JP2019134277A - 光信号制御装置、及び光信号制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】事前の準備時間とデータ量を削減しながら、可変光減衰器の信号強度を精度よく推定可能な光信号制御装置を提供する。【解決手段】可変光信号調整部と、可変光信号調整部の光信号強度をモニタするモニタ部と、モニタ部でモニタされた光信号強度を補正する補正部と、可変光信号調整部の調整値を算出する光信号調整部とを備える。補正部は、所定の波長および温度におけるモニタ部の受光感度を用いて近似されたモニタ部の受光感度の波長に対する感度特性を用いて、少なくとも２つの参照温度におけるモニタ部の参照受光感度を算出し、参照受光感度を用いて、光信号の波長とモニタ部の温度における受光感度を算出し、光信号の波長とモニタ部の温度における受光感度を用いて、モニタされた光信号強度を補正する補正値を光信号調整部に出力する。光信号調整部は、補正値と所定の所望値とを用いて可変光信号調整部の調整値を算出し、可変光信号調整部に出力する。【選択図】図４

Description

本発明は、光通信において、送受信する光信号の強度を制御する光信号制御装置及び光信号制御方法に関する。

デジタルコヒーレント光通信では、伝送路で発生した信号の歪をデジタル信号処理によって補償することで、数十Ｇｂｉｔ／ｓ以上の大容量伝送を可能とし、これにより、伝送途中の中継の数を削減した長距離伝送を実現している。また、信号の変調方式についても、ＱＰＳＫだけでなく１６ＱＡＭや２５６ＱＡＭ等の高多値変調が適用できるので、伝送レートを大きく増加することができる。

大容量化の手段としては、更に、Ｘ偏波とＹ偏波を使用することができる。データ信号をＸ偏波とＹ偏波の２つに分け、Ｘ偏波とＹ偏波それぞれの信号で変調された光信号を偏波合成して１本の光ファイバを介して伝送することで、伝送レートを２倍にすることができる。ここで、Ｘ偏波信号とＹ偏波信号の光信号強度のバランスが悪いと、偏波合成した際に、所望の主信号以外のノイズ信号が残存する場合があり、これらの信号を受信側で効率的に復元するためには、送信側で各偏波の光信号の信号強度を調整する必要がある。

光信号の信号強度を調整する光デバイスとしては、可変光減衰器（ＶＯＡ：Variable Optical Attenuator）が知られている。代表的な可変光減衰器としては、光導波路に位相シフタを付加したＰＬＣ型マッハツェンダ干渉計を用いたものがある。このＰＬＣ型マッハツェンダ干渉計を用いた可変光減衰器では、位相シフタへの調整量によって光減衰量を所望の値に調整することができる。

ここで、可変光減衰器の調整量を更新する方法としては、可変光減衰器出力の所望値と現在値との差に基づいて、可変光減衰器の調整量を更新するフィードバック制御方式が一般的に用いられている。一般的に、可変光減衰器は非線形な制御特性を有するため、安定な応答を得るための光信号の強度の制御方法として種々の方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００８−２１６７５５ 特開２００９−２４４３５１

ここで、従来の光信号の強度を制御する方法においては、可変光減衰器出力の現在値は、可変光減衰器の出力を光検出器（ＰＤ：Photo Detector）等によりモニタすることによって検出される。この光検出器の受光感度が波長及び温度によって変化するため、正確な現在値をモニタすることができず、所望の光信号の強度を得るための可変光減衰器における正確な調整量が算出できないという問題があった。また、事前に測定した可変光減衰器の出力の実測値を用いて、可変光減衰器における正確な信号強度を推定することもできるが、その場合、事前に膨大な量の実測値を取得し、取得したデータをメモリに記憶する必要があり、事前の準備のために多くの時間を要し、装置も大型化するという問題があった。

本発明は、上述したような課題を解決するためになされたものであり、可変光減衰器において所望の光信号強度を得るための調整量を算出する際の事前の準備時間とデータ量を削減しながら、可変光減衰器の信号強度を精度よく推定することが可能な光信号制御装置及び光信号制御方法を提供することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明の光信号制御装置は、可変光信号調整部と、前記可変光信号調整部が出力する光信号の光信号強度をモニタするモニタ部と、前記モニタ部でモニタされた光信号の光信号強度を補正する補正部と、前記可変光信号調整部の調整値を算出する光信号調整部とを備え、前記補正部は、所定の波長および温度における前記モニタ部の受光感度を用いて近似された前記モニタ部の受光感度の波長に対する感度特性を用いて、少なくとも２つの参照温度における前記モニタ部の参照受光感度を算出する参照感度算出部と、前記参照受光感度を用いて、前記光信号の波長と前記モニタ部の温度における受光感度を、内挿または外挿によって算出する内挿／外挿部とを備え、前記光信号の波長と前記モニタ部の温度における受光感度を用いて、前記モニタ部でモニタされた光信号強度を補正する補正値を前記光信号調整部に出力するように構成され、前記光信号調整部は、前記補正値と所定の所望値とを用いて前記可変光信号調整部の調整値を算出し、前記可変光信号調整部に出力するように構成される。

また、前記参照感度算出部は、前記モニタ部の受光感度の波長に対する感度特性を２次曲線で近似し、前記２次曲線を表す２次関数を用いて、前記少なくとも２つの参照温度における参照受光感度を算出し、前記内挿／外挿部は、前記光信号の波長と前記モニタ部の温度における受光感度を、前記少なくとも２つの参照温度における参照受光感度を用いて直線近似により算出してもよい。

また、前記２次曲線は、予め測定された前記モニタ部の受光感度を用いて求められた２次関数の定数を用いて表され、前記参照感度算出部には、少なくとも３つの参照温度における前記２次関数の定数が記憶されていてもよい。

また、前記参照感度算出部は、前記光信号のＸ偏波信号とＹ偏波信号のそれぞれについて、前記モニタ部の受光感度の波長に対する感度特性を２次曲線で近似し、前記Ｘ偏波信号と前記Ｙ偏波信号のいずれか一方の感度特性を近似する２次曲線を表す２次関数に、前記Ｘ偏波信号の感度特性と前記Ｙ偏波信号の感度特性の間の偏差を低減するための調整用の２次曲線を表す２次関数を乗じてもよい。

また、前記参照感度算出部は、所定の代表モニタ部の受光感度の波長に対する感度特性を第１の２次曲線で近似し、前記モニタ部の受光感度の波長に対する感度特性を、前記第１の２次曲線に調整係数を乗じることにより表される第２の２次曲線で近似し、前記第２の２次曲線を表す２次関数を用いて、前記少なくとも２つの参照温度における参照受光感度を算出してもよい。

また、前記第１の２次曲線は、予め測定された前記モニタ部の受光感度を用いて求めた２次関数の定数を用いて表され、前記参照感度算出部には、少なくとも３つの参照温度における前記２次関数の定数が記憶されていてもよい。

また、前記参照感度算出部は、前記光信号のＸ偏波信号とＹ偏波信号のそれぞれについて、前記モニタ部の受光感度の波長に対する感度特性を、前記第１の２次曲線に調整係数を乗じることにより表される第２の２次曲線で近似し前記Ｘ偏波信号と前記Ｙ偏波信号のいずれか一方の前記調整係数に、前記Ｘ偏波信号の感度特性と前記Ｙ偏波信号の感度特性の間の偏差を低減するための調整用の２次曲線を表す２次関数を乗じてもよい。

上述したような課題を解決するために、本発明の光信号制御方法は、可変光信号調整部と、前記可変光信号調整部が出力する光信号の光信号強度をモニタするモニタ部と、前記モニタ部でモニタされた光信号の光信号強度を補正する補正部と、前記可変光信号調整部の調整値を算出する光信号調整部とを備え、光信号制御装置における光信号制御方法であって、前記モニタ部が、前記可変光信号調整部が出力する光信号の光信号強度をモニタするステップと、前記補正部が、前記モニタ部の受光感度を用いて近似された前記モニタ部の受光感度の波長に対する感度特性を用いて、少なくとも２つの参照温度における前記モニタ部の参照受光感度を算出するステップと、前記参照受光感度を用いて、前記光信号の波長と前記モニタ部の温度における受光感度を、内挿或いは外挿によって算出するステップと、前記光信号の波長と前記モニタ部の温度における受光感度を用いて、前記モニタ部でモニタされた光信号強度を補正する補正値を前記光信号調整部に出力するステップと、光信号調整部が、前記補正値と所定の所望値とを用いて前記可変光信号調整部の調整値を算出するステップと、前記可変光信号調整部の調整値を、前記可変光信号調整部に出力するステップとを含む。

本発明によれば、可変光減衰器において所望の信号強度を得るための調整量を算出する際の事前の準備時間とデータ量を削減しながら、可変光減衰器の信号強度を精度よく推定することが可能な光信号制御装置及び光信号制御方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る光信号制御装置を備える光送信機の構成例を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る光信号制御装置を備える光受信機の構成例を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る光信号制御装置のモニタ部の感度特性を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る光信号制御装置の構成例を示す図である。 図５は、本発明の第１の実施の形態に係る光信号制御装置の構成例を示す図である。 図６は、本発明の第１の実施の形態に係る光信号制御装置の動作フローチャートである。 図７は、本発明の第１の実施の形態に係る光信号制御装置の動作を説明するための図である。 図８は、本発明の第１の実施の形態に係る感度特性を近似する方法を説明するための図である。 図９は、本発明の第２の実施の形態に係る光信号制御装置の構成例を示す図である。 図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る光信号制御装置の動作フローチャートである。 図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る光信号制御装置の動作を説明するための図である。 図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る調整用２次曲線の定数を求める方法を説明するための図である。 図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る光信号制御装置の構成例を示す図である。 図１４は、本発明の第３の実施の形態に係る光信号制御装置の動作フローチャートである。 図１５は、本発明の第３の実施の形態に係る光信号制御装置の動作を説明するための図である。 図１６は、本発明の第３の実施の形態に係る調整係数を用いた動作を説明する図である。 図１７は、本発明の第３の実施の形態に係る代表個体の感度特性を近似する方法を説明するための図である。 図１８は、本発明の第３の実施の形態に係る調整係数を求める方法を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る光信号制御装置を備える光送信機の構成例を示す図である。光送信機１に入力された入力信号は、送信信号処理部４において、誤り訂正用符号化等の信号処理が実行されるともに、Ｘ偏波信号とＹ偏波信号とに分離される。Ｘ偏波信号とＹ偏波信号のそれぞれの信号は、水平（ＩｎＰｈａｓｅ）信号と直交（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）信号で表され、変調部（６−１、６−２）において局部（ローカル）信号としてのチューナブルレーザダイオード（ＴＬＤ：Tunable Laser Diode）７０−１の光信号を変調することで光信号に変換される。Ｘ偏波における変調信号とＹ偏波における変調信号は、光信号制御装置１０に供給され、可変光信号調整部である可変光減衰器（ＶＯＡ）（２０−１、２０−２）により光信号の信号強度が調整された後、偏波合成され、光ファイバ３に供給される。

光信号制御装置１において、各偏波における変調信号は、ＶＯＡ（２０−１、２０−２）により光信号の信号強度が調整された後に、偏波合成５０により偏波合成される。光信号制御装置１０は、ＶＯＡ（２０−１、２０−２）の出力をモニタするモニタ部（３０−１、３０−２）とＶＯＡ（２０−１、２０−２）の調整値を制御する制御部（４０−１、４０−２）を備え、制御部（４０−１、４０−２）では、モニタ部（３０−１、３０−２）の出力値と予め定めた所望値との差分がゼロになるようにＶＯＡ（２０−１、２０−２）を調整する。

ここで、モニタ部（３０−１、３０−２）の受光感度は、入力信号の波長やモニタ部の温度によって変化し、その特性は各モニタ部によって個体差があるため、ＶＯＡ（２０−１、２０−２）の出力が、波長、温度、個体に依存しない所望値になるようにＶＯＡ（２０−１、２０−２）の調整値を制御する。更に、Ｘ偏波側とＹ偏波側の光信号強度の比率が所望の比率になるようにＶＯＡを制御することもできる。

尚、ここでは、光信号の強度を調整する可変光信号調整部として可変光減衰器（ＶＯＡ）を示したが、光信号強度を調整する装置であれば何れの装置も適用可能である。

図２は、本発明の実施の形態に係る光信号制御装置を備える光受信機の構成例を示す図である。光ファイバ３を介して受信した光信号は、光信号制御装置１０に供給され、偏波分離回路６０によってＸ偏波信号とＹ偏波信号とに分離される。それぞれの偏波信号は、可変光減衰器（ＶＯＡ）（２０−３、２０−４）により後段の復調部（７−１、７−２）で効率的な復調ができるように信号強度が調整される。

復調部（７−１、７−２）では、Ｘ偏波信号とＹ偏波信号のそれぞれが電気信号に変換され、水平（ＩｎＰｈａｓｅ）信号と直交（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）が抽出される。復調されたＸ偏波信号とＹ偏波信号は、受信信号処理部５に供給され、伝送路上で生じた歪等が補償される。光信号制御装置１０における信号強度の制御方法は、送信側の制御方法と同様である。

以後の説明では、送信側の光信号制御装置について説明するが、受信側の光信号制御装置についても同じ制御方法が適用できる。

図３は、本発明の実施の形態に係る光信号制御装置のモニタ部の感度特性を示す図である。横軸は、波長［ｎｍ］、縦軸は、受光感度［Ａ／Ｗ］である。光検出器で構成されるモニタ部では、光信号電力［Ｗ］を受信し、それに応じた電流または電圧が出力される。電流が出力される場合の受信感度の単位は[Ａ／Ｗ]となるが、電圧を出力する場合は［Ｖ／Ｗ］の単位で表すことも可能である。なお、図３の特性は、温度０°Ｃにおける、Ｘ偏波信号の受信感度の波長依存性を測定したものである。

図３の例は、個体ａ〜個体ｇの７つの装置における受信感度を、５つの波長について測定した結果を示したものである。それぞれの個体における波長に対する受光感度の特性は、いずれも波長に対して山なりの特性を示しているが、個体毎に特性は異なり、最大受光感度が得られる波長も異なっている。また、図示しないが、同じ波長に対して、温度を変化させた場合においても、個体毎に異なる感度特性が得られることが分っている。

このように、モニタ部によって可変光減衰器の出力をモニタした場合には、モニタ部の出力は、光信号の波長や温度によって変動し、モニタ部を構成する各個体によってもその感度特性が異なることとなる。更にその感度特性には、可変光減衰器からモニタ部への分岐比のばらつきも含まれる。本願発明では、可変光減衰器の出力が、波長、温度、個体、及びモニタ部への分岐比に依存しない所望値になるように可変光減衰器の調整値を制御するものである。

図４は、本発明の実施の形態に係る光信号制御装置の構成例を示す図である。図４は、送信側における光信号制御装置１０の構成例を示しており、光信号制御装置１０の制御部（４０−１、４０−２）は、モニタ部（３０−１、３０−２）の出力を補正する補正部（８０−１、８０−２）と光信号調整部であるＶＯＡ調整部（９０−１、９０−２）から構成されている。

各偏波信号は、ＶＯＡにより信号強度が調整された後に、偏波合成される。それぞれの偏波信号は、モニタ部（３０−１、３０−２）において信号強度がモニタされ、モニタ部（３０−１、３０−２）から出力されたモニタ値Ｐｍは、制御部（４０−１、４０−２）の補正部（８０−１、８０−２）に供給され、モニタ部（３０−１、３０−２）の感度特性に応じて正確な補正値に補正される。尚、電流としてのモニタ値は、Ａ／Ｄ変換器によってデジタル信号に変換されデジタルデータとして表すことができる。このデジタルデータによって、補正部で適切なデジタル処理が行われる。

補正部（８０−１、８０−２）から出力される補正値は、ＶＯＡ調整部（９０−１、９０−２）に供給され、予め定めるかあるいは他の装置から提供された所望値と比較され、その差分に対応する調整値がＶＯＡ（２０−１、２０−２）に出力される。ＶＯＡ（２０−１、２０−２）では、この調整値を用いて調整された信号強度の光信号が出力される。尚、ＶＯＡ（２０−１、２０−２）の制御方法は、Ｘ偏波とＹ偏波で同じ制御方法を用いることができる。また、ＶＯＡ（２０−１、２０−２）の調整は、デジタル信号とアナログ信号のいずれの信号でも行うことができる。

＜本発明の第１の実施の形態＞
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る光信号制御装置の構成例を示す図である。図５では、Ｘ偏波の場合について説明するが、第１の実施の形態では、Ｙ偏波の場合もＸ偏波と同様な制御が行われる。また、各信号は、デジタル信号とアナログ信号のいずれの信号も用いることができる。

図５において、モニタ部から出力されたモニタ値Ｐｍは、光信号の波長がλ、その時点の装置の温度がＴの場合、以下の式（１）のように、波長λ及び装置温度Ｔを変数とする関数として表すことができる。

装置の各個体をｋで示し、偏波情報Ｐ（Ｘ偏波、或いはＹ偏波）、波長λ、装置温度Ｔの場合の感度Ｓは、以下の式（２）のように、波長λ及び装置温度Ｔを変数とする関数として表すことができる。個体ｋ、偏波情報Ｐ（Ｘ偏波、或いはＹ偏波）、波長λは、既知であり、装置温度Ｔは、適宜測定することで容易に取得可能である。Ｘ偏波の場合の感度Ｓは、以下の式（３）のように表すことができる。

ここで、モニタ部から出力されるモニタ値Ｐｍは、可変光減衰器（ＶＯＡ）からの光信号電力に、モニタ部の感度特性が乗算されたものと考えることができる。そのため、可変光減衰器（ＶＯＡ）からの光信号電力、すなわち乗算前の光信号電力は、モニタ値をその波長および温度におけるモニタ部の感度で除することにより求めることができる。補正回路１０３では、式（４）に示すように、モニタ部から出力されたモニタ値Ｐｍを感度Ｓで除することにより、乗算前の光信号電力を補正値として算出する。

ＶＯＡ調整部９０−１では、ＶＯＡからの出力電力の値が所望値［Ｗ］である場合に、所望値［Ｗ］を補正値［Ｗ］で除することにより、ＶＯＡ調整値が計算される。このＶＯＡ調整値が、ＶＯＡの制御入力に供給されることで、ＶＯＡの出力を所望値と等しくなるように制御することができる。このＶＯＡ調整値は、ＶＯＡの制御入力の入力信号形式に合わせて生成することができる。

なお、上記の説明では、モニタ部の出力であるモニタ値は、ＶＯＡからの光信号電力にモニタ部の感度特性が乗算されたものであると考えたが、感度特性の乗算には限定されずその他の影響を考慮した補正を行うこともできる。その他の影響を考慮する場合は、その影響の方法と逆の演算を行うことで補正値を求めればよい。

次に、装置の個体ｋ、Ｘ偏波、波長λ、装置温度Ｔの場合の感度Ｓを求める方法について説明する。感度Ｓは、図５の補正部８０−１における参照感度算出部１０１と内挿／外挿部１０２において求めることができる。参照感度算出部１０１は、参照温度選出部、定数取得部、感度算出部及びメモリテーブルＡを有する。

参照温度とは、温度Ｔに対する感度特性を決めるために参照される温度を示し、主に−５℃〜＋８５℃の間で、好ましくは３点から５点程度が選定され、この参照温度毎に受光感度の感度特性が予め測定される。この参照温度の数に応じて、デーブルＡに記憶されるデータ量が変動するので、上述した数以上の数についてもメモリテーブルが節約できる範囲で選定可能である。

参照感度算出部１０１において算出される参照感度は、選出された参照温度における感度特性の所定の波長における受光感度を示し、この参照感度を用いて所定の温度および波長における感度が推定される。本実施の形態では、波長に対する感度特性を２次曲線で近似することとし、この２次曲線は、定数ａ、ｂ、ｃを用いた波長λを変数とする２次関数で表される。この定数ａ、ｂ、ｃは、個体毎、偏波毎、及び参照温度毎に事前に決定され、各参照温度毎に予めメモリテーブルＡに記録されている。図５では、５つの参照温度Ｔ₁〜Ｔ₅に対する２次曲線の定数ａ、ｂ、ｃが記録されている場合が例示されている。

図６のフローチャートを参照して補正部８０−１の動作を説明する。まず、ステップＳ１−１では、参照温度選出部で、現在の装置温度Ｔに最も近い２つの参照温度Ｔ_n、Ｔ_n+1を選出する。例えば、Ｔ₂＜Ｔ＜Ｔ₃の場合は、Ｔ₂及びＴ₃が選出され、Ｔ＜Ｔ₁の場合は、Ｔ₁及びＴ₂が、Ｔ₅＜Ｔの場合は、Ｔ₄及びＴ₅が選出される。

次に、ステップＳ１−２では、定数取得部により、個体ｋ、偏波Ｐ（Ｘ或いはＹ）における参照温度Ｔ_n、Ｔ_n+1の２次関数の定数セットａ、ｂ、ｃがそれぞれメモリテーブルＡから取得される。この場合、Ｘ偏波の場合のＴ_n、Ｔ_n+1における定数セットは、以下の式（５）、（６）のように表される。

ステップＳ１−３では、参照感度算出部により、それぞれの偏波で、２つの参照温度Ｔ_n、Ｔ_n+1における波長に対する感度特性を、定数セットａ、ｂ、ｃを用いて表される２次曲線を用いて近似し、その２次曲線から波長λにおける参照感度Ｓ_kp(Ｔ_n，λ)、Ｓ_kp(Ｔ_n+1，λ)を算出する。この様子は、図７の左図で示されている。この場合、Ｘ偏波の場合のＴ_n、Ｔ_n+1における参照感度は、以下の式（７）、（８）のように表される。

ステップＳ１−４では、内挿／外挿部により、参照感度算出部で求めたＴ_n、Ｔ_n+1における２つの参照感度から、装置温度Ｔにおける感度Ｓ_kp(Ｔ，λ)を直線近似によって求める。この様子は、図７の右図で示されている。Ｘ偏波の場合の算出式は、以下の式（９）のように表される。例えば、Ｔ₂＜Ｔ＜Ｔ₃の場合は、内挿により、Ｔ＜Ｔ₁の場合、Ｔ₅＜Ｔの場合は、外挿により、装置温度Ｔ、波長λにおける感度Ｓを求める。

ステップＳ１−５では、モニタ値をステップＳ１−４で計算した感度Ｓ_kp(Ｔ，λ)で除することで補正値を算出する。更に、この補正値からＶＯＡの出力が所望値になるように、ＶＯＡ調整値が算出される。上記では、Ｘ偏波について説明したが、Ｙ偏波についても同様である。

図８を用いて、本発明の第１の実施の形態に係る個体ｋの感度特性を近似する方法を説明する。図８の左図では、例えば、参照温度Ｔ₁において、３つの波長λにおける感度を測定した実測値を用いて感度特性を近似する。感度特性を以下の式（１０）のような２次関数による２次曲線で近似する場合は、３つの実測値から２次関数における定数ａ、ｂ、ｃを容易に求めることができる。

また、図８の右図に示すように、４つ以上の波長λに対する感度の実測値から求める場合は、最小二乗法等によって、２次関数の定数ａ、ｂ、ｃを求めることができる。図８の表は、参照温度Ｔ₁〜Ｔ₅における２次関数の定数ａ、ｂ、ｃを示しており、個体ｋ及び偏波毎にメモリテーブルＡに記録されている。

上述したように、本発明の第１の実施の形態では、モニタ部の感度特性を波長に対する２次曲線で近似し、所定の参照温度間で直線近似することで、装置温度におけるモニタ部の受光感度を算出している。この受光感度は、参照温度での波長に対する感度特性を近似する２次曲線における３つの定数のみから求めることができるので、事前の測定データの測定時間およびデータ量、及びそれに伴うメモリへの記録量を大幅に削減することができる。

従来の方法では、モニタ部の個体毎に、各偏波において、波長１５２７ｎｍ〜１５６７ｎｍ、及び温度−５℃〜８５℃において、細かい間隔で事前に受光感度を測定し、その結果をメモリテーブルに記録していた。例えば、上記波長および温度において、波長の測定点を４１点、温度の測定点を８１点とした場合、各個体毎に、２×４１×８１個のデータを取得する必要があり、さらに、これらのデータを記録するためのメモリ領域が必要であった。

一方、本実施の形態では、個体毎に、各偏波において、例えば、波長の測定点を５点、温度の測定点を５点とした場合、２×５×５個のデータを事前に測定すればよく、この場合、メモリテーブルには、各偏波、各参照温度毎に、波長に対する感度特性を表す２次曲線を決定する３つの定数、すなわち、２×５×３個のデータを記録すればよいので、従来に比べて、事前の測定データ量や測定時間、及びそれに伴うメモリへの記録量を大幅に削減することができる。さらに、測定点の数は、波長及び温度でそれぞれ３点ずつにすることも可能であり、この場合は、更に測定時間やメモリ量を削減することができる。本実施の形態における事前の測定量やメモリテーブルへの記録量は、従来に比べてはるかに小さいため、それに応じて、装置の大幅な小型化も可能となる。また、本実施形態では、可変光減衰器からモニタ部への分岐比のばらつきについても、感度特性に含めて測定していることから、併せて補償することができる。

＜本発明の第２の実施の形態＞
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る光信号制御装置の構成例を示す図である。図９における補正回路及びＶＯＡ調整部の構成および動作は、第１の実施の形態の図５と同じである。第２の実施の形態では、参照感度算出部２０１における参照感度の算出方法及びメモリテーブルＢの記録内容が、第１の実施の形態と異なる。第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、Ｘ偏波とＹ偏波それぞれにおいて、可変光減衰器（ＶＯＡ）の出力を、波長、温度および個体によらない所望の信号強度に調整するとともに、更に、Ｘ偏波とＹ偏波との間の信号強度の差を低減するものである。

図１０のフローチャートを参照して補正部８０−１の動作を説明する。ステップＳ２−１では、参照温度選出部が、第１の実施の形態と同様の方法を用いて、推定したい装置温度Ｔに最も近い２つの参照温度Ｔ_n、Ｔ_n+1を選出する。

ステップＳ２−２では、定数取得部により、メモリテーブルＢから個体ｋ、偏波Ｐ（Ｘ或いはＹ）における参照温度Ｔ_n、Ｔ_n+1の２次曲線の定数セットａ、ｂ、ｃをそれぞれ取得する。この場合、Ｔ_n、Ｔ_n+1における定数セットは、以下の式（１１）、（１２）のように表される。Ｐは、Ｘ偏波あるいはＹ偏波のいずれかを表す。

ここで、参照温度Ｔ_n、Ｔ_n+1における２次曲線の定数セットａ、ｂ、ｃは、第１の実施の形態の図８において説明した方法と同様の方法で求めることができる。

第２の実施の形態では、更に、調整用２次曲線の定数セットα_1k、β_1k、γ_1kも取得する。この定数セットは、Ｘ偏波の感度特性とＹ偏波の感度特性の間の偏差を低減し、Ｘ偏波の感度特性をＹ偏波の感度特性に近づけるための調整用の２次関数を求めるための定数である。

図１２を用いて、調整用２次曲線の定数セットを求める方法を説明する。参照温度Ｔ_nが選出されると、式（１３）、（１４）のように、２次曲線で近似されたＸ偏波の参照温度Ｔ_nの感度特性と、Ｙ偏波の参照温度Ｔ_nの感度特性が求まる。

ここで、式（１５）に示すように、Ｘ偏波の参照温度Ｔ_nの感度特性を、Ｙ偏波の参照温度Ｔ_nの感度特性に近づけるために、Ｘ偏波の参照温度Ｔ_nの感度特性に調整用２次曲線（α_1kλ²＋β_1kλ＋γ_1k）を乗算する。

この調整用２次曲線の定数セットα_1k、β_1k、γ_1kは、例えば、図１２に示すような方法で求めることができる。図１２の例では、Ｍを１０ｌｏｇ(モニタ値／感度実測値)のＸ偏波とＹ偏波の差分として、波長λ１〜波長λ３、温度Ｔ１〜温度Ｔ３において、Ｙ偏波感度及びＸ偏波感度を実測して、Ｍ（波長λ１、温度Ｔ１）、Ｍ（波長λ１、温度Ｔ２）、Ｍ（波長λ１、温度Ｔ３）…Ｍ（波長λ３、温度Ｔ１）、Ｍ（波長λ３、温度Ｔ２）、Ｍ（波長λ３、温度Ｔ３）をそれぞれ求め、これらの中の最大値、最小値の和がゼロに近似するように２次関数の定数を決定する。

ゼロ近似する方法としては、ＧＲＧ非線形（非線形最小二乗法）等の既存の方法が使用できる。ＧＲＧ非線形は、ＭＳＥｘｃｅｌのソルバー機能などで実行可能である。それによって、個体ｋ毎に調整用２次曲線の定数が得られ、求めた２次曲線の定数は、メモリテーブルＢに予め記録される。なお、調整用２次曲線の定数は、温度に対して共通に設定することができるが、温度毎に定めてもよい。

ステップＳ２−３では、それぞれの偏波で、２つの参照温度Ｔ_n、Ｔ_n+1における波長に対する感度特性を２次曲線を用いて近似的し、更に、Ｘ偏波の感度特性に、調整用２次曲線を乗算することで、波長λにおける参照感度Ｓ_kp(Ｔ_n，λ)、Ｓ_kp(Ｔ_n+1，λ)が算出される。Ｘ偏波の参照感度を求める様子は、図１１の左図に示される。Ｙ偏波の参照感度は、第１の実施の形態のＹ偏波の場合と同様に算出することができる。

なお、上述の説明では、調整用２次曲線を表す２次関数をＸ偏波の感度特性に乗ずる場合を示したが、調整用２次曲線を表す２次関数をＹ偏波の感度特性に乗ずることも可能である。

ステップＳ２−４では、内挿／外挿部により、参照感度算出部で求めた２つの参照温度の参照感度から、装置温度Ｔにおける感度Ｓ_kp(Ｔ，λ)を直線近似によって求める。この様子は図１１の右側の図で示される。これは、第１の実施の形態と同様である。

ステップＳ２−５では、第１の実施の形態と同様に、モニタ値をステップＳ２−４で計算した感度Ｓ_kp(Ｔ，λ)で除することで補正値を算出し、更に、この補正値からＶＯＡの出力が所望値になるように、ＶＯＡ調整値が算出される。

第２の実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、更に、Ｘ偏波とＹ偏波の間の光信号の強度の差分を低減できる。これによって、偏波合成した場合でも、所望の主信号以外のノイズを低減することが可能となる。なお、第２の実施の形態では、調整用２次曲線の定数を求めるための事前測定が必要になるが、モニタ部の個体毎に、調整用２次曲線の３定数が追加になるだけなので、これに伴う処理およびデータ量は、第１の実施の形態の場合と比べ大きく増加することはない。また、本実施の形態においても、可変光減衰器からモニタ部への分岐比のばらつきも併せて補償することができる。

＜本発明の第３の実施の形態＞
図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る光信号制御装置の構成例を示す図である。図１３における補正回路３０３及びＶＯＡ調整部９０−１の構成および動作は、第１の実施の形態の図５、第２の実施の形態の図９と同じである。参照感度算出部３０１における参照感度の算出方法及びメモリテーブルＣの記録内容が、第１、第２の実施の形態と異なる。

第３の実施の形態では、代表個体の感度特性から任意の個体の感度特性を求め、更に、Ｘ偏波とＹ偏波との間の信号強度の差を低減するものである。代表個体とは、基準の感度特性を有する個体を示す。代表個体は、実在する複数の個体の中から選定することができ、基準の感度特性を有する架空の個体とすることもできる。

図１４のフローチャートを参照して補正部８０−１の動作を説明する。ステップＳ３−１では、参照温度選出部で、推定したい装置温度Ｔに最も近い２つの参照温度Ｔ_n、Ｔ_n+1を選出する。選出の方法は、第１、第２の実施の形態と同様である。

ステップＳ３−２では、定数・係数取得部により、下記の式（１６）−（２１）に示す、代表個体ｒ、偏波Ｐ（Ｘ或いはＹ）における参照温度Ｔ_n、Ｔ_n+1の２次曲線の定数セットａ、ｂ、ｃ、および個体ｋに対する係数Ｂ、すなわち、調整係数Ｇ及びＸ偏波とＹ偏波の差分を低減するための調整用２次曲線の定数セットα、β、γを、メモリテーブルＣから取得する。Ｐは、Ｘ偏波及びＹ偏波のいずれかを示す。

図１６は、本発明の第３の実施の形態に係る調整係数を用いた動作を説明する図である。図１６の左図は、Ｘ偏波における代表個体の参照温度Ｔ_nの近似された感度特性（二点鎖線）、Ｘ偏波における実際の個体の参照温度Ｔ_nの真の感度特性（実線）、及びＸ偏波における実際の個体の参照温度Ｔ_nの近似された感度特性（一点鎖線）を示している。ここで、実際の個体の参照温度の近似された感度特性は、代表個体の参照温度Ｔ_nの感度特性に調整係数Ｇ_kx（Ｔ_n）を乗ずることで求めることができる。

Ｘ偏波と同様に、図１６の右図は、Ｙ偏波側における代表個体の参照温度Ｔ_nの近似された感度特性（二点鎖線）、Ｙ偏波における実際の個体の参照温度Ｔ_nの真の感度特性（実線）、及びＹ偏波における実際の個体の参照温度Ｔ_nの近似された感度特性（一点鎖線）を示している。Ｘ偏波と同様に、実際の個体の参照温度の近似された感度特性は、代表個体の参照温度Ｔ_nの感度特性に調整係数Ｇ_ky（Ｔ_n）を乗ずることで求めることができる。

また、図１６の中央図で示すように、Ｘ偏波の実際の個体の参照温度Ｔ_nの近似された感度特性に調整用２次曲線を乗ずることで、Ｘ偏波の感度特性を、Ｙ偏波の実際の個体の参照温度Ｔ_nの感度特性に近づけることができる。

ステップＳ３−３では、式（２２）−（２５）に示すように、それぞれの偏波において、代表個体の２つの参照温度における２次曲線と、２つの参照温度における係数Ｂとから、波長λにおける参照感度Ｓ_kp(Ｔ_n，λ)、Ｓ_kp(Ｔ_n+1，λ)を算出し、さらに、ＸＹ偏波の片側の調整係数Ｇに調整用２次曲線を乗ずる。この様子は図１５の左図で示される。尚、ここでは、Ｘ偏波の調整係数Ｇに調整用２次曲線を乗じた例を説明するが、調整用２次曲線は、Ｙ偏波の感度特性に乗ずるようにしてもよい。

ステップＳ３−４では、内挿／外挿部により、参照感度算出部で求めた２つの参照温度における参照感度から、装置温度Ｔにおける感度Ｓ_kp(Ｔ，λ)を直線近似によって求める。この様子は図１５の右図で示される。これは、第１、第２の実施の形態と同様である。

ステップＳ３−５では、第１、第２の実施の形態と同様に、モニタ値をステップＳ３−４で計算した感度Ｓ_kp(Ｔ_n，λ)によって除することで補正値を算出し、更に、この補正値からＶＯＡの出力が所望値になるように、ＶＯＡ調整値が算出される。

本実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、Ｘ偏波とＹ偏波の間の光信号の強度の差分を低減することができる。これによって、偏波合成した場合の所望の主信号以外のノイズを低減できる。このように、送信側で各偏波の光信号の強度を容易に調整することができ、受信側での効率的な復元処理が可能となる。また、複数のマッハツェンダ変調器において、出力に位相差をつけて合波することにより所望の周波数をもつ信号を強めたり、或いは、不要な周波数の信号は弱めたりする操作や制御を容易に行うことが可能となる。

図１７は、本発明の第３の実施の形態に係る代表個体の感度特性を近似する方法を説明するための図である。代表個体の感度特性は、第１、第２の実施の形態と同様に２次関数による２次曲線で近似される。２次関数の定数ａ、ｂ、ｃも第１、第２の実施の形態と同様に、２次関数の方程式や最小二乗法を用いて容易に求めることができる。

図１７に示す表は、代表個体のＸ偏波及びＹ偏波の参照温度Ｔ₁〜Ｔ₅に対する定数ａ、ｂ、ｃを示しており、メモリテーブルＣに記録されている。なお、代表個体の感度特性は、実際の個体の感度特性に対する基準の感度を示すものなので、必ずしも実測で求める必要はなく、実際の個体の感度特性を調整係数Ｇで示せるものであれば、架空の基準感度特性を代表個体の感度特性として用いることもできる。

図１８は、本発明の第３の実施の形態に係る係数を求める方法を説明する図である。調整係数Ｇ_kx、Ｇ_kyは、最小二乗法等で求めることができる。具体的には、Ｘ偏波の場合、式（２６）の値が最小になるように調整係数Ｇ_kxを算出する。Ｙ偏波の調整係数Ｇ_kyも同様に算出することができる。図１８の表は、任意の個体ｋ毎に、Ｘ偏波とＹ偏波の参照温度Ｔ₁〜Ｔ₅に対する調整係数Ｇ_kx、Ｇ_kyを示しており、これらは、任意の個体ｋ毎にメモリテーブルＣに記録されている。

また、調整用２次曲線の定数：α_2k, β_2k, γ_2kは、第２の実施の形態と同様の方法で求めることができる。図１８の例では、Ｍを１０ｌｏｇ(モニタ値／感度実測値)のＸ偏波とＹ偏波の差分として、波長λ１〜波長λ３、温度Ｔ１〜温度Ｔ３において、Ｙ偏波感度及びＸ偏波感度を実測して、Ｍ（波長λ1、温度Ｔ1）、Ｍ（波長λ１、温度Ｔ２）、Ｍ（波長λ１、温度Ｔ３）…Ｍ（波長λ３、温度Ｔ１）、Ｍ（波長λ３、温度Ｔ２）、Ｍ（波長λ３、温度Ｔ３）をそれぞれ求め、これらの中の最大値、最小値の和がゼロに近似するように２次関数の定数を決定する。

ゼロ近似する方法としては、ＧＲＧ非線形（非線形最小二乗法）等が使用できる。ＧＲＧ非線形は、ＭＳＥｘｃｅｌのソルバー機能などで実行可能である。それによって、個体ｋ毎に調整用２次曲線の定数が得られ、求めた２次曲線定数は、メモリテーブルＢに予め記録されている。なお、調整用２次曲線の定数は、温度に対して共通に設定することができるが、温度毎に定めてもよい。

第３の実施の形態では、代表個体の各偏波において、例えば、波長の測定点を５点、温度の測定点を５点とした場合、２×５×５個の事前測定を行い、実施の個体の各偏波において、２×５×５個の事前測定を行えばよい。この場合、メモリテーブルには、代表個体毎に各偏波、各参照温度毎に、波長に対する感度特性を表す２次曲線を決定する３つの定数、すなわち、２×５×３個のデータを記録し、個体毎に各偏波、各参照温度毎の調整係数、即ち２×５×１個、並びに個体毎の調整用２次曲線の３つの定数を記録すればよい。

第１、第２の実施の形態が、個体毎に、各偏波及び各温度で２次曲線の３つの定数を記録する必要があるのに対して、第３の実施の形態では、代表個体のみ各偏波及び各温度における２次曲線の３つの定数を記録し、実際の個体毎には、参照温度毎の調整係数のみを記録すればよい。調整用２次曲線に関しても、モニタ部の個体毎に、調整用２次曲線の３つの定数が追加になるだけである。このように、第３の実施の形態では、第１、第２の実施の形態よりも更に、事前の測定データ量や測定時間、及びそれに伴うメモリへの記録量を大幅に削減し、それにより装置の小型化を図ることができる。なお、本実施の形態においても、可変光減衰器からモニタ部への分岐比のばらつきも併せて補償することができる。

本発明は、コヒーレント光通信において、送受信する光信号の強度を制御する光信号制御装置として利用することができる。

１…光送信機、２…光受信機、３…光ファイバ、４…送信信号処理部、５…受信信号処理部、６−１、６−２…変調部、７−１、７−２…復調部、１０…光信号制御装置、２０−１〜２０−４…可変光信号調整部（ＶＯＡ）、３０−１〜３０−４…モニタ部、４０−１〜４０−４…制御部、５０…偏波合成、６０…偏波分離、７０−１、７０−２…チューナブルレーザダイオード（ＴＬＤ）、８０−１、８０−２…補正部、９０−１、９０−２…ＶＯＡ調整部、１０１、２０１、３０１…参照感度算出部、１０２、２０２、３０２…内挿／外装部、１０３、２０３、３０３…補正回路。

Claims (8)

1. 可変光信号調整部と、
   前記可変光信号調整部が出力する光信号の光信号強度をモニタするモニタ部と、
   前記モニタ部でモニタされた光信号の光信号強度を補正する補正部と、
   前記可変光信号調整部の調整値を算出する光信号調整部とを備え、
   前記補正部は、
   所定の波長および温度における前記モニタ部の受光感度を用いて近似された前記モニタ部の受光感度の波長に対する感度特性を用いて、少なくとも２つの参照温度における前記モニタ部の参照受光感度を算出する参照感度算出部と、
   前記参照受光感度を用いて、前記光信号の波長と前記モニタ部の温度における受光感度を、内挿または外挿によって算出する内挿／外挿部とを備え、
   前記光信号の波長と前記モニタ部の温度における受光感度を用いて、前記モニタ部でモニタされた光信号強度を補正する補正値を前記光信号調整部に出力するように構成され、
   前記光信号調整部は、
   前記補正値と所定の所望値とを用いて前記可変光信号調整部の調整値を算出し、前記可変光信号調整部に出力するように構成される
   光信号制御装置。
2. 前記参照感度算出部は、
   前記モニタ部の受光感度の波長に対する感度特性を２次曲線で近似し、前記２次曲線を表す２次関数を用いて、前記少なくとも２つの参照温度における参照受光感度を算出し、
   前記内挿／外挿部は、
   前記光信号の波長と前記モニタ部の温度における受光感度を、前記少なくとも２つの参照温度における参照受光感度を用いて直線近似により算出するように構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の光信号制御装置。
3. 前記２次曲線は、予め測定された前記モニタ部の受光感度を用いて求められた２次関数の定数を用いて表され、前記参照感度算出部には、少なくとも３つの参照温度における前記２次関数の定数が記憶されていること
   を特徴とする請求項２記載の光信号制御装置。
4. 前記参照感度算出部は、
   前記光信号のＸ偏波信号とＹ偏波信号のそれぞれについて、前記モニタ部の受光感度の波長に対する感度特性を２次曲線で近似し、
   前記Ｘ偏波信号と前記Ｙ偏波信号のいずれか一方の感度特性を近似する２次曲線を表す２次関数に、前記Ｘ偏波信号の感度特性と前記Ｙ偏波信号の感度特性の間の偏差を低減するための調整用の２次曲線を表す２次関数を乗ずること
   を特徴とする請求項２または３記載の光信号制御装置。
5. 前記参照感度算出部は、
   所定の代表モニタ部の受光感度の波長に対する感度特性を第１の２次曲線で近似し、前記モニタ部の受光感度の波長に対する感度特性を、前記第１の２次曲線に調整係数を乗じることにより表される第２の２次曲線で近似し、前記第２の２次曲線を表す２次関数を用いて、前記少なくとも２つの参照温度における参照受光感度を算出すること
   を特徴とする請求項１記載の光信号制御装置。
6. 前記第１の２次曲線は、予め測定された前記モニタ部の受光感度を用いて求めた２次関数の定数を用いて表され、前記参照感度算出部には、少なくとも３つの参照温度における前記２次関数の定数が記憶されていること
   を特徴とする請求項５記載の光信号制御装置。
7. 前記参照感度算出部は、前記光信号のＸ偏波信号とＹ偏波信号のそれぞれについて、前記モニタ部の受光感度の波長に対する感度特性を、前記第１の２次曲線に調整係数を乗じることにより表される第２の２次曲線で近似し
   前記Ｘ偏波信号と前記Ｙ偏波信号のいずれか一方の前記調整係数に、前記Ｘ偏波信号の感度特性と前記Ｙ偏波信号の感度特性の間の偏差を低減するための調整用の２次曲線を表す２次関数を乗ずること
   を特徴とする請求項５または６記載の光信号制御装置。
8. 可変光信号調整部と、前記可変光信号調整部が出力する光信号の光信号強度をモニタするモニタ部と、前記モニタ部でモニタされた光信号の光信号強度を補正する補正部と、前記可変光信号調整部の調整値を算出する光信号調整部とを備え、光信号制御装置における光信号制御方法であって、
   前記モニタ部が、
   前記可変光信号調整部が出力する光信号の光信号強度をモニタするステップと、
   前記補正部が、
   前記モニタ部の受光感度を用いて近似された前記モニタ部の受光感度の波長に対する感度特性を用いて、少なくとも２つの参照温度における前記モニタ部の参照受光感度を算出するステップと、
   前記参照受光感度を用いて、前記光信号の波長と前記モニタ部の温度における受光感度を、内挿或いは外挿によって算出するステップと、
   前記光信号の波長と前記モニタ部の温度における受光感度を用いて、前記モニタ部でモニタされた光信号強度を補正する補正値を前記光信号調整部に出力するステップと、
   光信号調整部が、
   前記補正値と所定の所望値とを用いて前記可変光信号調整部の調整値を算出するステップと、
   前記可変光信号調整部の調整値を、前記可変光信号調整部に出力するステップと
   を含む光信号制御方法。