JP6034749B2 - 光増幅器およびそれを用いた光受信器 - Google Patents

Description

本発明は、入力光信号の強度によらず強度が一定である出力光信号を出力する、フィードフォワード制御を行う半導体光増幅器に関する。

光加入者ネットワークでは、ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式が広く採用されている。ＩＥＥＥでは、すでに商用化されているＧ−ＥＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標） ＰＯＮ）はもとより、次世代システムである１０Ｇ−ＥＰＯＮの標準化を終えている。またＩＴＵ−Ｔでも、すでに商用化されているＢ−ＰＯＮ（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＰＯＮ）、およびＧ−ＰＯＮ（Ｇｉｇａｂｉｔ−ｃａｐａｂｌｅ ＰＯＮ）はもとより、次世代システムであるＸＧ−ＰＯＮの標準化を終えている。

これらＰＯＮは、収容局と複数の加入者が、所外に配置された光スプリッタを介して、一本の光ファイバで結合されるネットワーク構成であり、上り信号と下り信号が異なる波長により、同一光ファイバ上を双方向に伝送される。下り信号は、加入者ごとの信号が、時分割多重（ＴＤＭ：Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術を用いて多重された連続信号であり、加入者に配置される送受信装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）は、光スプリッタにおいて分岐された連続信号から、自身に必要なタイムスロットの信号を取り出す。また、上り信号は、ＯＮＵから間欠的に送信されるバースト信号であり、光スプリッタで結合されてＴＤＭ信号となり、収容局に送られる。本システムでは、収容局から光スプリッタまでの光ファイバ、および収容局に配置される送受信装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）を、複数の加入者で共用化できることから、ギガを超える高速の光アクセスサービスを、経済的に提供することができる。

ＧＥ−ＰＯＮ、Ｂ−ＰＯＮ、Ｇ−ＰＯＮは、商用システムであるが、システムに許容される伝送路損失の拡大が課題の一つとなっている。これが実現できれば、光スプリッタの分岐数を増やして収容する加入者の数を増したり、伝送距離を長延化して収容エリアを拡げたりして、数的ないしは面的に、収容効率を向上させることが期待できる。これを解決するために、光増幅器を用いて、多分岐スプリッタや、長延化された伝送路の損失を補償する手法が提案されている。

図１に、光増幅器を用いたＰＯＮシステムの構成を示す。図１に示される通り、光中継器９４は、収容局９５に配置される送受信装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）９１と光スプリッタ９３を結合する光ファイバ上に配置される。光増幅器を収容局９５外に配置し中継器９４として用いる場合、収容局９５内に配置し前置増幅器として用いる場合が想定される。挿絵にある通り、光増幅器４２は、双方向の上り信号（波長λ_１）と、下り信号（波長λ_２）を、２つの合分波器４１を利用して個別の光増幅器４２により双方向増幅する構成である。使用する光増幅器４２として、希土類を添加した光ファイバ増幅器、集中増幅型の光ファイバラマン増幅器、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などを用いることができる。特にＳＯＡは、小型化、経済化、省電力化において、他の光増幅器に比して利点を有し、コスト要件に厳しい光加入者ネットワークでは、期待の大きい光デバイスである。

光増幅器４２を用いたＰＯＮシステムにおける大きな課題の一つが、上り信号を増幅する光増幅器の実現である。上り信号は、ＯＮＵ９２から光スプリッタ９３までの距離の違い、ＯＮＵ９２内の送信器出力の個体差などにより、光増幅器４２に入力されるバースト信号の強度にばらつきが生じる。ここで問題となるのが、光強度の小さいバースト信号ではなく、光強度の大きいバースト信号である。光増幅器４２に強バースト信号が入力されると、光増幅器４２出力は当然のことながら大きくなり、光増幅後の伝送距離がさほど長くない場合、ＯＬＴ９１内の受信器に受信感度の上限を超える上り信号が入力されて、信号が受信できなくなるという問題が生じる。また光増幅器４２としてＳＯＡを用いた場合、増幅過程におけるＳＯＡの応答時間は、ギガクラスの信号のビット長と同程度であるため、入力バースト信号の光強度が大きく飽和領域で増幅される場合には、各ビットの立ち上がりにおいて過剰に光増幅され、パターン効果と呼ばれる信号波形劣化が生じるという問題がある。以上を言い換えれば、ＳＯＡをベースとした光増幅器４２をＰＯＮに適用するためには、「（１）入力光強度に依らず、光増幅後の伝送可能距離を一定にする」、「（２）強信号入力に対して、ＳＯＡのパターン効果の影響を低減する」、という２つの意味において、入力ダイナミックレンジを拡大することが求められる。

前記（１）の意味については、光増幅器４２の出力における光強度を一定値に制御することにより解決することができる。目的は異なるが、バースト受信器の入力ダイナミックレンジに対する要求条件を緩和するために、出力値を一定に制御することのできるフィードフォワード制御光増幅器が提案されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照。）。

図２に、非特許文献１による基本構成を示す。本光増幅器は、光分岐器１、光電気変換器２、制御回路３、駆動回路４、ＳＯＡ５から構成される。光分岐器１は、入力されたバースト光信号の一部を分岐する。光電気変換器２は、分岐されたバースト光信号を電気信号に変換する。制御回路３には、予め取得したＳＯＡ５の駆動電流変化に対する入力光強度と出力光強度のデータを基に算出した関係式が格納され、電気信号から読み取った入力光強度に対してＳＯＡ５から出力される光強度が目標値となる駆動電流を算出する。駆動回路４は、算出された駆動信号電流を送出する。ＳＯＡ５は、駆動信号電流により駆動され、入力バースト信号の光強度に応じて利得が調整される。図示はしないが、入力光強度を検出された光信号がＳＯＡ５に入力されるタイミングと、ＳＯＡ５が駆動信号電流により駆動されるタイミングを一致させるために、特許文献１に記載のように、必要に応じて光分岐器１とＳＯＡ５の間に遅延線を配置する。以上、フィードフォワード制御方式を利用した構成により、入力バースト光信号の強度を、出力において一定の目標値となるよう制御することができる。

特許文献１では、光増幅機能を有する光増幅器と、光強度調節する光減衰器を分けた構成であるのに対し、非特許文献１に基づいた図２に記載の構成では、両機能を単一のＳＯＡ５で実現していることから、用いる光部品の点数を削減することができる。また、強バースト信号が入力された場合、ＳＯＡ５を駆動する電流を減少させるため、駆動電流を固定した場合に比べてＳＯＡ５が飽和しにくくなり、パターン効果の影響が緩和され、前記（２）の意味において入力ダイナミックレンジが拡大される。

しかしながら図２に示す構成では、分岐光を用いて入力バースト光信号の強度を観測しているため、弱バースト光信号入力に対して、正確に光強度を検出することができないという課題がある。

特開２０１０−２２６６８５号公報

Ｎ．Ｃｈｅｎｇ，Ｓ．−Ｈ．Ｙｅｎ，Ｊ．Ｃｈｏ，Ｚ．Ｘｕ，Ｔ．Ｙａｎｇ，Ｙ．Ｔａｎｇ，ａｎｄ Ｌ．Ｇ．Ｋａｚｏｖｓｋｙ，"Ｌｏｎｇ Ｒｅａｃｈ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｗｉｔｈ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｅｑｕａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｕｓｉｎｇ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，" ＡＣＰ’２００９，ＦＳ４，２００９．

本発明は、強度の異なるバースト光信号入力に対して、出力値を一定に制御することのできるフィードフォワード制御光増幅器において、入力された弱バースト信号の光信号強度を正確に検出することにより、入力ダイナミックレンジを拡大することのできる光増幅器を提供することを目的とする。

本開示に係る光増幅器は、
複数の光増幅器が縦続に接続されている光増幅器であって、
前記光増幅器のうちの光信号が入力される側に接続されている第一の光増幅器は、
入力光信号を第一の主信号と第一のモニタ光に分岐する第一の分岐器と、
前記第一の主信号を、供給された駆動電流を用いて増幅する第一のＳＯＡと、
前記第一のモニタ光を第一の電気信号に変換する第一の光電気変換器と、
前記第一の電気信号の振幅値が予め設定した第一の識別値以上又は前記第一の識別値超である場合に、前記第一の電気信号の振幅値を用いて前記入力光信号の光強度を検出し、該検出された光強度に基づいて、前記第一のＳＯＡから出力される光信号の光強度が予め設定した第一の目標範囲内となるような前記第一のＳＯＡの駆動電流を算出する第一の制御回路と、
前記第一の電気信号の振幅値が予め設定した第一の識別値以上又は前記第一の識別値超である場合に、前記第一の制御回路の算出した駆動電流を前記第一のＳＯＡへ供給する第一の駆動回路と、
を備え、
前記光増幅器のうちの前記第一の光増幅器の後段に接続されている第二の光増幅器は、
前記第一のＳＯＡから出力された第一の出力光信号を第二の主信号と第二のモニタ光に分岐する第二の分岐器と、
前記第二の主信号を、供給された駆動電流を用いて増幅する第二のＳＯＡと、
前記第二のモニタ光を第二の電気信号に変換する第二の光電気変換器と、
前記第二の電気信号の振幅値を用いて前記第一の出力光信号の光強度を検出し、該検出された光強度に基づいて、前記第二のＳＯＡから出力される光信号の光強度が予め設定した第二の目標値になるような前記第二のＳＯＡの駆動電流を算出する第二の制御回路と、
前記第二の制御回路の算出した駆動電流を前記第二のＳＯＡへ供給する第二の駆動回路と、
を備え、
前記第一の制御回路は、１以上の第二の識別値を保持し、前記第一の電気信号の振幅値と前記第二の識別値のそれぞれとの大小関係を判定し、前記第一の電気信号の振幅値がいずれかの前記第二の識別値を超える又はいずれかの前記第二の識別値以上になる毎に当該第二の識別値以下又は当該第二の識別値未満における駆動電流よりも小さい一定値の駆動電流を算出する。

本開示に係る光増幅器は、
複数の光増幅器が縦続に接続されている光増幅器であって、
前記光増幅器のうちの光信号が入力される側に接続されている第一の光増幅器は、
入力光信号を第一の主信号と第一のモニタ光に分岐する第一の分岐器と、
前記第一の主信号を、供給された駆動電流を用いて増幅する第一のＳＯＡと、
前記第一のモニタ光を第一の電気信号に変換する第一の光電気変換器と、
前記第一の電気信号の振幅値が予め設定した第一の識別値以上又は前記第一の識別値超である場合に、前記第一の電気信号の振幅値を用いて前記入力光信号の光強度を検出し、該検出された光強度に基づいて、前記第一のＳＯＡから出力される光信号の光強度が予め設定した第一の目標範囲内となるような前記第一のＳＯＡの駆動電流を算出する第一の制御回路と、
前記第一の電気信号の振幅値が予め設定した第一の識別値以上又は前記第一の識別値超である場合に、前記第一の制御回路の算出した駆動電流を前記第一のＳＯＡへ供給する第一の駆動回路と、
を備え、
前記光増幅器のうちの前記第一の光増幅器の後段に接続されている第二の光増幅器は、
前記第一のＳＯＡから出力された第一の出力光信号を第二の主信号と第二のモニタ光に分岐する第二の分岐器と、
前記第二の主信号を、供給された駆動電流を用いて増幅する第二のＳＯＡと、
前記第二のモニタ光を第二の電気信号に変換する第二の光電気変換器と、
前記第二の電気信号の振幅値を用いて前記第一の出力光信号の光強度を検出し、該検出された光強度に基づいて、前記第二のＳＯＡから出力される光信号の光強度が予め設定した第二の目標値になるような前記第二のＳＯＡの駆動電流を算出する第二の制御回路と、
前記第二の制御回路の算出した駆動電流を前記第二のＳＯＡへ供給する第二の駆動回路と、
を備え、
前記入力光信号がバースト光信号である場合に、
前記第二の制御回路は、前記第二の電気信号の振幅値から前記バースト光信号のガードタイムを判定し、
前記第二の駆動回路は、前記第二の制御回路の判定したガードタイムでは前記第二の駆動電流をオフにする。

本開示に係る光受信器は、
本開示の光増幅器と、
前記光増幅器から出力された光信号を電気信号に変換する光受信フロントエンドと、
前記光受信フロントエンドの出力した電気信号を処理する信号処理部と、
を備える。

本発明によれば、強度の異なるバースト光信号入力に対して、出力値を一定に制御することのできるフィードフォワード制御光増幅器において、縦続接続した光増幅器を用いて入力された弱バースト信号の光信号強度を正確に検出することにより、入力ダイナミックレンジを拡大することのできる光増幅器を提供することができる。

光増幅器を用いたＰＯＮシステムの一例を示す。 フィードフォワード制御方式を利用した関連する光増幅器の一例を示す。 第一実施形態に係る光増幅器の一例を示す。 第一実施形態に係る光増幅器の入力光強度と出力光強度の関係の一例を示す。 関連する光増幅器を用いた場合の入力光強度と出力光強度の関係の一例を示す。 第二実施形態に係る光増幅器を用いた場合の入力光強度と出力光強度の関係の一例を示す。 第三実施形態に係る光増幅器を用いた場合の入力光強度と出力光強度の関係の一例を示す。 第四実施形態に係る光増幅器の一例を示す。 偏波ダイバーシティを利用して光ヘテロダイン検波を行う場合の光受信フロントエンドの構成例を示す。 偏波ダイバーシティと位相ダイバーシティを利用して光ホモダイン検波を行う場合の光受信フロントエンドの構成例を示す。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第一実施形態）
図３に、本発明による光増幅器の第一実施形態を示す。本光増幅器４２は、縦続に接続されている第一の光増幅器４２−１及び第二の光増幅器４２−２を備える。第一の光増幅器４２−１は、第一の光分岐器１−１、第一の光電気変換器２−１、第一の制御回路３−１、第一の駆動回路４−１及び第一のＳＯＡ５−１を備える。第二の光増幅器４２−２は、第二の光分岐器１−２、第二の光電気変換器２−２、第二の制御回路３−２、第二の駆動回路４−２、第二のＳＯＡ５−２を備える。本実施形態では入力される光信号がバースト光信号である場合について説明するが、本発明はバースト信号に限らず任意の光信号に適用することができる。

第一の光分岐器１−１は、入力されたバースト光信号の一部を分岐し、第一のモニタ光として第一の光電気変換器２−１に送る。もう一方の分岐光は、第一の主信号として第一のＳＯＡ５−１に送られる。第一の光電気変換器２−１は、分岐された第一のモニタ光を第一の電気信号に変換し、第一の制御回路３−１に送る。

第一の制御回路３−１には、第一のＳＯＡ５−１について予め取得した、駆動電流変化に対する入力光強度と出力光強度のデータを基に作成された関係式が格納されており、第一の電気信号の振幅値と、予め設定した識別値との上下関係を判定し、識別値を超える、もしくは以上と判定した場合、振幅値から入力されたバースト光信号の光強度を検出する。

さらに、第一の制御回路３−１は、検出された入力光強度に対して、第一のＳＯＡ５−１から出力される光強度が、予め設定した第一の目標値となる駆動電流を算出し、第一の駆動回路４−１に送る。この場合、駆動電流変化に対する入力光強度と出力光強度のデータを基に作成された関係式は、第一の目標値を出力する駆動電流と入力光強度の関係式である。一方、第一の電気信号の振幅値と、予め設定した識別値との上下関係を判定し、識別値以下、もしくは未満と判定した場合、その旨を第一の駆動回路４−１に伝える。第一の駆動回路４−１は、第一の電気信号の振幅値が識別値を超える、もしくは以上と判定された場合、算出された駆動電流を送出し、第一の電気信号の振幅値が識別値以下、もしくは未満と判定された場合、算出された駆動電流に連続する一定値の駆動電流（以上、第一の駆動電流）を送出する。第一のＳＯＡ５−１は、第一の駆動電流により駆動されて、増幅された光バースト信号を第二の光分岐器１−２に入力する。上記の出力光強度制御を行った場合の、入力光強度と出力光強度の関係を図示すると、図４の左図のようになる。

第二の光分岐器１−２には第一のＳＯＡ５−１から出力されたバースト光信号が入力される。第二の光分岐器１−２は、入力されたバースト光信号の一部を分岐し、第二のモニタ光として第二の光電気変換器２−２に送る。もう一方の分岐光は、第二の主信号として第二のＳＯＡ５−２に送られる。第二の光電気変換器２−２は、分岐された第二のモニタ光を第二の電気信号に変換し、第二の制御回路３−２に送る。

第二の制御回路３−２には、第二のＳＯＡ５−２について予め取得した、駆動電流変化に対する入力光強度と出力光強度のデータを基に作成された関係式が格納されており、第二の電気信号の振幅値から入力されたバースト光信号の光強度を検出し、検出された入力光強度に対して、第二のＳＯＡ５−２から出力される光強度が、予め設定した第二の目標値となる駆動電流を算出し、第二の駆動回路４−２に送る。この場合、駆動電流変化に対する入力光強度と出力光強度のデータを基に作成された関係式は、第二の目標値を出力する駆動電流と入力光強度の関係式である。第二の駆動回路４−２は、算出された駆動電流（第二の駆動電流）を送出する。第二のＳＯＡ５−２は、第二の駆動電流により駆動されて、増幅されて、かつ一定値に制御された光バースト信号を出力する。上記の出力光強度制御を行った場合の、入力光強度と出力光強度の関係を図示すると、図４の右図のようになる。最終的な出力光強度は、図４の右図に示され、本光増幅器の動作入力範囲に対して、一定値の光強度を出力する。

関連する光増幅器を用いた場合の入力光強度と出力光強度の関係を、図５に示す。図５に示す通り、関連する光増幅器の構成では、動作入力範囲すべてにおいて入力光の光強度を検出する必要があるため、弱バースト信号入力に対して光強度検出がでないことにより、動作入力範囲の下限値が下げることができず入力ダイナミックレンジが狭くなる。それに対して、本光増幅器では、ＳＯＡによる二段増幅構成を採用し、第一のＳＯＡ５−１に、予め設定した識別値未満、もしくは以下の弱バースト信号が入力された場合、光強度の検出を行わず、第一のＳＯＡ５−１を一定の駆動電流で駆動することにより、動作入力範囲の下限値を下げて入力ダイナミックレンジを広げることができる。また、識別値を超える、もしくは以下のバースト光信号が入力された場合は、第一のＳＯＡ５−１の駆動電流を下げて、一定値の光強度が出力されるように制御を行うことで、パターン効果の影響を緩和している。第二のＳＯＡ５−２は、動作入力範囲の光入力強度に対して、最終的に一定値の光強度が出力されるように制御すると同時に、二段増幅構成により出力光強度を増加する効果を有する。

本実施形態では、第一の制御回路３−１と第二の制御回路３−２を分けた場合について説明したが、両者を共通化し単一の制御回路により、上記の動作を実現してもよい。

（第二実施形態）
図６に、本発明による光増幅器の第二実施形態を用いた場合の入力光強度と出力光強度の関係の一例を示す。本実施形態による光増幅器の構成は、第一実施形態と同じである。また、第一のＳＯＡ５−１の制御機構も第一実施形態と同じである。異なるのは、第二のＳＯＡ５−２の制御機構である。

各ＯＮＵ９２から出力されるバースト光信号は、他のＯＮＵ９２から出力されるバースト光信号と光学的に干渉しないようにするため、非送信時間の光強度をオフにした状態で送信されるが、光増幅器４２により光増幅されると、非送信時間を含むすべての時間において光増幅器４２が放出する自然放出光雑音が付加される。光増幅後、伝送されてそのままＯＬＴ９１の受信器において受信される場合は問題ないが、再度光スプリッタ９３を介して複数分岐を結合した後、ＯＬＴ９１の受信器において受信する場合は、他の分岐を経由したバースト光信号に自然放出光雑音が重畳されて、信号のＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）が劣化するという問題が生じる。

これを回避するため、本実施形態による光増幅器は、第二の制御回路３−２が、予め設定した非送信時間識別値ＯＧ未満、もしくは非送信時間識別値ＯＧ以下の光信号が入力されたと判定した場合には、第二の駆動回路４−２から出力される駆動電流をオフにする。

例えば、ガードタイムにおいては、バースト信号を増幅しないことが好ましい。そのため、第二の制御回路３−２は、第二の電気信号の振幅値からバースト信号のガードタイムを判定する。ガードタイムの判定には、非送信時間識別値ＯＧを用いる。そして、第二の駆動回路４−２は、第二の制御回路３−２の判定したガードタイムにおける第二の駆動電流をオフにする。

本実施形態の構成により、当該時間における他の分岐を経由したバースト光信号への自然放出光の重畳を防ぐことができる。

なお、本制御を第一のＳＯＡ５−１において行おうとすると、非送信時間識別値が極めて低い値となることから非常に困難である。これに対して、非送信時間の検出を第二のＳＯＡ５−２の制御に際して行えば、バースト光信号の光強度が第一のＳＯＡ５−１により増幅されており、非送信時間識別値ＯＧを高く設定できるため、容易に実現可能となる。

（第三実施形態）
図７に、本発明による光増幅器の第三実施形態を用いた場合の入力光強度と出力光強度の関係の一例を示す。本実施形態による光増幅器の構成は、第一実施形態と同じである。また、第二のＳＯＡ５−２の制御機構も第一実施形態と同じである。異なるのは、第一のＳＯＡ５−１の制御機構である。

第一の制御回路３−１は、予め設定した１以上の識別値ＩＴ１及びＩＴ２を有し、第一の電気信号の振幅値と各識別値との上下関係を判定する。第一の駆動回路４−１は、第一の電気信号の振幅値が各識別値ＩＴ１又はＩＴ２を超える、或いは第一の電気信号の振幅値が各識別値ＩＴ１又はＩＴ２以上と判定される毎に、当該識別値における駆動電流よりも減少する一定値ＬＯの駆動電流を送出する。

例えば、第一のＳＯＡ５−１は、第一のＳＯＡ５−１への入力光強度がＩＬ以上ＩＴ１未満である場合は入力光強度に応じてＯＬからＯＣ１へ線形的に増加する出力光強度を出力し、第一のＳＯＡ５−１への入力光強度がＩＴ以上ＩＴ２未満である場合は入力光強度に応じてＯＬからＯＣ１へ線形的に増加する出力光強度を出力し、第一のＳＯＡ５−１への入力光強度がＩＴ２以上ＩＨ未満である場合は入力光強度に応じてＯＬからＯＣ１へ線形的に増加する出力光強度を出力する。これにより、第一のＳＯＡ５−１は、ＯＬ以上ＯＣ１以下の光強度の光信号を出力する。

第一実施形態と同様、本光増幅器の駆動機構によっても、第一のＳＯＡ５−１に、予め設定した最少の識別値未満、もしくは以下の弱バースト信号が入力された場合、光強度の検出を行わず、第一のＳＯＡ５−１を一定の駆動電流で駆動することにより、動作入力範囲の下限値を下げて入力ダイナミックレンジを広げることができる。また第一実施形態と同様に、最少の識別値を超える、もしくは以下のバースト光信号が入力された場合は、第一のＳＯＡの駆動電流を下げることにより、パターン効果の影響を緩和する。

図７では、第一のＳＯＡ５−１の最大出力光強度が、第一実施形態の場合と同程度のＯＣ１になるよう制御する場合を示したが、ＩＴ１及びＩＴ２などの識別値の数を増やして、同一入力光強度における第一のＳＯＡ５−１の駆動電流を低減することにより、パターン効果の影響をより緩和することができる。

（第四実施形態）
図８に、本発明による光増幅器を用いた光受信器についての第四実施形態を示す。本実施形態において用いられる光増幅器の構成、および制御機構は、第一の実施形態から第三の実施形態と同様である。本実施形態に係る光受信器は、バースト光信号を受信するために、光受信フロントエンド４３、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ：Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）４４、デジタル信号処理回路（ＤＳＰ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）４５を備える。

本実施形態は、ＰＯＮにおいて通常用いられる強度変調信号はもとより、振幅に限らず、位相や周波数に情報が重畳された、いわゆる光コヒーレント通信において用いられる２値以上の変調信号を想定する。光受信フロントエンド４３は、光信号を電気信号に変換する役割を果たすものである。例えば、強度変調信号を受信する場合、光受信フロントエンド４３は、通常の光電気変換器を用いる。光コヒーレント通信において用いられる変調信号を受信する場合、光受信フロントエンド４３は、偏波ダイバーシティや、位相ダイバーシティを行うため、光電気変換器の前に当該機能を実現する光回路が付与される。

図９に、偏波ダイバーシティを利用して光ヘテロダイン検波を行う場合の光受信フロントエンド４３の回路構成の一例を示す。図１０に、偏波ダイバーシティと位相ダイバーシティを利用して光ホモダイン検波を行う場合の光受信フロントエンド４３の回路構成の一例を示す。光コヒーレント検波を行う場合、受信感度の向上や、多値変調信号の復調を行うために、局発光を利用する。

図９に示す光ヘテロダイン検波では、光信号の光周波数に対して、少なくともシンボルレート分だけ光周波数のずれた局発光を用いるのに対し、図１０に示す光ホモダイン検波では、光信号の光周波数とほぼ同じ光周波数の局発光を用いる。偏波ダイバーシティは、光ヘテロダイン検波、光ホモダイン検波を行う際に用いられ、偏波分離器３３において、光信号を互いに直交する偏波成分に分離し、各々に同一偏波の局発光を結合することで、光信号と局発光の偏波状態の違いにより、信号が受信できなくなることを防ぐ役割を果たす。

偏波回転器３４は、偏波分離された光信号と局発光の偏波を一致させるためのものであり、図９では、局発光の偏波を９０度回転させている。一方、位相ダイバーシティは、光ホモダイン検波を行う際に用いられ、光信号と局発光の光位相の違いにより、信号が受信できなくなることを防ぐ役割を果たす。位相遅延器３９Ｘ及び３９Ｙは、分岐した局発光の位相を互いにずらすためのものであり、図１０では、局発光の光位相を９０度遅延させている。

なお、図８では、強度変調信号を受信する場合を想定し、光受信フロントエンド４３に備わる光電気変換器の出力が１つの場合を示しているが、偏波ダイバーシティや、位相ダイバーシティを行う場合には、図９及び図１０に示すように、用いる光電気変換器は複数個必要となり、それと同数のアナログ電気信号が出力される。なお、図９及び図１０に示す回路構成はあくまでも一例であり、様々な回路構成が提案されている。

出力されたアナログ電気信号は、ＡＤＣ４４によりサンプリングされてデジタル信号に変換され、ＤＳＰ４５により処理されて受信される。偏波ダイバーシティや、位相ダイバーシティを用いる場合、光受信フロントエンド４３に備わる各光電気変換器の後段にＡＤＣ４４が接続され、ＤＳＰ４５には各ＡＤＣ４４から出力されたデジタル信号が送られる。信号受信に際して、ＤＳＰ４５を用いる利点として、多変調信号の復調や、伝送路の波長分散等により劣化した波形の回復を容易に実現できることを挙げることができる。しかし、バースト光信号を受信する場合、異なる光強度に対応したアナログ電気信号がＡＤＣ４４に入力される。このため、ＡＤＣ４４の振幅方向の量子化を強バースト光信号に最適化すると弱バースト光信号の検出ができなくなり、逆に、弱バースト信号に最適化すると強バースト光信号の検出ができなくなるという問題が生じる。このため、光受信フロントエンド４３において光信号を電気信号に変換する前に、本発明による光増幅器４２を配置することにより、一定値の光強度に制御されたバースト光信号が光受信フロントエンド４３に入力されるため、この問題を回避することが可能となる。また、本光増幅器４２は、弱バースト信号入力に対しても動作可能であることから、前置増幅器として用いれば、信号を高感度に受信することもできる。なお、本実施形態に係る光受信器は、ＰＯＮシステムにおける上り信号の光受信器としてだけでなく、ＰＯＮシステムにおける下り信号の光受信器としても用いることができる。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

１、１−１、１−２：光分岐器
２、２−１、２−２：光電気変換器
３、３−１、３−２：制御回路
４、４−１、４−２：駆動回路
５、５−１、５−２：ＳＯＡ
３１：局発光源
３２、３７、３８Ｘ、３８Ｙ：分岐器
３３：偏波分離器
３４：偏波回転器
３５Ｘ、３５Ｙ：結合器
３６Ｘ、３６Ｙ：光電気変換器
３９Ｘ、３９Ｙ：位相遅延器
４１：合分波器
４２：光増幅器
４２−１：第一の光増幅器
４２−２：第二の光増幅器
４３：光受信フロントエンド
４４、４４Ｘ、４４Ｙ：アナログ／デジタル変換器
４５：デジタル信号処理回路
９１：ＯＬＴ
９２：ＯＮＵ
９３：光スプリッタ
９４：光中継器
９５：収容局

Claims (3)

1. 複数の光増幅器が縦続に接続されている光増幅器であって、
   前記光増幅器のうちの光信号が入力される側に接続されている第一の光増幅器は、
   入力光信号を第一の主信号と第一のモニタ光に分岐する第一の分岐器と、
   前記第一の主信号を、供給された駆動電流を用いて増幅する第一のＳＯＡと、
   前記第一のモニタ光を第一の電気信号に変換する第一の光電気変換器と、
   前記第一の電気信号の振幅値が予め設定した第一の識別値以上又は前記第一の識別値超である場合に、前記第一の電気信号の振幅値を用いて前記入力光信号の光強度を検出し、該検出された光強度に基づいて、前記第一のＳＯＡから出力される光信号の光強度が予め設定した第一の目標範囲内となるような前記第一のＳＯＡの駆動電流を算出する第一の制御回路と、
   前記第一の電気信号の振幅値が予め設定した第一の識別値以上又は前記第一の識別値超である場合に、前記第一の制御回路の算出した駆動電流を前記第一のＳＯＡへ供給する第一の駆動回路と、
   を備え、
   前記光増幅器のうちの前記第一の光増幅器の後段に接続されている第二の光増幅器は、
   前記第一のＳＯＡから出力された第一の出力光信号を第二の主信号と第二のモニタ光に分岐する第二の分岐器と、
   前記第二の主信号を、供給された駆動電流を用いて増幅する第二のＳＯＡと、
   前記第二のモニタ光を第二の電気信号に変換する第二の光電気変換器と、
   前記第二の電気信号の振幅値を用いて前記第一の出力光信号の光強度を検出し、該検出された光強度に基づいて、前記第二のＳＯＡから出力される光信号の光強度が予め設定した第二の目標値になるような前記第二のＳＯＡの駆動電流を算出する第二の制御回路と、
   前記第二の制御回路の算出した駆動電流を前記第二のＳＯＡへ供給する第二の駆動回路と、
   を備え、
   前記第一の制御回路は、１以上の第二の識別値を保持し、前記第一の電気信号の振幅値と前記第二の識別値のそれぞれとの大小関係を判定し、前記第一の電気信号の振幅値がいずれかの前記第二の識別値を超える又はいずれかの前記第二の識別値以上になる毎に当該第二の識別値以下又は当該第二の識別値未満における駆動電流よりも小さい一定値の駆動電流を算出する、
   ことを特徴とする光増幅器。
2. 複数の光増幅器が縦続に接続されている光増幅器であって、
   前記光増幅器のうちの光信号が入力される側に接続されている第一の光増幅器は、
   入力光信号を第一の主信号と第一のモニタ光に分岐する第一の分岐器と、
   前記第一の主信号を、供給された駆動電流を用いて増幅する第一のＳＯＡと、
   前記第一のモニタ光を第一の電気信号に変換する第一の光電気変換器と、
   前記第一の電気信号の振幅値が予め設定した第一の識別値以上又は前記第一の識別値超である場合に、前記第一の電気信号の振幅値を用いて前記入力光信号の光強度を検出し、該検出された光強度に基づいて、前記第一のＳＯＡから出力される光信号の光強度が予め設定した第一の目標範囲内となるような前記第一のＳＯＡの駆動電流を算出する第一の制御回路と、
   前記第一の電気信号の振幅値が予め設定した第一の識別値以上又は前記第一の識別値超である場合に、前記第一の制御回路の算出した駆動電流を前記第一のＳＯＡへ供給する第一の駆動回路と、
   を備え、
   前記光増幅器のうちの前記第一の光増幅器の後段に接続されている第二の光増幅器は、
   前記第一のＳＯＡから出力された第一の出力光信号を第二の主信号と第二のモニタ光に分岐する第二の分岐器と、
   前記第二の主信号を、供給された駆動電流を用いて増幅する第二のＳＯＡと、
   前記第二のモニタ光を第二の電気信号に変換する第二の光電気変換器と、
   前記第二の電気信号の振幅値を用いて前記第一の出力光信号の光強度を検出し、該検出された光強度に基づいて、前記第二のＳＯＡから出力される光信号の光強度が予め設定した第二の目標値になるような前記第二のＳＯＡの駆動電流を算出する第二の制御回路と、
   前記第二の制御回路の算出した駆動電流を前記第二のＳＯＡへ供給する第二の駆動回路と、
   を備え、
   前記入力光信号がバースト光信号である場合に、
   前記第二の制御回路は、前記第二の電気信号の振幅値から前記バースト光信号のガードタイムを判定し、
   前記第二の駆動回路は、前記第二の制御回路の判定したガードタイムでは前記第二の駆動電流をオフにする、
   ことを特徴とする光増幅器。
3. 請求項１又は２に記載の光増幅器と、
   前記光増幅器から出力された光信号を電気信号に変換する光受信フロントエンドと、
   前記光受信フロントエンドの出力した電気信号を処理する信号処理部と、
   を備える光受信器。

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