JP5459020B2 - 光受信装置および通信システム - Google Patents

Description

本発明は、通信を行う光受信装置および通信システムに関する。

光通信システムで用いられる光受信モジュールへ入力される信号光のパワーが大きい場合は、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）などの受光器の後段の受信回路には大振幅の信号が入力することになる。このため、振幅飽和に起因したデューティー変動によって受信特性が劣化する。また、長距離の光通信においては、光伝送路の途中に光増幅器を多段に配置することがあるため、光受信モジュールによって受光可能な光パワーの範囲（ダイナミックレンジ）が広いことが要求される。これに対して、たとえば、光受信モジュールの内部の受光器の前段に可変光減衰器を設けて、入力される信号光のパワーが大きいときに信号光を減衰させる技術が知られている。

また、近年、光受信モジュールにおいて、光受信モジュールに対する信号光の入力パワーをモニタする入力パワーモニタの機能が求められることがある（たとえば、下記特許文献１参照。）。入力パワーモニタにおいては、可変光減衰器によって信号光を減衰させている間でも、信号光を減衰させる前の入力パワーを表示することが求められる。これに対して、たとえば、可変光減衰器の前段の光分岐カプラにより信号光を一部分岐して、分岐した信号光をモニタすることで入力パワーモニタを実現する技術が知られている。

特開２００６−２０３１７９号公報

しかしながら、上述した従来技術では、入力パワーを精度よくモニタすることができないという問題がある。たとえば、光分岐カプラの分岐比は信号光の波長や温度などに依存して変動する。このため、可変光減衰器の前段の光分岐カプラにより信号光を一部分岐してモニタする技術では、信号光の入力パワーが一定であったとしても、光分岐カプラの分岐比の変動によって入力パワーのモニタ結果が変動するという問題がある。

また、これに対して、波長や温度ごとにルックアップテーブルを作成しておき、分岐した信号光およびルックアップテーブルを用いて入力パワーを推測することも考えられる。しかしながら、波長や温度によるモニタ結果の変動を補正可能な高精度のルックアップテーブルを作成するためには多くの実験やシミュレーションなどを行うことになるため、光受信モジュールの製造コストが増加するという問題がある。

また、可変光減衰器の前段の光分岐カプラにより信号光を一部分岐してモニタする技術では、信号光の一部を常に分岐することになるため信号光の損失が発生する。このため、信号光の入力パワーが小さいと最小受信感度が劣化するという問題がある。

開示の光受信装置および通信システムは、上述した問題点を解消するものであり、入力パワーを精度よくモニタすることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、開示技術は、入力された信号光を可変の比率により分岐し、分岐された各信号光をそれぞれ受光し、受光された各信号の少なくともいずれかの信号により受信処理を行い、受光された各信号の合計パワーを算出し、算出された合計パワーを出力することを要件とする。

開示の光受信装置および通信システムによれば、入力パワーを精度よくモニタすることができるという効果を奏する。

実施の形態にかかる光受信装置の構成例１を示す図である。 演算部の構成例１を示す図である。 可変分岐部による信号光の光路を示す図（φ＝π）である。 可変分岐部による信号光の光路を示す図（φ＝０，２π）である。 可変分岐部による信号光の光路を示す図（φ≠０，π，２π）である。 制御電圧に対する主信号およびモニタ信号の変化を示すグラフである。 主信号を減衰させる制御の一例を示すフローチャートである。 演算部の構成例２を示す図である。 主信号の減衰量を最小化する制御の一例を示すフローチャートである。 制御動作の切り替え処理の一例を示すフローチャートである。 制御動作の切り替え処理による減衰量の変化例を示す図である。 実施の形態にかかる光受信装置の構成例２を示す図である。 実施の形態にかかる光受信装置の構成例３を示す図である。 実施の形態にかかる光受信装置の構成例４を示す図である。 演算部の構成例３を示す図である。 実施の形態にかかる光受信装置の構成例５を示す図である。 演算部の構成例５を示す図である。 光受信装置を適用した通信システムの構成例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、開示技術の好適な実施の形態を詳細に説明する。開示技術は、可変の比率により信号光を分岐し、分岐した各信号光をそれぞれ受光することで受光パワーを減衰させるとともに、受光した各信号の合計パワーを算出することで信号光の減衰前の入力パワーを精度よくモニタする。

（実施の形態）
図１−１は、実施の形態にかかる光受信装置の構成例１を示す図である。実施の形態にかかる光受信装置１００は、光送信装置から光ファイバ１０を介して送信された信号光を受信する。光受信装置１００は、可変分岐部１１０と、ＰＤ１２１〜１２３（Ｐｈｏｔｏ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）と、Ｉ／Ｖ変換部１３１〜１３３と、演算部１４０と、受信信号出力部１５０と、入力パワー出力部１６０と、制御電圧生成部１７０と、を備えている。

図１−１において、信号光を示す矢印上の両矢印は、信号光にｘ偏光成分（水平偏光成分）が含まれていることを示している。また、信号光を示す矢印上の「・」は、信号光にｙ偏光成分（垂直偏光成分）が含まれていることを示している。ｙ偏光成分およびｘ偏光成分は、たとえば互いに直交する偏光成分である。光ファイバ１０から出射された信号光には、ｙ偏光成分およびｘ偏光成分が含まれている。

可変分岐部１１０は、光ファイバ１０から出射された信号光を可変の比率（パワー比）によって分岐する。ここでは、可変分岐部１１０は、制御電圧生成部１７０から出力される制御電圧に応じて信号光を３つに分岐する。そして、可変分岐部１１０は、分岐した各信号光のうちの一部の信号光を主信号としてＰＤ１２２へ出射する。これにより、可変分岐部１１０は、光ファイバ１０から入力された信号光を可変の減衰量で減衰させてＰＤ１２２に受光させることができる。また、可変分岐部１１０は、分岐した各信号光のうちの他の信号光をモニタ信号としてＰＤ１２１，１２３へ出射する。

具体的には、可変分岐部１１０は、偏光子１１１と、可変位相板１１２と、偏光子１１３と、を含んでいる。偏光子１１１（第２偏光子）は、光ファイバ１０から出射された信号光を、偏光成分ごとに異なる光路により出射する。具体的には、偏光子１１１は、光ファイバ１０から出射された信号光に含まれるｙ偏光成分を光路ｒ１により可変位相板１１２へ出射する。また、偏光子１１１は、光ファイバ１０から出射された信号光に含まれるｘ偏光成分を光路ｒ２により可変位相板１１２へ出射する。

可変位相板１１２は、信号光に含まれる各偏光成分の比率を、印加される制御電圧に応じて変化させる偏光可変部である。具体的には、可変位相板１１２は、偏光子１１１から出射された光路ｒ１，ｒ２の各信号光を、偏光成分ごとに異なる屈折率中に通過させることで、各信号光の偏光成分間に位相差を与える。

具体的には、可変位相板１１２は、制御電圧生成部１７０から印加される制御電圧に応じた位相差を偏光成分間に与える。これにより、可変位相板１１２に対して印加される制御電圧に応じて各信号の偏光方向を変化させることができる。可変位相板１１２は、偏光方向を変化させた光路ｒ１，ｒ２の各信号光を偏光子１１３へ出射する。

偏光子１１３（第１偏光子）は、信号光に含まれる各偏光成分を分離する。具体的には、偏光子１１３は、可変位相板１１２から出射された各信号光を、偏光成分ごとに異なる光路により出射する。具体的には、偏光子１１３は、光路ｒ１の信号光に含まれるｙ偏光成分をＰＤ１２１へ出射する。また、偏光子１１３は、光路ｒ１の信号光に含まれるｘ偏光成分をＰＤ１２２へ出射する。また、偏光子１１３は、光路ｒ２の信号光に含まれるｙ偏光成分をＰＤ１２２へ出射する。また、偏光子１１３は、光路ｒ２の信号光に含まれるｘ偏光成分をＰＤ１２３へ出射する。

偏光子１１１および偏光子１１３は、たとえば複屈折板や偏光ビームスプリッタによって実現することができる。可変位相板１１２は、たとえば電気光学効果を有する素子、磁気光学効果を有する素子または液晶素子などであって、印加される制御電圧に応じて屈折率が変化する素子によって実現することができる。

たとえば、可変位相板１１２に電気光学効果を有するＬＮ結晶（ニオブ酸リチウム結晶）を用いる場合は、ＬＮ結晶へ印加する制御電圧によって、屈折率変化が誘起され、直交する偏光成分間の位相差φを０から２πまで周期的に変化させることができる。偏光子１１１、可変位相板１１２および偏光子１１３は、互いに接して一体的に形成されていてもよいし、互いに間隔を有して形成されていてもよい。

このように、可変分岐部１１０は、屈折率を利用して信号光の偏光方向を変化させ、偏光方向を変化させた信号光を偏光成分によって分離することで信号光を分岐する。これにより、たとえば光吸収を用いて偏光方向を変化させる構成に比べて、信号光の損失を抑えつつ信号光を分岐することができる。このため、可変分岐部１１０によって分岐された各信号の合計パワーを、光受信装置１００へ入力された信号光のパワー（入力パワー）とほぼ等しくすることができる。

また、偏光子１１１によって分離された各偏光の各信号光を可変位相板１１２へ入射させることで、光受信装置１００へ入力される信号光の偏光状態にかかわらず、可変位相板１１２において信号光の偏光方向を変化させることができる。可変位相板１１２の光学軸方向は、たとえばｙ軸方向とｘ軸方向とを合成した方向とする。すなわち、可変位相板１１２の光学軸方向は、ｙ軸方向からｘ軸方向へ向かって４５度傾斜させた方向とする。

ＰＤ１２１〜１２３のそれぞれは、可変分岐部１１０から出射された各信号光を受光する位置に設けられた受光部である。ＰＤ１２１〜１２３は、受光した信号光を光電変換してそれぞれＩ／Ｖ変換部１３１〜１３３へ出力する。Ｉ／Ｖ変換部１３１〜１３３は、それぞれＰＤ１２１〜１２３から出力された信号の電流を電圧に変換する。Ｉ／Ｖ変換部１３１〜１３３のそれぞれは、電圧に変換した信号を演算部１４０へ出力する。演算部１４０は、Ｉ／Ｖ変換部１３１〜１３３から出力された各信号に基づく各種演算を行う。

図１−２は、演算部の構成例１を示す図である。図１−２に示すように、演算部１４０は、受信処理部１４１と、算出部１４２と、減衰量制御部１４３と、を備えている。受信処理部１４１は、Ｉ／Ｖ変換部１３２から出力された信号（主信号）の受信処理を行う。受信処理部１４１による受信処理には、たとえば信号の識別などが含まれる。受信処理部１４１は、受信処理の結果を受信信号として受信信号出力部１５０へ出力する。

算出部１４２は、Ｉ／Ｖ変換部１３１〜１３３から出力された各信号の合計パワーを算出する。Ｉ／Ｖ変換部１３１〜１３３から出力された各信号の合計パワーは、光ファイバ１０から光受信装置１００へ入力された信号光の、可変分岐部１１０による減衰前のパワー（入力パワー）を示す。算出部１４２は、算出した合計パワーを、光受信装置１００の入力パワーとして入力パワー出力部１６０へ出力する。

減衰量制御部１４３は、Ｉ／Ｖ変換部１３１〜１３３から出力された各信号の少なくともいずれかに基づいて、ＰＤ１２２によって受光される主信号の減衰量を制御する。具体的には、減衰量制御部１４３は、可変位相板１１２へ印加する制御電圧を示す電圧信号を制御電圧生成部１７０へ出力する。

図１−１の説明に戻る。受信信号出力部１５０は、演算部１４０から出力された受信信号を出力する。入力パワー出力部１６０は、演算部１４０から出力された入力パワーを出力する。入力パワー出力部１６０は、たとえば、入力パワーをユーザに通知するユーザインターフェースである。たとえば、入力パワー出力部１６０は、入力パワーを表示するモニタや、モニタに入力パワーを表示させるモニタ制御部である。

または、入力パワー出力部１６０は、入力パワーを音声出力するスピーカや、スピーカに入力パワーを音声出力させるスピーカ制御部であってもよい。また、入力パワー出力部１６０は、入力パワーを印刷するプリンタや、プリンタに入力パワーを印刷させるプリンタ制御部であってもよい。また、入力パワー出力部１６０は、入力パワーを他の通信装置へ送信する通信インターフェースであってもよい。

制御電圧生成部１７０は、演算部１４０から出力された電圧信号が示す電圧を制御電圧として生成し、生成した制御電圧を可変位相板１１２へ印加する。たとえば、制御電圧生成部１７０は、演算部１４０から出力されたデジタルの電圧信号をアナログ信号に変換するＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ／Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）である。制御電圧生成部１７０は、アナログ信号に変換した電圧信号を制御電圧として可変位相板１１２へ印加する。

図２−１は、可変分岐部による信号光の光路を示す図（φ＝π）である。図２−１〜図２−３においては、光受信装置１００の各構成のうちの偏光子１１１、可変位相板１１２、偏光子１１３およびＰＤ１２１〜１２３を図示する。また、図２−１〜図２−３においては、偏光子１１１、可変位相板１１２、偏光子１１３およびＰＤ１２１〜１２３は、互いに間隔を有して配置されている。

可変位相板１１２において直交する偏光成分間に与えられる位相差φをπにすると、図２−１に示すように、偏光子１１１から光路ｒ１により可変位相板１１２へ入射したｙ偏光の信号光は、ｘ偏光になって偏光子１１３へ入射する。そして、可変位相板１１２から偏光子１１３へ入射したｘ偏光の信号光は、ＰＤ１２２へ出射される。

また、偏光子１１１から光路ｒ２により可変位相板１１２へ入射したｘ偏光の信号光は、ｙ偏光になって偏光子１１３へ入射する。可変位相板１１２から偏光子１１３へ入射したｙ偏光の信号光は、ＰＤ１２２へ出射される。したがって、可変位相板１１２において位相差φをπにすると、分岐された各信号光がＰＤ１２２によって受光される。この場合は、ＰＤ１２１，１２３においては信号光が受光されない。したがって、ＰＤ１２２によって受光される主信号の減衰量が最小（０）になる。

このように、可変分岐部１１０は、特定の状態（φ＝π）において、光ファイバ１０から入力された信号光のすべてをＰＤ１２２（所定の受光部）に受光させる。そして、受信処理部１４１は、ＰＤ１２２によって受光された信号を主信号として受信処理を行う。これにより、受信処理部１４１によって受信処理される主信号の減衰量を、可変分岐部１１０を特定の状態（φ＝π）にすることで０にすることが可能になる。このため、信号光の入力パワーが小さくても最小受信感度の劣化を抑えることができる。

図２−２は、可変分岐部による信号光の光路を示す図（φ＝０，２π）である。可変位相板１１２において直交する偏光成分間に与えられる位相差φを０または２πにすると、図２−２に示すように、偏光子１１１から光路ｒ１により可変位相板１１２へ入射した信号光は、ｙ偏光のまま偏光子１１３へ入射する。そして、可変位相板１１２から偏光子１１３へ入射したｙ偏光の信号光は、ＰＤ１２１へ出射される。

また、偏光子１１１から光路ｒ２により可変位相板１１２へ入射した信号光は、ｘ偏光のまま偏光子１１３へ入射する。可変位相板１１２から偏光子１１３へ入射したｘ偏光の信号光は、ＰＤ１２３へ出射される。したがって、可変位相板１１２において位相差φを０または２πにすると、分岐された各信号光がＰＤ１２１およびＰＤ１２３によって受光される。この場合は、ＰＤ１２２においては信号光が受光されない。したがって、ＰＤ１２２によって受光される主信号の減衰量が最大になる。

図２−３は、可変分岐部による信号光の光路を示す図（φ≠０，π，２π）である。可変位相板１１２において直交する偏光成分間に与えられる位相差φを０、π、２π以外にすると、図２−３に示すように、偏光子１１１から光路ｒ１により可変位相板１１２へ入射した信号光は、ｘ偏光成分とｙ偏光成分を含んで偏光子１１３へ入射する。偏光子１１３へ入射するｘ偏光成分とｙ偏光成分の比率は、位相差φによって決まる。そして、可変位相板１１２から光路ｒ１により偏光子１１３へ入射したｙ偏光成分はＰＤ１２１へ出射される。また、可変位相板１１２から光路ｒ１により偏光子１１３へ入射したｘ偏光成分はＰＤ１２２へ出射される。

また、偏光子１１１から光路ｒ２により可変位相板１１２へ入射した信号光は、ｘ偏光成分とｙ偏光成分を含んで偏光子１１３へ入射する。偏光子１１３へ入射するｘ偏光成分とｙ偏光成分の比率は、位相差φによって決まる。そして、可変位相板１１２から光路ｒ２により偏光子１１３へ入射したｙ偏光成分はＰＤ１２２へ出射される。また、可変位相板１１２から光路ｒ２により偏光子１１３へ入射したｘ偏光成分はＰＤ１２３へ出射される。したがって、可変位相板１１２において位相差φを０、π、２π以外にすると、分岐された各信号光がＰＤ１２１〜１２３のそれぞれによって受光される。したがって、ＰＤ１２２によって受光される主信号の減衰量は、位相差φに応じた減衰量になる。

図３は、制御電圧に対する主信号およびモニタ信号の変化を示すグラフである。図３において、横軸は、可変位相板１１２に印加される制御電圧の大きさを示している。縦軸は、ＰＤ１２２によって受光される主信号のパワーと、ＰＤ１２１，１２３によって受光されるモニタ信号の合計パワーと、を示している。特性３１０は、制御電圧に対する主信号のパワーの変化を示している。特性３２０は、制御電圧に対するモニタ信号の合計パワーの変化を示している。

特性３１０に示すように、制御電圧を変化させることで、主信号のパワーを周期的に変化させることができる。したがって、減衰量制御部１４３は、Ｉ／Ｖ変換部１３２から出力される主信号のパワーが目標値となるように、可変位相板１１２へ印加される制御電圧を変化させる。これにより、主信号のパワー（減衰量）を制御することができる。たとえば、可変位相板１１２へ印加される制御電圧が電圧Ｖ１になると、主信号のパワーが最小（減衰量が最大）になる。また、可変位相板１１２へ印加される制御電圧が電圧Ｖ２になると、主信号のパワーが最大（減衰量が最小）になる。

また、特性３１０および特性３２０に示すように、制御電圧に対する主信号のパワーと、制御電圧に対するモニタ信号の合計パワーと、の合計は一定である。このため、減衰量制御部１４３は、Ｉ／Ｖ変換部１３１，１３３から出力される各モニタ信号の合計パワーが目標値となるように、可変位相板１１２へ印加される制御電圧を変化させてもよい。これにより、主信号のパワー（減衰量）を制御することができる。

図４は、主信号を減衰させる制御の一例を示すフローチャートである。演算部１４０の減衰量制御部１４３は、ＰＤ１２２によって受光される主信号を減衰させる減衰制御として、たとえば以下の各ステップを実行する。なお、光受信装置１００のメモリには、主信号の目標パワーＴａｒｇｅｔが記憶されているとする。まず、Ｉ／Ｖ変換部１３２から出力された信号（主信号）のパワーを変数Ｂ１に格納する（ステップＳ４０１）。

つぎに、変数Ｂ１に格納されたパワーが目標パワーＴａｒｇｅｔと一致するか否かを判断する（ステップＳ４０２）。変数Ｂ１に格納されたパワーが目標パワーＴａｒｇｅｔと一致する場合（ステップＳ４０２：Ｙｅｓ）は、一連の動作を終了する。変数Ｂ１に格納されたパワーが目標パワーＴａｒｇｅｔと一致しない場合（ステップＳ４０２：Ｎｏ）は、変数Ｂ１に格納されたパワーと目標パワーＴａｒｇｅｔの差の絶対値を変数Ｃ１に格納する（ステップＳ４０３）。

つぎに、可変位相板１１２へ印加される制御電圧を単位量Ｎｓｔｅｐだけ増加させる（ステップＳ４０４）。つぎに、Ｉ／Ｖ変換部１３２から出力された信号（主信号）のパワーを変数Ｂ２に格納する（ステップＳ４０５）。つぎに、変数Ｂ２に格納されたパワーと目標パワーＴａｒｇｅｔの差の絶対値を変数Ｃ２に格納する（ステップＳ４０６）。

つぎに、変数Ｃ２に格納された値が変数Ｃ１に格納された値より小さいか否かを判断する（ステップＳ４０７）。これにより、ステップＳ４０４によって主信号のパワーが目標パワーＴａｒｇｅｔに近づいたか否かを判断することができる。変数Ｃ２に格納された値が変数Ｃ１に格納された値より小さい場合（ステップＳ４０７：Ｙｅｓ）は、可変位相板１１２へ印加される制御電圧を単位量Ｎｓｔｅｐだけ増加させる（ステップＳ４０８）。

つぎに、Ｉ／Ｖ変換部１３２から出力された信号（主信号）のパワーを変数Ｂ３に格納する（ステップＳ４０９）。つぎに、変数Ｂ３に格納されたパワーと目標パワーＴａｒｇｅｔの差の絶対値を変数Ｃ３に格納する（ステップＳ４１０）。つぎに、変数Ｃ３に格納された値が０であるか否かを判断する（ステップＳ４１１）。変数Ｃ３に格納された値が０でない場合（ステップＳ４１１：Ｎｏ）は、ステップＳ４０８へ戻る。変数Ｃ３に格納された値が０である場合（ステップＳ４１１：Ｙｅｓ）は、一連の動作を終了する。

ステップＳ４０７において、変数Ｃ２に格納された値が変数Ｃ１に格納された値より小さくない場合（ステップＳ４０７：Ｎｏ）は、可変位相板１１２へ印加される制御電圧を単位量Ｎｓｔｅｐだけ低下させる（ステップＳ４１２）。つぎに、Ｉ／Ｖ変換部１３２から出力された信号（主信号）のパワーを変数Ｂ４に格納する（ステップＳ４１３）。

つぎに、変数Ｂ４に格納されたパワーと目標パワーＴａｒｇｅｔの差の絶対値を変数Ｃ４に格納する（ステップＳ４１４）。つぎに、変数Ｃ４に格納された値が０であるか否かを判断する（ステップＳ４１５）。変数Ｃ４に格納された値が０でない場合（ステップＳ４１５：Ｎｏ）は、ステップＳ４１２へ戻る。変数Ｃ４に格納された値が０である場合（ステップＳ４１５：Ｙｅｓ）は、一連の動作を終了する。

以上の各ステップを繰り返し実行することで、ＰＤ１２２によって受光される主信号の減衰量が目標パワーＴａｒｇｅｔとなるように制御することができる。たとえば、ＰＤ１２２によって受光される信号のパワーが目標値（たとえば−１０［ｄＢｍ］）となるときにＰＤ１２２から出力される信号のパワーを、目標パワーＴａｒｇｅｔとしてあらかじめ光受信装置１００のメモリに記憶しておく。これにより、ＰＤ１２２によって受光される信号のパワーを目標値（たとえば−１０［ｄＢｍ］）とすることができる。

図５は、演算部の構成例２を示す図である。図５において、図１−２に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図５に示すように、演算部１４０の算出部１４２は、算出した入力パワーを、入力パワー出力部１６０および減衰量制御部１４３のそれぞれへ出力するようにしてもよい。減衰量制御部１４３は、算出部１４２から出力された入力パワーに基づいて、減衰量の制御動作を切り替える。たとえば、減衰量制御部１４３は、図４に示した主信号を減衰させる制御と、図６に示す主信号の減衰量を最小化する制御と、を入力パワーに基づいて切り替える。

図６は、主信号の減衰量を最小化する制御の一例を示すフローチャートである。演算部１４０の減衰量制御部１４３は、主信号の減衰量を最小化する制御として、たとえば以下の各ステップを実行する。まず、Ｉ／Ｖ変換部１３１，１３３から出力された各信号（モニタ信号）の合計パワーを変数Ａ１に格納する（ステップＳ６０１）。

つぎに、変数Ａ１に格納された値が０であるか否かを判断する（ステップＳ６０２）。変数Ａ１に格納された値が０である場合（ステップＳ６０２：Ｙｅｓ）は、一連の動作を終了する。変数Ａ１に格納された値が０でない場合（ステップＳ６０２：Ｎｏ）は、可変位相板１１２へ印加される制御電圧を単位量Ｎｓｔｅｐだけ増加させる（ステップＳ６０３）。つぎに、Ｉ／Ｖ変換部１３１，１３３から出力された各信号（モニタ信号）の合計パワーを変数Ａ２に格納する（ステップＳ６０４）。

つぎに、変数Ａ２に格納された値が変数Ａ１に格納された値より小さいか否かを判断する（ステップＳ６０５）。これにより、ステップＳ６０３によって主信号の減衰量が小さくなったか否かを判断することができる。変数Ａ２に格納された値が変数Ａ１に格納された値より小さい場合（ステップＳ６０５：Ｙｅｓ）は、変数Ａ２に格納された値が０であるか否かを判断する（ステップＳ６０６）。変数Ａ２に格納された値が０である場合（ステップＳ６０６：Ｙｅｓ）は、一連の動作を終了する。

ステップＳ６０６において、変数Ａ２に格納された値が０でない場合（ステップＳ６０６：Ｎｏ）は、可変位相板１１２へ印加される制御電圧を単位量Ｎｓｔｅｐだけ増加させる（ステップＳ６０７）。つぎに、Ｉ／Ｖ変換部１３１，１３３から出力された各信号（モニタ信号）の合計パワーを変数Ａ３に格納する（ステップＳ６０８）。

つぎに、変数Ａ３に格納された値が０であるか否かを判断する（ステップＳ６０９）。変数Ａ３に格納された値が０でない場合（ステップＳ６０９：Ｎｏ）は、ステップＳ６０７へ戻る。変数Ａ３に格納された値が０である場合（ステップＳ６０９：Ｙｅｓ）は、一連の動作を終了する。

ステップＳ６０５において、変数Ａ２に格納された値が変数Ａ１に格納された値より小さくない場合（ステップＳ６０５：Ｎｏ）は、可変位相板１１２へ印加される制御電圧を単位量Ｎｓｔｅｐだけ低下させる（ステップＳ６１０）。つぎに、Ｉ／Ｖ変換部１３１，１３３から出力された各信号（モニタ信号）の合計パワーを変数Ａ４に格納する（ステップＳ６１１）。

つぎに、変数Ａ４に格納された値が０であるか否かを判断する（ステップＳ６１２）。変数Ａ４に格納された値が０でない場合（ステップＳ６１２：Ｎｏ）は、ステップＳ６１０へ戻る。変数Ａ４に格納された値が０である場合（ステップＳ６１２：Ｙｅｓ）は、一連の動作を終了する。

以上の各ステップを繰り返し実行することで、ＰＤ１２２によって受光される主信号の可変分岐部１１０による減衰量を最小（０［ｄＢ］）にすることができる。これにより、光ファイバ１０から光受信装置１００への信号光の入力パワーが小さい場合においても、主信号の減衰による最小受信感度の劣化を抑えることができる。

図７は、制御動作の切り替え処理の一例を示すフローチャートである。演算部１４０の減衰量制御部１４３は、制御動作の切り替え処理として、たとえば以下の各ステップを実行する。まず、算出部１４２から出力された入力パワーを取得する（ステップＳ７０１）。つぎに、ステップＳ７０１によって取得された入力パワーが閾値より大きいか否かを判断する（ステップＳ７０２）。

ステップＳ７０２において入力パワーが閾値より大きくない場合（ステップＳ７０２：Ｎｏ）は、小信号入力時の制御動作を実行中か否かを判断する（ステップＳ７０３）。小信号入力時の制御動作は、たとえば図６に示した減衰量を最小化する制御である。小信号入力時の制御動作を実行中である場合（ステップＳ７０３：Ｙｅｓ）は、ステップＳ７０１へ戻る。小信号入力時の制御動作を実行中でない場合（ステップＳ７０３：Ｎｏ）は、小信号入力時の制御動作を開始し（ステップＳ７０４）、ステップＳ７０１へ戻る。

ステップＳ７０２において、入力パワーが閾値より大きい場合（ステップＳ７０２：Ｙｅｓ）は、大信号入力時の制御動作を実行中か否かを判断する（ステップＳ７０５）。大信号入力時の制御動作は、たとえば図４に示した主信号を減衰させる制御である。大信号入力時の制御動作を実行中である場合（ステップＳ７０５：Ｙｅｓ）は、ステップＳ７０１へ戻る。大信号入力時の制御動作を実行中でない場合（ステップＳ７０５：Ｎｏ）は、大信号入力時の制御動作を開始し（ステップＳ７０６）、ステップＳ７０１へ戻る。

たとえば、ステップＳ７０２において比較する閾値を−１０［ｄＢｍ］とする。この場合は、光受信装置１００の入力パワーが−１０［ｄＢｍ］以下であるときは、減衰量制御部１４３は、図６に示す主信号の減衰量を最小化する制御を実行し、最小受信感度の劣化を抑えることができる。また、光受信装置１００の入力パワーが−１０［ｄＢｍ］より大きいときは、減衰量制御部１４３は、図４に示した主信号を減衰させる制御を実行し、ＰＤ１２２によって受光される主信号を減衰させることができる。

図８は、制御動作の切り替え処理による減衰量の変化例を示す図である。図８のテーブル８００は、図７に示した切り替え処理（閾値を−１０［ｄＢｍ］とする）を行った場合の減衰結果を示している。具体的には、テーブル８００は、光ファイバ１０から光受信装置１００への信号光の入力パワーが変化した場合における、ＰＤ１２２により受光される主信号のパワーと、ＰＤ１２２により受光される主信号の減衰量と、を示している。

テーブル８００に示すように、入力パワーが−１０［ｄＢｍ］以下である場合は、図６に示した主信号の減衰量を最小化する制御によって、ＰＤ１２２により受光される主信号の減衰量は０［ｄＢ］となる。また、入力パワーが−１０［ｄＢｍ］より大きい場合は、図４に示した主信号を減衰させる制御によって、ＰＤ１２２により受光される主信号のパワーは−１０［ｄＢｍ］（目標パワーＴａｒｇｅｔ）となる。

図９は、実施の形態にかかる光受信装置の構成例２を示す図である。図９において、図１−１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図９に示すように、光受信装置１００は、図１−１に示した構成に加えて反射鏡９１１および反射鏡９１２を備えていてもよい。この場合は、図１−１に示したＰＤ１２３およびＩ／Ｖ変換部１３３を省いた構成にしてもよい。

偏光子１１３は、光路ｒ２の信号光に含まれるｘ偏光成分を反射鏡９１１へ出射する。反射鏡９１１は、偏光子１１３から出射された信号光を反射させて反射鏡９１２へ出射する。反射鏡９１２は、反射鏡９１１から出射された信号光を反射させてＰＤ１２１へ出射する。ＰＤ１２１は、偏光子１１３から出射された信号光と、反射鏡９１２から出射された信号光と、を受光する。

このように、ＰＤ１２１は、可変分岐部１１０によって分岐された各信号光のうちの受信処理部１４１によって受信処理が行われる信号光とは異なる複数の信号光を受光する。これにより、ＰＤ１２３およびＩ／Ｖ変換部１３３（図１−１参照）を省いた構成にしても、可変分岐部１１０によって分岐された各信号光を受光することができる。このため、制御ピンの削減および消費電力の低減を図ることができる。

図１０は、実施の形態にかかる光受信装置の構成例３を示す図である。図１０において、図９に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１０に示すように、光受信装置１００は、図９に示した構成において、反射鏡９１２に代えてビームスプリッタ１０１１を備えていてもよい。

偏光子１１３は、光路ｒ１の信号光に含まれるｙ偏光成分をビームスプリッタ１０１１へ出射する。反射鏡９１１は、偏光子１１３から出射された信号光をビームスプリッタ１０１１へ出射する。ビームスプリッタ１０１１は、偏光子１１３から出射された信号光と、反射鏡９１１から出射された信号光と、を合波してＰＤ１２１へ出射する。ＰＤ１２１は、ビームスプリッタ１０１１から出射された信号光を受光する。

このように、ＰＤ１２１は、可変分岐部１１０によって分岐された各信号光のうちの受信処理部１４１によって受信処理が行われる信号光とは異なる複数の信号光を受光する。これにより、ＰＤ１２３およびＩ／Ｖ変換部１３３（図１−１参照）を省いた構成にしても、可変分岐部１１０によって分岐された各信号光を受光することができる。このため、制御ピンの削減および消費電力の低減を図ることができる。

図１１−１は、実施の形態にかかる光受信装置の構成例４を示す図である。図１１−１において、図１−１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１１−１に示すように、可変位相板１１２は、光受信装置１００の外部から入力された制御電圧に応じて制御電圧に応じた位相差を偏光成分間に与えるようにしてもよい。この場合は、制御電圧生成部１７０（図１−１参照）を省いた構成にしてもよい。

図１１−２は、演算部の構成例３を示す図である。図１１−２において、図１−２に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１１−２に示すように、図１１−１に示した演算部１４０は、減衰量制御部１４３を省いた構成にしてもよい。図１１−１および図１１−２に示したように、光受信装置１００は、たとえばＰＤ１２２によって受光された主信号のパワーによるフィードバック制御を行わずに、外部から入力される制御電圧に基づいて主信号の減衰量を制御する構成としてもよい。

図１２−１は、実施の形態にかかる光受信装置の構成例５を示す図である。図１２−１において、図１−１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１２−１に示すように、可変分岐部１１０は、偏光子１１１、ＰＤ１２３およびＩ／Ｖ変換部１３３を省いた構成にしてもよい。

偏光子１１１を省いた構成においても、たとえば光ファイバ１０から光受信装置１００へ入力される信号光の偏光方向が一定で既知である場合には、可変位相板１１２の光学軸方向を適切に選ぶことで、各信号の偏光方向を変化させることができる。これにより、可変位相板１１２に印加される制御電圧に応じた比率で信号光を分岐し、分岐した各信号光をそれぞれＰＤ１２１，１２２によって受光させることができる。

図１２−２は、演算部の構成例５を示す図である。図１２−２において、図１−２に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図１２−２に示すように、図１２−１に示した演算部１４０においては、算出部１４２は、Ｉ／Ｖ変換部１３１，１３２から出力された各信号の合計パワーを算出する。Ｉ／Ｖ変換部１３１，１３２から出力された各信号の合計パワーは、光ファイバ１０から光受信装置１００へ入力された信号光の、可変分岐部１１０による減衰前のパワー（入力パワー）を示す。減衰量制御部１４３は、Ｉ／Ｖ変換部１３１，１３２から出力された各信号の少なくともいずれかに基づいて、ＰＤ１２２によって受光される主信号の減衰量を制御する。

図１３は、光受信装置を適用した通信システムの構成例を示す図である。図１３に示すように、通信システム１３００は、光送信装置１３１０と、光増幅装置１３２０と、光受信装置１００と、光ファイバ１１，１２と、を含んでいる。光送信装置１３１０は、光ファイバ１１を介して、信号光を光増幅装置１３２０へ送信する。

光増幅装置１３２０は、光送信装置１３１０から送信された信号光を増幅する。光増幅装置１３２０は、増幅した信号光を、光ファイバ１２を介して光受信装置１００へ送信する。光受信装置１００は、光増幅装置１３２０から送信された信号光を受信する。光受信装置１００には、上述した各種の光受信装置１００を適用することができる。

光受信装置１００において信号光を減衰させて受光することができるため、たとえば光ファイバ１２に光減衰器を設けなくても受信特性の劣化を抑えることができる。このため、設備のコストダウンを図ることができる。また、光受信装置１００において信号光を減衰させて受光することができるため、信号光のパワーのダイナミックレンジが大きくなる。このため、通信システム１３００のシステム設計の余裕を拡大することができる。

このように、実施の形態にかかる光受信装置１００によれば、可変の比率により信号光を分岐し、分岐した各信号光を受光することで、受光される信号光のパワーを可変の減衰量により減衰させることができる。これにより、光受信装置１００に対して大きなパワーの信号光が入力されても受信特性の劣化を抑えることができる。

また、光受信装置１００によれば、受光される信号光の減衰量を変化させても、受光した各信号の合計パワーを算出することで減衰前の信号光の入力パワーをモニタすることができる。また、偏光子１１１、可変位相板１１２または偏光子１１３の光透過特性が信号光の波長や温度に依存して変動しても、分岐して受光した各信号の合計パワーが入力パワーに等しいという関係は常に成り立つ。このため、光受信装置１００によれば、信号光の波長や温度が変動しても入力パワーを精度よくモニタすることができる。

また、たとえば信号光の波長や温度ごとの入力パワーを示すルックアップテーブルを作成しなくても入力パワーを精度よくモニタすることができるため、入力パワーモニタを低コストで実現し、光受信モジュールの製造コストを抑えることができる。

また、たとえば可変光減衰器の前段の光分岐カプラにより信号光を一部分岐してモニタする技術と比べて、信号光の一部を常に分岐することによる信号光の損失がない。このため、信号光の入力パワーが小さくても最小受信感度の劣化を抑えることができる。

なお、上述した光受信装置１００においては、ＰＤ１２２によって受光された信号光を主信号として受信処理部１４１によって受信処理する構成について説明した。これに対して、ＰＤ１２１またはＰＤ１２３によって受光された信号光を主信号として受信処理部１４１によって受信処理する構成としてもよい。

以上説明したように、光受信装置および通信システムによれば、入力パワーを精度よくモニタすることができる。上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）入力された信号光を可変の比率により分岐する可変分岐部と、
前記可変分岐部によって分岐された各信号光をそれぞれ受光する複数の受光部と、
前記複数の受光部によって受光された各信号の少なくともいずれかの信号により受信処理を行う受信処理部と、
前記複数の受光部によって受光された各信号の合計パワーを算出する算出部と、
前記算出部によって算出された合計パワーを出力する出力部と、
を備えることを特徴とする光受信装置。

（付記２）前記可変分岐部は、
前記入力された信号光に含まれる各偏光成分の比率を変化させる偏光可変部と、
前記偏光可変部によって各偏光成分の比率が変化する信号光に含まれる各偏光成分を分離する第１偏光子と、
を備えることを特徴とする付記１に記載の光受信装置。

（付記３）前記入力された信号光に含まれる各偏光成分を分離する第２偏光子を備え、
前記偏光可変部は、前記第２偏光子によって分離された各信号光に含まれる各偏光成分の比率を変化させることを特徴とする付記２に記載の光受信装置。

（付記４）前記偏光可変部は、印加される電圧に応じて前記各偏光成分の比率を変化させ、
前記複数の受光部によって受光された各信号の少なくともいずれかの信号に基づいて、前記偏光可変部に印加される電圧を制御する制御部を備えることを特徴とする付記２または３に記載の光受信装置。

（付記５）前記制御部は、前記算出部によって算出された合計パワーに基づいて、前記受信処理部によって受信処理される信号を減衰させる前記電圧の制御動作と、前記受信処理部によって受信処理される信号の減衰量を最小化する前記電圧の制御動作と、を切り替えて実行することを特徴とする付記４に記載の光受信装置。

（付記６）前記可変分岐部は、特定の状態において、前記入力された信号光のすべてを前記複数の受光部のうちの所定の受光部に受光させ、
前記受信処理部は、前記所定の受光部によって受光された信号により受信処理を行うことを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の光受信装置。

（付記７）前記複数の受光部の少なくともいずれかは、前記可変分岐部によって分岐された各信号光のうちの前記受信処理部によって受信処理が行われる信号光とは異なる複数の信号光を受光することを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の光受信装置。

（付記８）前記偏光可変部は、前記信号光に含まれる直交する偏光成分間に可変の位相差を与える可変位相板であることを特徴とする付記２〜５のいずれか一つに記載の光受信装置。

（付記９）前記可変位相板は、印加される電圧に応じて屈折率が変化する電気光学効果を有する素子であることを特徴とする付記８に記載の光受信装置。

（付記１０）前記可変位相板は、印加される磁界に応じて屈折率が変化する磁気光学効果を有する素子であることを特徴とする付記８に記載の光受信装置。

（付記１１）前記第１偏光子は複屈折板であることを特徴とする付記２に記載の光受信装置。

（付記１２）前記第１偏光子は偏光ビームスプリッタであることを特徴とする付記２に記載の光受信装置。

（付記１３）付記１〜１２のいずれか一つに記載の光受信装置と、
信号光を送信する光送信装置と、
前記光送信装置によって送信された信号光を前記光受信装置へ入力する光ファイバと、
を含むことを特徴とする通信システム。

１０〜１２ 光ファイバ
１００ 光受信装置
１１０ 可変分岐部
１１１，１１３ 偏光子
１１２ 可変位相板
９１１，９１２ 反射鏡
１０１１ ビームスプリッタ
１３００ 通信システム
ｒ１，ｒ２ 光路

Claims (9)

1. 入力された信号光を可変の比率により分岐する可変分岐部と、
   前記可変分岐部によって分岐された各信号光をそれぞれ受光する複数の受光部と、
   前記複数の受光部によって受光された各信号の少なくともいずれかの信号により受信処理を行う受信処理部と、
   前記複数の受光部によって受光された各信号の合計パワーを算出する算出部と、
   前記算出部によって算出された合計パワーを出力する出力部と、
   を備えることを特徴とする光受信装置。
2. 前記可変分岐部は、
   前記入力された信号光に含まれる各偏光成分の比率を変化させる偏光可変部と、
   前記偏光可変部によって各偏光成分の比率が変化する信号光に含まれる各偏光成分を分離する第１偏光子と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の光受信装置。
3. 前記入力された信号光に含まれる各偏光成分を分離する第２偏光子を備え、
   前記偏光可変部は、前記第２偏光子によって分離された各信号光に含まれる各偏光成分の比率を変化させることを特徴とする請求項２に記載の光受信装置。
4. 前記偏光可変部は、印加される電圧に応じて前記各偏光成分の比率を変化させ、
   前記複数の受光部によって受光された各信号の少なくともいずれかの信号に基づいて、前記偏光可変部に印加される電圧を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項２または３に記載の光受信装置。
5. 前記制御部は、前記算出部によって算出された合計パワーに基づいて、前記受信処理部によって受信処理される信号を減衰させる前記電圧の制御動作と、前記受信処理部によって受信処理される信号の減衰量を最小化する前記電圧の制御動作と、を切り替えて実行することを特徴とする請求項４に記載の光受信装置。
6. 前記可変分岐部は、特定の状態において、前記入力された信号光のすべてを前記複数の受光部のうちの所定の受光部に受光させ、
   前記受信処理部は、前記所定の受光部によって受光された信号により受信処理を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光受信装置。
7. 前記複数の受光部の少なくともいずれかは、前記可変分岐部によって分岐された各信号光のうちの前記受信処理部によって受信処理が行われる信号光とは異なる複数の信号光を受光することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光受信装置。
8. 前記偏光可変部は、前記信号光に含まれる直交する偏光成分間に可変の位相差を与える可変位相板であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載の光受信装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一つに記載の光受信装置と、
   信号光を送信する光送信装置と、
   前記光送信装置によって送信された信号光を前記光受信装置へ入力する光ファイバと、
   を含むことを特徴とする通信システム。

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