JP2834077B2

JP2834077B2 - 光受信盤

Info

Publication number: JP2834077B2
Application number: JP8140491A
Authority: JP
Inventors: 正古賀; 孝昭緒方; 均小栗; 隆仲村
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd; NEC Corp
Priority date: 1996-06-03
Filing date: 1996-06-03
Publication date: 1998-12-09
Anticipated expiration: 2016-06-03
Also published as: JPH09326757A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ通信な
どにおいて、光信号を受信して情報信号を再生するため
に用いられる光受信盤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信では、情報信号によって
変調された信号光を光ファイバを用いて伝送させると共
に、伝送後においてフォトダイオードで受光して情報信
号を検出するのが一般的である。そして近年は、こうし
た光ファイバ通信において、Ｅｒ（エルビウム）添加光
ファイバ増幅器などの光増幅器を適用することによっ
て、光ファイバ通信の超長距離化・大容量化を目指す研
究開発が活発に進められているところである。

【０００３】ところで、光ファイバ通信に用いられる光
受信盤では、信号光をフォトダイオードで受光する前
に、光ファイバ増幅器などの光増幅器で信号光を増幅さ
せて受光することで、受信器の電気回路雑音の影響を低
減できる。その結果、非常に高感度な受信特性を得るこ
とができ、こうした受信方式を光プリアンプ受信と呼ん
でいる。しかしながら、この光プリアンプ受信方式を適
用した光プリアンプ受信盤では、光増幅に伴って、光フ
ァイバ増幅器が２０ｎｍ〜３０ｎｍ程度の非常に広帯域
な雑音光を増幅自然放出（Amplified Spontaneous Emis
sion，以下、ＡＳＥと称する）によって不可避的に発生
する。そのため、高感度受信特性を得るには、光ファイ
バ増幅器の出力側に狭帯域な光バンドパスフィルタを設
けて、信号光波長帯以外の不要なＡＳＥ雑音光を取り除
く必要がある。

【０００４】ここで、光プリアンプ受信方式を採用した
従来の光受信盤の基本構成例を図１４に示す。この図に
おいて、符号１は光受信盤，符号１１は光増幅器，符号
１２は光バンドパスフィルタ，符号１３はフォトダイオ
ード，符号１４は等化増幅回路，符号１５は識別回路，
符号１６はタイミング抽出回路である。この光受信盤１
では、光増幅器１１の入力光ファイバポートから信号光
を入射させて増幅し（通常、増幅率は３０ｄＢ以上）、
透過中心波長が信号光の波長λ₀ にほぼ一致した光バン
ドパスフィルタ１２によって、光増幅器１１で発生した
ＡＳＥ雑音の信号波長帯以外の成分を除去し、フォトダ
イオード１３で光電変換する。そして、得られた電気信
号を等化増幅回路１４によって増幅した後に、タイミン
グ抽出回路１６が等化増幅回路１４の出力から取り出し
たタイミング信号に従い、識別回路１５が等化増幅回路
１４から出力された増幅信号を波形整形して情報電気信
号を再生している。

【０００５】一方、最近になって、光ファイバ通信の大
容量化を目指し、波長が異なる複数の信号光を波長多重
して一本の光ファイバで同時に伝送させ、受信側で波長
分離して各信号光を再生して取り出すようにした波長多
重光伝送方式に関する研究開発や技術検討が行われてい
る。こうした波長多重光伝送方式における光受信部の構
成例を図１５に示す。同図に示した例では２波長多重の
場合の受信部の構成を示してある。この図において、符
号２１は光ファイバ増幅器，符号２２は光分岐器，符号
２３は透過中心波長λ₁の光バンドパスフィルタ，符号
２４は透過中心波長λ₂の光バンドパスフィルタであ
る。なお、図１４と同種のその他の構成要素については
同一の符号を付してあり、ここではその説明を省略す
る。

【０００６】同図において、波長λ₁と波長λ₂の２波
長多重入力信号光は、光ファイバ増幅器２１で増幅さ
れ、光分岐器２２によってその光パワーがほぼ等分に２
分岐されて、それぞれ光受信盤２，光受信盤３に入力さ
れる。光受信盤２では、光バンドパスフィルタ２３によ
り波長λ₁の信号光が抽出され、フォトダイオード１３
によって光電変換された後、上記と同様にして情報電気
信号Ａが再生されて出力される。同様に、光受信盤３で
は、光バンドパスフィルタ２４により波長λ₂の光信号
が抽出され、フォトダイオード１３によって光電変換さ
れた後、情報電気信号２が再生されて出力される。

【０００７】この光受信部の構成では、光ファイバ増幅
器２１の増幅利得が高く、また、光バンドパスフィルタ
２３，２４による他波長信号の波長分離度とＡＳＥ雑音
の除去が十分であれば、光分岐や波長多重等に伴う信号
対雑音比の劣化はほとんど現れずに、図１４に示した単
一波長の場合と同じく高受信感度が期待できる。なお、
波長多重数が大きくなった場合にも、一般には、光分岐
器の分岐数を大きくすると共に光受信盤の数を増やす方
法が取られるから、基本的には図１５と同種の構成が取
られることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、光ファ
イバ増幅器を用いた従来の光受信盤では、光バンドパス
フィルタによってＡＳＥ雑音を帯域制限すると共に、他
波長の信号光との分離を行っている。そして、所定の信
号光以外の不要なＡＳＥ雑音や波長成分を抑えて高い受
信感度特性を実現している。

【０００９】ところで、光プリアンプ受信盤に通過帯域
幅がより狭い光バンドパスフィルタを用いると、フォト
ダイオード１３に受光されるＡＳＥ雑音が減少するの
で、より高い受信感度を実現することができる。しかし
ながら、この場合、受信信号光の波長が所定の値から変
化すると、光バンドパスフィルタを透過する信号光のパ
ワーが急激に減少して受信感度の劣化をもたらし、安定
的に高受信感度を維持できないという問題が生じてく
る。このため、光バンドパスフィルタの帯域幅は、信号
光源である半導体レーザ発振波長の安定性を考慮して、
通常は数ｎｍ以上に設定されることが多く、その結果、
理想的な受信感度が得られないという問題があった。さ
らに、半導体レーザの波長と光バンドパスフィルタの中
心波長を一致させる必要があるために、光源および光フ
ィルタを選別しなければならないという問題もあった。

【００１０】また、図１５に示した様な波長多重伝送用
光受信盤では、上述したように理想的な受信感度が得ら
れないという問題に加え、中心波長が異なる多種類の光
バンドパスフィルタを用いる必要があることから、装置
が高価になってしまうという欠点がある。また、光バン
ドパスフィルタの通過帯域が異なることから、個々の光
受信盤を共用できず、装置の保守用に受信可能波長が異
なる多数の光受信盤を準備しなければならない。したが
って、システムの運用・保守が煩雑になると共に、シス
テムコストが高くなってしまうという欠点となって現れ
ていた。

【００１１】さらには、各光受信盤によって受信できる
信号波長が決まっているため、例えば、光受信盤２での
受信信号波長ひいては受信情報信号を情報電気信号Ａか
ら情報電気信号Ｂに切り替える等する場合、物理的に他
の光受信盤に置き換える必要があり、システム切替など
において波長多重伝送システムの柔軟性が損なわれてし
まうという問題があった。

【００１２】以上の様な問題の解決策としては、中心波
長を変化させることができる光バンドパスフィルタ（波
長可変光フィルタ）を用いることが考えられ、こうした
光フィルタとしては現在の所、ファブリ・ペロ・エタロ
ン素子，音響光学素子，誘電体多層膜素子を用いるもの
が研究されている。しかしながら、ファブリ・ペロ・エ
タロン素子は、帯域幅，消光比，素子の挿入損失等の通
過特性が、エタロンを構成するキャビティの長さ，並行
度によって決まるのに対し、これらを長期的に安定に保
持することが困難であることから、その信頼性のレベル
からして、公衆通信に適用されるような信頼性が重要と
なる光ファイバ通信システムには適用できない。

【００１３】また、音響光学素子を用いた光フィルタ
は、音響光学素子の消光比が十分でないために波長多重
信号光からの波長分離特性が悪いという性能上の問題に
加えて、その中心波長を変化させるには印加周波数（１
００ＭＨｚ前後）を変えなければならないという駆動上
の難点がある。

【００１４】さらに、誘電体多層膜素子を用いた光フィ
ルタは、帯域幅，消光比等の特性は他の方式に比べて安
定して得られるものの、中心波長を変化させるために素
子を回転させると、場合によって、入力信号光の偏波に
より挿入損失が数ｄＢ以上変化してしまうという欠点が
あった。また、従来は誘電体多層膜素子の駆動はパルス
モーター等によって行われていたために、回転の応答速
度が遅く、フィードバック制御が難しいという問題もあ
った。さらには、光フィルタモジュール自体が大がかり
になり、その駆動回路もサイズ・消費電力が大きく、光
受信盤に搭載するには不向きであった。

【００１５】このように、何れの波長可変光フィルタも
一長一短があることから、従来の光受信盤では、波長可
変機構のない固定型光バンドパスフィルタが実用に供さ
れているのが現状である。本発明は上記の点に鑑みてな
されたものであり、その目的は、上記のような従来の光
受信盤の欠点を除去して、理想的な受信感度が実現でき
ると共に、任意の波長の信号光を自由に受信でき、しか
も長期信頼性に優れた光受信盤を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、信号光が入射する入力光
ポートと、前記信号光における所定帯域幅の波長成分だ
けを透過させる波長可変光フィルタと、前記波長可変光
フィルタの最大透過中心波長を制御する制御手段と、前
記波長可変光フィルタを透過した後の信号光を光電変換
して所定の情報信号を再生する光受信部とを具備し、前
記波長可変光フィルタは、単峰性の透過特性を有する光
フィルタ素子をマグネット可動部上に固定すると共に、
前記マグネット可動部を電気的手段により空間的に回転
させて前記光フィルタ素子の透過中心波長を変化させる
ことを特徴としている。

【００１７】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記入力光ポートと前記波長可変光
フィルタとの間に、前記信号光を光増幅する光増幅器を
介挿したことを特徴としている。また、請求項３記載の
発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記信号
光は、互いに波長の異なる複数の光が含まれた波長多重
信号光であって、前記制御手段は、前記波長多重光のう
ちの所定の一波長の光について前記波長可変光フィルタ
の透過率が最大となるように、前記波長可変光フィルタ
を制御することを特徴としている。

【００１８】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至３の何れかの項記載の発明において、前記制御手段
は、前記波長可変光フィルタの透過中心波長を掃引する
ための所定の掃引信号を用いて前記波長可変光フィルタ
を制御し、前記掃引信号には、前記波長可変光フィルタ
のトラッキング制御のための直流成分と、前記トラッキ
ング制御における誤差信号検出のための交流成分が重畳
されていることを特徴としている。また、請求項５記載
の発明は、請求項４記載の発明において、前記波長可変
光フィルタへ印加される電気信号に対する回転角の周波
数応答特性のカットオフ周波数をｆ_cとし、前記交流成
分の周波数をｆ_mとしたときに、前記交流成分がｆ_m≧
ｆ_c の条件を満足することを特徴としている。

【００１９】また、請求項６記載の発明は、請求項４又
は５記載の発明において、前記波長可変光フィルタの透
過出力の一部を光分岐する光分岐手段と、前記光分岐手
段からの透過光出力レベルをモニターする光検出器とを
具備し、前記制御手段は、前記光検出器の検出出力に含
まれる前記交流成分が最小となるように、前記掃引信号
に含まれる直流成分を変化させることを特徴としてい
る。また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至６の何
れかの項記載の発明において、前記光フィルタ素子の回
転軸が重力による加重方向に対して平行となるように、
前記波長可変光フィルタを所定装置内に実装したことを
特徴としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の各
実施形態について説明する〔第１実施形態〕図１は、本実施形態による光受信盤の
構成を示すブロック図である。同図において、光受信盤
４は以下の各部から構成される。まず、光ファイバ増幅
器３１は、光受信盤４に設けられた入力光ポート３０に
入射する信号光を光増幅するもので、後述する信号レベ
ル検出回路３９の出力信号に応じてその増幅率が可変さ
れる。

【００２１】電動波長可変光フィルタ３２は、所定の帯
域幅の波長成分のみを透過させる電動光バンドパスフィ
ルタである。この電動波長可変光フィルタ３２は、マグ
ネット可動部上に光フィルタ膜素子を固定し、このマグ
ネット可動部の周囲に配置した複数のコイルに流す電流
を制御して、信号光の光軸に対して回転させて、その透
過中心波長を変化させるものである。なお、その構造の
詳細については、図４及び図５を参照して後述する。

【００２２】光分岐素子３３は、電動波長可変光フィル
タ３２の透過光出力の一部を分岐させる。光検出器３４
は、このフィルタ透過光出力レベルをモニターする。フ
ォトダイオード３５は、光分岐素子３３で分岐された信
号光を光電変換して所定の情報信号を再生する。また、
等化増幅回路３６，識別回路３７，タイミング抽出回路
３８は、それぞれ図１４に示した等化増幅回路１４，識
別回路１５，タイミング抽出回路１６と略同様の構成で
あり、ここではその説明を省略する。信号レベル検出回
路３９は、フォトダイオード３５及び等化増幅回路３６
を介して得られる光電変換後の信号の有無を検知して、
検知結果を光ファイバ増幅器３１及び制御回路４０へ送
出する。制御回路４０は、フィルタ透過光出力レベルと
光電変換後の信号の検知結果に基づいて、電動波長可変
光フィルタ３２の最大透過中心波長を制御する。

【００２３】次に、光ファイバ増幅器３１の出力は、通
常、図２のような光スペクトル成分を有している。同図
において、符号４１が入力信号光が増幅された増幅信号
光，符号４２はＡＳＥであって信号光に対しては雑音と
なる。このＡＳＥ雑音は、信号光およびそれ自身での光
干渉により、光電変換後において高周波白色雑音とな
る。そこで、帯域幅△λの電動波長可変光フィルタ３２
に信号光を通すことによって、フォトダイオード３５で
光電変換する前にこれを除去するのが有効である。な
お、このフィルタの通過帯域幅△λは、ＡＳＥスペクト
ルに比べて十分に狭く、なお且つ、信号光のスペクトル
幅と比較して十分広い値を持つように設定するのが好ま
しい。

【００２４】次いで、図３に電動波長可変光フィルタ３
２の好適な透過特性の一例を示す。図示したように、電
動波長可変光フィルタ３２の透過特性の形状は単峰性で
あって、透過中心波長λ₀付近のごく狭い波長範囲の光
のみを透過させる。そして、透過中心波長λ₀を入力信
号光の波長に一致させることで、電動波長可変光フィル
タ３２の出力光中のＡＳＥのほとんどがカットされる。
したがって、この出力光をフォトダイオード３５で光電
変換した際の雑音が減少して、より高い受信感度が得ら
れることになる。

【００２５】一方、これよりも電動波長可変光フィルタ
３２の通過帯域幅を狭くし過ぎると、信号光自身のスペ
クトル成分をカットすることになり、結果として符号間
干渉が発生することで受信感度が低下し始める。理論的
には、電動波長可変光フィルタ３２の最小幅は、信号光
のビットレート（変調速度）の２倍程度である。例え
ば、信号光が２．５Ｇｂ／ｓ（ギガビット／秒）で変調
されている場合は、５ＧＨｚ（約０．０４ｎｍ）程度に
設定するのが最も好ましい。

【００２６】次に、電動波長可変光フィルタ３２の構造
の詳細を図４の模式図を参照して説明する。同図におい
て、符号５１，５２はそれぞれ入力光ファイバ端子，出
力光ファイバ端子、符号５３１，５３２は光結合用レン
ズ系、符号５４１，５４２は偏波分離素子と波長板とか
らなる偏波分離合成素子、符号５５はマグネット可動部
とコイルを用いた回転アクチュエータ、符号５６は光フ
ィルタ膜素子、符号５６１〜５６３は電極である。

【００２７】そして、入力光ファイバ端子５１に入射し
た入力光は、光結合用レンズ系５３１によってコリメー
トされた後、偏波分離合成素子５４１によって単一偏波
に変換され、光フィルタ膜素子５６を通過することで、
光の通過角度から決まる帯域外の光波が除去される。次
いで、この光は偏波分離合成素子５４２によって空間的
に合成された後、光結合用レンズ系５３２によって出力
光ファイバ端子５２に結合され、出力光として出力され
る。なお、このように偏波変換を行うのは、入力光の偏
波状態に依存して光フィルタ膜の透過率や透過幅が変わ
るのを回避するためである。

【００２８】次に、図５は、図４に示した回転アクチュ
エータ５５の詳細な構造を表わした図であって、同図
（ａ）は断面図，同図（ｂ）は側面図である。これらの
図において、符号６１〜６３はコイル，符号６１１，６
１２，６２１，６２２，６３１，６３２は電極対，符号
６４はマグネット回転部，符号６４１は空洞マグネッ
ト，符号６４２は支持台，符号６５はボールベアリング
ユニット，符号６６はきょう体である。

【００２９】回転アクチュエータ５５においては、きょ
う体６６の側面に３個のコイル６１，６２，６３が等分
に固定されており、これら各コイルに対応した電極対６
１１〜６１２，電極対６２１〜６２２，電極対６３１〜
６３２のそれぞれの間に独立に電流を流すことができ
る。また、マグネット回転部６４は、空洞マグネット６
４１と支持台６４２から構成されており、支持台６４２
の上に光フィルタ膜素子５６が固着されると共に、ボー
ルベアリングユニット６５，…，６５によってスムーズ
に回転できるように、きょう体６６と結合されている。
なお、空洞マグネット６４１は、予め回転軸と垂直方向
において磁化しており、同図に示したようにＳ極及びＮ
極が構成されている。

【００３０】次に、図６及び図７は、コイル６１〜６３
の結線図及びその動作を示す図である。図６において、
コイル６１とコイル６３は電気的には直列に接続されて
おり、コイル６２はこれらとは別に電圧を印加できるよ
うに結線されている。ここで、コイル６１とコイル６３
は、空洞マグネット６４１（図５（ｂ）を参照）に対し
て反対の磁極が発生する様に実装している。また、３つ
のリード端６１１，６２１，６２２（即ち、リード端６
３２）は、それぞれ図４の電極５６１，５６２，５６３
として外部に取り出されている。

【００３１】次に、回転アクチュエータ５５の動作原理
について説明する。まず、電極６２１に電圧Ｖ_Bとして
Ｖ_BO［Ｖ］を印加してコイル６２に所定の電流を流す
と、コイル６２がＮ極となり、マグネット回転部６４の
Ｓ極との引力によって図７（ａ）の状態になる。この状
態で、電極６１１に電圧Ｖ_CとしてＶ_CO［Ｖ］を印加し
てコイル６１及びコイル６３に電流を流すと、コイル６
１はＮ極となりコイル６３はＳ極となるので、コイル６
１とマグネット回転部６４には反発力が発生すると共
に、コイル６３とマグネット６４には引力が発生する。
これらの力がコイル６２とマグネット回転部６４の間の
引力に勝ると、マグネット回転部６４が右周り（時計方
向）に回転し、図７（ｂ）に示すように、３個のコイル
６１〜６３の磁力と釣り合った位置（図中の角度Δθ）
で停止する。以上のことから、電極６１１への印加電圧
Ｖ_Cを変えることによって、マグネット回転部６４の回
転角を制御可能なことがわかる。

【００３２】再び図１を参照すると、電動波長可変光フ
ィルタ３２の出力光は、その一部が光分岐器３３によっ
て分岐され、光検出器３４を介して制御回路４０に入力
される。制御回路４０では、光検出器３４によって検出
されたパワーが最大となるように、電動波長可変光フィ
ルタ３２に送出する制御信号を変化させて、信号光が常
に最大となるように（即ち、電動波長可変光フィルタ３
２の透過中心波長が入力される信号光の波長に一致する
ように）トラッキング制御する。

【００３３】次に、図８を参照して制御回路４０の具体
的な構成について詳細に説明する。同図において、バイ
アス回路８１は電動波長可変光フィルタ３２の透過中心
波長を変化させるための掃引電圧を発生する。この掃引
電圧は上記のトラッキング制御のための制御信号の直流
成分である。発振器８２は、電動波長可変光フィルタ３
２の中心波長を信号光の波長にロッキングさせるための
周波数ｆ_mの微小変調を与える。この発振器８２の出力
は上記のトラッキング制御におけるトラッキング誤差信
号を検出するための制御信号の交流成分である。加算器
８３は、バイアス回路８１，発振器８２，及び後述する
増幅器８７の３つの出力を加算して増幅器８４へ送出す
る。これにより、トラッキング制御のための制御信号の
直流成分と交流成分とが重畳されて出力されることにな
る。

【００３４】増幅器８４は、加算器８３の出力を増幅し
て、電動波長可変光フィルタ３２へ送出する。バンドパ
スフィルタ８５は、光検出器３４の出力から周波数ｆ_m
の成分を抽出して同期検波回路８６へ送出する。この同
期検波回路８６は、発振器８２の周波数ｆ_mに同期して
動作し、バンドパスフィルタ８５の出力を検波する。増
幅器８７は、同期検波回路８６の出力を増幅して前述し
た加算器８３へ送出する。

【００３５】制御回路４０は、光受信盤の立ち上げ時に
おいて、最初にバイアス回路８１の出力を掃引すること
によって電動波長可変光フィルタ３２の透過中心波長を
変化させる。信号光の波長が電動波長可変光フィルタ３
２の通過帯域幅内に入ると、その出力光パワーが増加し
て、図１の信号レベル検出回路３９に所定の電気信号が
出力される。バイアス回路８１は、この電気信号のレベ
ルが閾値を越えていると、その時点における出力掃引電
圧を保持したままで、掃引動作を停止する。ここで、本
実施形態に係る磁界を用いた光フィルタでは、残留磁場
などの影響によって、中心波長対掃引電圧特性にヒス
テリシス特性を生じる場合がある。そのため、掃引電圧
は、時間とともに電圧が単調に増加するノコギリ波形状
の電圧として、一方向に掃引する方式を採用した。

【００３６】一方、図８において、光検出器３４の出力
からはバンドパスフィルタ８５によって周波数ｆ_mの成
分が抽出され、これが同期検波回路８６に入力される。
同期検波回路８６は、この出力と発振器８２の出力の位
相を比較して、位相量に応じた出力電圧を発生する。こ
の同期検波出力は増幅器８７で増幅された後に、バイア
ス回路８１の出力掃引電圧と発振器８２の出力と共に加
算器８３で加算され、増幅器８４により増幅された後
に、電動波長可変光フィルタ３２へ印加される。

【００３７】ここで、図９に示すごとく、電動波長可変
光フィルタ３２は単峰性なので、信号光の波長がフィル
タ透過プロファイルの中心より左側に存在する場合、電
動波長可変光フィルタ３２の透過光には発振器８２と同
じ周波数ｆ_mの成分が含まれている。一方、図１０のよ
うに、信号光の波長がフィルタ透過プロファイルの中心
より右側に存在する場合にも、電動波長可変光フィルタ
３２の透過光には発振器８２と同じ周波数ｆ_mの成分が
含まれる。ここで、図９の場合と比べると、この場合に
は位相が反転している。他方、図１１のように、信号光
の波長がフィルタ透過プロファイルの透過中心波長と一
致する場合は、電動波長可変光フィルタ３２の透過光に
は変調信号の２倍の周波数成分が含まれるようになり、
周波数ｆ _mの成分は最小となる。

【００３８】本発明では、この周波数ｆ_mの成分の特徴
を利用して、加算器８３と同期検波回路８６を通じて、
周波数ｆ_mの成分が最小となるようにフィードバック制
御している。その結果、電動波長可変光フィルタ３２の
中心波長が常に信号光の波長に追尾するようになる。

【００３９】再度、図１を参照すると、電動波長可変光
フィルタ３２を通過することでＡＳＥ雑音を除去された
増幅信号光は、光分岐素子３３を介し、フォトダイオー
ド３５により光電気変換されたのち、等化増幅回路３６
により増幅される。次いで、識別回路３７によってリタ
イミング・波形整形されて情報電気信号として出力され
る。

【００４０】次に、光受信盤の好適な実装形式について
説明する。図４等に示したように、本発明に係る光受信
盤は、光フィルタ膜素子５６を回転アクチュエータ５５
によって回転させる電動波長可変光フィルタ３２を用い
ている。そのため、回転アクチュエータ５５（図５を参
照）の回転軸方向と重力方向が直交していると、その重
力によってボールベアリング６５との摩擦係数が変化す
ることなどが予想される。そこで、図１２に示すごと
く、回転アクチュエータ５５の回転軸が重力による加重
方向に平行となるように、光受信盤３００を光送受信装
置９０へ実装する。こうすることで、経年的な加重の影
響が回転動作に対して均等化されて最小限にできるの
で、より好ましいと考えられる。

【００４１】〔第２実施形態〕次に、本実施形態による
光受信盤について図面を参照して詳細に説明する。図１
３は、波長の異なる４種類の信号光が多重化された４波
波長多重信号光を入力信号光とした場合における光受信
盤の構成を示したブロック図である。同図において、光
受信盤１２１，１２２，１２３，１２４は、何れも基本
的に図１に開示された回路と同種のものであって、その
内部の詳細は図示を省略してある。また、光ファイバ増
幅器１２５はＥｒ添加光ファイバ増幅器である。さら
に、光分岐器１２６，１２７，１２８は、何れも分岐比
が３ｄＢの融着型光ファイバカップラから構成されてい
る。

【００４２】同図に示す装置では、４波波長多重信号光
が光ファイバ増幅器１２５によって一括光増幅された後
に、光分岐器１２６，１２７，１２８によってほぼ４等
分され、それぞれの光が光受信盤１２１，１２２，１２
３，１２４に入力される。そして、各光受信盤では、電
動波長可変光フィルタ３２（図１参照）に与えるバイア
ス電圧を掃引して、所定の情報電気信号が得られた場合
に掃引を停止して中心波長の制御に入る。一方、所定の
情報電機信号が得られない場合は、切替信号によって光
受信盤を切り替え、新たに電動波長可変光フィルタ３２
の掃引を始める。そして、所定の情報電気信号が再生さ
れるまで、同一の処理が繰り返される。

【００４３】なお、本実施形態では、各波長の信号光に
は各信号光に対応する識別符号がコーディングされてい
る。そして、上述した光受信盤の切替処理はこれら識別
符号の一致，不一致の判別結果に基づいて行われるよう
になっている。また、本実施形態では、光受信盤１２
１，１２２，１２３，１２４の構成は同じであるため、
これら受信盤を入れ替えて使用できる。したがって、本
実施形態の光受信盤を適用した光送受信装置では、１種
類の光受信盤を装置保守用に装備しておけるという利点
がある。

【００４４】

【実施例】以下、本発明による光受信盤の実施例につい
て詳細に説明する。本実施例では、波長１５５８ｎｍ，
ビットレート１０Ｇｂ／ｓの信号光を光ファイバ増幅器
３１（図１を参照）に入射させている。そして、図１２
に示すように電動波長可変光フィルタ３２を搭載した光
受信盤３００を用いて、信号光を受信して情報電気信号
を再生している。

【００４５】図１において、光ファイバ増幅器３１は、
雑音指数＝５ｄＢ、最大光利得＝４０ｄＢのＥｒ添加光
ファイバ増幅器で構成している。電動波長可変光フィル
タ３２は、光フィルタ素子として半値幅０．２ｎｍの誘
電体多層膜フィルタを用い、マグネット可動部にパーマ
アロイを使用したものであり、その波長可変範囲は１５
３０ｎｍ〜１５７０ｎｍ，フィルタ損失１．９ｄＢ，偏
波依存性損失０．１ｄＢ以下である。また、全体のケー
スサイズは、８ｍｍ×４０ｍｍ×５０ｍｍである。

【００４６】また、光分岐素子３３はファイバ融着型光
カプラであって、分岐比は１０：１に設定されている。
フォトダイオード３５はＩｎＧａＡｓ−ＰＩＮフォトダ
イオードを用いている。また、等化増幅回路３６は、帯
域８ＧＨｚ，ダイナミックレンジ２５ｄＢのＧａＡｓ電
界効果型トランジスタ型ＡＧＣ（Automatic Gain Contr
ol）増幅器で構成している。さらに、タイミング抽出回
路３８には誘電体フィルタを用いている。

【００４７】そして、本実施例では、信号レベル検出回
路３９により、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器の励起光源で
ある１．４８μｍ半導体レーザの電流を変化させ、フォ
トダイオード３５での信号光の受光パワーが−６ｄＢｍ
となるように制御している。また、図５に示したコイル
６１，６２，６３の抵抗値は何れも１１０Ωとしてあ
り、可変動作時の消費電流は２０〜４０ｍＡ程度であっ
た。

【００４８】さらに、電動波長可変光フィルタ３２の周
波数応答特性のカットオフ周波数（３ｄＢ帯域）は６５
０Ｈｚであって、図８に示した発振器８２の変調周波数
を１ｋＨｚとした。このように発振器８２の変調周波数
をカットオフ周波数よりも高く設定することで、制御回
路４０の応答速度を一層速くすることができ、１００ｍ
ｓ程度で信号光に追従させることができた。また、本実
施例では、帯域幅０．２ｎｍの狭帯域光フィルタを用い
ているので、１０Ｇｂ／ｓの信号光を受信した時の受信
感度は−３９ｄＢｍが得られ、非常に高感度な受信特性
となった。

【００４９】また、本発明の有効性を確認するために、
１０Ｇｂ／ｓの信号光の光源となる半導体レーザの温度
制御をオフにしてフリーラン状態とし、受信特性の時間
依存性を測定してみたところ、常に安定的に−３９ｄＢ
ｍの受信特性を維持できることが確認された。また、従
来との比較の意味で、帯域幅３ｎｍの光フィルタを用い
たところ、受信感度が−３２ｄＢｍとなって本実施例よ
りも７ｄＢの劣化が見られた。さらに、帯域幅０．５ｎ
ｍの光フィルタを用いた場合には、最良のケースでは受
信感度が−３７ｄＢｍまで改善したものの、上記のよう
に半導体レーザをフリーラン状態とした場合は本実施例
より５ｄＢｍ以上の劣化が観測された。

【００５０】〔変形例〕ところで、本発明による光受信
盤については、上述した形態に限られるものでないこと
は勿論である。まず、上記実施例では、電動波長可変光
フィルタ３２の光フィルタ素子として誘電体多層膜フィ
ルタを用いたが、金属イオンや希土類イオンを添加した
ガラスフィルタや液晶などを用いても良く、その種類は
限定されない。また、可動部にパーマアロイマグネット
を用いたが、純鉄などの他の材料でも良く、コイルでも
代用可能である。また、回転アクチェエータ５５のきょ
う体６６にマウントするコイルの数は３個としたが、２
個以上のコイルを設ければ回転は可能であって、実際の
ところコイルの数は制限されない。

【００５１】一方、上記各実施形態では、コイル６１，
コイル６３（図６参照）を直列に接続して使用する例を
示したが、それぞれのコイルを独立に駆動するといった
変形も当然に考えられるのであって、コイルの駆動方法
は上記各実施形態のものに限定されない。また、光受信
盤の立ち上げ時における掃引信号は単調増加のノコギリ
波形状としたが、単調減少であっても良く、また、その
波形も任意のもので良い。さらに、制御回路４０には、
ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）などのコンピュ
ータ制御を適用することもできる。

【００５２】また、光増幅器としては、Ｅｒ添加光ファ
イバ増幅器を用いる例を示したが、半導体レーザ増幅
器，Ｐｒ（プラセオジウム）等の他の材料を添加した光
ファイバ増幅器，固体レーザ増幅器など如何なるもので
あっても良い。また、信号光の波長多重数が多くなり、
光分岐器（図１３参照）の損失補償が必要になった場合
は、光分岐器の後に光ファイバ増幅器を装備する構成も
可能であり、しかも、設置位置や数などについても基本
的に制限は無い。

【００５３】また、光電変換部としては、ＩｎＧａＡｓ
−ＰＩＮフォトダイオード，ＧａＡｓ電界効果トランジ
スタ型増幅器を用いた例を示したが、それぞれ、アバラ
ンシェフォトダイオード，Ｓｉ（シリコン）バイポーラ
トランジスタなどを適用することも可能であって、機能
・性能を有する限り如何なるものでも良いことは言うま
でもない。

【００５４】なお、請求項の記載に関連して、本発明は
さらに以下の態様を取り得る。（１）請求項１乃至７の何れかの項記載の発明におい
て、波長可変光フィルタの信号光の通過帯域幅を、ＡＳ
Ｅのスペクトルに比べて十分狭くすると共に信号光のス
ペクトル幅に比較して十分広い値に設定する。（２）請求項１乃至７の何れかの項記載の発明におい
て、波長可変光フィルタの最小通過帯域幅を信号光の変
調速度の略２倍に設定する。

【００５５】（３）請求項１乃至７の何れかの項記載の
発明において、波長可変光フィルタが、該波長可変光フ
ィルタへの入力光を単一偏波に変換する偏波変換手段を
具備している。（４）請求項３記載の発明において、波長多重光に含ま
れる複数の光には、それぞれの光に対応した識別符号が
コーディングされている。（５）請求項４乃至６の何れかの項記載の発明におい
て、制御手段は、時間と共に電圧が単調に変化するよう
に、掃引電圧を一方向に掃引させる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１又は２記
載の発明によれば、単峰性の透過特性を有する光フィル
タ素子を微小なマグネット可動部上に固定し、このマグ
ネット可動部を電気的手段により空間的に回転させて、
光フィルタ素子の透過中心波長を変化させている。これ
により、光フィルタ素子の通過帯域幅を狭くした場合で
あっても、波長可変光フィルタの透過中心波長を信号光
の波長変化に追従させることができると共に、波長可変
光フィルタを透過する信号光パワーを所定の値に保つこ
とができるため、入力される信号光の波長に依存せずに
光フィルタ幅を狭くでき、常に高い受信感度を実現でき
るという効果が得られる。

【００５７】また、マグネット可動部を回転させること
で透過中心波長を変化させているので、光フィルタモジ
ュールのサイズを小さくすることができるという効果が
得られる上に、従来に比べて応答速度を速くできること
から、波長可変光フィルタのトラッキング制御が容易に
なるという効果も得られる。さらに、光フィルタモジュ
ールの駆動電力も小さくなって、光ファイバ通信用の光
受信盤に容易に搭載可能になるという効果も得られる。

【００５８】また、請求項３記載の発明によれば、波長
多重信号光が入力された場合に、所定の一波長の光の透
過率が最大となるように波長可変光フィルタを制御する
ので、受信波長を任意に設定或いは選択することがで
き、一種類の光受信盤だけを用いて波長多重信号光に含
まれる各波長の信号光を受信できるという効果が得られ
る。その結果、保守用の受信盤を共用できるようにな
り、光受信盤を１個だけ装備すれば良くなり、光受信盤
を用いた波長多重光伝送装置や各種のシステムのコスト
を低減できるとともに、システムの運用・保守が非常に
簡便になるという効果も得られる。

【００５９】また、請求項４記載の発明によれば、制御
手段が、透過中心波長を掃引するための掃引信号を用い
て波長可変光フィルタを制御するようにしたので、光受
信盤を用いた光受信装置の立ち上げ時点で波長可変光フ
ィルタを掃引することによって、所定波長の信号光を容
易に検出して、波長可変光フィルタのトラッキング制御
ができるという効果が得られる。また、請求項５記載の
発明によれば、交流成分の周波数が、波長可変光フィル
タの周波数応答特性のカットオフ周波数以上となるよう
な条件を満足するようにしたので、波長可変光フィルタ
のトラッキングの制御速度を速くでき、したがって、光
受信盤をより高速に立ち上げることが可能になるという
効果が得られる。

【００６０】また、請求項６記載の発明によれば、波長
可変光フィルタの透過出力の一部を光分岐した後に光検
出器によって検出し、この検出出力に含まれる交流成分
が最小となるように波長可変光フィルタを制御している
ので、所定波長の信号光に対して波長可変光フィルタか
らの出力が最大となるように制御でき、上記の制御によ
る受信感度劣化が殆ど生じないようにできるという効果
が得られる。また、請求項７記載の発明によれば、光フ
ィルタ素子の回転軸が重力による加重方向に対して平行
となるに実装したので、経年的な加重の影響を均等化し
て最小限にできるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による光受信盤の構成を
示すブロック図である。

【図２】同光受信盤における光ファイバ増幅器３１の出
力光のスペクトルを示す図である。

【図３】同光受信盤における電動波長可変光フィルタ３
２の透過特性を示す図である。

【図４】同電動波長可変光フィルタ３２の分解図であ
る。

【図５】同電動波長可変光フィルタ３２における回転ア
クチュエータ５５の構造を示す図であって、（ａ）は断
面図，（ｂ）は側面図である。

【図６】同電動波長可変光フィルタ３２におけるコイル
６１〜６３の結線図である。

【図７】同電動波長可変光フィルタ３２における回転ア
クチュエータ５５の動作を示す図であって、（ａ）は電
圧Ｖ_cを印加しない場合の図，（ｂ）は電圧Ｖ_cを印加
した場合の図である。

【図８】同光受信盤における制御回路４０の構成を示す
ブロック図である。

【図９】同電動波長可変光フィルタ３２の制御原理を説
明する第１の図である。

【図１０】同電動波長可変光フィルタ３２の制御原理を
説明する第２の図である。

【図１１】同電動波長可変光フィルタ３２の制御原理を
説明する第３の図である。

【図１２】同光受信盤の好適な実装形態を示す模式図で
ある。

【図１３】本発明の第２実施形態による光受信盤の構成
を示すブロック図である。

【図１４】第１の従来例による光受信盤の構成を示すブ
ロック図である。

【図１５】第２の従来例による光受信盤の構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１，２，３，４，１２１，１２２，１２３，１２４…光
受信盤、１１…光増幅器、１２…光バンドパスフィル
タ、１３，３５…フォトダイオード、１４，３６…等化
増幅回路、１５，３７…識別回路、１６，３８…タイミ
ング抽出回路、２１，１２５…光ファイバ増幅器、２
２，１２６，１２７，１２８…光分岐器、２３，２４…
光バンドパスフィルタ、３００…光受信盤、３０…入力
光ポート、３１…光ファイバ増幅器、３２…電動波長可
変光フィルタ、３３…光分岐素子、３４…光検出器、３
９…信号レベル検出回路、４０…制御回路、４１…増幅
信号光、４２…ＡＳＥ、４４…光フィルタの透過曲線、
５１…入力光ファイバ端子、５２…出力光ファイバ端
子、５３１，５３２…光結合用レンズ系、５４１，５４
２…偏波分離合成素子、５５…回転アクチュエータ、５
６…光フィルタ膜素子、５６１，５６２，５６３…電
極、６１，６２，６３…コイル、６１１，６１２，６２
１，６２２，６３１，６３２…電極対、６４…マグネッ
ト回転部、６４１…空洞マグネット、６４２…支持台、
６５…ボールベアリングユニット、６６…きょう体、８
１…バイアス回路、８２…発振器、８３…加算器、８
４，８７…増幅器、８５…バンドパスフィルタ、８６…
同期検波回路、９０…光送受信装置、Δλ…フィルタの
通過帯域幅、λ₀…光フィルタの透過中心波長

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小栗均千葉県船橋市豊富町585番地住友大阪セメント株式会社光電子事業部内 (72)発明者仲村隆千葉県船橋市豊富町585番地住友大阪セメント株式会社光電子事業部内審査官和田志郎 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04B 10/02 H04B 10/06 H04B 10/158 G02B 26/00 G02B 5/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】信号光が入射する入力光ポートと、前記信号光における所定帯域幅の波長成分だけを透過さ
せる波長可変光フィルタと、前記波長可変光フィルタの最大透過中心波長を制御する
制御手段と、前記波長可変光フィルタを透過した後の信号光を光電変
換して所定の情報信号を再生する光受信部とを具備し、前記波長可変光フィルタは、単峰性の透過特性を有する
光フィルタ素子をマグネット可動部上に固定すると共
に、前記マグネット可動部を電気的手段により空間的に
回転させて前記光フィルタ素子の透過中心波長を変化さ
せることを特徴とする光受信盤。
【請求項２】前記入力光ポートと前記波長可変光フィ
ルタとの間に、前記信号光を光増幅する光増幅器を介挿
したことを特徴とする請求項１記載の光受信盤。
【請求項３】前記信号光は、互いに波長の異なる複数
の光が含まれた波長多重信号光であって、前記制御手段は、前記波長多重光のうちの所定の一波長
の光について前記波長可変光フィルタの透過率が最大と
なるように、前記波長可変光フィルタを制御することを
特徴とする請求項１又は２記載の光受信盤。
【請求項４】前記制御手段は、前記波長可変光フィル
タの透過中心波長を掃引するための所定の掃引信号を用
いて前記波長可変光フィルタを制御し、前記掃引信号には、前記波長可変光フィルタのトラッキ
ング制御のための直流成分と、前記トラッキング制御に
おける誤差信号検出のための交流成分が重畳されている
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかの項記載の光
受信盤。
【請求項５】前記波長可変光フィルタへ印加される電
気信号に対する回転角の周波数応答特性のカットオフ周
波数をｆ_cとし、前記交流成分の周波数をｆ _mとしたと
きに、前記交流成分がｆ_m≧ｆ_c の条件を満足するこ
とを特徴とする請求項４記載の光受信盤。
【請求項６】前記波長可変光フィルタの透過出力の一
部を光分岐する光分岐手段と、前記光分岐手段からの透過光出力レベルをモニターする
光検出器とを具備し、前記制御手段は、前記光検出器の検出出力に含まれる前
記交流成分が最小となるように、前記掃引信号に含まれ
る直流成分を変化させることを特徴とする請求項４又は
５記載の光受信盤。
【請求項７】前記光フィルタ素子の回転軸が重力によ
る加重方向に対して平行となるように、前記波長可変光
フィルタを所定装置内に実装したことを特徴とする請求
項１乃至６の何れかの項記載の光受信盤。