JP2619085B2 - 光受信器 - Google Patents

光受信器

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JP2619085B2
JP2619085B2 JP1329601A JP32960189A JP2619085B2 JP 2619085 B2 JP2619085 B2 JP 2619085B2 JP 1329601 A JP1329601 A JP 1329601A JP 32960189 A JP32960189 A JP 32960189A JP 2619085 B2 JP2619085 B2 JP 2619085B2
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正隆 中沢
康郎 木村
克之 井本
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、光受信電力を自動的に調整することができ
る光自動利得調整回路(光AGC回路)を備えた光受信器
に関するものである。
[従来の技術] 光通信用の光受信器において、光受信電力を自動利得
調整するAGC回路は必須の回路である。
従来、AGC回路には光入力の変化に伴い、アバランシ
ェホトダイオード(APD)の電流増倍率Mを制御する方
式(第7図)や、固定バイアスのAPD又はPINダイオード
を使用し電気回路の増幅器利得を制御する方式(第8
図)、あるいは上記2つの方式を組み合わせた方式(第
9図)、更にはAPDのバイアスを定電流源として、受光
レベルに拘らずAPDに流れる平均電流値が一定となるよ
うに電流増倍率Mを制御する方式(第10図)がある。
[発明が解決しようとする課題] 第7図の如く、APDのバイアス電圧を変化させること
により、その電流増幅倍率を変えてAGCの役目を持たせ
る方式では、APDの温度依存性を補償するという特長が
ある。しかし、AGCのダイナミックレンジは、APDの電流
増倍率の変化範囲によって限定されるため、広いダイナ
ミックレンジを得ることができないという問題点があ
る。
第8図の電気増幅回路の利得を制御する方式では、AP
Dのバイアス電圧は受信感度が最大となるように設定さ
れる。しかし、APDの温度依存性が高いために、それぞ
れ補償する温度補償回路が必要となると共に、APD個々
の温度特性に合わせる必要があり、この調整に多くの時
間を要するという問題点がある。
第9図は上記両方式を組み合わせた方式であり、温度
安定性と広いダイナミックレンジが得られるが、回路構
成が複雑になり、高価であるといった問題がある。
また、上記いずれの方式にも、共通の問題点として、
受信感度を大きく取れないという点がある。
本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、
受信感度の大きく取れる光AGC回路を備えた光受信器を
提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明の光受信器は、光ファイバ伝送路と光信号を電
気信号に変換するアバランシェホトダイオードとの間に
希土類元素を添加した導波路を設け、該導波路内に信号
光以外に励起光を伝送させ、光受信器への光受信電力の
変動に応じて励起光の光パワーを調整することにより、
光受信電力を制御するようにした構成のものである。
具体的には、光受信器で光受信電力を電気信号に変換
し、該電気信号と所望の光受信電力に相当する基準電圧
とを比較器で比較し、該比較器出力信号を励起光の駆動
回路にフィードバックした構成とすることができる。こ
の場合、比較器の出力信号は、励起光の駆動回路と光受
信器のAPDのバイアス電圧回路にフィードバックしても
よいし、又は、比較器の出力信号を励起光の駆動回路と
光受信器の電気的な可変増幅回路にフィードバックして
もよい。
また、別の構成として、信号光の一部を受光素子でモ
ニタして電気信号に変換し、該電気信号と所望の光受信
電力に相当する基準電圧とを比較器で比較し、該比較器
出力信号を励起光の駆動回路にフィードバックした構成
とすることもできる。
[作用] 本発明の要旨は、光受信器のAGC方式として、光ファ
イバ伝送路と光受信器との間に、希土類元素を添加した
導波路(光ファイバあるいは光導波路)を設け、該導波
路内に信号光以外に励起光を伝送させ、光受信器の入力
変動を励起光の光パワーを調整することによって制御す
るものである。この構成により、結果的に受信感度及び
ダイナミックレンジを大きく取り、且つ簡易構成の光AG
C回路を実現することができる。
これは、希土類元素を添加した導波路内に、信号光と
励起光を畳重させて伝送した場合に、励起光の光パワー
PPによって、信号光の光パワー、即ち導波路のゲイン
G(G10 log PS0/PSi,ここにPSi:信号光の入力光パ
ワー,PS0:信号光の出力光パワー)を制御することがで
きるという原理を用いたものである。
具体的に第5図及び第6図を用いて説明する。第5図
及び第6図は、光ファイバにErを添加したErドープ光フ
ァイバ1を用い、この光ファイバ1内に波長1.54μmの
信号光(光パワーPSi)61を入力させ、且つ、光ファイ
バ型方向性結合器2を用いて波長0.8μmの励起光(光
パワーPP)71をErドープ光ファイバ1内に伝送させる
例を示したものである。光ファイバ型方向性結合器2と
3は、波長0.8μmの光信号のみを結合させるためのも
のであり、光ファイバ型方向性結合器3は、励起光をEr
ドープ光ファイバ1内から分離するために使用されてい
る。
励起光(Pp)71は、Erドープ光ファイバ1内を矢印7
2,73と伝搬するにつれて吸収され、エネルギ準位が上位
に持ち上げられる。それに信号光61が矢印62,63と伝搬
するに伴い、誘導放出が起こり、信号光61が増幅され
る。この信号光の増幅の度合いは、第6図に示すよう
に、励起光の光パワーPPに依存している。
尚、第6図は、シー・エー・ミラー氏(C A Millar)
の文献(半導体レーザー増幅器とアクティブファイバ増
幅器、オーエフシー89、ヒューストン、1989年2月6
日、C A Millar:“Semiconductor Laser Amplifiers an
d Active Fibre Amplifiers"、Houston,February 6th,1
989,OFC'89)から引用したものである。
[実施例] 第1図に本発明の光AGC回路を備えた光受信器の実施
例を示す。
1は希土類元素を添加した導波路としてのErドープ光
ファイバであり、その一端は光ファイバ型方向性結合器
2を介して光ファイバ21と光結合され、また他端は、光
ファイバ型方向性結合器3を介して光受信器のアバラン
シェホトダイオード(APD)8に光結合されている。光
ファイバ型方向性結合器2の一方の入力端と接続されて
いる光ファイバ21には、信号光(波長1.54μm)61が伝
送されて来る。光ファイバ型方向性結合器2の他方の入
力端には、半導体レーザから成る励起光源4が接続され
ており、該励起光源4は駆動回路5により駆動されて波
長0.8μmの励起光71を伝送する。
APD8と共に光受信器を構成している増幅器10の出力か
らは、ピーク検出回路12及び比較器13を介して上記駆動
回路5にフィードバックされている。
光ファイバ21を伝搬してきた光信号(波長1.54μm)
61は、光ファイバ型方向性結合器2,Erドープ光ファイバ
1,光ファイバ型方向性結合器3内を、矢印62,63のごと
く伝搬してAPD8で受光され、その光受信電力が電気信号
に変換される。変換後の電気信号は、増幅器10で増幅さ
れた後,そのピーク値がピーク検出回路12を通して検出
される。ピーク検出回路12で得られた電圧は、入力電圧
22として、比較器13の一方の入力端へ入力される。比較
器13のもう一方の入力端には、所望の光受信電力に相当
する基準電圧14が入力されている。
比較器13は、入力電圧22が基準電圧14よりも低い場合
には、励起光源4(波長0.8μmの半導体レーザ)の駆
動回路5の電圧を増大させ、逆に入力電圧22が基準電圧
14より大きい場合には、駆動回路5の電圧を減少させる
ように動作する。即ち、駆動回路5の電圧を増大させる
と励起光源4の光パワーは増大し、Erドープ光ファイバ
1のゲインを大きくさせ、結果的にAPD8に入力する信号
光(矢印63で示す)は増える。逆に、駆動回路5の電圧
を減少させると励起光源4の光パワーは減少し、APD8に
入力する信号は減る。
このようなフィードバックループにより、APD8に入力
する光受信電力は一定となるように制御される。この場
合のAPD8には、一定電圧のバイアス電圧9が印加されて
いる。
第2図は本発明の光AGC回路を備えた光受信器の他の
実施例を示す。
この実施例は、APD8のバイアス電圧を可変できるバイ
アス回路15を設け、比較器13の出力信号を、駆動回路5
とAPDのバイアス回路15の双方にフィードバックするこ
とにより、光受信電力が一定となるように、制御するよ
うにしたものである。即ち、APD8のバイアス電圧を変化
させることにより、その電流増倍率を変えてAGCの役目
もさせているので、APDの温度依存性を補償することが
できる。この併用方式の制御は、第1図の場合よりも、
受信感度及びダイナミックレンジをより大きく取ること
ができる。
第3図も本発明の光AGC回路を備えた光受信器の別の
実施例を示したものである。
この実施例は、増幅器10の代りに可変利得増幅器20を
設け、比較器13の出力信号を、駆動回路5と可変利得増
幅器20の双方にフィードバックすることにより、光受信
電力が一定となるように、制御するようにしたものであ
る。この場合、APDのバイアス電圧9は一定に保たれて
いる。この構成も、第1図の場合よりも受信感度及びダ
イナミックレインジをより大きく取ることができる。
第4図は本発明の光AGC回路を備えた光受信器の別の
実施例を示したものである。
この実施例では、励起光結合回路として、光ファイバ
型方向性結合器2の代りに光ファイバ型合分波器16を用
い、その出力端における信号光の一部を受光素子(PD)
17でモニタして電気信号に変換し、該電気信号と所望の
光受信電力に相当する基準電圧19とを比較器18で比較
し、該比較器出力信号を励起光の駆動回路5にフィード
バックしている。
即ち、波長0.8μmの励起光71は、矢印72のごとくEr
ドープ光ファイバ1内を伝搬し、光ファイバ型方向性結
合器3により矢印73のごとく分離される。一方、光ファ
イバ21を伝搬してきた波長1.54μmの信号光61は、大部
分はErドープ光ファイバ1内を矢印62,63のごと伝搬し
て行くが、僅かの光信号は光ファイバ型合分波器16で結
合を生じ、矢印64のごと伝搬し、受光素子17に入力され
る。そして受光素子17により電気信号に変換され、比較
器18への入力電圧23として入力される。この比較器18の
もう一方の入力端は、所望の光受信電力に相当する基準
電圧19が入力されており、上記入力電圧23と比較され
る。比較器18の出力により駆動回路5が操作され、励起
光71の光パワーが調節される。
尚、第4図において、APD8のバイアス電圧9,増幅器10
の利得なども、第2図及び第3図のごとく、併用調節す
るようにしても良い。
本発明は上記実施例に限定されない。例えば、第1図
において、光ファイバ型方向性結合器2,Erドープ光ファ
イバ1,光ファイバ型方向性結合器3は、プレーナ構造の
光導波路(例えば埋込み型,リッジ型,装荷型光導波
路)で実現させても良い。
希土類元素としては、Er以外に、Nd,Sm,Ho,Tm,Yb等を
少なくとも1種含んだものを用いることができる。また
上記希土類元素に、屈折率制御用添加物として、P,Ge,
B,F,Al,Zn,Na,K等を少なくも1種含ませても良い。信号
及び励起光の波長は、希土類元素の種類によって任意に
選ぶことができる。
また光受信器の構成は、上記実施例以外に、光ヘテロ
ダイン受信器,光ホモダイン受信器などであっても良
い。これらの構成の場合には、希土類元素を添加した導
波路とAPDとの間に方向性結合器を設け、局部発振光信
号を光信号に混合させる構成になる。
[発明の効果] 本発明は、光増幅機能を持った導波路をAPDの前に設
け、該導波路のゲインを調節することによって、光受信
器への光受信電力を一定にするように制御する構成を基
本とし、これに従来用いられているAGC方式を併用した
ものである。本発明によれば、受信感度及びダイナミッ
クレンジを大きく取れるという効果がある。また簡易構
成の光AGC回路となる。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第4図は本発明のAGC回路を備えた光受信器の
それぞれ別の実施例を示す図、第5図及び第6図は本発
明の光AGC回路を備えた光受信器の原理の説明に供する
図で、第5図は従来のErドープ光ファイバの概略構成
図、第6図は第5図の場合の励起光の光パワーと光ファ
イバアンプのゲインとの関係を示す図、第7図〜第10図
は従来のAGC回路の構成図を示したものである。 図中、1はErドープ光ファイバ、2,3は光ファイバ型方
向性結合器、4は励起光源、5は駆動回路、8はアバラ
ンシェホトダイオード(APD)、9はバイアス電圧、10
は増幅器、11は信号出力、12はピーク検出回路、13は比
較器、14は基準電圧、15はバイアス回路、16は光ファイ
バ型合分波器、17は受光素子(PD)、18は比較器、19は
基準電圧、20は可変利得増幅器、21は光ファイバ、61は
信号光、71は励起光を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井本 克之 茨城県日立市日高町5丁目1番1号 日 立電線株式会社電線研究所内 (56)参考文献 特開 昭60−84034(JP,A) 特開 平2−27823(JP,A) 1989年信学秋季全国大会講演論文集、 第4−220頁〜第4−222頁

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光ファイバ伝送路からの光信号を受信する
    光受信器において、光ファイバ伝送路と光信号を電気信
    号に変換するアバランシェホトダイオードとの間に希土
    類元素を添加した導波路を設け、該導波路内に信号光以
    外に励起光を伝送させ、光受信器への光受信電力の変動
    に応じて励起光の光パワーを調整することにより、光受
    信電力を制御するようにした光受信器。
  2. 【請求項2】光受信器の出力電気信号と所望の光受信電
    力に相当する基準電圧とを比較器で比較し、該比較器出
    力信号を励起光の駆動回路にフィードバックしたことを
    特徴とする請求項1記載の光受信器。
  3. 【請求項3】比較器の出力信号を励起光の駆動回路とア
    バランシェホトダイオードのバイアス電圧回路にフィー
    ドバックしたことを特徴とする請求項2記載の光受信
    器。
  4. 【請求項4】比較器の出力信号を励起光の駆動回路とア
    バランシェホトダイオードの後段に設けた電気的な可変
    増幅回路にフィードバックしたことを特徴とする請求項
    2記載の光受信器。
  5. 【請求項5】信号光の一部を受光素子でモニタして電気
    信号に変換し、該電気信号と所望の光受信電力に相当す
    る基準電圧とを比較器で比較し、該比較器出力信号を励
    起光の駆動回路にフィードバックしたことを特徴とする
    請求項1記載の光受信器。
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1989年信学秋季全国大会講演論文集、第4−220頁〜第4−222頁

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