JP4789847B2 - 光受信器およびそれに用いる光干渉計の動作点安定化方法 - Google Patents

Description

本発明は位相変調された光信号の受信に関する。特に、光位相変調信号を光強度変調信号に変換する光干渉計の動作点の安定化に関する。

高速の光信号を波長多重するための伝送符号として、ＤＰＳＫ（差動位相変調）、ＤＱＰＳＫ（差動４値位相変調）、Ｄ８ＰＳＫ（差動８値位相変調）などの符号が注目されている。また、高感度化の観点から、位相変調した光信号に更にパルス状の強度変調を施すＲＺ−ＤＰＳＫ（Return-to-Zero DPSK）が提案され、その強度変調の方法として、従来のＲＺ変調の他に、隣接パルス間で位相がπだけ変動するＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ（Carrier
Suppressed Return-to-Zero DPSK）といった新しい変調符号も提案されている。

このような伝送符号を受光するためには、分岐した光路間で伝播遅延時間差を生じさせて干渉させるマッハツェンダ型、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）あるいはリング型などの光干渉計と、この光干渉計の別々のポートに出力される互いに逆論理の二つの光信号を受光してその差を出力するバランス型受光器が用いられる。

図４に、光位相変調信号を受信するための基本的な構成例として、マッハツェンダ型光干渉計（ＭＺＩ）１１とバランス型受光器１２とを用いた光受信器を示す（特許文献１参照）。ＭＺＩ１１には、その二つの光路の伝播遅延時間に、１シンボル分の差が設定される。このＭＺＩ１１にＤＰＳＫ信号光を通過させると、前後のシンボルの光位相（０かπ）の干渉によって強度変調信号に変換され、二つの出力ポートから「１」と「０」の信号として出力される。この二つの出力をバランス型受光器１２で受光する。逆論理の二つの強度変調信号を受光することで、理論上、直接検波を行う場合に比較して受信感度を３ｄＢ改善することができる。

図４にはまた、ＭＺＩ１１の透過特性を調整するための構成として、ＭＺＩ１１の二つの光路の少なくとも一方に設けられた位相差調整手段１３と、この位相差調整手段１３に駆動電流を供給するドライバ回路２３と、このドライバ回路２３の出力を調整するための微小変調信号発生回路２１、加算器２２、ピーク検出手段２４、帯域通過フィルタ２５、同期検波回路２６および制御回路２７からなる周波数同期ループとを備える。

図５はキャリア周波数とＭＺＩ透過特性との関係を説明する図である。キャリア周波数とＭＺＩ透過特性が最大もしくは最小となる周波数を一致させ、キャリア周波数の透過特性が一方の出力ポートに対して最大（コンストラクティブ）、他方の出力ポートが最小（ディストラクティブ）となるように設定することで、光位相変調信号の隣り合うビット間に位相反転がない場合には一方の出力ポートに「１」、他方の出力ポートに「０」が出力され、位相反転がある場合にはそれぞれの逆論理の値が出力される。

しかし、図５に示すようにＭＺＩ透過特性の最大もしくは最小となる周波数がキャリア周波数と一致していない場合には、本来、一方の出力ポート（図では「出力＃1」として示す）に出力されるべき光が他方の出力ポート（図では「出力＃２」として示す）に漏れ出し、また、逆に本来、他方の出力ポートに出力されるべき光が一方の出力ポートに漏れ込んでしまい、信号光強度の減少と符号間干渉が起きてしまう。

一般にＭＺＩは光導波路や光ファイバで構成されており、二つの光路に形成されたヒーター（位相差調整手段）を加熱することで、各光路を通過して合波点に到達する光の位相差を調整し、透過特性を光周波数軸上でシフトさせることができる。すなわち、位相差調整手段の加熱により、透過特性の最大または最小周波数をキャリア周波数に一致させることができる。

図４を参照して透過特性の調整について説明する。微小変調信号発生回路２１からの微小変調信号（ディザ信号）を加算器２２において制御電圧に重畳し、ドライバ回路２３を介して位相差調整手段１３に供給する。これによりＭＺＩ１１の透過特性に微小な変動が生じ、バランス型受光器１２から出力される強度変調信号に振幅の時間変動が生じる。この振幅の時間変動をピーク検出手段２４により検出し、帯域通過フィルタ２５を介して同期検波回路２６に入力する。同期検波回路２６では、微小変調信号発生回路２１からの微小変調信号に位相同期した成分を検波し、その出力を制御回路２７に出力する。制御回路２７は、同期検波出力に対応して、ＭＺＩ１１の透過特性を制御するための制御信号を出力する。

図６はキャリア周波数とＭＺＩ透過特性と同期検波出力との関係を示す。ＭＺＩ透過特性が最大もしくは最小となる周波数がキャリア周波数に一致している場合、受光出力には、微小変調信号の二倍の周波数の振幅変動成分が含まれるものの、微小変調信号と同じ周波数の成分は含まれず、同期検波出力は零となる。一方、ＭＺＩ透過特性がずれると、そのずれの方向により、受光出力に微小変調信号と同相または逆相の振幅変動成分が含まれるようになる。したがって、受光出力を微小変調信号で同期検波することで、ＭＺＩ透過特性の誤差が得られる。この誤差が解消されるようにＭＺＩの透過特性を調整する。すなわち、周波数の変動に対する同期検波出力が正から負になる点（透過特性が最大）、または負から正になる点（透過特性が最小）を動作点としてＭＺＩを設定する。

特許第３２１００６１号

しかし、光干渉計へ入力する光信号のパワーが小さい場合には、それだけ光干渉計の透過光に含まれる微小変調信号に同期した振幅変動も小さくなり、同期検波出力の零交差点における傾斜がなだらかとなって、光干渉計の動作点を正確に検出することが困難になる。

本発明は、このような課題を解決し、光強度が小さい場合でも光干渉計の動作点を正確に検出して安定化する方法、およびそのようにして動作点が安定化された光検出器を提供することを目的とする。

本発明の第一の観点によると、入力された光位相変調信号を光強度変調信号に変換する光干渉計と、この光干渉計の透過光を受光する受光器と、前記光干渉計の透過特性に微小変調を加える微小変調手段と、前記受光器から出力される強度変調信号の振幅変動成分を検出するピーク検出手段と、検出された振幅変動成分に含まれる前記微小変調に周波数同期した成分を検出する同期検波手段と、この同期検波手段の出力に従って前記光干渉計の透過特性を調整する制御手段とを備えた光受信器において、前記受光器への入力光パワーを測定する手段と、測定された入力光パワーに応じて前記ピーク検出手段の検出した振幅変動成分に対する利得を調整する手段とを備えたことを特徴とする光受信器が提供される。

前記光位相変調信号としてはＤＰＳＫ信号を用いることができる。また、ＤＱＰＳＫ信号や差動Ｍ値位相変調信号（Ｍは２以上の整数）などを用いることもできる。

前記利得を調整する手段は、利得を複数段階に段階的に切り替える構成でもよく、入力光パワーに対して反比例に利得を調整する構成でもよい。

本発明の第二の観点によると、入力された光位相変調信号を光強度変調信号に変換する光干渉計の透過特性に微小変調を加え、この光干渉計の透過光を受光して得られた強度変調信号の振幅変動成分を検出し、検出された振幅変動成分に含まれる前記微小変調に周波数同期した成分を同期検波し、その同期検波結果に従って前記光干渉計の透過特性を調整する光干渉計の動作点安定化方法において、受光した光のパワーを測定し、測定された光パワーに応じて、同期検波しようとする振幅変動成分に対する利得を調整することを特徴とする光干渉計の動作点安定化方法が提供される。

本発明によれば、入力光パワーが小さい場合でも、同期検波出力の零交差点における傾斜を急峻とし、光干渉計の動作点を正確に検出することができる。これにより、光干渉計の動作点を安定化し、光受信器を安定に動作させることができる。

図１は本発明の実施形態を示すブロック構成図である。この実施形態の光受信器は、入力された光位相変調信号を光強度変調信号に変換するＭＺＩ１１と、このＭＺＩ１１の透過光を受光するバランス型受光器１２と、ＭＺＩ１１の透過特性に微小変調を加える微小変調信号発生回路２１および加算器２２と、バランス型受光器１２から出力される強度変調信号の振幅変動成分を検出するピーク検出手段２４と、検出された振幅変動成分に含まれる微小変調信号発生回路２１の微小変調に周波数同期した成分を検出する帯域通過フィルタ２５および同期検波回路２６と、この同期検波回路２６の出力に従ってＭＺＩ１１の透過特性を調整する制御回路２７およびドライバ回路２３と備え、さらに、バランス型受光器１２への入力光パワーを測定する光パワー測定回路３１と、測定された入力光パワーに応じてピーク検出手段２４の検出した振幅変動成分に対する利得を調整するゲイン切替増幅回路３２とを備える。

光パワー測定回路３１としては、バランス型受光器１２に直列に接続された抵抗値が既知の抵抗器を用い、その抵抗器による電圧低下を測定することで入力光パワーを求める構成とすることができる。

ゲイン切替増幅回路３２は、利得を二段階、またはそれ以上で段階的に切り替える構成とすることができる。また、測定された入力光パワーに対して反比例に利得を調整する構成としてもよい。

入力される光位相変調信号としては、ＤＰＳＫ信号を用いる。

図２は具体的な実施例を示すブロック構成図である。この実施例では、帯域通過フィルタ２５、同期検波回路２６および制御回路２７がディジタル回路のコントロール部４４により構成され、また、バランス型受光器１２およびピーク検出手段２４が、主信号用の前置増幅器と共にひとつの光電気変換回路４１として構成される。ゲイン切替増幅回路３２の出力する重畳信号Ｐｄはアナログ・ディジタル変換器４２を介してコントロール部４４に供給され、光パワー測定回路３１の出力する光パワー（Ｐｉｎ）測定信号はアナログ・ディジタル変換器４３を介してコントロール部４４に供給される。

図３は光パワーＰｉｎに対するゲイン切替増幅回路３２の利得Ｇおよびその出力振幅Ｐｄ（ｐ−ｐ）の関係を示す。コントロール部４４は、アナログ・ディジタル変換器４３を介して入力される光パワーＰｉｎの値により、その利得を切り替える。これによりゲイン切替増幅回路３２の出力振幅Ｐｄ（ｐ−ｐ）が大きくなり、ＭＺＩ１１の動作点を正確に検出して安定に動作させることができる。

図３ではゲイン切替増幅回路３２の利得を二段階で切り替える例を示したが、三段階以上、もしくはリニアに利得を切り替える構成とすることもできる。

ＭＺＩを並列に用い、それぞれの透過特性を上述の実施形態で示したように調整することで、ＤＱＰＳＫ信号を受信する場合にも本発明を同様に実施できる。また、差動Ｍ値位相変調信号（Ｍは２以上の整数）に対しても、同様に本発明を実施することができる。ＭＺＩ以外の光干渉計を用いた場合でも本発明を同様に実施できる。

本発明実の実施形態を示すブロック構成図。 具体的な実施例を示すブロック構成図。 光パワーに対するゲイン切替増幅器の利得Ｇおよびその出力振幅Ｐｄ（ｐ−ｐ）を示す図。 光位相変調信号を受信するための基本的な構成例を示す図。 キャリア周波数とＭＺＩ透過特性との関係を説明する図。 キャリア周波数とＭＺＩ透過特性と同期検波出力との関係を示す図。

符号の説明

１１ ＭＺＩ
１２ バランス型受光器
１３ 位相差調整手段
２１ 微小変調信号発生回路
２２ 加算器
２３ ドライバ回路
２４ ピーク検出手段
２５ 帯域通過フィルタ
２６ 同期検波回路
２７ 制御回路
３１ 光パワー測定回路
３２ ゲイン切替増幅回路
４１ 光電気変換回路
４２、４３ アナログ・ディジタル変換器
４４ コントロール部

Claims (5)

1. 入力された光位相変調信号を光強度変調信号に変換する光干渉計（１１）と、
   この光干渉計の透過光を受光し前記光干渉計の別々のポートに出力される互いに逆論理の二つの光信号を受光して差を出力するバランス型受光器（１２）と、
   前記光干渉計の透過特性に微小変調を加える微小変調手段（２１、２２)と、
   前記受光器から出力される強度変調信号の振幅変動成分を検出するピーク検出手段（２４）と、
   検出された振幅変動成分に含まれる前記微小変調に周波数同期した成分を検出する同期検波手段（２６）と、
   この同期検波手段の出力に従って前記光干渉計の透過特性を調整する制御手段（２７、２３）と
   を備えた光受信器において、
   前記受光器への入力光パワーを測定する手段（３１）と、
   測定された入力光パワーに応じて前記ピーク検出手段の検出した振幅変動成分に対する利得を調整する手段（３２）と
   を備え、
   前記入力光パワーを測定する手段は、前記バランス型受光器に直列に接続された抵抗による電圧降下により入力光パワーを測定する
   ことを特徴とする光受信器。
2. 前記光位相変調信号は差動位相変調信号である請求項１記載の光受信器。
3. 前記利得を調整する手段は利得を複数段階に切り替える請求項１記載の光受信器。
4. 前記利得を調整する手段は前記測定された光パワーに対して反比例に利得を調整する請求項１記載の光受信器。
5. 入力された光位相変調信号を光強度変調信号に変換する光干渉計の透過特性に微小変調を加え、
   この光干渉計の透過光を前記光干渉計の別々のポートに出力される互いに逆論理の二つの光信号を受光して差を出力するバランス型受光器で受光して得られた強度変調信号の振幅変動成分を検出し、
   検出された振幅変動成分に含まれる前記微小変調に周波数同期した成分を同期検波し、
   その同期検波結果に従って前記光干渉計の透過特性を調整する
   光干渉計の動作点安定化方法において、
   受光した光のパワーを前記バランス型受光器に直列に接続された抵抗による電圧降下で測定し、
   測定された光パワーに応じて、同期検波しようとする振幅変動成分に対する利得を調整する
   ことを特徴とする光干渉計の動作点安定化方法。

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