御を停止する。

加えて、データ記憶部１１ｂには、ＳＯＡ７に設定するバイアス電流の大きさに関するパラメータとして、最小電流値Ｉｂ_ｍｉｎ、最小バイアス電流値Ｉｂ_ｍｉｎ０、最大バイアス電流値Ｉｂ_ｍａｘ０、及びバイアス電流制御幅ΔＩｂも記憶されている。バイアス制御部１１ａは、最小バイアス電流値Ｉｂ_ｍｉｎ０と最大バイアス電流値Ｉｂ_ｍａｘ０との間の範囲で、バイアス電流制御幅ΔＩｂで決まる量ごとにバイアス電流の値を増減させる制御を繰り返す。また、バイアス制御部１１ａは、モジュールの起動時や受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの出力強度モニタ値の異常時にバイアス電流を強制的に固定するためのバイアス電流値として、最小電流値Ｉｂ_ｍｉｎを参照する。

図３は、バイアス制御部１１ａによるバイアス電流制御処理における出力強度モニタ値とバイアス電流制御値との関係を示す図である。このように、受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの出力強度モニタ値が、制御上限値Ｖ_ｃｍａｘと制御下限値Ｖ_ｃｍｉｎとの間の範囲（例えば、約10dBの範囲）にある場合には、現在のバイアス電流Ｉｂが維持される。一方、受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの出力強度モニタ値のいずれかが、制御上限値Ｖ_ｃｍａｘを超えた場合には、現在のバイアス電流Ｉｂからバイアス電流制御幅ΔＩｂだけ減算されてバイアス電流Ｉｂが調整される。また、受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの出力強度モニタ値のいずれかが、制御下限値Ｖ_ｃｍｉｎを下回った場合には、現在のバイアス電流Ｉｂからバイアス電流制御幅ΔＩｂだけ加算されてバイアス電流Ｉｂが調整される。そして、受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの出力強度モニタ値のいずれかが、絶対最大値Ｖ_ｍａｘを超えた場合、または、絶対最小値Ｖ_ｍｉｎを下回った場合は、現在のバイアス電流Ｉｂが最小電流値Ｉｂ_ｍｉｎに強制的に固定される。

ここで、上記のバイアス電流制御用のパラメータは、各受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの光入力の許容範囲が考慮されて予め設定される。つまり、ＳＯＡを用いない受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの最小入力レベル（例えば-12dBm）と最大入力レベル（例えば+2dBm）の特性により、誤り無く高速の信号を受信できる光入力範囲（ダイナミックレンジ）が決定される（受信器の裸特性）。従って、ＳＯＡ７を受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの前段に用い、入力光強度を増幅しその利得を制御することで、より広い光入力範囲（ダイナミックレンジ）において誤り無く高速の信号を受信できるようにバイアス電流制御用のパラメータを選択する。

また、ＳＯＡ７を用いる際、ＳＯＡ７は光を増幅する際ＡＳＥ（Amplified Spontaneous Emission）ノイズという一種の白色雑音を発生するために、このノイズによる影響（ノイズと信号光の強度比をＯＳＮＲ（Optical Signal to Noise Ratio）という）を考えて設計を行う必要がある。具体的には、雑音指数ＮＦ（Noise Figure）が小さなＳＯＡ、すなわち、ＳＯＡ自体が発生する雑音（上記ＡＳＥを含むがこれに限定されない）が小さなＳＯＡを用い、ＳＯＡへの光入力レベルをなるべく高いものとする光システム（伝送系）の設計を行うことであり、これによりＯＳＮＲが高く、誤り無く高速の信号を受信できる。一方で、ＳＯＡ７の出力及び受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの入力が大きすぎる場合、ＳＯＡ７である程度以上の高い光出力強度を出力すると、非線形効果の一種であるＦＷＭ（Four Wave Mixing：４波混合歪）というひずみが誘起されるために、ＳＯＡ７の出力強度も最適に設計する必要がある。従って、このことも考慮してバイアス電流制御用のパラメータを選択する。

次に、図４及び図５を参照して、光受信モジュール３の動作を説明するとともに、光受信モジュール３による光信号の利得の制御方法について詳述する。図４は、光受信モジュール３の起動時の動作を示すフローチャート、図５は、光受信モジュール３による光信号の利得制御時の動作を示すフローチャートである。

まず、図４を参照して、ＳＯＡ７に光伝送路４から光信号が入力された状態で光受信モジュール３を起動することを想定する（ステップＳ１０１）。そうすると、制御回路１１によって、受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄへの突発入力を防ぐために、ＳＯＡ７に供給するバイアス電流Ｉｂが最小電流値Ｉｂ_ｍｉｎに設定される（ステップＳ１０２）。その後、モニタ回路１０によって、各受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの電気信号の出力がモニタされ、それぞれの出力強度モニタ値を示す信号が制御回路１１に出力される（ステップＳ１０３）。そして、制御回路１１のバイアス制御部１１ａは、いずれかの出力強度モニタ値が絶対最大値Ｖ_ｍａｘを超えているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。その結果、いずれかの出力強度モニタ値が絶対最大値Ｖ_ｍａｘを超えていると判定された場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）には、バイアス制御部１１ａは、外部インタフェース部１１ｃを介して外部に光入力に関するアラームを送出するとともに、バイアス電流Ｉｂを最小電流値Ｉｂ_ｍｉｎに設定する（ステップＳ１０５）。

この場合、起動時にバイアス電流Ｉｂを最小電流値Ｉｂ_ｍｉｎに設定するのは、受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの故障やＦＷＭの誘起を防ぐためである。ＳＯＡ７の利得が高い状態で起動した場合、光受信モジュール３への光入力強度によっては各受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄに過大な光が入力される可能性がある。このため、制御回路１１は、モジュールの起動後にＳＯＡ７の利得が１以下になるようにバイアス電流Ｉｂを制御する。また、絶対最大値Ｖ_ｍａｘは、受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが破壊されない程度の光強度でアラームを出す閾値として設定される。具体的には、上述したＯＳＮＲで決まる誤り率との関係においては応用例によって様々であるが、上記最小電流値Ｉｂ_ｍｉｎがＳＯＡ７に供給された状態の受信器出力において、１０^−５より誤り率が大きい時の出力範囲に絶対最大値Ｖ_ｍａｘが定められることが多い。

一方、出力強度モニタ値のいずれもが絶対最大値Ｖ_ｍａｘ以下であると判定された場合（ステップＳ１０４；ＮＯ）には、図５に移って正常動作時の制御シーケンスに移行する。ここで、ＳＯＡ７はそのバイアス電流Ｉｂに応じて利得が制御できるが、この利得は波長依存性を有する。すなわち、図６に示すように、ＳＯＡのバイアス電流と利得の関係は波長依存性を有し、受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄにそれぞれ入力される４波の光の波長が1290〜1320nmとした場合、バイアス電流を20〜120mAで制御すると、そのバイアス電流に応じて利得の波長依存性が変化する。また、ＳＯＡの利得は入射光の偏波方向についても依存性を有するが、この値はバイアス電流依存性に比較して一般に小さい。特に、バイアス電流が少ない領域ではＳＯＡ利得の偏波依存性を無視することも可能である。例えば、20mAのバイアス電流の時には、1320nmの利得が1290nmの波長の光の利得に比べると約7dB高いが、バイアス電流が120mAの場合は逆に1290nmの波長の光の利得の方が約9dB高い。

このような特性に応じて、正常動作時の制御シーケンスにおいては、ＳＯＡのバイアス電流と利得の波長依存性（及びＳＯＡの偏波依存性）に応じた幅を持たせた制御上限値Ｖ_ｃｍａｘと制御下限値Ｖ_ｃｍｉｎが予め設定されている。この制御上限値Ｖ_ｃｍａｘと制御下限値Ｖ_ｃｍｉｎとの差（幅）は、ＳＯＡのバイアス電流と利得の波長依存性から決められ、図６に示した特性の場合においては約10dBの差が設定される。このときの制御上限値Ｖ_ｃｍａｘと制御下限値Ｖ_ｃｍｉｎの中心の値は、各受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの出力が、伝送システムから要求される誤り率（例えば１０^−１２以下）よりも十分小さい誤り率特性を示すときの光入力強度に設定される。

正常動作時の制御シーケンスでは、まず、各受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの出力が再度モニタされる（ステップＳ２０１）。次に、制御回路１１のバイアス制御部１１ａは、いずれかの出力強度モニタ値が制御上限値Ｖ_ｃｍａｘを超えているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。

上記判定の結果、出力強度モニタ値が制御上限値Ｖ_ｃｍａｘを超えていると判定された場合（ステップＳ２０２；ＹＥＳ）、バイアス制御部１１ａはＳＯＡ７に供給している現在のバイアス電流Ｉｂからバイアス電流制御幅ΔＩｂだけ減ずる制御を行う（ステップＳ２０４）。次に、バイアス制御部１１ａはバイアス電流Ｉｂが最小バイアス電流値Ｉｂ_ｍｉｎ０を下回ったか否かを判定し（ステップＳ２０５）、バイアス電流Ｉｂが最小バイアス電流値Ｉｂ_ｍｉｎ０以上の場合（ステップＳ２０５；ＮＯ）、処理をステップＳ２０１に戻し、出力強度を再度モニタする。これに対して、バイアス電流Ｉｂが最小バイアス電流値Ｉｂ_ｍｉｎ０を下回った場合（ステップＳ２０５；ＹＥＳ）、さらに、バイアス制御部１１ａはいずれかの出力強度モニタ値が絶対最大値Ｖ_ｍａｘを超えているか否かを判定する（ステップＳ２０６）。その結果、いずれの出力強度モニタ値も絶対最大値Ｖ_ｍａｘ以下の場合は（ステップＳ２０６；ＮＯ）、バイアス電流値Ｉｂを最小バイアス電流値Ｉｂ_ｍｉｎ０に設定して（ステップＳ２０８）、処理をステップＳ２０１に戻す。一方、いずれかの出力強度モニタ値が絶対最大値Ｖ_ｍａｘを超えている場合は（ステップＳ２０６；ＹＥＳ）、バイアス制御部１１ａは、外部に光入力に関するアラームを送出するとともに、バイアス電流Ｉｂを最小電流値Ｉｂ_ｍｉｎに設定した後（ステップＳ２０７）、処理をステップＳ２０１に移行する。

このようにして、ＳＯＡ７への光入力強度値が上昇した場合には、バイアス制御部１１ａは、全ての出力強度モニタ値が制御上限値Ｖ_ｃｍａｘ以下となるようにバイアス電流を制御する。ここで、バイアス電流値Ｉｂを最小バイアス電流値Ｉｂ_ｍｉｎ０を下回らないようにする理由は、ＳＯＡ７のＮＦの劣化を防止するためである。具体的には、図７に示すように、ＳＯＡ７のＮＦはバイアス電流Ｉｂを減らすと劣化してしまうので、それを事前に防止するのが目的である。このとき、各受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄに入力される入力光レベルは、ＳＯＡ７への光入力レベルに追随して上昇を続け、いずれかの受信器が絶対最大値Ｖ_ｍａｘを超えてしまう場合も想定しうる。その時には、光入力アラームを光受信モジュール３の外部に発出する。

一方、いずれの出力強度モニタ値も制御上限値Ｖ_ｃｍａｘ以下であると判定された場合（ステップＳ２０２；ＮＯ）、次に、バイアス制御部１１ａは、いずれかの出力強度モニタ値が制御下限値Ｖ_ｃｍｉｎを下回っているか否かを判定する（ステップＳ２０３）。判定の結果、いずれの出力強度モニタ値も制御下限値Ｖ_ｃｍｉｎ以上である場合は（ステップＳ２０３；ＮＯ）、バイアス制御部１１ａは、現在のバイアス電流Ｉｂを維持して処理をステップＳ２０１に戻し、出力強度のモニタを繰り返す。

これに対して、いずれかの出力強度モニタ値が制御下限値Ｖ_ｃｍｉｎを下回っている場合は（ステップＳ２０３；ＹＥＳ）、ＳＯＡ７に供給している現在のバイアス電流Ｉｂをバイアス電流制御幅ΔＩｂだけ増加させる制御を行う（ステップＳ２０９）。その後、バイアス制御部１１ａはバイアス電流Ｉｂが最大バイアス電流値Ｉｂ_ｍａｘ０を超えたか否かを判定し（ステップＳ２１０）、バイアス電流Ｉｂが最大バイアス電流値Ｉｂ_ｍａｘ０以下の場合（ステップＳ２１０；ＮＯ）、処理をステップＳ２０１に戻し、出力強度を再度モニタする。一方、バイアス電流Ｉｂが最大バイアス電流値Ｉｂ_ｍａｘ０を超えた場合（ステップＳ２１０；ＹＥＳ）、さらに、バイアス制御部１１ａはいずれかの出力強度モニタ値が絶対最小値Ｖ_ｍｉｎを下回っているか否かを判定する（ステップＳ２１１）。その結果、いずれの出力強度モニタ値も絶対最小値Ｖ_ｍｉｎ以上の場合は（ステップＳ２１１；ＮＯ）、バイアス電流値Ｉｂを最小バイアス電流値Ｉｂ_ｍｉｎ０に設定して、処理をステップＳ２０１に戻す。一方、いずれかの出力強度モニタ値が絶対最小値Ｖ_ｍｉｎを下回っている場合は（ステップＳ２１１；ＹＥＳ）、バイアス制御部１１ａは、外部に光入力に関するアラームを送出するとともに、バイアス電流Ｉｂを最小電流値Ｉｂ_ｍｉｎに設定した後（ステップＳ２１２）、処理をステップＳ２０１に移行して受信器出力強度のモニタを繰り返す。

このようにして、ＳＯＡ７への光入力強度値が低下した場合には、バイアス制御部１１ａは、全ての出力強度モニタ値が制御下限値Ｖ_ｃｍｉｎ以上となるようにバイアス電流を制御する。ここで、ＳＯＡの利得は、図６に示すように、あるバイアス電流以上では飽和する傾向を示し、それ以上のバイアス電流を与えても消費電力が増大するのみで利得の増大には繋がらない。このため、バイアス電流Ｉｂが最大バイアス電流値Ｉｂ_ｍａｘ０を超えないように制御される。また、バイアス制御部１１ａは、いずれかの受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの出力が絶対最小値Ｖ_ｍｉｎを下回っている場合はバイアス電流Ｉｂを最小電流値Ｉｂ_ｍｉｎに設定するが、この絶対最小値Ｖ_ｍｉｎはＯＳＮＲで決まる誤り率との関係においては応用例によって様々である。通常は、上記最小電流値Ｉｂ_ｍｉｎがＳＯＡ７に供給された状態の受信器出力において、１０^−５より誤り率が大きい時の出力範囲に絶対最小値Ｖ_ｍｉｎが定められることが多い。このとき、バイアス電流Ｉｂを最小電流値Ｉｂ_ｍｉｎに設定することで、ＳＯＡ７への光入力が光受信モジュール３での光ファイバコネクタの抜き差しなどにより急に大きくなった場合に、受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄに過大な光が入力されて、受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄを破壊してしまう可能性を回避することができる。

なお、正常動作時の制御シーケンスにおいて、動作モード或いは伝送システムの状態によっては、ある受信器では制御下限値Ｖ_ｃｍｉｎを下回り、他の受信器では制御上限値Ｖ_ｃｍａｘを超えるモードに陥る状況も想定しうる。その場合も、バイアス制御部１１ａは、バイアス電流Ｉｂを最小電流値Ｉｂ_ｍｉｎに設定し、外部にアラームを発出する。このように、受信器に入力される光信号毎の強度変動の方向が異なる場合に光信号の利得の制御を停止することで、受信器を故障させてしまうような事態を回避することができる。

以上説明した光受信モジュール３による利得制御方法によれば、ＳＯＡ７によって増幅された光信号が４つのチャネル毎の光信号に分岐され、その分岐された光信号が４つの受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄによって電気信号に変換され、受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの出力のモニタ結果に基づいてＳＯＡ７に供給するバイアス電流Ｉｂが調整されることにより、ＳＯＡ７の利得が制御される。このように受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの後段で電気信号をモニタすることにより、安定した利得制御を実現しながらモニタ用回路の小型化が容易になり、全体として簡易な装置構成で伝送路中の信号損失を補償することができる。

また、４つの受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの出力の全てが制御下限値Ｖ_ｃｍｉｎ及び制御上限値Ｖ_ｃｍａｘの範囲にある場合には、ＳＯＡ７の利得を変化させないようにバイアス電流Ｉｂを供給し、４つの受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの上記範囲を外れた場合にＳＯＡの利得を調整するように制御されるので、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）方式等の複数の光信号が合波されて伝送される通信方式に用いられるときに、いずれかの光信号の減衰特性が変動した際でも安定してその光信号の損失を補償することができる。

また、４つの受信器９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄの出力のいずれかが絶対最小値Ｖ_ｍｉｎ又は絶対最大値Ｖ_ｍａｘから外れてしまった場合にバイアス電流Ｉｂを最小電流値Ｉｂ_ｍｉｎに維持させることで、光入力強度が大きくなって後段の光受信部を故障させてしまうような事態を未然に防止することができるとともに、いったん光入力強度が低下した後の復旧時に、過大な光信号が入力されることを防止することができる。

ここで、本実施形態による効果を比較例と比較しながら説明する。本実施形態の光通信システム１に対する比較例として、図９に示すような光通信システム９０１を想定する。同図に示す光通信システム９０１は、光受信モジュール９０３において、光伝送路４からＳＯＡ７に入力される光信号を制御回路９１０で直接モニタし、そのモニタ結果に応じてＳＯＡ７のバイアス電流を制御している点が、光通信システム１と異なる。

このように、ＳＯＡの入力を直接モニタする手法では、入力する光信号を分岐してモニタ回路に入力する光分岐部とモニタ回路とが必要になり、光受信モジュール９０３が大掛かりで高価になる傾向があった。これに対して、光受信モジュール３では、モニタ用回路の小型化が容易になり、全体として装置構成を簡易化することが容易になる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、バイアス制御部１１ａは、図８に示すような構成が採用されてもよい。詳細には、バイアス制御部１１ａは、演算部１２によってスイッチングされる電流源としての２ペアのトランジスタ１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂを含んで構成されていてもよく、演算部１２からの印加電圧によってＳＯＡ７に供給されるバイアス電流の方向が変えられるようにされてもよい。

本発明の好適な一実施形態にかかる４波ＷＤＭ光受信モジュールを含む光通信システムの構成を示すブロック図である。 図１のバイアス制御部の詳細構成を示す回路図である。 図１のバイアス制御部によるバイアス電流制御処理における出力強度モニタ値とバイアス電流制御値との関係を示す図である。 図１の光受信モジュールの起動時の動作を示すフローチャートである。 図１の光受信モジュールによる光信号の利得制御時の動作を示すフローチャートである。 図１のＳＯＡのバイアス電流と利得の関係の波長依存性を示すグラフである。 図１のＳＯＡのバイアス電流とＮＦの関係の波長依存性を示すグラフである。 図１のバイアス制御部の変形例を示す回路図である。 本発明の比較例である４波ＷＤＭ光受信モジュールを含む光通信システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

３…光受信モジュール、９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ…受信器（光受信部）、７…ＳＯＡ（半導体光増幅器）、８…ＯＤＭＵＸ（光分離部）。

Claims (4)

1. 複数のチャネルの信号を含む光信号を増幅する半導体光増幅器と、前記半導体光増幅器によって増幅された前記光信号を複数のチャネル毎の光信号に分岐する光分離部と、前記複数のチャネル毎の光信号を電気信号に変換する複数の光受信部を備える光受信モジュールの制御方法であって、
   前記複数の光受信部それぞれの出力をモニタし、該出力に基づいて前記半導体光増幅器に供給するバイアス電流を調整することにより、前記半導体光増幅器の利得を制御する、
   ことを特徴とする光受信モジュールの制御方法。
2. 前記複数の光受信部それぞれの出力の全てが所定の上限値及び下限値の範囲にある場合には、前記半導体増幅器の利得を変化させないように前記バイアス電流を供給し、前記複数の光受信部それぞれの出力のいずれかが前記所定の上限値を超えた場合には、前記半導体増幅器の利得を下げるように前記バイアス電流を所定値だけ減少させ、前記複数の光受信部それぞれの出力のいずれかが前記所定の下限値を下回った場合には、前記半導体増幅器の利得を上げるように前記バイアス電流を所定値だけ増加させる、
   ことを特徴とする請求項１記載の光受信モジュールの制御方法。
3. 前記複数の光受信部それぞれの出力のいずれかが所定の最大上限値をさらに超えた場合、又は、前記複数の光受信部それぞれの出力のいずれかが所定の最小下限値をさらに下回った場合には、前記バイアス電流を所定の最小値に維持させる、
   ことを特徴とする請求項２記載の光受信モジュールの制御方法。
4. 前記複数の光受信部それぞれの出力のいずれかが前記所定の上限値を超え、かつ、前記複数の光受信部それぞれの出力の他のいずれかが前記所定の下限値を下回った場合、前記バイアス電流を所定の最小値に維持させる、
   ことを特徴とする請求項２又は３記載の光受信モジュールの制御方法。

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