JP5667395B2

JP5667395B2 - 光受信器

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Publication number: JP5667395B2
Application number: JP2010192165A
Authority: JP
Inventors: 池内　公; 公池内; 桑田　直樹; 直樹桑田
Original assignee: Fujitsu Ltd; Fujitsu Optical Components Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd; Fujitsu Optical Components Ltd
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2030-08-30
Also published as: US20110182591A1; US8737848B2; JP2011172202A

Description

本発明は、光受信器に関する。

高速光通信システムでは、各機器の動作速度の限界に伴い、伝送容量を拡大するため複数チャネルを用いたＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）伝送が使用されている。伝送速度の上昇に伴い、これまで、数１００ｋｍ以上の伝送のみに使用されてきたＷＤＭ伝送についても、数１０ｋｍ以下の比較的短距離の伝送への適用が検討されている。このようなシステムでは、コスト削減のため、伝送路中に光増幅器を設置するのではなく、例えば、送信器では、異なる波長の複数の信号を、変調して合波した後に増幅せずに送信し、距離延長に対応するため、受信器は、受信した信号を、半導体光増幅器で一括増幅した後に分波して受光素子で受光する。

さらには、距離にばらつきがある光ファイバに対して柔軟に対応するために、受信器の受光素子は、広いダイナミックレンジを有していることが好ましい。例えば、光ファイバの０ｋｍ〜数十ｋｍの距離ばらつきに対して、受光素子は２０ｄＢ以上のダイナミックレンジを有していることが好ましい。また、送信器においても、チャネル間で光強度にばらつきが生じることがある。

特許文献１は、特定波長について入力パワーおよび出力パワーをモニタし、半導体光増幅器の特性を記憶したテーブルに従って利得を制御する技術を開示している。特許文献２は、光強度（光パワー）の波長依存性を、ゲインイコライザー等を用いて補正する技術を開示している。

特開２００８−１６６７１９号公報特開２０００−２５２９２３号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、一波モニタのため、複数のチャネルに対して広いダイナミックレンジ入力を確保することができない。また、特許文献２の技術では、機器にかかるコストが増大化してしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、コストを抑制しつつ、複数のチャネルに対して広いダイナミックレンジ入力を確保することができる、光受信器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、明細書開示の光受信器は、供給される動作電流に応じて波長多重光信号である入力光を増幅する光増幅器と、光増幅器の出力光を分波する分波器と、入力光の光パワーを検出する光パワー検出手段と、入力光の光パワーが第１の所定値を上回る場合には、分波器から出力される複数の波長信号のうち平均光パワーよりも大きい光パワーの波長信号をモニタ対象として選定し、入力光の光パワーが第１の所定値を下回る場合には、複数の波長信号のうち平均光パワーよりも小さい光パワーの波長信号をモニタ対象として選定し、モニタ対象の光パワーが所定の制御値に制御されるように、光増幅器の動作電流を制御する動作電流制御回路と、を備えるものである。

明細書開示の光受信器によれば、コストを抑制しつつ、複数のチャネルに対して広いダイナミックレンジ入力を確保することができる。

実施例１に係る光受信器が適用される光伝送システムの全体構成について説明するための図である。（ａ）は、実施例１に係る光受信器の全体構成を説明するためのブロック図であり、（ｂ）は、動作電流制御回路の詳細を説明するためのブロック図である。半導体光増幅器の動作電流と利得と出力パワーとの関係について説明するための図である。半導体光増幅器のエラーフリー領域を説明するための図である。フローチャートの一例を説明するための図である。図５のフローチャートに従った制御を説明するための図である。光パワーの平均値を半導体光増幅器のフィードバック制御値として用い場合の制御を説明するための図である。半導体光増幅器の動作電流と、半導体光増幅器の出力光パワーと、半導体光増幅器への入力光パワーとの関係を説明するための図である。半導体光増幅器への入力パワーを演算によって算出する場合のフローチャートの一例を説明するための図である。半導体光増幅器への入力パワーを演算によって算出する場合のフローチャートの他の例を説明するための図である。実施例２に係る光受信器の全体構成を説明するためのブロック図である。実施例２に係る制御を説明するための図である。フローチャートの一例を説明するための図である。実施例３に係る光受信器の全体構成を説明するためのブロック図である。実施例３に係る制御を説明するための図である。フローチャートの一例を説明するための図である。実施例４に係る光受信器の全体構成を説明するためのブロック図である。

以下、図面を参照しつつ、実施例について説明する。

図１（ａ）は、実施例１に係る光受信器１００が適用される光伝送システム１０００の全体構成を説明するためのブロック図である。図１（ａ）を参照して、光伝送システム１０００は、光受信器１００と光送信器２００とが光伝送路３００を介して接続された構成を有する。

光送信器２００は、複数のチャネルの波長信号のそれぞれに対して、駆動回路２０１およびレーザダイオード２０２を備えるとともに、各波長信号を合波するための合波器２０３を備える。各駆動回路２０１は、入力されるデータに基づいて、駆動信号を生成する。レーザダイオード２０２は、駆動回路２０１から入力される駆動信号に基づいて、波長信号を出力する。図１（ａ）においては、各波長信号は、λ_０〜λ_ｎのように表されている。ｎは２以上の整数であり、チャネル数に対応した値である。ここで、レーザダイオード２０２としては、外部変調方式を用いた変調器、例えば、電界吸収型外部変調器付きレーザなどを用いてもよい。

合波器２０３は、各レーザダイオード２０２から入力される波長信号λ_０〜λ_ｎを合波し、波長多重光信号として光伝送路３００に出力する。光伝送路３００を伝播する光信号は、光受信器１００に入力される。光受信器１００は、入力される光信号を半導体光増幅器で増幅した後に分波して受光する。

図１（ｂ）は、各チャネルの波長信号λ_０〜λ_ｎの光パワーを模式的に表した図である。図１（ｂ）を参照して、各波長信号の光パワーには、ばらつきが生じる。したがって、光受信器１００において分波された各波長信号にも、光パワーにばらつきが生じる。

図１（ｃ）は、光受信器１００の半導体光増幅器の利得の波長依存性を模式的に表した図である。図１（ｃ）において、横軸は波長を示し、縦軸は利得を表す。図１（ｃ）を参照して、半導体光増幅器の利得は、波長に応じて変化する。以上のことから、光受信器１００の各受光素子が受光する光信号に、光パワーのばらつきが生じてしまう。そこで、本実施例においては、複数のチャネルに対して広いダイナミックレンジ入力を確保する光受信器を簡易な構成で実現する。

図２（ａ）は、本実施例に係る光受信器１００の全体構成を説明するためのブロック図である。図２（ａ）を参照して、光受信器１００は、光カプラ１０、受光素子２０、半導体光増幅器３０、分波器４０、複数の受光素子５０、複数のＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）６０、複数の受信回路７０、動作電流制御回路８０、および動作電流供給部９０を含む。

光受信器１００に入力される光信号は、光カプラ１０において２つに分岐する。分岐した一方の光信号は、受光素子２０に入力される。受光素子２０は、光受信器１００に入力される光信号を電流信号に変換し、動作電流制御回路８０に入力する。それにより、動作電流制御回路８０は、光受信器１００に入力される光信号の光パワーを検出することができる。分岐した他方の光信号は、半導体光増幅器３０に入力される。半導体光増幅器３０は、動作電流供給部９０から供給される動作電流で、光信号を増幅して出力する。分波器４０は、半導体光増幅器３０から出力される増幅信号を各チャネルの波長信号λ_０〜λ_ｎに分波し、各受光素子５０に別々に入力する。

受光素子５０は、入力される波長信号の光パワーを電流信号に変換し、ＴＩＡ６０に入力するとともに、動作電流制御回路８０に入力する。それにより、動作電流制御回路８０は、各波長信号の光パワーを検出することができる。ＴＩＡ６０は、入力される電流信号をインピーダンス変換するとともに増幅し、電圧信号として出力する。受信回路７０は、ＴＩＡ６０から入力される電圧信号をデータに変換して出力する回路であり、リミッタアンプ等によって構成される。動作電流制御回路８０は、受光素子２０および各受光素子５０が検出する光パワーに応じて、動作電流供給部９０から半導体光増幅器３０に供給される動作電流を制御する。

図２（ｂ）は、動作電流制御回路８０の詳細を説明するためのブロック図である。図２（ｂ）を参照して、動作電流制御回路８０は、第１スイッチ８１、第２スイッチ８２、第３スイッチ８３、基準電圧発生回路８４、増幅器８５、チャネル選択回路８６、切替回路８７、および基準電圧切替回路８８を含む。第１スイッチ８１、第２スイッチ８２および第３スイッチ８３は、アナログスイッチである。

第１スイッチ８１、第２スイッチ８２およびチャネル選択回路８６には、各受光素子５０の出力電流が入力される。チャネル選択回路８６は、入力される電流信号に基づいて、各受光素子５０が検出する波長信号の光パワーを検出することができる。本実施例においては、チャネル選択回路８６は、所定の光パワーの波長信号が選択されるように、第１スイッチ８１および第２スイッチ８２を制御する。切替回路８７は、受光素子２０の検出結果に応じて、第１スイッチ８１および第２スイッチ８２の出力信号のうちいずれか一方が出力されるように、第３スイッチ８３を制御する。基準電圧発生回路８４は、基準電圧切替回路８８によって設定された基準電圧を増幅器８５に入力する。それにより、第３スイッチ８３が選択したチャネルの受光素子５０が受光する光パワーが、上記の基準電圧に基づいて所定の制御値に制御されるように、フィードバック制御される。

ここで、半導体光増幅器３０の特性について説明する。図３は、半導体光増幅器３０の動作電流と利得と出力パワーとの関係について説明するための図である。図３において、横軸は半導体光増幅器３０の出力パワーを示し、縦軸は半導体光増幅器３０の利得を示す。図３を参照して、半導体光増幅器３０の利得は、動作電流が一定であれば、出力パワーが変動してもほぼ一定値となる。また、半導体光増幅器３０の利得は、動作電流が小さいほど小さくなる。

次に、半導体光増幅器３０のエラーフリー領域について説明する。エラーフリー領域は、ＰＤ−ＴＩＡ入力パワー、半導体光増幅器３０のＡＳＥパワー、受光素子が受光可能な入力パワー等に基づいて定まる。なお、ＰＤ−ＴＩＡ入力パワーとは、ＴＩＡ６０に接続した受光素子５０に入力する光パワーのことである。

図４（ａ）および図４（ｂ）は、半導体光増幅器３０のエラーフリー領域を説明するための図である。図４（ａ）において、横軸は半導体光増幅器３０への入力パワーを示し、縦軸はＰＤ−ＴＩＡ入力パワーを示す。図４（ｂ）において、横軸は半導体光増幅器３０への入力パワーを示し、縦軸は半導体光増幅器３０の動作電流を示す。

図４（ａ）を参照して、受光素子５０の受光感度には下限があるため、エラーフリー領域に下限が現れる。また、受光素子５０には許容電流量が設定されているため、エラーフリー領域に上限が現れる。半導体光増幅器３０への入力パワーが小さい場合にはＡＳＥの比率が大きくなるため、半導体光増幅器３０への入力パワーが小さい領域においては、エラーフリー領域の下限が上昇する。半導体光増幅器３０への入力パワーが大きい場合にはＡＳＥの比率が小さくなるため、エラーフリー領域の上限はほとんど影響されない。

また、エラーフリー領域は、半導体光増幅器３０の利得によって定められる。図３で説明したように、半導体光増幅器３０の出力パワーが変化しても利得はほとんど変化しないため、利得が一定であれば、半導体光増幅器３０への入力パワーとＰＤ−ＴＩＡ入力パワーとの間に、比例関係が現れる。一方で、半導体光増幅器３０の利得には、下限および上限がある。したがって、エラーフリー領域は、上記の比例関係に対応して、ＰＤ−ＴＩＡ入力パワーの上限および下限が定まるとともに、半導体光増幅器３０の入力パワーの上限および下限が定まる。以上のことから、半導体光増幅器３０のエラーフリー領域は、図４（ａ）の斜線部のように表すことができる。

図４（ｂ）は、エラーフリー領域を、半導体光増幅器３０への入力パワーと半導体光増幅器３０の動作電流との関係で表した図である。図４（ｂ）においては、受光素子５０の入力制限および半導体光増幅器３０に大きなパワーが入力した際に生じる波形ひずみである非線形領域が考慮されている。ここで、チャネル間パワーばらつきについて考察する。チャネル間パワーばらつきは、半導体光増幅器３０に入力する光パワーのチャネル間ばらつきであり、主に光送信器２００で発生する。したがって、図４（ｂ）においては、チャネル間ばらつきは、横軸方向の所定範囲として表すことができる。

図４（ａ）および図４（ｂ）で説明したように、エラーフリー領域は、有限の領域である。本実施例においては、チャネル間ばらつきが生じても、各チャネルの波長信号が図４（ａ）および図４（ｂ）で示したエラーフリー領域内に収まるように、半導体光増幅器３０の動作電流を制御する。

例えば、半導体光増幅器３０への入力パワーが小さい場合には、半導体光増幅器３０の利得を大きく制御することによって、受光素子５０への入力パワーを大きくする。動作電流を一定値以上にしても利得は大きくならないため、各受光素子５０への入力パワーのうち最小のものについてフィードバック制御を実施する。この場合、最小パワーのチャネルをモニタ用に選択することによって、その他の大きいパワーを有するチャネルもエラーフリー領域内に収まることになる。

一方で、半導体光増幅器３０への入力パワーが大きい場合には、各受光素子５０への入力パワーのうち最大のものについてフィードバック制御を実施する。この場合、最大パワーのチャネルをモニタ用に選択することによって、その他の小さいパワーを有するチャネルもエラーフリー領域内に収まることになる。

続いて、図５を参照しつつ、具体的な制御について説明する。図５は、フローチャートの一例を説明するための図である。図５を参照して、まず、チャネル選択回路８６は、各受光素子５０のうち、最小光パワーの波長信号と、最大光パワーの波長信号とを検出する（ステップＳ１）。チャネル選択回路８６は、検出された最小光パワーの波長信号が選択されるように、第１スイッチ８１を制御する（ステップＳ２）。それにより、第１スイッチ８１は、最小光パワーの波長信号を選択して出力する。一方で、チャネル選択回路８６は、検出された最大光パワーの波長信号が選択されるように、第２スイッチ８２を制御する（ステップＳ３）。それにより、第２スイッチ８２は、最大光パワーの波長信号を選択して出力する。

切替回路８７には、受光素子２０の出力電流が入力される。それにより、切替回路８７は、半導体光増幅器３０に入力される光パワーを検出することができる。切替回路８７は、半導体光増幅器３０に入力される入力光パワーが第１しきい値（第１の所定値）を上回るか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４において「Ｙｅｓ」と判定された場合には、切替回路８７は、最大光パワーの波長信号が出力されるように、第３スイッチ８３を制御する（ステップＳ５）。それにより、最大光パワーの波長信号が、フィードバック制御のモニタ対象となる。次に、基準電圧切替回路８８は、半導体光増幅器３０のフィードバック制御値を、受光素子５０のダイナミックレンジの大側の値（第２の所定値以上の値）に設定する（ステップＳ６）。「大側」の値とは、ＰＤ−ＴＩＡ入力のダイナミックレンジの中で平均値以上最大値以下の値である。その後、フローチャートの実行が終了する。

ステップＳ４において「Ｎｏ」と判定された場合には、切替回路８７は、半導体光増幅器３０に入力される入力光パワーが第２しきい値を下回るか否かを判定する（ステップＳ７）。なお、第２しきい値とは、第１しきい値以下の任意の値である。ステップＳにおいて「Ｙｅｓ」と判定された場合には、切替回路８７は、最小光パワーの波長信号が出力されるように、第３スイッチ８３を制御する（ステップＳ８）。それにより、最小光パワーの波長信号が、フィードバック制御のモニタ対象となる。次に、基準電圧切替回路８８は、半導体光増幅器３０のフォードバック制御値を、受光素子５０のダイナミックレンジの小側の値（第３の所定値以下の値）に設定する（ステップＳ９）。「小側」の値とは、ＰＤ−ＴＩＡ入力のダイナミックレンジの中で平均値以下最小値以上の値である。その後、フローチャートの実行が終了する。また、ステップＳ７において「Ｎｏ」と判定された場合においては、半導体光増幅器３０の動作電流値を所定の電流値に設定して（ステップＳ１０）フローチャートの実行が終了する。また、さらに「Ｎｏ」判定された場合は、フィードバック制御値を受光素子５０のダイナミックレンジ中側に設定してもよい。「中側」の値とは、ＰＤ−ＴＩＡ入力のダイナミックレジの中で平均値付近の値である。さらには、第２しきい値は設けず、入力パワーが第１しきい値以下の場合は、ステップＳ７をスキップしてステップＳ８のステップに移行することも可能である。

以上のフローチャートに従った制御を、図６（ａ）および図６（ｂ）を参照して説明する。半導体光増幅器３０に入力される光パワーが小さい場合には、最小光パワーの波長信号がフィードバック制御のモニタ対象として選定されるとともに、受光素子５０に入力される光パワーはダイナミックレンジの小側に設定される。それにより、チャネル間ばらつきをエラーフリー領域内に収めることができる。また、半導体光増幅器３０に入力される光強度が大きい場合には、最大光パワーの波長信号がフィードバック制御のモニタ対象として選定されるとともに、受光素子５０に入力される光パワーはダイナミックレンジの大側に設定される。それにより、チャネル間ばらつきをエラーフリー領域内に収めることができる。

以上のことから、チャネル間に光パワー差が生じていても、半導体光増幅器３０の動作電流を適切に制御可能であるとともに、複数のチャネルに対して広いダイナミックレンジ入力を確保することができる。また、簡易な構成で光受信器１００を実現することができるため、コストを抑制することができる。

なお、モニタ対象の光パワーが変更された場合には、受信回路７０は、受信信号を識別してデータを生成する際の識別点の設定を変更してもよい。具体的には、受信回路７０は、モニタ対象の光パワーが大きい場合には、識別点を小側にシフトさせてもよい。この場合、雑音の影響を回避することができる。それにより、識別精度が向上する。

また、上記実施例においては、最大光パワーおよび最小光パワーを出力する波長信号に着目しているが、それに限られない。例えば、各受光素子５０が受光する光パワーの平均よりも大きい光パワーを出力する波長信号を、最大光パワーを出力する波長信号の代わりに用いてもよい。具体的には、半導体光増幅器３０に入力される光強度が大きい場合には、各受光素子５０が受光する光パワーの平均よりも大きい光パワーを出力する波長信号をフィードバック制御のモニタ対象として選定してもよい。また、各受光素子５０が受光する光パワーの平均よりも小さい光パワーを出力する波長信号を、最小光パワーを出力する波長信号の代わりに用いてもよい。具体的には、半導体光増幅器３０に入力される光強度が小さい場合には、各受光素子５０が受光する光パワーの平均よりも小さい光パワーを出力する波長信号をフィードバック制御のモニタ対象として選定してもよい。

また、各受光素子５０が受光する光パワーの平均値を、半導体光増幅器３０のフィードバック制御値として用いてもよい。この場合の動作電流制御値を、図７を参照して説明する。動作電流制御値は、受光素子５０への入力光パワーを一定にするために、半導体光増幅器３０の基準電圧で設定される。それにより、図７を参照して、動作電流制御値は、半導体光増幅器３０への入力光パワーに応じて単調増加または単調減少で変化する。このように制御することで、チャネル間ばらつきをエラーフリー領域内に収めることができる。

また、上記実施例においては、光増幅器として半導体光増幅器３０を用いているが、それに限られない。例えば、光ファイバアンプ等の他の光増幅器を用いてもよい。

また、上記実施例においては、受光素子２０を用いて半導体光増幅器３０への入力光パワーを直接検出しているが、それに限られない。例えば、半導体光増幅器３０の動作電流ｌｏｐと、半導体光増幅器３０の出力光パワーＰｏｕｔとに基づいて、半導体光増幅器３０への入力光パワーＰｉｎ（ＳＯＡ）を算出することができる。

図８は、半導体光増幅器３０の動作電流ｌｏｐと、半導体光増幅器３０の出力光パワーＰｏｕｔと、半導体光増幅器３０への入力光パワーＰｉｎ（ＳＯＡ）との関係を説明するための図である。図８において、横軸は半導体光増幅器３０への入力光パワーＰｉｎ（ＳＯＡ）を示し、縦軸は半導体光増幅器３０の出力光パワーＰｏｕｔを示す。図８に示すように、半導体光増幅器３０の動作電流が大きいほど、入力光パワーＰｉｎ（ＳＯＡ）に対する出力光パワーＰｏｕｔの傾きが大きくなり、半導体光増幅器３０の動作電流が小さいほど、入力光パワーＰｉｎ（ＳＯＡ）に対する出力光パワーＰｏｕｔの傾きが小さくなる。動作電流に応じて利得が変化するからである。この関係を用いて、半導体光増幅器３０の動作電流と、受光素子５０が検出する光パワーとに基づいて、半導体光増幅器３０への入力光パワーを演算によって算出することができる。

図９は、半導体光増幅器３０への入力パワーを演算によって算出する場合のフローチャートの一例を説明するための図である。図９を参照して、動作電流制御回路８０は、半導体光増幅器３０の動作電流ｌｏｐを初期値に設定する（ステップＳ１１）。次に、動作電流制御回路８０は、Ｐｉｎ（ＳＯＡ）＝ｇ（Ｐｏｕｔ，ｌｏｐ）の関係式から、Ｐｉｎ（ＳＯＡ）を算出する（ステップＳ１２）。この場合、図８の関係を用いることができる。次に、動作電流制御回路８０は、図５のフローチャートのステップＳ４〜Ｓ９を実行する（ステップＳ１３）。次に、動作電流制御回路８０は、半導体光増幅器３０の出力パワーＰｏｕｔを一定値にフィードバック制御する（ステップＳ１４）。その後、動作電流制御回路８０は、所定の時間を空けて、再度ステップＳ１２を実行する。

図１０は、半導体光増幅器３０への入力パワーを演算によって算出する場合のフローチャートの他の例を説明するための図である。図１０を参照して、動作電流制御回路８０は、半導体光増幅器３０の動作電流ｌｏｐを初期値に設定する（ステップＳ２１）。次に、動作電流制御回路８０は、Ｐｉｎ（ＳＯＡ）＝ｇ（Ｐｏｕｔ，ｌｏｐ）の関係式から、Ｐｉｎ（ＳＯＡ）を算出する（ステップＳ２２）。この場合、図８の関係を用いることができる。次に、動作電流制御回路８０は、ステップＳ２２で算出したＰｉｎ（ＳＯＡ）に基づいて、各受光素子５０が受光する光パワーの平均値を半導体光増幅器３０のフィードバック制御値とし、基準電圧設定する（ステップＳ２３）。次に、動作電流制御回路８０は、半導体光増幅器３０の出力パワーＰｏｕｔを一定値にフィードバック制御する（ステップＳ２４）。その後、動作電流制御回路８０は、所定の時間を空けて、再度ステップＳ２２を実行する。

図９および図１０のフローチャートによれば、半導体光増幅器３０への入力光パワーを演算によって求め、その入力光パワーを用いて半導体光増幅器３０の動作電流を制御することができる。

図１１は、実施例２に係る光受信器１００ａの全体構成を説明するためのブロック図である。図１１を参照して、光受信器１００ａは、図２の光受信器１００と異なり、光カプラ１０および受光素子２０を備えていない。また、光受信器１００ａは、動作電流制御回路８０および動作電流供給部９０の代わりに、動作電流制御回路８０ａおよび可変電流源回路９０ａを備えている。動作電流制御回路８０ａには、動作電流制御回路８０と異なり、第１スイッチ８１および第３スイッチ８３が設けられていない。また、動作電流制御回路８０ａには、リミットアンプ８９が設けられている。リミットアンプ８９は、電流値が所定値（最大リミット）以上にならないように制限するリミット機能付きのアンプである。したがって、リミットアンプ８９は、最大リミット機能回路として機能する。図２と共通する構成要素については、同一の符号を付すことによって説明を省略する。

図４（ａ）および図４（ｂ）で説明したように、エラーフリー領域は、有限の領域である。本実施例においても、チャネル間ばらつきが生じても、各チャネルの波長信号が図４（ａ）および図４（ｂ）で示したエラーフリー領域内に収まるように、半導体光増幅器３０の動作電流を制御する。

チャネル選択回路８６は、検出された最大光パワーの波長信号が選択されるように、第２スイッチ８２を制御する。それにより、第２スイッチ８２は、最大光パワーの波長信号を選択して出力する。その結果、最大光パワーの波長信号が、フィードバック制御のモニタ対象となる。基準電圧発生回路８４は、基準電圧を増幅器８５に入力する。それにより、第２スイッチ８２が選択したチャネルの受光素子５０が受光する光パワーが、上記の基準電圧に基づいて所定の制御値に制御されるように、フィードバック制御される。基準電圧切替回路８８は、半導体光増幅器３０のフィードバック制御値を、受光素子５０が受光する光パワーが受光素子５０のダイナミックレンジ内で所定値以上または動作電流の許容値のいずれか小さい値に設定する。この場合の所定値とは、最小光パワーの波長信号の光パワーがエラーフリー領域内に入る値である。最小光パワーから最大光パワーまでの光ばらつきは、あらかじめ検出しておくことができる。また、動作電流の許容値は、受光素子５０の許容電流量である。

リミットアンプ８９のリミット電流は、当該受光素子５０が受光する光パワーが、当該受光素子５０のダイナミックレンジ内で上記所定値以上または動作電流の許容値のいずれか小さい値になるように設定される。それにより、最大光パワーの波長信号の光パワーを、エラーフリー領域の上限以下に制御することができる。この場合、図１２（ａ）および図１２（ｂ）の矢印付きの太実線を参照して、チャネル間ばらつきをエラーフリー領域内に収めることができる。なお、図１２（ｂ）の雑音による劣化によるエラーフリー領域への影響量はあらかじめ取得しておくことができる。

図１３は、本実施例に係る制御を表すフローチャートの一例である。図１３を参照して、動作電流制御回路８０は、半導体光増幅器３０の動作電流ｌｏｐを初期値に設定する（ステップＳ３１）。次に、動作電流制御回路８０は、最大光パワーのチャネルを判定し、モニタ対象として最大光パワーの波長信号を選択する（ステップＳ３２）。

次に、動作電流制御回路８０は、半導体光増幅器３０の出力パワーＰｏｕｔを一定値にフィードバック制御する（ステップＳ３３）。この場合の一定値は、モニタ対象の光パワーが、受光素子５０のダイナミックレンジ内で上記所定値以上または動作電流の許容値（許容電流量）のいずれか小さい値になるように設定される。その後、動作電流制御回路８０は、所定の時間を空けて、再度ステップＳ３２を実行する。

本実施例によれば、最大光パワーの波長信号の光パワーがエラーフリー領域の上限以下に制御されることから、チャネル間ばらつきをエラーフリー領域内に収めることができる。したがって、チャネル間に光パワー差が生じていても、半導体光増幅器３０の動作電流を適切に制御可能であるとともに、複数のチャネルに対して広いダイナミックレンジ入力を確保することができる。また、光カプラ１０および受光素子２０を設ける必要がないことから、回路規模を抑制することができる。

なお、本実施例においては、最大光パワーのチャネルをモニタ対象として選択しているが、それに限られない。例えば、光受信器１００ａが受信する複数の波長信号のうち平均光パワーよりも大きい光パワーの波長信号をモニタ対象として選定してもよい。ただし、最大光パワーのチャネルをモニタ対象として選択することによって、チャネル間ばらつきをエラーフリー領域内に収めやすくなる。したがって、最大光パワーのチャネルをモニタ対象として選択することが好ましい。

図１４は、実施例３に係る光受信器１００ｂの全体構成を説明するためのブロック図である。図１４を参照して、光受信器１００ｂは、図１１の光受信器１００ａと異なり、第２スイッチ８２の代わりに第１スイッチ８１を備えるとともに、リミットアンプ８９の代わりに、一定電流源回路８９ｂを備える。一定電流源回路８９ｂは、電流値が所定値（最小リミット）以下にならないように制限するための、最小リミット機能回路である。図２および図１１と共通する構成要素については、同一の符号を付すことによって説明を省略する。

チャネル選択回路８６は、検出された最小光パワーの波長信号が選択されるように、第１スイッチ８１を制御する。それにより、第１スイッチ８１は、最小光パワーの波長信号を選択して出力する。その結果、最小光パワーの波長信号が、フィードバック制御のモニタ対象となる。基準電圧発生回路８４は、基準電圧切替回路８８によって設定された基準電圧を増幅器８５に入力する。それにより、第１スイッチ８１が選択したチャネルの受光素子５０が受光する光パワーが、上記の基準電圧に基づいて所定の制御値に制御されるように、フィードバック制御される。基準電圧切替回路８８は、半導体光増幅器３０のフィードバック制御値を、受光素子５０が受光する光パワーが受光素子５０のダイナミックレンジ内で所定値以下または動作電流の許容値のいずれか大きい値に設定する。この場合の所定値とは、最大光パワーの波長信号の光パワーがエラーフリー領域内に入る値である。最小光パワーから最大光パワーまでの光ばらつきは、あらかじめ検出しておくことができる。また、動作電流の許容値は、受光素子５０の受光感度の下限の許容電流量である。

一定電流源回路８９ｂが生じる電流は、当該受光素子５０が受光する光パワーが、当該受光素子５０のダイナミックレンジ内で上記所定値以下または動作電流の許容値のいずれか大きい値になるように設定される。それにより、最小光パワーの波長信号の光パワーを、エラーフリー領域の下限以上に制御することができる。この場合、図１５（ａ）および図１５（ｂ）の矢印付きの太線実線を参照して、チャネル間ばらつきをエラーフリー領域内に収めることができる。

図１６は、本実施例に係る制御を表すフローチャートの一例である。図１６を参照して、動作電流制御回路８０は、半導体光増幅器３０の動作電流ｌｏｐを初期値に設定する（ステップＳ４１）。次に、動作電流制御回路８０は、最小光パワーのチャネルを判定し、モニタ対象として最小光パワーの波長信号を選択する（ステップＳ４２）。

次に、動作電流制御回路８０は、半導体光増幅器３０の出力パワーＰｏｕｔを一定値にフィードバック制御する（ステップＳ４３）。この場合の一定値は、モニタ対象の光パワーが、受光素子５０のダイナミックレンジ内で上記所定値以下または動作電流の許容値のいずれか大きい値になるように設定される。その後、動作電流制御回路８０は、所定の時間を空けて、再度ステップＳ４２を実行する。

本実施例によれば、最小光パワーの波長信号の光パワーがエラーフリー領域の下限以下に制御されることから、チャネル間ばらつきをエラーフリー領域内に収めることができる。したがって、チャネル間に光パワー差が生じていても、半導体光増幅器３０の動作電流を適切に制御可能であるとともに、複数のチャネルに対して広いダイナミックレンジ入力を確保することができる。また、光カプラ１０および受光素子２０を設ける必要がないことから、回路規模を抑制することができる。

なお、本実施例においては、最小光パワーのチャネルをモニタ対象として選択しているが、それに限られない。例えば、光受信器１００ｂが受信する複数の波長信号のうち平均光パワーよりも小さい光パワーの波長信号をモニタ対象として選定してもよい。ただし、最小光パワーのチャネルをモニタ対象として選択することによって、チャネル間ばらつきをエラーフリー領域内に収めやすくなる。したがって、最小光パワーのチャネルをモニタ対象として選択することが好ましい。

図１７は、実施例４に係る光受信器１００ｃの全体構成を説明するためのブロック図である。光受信器１００ｃは、可変電流源回路９０ａ、チャネル数と同数のアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）９１、ＣＰＵ９２、およびデジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）９３を備える。本実施例においては、光受信器１００ｃは、ＣＰＵ９２が所定のプログラムを実行することによって、実施例１〜３に係る光受信器１００，１００ａ，１００ｂとして機能する。具体的には、ＡＤＣ９１、ＣＰＵ９２、およびＤＡＣ９３が動作電流制御回路８０，８０ａ，８０ｂとして機能する。また、光受信器１００ｃが実施例１に係る光受信器１００として機能する際には、可変電流源回路９０ａが動作電流供給部９０として機能する。このように、電気回路、アナログスイッチ等の機能を、ＣＰＵ、ＡＤＣおよびＤＡＣによって実現してもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

（付記）
（付記１）
供給される動作電流に応じて波長多重光信号である入力光を増幅する光増幅器と、
前記光増幅器の出力光を分波する分波器と、
前記分波器から出力される複数の波長信号からモニタ対象を選定し、前記モニタ対象の光パワーが所定の制御値に制御されるように、前記光増幅器の動作電流を制御する動作電流制御回路と、を備えることを特徴とする光受信器。
（付記２）
前記入力光の光パワーを検出する光パワー検出手段を備え、
前記動作電流制御回路は、前記入力光の光パワーが第１の所定値を上回る場合には、前記複数の波長信号のうち平均光パワーよりも大きい光パワーの波長信号を前記モニタ対象として選定し、前記入力光の光パワーが前記第１の所定値を下回る場合には、前記複数の波長信号のうち平均光パワーよりも小さい光パワーの波長信号を前記モニタ対象として選定することを特徴とする付記１記載の光受信器。
（付記３）
前記動作電流制御回路は、前記入力光の光パワーが前記第１の所定値を上回る場合には、前記複数の波長信号のうち最大の光パワーの波長信号を前記モニタ対象として選定し、前記入力光の光パワーが前記第１の所定値を下回る場合には、前記複数の波長信号のうち最小の光パワーの波長信号を前記モニタ対象として選定することを特徴とする付記２記載の光受信器。
（付記４）
前記分波器から出力される複数の波長信号を受光する受光素子を備え、
前記動作電流制御回路は、前記入力光の光パワーが前記第１の所定値を上回る場合には、前記モニタ対象の光パワーを前記受光素子のダイナミックレンジ内で第２の所定値以上に設定し、前記入力光の光パワーが前記第１の所定値を下回る場合には、前記モニタ対象の光パワーを前記受光素子のダイナミックレンジ内で第３の所定値以下に設定することを特徴とする付記２または３記載の光受信器。
（付記５）
前記受光素子の検出結果に応じて受光した光信号を識別する受信回路を備え、
前記受信回路は、前記モニタ対象の光パワーが変更された場合には、識別点の設定を変更することを特徴とする付記４記載の光受信器。
（付記６）
前記光パワー検出手段は、前記入力光を受光する受光素子の検出値、または、前記光増幅器の動作電流および前記分波器からの波長信号を受光する受光素子の検出値から、前記入力光の光パワーを検出することを特徴とする付記２〜５のいずれかに記載の光受信器。
（付記７）
前記動作電流制御回路は、前記最大の光パワーの波長信号を前記モニタ対象として選定する場合、前記モニタ対象の光パワーを、前記光増幅器の非線形領域限界以下の値で一定になるように前記光増幅器の動作電流を制御することを特徴とする付記３記載の光受信器。
（付記８）
前記動作電流制御回路は、前記複数の波長信号の光パワーの平均値を前記モニタ対象として選定することを特徴とする付記１記載の光受信器。
（付記９）
前記分波器から出力される複数の波長信号を受光する受光素子を備え、
前記動作電流制御回路は、前記複数の波長信号のうち平均光パワーよりも大きい光パワーの波長信号を前記モニタ対象として選定し、前記モニタ対象の光パワーを前記受光素子のダイナミックレンジ内で所定値以上または動作電流の許容値のいずれか小さい値になるように動作電流を制御することを特徴とする付記１記載の光受信器。
（付記１０）
前記動作電流制御回路は、前記複数の波長信号のうち最大の光パワーの波長信号を前記モニタ対象として選定することを特徴とする付記９記載の光受信器。
（付記１１）
前記動作電流制御回路は、最大リミット機能回路によって、動作電流に上限を設けることを特徴とする付記９または１０記載の光受信器。
（付記１２）
前記分波器から出力される複数の波長信号を受光する受光素子を備え、
前記動作電流制御回路は、前記複数の波長信号のうち平均光パワーよりも小さい光パワーの波長信号を前記モニタ対象として選定し、前記モニタ対象の光パワーを前記受光素子のダイナミックレンジ内で所定値以下または動作電流の許容値のいずれか大きい値になるように動作電流を制御することを特徴とする付記１記載の光受信器。
（付記１３）
前記動作電流制御回路は、前記複数の波長信号のうち最小の光パワーの波長信号を前記モニタ対象として選定することを特徴とする付記１２記載の光受信器。
（付記１４）
前記動作電流制御回路は、最小リミット機能回路によって、動作電流に下限を設けることを特徴とする付記１２または１３記載の光受信器。
（付記１５）
前記光増幅器は、半導体光増幅器であることを特徴とする付記１〜１４のいずれかに記載の光受信器。
（付記１６）
供給される動作電流に応じて波長多重光信号である入力光を増幅する光増幅ステップと、
前記光増幅器の出力光を分波する分波ステップと、
前記分波ステップで分波された複数の波長信号からモニタ対象を選定し、前記モニタ対象の光パワーが一定になるように前記光増幅器の動作電流を制御する動作電流制御ステップと、を含むことを特徴とする光受信方法。

１０光カプラ
２０受光素子
３０半導体光増幅器
４０分波器
５０受光素子
６０ＴＩＡ
７０受信回路
８０動作電流制御回路
８１第１スイッチ
８２第２スイッチ
８３第３スイッチ
８４基準電圧発生回路
８６チャネル選択回路
８７切替回路
８８基準電圧切替回路
８９リミットアンプ
９０動作電流供給部
１００光受信器

Claims

供給される動作電流に応じて波長多重光信号である入力光を増幅する光増幅器と、
前記光増幅器の出力光を分波する分波器と、
前記入力光の光パワーを検出する光パワー検出手段と、
前記入力光の光パワーが第１の所定値を上回る場合には、前記分波器から出力される複数の波長信号のうち平均光パワーよりも大きい光パワーの波長信号をモニタ対象として選定し、前記入力光の光パワーが前記第１の所定値を下回る場合には、前記複数の波長信号のうち平均光パワーよりも小さい光パワーの波長信号をモニタ対象として選定し、前記モニタ対象の光パワーが所定の制御値に制御されるように、前記光増幅器の動作電流を制御する動作電流制御回路と、を備えることを特徴とする光受信器。
前記動作電流制御回路は、前記入力光の光パワーが前記第１の所定値を上回る場合には、前記複数の波長信号のうち最大の光パワーの波長信号を前記モニタ対象として選定し、前記入力光の光パワーが前記第１の所定値を下回る場合には、前記複数の波長信号のうち最小の光パワーの波長信号を前記モニタ対象として選定することを特徴とする請求項１記載の光受信器。
前記分波器から出力される複数の波長信号を受光する受光素子を備え、
前記動作電流制御回路は、前記入力光の光パワーが前記第１の所定値を上回る場合には、前記モニタ対象の光パワーを前記受光素子のダイナミックレンジ内で第２の所定値以上に設定し、前記入力光の光パワーが前記第１の所定値を下回る場合には、前記モニタ対象の光パワーを前記受光素子のダイナミックレンジ内で第３の所定値以下に設定することを特徴とする請求項１または２記載の光受信器。
前記受光素子の検出結果に応じて受光した光信号を識別する受信回路を備え、
前記受信回路は、前記モニタ対象の光パワーが変更された場合には、識別点の設定を変更することを特徴とする請求項３記載の光受信器。
前記光パワー検出手段は、前記入力光を受光する受光素子の検出値、または、前記光増幅器の動作電流および前記分波器からの波長信号を受光する受光素子の検出値から、前記入力光の光パワーを検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光受信器。
前記動作電流制御回路は、前記最大の光パワーの波長信号を前記モニタ対象として選定する場合、前記モニタ対象の光パワーを、前記光増幅器の非線形領域限界以下の値で一定になるように前記光増幅器の動作電流を制御することを特徴とする請求項２記載の光受信器。