JP4791334B2 - 光受信装置および光受信装置のバイアス電圧制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、アバランシェフォトダイオードを備える光受信装置に係り、特にアバランシェフォトダイオードの周辺温度に対応して、アバランシェフォトダイオードに適用される増倍率が予め設定した増倍率になるように、アバランシェフォトダイオードに印加されるバイアス電圧を制御する光増幅装置および光増幅装置のバイアス電圧制御方法に関する。

アバランシェフォトダイオード（以降、ＡＰＤと記載する場合がある。）を受光素子として備える光受信装置は光通信装置に多く用いられている。

この光受信装置を含んだ光送受信装置は、安定した装置の供給を目的として規定される標準仕様のＭＳＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｓｏｕｒｃｅ Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ）に準拠することが必要になってきた。ＭＳＡは製品のパッケージサイズ、ピン配置、インタフェース仕様などを、複数のベンダー間で共通化することによって、製品の安定した供給体制を確立するために制定された業界標準である。

光受信装置の受信する光信号の強度をモニタしたモニタ信号においても、このＭＳＡに規定されている。この光受信装置が運用に供している場合においても、このモニタ信号を用いて、この光受信装置が受信する光信号を常時監視したいとのユーザの要求がある。このユーザの要求を実現するためには、高いモニタ精度を実現することが必要となる。

ＡＰＤは受信する光信号の強度に応じた光信号電流を発生するため、カレントミラー回路を用いてＡＰＤに流れる光信号電流をモニタする光受信装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

ＡＰＤに流れる光信号電流は、受信する光信号の強度に対して常に線形に動作することが望ましい。この光信号の強度が大きい領域においては、光信号電流はこの強度に比例する。しかし、一般的な光受信装置は、この光信号の強度が小さい領域においては、信号対雑音比の最適化を図るため、増倍率が大きくなるようにＡＰＤに印加するバイアス電圧を制御している。そのため、この光信号の強度が小さい領域においては、光信号電流は光信号の強度に対して非線形となり、受信する光信号の強度を正確にモニタすることが困難になっている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、ＡＰＤが受信する光信号の強度とＡＰＤに流れる光信号電流のモニタの関係を、ＡＰＤの周辺温度変化に対応して、ほぼ線形の関係とする検討が成されており、解決策が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平１１−４０８４０号公報 特開２００２−２１７８３３号公報 特開２００４−２８９２０６号公報

以上記載したように、ＡＰＤを備える光受信装置においては、ＡＰＤが受信する入力光の強度とＡＰＤに流れる光電流（モニタ電流）の関係を、ほぼ線形の関係とする技術が開示されているが、温度変動による増倍率の変化に伴って光電流（モニタ電流）が非線形となる課題が存在している。

本発明は、ＡＰＤを備える光受信装置において、ＡＰＤが受信する入力光の強度を精度良くモニタできるように、本光受信装置が備えるＡＰＤに最適な増倍率を予め設定し、ＡＰＤの周辺温度変化に対応して、常時ＡＰＤに適用される増倍率が予め設定されたその増倍率を維持できる光受信装置および光受信装置のバイアス電圧制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様は、入力光を電気信号に変換するＡＰＤと、制御信号に基づいて該ＡＰＤに印加されるバイアス電圧を生成するバイアス回路と、該ＡＰＤの周辺温度をモニタする温度モニタ回路と、予め設定した増倍率を記憶し、該温度モニタ回路がモニタした温度に対応する増倍率が、該予め設定した増倍率になるように該バイアス回路を制御する演算回路とを備えた光受信装置である。

第一の態様によれば、ＡＰＤに適用される増倍率が、予め設定し演算回路に記憶された増倍率になるように、ＡＰＤに印加されるバイアス電圧を制御する光受信装置の提供が可能となる。

本発明の第二の態様は、前記の第一の態様の光受信装置であって、前記の予め設定した増倍率は、受信する入力光の信号誤りが最小となる前記のバイアス電圧に対応する増倍率であることを特徴とする光受信装置である。

第二の態様によれば、予め設定される増倍率が、受信する入力光の信号誤りが最小となる増倍率となり、その増倍率になるようにＡＰＤに印加されるバイアス電圧を制御する光受信装置の提供が可能となる。

本発明の第三の態様は、入力光を電気信号に変換するＡＰＤを備える光受信装置のバイアス電圧制御方法であって、予め一意の増倍率を設定する増倍率設定ステップと、該ＡＰＤの周辺温度に対応する増倍率が該一意の増倍率になるように、該ＡＰＤのバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御ステップを備えることを特徴とする光受信装置のバイアス電圧制御方法である。

第三の態様によれば、ＡＰＤに適用される増倍率が、予め設定し演算回路に記憶された増倍率になるようにＡＰＤに印加されるバイアス電圧を制御する光受信装置のバイアス電圧制御方法の提供が可能となる。

本発明の第四の態様は、前記の第三の態様の光受信装置のバイアス電圧制御方法であって、前記の増倍率設定ステップは、受信する入力光の信号誤りが最小となるように、前記のバイアス電圧を調整するバイアス電圧調整ステップと、前記のＡＰＤのブレークダウン電圧の温度傾斜に基づいて、該バイアス電圧調整ステップでバイアス電圧を獲得した時の該ＡＰＤの周辺温度に対応するＡＰＤのブレークダウン電圧を算出する第１のブレークダウン電圧算出ステップと、該バイアス電圧調整ステップで獲得したバイアス電圧と、該第１のブレークダウン電圧算出ステップで算出したブレークダウン電圧と、該ＡＰＤ素子の組成に基づく定数とを用いて増倍率を算出する増倍率算出ステップを備えることを特徴とする光受信装置のバイアス電圧制御方法である。

第四の態様によれば、予め設定される増倍率が、受信する入力光の信号誤りが最小となる増倍率となり、その増倍率になるようにＡＰＤに印加されるバイアス電圧を制御する光受信装置のバイアス電圧制御方法の提供が可能となる。

本発明の光受信装置および光受信装置のバイアス電圧制御方法は、予めある温度条件の下において、受信する入力光の信号誤りが最小となる増倍率を求め、その増倍率を光受信装置に記憶し、光受信装置が運用される温度条件に対応する増倍率が、その記憶された増倍率になるようにＡＰＤに印加されるバイアス電圧を制御する特徴を有している。

以降、図面を併用して本発明の詳細を説明する。なお、図面において同一のものまたは類似するものについては同一の符号を記載する。

図１は基本構成図であり、本発明の光受信装置の基本構成を説明するための図である。１０はアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）であり、入力光である光信号１１０を受信し光信号１１０の強度に応じた光信号電流１２０を発生する。２０はバイアス回路であり、ＡＰＤ１０にバイアス電圧を印加する。３０は温度モニタ回路であり、ＡＰＤ１０の周辺温度をモニタする。４０は演算回路であり、予め設定された増倍率（Ｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｆａｃｔｏｒ、記号としてＭを用いる。）を基準の増倍率Ｍとして記憶し、温度モニタ回路３０からの温度モニタ情報１３０に基づいて、バイアス電圧制御情報１４０を生成するための演算を行う。なお、バイアス回路２０はバイアス電圧制御情報１４０に基づいてバイアス電圧を制御する。５０は増幅回路であり、光信号電流１２０を電圧変換し電圧変換された電圧信号を増幅する。６０はデータ・クロック生成回路であり、増幅された電圧信号１５０に内在するデータ信号１６１とクロック信号１６２を生成する。

図２は一般的なＡＰＤの増倍率とバイアス電圧と温度の関係を示す図であり、（ａ）はＡＰＤの周辺温度が０℃の場合のＡＰＤの増倍率とバイアス電圧の関係、（ｂ）はＡＰＤの周辺温度が２５℃の場合のＡＰＤの増倍率とバイアス電圧の関係、（ｃ）はＡＰＤの周辺温度が６０℃の場合のＡＰＤの増倍率とバイアス電圧の関係の概略を示している。本図が示しているように、ＡＰＤの周辺温度によって増倍率とバイアス電圧の関係は変動するので、ＡＰＤの周辺温度が変動した場合に、ＡＰＤに印加されるバイアス電圧を制御することによって増倍率を一定に保持することは可能である。

よって、本発明の光受信装置は、モニタするＡＰＤ１０の周辺温度において、演算回路４０は温度モニタ情報１３０に基づいて、ＡＰＤ１０に適用される増倍率が、記憶されている基準の増倍率ＭになるようなＡＰＤ１０に印加されるバイアス電圧を演算して求め、その演算結果に基づいてバイアス回路２０を制御する。
（実施例１）
図３は本発明の光受信装置を説明する図（１）である。

図４は演算回路で用いる算術式を示す図である。

図５はブレークダウン電圧の温度傾斜を示す図であり、アバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧と温度の関係を示している。図２に記載したアバランシェフォトダイオードの特性より、アバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧は図５に示すような温度傾斜（記号としてΓを用いる。）を備える温度依存性を有している。この図５の特性は図４の（２）の式によって表すことができ、温度Ｔが規定の温度ｔ（例えば、常温の２５℃とする。）の時のブレークダウン電圧Ｖ_{ｂｒ（Ｔ＝ｔ）}を基準に、温度Ｔの時のブレークダウン電圧Ｖ_ｂｒを求めることができる。

図３において、ＡＰＤ１０にはバイアス回路２０が発生するバイアス電圧が印加されており、入力光である光信号１１０を受信することによって光信号１１０の強度に応じた光信号電流１２０が、バイアス回路２０を電流源として電流モニタ回路７０、ＡＰＤ１０に流れる。増幅回路５０は光信号電流１２０を受信し、受信した電流信号を電圧信号に変換し、その電圧信号を一定レベルまで増幅する。データ・クロック生成回路６０は増幅された電圧信号１５０を受信し、電圧信号１５０に内在するデータ信号１６１とクロック信号１６２を生成する。電流モニタ回路７０は、例えばカレントミラー回路によって構成され、光信号電流１２０をモニタしモニタ電流１７１を生成する。温度モニタ回路３０はＡＰＤ１０の周辺温度をモニタし温度モニタ情報１３０を生成する。

ＡＰＤ１０は、ある温度条件（例えば、常温の２５℃とする。）の元で光信号１１０を受信する。演算回路４１は、その受信した光信号１１０の信号誤りが最小となるようにバイアス回路２０を制御し、そのバイアス電圧をバイアス電圧モニタ回路８０でモニタする。演算回路４１は、上記の温度条件の下で、ＡＰＤ１０のブレークダウン電圧Ｖ_ｂｒと、信号誤りが最小となる場合のバイアス電圧Ｖ_ａｐｄと、ＡＰＤ１０の素子の組成に基づく温度に依存しない定数ｎから、図４の（１）の式を用いてＡＰＤ１０の上記の温度における増倍率を算出し、この算出した増倍率を基準の増倍率Ｍとして記憶する。

そして、演算回路４１は、温度モニタ回路３０がモニタするＡＰＤ１０の周辺温度に基づいて、図４の（２）の式を用いて、その温度におけるＡＰＤ１０のブレークダウン電圧を算出し、その算出したブレークダウン電圧Ｖ_ｂｒを記憶する。

演算回路４１は、図４の（１）の式を用いて、前記の算出して記憶したブレークダウン電圧Ｖ_ｂｒと予め記憶されている定数ｎを用い、先に算出し記憶した基準の増倍率Ｍになるバイアス電圧Ｖ_ａｐｄを算出し、そのバイアス電圧Ｖ_ａｐｄを記憶する。

演算回路４１は、この算出して記憶したバイアス電圧Ｖ_ａｐｄに基づいてバイアス電圧制御情報１４０を生成しバイアス回路２０を制御する。

演算回路４１は、モニタ電流１７１を受信し、予めＭＳＡ等により決められた条件に則したデータに変換してモニタ信号１７２を生成する。

上記で説明した基準の増倍率Ｍを算出する場合について詳細に説明する。

図６は基準の増倍率を予め設定する場合について説明するための図である。

図７は演算回路を説明するための図であり、演算回路４１の機能構成を示している。

図８はデータ記憶部のテーブル（１）であり、データ記憶部４１３が有するテーブルに予め記憶するＡＰＤに関するデータを示すテーブルである。

図９はデータ記憶部のテーブル（２）であり、本発明の光受信装置の運用において、データ記憶部４１３が記憶するデータを示すテーブルである。

図６において、１は本発明の光受信装置である。２は測定器であり、光受信装置１に光ケーブル等を介して光信号１１０を送信し、光受信装置１からのデータ信号１６１とクロック信号１６２を同軸ケーブル等を介して受信し、光信号１１０に対する信号誤りを測定する。光受信装置１の構成は図３の構成と同じである。

図７において、４１１はバイアス回路制御部、４１２は外部制御部、４１３はデータ記憶部、４１４はモニタ電流変換部、４１５はＣＰＵ部、４１６はメモリ部であり、ここに示す機能部のそれぞれはＣＰＵバス４１５０に接続し、ＣＰＵ部４１５の制御に基づいて動作する。

バイアス回路制御部４１１はバイアス回路２０を制御するためのバイアス電圧制御情報１４０を生成する。

外部制御部４１２は外部インタフェース１４１を介して外部に接続する機器（例えばパソコンであり、以降、外部機器と記載する場合がある。）と通信する。この外部機器との通信することによって、演算回路４１は外部機器によって制御される。

データ記憶部４１３は図８、図９に示すテーブルのデータを記憶する。

データ記憶部４１３は、光受信装置１が運用される前に、光受信装置１が使用するアバランシェフォトダイオードに関するデータ、図８の（１１）〜（１４）を記憶する。（１１）のｎはＡＰＤ素子の組成に基づく温度に依存しない定数である。（１２）のΓはブレークダウン電圧の温度傾斜である。（１３）のｔは基準温度である。（１４）のＶ_{ｂｒ（Ｔ−ｔ）}は基準温度ｔにおけるブレークダウン電圧である。これらのデータ（１１）〜（１４）は、外部制御部４１２に接続される外部機器の制御によってデータ記憶部４１３に記憶される。

データ記憶部４１３は、光受信装置１の運用において図９の（２１）〜（２６）のデータを記憶する。（２１）のＴはＡＰＤ１０の周辺温度であり、温度モニタ情報１３０によって通知されるデータを記憶したものである。（２２）のＶ_ａｐｄとエラーレートは、ＡＰＤ１０に印加されるバイアス電圧と、そのバイアス電圧における信号誤りを測定した結果のエラーレート値である。このバイアス電圧Ｖ_ａｐｄはバイアス電圧モニタ情報１８０によって通知されるデータを記憶したものである。このエラーレート値は、このバイアス電圧Ｖ_ａｐｄにおける測定器２での測定結果が外部装置を介して通知されたデータを記憶したものである。よって、（２２）においては複数のＶ_ａｐｄとエラーレートが記憶される。（２３）のＶ_{ａｐｄ（Ｍ）}はエラーレートが最小となるバイアス電圧であり、上記の（２２）に記憶されているエラーレートの中で最小値となる場合のバイアス電圧Ｖ_{ａｐｄ（Ｍ）}として記憶される。（２４）のＶ_{ｂｒ（Ｔ）}は温度Ｔ（２１）の場合のブレークダウン電圧であり、前述のように演算回路４１が算出することによって求める。つまり、演算回路４１は図８のΓ（１２）、ｔ（１３）、Ｖ_{ｂｒ（Ｔ−ｔ）}（１４）のそれぞれと図９のＴ（２１）をデータ記憶部４１３から読み出して、それぞれの値を使用して図４の（２）の式から温度Ｔにおけるブレークダウン電圧Ｖ_ｂｒを算出し、データ記憶部４１３に記憶する。（２５）のＭは基準となる増倍率であり、前述のように演算回路４１が算出することによって求める。つまり、演算回路４１は図８のｎ（１１）と図９のＶ_{ａｐｄ（Ｍ）}（２３）、Ｖ_{ｂｒ（Ｔ）}（２４）のそれぞれをデータ記憶部４１３から読出して、それぞれの値を使用して図４の（１）の式から基準となる増倍率Ｍを算出し、データ記憶部４１３に記憶する。（２６）のＶ_{ａｐｄ（Ｔ）}は温度Ｔの場合に制御されるバイアス電圧の値であり、演算回路４１が算出することによって求める。つまり、演算回路４１は前記の温度Ｔの場合のブレークダウン電圧Ｖ_{ｂｒ（Ｔ）}（２４）、基準となる増倍率Ｍ（２５）のそれぞれをデータ記憶部４１３から読み出して、それぞれの値を使用して図４の（１）の式からＶ_{ａｐｄ（Ｔ）}を算出し、データ記憶部４１３に記憶する。

モニタ電流変換部４１４は電流モニタ回路７０からのモニタ電流１７１を受信し、予めＭＳＡ等により決められた条件に則したデータに変換してモニタ信号１７２を生成する。

ＣＰＵ部４１５はメモリ部４１６に格納されているプログラムに応じ、例えば図４に示した（１）、（２）の式を演算し、これらの式の演算に必要なデータの書き込み、読み出しの制御を行う。

メモリ部４１６は演算回路４１で実行される演算等の制御のプログラムが格納されている。

次に、光受信装置１が基準となる増倍率Ｍ（２５）を求め、光受信装置１が備えるＡＰＤ１０のバイアス電圧を制御する方法について説明する。

保守者は、図６に示すように光受信装置１に測定器２を接続し、外部インタフェース１４１を介して演算回路４１を制御する外部機器（図示せず。）を接続する。

保守者は、外部機器よりＡＰＤ１０に使用するアバランシェフォトダイオードに関するデータ（１１）〜（１４）をデータ記憶部４１３に格納する。

保守者が外部機器より演算回路４１を制御することによって、演算回路４１はＡＰＤ１０のバイアス電圧を変動させ、測定器２によって測定される信号誤りを、外部機器を介して監視し、信号誤りが最小となるバイアス電圧を求め、そのバイアス電圧をデータ記憶部４１３に記憶する。この時、測定器２は外部機器と接続して外部機器の制御によって測定を行う測定系を構成してもよい。

保守者が外部機器より演算回路４１を制御することによって、演算回路４１は増倍率を算出し、その基準の増倍率Ｍをデータ記憶部４１３に記憶する。

図１０は全体フローである。

ステップＳ１０は、ＡＰＤ１０のバイアス電圧を制御するために必要となる基準の増倍率Ｍを設定するためのステップである。

ステップＳ２０は、変動する温度条件のもとで、ステップＳ１０で設定した基準の増倍率Ｍになるようにバイアス電圧を制御するためのステップである。

図１１は増倍率設定フローであり、上記のステップＳ１０を説明する制御フローである。

Ｓ１１． 図６にて説明した光受信装置１を測定器２と接続する。

Ｓ１２． 光受信装置にパソコン等の外部機器を接続し、図８に示す（１１）〜（１４）のデータをデータ記憶部４１３に記憶させる。そして、この外部機器から演算回路４１に対して、基準となる増倍率Ｍを設定するように指示する。

Ｓ１３． 外部機器からの指示に基づいて、演算回路４１は、バイアス回路制御部４１１を制御してバイアス回路２０が発生するＡＰＤ１０に印加されるバイアス電圧を設定する。本バイアス電圧の設定は、例えば、バイアス電圧として許容される電圧の最小電圧を先ず設定し、次のステップＳ１４，Ｓ１５の制御ループの中で、予め設定した電圧幅毎に順次スキャンし最大電圧まで設定する。

Ｓ１４． ステップＳ１３で設定したバイアス電圧は、ＡＰＤ１０のバイアス電圧として許容されるバイアス電圧範囲内で電圧であるかを判断する。

Ｓ１５． 前記のステップＳ１４において、設定されるバイアス電圧はＡＰＤ１０の許容されるバイアス電圧範囲内の場合である。本ステップでは、測定器２が測定する信号誤りを記録する。図９の（２２）に示すバイアス電圧Ｖ_ａｐｄとエラーレートを、外部機器を介してデータ記憶部４１３に記録する。この記録については、バイアス電圧Ｖ_ａｐｄ毎にエラーレートの値を順次記録する。

Ｓ１６． 前記のステップＳ１４において、ＡＰＤ１０の許容されるバイアス電圧範囲内での信号誤り測定を終了した場合である。本ステップでは、前記のステップＳ１５において測定し記録した信号誤りの測定値を、バイアス電圧をキーとして検索し、その測定値が最小となるバイアス電圧Ｖ_{ａｐｄ（Ｍ）}を求め、その電圧を記憶する。

Ｓ１７． 温度モニタ情報１３０を介して得られるＡＰＤ１０の周辺温度情報（図９のＴ（２１））と、予めデータ記憶部４１３に記憶されている温度傾斜Γ（図８の（１２））と、予めデータ記憶部４１３に記憶されている基準温度におけるＡＰＤ１０のブレークダウン電圧Ｖ_{ｂｒ（Ｔ＝ｔ）}（図８の（１４））と、図４の（２）の式を用い、ブレークダウン電圧Ｖ_ｂｒを計算して求める。

Ｓ１８． 前記ステップＳ１６で求めたバイアス電圧Ｖ_{ａｐｄ（Ｍ）}と、前記ステップＳ１７で求めたブレークダウン電圧Ｖ_ｂｒと、予めデータ記憶部４１３に格納されている定数ｎ（図８の（１１））と、図４の（１）の式を用い、増倍率Ｍを計算して求める。そして、その増倍率を基準となる増倍率Ｍとしてデータ記憶部４１３に記憶する（図９の（２５））。

図１２はバイアス電圧制御フローであり、上記のステップＳ２０を説明する制御フローである。このバイアス電圧制御フローは、本発明の光受信装置１が光通信システム（図示せず。）にて運用されている場合に、ＡＰＤに印加されるバイアス電圧をＡＰＤの周辺温度に応じて制御するためのフローである。

Ｓ２１． 温度モニタ情報１３０を介して得られるＡＰＤ１０の周辺温度情報をデータ記憶部４１３に格納する（図９の（２１））。

Ｓ２２． 図４の（２）の式を用い、予めデータ記憶部４１３に格納されている温度傾斜Γ（図８の（１２））と、予めデータ記憶部４１３に格納されている基準温度におけるＡＰＤ１０のブレークダウン電圧Ｖ_{ｂｒ（Ｔ＝ｔ）}（図８の（１４））と、前記ステップＳ２１で得られた温度情報を上記の式に適用し、前記ステップＳ２１で得られた温度におけるブレークダウン電圧Ｖ_ｂｒを計算して求める。

Ｓ２３． 前記ステップＳ２２で求めたブレークダウン電圧Ｖ_ｂｒをデータ記憶部４１３に記憶する（図９の（２４））。

Ｓ２４． 図４の（１）の式を用い、予めデータ記憶部４１３に記憶されているＡＰＤ１０の素子の組成に基づく温度に依存しない定数ｎ（図８の（１１））と、前記ステップＳ２３にて記憶部４１３に記憶されたブレークダウン電圧Ｖ_ｂｒ（図９の（２４））と、前記のステップＳ１８にて記憶部４１３に記憶された増倍率Ｍ（図９の（２５））を上記の式に適用し、バイアス電圧Ｖ_ａｐｄを計算して求め、記憶部４１３にそのバイアス電圧Ｖ_ａｐｄを記憶する（図９の（２６））。

Ｓ２５． 記憶部４１３に記憶されているバイアス電圧Ｖ_ａｐｄに基づいてバイアス制御回部４１１よりバイアス電圧制御情報１４０を送信する。

なお、前記のステップＳ２１からＳ２５は予め設定した周期にて実行する。

以上説明のように、本発明の光受信装置と信号誤り測定器を接続し、測定時の温度条件の下で、信号誤りが最小となるバイアス電圧を見出し、そのバイアス電圧に基づいて増倍率を計算して求め、その増倍率を基準の増倍率として光受信装置に記憶させる。そして、この光受信装置において、アバランシェフォトダイオードの周辺温度に変動があったとしても、前記の基準の増倍率になるようにバイアス電圧を制御するので、常に増倍率が一定となる光受信装置および光受信装置のバイアス電圧制御方法を提供することができる。
（実施例２）
図１３は本発明の光受信装置を説明する図（２）であり、図３で説明した光受信装置に比べて、増幅回路５０の構成を変更し、切替え回路９０を追加している。増幅回路５１は光信号電流１２０を電圧変換し電圧変換された電圧信号を一定の増幅率に基づいて増幅する。増幅回路５２は一定の増倍率で増幅された電圧信号１５１を一定のレベルまで増幅する。図３で説明した増幅回路５０をこの増幅回路５１と増幅回路５２で構成している。

切替え回路９０は、電流モニタ回路７０からのモニタ電流１７１の信号と、増幅回路５１からの電圧信号１５１の信号とを切り替えて演算回路４２へモニタ信号１９１を送信している。

図１４は切替え回路を説明する図である。９１はデータ変換部であり、電流モニタ回路７０からのモニタ電流１７１の信号を電圧信号データに変換する、つまり電流のアナログ信号を電圧のディジタルデータに変換する。９２はデータ変換部であり、増幅回路５１からの電圧信号１５１の信号を電圧信号データに変換する、つまり電圧のアナログ信号を電圧のディジタルデータに変換する。９４は閾値格納部であり、予め閾値が設定されている。９５は比較部であり、データ変換部９１からのディジタルデータであるモニタ電流値を、閾値格納部９４に格納されている閾値と比較する。９６は選択部であり、比較部９５の比較結果に応じて、データ変換部９１からのディジタルデータとデータ変換部９２からのディジタルデータとの何れかを選択し、演算回路４２へモニタ信号１９１として送信する。

図１３において、入力光である光信号１１０の強度が極めて低い場合に光信号電流１２０、モニタ電流１７１の信号レベルは極めて低いレベルになり、これらの信号を扱う回路の雑音レベルとの比（信号対雑音比）は悪化する。そのため、モニタ電流１７１の信号レベルが予め設定した閾値以下もしくは閾値より低くなった場合に、増幅されたモニタ電流に切り替える。

図１３において、増幅回路５１は予め設定した一定の増幅率を有しており、光信号電流１２０の電流信号を電圧信号に変換し、その電圧信号をその一定の増幅率に基づいて増幅する。

よって、光信号１１０を受信した場合、光信号１１０の強度に応じた信号電流１２０とそのモニタ電流１７１が発生し、切替え回路９０には、モニタ電流１７１と一定の増幅率に基づいて増幅された電圧信号１５１が入力される。

図１４において、データ変換部９１では入力されるモニタ電流１７１の電流信号を電圧信号に変換し、その電圧信号をアナログ・ディジタル変換（ＡＤ変換）し電圧データに変換する。データ変換部９２では、入力される電圧信号１５１をＡＤ変換し電圧データに変換する。データ変換部９１が出力する電圧データは比較部９５と選択部９６に入力される。比較部９５は、データ変換部９１からの電圧データを閾値格納部９４に予め設定され格納されている閾値と比較し、その比較結果信号１９２を生成する。選択部９６は比較結果信号１９２に基づいて、データ変換部９１からの電圧データとデータ変換部９２からの電圧データの何れかを選択する。この選択により、選択部９６は、データ変換部９１からの電圧データによって示されるモニタ電流値が、閾値格納部９４に格納されている閾値によって示される電流値より大きい場合はデータ変換部９１からの電圧データを選択し、小さい場合はデータ変換部９２からの電圧データを選択し、選択されたモニタ信号１９１を出力する。比較結果信号１９２は、例えば、データ変換部９１からの電圧データによって示されるモニタ電流値が、閾値格納部９４に格納されている閾値によって示される電流値より大きい場合は論理レベル“０”の信号を、小さい場合は論理レベル“１”となる信号である。

図１５は演算回路（２）を説明するための図であり、図１３の演算回路４２の機能構成を示している。図７の演算回路４１に比べて、演算回路４２のモニタ電流変換部４２４は、比較部９５の比較結果信号１９２に基づく制御機能を備えている。つまり、モニタ電流変換部４２４は、モニタ信号１９１、比較結果信号１９２を受信する。モニタ電流変換部４２４は、比較結果信号１９２が論理レベル“０”の時には、受信した電圧データを予めＭＳＡ等により決められた条件に則したデータに変換してモニタ信号１７２を生成する。モニタ電流変換部４２４は、比較結果信号１９２が論理レベル“１”の時には、モニタ信号１９１を増幅回路５１が有する一定の増幅率に基づいて除算し、増幅回路５１によって増幅した以前のレベルに戻し、予めＭＳＡ等により決められた条件に則したデータに変換してモニタ信号１７２を生成する。

以上説明のように、実施例１の本発明の光受信装置に加えて、受信する光信号の強度が極めて低い場合に、予め設定した増幅率に基づいて増幅した信号を用いてモニタ信号を生成する処理を行い、最終的に出力するモニタ信号にはその増幅率で除算したレベルのモニタ信号としている。よって、回路雑音に強い、つまりダイナミックレンジの広い光受信装置を提供することができる。

以上の実施例１〜２を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１） 入力光を電気信号に変換するアバランシェフォトダイオードと、
制御信号に基づいて該アバランシェフォトダイオードに印加されるバイアス電圧を生成するバイアス回路と、
該アバランシェフォトダイオードの周辺温度をモニタする温度モニタ回路と、
予め設定した増倍率を記憶し、該温度モニタ回路がモニタした温度に対応する増倍率が、該予め設定した増倍率になるように該バイアス回路を制御する演算回路とを備えた光受信装置。

（付記２） 付記１に記載の光受信装置であって、
前記の予め設定した増倍率は、受信する入力光の信号誤りが最小となる前記のバイアス電圧に対応する増倍率であることを特徴とする光受信装置。

（付記３） 付記２に記載の光受信装置であって、前記の演算回路は、
前記のアバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧の温度傾斜に関するデータと、
基準温度と該基準温度における該アバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧のデータと、
該アバランシェフォトダイオード素子の組成に基づく定数に関するデータと、
前記の信号誤りが最小となるバイアス電圧に対応する増倍率のデータのそれぞれを記憶するデータ記憶部を備えることを特徴とする光受信装置。

（付記４） 付記１に記載の光受信装置であって、
前記のアバランシェフォトダイオードに流れる電流をモニタする電流モニタ回路を備えることを特徴とする光受信装置。

（付記５） 付記４に記載の光受信装置であって、
前記のアバランシェフォトダイオードに流れる電流を予め設定した倍率で増幅する増幅回路と、
前記の電流モニタ回路のモニタ値が予め設定した閾値より大きい場合は該電流モニタ回路のモニタ値を出力し、該電流モニタ回路のモニタ値が予め設定した該閾値以下の場合は該増幅回路の出力を出力するように切り替える切替え回路と、
該電流モニタ回路のモニタ値が予め設定した該閾値以下の場合に、該切替え回路から出力されるモニタ値を、予め設定した該倍率で減衰したモニタ値を出力する演算回路を備え、
該演算回路は該モニタ値を予め決められた形式に変換して出力することを特徴とする光受信装置。

（付記６） 入力光を電気信号に変換するアバランシェフォトダイオードを備える光受信装置のバイアス電圧制御方法であって、
予め一意の増倍率を設定する増倍率設定ステップと、
該アバランシェフォトダイオードの周辺温度に対応する増倍率が該一意の増倍率になるように、該アバランシェフォトダイオードのバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御ステップを備えることを特徴とする光受信装置のバイアス電圧制御方法。

（付記７） 付記６に記載の光受信装置のバイアス電圧制御方法であって、前記の増倍率設定ステップは、
受信する入力光の信号誤りが最小となるように、前記のバイアス電圧を調整するバイアス電圧調整ステップと、
前記のアバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧の温度傾斜に基づいて、該バイアス電圧調整ステップでバイアス電圧を獲得した時の該アバランシェフォトダイオードの周辺温度に対応するブレークダウン電圧を算出する第１のブレークダウン電圧算出ステップと、
該バイアス電圧調整ステップで獲得したバイアス電圧と、該第１のブレークダウン電圧算出ステップで算出したブレークダウン電圧と、該アバランシェフォトダイオード素子の組成に基づく定数とを用いて増倍率を算出する増倍率算出ステップを備えることを特徴とする光受信装置のバイアス電圧制御方法。

（付記８） 付記６に記載の光受信装置のバイアス電圧制御方法であって、前記のバイアス電圧制御ステップは、
前記のアバランシェフォトダイオードの周辺温度をモニタする温度モニタステップと、
前記のブレークダウン電圧の温度傾斜に基づいて、該温度モニタステップで獲得した温度に対応するアバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧を算出する第２のブレークダウン電圧算出ステップと、
前記の増倍率算出ステップで算出した増倍率と、該第２のブレークダウン電圧算出ステップで算出したブレークダウン電圧と、前記のアバランシェフォトダイオード素子の組成に基づく定数とを用いてバイアス電圧を算出するバイアス電圧算出ステップを備えることを特徴とする光受信装置のバイアス電圧制御方法。

本発明の光受信装置の基本構成を説明する図 ＡＰＤの増倍率とバイアス電圧と温度の関係を示す図 本発明の光受信装置を説明する図（１） 演算回路で用いる算術式を示す図 ブレークダウン電圧の温度傾斜を示す図 基準の増倍率を予め設定する場合について説明する図 演算回路を説明する図 データ記憶部のテーブルを説明する図（１） データ記憶部のテーブルを説明する図（２） 光受信装置のバイアス電圧制御の全体フローを示す図 増倍率設定フローを示す図 バイアス電圧制御フローを示す図 本発明の光受信装置を説明する図（２） 切替え回路を説明する図 演算回路の構成を示す図（２）

符号の説明

１ 光受信装置
２ 測定器
１０ アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）
２０ バイアス回路
３０ 温度モニタ回路
４０、４１、４２ 演算回路
４１１ バイアス回路制御部
４１２ 外部制御部
４１３ データ記憶部
４１４、４２４ モニタ電流変換部
４１５ ＣＰＵ部
４１６ メモリ部
５０、５１、５２ 増幅回路
６０ データ・クロック生成回路
７０ 電流モニタ回路
８０ バイアス電圧モニタ回路
９０ 切替え回路
９１、９２ データ変換部
９４ 閾値格納部
９５ 比較部
９６ 切替部
１１０ 光信号
１２０ 光信号電流
１３０ 温度モニタ情報
１４０ バイアス電圧制御情報
１４１ 外部インタフェース
１５０、１５１ 電圧信号
１６１ データ信号
１６２ クロック信号
１７１ モニタ電流
１７２ モニタ信号
１８０ バイアス電圧モニタ情報
１９１ モニタ信号
１９２ 比較結果信号
４１５０ ＣＰＵバス

Claims (6)

1. 入力光を電気信号に変換するアバランシェフォトダイオードと、
   制御信号に基づいて該アバランシェフォトダイオードに印加されるバイアス電圧を生成するバイアス回路と、
   該アバランシェフォトダイオードの周辺温度をモニタする温度モニタ回路と、
   該アバランシェフォトダイオードに流れる電流をモニタする電流モニタ回路と、
   該アバランシェフォトダイオードに流れる電流を予め設定した倍率で増幅する増幅回路と、
   該電流モニタ回路が獲得したモニタ値が予め設定した閾値より大きい場合は該モニタ値を出力し、該電流モニタ回路が獲得したモニタ値が予め設定した該閾値以下の場合は該増幅回路の出力を出力するように切り替える切替え回路と、
   予め設定した増倍率を記憶し、該温度モニタ回路がモニタした温度に対応する増倍率が、該予め設定した増倍率になるように該バイアス回路を制御すると共に、該電流モニタ回路が獲得したモニタ値が予め設定した該閾値以下の場合に該切替え回路から出力される該増幅回路の出力を、予め設定した該倍率で減衰させたものを、該電流モニタ回路が獲得したモニタ値として出力する演算回路とを備えた光受信装置。
2. 請求項１に記載の光受信装置であって、
   前記の予め設定した増倍率は、受信する入力光の信号誤りが最小となる前記のバイアス電圧に対応する増倍率であることを特徴とする光受信装置。
3. 請求項２に記載の光受信装置であって、前記の演算回路は、
   前記のアバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧の温度傾斜に関するデータと、
   基準温度と該基準温度における該アバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧のデータと、
   該アバランシェフォトダイオード素子の組成に基づく定数に関するデータと、
   前記の信号誤りが最小となるバイアス電圧に対応する増倍率のデータのそれぞれを記憶するデータ記憶部を備えることを特徴とする光受信装置。
4. 入力光を電気信号に変換するアバランシェフォトダイオードを備える光受信装置のバイアス電圧制御方法であって、
   予め一意の増倍率を設定する増倍率設定ステップと、
   該アバランシェフォトダイオードの周辺温度に対応する増倍率が該一意の増倍率になるように、該アバランシェフォトダイオードのバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御ステップと、
   該アバランシェフォトダイオードに流れる電流をモニタする電流モニタステップと、
   該電流モニタステップで獲得したモニタ値が予め設定した閾値より大きい場合は該モニタ値を出力し、該電流モニタステップで獲得したモニタ値が予め設定した該閾値以下の場合は、該アバランシェフォトダイオードに流れる電流を予め設定した倍率で増幅する増幅回路の出力を、予め設定した該倍率で減衰させたものを、該電流モニタステップで獲得したモニタ値として出力するモニタ電流値出力ステップを備えることを特徴とする光受信装置のバイアス電圧制御方法。
5. 請求項４に記載の光受信装置のバイアス電圧制御方法であって、前記の増倍率設定ステップは、
   受信する入力光の信号誤りが最小となるように、前記のバイアス電圧を調整するバイアス電圧調整ステップと、
   前記のアバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧の温度傾斜に基づいて、該バイアス電圧調整ステップでバイアス電圧を獲得した時の該アバランシェフォトダイオードの周辺温度に対応するアバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧を算出する第１のブレークダウン電圧算出ステップと、
   該バイアス電圧調整ステップで獲得したバイアス電圧と、該第１のブレークダウン電圧算出ステップで算出したブレークダウン電圧と、該アバランシェフォトダイオード素子の組成に基づく定数とを用いて増倍率を算出する増倍率算出ステップを備えることを特徴とする光受信装置のバイアス電圧制御方法。
6. 請求項４に記載の光受信装置のバイアス電圧制御方法であって、前記のバイアス電圧制御ステップは、
   前記のアバランシェフォトダイオードの周辺温度をモニタする温度モニタステップと、
   前記のブレークダウン電圧の温度傾斜に基づいて、該温度モニタステップで獲得した温度に対応するアバランシェフォトダイオードのブレークダウン電圧を算出する第２のブレークダウン電圧算出ステップと、
   前記の増倍率算出ステップで算出した増倍率と、該第２のブレークダウン電圧算出ステップで算出したブレークダウン電圧と、前記のアバランシェフォトダイオード素子の組成に基づく定数とを用いてバイアス電圧を算出するバイアス電圧算出ステップを備えることを特徴とする光受信装置のバイアス電圧制御方法。

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