JP2012165127A - 光受信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光分岐素子を用いることなく半導体光増幅器への入力光信号のパワーをモニタし得る光受信モジュールを提供する。
【解決手段】光受信モジュールでは、半導体光増幅器が、入力光信号を増幅する。光受信器が、半導体光増幅器からの増幅光信号の大きさに応じた電気信号を発生する。第１の演算装置が、光受信器からの電気信号に基づいて、半導体光増幅器に与えるバイアス電流値と半導体光増幅器の温度を算出する。駆動装置が、第１の演算装置によって算出されたバイアス電流値及び温度を半導体光増幅器に対して設定する。記憶手段が、バイアス電流値と温度に対応する半導体光増幅器の利得と雑音指数のデータを記憶している。第２の演算装置は、記憶手段から駆動装置によって設定されるバイアス電流値及び温度に対応するデータを取得し、当該データと光受信器の電気信号とに基づいて、半導体光増幅器への入力光信号のパワーを算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光受信モジュールに関するものである。

下記の非特許文献１には、１００ＧＢイーサネット（登録商標）用の光トランシーバの規格が記載されている。この光トランシーバは、互いに異なる波長の２５Ｇｂｐｓの四つの光信号を波長多重することにより１００ＧＢの光信号を伝送している。そのため、この光トランシーバは、四つの光送信サブアセンブリ（ＴＯＳＡ）及び四つの光受信サブアセンブリ（ＲＯＳＡ）を備えている。

このような光トランシーバにより例えば４０ｋｍといった長距離伝送を行う場合には、光信号の伝送損失が生じ得る。したがって、ＲＯＳＡに入力される光を増幅するために、光トランシーバには、半導体光増幅器が搭載されることがある。

半導体光増幅器を搭載した光トランシーバでは、一般的に、ＲＯＳＡの出力をモニタすることにより、半導体光増幅器のバイアス電流や温度を調整して、当該半導体光増幅器の増幅率（利得）を制御することが行われている。かかる技術については、例えば、下記の特許文献１に記載されている。

特開２０１０−９８１６６号公報

Ｃｈｒｉｓ Ｃｏｌｅ 他、"１００ＧＢＥ−ＯＰＴＩＣＡＬ ＬＡＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ"、ＩＥＥＥ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ＆ Ｐｒａｃｔｉｃｅ、２００７年１２月、第１２頁〜第１９頁

ところで、上述した光トランシーバでは、半導体光増幅器によって増幅された後の光信号のパワーではなく、半導体光増幅器に入力される前の光信号のパワー、すなわち半導体光増幅器を含む光トランシーバに入力される光信号のパワーをモニタしたいという要求がある。

この要求に対する一対策は、半導体光増幅器への入力光信号を光分岐素子で分岐し、分岐された光信号の一部を半導体光増幅器に与え、他の一部を光受信器によってモニタすることである。しかしながら、この対策には以下に述べる問題がある。即ち、光分岐素子により光信号が分岐されるので、半導体光増幅器に入力される光信号のパワーが減少する。半導体光増幅器に入力される光信号のパワーが減少すると、ＯＳＮＲ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｎａｌ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）が劣化し、その結果、光電気変換により生成される信号品質も劣化する。この信号品質の劣化により、エラーフロアが引き起こされることもある。

そこで、当技術分野においては、光分岐素子を用いることなく半導体光増幅器への入力光信号のパワーをモニタし得る光受信モジュールが要請されている。

本発明の一側面に係る光受信モジュールは、半導体光増幅器、光受信器、第１の演算装置、駆動装置、記憶手段、及び第２の演算装置を備えている。半導体光増幅器は、入力光信号を増幅する。光受信器は、半導体光増幅器に光学的に結合されている。光受信器は、増幅光信号の大きさに応じた電気信号を発生する。第１の演算装置は、光受信器によって発生される電気信号に基づいて、半導体光増幅器に与えるバイアス電流値と半導体光増幅器の温度（以下、ＳＯＡ温度）を算出する。駆動装置は、半導体光増幅器を駆動する。駆動装置は、第１の演算装置によって算出されたバイアス電流値及び温度を半導体光増幅器に対して設定する。記憶手段は、バイアス電流値と温度に対応する半導体光増幅器の利得と雑音指数のデータを記憶している。第２の演算装置は、記憶手段から取得される上記のデータであって駆動装置によって設定されるバイアス電流値及び温度に対応する当該データと光受信器の電気信号とに基づいて、半導体光増幅器への入力光信号のパワーを算出する。

この光受信モジュールは、半導体光増幅器に対して設定するバイアス電流値とＳＯＡ温度に対応する半導体光増幅器の利得と雑音指数のデータと光受信器の電気信号とに基づいて、半導体光増幅器への入力光信号のパワーが計算される。したがって、光分岐素子を用いずに、半導体光増幅器への入力光信号のパワーをモニタし得る。

一実施形態においては、半導体光増幅器への入力光信号は、互いに異なる波長を有する複数の光信号を含んでいてもよい。この形態においては、光受信モジュールは、上記の光受信器を含む複数の光受信器と、光分波器とを備え得る。光分波器は、半導体光増幅器と複数の光受信器に光学的に結合されている。光分波器は、半導体光増幅器からの複数の光信号を複数の光受信器にそれぞれ結合する。記憶手段は、複数の光信号の波長ごとに、バイアス電流値とＳＯＡ温度に対応する半導体光増幅器の利得と雑音指数のデータを記憶し得る。第２の演算装置は、複数の光信号の波長ごとに、記憶手段から取得されるデータであって駆動装置によって設定されるバイアス電流値及びＳＯＡ温度に対応する当該波長用のデータと、当該波長に対応する光受信器からの電気信号とに基づいて、半導体光増幅器への入力光信号のパワーを算出し得る。この形態の光受信モジュールによれば、光分岐素子を用いずに、半導体光増幅器への入力光信号のパワーを波長ごとにモニタし得る。

以上説明したように、本発明によれば、光分岐素子を用いることなる半導体光増幅器への入力光信号のパワーをモニタし得る光受信モジュールが提供される。

一実施形態に係る光トランシーバを示す図である。 一実施形態に係る光受信モジュールを示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、一実施形態に係る光トランシーバを示す図である。本発明の一実施形態の光受信モジュールは、図１に示す光トランシーバ１０の一要素として実現され得る。一実施形態の光トランシーバ１０は、互いに異なる四波長の光信号の波長多重通信を行うものあり、例えば２５Ｇｂｐｓの四つの光信号を用いて１００Ｇｂｐｓの光通信を実現し得る。

図１に示すように、光トランシーバ１０は、光送信モジュール１２、及び、光受信モジュール１４を備えている。光送信モジュール１２は、光マルチプレクサ１６、発光素子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ、駆動回路２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ、及び、信号変換処理部２２を備え得る。

光マルチプレクサ１６は、発光素子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄによって発生された互いに波長の異なる四つの光信号を多重化する光合波器である。光マルチプレクサ１６は、多重化した光信号を光ファイバＦ１に結合する。

発光素子１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは、例えば電界吸収型のレーザであり、それぞれ駆動回路２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄからの駆動電流又は駆動電圧を受けて、異なる波長の光信号を発生する。

駆動回路２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄは、信号変換処理部２２からの電気信号を受け駆動電流又は駆動電圧を出力する。信号変換処理部２２は、上位のホストから受けた１００Ｇｂｐｓの信号を四つの２５Ｇｂｐｓの電気信号に変換し、当該四つの電気信号を駆動回路２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄにそれぞれ出力する。

図２は、一実施形態に係る光受信モジュールを示す図である。図１及び図２に示すように、光受信モジュール１４は、外部光ファイバＦ２から受けた光信号に基づいて電気信号を生成する。

図２に示すように、光受信モジュール１４は、半導体光増幅器３０、光デマルチプレクサ３２、光受信器３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ、信号変換処理部３６、第１の演算装置４０、駆動装置４２、メモリ４４、及び、第２の演算装置４６を備え得る。

半導体光増幅器３０は、光ファイバＦ２に光学的に結合されている。半導体光増幅器３０は、光ファイバＦ２から受けた光信号を増幅して、増幅した光信号を出力する。半導体光増幅器３０の増幅率は、当該半導体光増幅器に与えられるバイアス電流とＳＯＡ温度によって調整される。また、本実施形態では、光ファイバＦ２からの信号光には、異なる波長の四つの光信号が含まれている。半導体光増幅器３０の出力は、光デマルチプレクサ３２に光学的に結合されている。

光デマルチプレクサ３２は、半導体光増幅器３０から受けた増幅光信号を四つの光信号に波長分割する光分波器である。光デマルチプレクサ３２からの四つの光信号は光受信器３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄにそれぞれ入力される。

光受信器３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄはそれぞれ、入力された光信号に対して光電気変換を行い、当該光信号のパワーに応じた値の電気信号を出力する。光受信器３４ａは、フォトダイオード５０ａ及びトランスインピーダンスアンプ５２ａを有し、光受信器３４ｂは、フォトダイオード５０ｂ及びトランスインピーダンスアンプ５２ｂを有し、光受信器３４ｃは、フォトダイオード５０ｃ及びトランスインピーダンスアンプ５２ｃを有し、光受信器３４ｄは、フォトダイオード５０ｄ及びトランスインピーダンスアンプ５２ｄを有し得る。フォトダイオード５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄはそれぞれ、入力された光信号のパワーに応じた光電流を生成する。トランスインピーダンスアンプ５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄは、入力される光電流を電気信号（電圧）に変換する。

光受信器３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄからの電気信号はそれぞれ２５Ｇｂｐｓの電気信号で有り得る。信号変換処理部３６は、光受信器３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄからの電気信号を受けて、１００Ｇｂｐｓの電気信号を生成する。信号変換処理部３６は、生成した電気信号を外部のホストに対して出力する。

第１の演算装置４０は、駆動装置４２が半導体光増幅器３０に与えるべきバイアス電流及び半導体光増幅器３０の温度を算出する。第１の演算装置４０は、例えば、ＣＰＵといった任意の演算回路によって構成され得る。

第１の演算装置４０は、光受信器３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの出力電気信号全てが、所定の上限値と下限値の間の値を有する場合には、バイアス電流値を変化させず所定の電流値に固定する。第１の演算装置４０は、光受信器３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの出力電気信号の何れかが所定の上限値を超える値を有する場合には、半導体光増幅器３０の増幅率を下げるようバイアス電流値を所定量減少させるか、或いは、半導体光増幅器３０の温度を所定量上昇させる。また、第１の演算装置４０は、光受信器３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの出力電気信号の何れかが所定の下限値より小さい値を有する場合には、バイアス電流値を所定量上昇させるか、或いは、半導体光増幅器３０の温度を所定量下げる。さらに、第１の演算装置４０は、バイアス電流が最大上限値を上回るか最小下限値を下回り、又は、半導体光増幅器３０の温度が最大上限値を上回るか最小下限値を下回ると、バイアス電流値を所定の最小値に維持し、半導体光増幅器３０の温度を所定の温度に設定する。このような制御により、第１の演算装置４０は、半導体光増幅器３０に与えられるべきバイアス電流及び温度を算出する。

駆動装置４２は、第１の演算装置４０によって設定された値のバイアス電流を半導体光増幅器３０に供給する。また、駆動装置４２は、第１の演算装置４０によって設定された値の温度に半導体光増幅器３０の温度を設定する。例えば、駆動装置４２は、半導体光増幅器３０に取り付けられたペルチェ素子を用いて半導体光増幅器３０の温度を設定する。

メモリ４４は、半導体光増幅器３０のバイアス電流値及び温度に対応する半導体光増幅器３０の増幅率（利得Ｇ）と雑音指数（ＮＦ）のデータを、波長毎に記憶している。即ち、波長をλとし、半導体光増幅器３０のバイアス電流及び温度をそれぞれＩ及びＴとすると、利得Ｇ及び雑音指数ＮＦは、光信号の波長λ、半導体増幅器３０のバイアス電流Ｉ、及び半導体増幅器３０の温度Ｔの関数として予め定められ得る値を有しており、メモリ４４は、Ｇ（λ，Ｉ，Ｔ）、ＮＦ（λ，Ｉ，Ｔ）のデータを記憶している。メモリ４４は、Ｇ（λ，Ｉ，Ｔ）、ＮＦ（λ，Ｉ，Ｔ）をテーブル形式で記憶していてもよく、又は、関数の形態で記憶していてもよい。

第２の演算装置４６は、駆動装置４２を介して半導体光増幅器３０に与えられているバイアス電流値及びＳＯＡ温度を取得し、当該バイアス電流値及びＳＯＡ温度に対応する利得Ｇ（λ，Ｉ，Ｔ）及び雑音指数ＮＦ（λ，Ｉ，Ｔ）を、波長ごとにメモリ４４から取得する。第２の演算装置４６は、取得した利得Ｇ（λ，Ｉ，Ｔ）及び雑音指数ＮＦ（λ，Ｉ，Ｔ）と、光受信器３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの出力電気信号を用いて、半導体光増幅器３０への入力光信号のパワーを波長ごとに算出する。第２の演算装置４６によって算出された入力光信号のパワーは、外部のホストに提供され得る。この第２の演算装置４６は、例えば、ＣＰＵといった任意の演算回路によって構成され得る。

ここで、利得Ｇ（λ，Ｉ，Ｔ）、雑音指数ＮＦ（λ，Ｉ，Ｔ）、光受信器３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの出力電気信号のパワーＰｏｕｔ（λ）、及び、光信号のパワーＰｉｎ（λ）は、下記式（１）によって特定される関係を有する。

なお、Ｐｏｕｔ、Ｐｉｎの単位はｍＷであり、ＮＦは無単位である。光トランシーバへの全光入力パワーＰｔｏｔａｌ求める場合には、下記（２）式が用いられてもよい。

第２の演算装置４６は、利得Ｇ（λ，Ｉ，Ｔ）、雑音指数ＮＦ（λ，Ｉ，Ｔ）、光受信器３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの出力電気信号のパワーＰｏｕｔ（λ）を用いて、上記式（１）に従って、光信号のパワーＰｉｎ（λ）を波長ごとに算出する。

このように、光受信モジュール１４は、光分岐素子を用いることなく、半導体光増幅器３０への入力光信号のパワーを求めることが可能である。また、モニタ用に別途の光分波器を用いることなく、半導体光増幅器３０への入力光信号のパワーを波長ごとに求めることが可能である。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本発明の思想は、一以上の波長の一以上の光信号を用いて通信を行う光受信モジュール、及び当該光モジュールを搭載した光トランシーバにも適用され得る。

１０…光トランシーバ、１２…光送信モジュール、１４…光受信モジュール、３０…半導体光増幅器、３２…光デマルチプレクサ、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ…光受信器、３６…信号変換処理部、４０…第１の演算装置、４２…駆動装置、４４…メモリ、４６…第２の演算装置、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ…フォトダイオード、５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ…トランスインピーダンスアンプ。

Claims (2)

1. 入力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光学的に結合された光受信器であって、半導体光増幅器からの増幅光信号の大きさに応じた電気信号を発生する該光受信器と、
   前記光受信器によって発生される前記電気信号に基づいて、前記半導体光増幅器に与えるバイアス電流値と前記半導体光増幅器の温度を算出する第１の演算装置と、
   前記半導体光増幅器を駆動する駆動装置であって、前記第１の演算装置によって算出された前記バイアス電流値及び前記温度を前記半導体光増幅器に対して設定する該駆動装置と、
   前記バイアス電流値と前記温度に対応する前記半導体光増幅器の利得と雑音指数のデータを記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段から取得される前記データであって前記駆動装置によって設定される前記バイアス電流値及び前記温度に対応する該データと前記電気信号とに基づいて、前記半導体光増幅器への入力光信号のパワーを算出する第２の演算装置と、
   を備える光受信モジュール。
2. 前記半導体光増幅器への入力光信号は、互いに異なる波長を有する複数の光信号を含んでおり、
   前記光受信器を含む複数の光受信器と、
   前記半導体光増幅器と前記複数の光受信器に光学的に結合された光分波器であって、前記半導体光増幅器からの複数の光信号を前記複数の光受信器にそれぞれ結合する該光分波器と、
   を更に備え、
   前記記憶手段は、前記複数の光信号の波長ごとに、前記バイアス電流値と前記半導体光増幅器の温度に対応する前記半導体光増幅器の前記利得と前記雑音指数の前記データを記憶しており、
   前記第２の演算装置は、前記複数の光信号の波長ごとに、前記記憶手段から取得される前記データであって前記駆動装置によって設定される前記バイアス電流値及び前記半導体光増幅器の温度に対応する該波長用の前記データと、該波長に対応する前記光受信器からの電気信号とに基づいて、前記半導体光増幅器への入力光信号のパワーを算出する、
   請求項１記載の光受信モジュール。

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