JP6303222B2 - 光受信器および光受信モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光受信器および光受信モジュールに関する。

伝送装置においては、伝送損失によって受信される光強度が低下した場合に、光受信器の前段に光半導体増幅器を接続する技術が知られている。この光半導体増幅器では、入力光を増幅し、出力光として出力する（例えば、特許文献１参照）。

特開平１‐１１５１８８号公報

信号を複数の異なる波長に分割して多重伝送することによって、伝送容量を向上させる技術が知られている。光受信器では、伝送されてきた波長多重光を分波器によって各波長の信号光に分割する。得られた各信号光は、それぞれ受光素子で光電変換される。

しかしながら、特許文献１の技術では、各受光素子で受光する信号光の強度を適切に制御することができない。

そこで、各受光素子で受光する信号光の強度を適切に制御することができる光受信器および光受信モジュールを提供することを目的とする。

本願１の発明は、
（１）波長多重光を増幅する光半導体増幅器と、前記光半導体増幅器によって増幅された波長多重光を異なる波長の複数の信号光に分波する光分波器と、前記光分波器により分波された各信号光をそれぞれ受光する複数の受光素子と、前記光分派器の前段の前記波長多重光の強度を検出する検出器と、前記検出器の検出結果に対応した前記光半導体増幅器の駆動電流の上限値を格納するメモリと、前記検出器の検出結果を参照して、前記メモリから前記上限値を取得し、これを参照して前記光半導体増幅器の駆動電流を決定するコントローラと、を備える光受信器である。
本願２の発明は、
（２）波長多重光を増幅する光半導体増幅器と、前記光半導体増幅器によって増幅された波長多重光を異なる波長の複数の信号光に分波する光分波器と、前記光分波器の分波により得られた各信号光をそれぞれ受光する受光素子と、前記光分波器の前段の前記波長多重光の強度を検出する検出器と、を備える光受信モジュールである。

上記発明によれば、各受光素子で受光する信号光の強度を適切に制御することができる。

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る。 波長多重光に含まれる各信号光の光強度を示す図である。 （ａ）は各信号光の波長と光半導体増幅器に入力される駆動電流と各信号光が増幅される際のゲインとの関係を示す図であり、（ｂ）〜（ｄ）は光半導体増幅器の駆動電流の相違に起因するゲインの相違を示す図である。 受光素子のダイナミックレンジを示す図である。 メモリを含む全体構成を説明するためのブロック図である。 上限値の決定フローの一例である。 フローチャートの一例である。 フローチャートの一例である。 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。

[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容を列記して説明する。

本願発明は、（１）波長多重光を増幅する光半導体増幅器と、前記光半導体増幅器によって増幅された波長多重光を異なる波長の複数の信号光に分波する光分波器と、前記光分波器により分波された各信号光をそれぞれ受光する複数の受光素子と、前記光分派器の前段の前記波長多重光の強度を検出する検出器と、前記検出器の検出結果に対応した前記光半導体増幅器の駆動電流の上限値を格納するメモリと、前記検出器の検出結果を参照して、前記メモリから前記上限値を取得し、これを参照して前記光半導体増幅器の駆動電流を決定するコントローラと、を備える光受信器である。
（２）前記上限値は、前記複数の受光素子のすべてについて、そのダイナミックレンジを超えない範囲、あるいは、前記受光素子それぞれに接続された出力回路のすべてについて、そのダイナミックレンジを超えない範囲のいずれかの条件を満たしてもよい。
（３）前記コントローラは、さらに前記光半導体増幅器に入力する駆動電流に下限値を設定していてもよい。
（４）前記検出器は、前記光半導体増幅器に入力される前記波長多重光の強度を検出してもよい。
（５）他の発明は、波長多重光を増幅する光半導体増幅器と、前記光半導体増幅器によって増幅された波長多重光を異なる波長の複数の信号光に分波する光分波器と、前記光分波器の分波により得られた各信号光をそれぞれ受光する受光素子と、前記光分波器の前段の前記波長多重光の強度を検出する検出器と、を備える光受信モジュールである。

［本願発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る波長可変レーザの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、実施例１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。光受信器１００は、波長多重光から各波長の信号光を得る装置である。図１に示すように、光受信器１００は、筐体に、入力端１０、ビームスプリッタ２０、受光素子３０、コントローラ４０、光半導体増幅器５０、光分波器６０、複数の受光素子７０、複数の出力回路８０、複数の出力端９０などを備える。

入力端１０は、外部の光ファイバ等に接続されている。入力端１０には、外部から波長多重光が入射される。ビームスプリッタ２０は、入力端１０に入射された波長多重光を分岐し、一方の分岐光を参照光として受光素子３０に入射し、他方の分岐光を光半導体増幅器５０に入射する。受光素子３０は、半導体受光素子であり、入射された参照光を光電変換することによって、当該参照光の光強度に応じた電流を出力する。本実施例においては、ビームスプリッタ２０および受光素子３０が、光分派器の前段の波長多重光の強度を検出する検出器として機能する。

コントローラ４０は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）などから構成されている。コントローラ４０は、ビームスプリッタ２０の分岐比と受光素子３０が出力する電流とに応じて、光半導体増幅器５０に入射される波長多重光の光強度が所定値になるように、光半導体増幅器５０に入力する駆動電流を制御する。それにより、光半導体増幅器５０の利得（ゲイン）が制御される。

光半導体増幅器５０は、コントローラ４０から入力される駆動電流に応じて、入射される波長多重光を増幅する。光分波器６０は、光半導体増幅器５０で増幅された波長多重光を、異なる波長の複数の信号光に分波する。本実施例においては、光半導体増幅器５０は、一例として、入射される波長多重光を４つの波長の信号光に分波する。各信号光は、レーン０〜レーン３を介してそれぞれ異なる受光素子７０に入射される。受光素子７０は、各レーンに設けられており、本実施例においては４つ設けられている。

各受光素子７０は、半導体受光素子であり、入射される信号光を光電変換することによって、信号光の光強度に応じた電流を、それぞれ異なる出力回路８０に出力する。出力回路８０および出力端９０は、受光素子７０と同数設けられている。出力回路８０は、例えば、ＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプ）である。各出力回路８０は、入力される電流を電圧信号に変換し、それぞれ異なる出力端９０を介して外部に出力する。

本実施例によれば、光半導体増幅器５０の前段で波長多重光の光強度を検出するための受光素子３０が設けられ、光分波器６０の前段に光半導体増幅器５０が設けられていることから、各受光素子７０で受光する信号光の強度を適切に制御することができる。なお、コントローラ４０は、端子等を介して光受信器１００の外部に設けられていてもよい。この場合、光受信器１００は、光受信モジュールと称することもできる。

次に、コントローラ４０による光半導体増幅器５０のゲイン制御の詳細について説明する。図２は、波長多重光に含まれる各信号光の光強度を示す図である。図２において、レーン０〜レーン３は、光半導体増幅器５０で増幅していないと仮定した場合の、各レーンの信号光の光強度である。図２に示すように、波長多重光に含まれる各信号光においては、光強度にばらつきがみられない。しかしながら、光半導体増幅器５０のゲインには、波長に応じてばらつきが生じる。これは、入力光の増幅に寄与する光半導体増幅器の自然放出光（ＡＳＥ:ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）のスペクトルが均一でない為である。

図３（ａ）は、各信号光の波長と、光半導体増幅器５０に入力される駆動電流と、各信号光が増幅される際のゲインとの関係を示す図である。図３（ａ）に示すように、同じ駆動電流に対して、波長ごとにゲインが変化する。すなわち、光半導体増幅器５０を用いた場合、波長が異なる各信号光に対して同じゲインで増幅することは困難である。

図３（ｂ）〜図３（ｄ）は、光半導体増幅器５０の駆動電流の相違に起因する、ゲインの相違を示す図である。図３（ｂ）〜図３（ｄ）は、それぞれ駆動電流１〜駆動電流３（駆動電流１＜駆動電流２＜駆動電流３）に対する、各信号光のゲインを示す。図３（ｂ）〜図３（ｄ）に示すように、各信号光のゲインにはばらつきが現れている。このばらつきは、駆動電流が大きいほど大きくなっている。

受光素子３０の出力に応じて、あらかじめ定められた所定の光強度が光半導体増幅器５０から出力されるように光半導体増幅器５０の駆動電流を制御すると、いずれかの信号光が過剰に増幅されるおそれがある。ここで、受光素子７０のダイナミックレンジについて説明する。図４は、受光素子７０のダイナミックレンジを示す図である。一例として、受光素子７０のダイナミックレンジは、−１０ｄＢｍ〜５ｄＢｍである。ダイナミックレンジを超えた信号光が受光素子７０に入力されると、当該信号光のエラーレートが増大してしまう。なお、信号光の光強度が受光素子７０のダイナミックレンジを超えなくても、出力回路８０のダイナミックレンジまたは出力端９０に接続される外部の入力回路のダイナミックレンジを超えると、エラーレートが増大してしまう。したがって、信号光の光強度に上限値を設定することが好ましい。

そこで、コントローラ４０は、光半導体増幅器５０に入力する駆動電流に上限値を設ける。具体的には、図５に示すように、コントローラ４０は、上記上限値をメモリ９５に格納しておき、当該上限値を参照することによって、光半導体増幅器５０の駆動電流が上記上限値を超えないようにする。それにより、少なくともいずれかの受光素子７０に入射される信光光強度が過度に大きくなることを抑制することができる。

上記上限値は、受光素子７０のダイナミックレンジを超えない範囲で設定されていてもよく、出力回路８０のダイナミックレンジまたは出力端９０に接続される外部の入力回路のダイナミックレンジを超えない範囲で設定されていてもよい。図６は、上記上限値の決定フローの一例である。図６に示すように、コントローラ４０は、光半導体増幅器５０の駆動電流を上昇させる（ステップＳ１）。次に、コントローラ４０は、出力回路８０のいずれかで出力がダイナミックレンジを超えたか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２で「Ｎｏ」と判定された場合、ステップＳ１が実行される。ステップＳ２で「Ｙｅｓ」と判定された場合、コントローラ４０は、その直前の当該駆動電流を上限値としてメモリ９５に格納する（ステップＳ３）。この上限値の決定フローを、入力光強度を変更して複数回実行する。これにより、入力光強度毎に駆動電流の上限値が取得できる。入力光強度の変更間隔が小さいほど、高精度な上限値の設定が可能となり、入力光強度の変更間隔が大きいほど、上限値を格納するメモリ容量が小さくて済む。実際の実行にあたっては、精度とメモリ容量から最適な入力光強度の変更間隔を決定すればよい。なお、ステップＳ２において、各レーンのエラーレートが上限を超えたか否かを判定してもよい。

または、コントローラ４０は、メモリ９５に、各信号光の波長と、光半導体増幅器５０に入力される駆動電流と、各信号光が増幅される際のゲインとの関係を格納しておき、当該関係から上限値を算出してもよい。図７は、この場合のフローチャートの一例である。図７に示すように、コントローラ４０は、受光素子３０の出力電流に応じて、光半導体増幅器５０に入射される波長多重光の強度を検出する（ステップＳ１１）。

次に、コントローラ４０は、ステップＳ１１で検出された強度を４等分する（ステップＳ１２）。４等分は、ｄＢで６ｄＢダウンに相当する。次に、コントローラ４０は、ステップＳ１２で得られた強度と、受光素子７０のダイナミックレンジの上限である最大受信感度レベル（オーバーロード出力）との差を計算する（ステップＳ１３）。次に、コントローラ４０は、ステップＳ１３で計算された差がゼロ以下にならないように、各信号光の波長と、光半導体増幅器５０に入力される駆動電流と、各信号光が増幅される際のゲインとの関係から光半導体増幅器５０の駆動電流の上限値を決定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４で得られた上限値はメモリ９５に格納され、その後においては、コントローラ４０は、当該上限値を光半導体増幅器５０の駆動電流の上限値として用いる。

なお、コントローラ４０は、光半導体増幅器５０の駆動電流に下限値を設定してもよい。図８は、この場合のフローチャートの一例である。図８に示すように、コントローラ４０は、受光素子３０の出力電流に応じて、光半導体増幅器５０に入射される波長多重光の強度を検出する（ステップＳ２１）。次に、コントローラ４０は、ステップＳ２１で検出された強度を４等分する（ステップＳ２２）。４等分は、ｄＢで６ｄＢダウンに相当する。

次に、コントローラ４０は、ステップＳ２２で得られた強度と、受光素子７０のダイナミックレンジの下限である最小受信感度レベルとの差を計算する（ステップＳ２３）。次に、コントローラ４０は、ステップＳ２３で計算された差がゼロ以下にならないように、各信号光の波長と、光半導体増幅器５０に入力される駆動電流と、各信号光が増幅される際のゲインとの関係から光半導体増幅器５０の駆動電流の下限値を決定する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４で得られた下限値はメモリ９５に格納され、その後においては、コントローラ４０は、当該下限値を光半導体増幅器５０の駆動電流の下限値として用いる。

このように、各受光素子７０が受光する信号光の強度がダイナミックレンジ内に入ることによって、エラーレートの低下を抑制することができる。なお、図３（ａ）の例は一例であり、所定の波長においてゲインにピークが現れる場合もある。また、信号光の波長とゲインとの関係は、駆動電流に応じて変化する場合もある。

実施例１では、光半導体増幅器５０に入射される波長多重光の強度を、受光素子３０を用いて検出しているが、それに限られない。実施例２では、光半導体増幅器５０の出力光の強度を、受光素子３０を用いて検出してもよい。図９は、実施例２に係る光受信器１００ａの全体構成を示すブロック図である。光受信器１００ａが図１の光受信器１００と異なる点は、光半導体増幅器５０の出力光を、受光素子３０を用いて検出する点である。この場合においては、光半導体増幅器５０の出力に応じて光半導体増幅器５０の駆動電流を設定することができる。

１０ 入力端
２０ ビームスプリッタ
３０ 受光素子
４０ コントローラ
５０ 光半導体増幅器
６０ 光分波器
７０ 受光素子
８０ 出力回路
９０ 出力端
９５ メモリ
１００ 光受信器

Claims (5)

1. 波長多重光を増幅する光半導体増幅器と、
   前記光半導体増幅器によって増幅された波長多重光を異なる波長の複数の信号光に分波する光分波器と、
   前記光分波器により分波された各信号光をそれぞれ受光する複数の受光素子と、
   前記光分波器の前段の前記波長多重光の強度を検出する検出器と、
   前記複数の受光素子のダイナミックレンジの上限値における前記検出器の検出結果に対応した前記光半導体増幅器の駆動電流の上限値を格納するメモリと、
   前記検出器の検出結果を参照して、前記メモリから前記上限値を取得し、これを参照して前記光半導体増幅器の駆動電流を決定するコントローラと、を備える光受信器。
2. 前記上限値は、前記複数の受光素子のすべてについて、そのダイナミックレンジを超えない範囲、あるいは、前記受光素子それぞれに接続された出力回路のすべてについて、そのダイナミックレンジを超えない範囲のいずれかの条件を満たす、請求項１記載の光受信器。
3. 前記コントローラは、さらに前記光半導体増幅器に入力する駆動電流に下限値を設定している、請求項１または２に記載の光受信器。
4. 前記検出器は、前記光半導体増幅器に入力される前記波長多重光の強度を検出する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光受信器。
5. 波長多重光を増幅する光半導体増幅器と、
   前記光半導体増幅器によって増幅された波長多重光を異なる波長の複数の信号光に分波する光分波器と、
   前記光分波器の分波により得られた各信号光をそれぞれ受光する複数の受光素子と、
   前記光分波器の前段の前記波長多重光の強度を検出する検出器と、
   前記複数の受光素子のダイナミックレンジの上限値における前記検出器の検出結果に対応した前記光半導体増幅器の駆動電流の上限値を格納するメモリを含み前記検出器の検出結果を参照して前記メモリから前記上限値を取得しこれを参照して前記光半導体増幅器の駆動電流を決定するコントローラと外部で接続する端子と、を備える光受信モジュール。

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