JP6760017B2 - 光受信器 - Google Patents

Description

本発明は、偏波多重光信号を受信する光受信器に係わる。

大容量の光通信を実現する技術の１つとしてコヒーレント受信が実用化されている。コヒーレント光受信器は、ローカル光源を備え、受信光信号とローカル発振光とを混合させる。ここで、受信光信号のキャリア波長とローカル発振光の波長とは、ほぼ同じである。混合光は、受光器により電気信号に変換される。この電気信号は、増幅器（例えば、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ））により増幅された後、信号処理回路に導かれる。信号処理回路は、復調回路などを備え、送信信号を再生する。

上述のコヒーレント光受信器において、受光器の感度を良くするためには、受光器の入力光強度（または、入力光パワー）が適切に制御されていることが要求される。したがって、コヒーレント光受信器は、多くのケースにおいて、受信光信号の強度を調整する可変光減衰器（ＶＯＡ：Variable Optical Attenuator）を備える。この場合、コヒーレント光受信器は、受信光信号の強度を検出する機能を備える。そして、好適な強度の光信号が受光器に導かれるように、この機能による検出結果に基づいて可変光減衰器が制御される。

このように、コヒーレント光受信器は、受信光信号の強度を検出する機能を備える。受信光信号の強度は、例えば、上述した増幅器の利得に基づいて検出される（例えば、特許文献１）。

米国特許公開公報２０１６／０１６４６２４

大容量の光通信を実現する他の技術として、偏波多重が実用化されている。偏波多重通信では、互いに直交する１組の偏波（Ｘ偏波およびＹ偏波）を利用してデータが伝送される。よって、偏波多重でない通信と比較すると、偏波多重通信による１波長当たりの伝送容量は２倍である。

ところが、コヒーレント光受信器が偏波多重光信号を受信する場合、各偏波についてＩ成分およびＱ成分が検出される。したがって、偏波多重光信号から４つのレーン（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）に対応する電気信号がそれぞれ生成され、各電気信号がそれぞれ増幅器で増幅される。そして、コヒーレント光受信器に実装されるプロセッサは、各増幅器の利得に基づいて各レーンの入力光強度を求め、それらの総和を計算することで偏波多重光信号の入力光強度を検出する。よって、コヒーレント光受信器が偏波多重光信号を受信する場合、入力光強度を算出するためのプロセッサの負荷が大きい。

なお、コヒーレント光受信器の小型化を図るためには、プロセッサが複数のタスクを実行することが好ましい。このため、入力光強度を算出するためのプロセッサの負荷が大きいときは、他のタスクが遅延するおそれがある。

本発明の１つの側面に係わる目的は、偏波多重光信号の入力光強度を検出するためのプロセッサの処理を削減することである。

本発明の１つの態様の光受信器は、偏波多重光信号とローカル発振光とを混合させることにより、第１の偏波における同相成分を表す第１の電気信号、第１の偏波における直交成分を表す第２の電気信号、第２の偏波における同相成分を表す第３の電気信号、第２の偏波における直交成分を表す第４の電気信号を生成するコヒーレント受信回路と、前記第１〜第４の電気信号をそれぞれ増幅する第１〜第４の増幅器と、前記第１〜第４の増幅器の出力信号の振幅がそれぞれ目標振幅に近づくように前記第１〜第４の増幅器の利得を制御する利得制御器と、前記第１の増幅器の利得に基づいて前記第１の偏波における同相成分の入力光強度を表す第１の光強度を算出し、前記第２の増幅器の利得に基づいて前記第１の偏波における直交成分の入力光強度を表す第２の光強度を算出し、前記第３の増幅器の利得に基づいて前記第２の偏波における同相成分の入力光強度を表す第３の光強度を算出し、前記第４の増幅器の利得に基づいて前記第２の偏波における直交成分の入力光強度を表す第４の光強度を算出する第１の光強度算出部と、前記第１〜第４の光強度に基づいて、前記第１の偏波の入力光強度と前記第２の偏波の入力光強度との比を表す偏波依存強度比、および前記同相成分の入力光強度と前記直交成分の入力光強度との比を表す位相依存強度比を算出する強度比算出部と、前記第１〜第４の増幅器のうちから選択される増幅器の利得に基づいて算出される光強度、前記偏波依存強度比、および前記位相依存強度比に基づいて、前記偏波多重光信号の入力光強度を算出する第２の光強度算出部と、を備える。

上述の態様によれば、偏波多重光信号の入力光強度を検出するためのプロセッサの処理が削減される。

第１の実施形態に係わる光受信器の一例を示す図である。 複数のタスクを実行する構成を模式的に示す図である。 増幅器の利得と入力光強度との依存関係の一例を示す図である。 依存関係情報の波長依存および温度依存を説明する図である。 Ｘ／Ｙ強度比およびＩ／Ｑ強度比を算出する方法の一例を示すフローチャートである。 目的波長チャネルの入力光強度を算出する方法の一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態の方法を使用しないケースにおけるＣＰＵ負荷の一例を示す図である。 第１の実施形態におけるＣＰＵ負荷の一例を示す図である。 第２の実施形態に係わる光受信器の一例を示す図である。 第２の実施形態において目的波長チャネルの入力光強度を算出する方法の一例を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係わる光受信器の一例を示す図である。 第４の実施形態に係わる光受信器の一例を示す図である。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる光受信器の一例を示す。第１の実施形態に係わる光受信器１００は、コヒーレント受信により、ＷＤＭ光信号中に多重化されている複数の光信号の中から所望の波長の光信号を選択的に受信することができる。なお、以下の記載では、「光強度」は、「光パワー」と同義であるものとする。

光受信器１００は、可変光減衰器（ＶＯＡ）１、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２、ローカル発振器３、９０度光ハイブリッド回路４Ｘ、４Ｙ、受光器（ＰＤ）５、増幅器６ＸＩ、６ＸＱ、６ＹＩ、６ＹＱ、振幅検出器７、利得制御器（ＡＧＣ）８、ＣＰＵ９、メモリ１０、温度センサ１１を備える。なお、光受信器１００は、図１に示していない他の回路要素を備えていてもよい。

可変光減衰器１は、ＣＰＵ９から与えられる指示に従って、入力光信号を減衰させる。ただし、光受信器１００は、可変光減衰器１を備えていなくてもよい。偏波ビームスプリッタ２は、入力光信号を互いに直交する偏波成分（Ｘ偏波成分およびＹ偏波成分）に分離する。偏波ビームスプリッタ２から出力されるＸ偏波成分およびＹ偏波成分は、それぞれ９０度光ハイブリッド回路４Ｘおよび４Ｙに導かれる。ローカル発振器３は、波長指示により指定される目的波長のローカル発振光を生成する。波長指示は、ＷＤＭ光信号から抽出すべき波長チャネルを指定する。なお、波長指示は、例えば、ユーザまたはネットワーク管理者から与えられる。或いは、波長指示は、上位レイヤのアプリケーションから与えられるようにしてもよい。

９０度光ハイブリッド回路４Ｘは、入力光信号のＸ偏波成分とローカル発振光とを混合させ、目的波長のＸＩ成分およびＸＱ成分を生成する。ＸＩ成分は、入力光信号のＸ偏波のＩ成分を表し、ＸＱ成分は、入力光信号のＸ偏波のＱ成分を表す。同様に、９０度光ハイブリッド回路４Ｙは、入力光信号のＹ偏波成分とローカル発振光とを混合させ、ＹＩ成分およびＹＱ成分を生成する。ＹＩ成分は、入力光信号のＹ偏波のＩ成分を表し、ＹＱ成分は、入力光信号のＹ偏波のＱ成分を表す。この実施例では、ＸＩ成分、ＸＱ成分、ＹＩ成分、ＹＱ成分は、それぞれ差動信号で表される。そして、ＸＩ成分、ＸＱ成分、ＹＩ成分、ＹＱ成分は、それぞれ対応する受光器５により電気信号に変換される。

なお、偏波ビームスプリッタ２、ローカル発振器３、９０度光ハイブリッド回路４Ｘ、４Ｙ、受光器５は、コヒーレント受信回路の一例である。ここで、コヒーレント受信回路は、入力光信号とローカル発振光とを混合させることにより、ＸＩ成分を表す第１の電気信号、ＸＱ成分を表す第２の電気信号、ＹＩ成分を表す第３の電気信号、ＹＱ成分を表す第４の電気信号を生成する。

以下の記載では、偏波および位相成分の組み合わせを「レーン」と呼ぶことがある。例えば、Ｘ偏波におけるＩ成分を「レーンＸＩ」と呼ぶことがある。また、各レーンには、それぞれ対応する増幅器が実装されている。具体的には、レーンＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱには、それぞれ増幅器６ＸＩ、６ＸＱ、６ＹＩ、６ＹＱが実装されている。したがって、レーンを選択または指定することは、増幅器を選択または指定することと同義である。

増幅器６ＸＩ、６ＸＱ、６ＹＩ、６ＹＱは、それぞれ対応するレーンに設けられる受信器５の出力信号を増幅する。すなわち、レーンＸＩに対して設けられる増幅器６ＸＩは、入力光信号のＸＩ成分を表す電気信号を増幅し、レーンＸＱに対して設けられる増幅器６ＸＱは、入力光信号のＸＱ成分を表す電気信号を増幅する。同様に、レーンＹＩに対して設けられる増幅器６ＹＩは、入力光信号のＹＩ成分を表す電気信号を増幅し、レーンＹＱに対して設けられる増幅器６ＹＱは、入力光信号のＹＱ成分を表す電気信号を増幅する。復調回路は、増幅器６ＸＩ、６ＸＱ、６ＹＩ、６ＹＱの出力信号を復調して送信データを再生する。

振幅検出器７は、各増幅器６ＸＩ、６ＸＱ、６ＹＩ、６ＹＱの出力信号の振幅（以下、出力振幅）を検出する。利得制御器８は、ＡＧＣモードで各増幅器６ＸＩ、６ＸＱ、６ＹＩ、６ＹＱの利得を制御する。具体的には、利得制御器８は、各増幅器６ＸＩ、６ＸＱ、６ＹＩ、６ＹＱの出力振幅がそれぞれ目標振幅に近づくように各増幅器６ＸＩ、６ＸＱ、６ＹＩ、６ＹＱの利得を制御する。目標振幅は、例えば、ＣＰＵ９から指定される。

ＣＰＵ９は、目的波長チャネルの入力光強度を算出する。加えて、ＣＰＵ９は、算出した入力光強度に基づいて可変光減衰器１を制御してもよい。この場合、ＣＰＵ９は、例えば、受光器５の感度が高くなるように、可変光減衰器１の減衰量を制御する。さらに、ＣＰＵ９は、他の機能を提供してもよい。なお、ＣＰＵ９は、プロセッサおよびメモリを含む。また、ＣＰＵ９は、与えられるプログラムを実行することにより上述の機能を提供する。

メモリ１０は、後述する依存関係情報、Ｘ／Ｙ強度比情報、Ｉ／Ｑ強度比情報を格納する。尚、メモリ１０は、ＣＰＵ９により実行されるプログラムを格納してもよい。また、メモリ１０は、図１に示していない他の情報を格納してもよい。温度センサ１１は、増幅器（６ＸＩ、６ＸＱ、６ＹＩ、６ＹＱ）の近傍に実装され、増幅器の近傍の温度を測定する。

上記構成の光受信器１００において、目的波長チャネルの入力光強度は、各レーン（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）の入力光強度に基づいて算出され得る。ここで、各レーンの入力光強度は、この実施例では、対応する増幅器の利得に基づいて算出される。例えば、レーンＸＩの入力光強度は、増幅器６ＸＩの利得に基づいて算出される。具体的には、ＣＰＵ９は、目的波長チャネルの入力光強度を算出するときに、利得制御部８にアクセスして各増幅器６ＸＩ、６ＸＱ、６ＹＩ、６ＹＱの利得情報を取得し、取得した利得情報に基づいて各レーンの入力光強度を算出する。そして、ＣＰＵ９は、各レーンの入力光強度の総和に計算することで目的波長チャネルの入力光強度を検出することができる。

他方、光受信器１００の小型化および／または低コスト化が要求される場合、ＣＰＵ９は、図２に示すように、複数のタスクを実行することが好ましい。各タスクは、対応するデバイスにアクセスする処理を含む。なお、図２に示すデバイス２１ａ、２１ｂ、．．．は、可変光減衰器１、振幅検出器７、温度センサ１１、復調回路などに相当する。

複数のタスクは、例えば、時間分割多重方式で実行される。ここで、ＣＰＵ９は、各増幅器６ＸＩ、６ＸＱ、６ＹＩ、６ＹＱの利得情報を利得制御部８から順番に取得し、それらの利得情報を使用して目的波長チャネルの入力光強度を順番に算出する。この場合、利得制御部８から利得情報を取得するための読出し時間が長くなってしまう。すなわち、入力光強度を算出するために要する時間が長くなる。この結果、他のタスクが遅延するおそれがある。或いは、他のタスクの実行間隔を長くする必要が生じるおそれがある。

そこで、光受信器１００は、４つのレーン（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）の中の１つのレーンの利得情報に基づいて、目的波長チャネルの入力光強度を算出する。ここで、各レーンの入力光強度が互いに同じであれば、いずれか１つのレーンの入力光強度を４倍することで目的波長チャネルの入力光強度が算出され得る。しかし、偏波ビームスプリッタ２から出力されるＸ偏波成分およびＹ偏波成分の強度は、互いに同じであるとは限らない。また、各９０度光ハイブリッド回路（４Ｘ、４Ｙ）により生成されるＩ成分およびＱ成分の強度も、互いに同じであるとは限らない。したがって、光受信器１００は、これらの要因を考慮して目的波長チャネルの入力光強度を算出する。

ＣＰＵ９は、与えられたプログラムを実行することにより、依存関係生成部３１、１レーン強度算出部３２、補正部３３、Ｘ／Ｙ強度比算出部３４、Ｉ／Ｑ強度比算出部３５、入力光強度算出部３６の各機能を提供することができる。なお、ＣＰＵ９は、図１に示していない他の機能を提供することもできる。

依存関係生成部３１は、各レーンに対して依存関係情報を生成する。依存関係情報は、増幅器の利得と入力光強度との間の関係を表す。そして、依存関係生成部３１により生成される依存関係情報は、メモリ１０に格納される。

図３は、レーンＸＩにおける増幅器の利得と入力光強度との依存関係の一例を示す。横軸は、増幅器６ＸＩの利得制御電圧を表し、縦軸は、レーンＸＩの入力光強度を表す。なお、増幅器６ＸＩの出力振幅は、２５℃の環境下で、ＡＧＣモードにより1Vppに保持されている。

この依存関係は、例えば、プローブ光源を用いて光受信器１００の入力光強度を変えながら、各サンプリング点において利得制御電圧を測定することにより生成される。この測定において、レーンＸＩの入力光強度は、レーンＸＩに対して実装されている受光器５の出力信号から算出される。なお、増幅器６ＸＩの利得は、利得制御器８から増幅器６ＸＩに印加される利得制御電圧に一意に対応する。

依存関係情報は、例えば、増幅器の利得と入力光強度との依存関係を表す依存関係式で表される。この場合、依存関係式は、複数のサンプリング点における測定値に基づいて近似曲線を求めることで生成される。また、依存関係式は、レーン毎に生成される。

光受信器１００が複数の目標出力振幅の中から選択的に任意の目標出力振幅を設定可能なときは、各目標出力振幅に対して依存関係情報が生成される。例えば、利得制御器８によるＡＧＣが1Vppおよび1.5Vppを提供するときは、1Vppおよび1.5Vppに対してそれぞれ依存関係情報が生成される。

なお、増幅器（６ＸＩ、６ＸＱ、６ＹＩ、６ＹＱ）の出力振幅は、利得制御器８により目標振幅に近づくように制御される。ここで、この目標振幅は、ＣＰＵ９にとって既知である。よって、ＣＰＵ９は、依存関係情報を利用することにより、目的レーンに対応する増幅器の利得（または、利得制御電圧）からその目的レーンの入力光強度を算出することができる。

増幅器の利得と入力光強度との依存関係は、入力光信号の波長および増幅器の温度に依存して変化する。したがって、依存関係生成部３１は、波長依存性を補償するための波長補正情報および温度依存性を補償するための温度補正情報を生成してもよい。

波長補正情報を生成するときには、プローブ光の波長を変化させながら、異なる波長に対して増幅器の利得および入力光強度が測定される。そうすると、図４（ａ）に示すように、複数の異なる波長に対してそれぞれ依存関係カーブが得られる。そして、依存関係生成部３１は、これらの依存関係カーブに基づいて波長補正情報を生成する。波長補正情報は、例えば、ΔＰ１[μW／nm]で表される。この場合、波長補正情報は「入力光信号の波長が基準波長に対して１ｎｍシフトしたときに、入力光強度をΔＰ１μＷだけ補正する」を意味する。なお、基準波長は、例えば、ＷＤＭ光信号の信号帯の中心波長である。

温度補正情報を生成するときには、増幅器の近傍の温度を変化させながら、異なる温度に対して増幅器の利得および入力光強度が測定される。そうすると、図４（ｂ）に示すように、複数の異なる温度に対してそれぞれ依存関係カーブが得られる。そして、依存関係生成部３１は、これらの依存関係カーブに基づいて温度補正情報を生成する。温度補正情報は、例えば、ΔＰ２[μW／℃]で表される。この場合、温度補正情報は「増幅器の近傍の温度が基準温度に対して１℃シフトしたときに、入力光強度をΔＰ２μＷだけ補正する」を意味する。なお、基準温度は、予め指定された温度（例えば、２５度）である。

１レーン強度算出部３２は、各レーンの入力光強度を算出する。このとき、１レーン強度算出部３２は、メモリ１０に格納されている依存関係情報を参照する。例えば、レーンＸＩの入力光強度を算出するときは、１レーン強度算出部３２は、増幅器６ＸＩの利得を検出する。そして、１レーン強度算出部３２は、図３に示す依存関係情報に基づいて、増幅器６ＸＩの利得に対応する入力光強度を算出する。また、１レーン強度算出部３２は、同様の方法でレーンＸＱ、レーンＹＩ、レーンＹＱの入力光強度をそれぞれ算出する。

補正部３３は、必要に応じて、波長、温度、または出力振幅に基づいて、１レーン強度算出部３２により算出される入力光強度を補正する。即ち、補正部３３は、入力光強度を算出すべき目的波長チャネルのキャリア波長に基づいて、１レーン強度算出部３２により算出される入力光強度を上述の波長補正情報を利用して補正することができる。また、補正部３３は、温度センサ１１により測定される温度に基づいて、１レーン強度算出部３２により算出される入力光強度を上述の温度補正情報を利用して補正することができる。さらに、補正部３３は、振幅検出部７により検出される出力振幅と目的出力振幅との差分に基づいて、１レーン強度算出部３２により算出される入力光強度を補正してもよい。

Ｘ／Ｙ強度比算出部３４は、１レーン強度算出部３２により算出される各レーンの入力光強度に基づいて、目的波長チャネルのＸ偏波およびＹ偏波の入力光強度の比（Ｘ／Ｙ強度比、偏波依存強度比）を算出する。Ｘ／Ｙ強度比は、例えば、（１）式で算出される。なお、強度ＸＩ、強度ＸＱ、強度ＹＩ、強度ＹＱは、それぞれ、１レーン強度算出部３２により算出されるレーンＸＩの入力光強度、レーンＸＱの入力光強度、レーンＹＩの入力光強度、レーンＹＱの入力光強度を表す。

Ｉ／Ｑ強度比算出部３５は、１レーン強度算出部３２により算出される各レーンの入力光強度に基づいて、目的波長チャネルのＩ成分およびＱ成分の入力光強度の比（Ｉ／Ｑ強度比、位相依存強度比）を算出する。Ｉ／Ｑ強度比は、例えば、Ｘ偏波を利用して（２）式で算出される。

また、Ｉ／Ｑ強度比算出部３５は、Ｙ偏波を利用して（３）式でＩ／Ｑ強度比を算出してもよい。

さらに、Ｉ／Ｑ強度比算出部３５は、Ｘ偏波およびＹ偏波を利用して（４）式でＩ／Ｑ強度比を算出してもよい。

なお、Ｘ／Ｙ強度比算出部３４により算出されるＸ／Ｙ強度比を表すＸ／Ｙ強度比情報はメモリ１０に格納される。また、Ｉ／Ｑ強度比算出部３５により算出されるＩ／Ｑ強度比を表すＩ／Ｑ強度比情報もメモリ１０に格納される。

入力光強度算出部３６は、指定されたレーンの入力光強度、Ｘ／Ｙ強度比、Ｉ／Ｑ強度比に基づいて、目的波長チャネルの入力光強度を算出する。例えば、レーンＸＩが指定されたときは、入力光強度算出部３６は、以下の手順で目的波長チャネルの入力光強度を算出する。

（１）１レーン強度算出部３２により算出されるレーンＸＩの入力光強度（強度ＸＩ）およびＩ／Ｑ強度比に基づいて、レーンＸＱの入力光強度（強度ＸＱ）を算出する。
（２）強度ＸＩと強度ＸＱとを足し合わせることによりＸ偏波の入力光強度を算出する。
（３）Ｘ偏波の入力光強度（強度Ｘ）およびＸ／Ｙ強度比に基づいて、Ｙ偏波の入力光強度（強度Ｙ）を算出する。
（４）強度Ｘと強度Ｙとを足し合わせることにより目的波長チャネルの入力光強度を算出する。

このように、入力光強度算出部３６は、４つのレーンの中から指定される１つのレーンの入力光強度に基づいて、目的波長チャネルの入力光強度を算出することができる。したがって、すべてのレーンについての入力光強度に基づいて目的波長チャネルの入力光強度を算出する方法と比較して、第１の実施形態によれば、目的波長チャネルの入力光強度を算出するためのＣＰＵ９の負荷が削減される。

また、第１の実施形態では、Ｘ偏波とＹ偏波との入力光強度の比を表すＸ／Ｙ強度比、およびＩ成分とＱ成分との入力光強度の比を表すＩ／Ｑ強度比が予め検出されている。そして、入力光強度算出部３６は、Ｘ／Ｙ強度比およびＩ／Ｑ強度比を利用して目的波長チャネルの入力光強度を算出する。したがって、Ｘ偏波とＹ偏波との入力光強度が互いに異なっている場合、及び／又は、Ｉ成分とＱ成分との入力光強度が互いに異なっている場合であっても、１つのレーンの入力光強度に基づいて目的波長チャネルの入力光強度を精度よく算出することができる。

図５は、Ｘ／Ｙ強度比およびＩ／Ｑ強度比を算出する方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、例えば、光受信器１００がデータ信号を受信する前にＣＰＵ９により実行される。また、ＣＰＵ９は、このフローチャートの処理を定期的に実行してもよい。なお、このフローチャートの処理が実行される前に、依存関係情報が生成されてメモリ１０に格納されているものとする。

Ｓ１〜Ｓ４の処理は、各レーン（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）に対してそれぞれ実行される。以下では、レーンＸＩについてＳ１〜Ｓ４が実行されるときの処理を記載する。

Ｓ１において、１レーン強度算出部３２は、利得制御器８にアクセスして増幅器６ＸＩの利得を表す利得制御電圧を取得する。Ｓ２において、１レーン強度算出部３２は、レーンＸＩについての依存関係情報をメモリ１０から取得する。Ｓ３において、１レーン強度算出部３２は、Ｓ２で取得した依存関係情報に基づいて、Ｓ１で取得した利得制御電圧に対応する入力光強度を算出する。この結果、レーンＸＩの入力光強度が算出される。Ｓ４において、補正部３３は、増幅器６ＸＩの出力振幅に基づいて、Ｓ３で算出された入力光強度を補正する。なお、増幅器６ＸＩの出力振幅は、振幅検出部７により検出される。このように、各レーン（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）に対してそれぞれＳ１〜Ｓ４の処理を実行することにより、各レーンの入力光強度が算出される。

Ｓ５において、補正部３３は、増幅器の近傍の温度に基づいて、各レーンについて算出された入力光強度を補正する。増幅器の近傍の温度は、温度センサ１１によって測定される。Ｓ６において、補正部３３は、目的波長チャネルのキャリア波長に基づいて、各レーンについて算出された入力光強度を補正する。

Ｓ７において、Ｘ／Ｙ強度比算出部３４は、各レーンの入力光強度に基づいてＸ／Ｙ強度比を算出する。Ｘ／Ｙ強度比は、例えば、（１）式で算出される。Ｓ８において、Ｉ／Ｑ強度比算出部３５は、各レーンの入力光強度に基づいてＩ／Ｑ強度比を算出する。Ｉ／Ｑ強度比は、例えば、（２）〜（４）式のいずれかで算出される。ＣＰＵ９は、算出したＸ／Ｙ強度比を表すＸ／Ｙ強度比情報および算出したＩ／Ｑ強度比を表すＩ／Ｑ強度比情報をメモリ１０に格納する。なお、メモリ１０にＸ／Ｙ強度比情報およびＩ／Ｑ強度比情報が既に格納されているときは、ＣＰＵ９は、新たに算出したＸ／Ｙ強度比およびＩ／Ｑ強度比でＸ／Ｙ強度比情報およびＩ／Ｑ強度比情報を更新する。

図６は、目的波長チャネルの入力光強度を算出する方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、例えば、ＣＰＵ９により定期的に実行される。尚、このフローチャートの処理が実行される前に、Ｘ／Ｙ強度比情報およびＩ／Ｑ強度比情報がメモリ１０に格納されているものとする。また、以下の記載では、４個の増幅器（６ＸＩ、６ＸＱ、６ＹＩ、６ＹＱ）のうちから増幅器６ＸＩが選択されるものとする。すなわち、レーンＸＩの入力光強度に基づいて目的波長チャネルの入力光強度が算出されるものとする。

Ｓ１１において、入力光強度算出部３６は、利得制御器８にアクセスして増幅器６ＸＩの利得を表す利得制御電圧を取得する。Ｓ１２において、入力光強度算出部３６は、レーンＸＩについての依存関係情報をメモリ１０から取得する。Ｓ１３において、入力光強度算出部３６は、Ｓ１２で取得した依存関係情報に基づいて、Ｓ１１で取得した利得制御電圧に対応する入力光強度を算出する。この結果、レーンＸＩの入力光強度が算出される。なお、入力光強度算出部３６により実行されるＳ１１〜Ｓ１３は、図５において１レーン強度算出部３２により実行されるＳ１〜Ｓ３と実質的に同じである。この後、入力光強度算出部３６は、増幅器６ＸＩの出力振幅、温度、および／または目的波長チャネルのキャリア波長に基づいて、Ｓ３で得られた入力光強度を補正してもよい。

Ｓ１４において、入力光強度算出部３６は、レーンＸＩの入力光強度およびＩ／Ｑ強度比に基づいて、レーンＸＱの入力光強度を算出する。Ｓ１５において、入力光強度算出部３６は、レーンＸＩの入力光強度およびレーンＸＱの入力光強度に基づいて目的波長チャネルのＸ偏波の入力光強度を算出する。Ｓ１６において、入力光強度算出部３６は、Ｘ偏波の入力光強度およびＸ／Ｙ強度比に基づいて、目的波長チャネルのＹ偏波の入力光強度を算出する。そして、Ｓ１７において、入力光強度算出部３６は、Ｘ偏波の入力光強度およびＹ偏波の入力光強度に基づいて、目的波長チャネルの入力光強度を算出する。

Ｓ１４〜Ｓ１７では、例えば、以下の計算が実行される。なお、Ｐ_＿ＸＩは、レーンＸＩの入力光強度を表す。Ｐ_＿ＸＱは、レーンＸＱの入力光強度を表す。Ｒ_＿ＩＱは、Ｉ／Ｑ強度比を表す。Ｐ_＿Ｘは、目的波長チャネルのＸ偏波の入力光強度を表す。Ｐ_＿Ｙは、目的波長チャネルのＹ偏波の入力光強度を表す。Ｒ_＿ＸＹは、Ｘ／Ｙ強度比を表す。Ｐ_＿ＩＮは、目的波長チャネルの入力光強度を表す。

Ｓ１４：Ｐ_＿ＸＱ＝Ｐ_＿ＸＩ×Ｒ_＿ＩＱ
Ｓ１５：Ｐ_＿Ｘ＝Ｐ_＿ＸＩ＋Ｐ_＿ＸＱ
Ｓ１６：Ｐ_＿Ｙ＝Ｐ_＿Ｘ×Ｒ_＿ＸＹ
Ｓ１７：Ｐ_＿ＩＮ＝Ｐ_＿Ｘ＋Ｐ_＿Ｙ

なお、上述の実施例では、レーンＸＩの入力光強度に基づいて目的波長チャネルの入力光強度が算出されるが、入力光強度算出部３６は、他のレーン入力光強度に基づいて目的波長チャネルの入力光強度を算出してもよい。例えば、レーンＹＱの入力光強度に基づいて目的波長チャネルの入力光強度を算出する場合には、Ｓ１４〜Ｓ１７において以下の計算が実行される。

Ｓ１４：Ｐ_＿ＹＩ＝Ｐ_＿ＹＱ×（１／Ｒ_＿ＩＱ）
Ｓ１５：Ｐ_＿Ｙ＝Ｐ_＿ＹＩ＋Ｐ_＿ＹＱ
Ｓ１６：Ｐ_＿Ｘ＝Ｐ_＿Ｙ×（１／Ｒ_＿ＸＹ）
Ｓ１７：Ｐ_＿ＩＮ＝Ｐ_＿Ｘ＋Ｐ_＿Ｙ

このように、第１の実施形態においては、４つのレーンの中から指定される１つのレーンの入力光強度に基づいて、目的波長チャネルの入力光強度が算出される。したがって、すべてのレーンについての入力光強度に基づいて目的波長チャネルの入力光強度を算出する方法と比較して、第１の実施形態によれば、目的波長チャネルの入力光強度を算出するためのＣＰＵ９の負荷が削減される。また、Ｘ／Ｙ強度比およびＩ／Ｑ強度比を用いることなく１つのレーンの入力光強度に基づいて目的波長チャネルの入力光強度を算出する方法と比較して、第１の実施形態によれば、目的波長チャネルの入力光強度を精度よく算出することができる。

図７〜図８は、第１の実施形態による効果の一例を示す。なお、図７〜図８に示す例では、ＣＰＵ９は、時間分割多重方式でタスク１、タスク２、および入力光強度を算出するタスクを並列に実行するものとする。

４つのレーン（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）の入力光強度をそれぞれ検出する方法においては、図７に示すように、１回の光強度算出タスクに要する時間が長い。このため、光強度算出タスクが実行されるときは、他のタスクの実行が遅れるおそれがある。図７では、点線で描かれているタスク１、２がそれぞれ遅延している。

このように、各レーン（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）の入力光強度をそれぞれ検出する方法においては、他のタスクの実行が遅れるおそれがあるので、光強度算出タスクの実行周期を高くすることは好ましくない。このため、光受信器において入力光強度の変動の検出が遅れるおそれがある。したがって、例えば、光受信器の入力光強度が急激に低下した場合には、可変光減衰器の制御が遅れてしまい、受光器の入力光強度が許容レベルより低くなることがある。この場合、光受信器は、受信信号を正しく復調できないことがある。

これに対して、第１の実施形態では、１つのレーンの利得制御電圧に基づいて目的波長チャネルの入力光強度が算出されるので、図８に示すように、１回の光強度算出タスクに要する時間は短い。このため、光強度算出タスクを実行しても、他のタスクに影響が及ばない。

このように、第１の実施形態では、他のタスクは光強度算出タスクの影響を受けにくいので、光強度算出タスクの実行周期を高くできる。このため、光受信器１００において入力光強度の変動を即座に検出できる。したがって、例えば、光受信器１００の入力光強度が急激に低下した場合であっても、可変光減衰器１が即座に制御され、受光器５の入力光強度は許容範囲内に維持され得る。この場合、光受信器１００は、受信信号を正しく復調できる。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、予め指定されたレーン（例えば、レーンＸＩ）の利得制御電圧が検出され、その利得制御電圧に基づいて目的波長チャネルの入力光強度が算出される。これに対して、第２の実施形態では、４つのレーン（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）の中から順番に１つのレーンが選択され、選択されたレーンの利得制御電圧に基づいて目的波長チャネルの入力光強度が算出される。

図９は、本発明の第２の実施形態に係わる光受信器の一例を示す。第２の実施形態に係わる光受信器２００の構成は、第１の実施形態に係わる光受信器１００と実質的に同じである。ただし、第２の実施形態では、ＣＰＵ９は、レーン選択部３７を備える。また、メモリ１０には、レーン情報が格納される。

レーン選択部３７は、利得制御電圧を検出すべきレーン（即ち、利得の検出すべき増幅器）を選択する。この実施例では、光受信器２００において目的波長チャネルの入力光強度が繰り返し算出される場合、レーン選択部３７は、４つのレーン（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）の中からサイクリックに１つのレーンを選択する。そして、入力光強度算出部３６は、レーン選択部３７により選択されたレーンの利得制御電圧に基づいて目的波長チャネルの入力光強度を算出する。なお、メモリ１０に格納されるレーン情報は、レーン選択部３７により選択されるレーンを識別する。

図１０は、第２の実施形態において目的波長チャネルの入力光強度を算出する方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、ＣＰＵ９により定期的に実行される。

Ｓ２１において、レーン選択部３７は、メモリ１０からレーン情報を取得する。レーン情報は、４つのレーン（ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）を識別する。よって、レーン情報は、ゼロ、１、２、または３を表す。また、レーン情報の初期値はゼロである。そして、レーン選択部３７は、Ｓ２２において、レーン情報に応じてレーンを選択する。

レーン情報がゼロであるときは、レーン選択部３７は、レーンＸＩを選択する。この場合、入力光強度算出部３６は、Ｓ２３において、レーンＸＩの入力光強度を算出する。なお、Ｓ２３の処理は、図６に示すＳ１１〜Ｓ１３の処理と実質的に同じである。即ち、入力光強度算出部３６は、増幅器６ＸＩの利得（または、利得制御電圧）に基づいて、レーンＸＩの入力光強度を算出する。

同様に、レーン情報が１であるときには、レーンＸＱが選択され、入力光強度算出部３６は、Ｓ２４において、レーンＸＱの入力光強度を算出する。レーン情報が２であるときには、レーンＹＩが選択され、入力光強度算出部３６は、Ｓ２５において、レーンＹＩの入力光強度を算出する。レーン情報が３であるときには、レーンＹＱが選択され、入力光強度算出部３６は、Ｓ２６において、レーンＹＱの入力光強度を算出する。

Ｓ２７において、入力光強度算出部３６は、Ｓ２３〜Ｓ２６のいずれか１つにおいて得られた入力光強度に基づいて、目的波長チャネルの入力光強度を算出する。なお、Ｓ２７の処理は、図６に示すＳ１４〜Ｓ１７と実質的に同じである。すなわち、入力光強度算出部３６は、選択されたレーンの入力光強度、Ｘ／Ｙ強度比、Ｉ／Ｑ強度比に基づいて、目的波長チャネルの入力光強度を算出する。

Ｓ２８において、レーン選択部３７は、レーン情報を１だけインクリメントする。Ｓ２９において、レーン選択部３７は、インクリメントされたレーン情報が４未満であるか判定する。インクリメントされたレーン情報が４以上であれば、レーン選択部３７は、Ｓ３０において、レーン情報をゼロに初期化する。一方、インクリメントされたレーン情報が４未満であれば、Ｓ３０の処理はスキップされる。そして、Ｓ３１において、レーン選択部３７は、初期化されたレーン情報またはインクリメントされたレーン情報をメモリ１０に保存する。

このように、第２の実施形態では、目的波長チャネルの入力光強度が定期的にモニタされるケースにおいて、各レーンの利得制御電圧が順番に使用される。したがって、レーン間で回路素子（受光器、増幅器など）の特性が異なる場合であっても、目的波長チャネルの入力光強度の算出結果は平均化される。

＜第３の実施形態＞
第１の実施形態では、予め指定された１つのレーンの利得制御電圧に基づいて目的波長チャネルの入力光強度が算出される。これに対して、第３の実施形態では、ユーザにより指定される１または複数のレーンの利得制御電圧に基づいて目的波長チャネルの入力光強度が算出され得る。

図１１は、本発明の第３の実施形態に係わる光受信器の一例を示す。第３の実施形態に係わる光受信器３００の構成は、第１の実施形態に係わる光受信器１００と実質的に同じである。ただし、第３の実施形態では、ＣＰＵ９は、外部インターフェース１２に接続される。外部インターフェース１２は、ユーザ指示を受け付けることができる。よって、光受信器３００のユーザは、外部インターフェース１２を介して、１または複数の所望のレーンを指定することができる。

入力光強度算出部３６は、ユーザにより指定されたレーンの利得制御電圧を検出する。ユーザにより複数のレーンが指定されたときは、入力光強度算出部３６は、指定された各レーンの利得制御電圧をそれぞれ検出する。そして、入力光強度算出部３６は、検出した利得制御電圧に基づいて目的波長チャネルの入力光強度を算出する。なお、ユーザによりレーンが指定されないときは、入力光強度算出部３６は、第１の実施形態と同様に、予め指定された１つのレーンの利得制御電圧に基づいて目的波長チャネルの入力光強度を算出してもよい。

例えば、ユーザによりレーンＸＩ、ＹＱが指定されたときには、入力光強度算出部３６は、増幅器６ＸＩの利得制御電圧に基づいてレーンＸＩの入力光強度Ｐ_＿ＸＩを算出し、増幅器６ＹＱの利得制御電圧に基づいてレーンＹＱの入力光強度Ｐ_＿ＹＱを算出する。入力光強度算出部３６は、Ｐ_＿ＸＩおよびＩ／Ｑ強度比からレーンＸＱの入力光強度Ｐ_＿ＸＱを算出し、Ｐ_＿ＹＱおよびＩ／Ｑ強度比からレーンＹＩの入力光強度Ｐ_＿ＹＩを算出する。そして、入力光強度算出部３６は、Ｐ_＿ＸＩ、Ｐ_＿ＸＱ、Ｐ_＿ＹＩ、Ｐ_＿ＹＱの総和を求めることで、目的波長チャネルの入力光強度を算出する。

或いは、ユーザによりレーンＸＩ、ＸＱ、ＹＱが指定されたときには、入力光強度算出部３６は、増幅器６ＸＩの利得制御電圧に基づいてレーンＸＩの入力光強度Ｐ_＿ＸＩを算出し、増幅器６ＸＱの利得制御電圧に基づいてレーンＸＱの入力光強度Ｐ_＿ＸＱを算出し、増幅器６ＹＱの利得制御電圧に基づいてレーンＹＱの入力光強度Ｐ_＿ＹＱを算出する。また、入力光強度算出部３６は、Ｐ_＿ＹＱおよびＩ／Ｑ強度比からレーンＹＩの入力光強度Ｐ_＿ＹＩを算出する。そして、入力光強度算出部３６は、Ｐ_＿ＸＩ、Ｐ_＿ＸＱ、Ｐ_＿ＹＩ、Ｐ_＿ＹＱの総和を求めることで、目的波長チャネルの入力光強度を算出する。

なお、ユーザにより全レーン（すなわち、ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）が指定されたときは、図７を参照しながら説明したように、ＣＰＵ９の負荷が大きくなるおそれがある。したがって、この場合、ＣＰＵ９は、外部インターフェース１２を介して警告を出力してもよい。

＜第４の実施形態＞
目的波長チャネルの入力光強度は、上述したように、Ｘ／Ｙ強度比およびＩ／Ｑ強度比を利用して算出される。ただし、Ｘ／Ｙ強度比およびＩ／Ｑ強度比は、温度変化または経年劣化などに起因して変化することがある。例えば、偏波ビームスプリッタ２、ローカル発振器３、９０度光ハイブリッド回路４Ｘ、４Ｙ、受光器５、増幅器６ＸＩ、６ＸＱ、６ＹＩ、６ＹＱの特性は、温度または経年に起因して変化し得る。そして、Ｘ／Ｙ強度比およびＩ／Ｑ強度比が正しくない場合には、ＣＰＵ９は、目的波長チャネルの入力光強度を精度よく算出することはできない。そこで、第４の実施形態の光受信器は、Ｘ／Ｙ強度比およびＩ／Ｑ強度比を定期的に算出する機能を備える。

図１２は、本発明の第４の実施形態に係わる光受信器の一例を示す。第４の実施形態に係わる光受信器４００の構成は、第１の実施形態に係わる光受信器１００と実質的に同じである。ただし、第４の実施形態では、ＣＰＵ９は、外部インターフェース１２に接続される。また、ＣＰＵ９は、更新周期制御部３８を備える。

光受信器４００のユーザは、外部インターフェース１２を介して、Ｘ／Ｙ強度比およびＩ／Ｑ強度比の更新周期を指定することができる。更新周期を指定するユーザ指示は、更新周期制御部３８に与えられる。

更新周期制御部３８は、ユーザ指示に従って、Ｘ／Ｙ強度比算出部３４およびＩ／Ｑ強度比算出部３５を制御する。すなわち、更新周期制御部３８は、ユーザにより指定された更新周期でＸ／Ｙ強度比算出部３４およびＩ／Ｑ強度比算出部３５を起動する。

Ｘ／Ｙ強度比算出部３４は、更新周期制御部３８により起動されると、各レーンの利得制御電圧に基づいてＸ／Ｙ強度比を算出する。また、Ｉ／Ｑ強度比算出部３５は、更新周期制御部３８により起動されると、各レーンの利得制御電圧に基づいてＩ／Ｑ強度比を算出する。すなわち、ユーザにより指定される更新周期に従って、図５に示すフローチャートの処理が定期的に実行される。そして、新たに算出されたＸ／Ｙ強度比およびＩ／Ｑ強度比を表すＸ／Ｙ強度比情報およびＩ／Ｑ強度比情報は、メモリ１０に格納される。

このように、第４の実施形態では、最新のＸ／Ｙ強度比およびＩ／Ｑ強度比を利用して目的波長チャネルの入力光強度が算出される。したがって、温度または経年劣化の影響は抑制され、目的波長チャネルの入力光強度が精度よく算出される。

なお、更新周期が短いときは、ＣＰＵ９から利得制御器８へのアクセス頻度が高く、ＣＰＵ９の演算量が増加する。すなわち、更新周期が短いときは、ＣＰＵ９の負荷が大きくなる。したがって、ＣＰＵ９は、ユーザにより指定される更新周期が所定の閾値よりも短いときは、外部インターフェース１２を介して警告を出力してもよい。また、更新周期がユーザから指定されないときは、ＣＰＵ９は、予め決められた周期でＸ／Ｙ強度比およびＩ／Ｑ強度比を更新してもよい。

＜他の実施形態＞
第１〜第４の実施形態は、矛盾のない範囲で組み合わせてもよい。例えば、図１に示す第１の実施形態、図９に示す第２の実施形態、または図１１に示す第３の実施形態において、更新周期制御部３８を用いてＸ／Ｙ強度比およびＩ／Ｑ強度比を定期的に更新してもよい。

第１〜第４の実施形態では、ＣＰＵ９により算出される入力光強度は可変光減衰器１を制御するために使用されるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、ＣＰＵ９は、算出した入力光強度を表示装置に表示してもよい。或いは、ＣＰＵ９は、算出した入力光強度を送信ノードまたはネットワーク管理システムに通知してもよい。

上述の実施例では、光受信器１００、２００、３００、４００は、ＷＤＭ光信号中に多重化されている複数の光信号の中から所望の波長の光信号を選択的に受信するが、本発明はこの構成に限定されるものではない。

７ 振幅検出器
８ 利得制御器
９ ＣＰＵ
１０ メモリ
１２ 外部インターフェース
３２ １レーン強度算出部
３３ 補正部
３４ Ｘ／Ｙ強度比算出部
３５ Ｉ／Ｑ強度比算出部
３６ 入力光強度算出部
３７ レーン選択部
３８ 更新周期制御部
１００、２００、３００、４００ 光受信器

Claims (9)

1. 偏波多重光信号とローカル発振光とを混合させることにより、第１の偏波における同相成分を表す第１の電気信号、第１の偏波における直交成分を表す第２の電気信号、第２の偏波における同相成分を表す第３の電気信号、第２の偏波における直交成分を表す第４の電気信号を生成するコヒーレント受信回路と、
   前記第１〜第４の電気信号をそれぞれ増幅する第１〜第４の増幅器と、
   前記第１〜第４の増幅器の出力信号の振幅がそれぞれ目標振幅に近づくように前記第１〜第４の増幅器の利得を制御する利得制御器と、
   前記第１の増幅器の利得に基づいて前記第１の偏波における同相成分の入力光強度を表す第１の光強度を算出し、前記第２の増幅器の利得に基づいて前記第１の偏波における直交成分の入力光強度を表す第２の光強度を算出し、前記第３の増幅器の利得に基づいて前記第２の偏波における同相成分の入力光強度を表す第３の光強度を算出し、前記第４の増幅器の利得に基づいて前記第２の偏波における直交成分の入力光強度を表す第４の光強度を算出する第１の光強度算出部と、
   前記第１〜第４の光強度に基づいて、前記第１の偏波の入力光強度と前記第２の偏波の入力光強度との比を表す偏波依存強度比、および前記同相成分の入力光強度と前記直交成分の入力光強度との比を表す位相依存強度比を算出する強度比算出部と、
   前記第１〜第４の増幅器のうちから選択される増幅器の利得に基づいて算出される光強度、前記偏波依存強度比、および前記位相依存強度比に基づいて、前記偏波多重光信号の入力光強度を算出する第２の光強度算出部と、
   を備える光受信器。
2. 前記強度比算出部は、前記第１の光強度と前記第２の光強度との和および前記第３の光強度と前記第４の光強度との和を用いて前記偏波依存強度比を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
3. 前記強度比算出部は、前記第１の光強度および前記第２の光強度を用いて前記位相依存強度比を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
4. 前記強度比算出部は、前記第３の光強度および前記第４の光強度を用いて前記位相依存強度比を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
5. 前記強度比算出部は、前記第１の光強度と前記第３の光強度との和および前記第２の光強度と前記第４の光強度との和を用いて前記位相依存強度比を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
6. 前記第２の光強度算出部は、
   前記第１〜第４の光強度のうちから前記第１の光強度を選択し、
   前記第１の光強度に前記位相依存強度比を乗算して第５の光強度を算出し、
   前記第１の光強度に前記第５の光強度を加算して第６の光強度を算出し、
   前記第６の光強度に前記偏波依存強度比を乗算して第７の光強度を算出し、
   前記第６の光強度に前記第７の光強度を加算して前記偏波多重光信号の入力光強度を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
7. 前記第１〜第４の増幅器から順番に１つの増幅器を選択する選択部をさらに備え、
   前記第２の光強度算出部は、前記選択部により選択される増幅器の利得に基づいて算出される光強度、前記偏波依存強度比、および前記位相依存強度比に基づいて、前記偏波多重光信号の入力光強度を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
8. ユーザ指示を受け付ける外部インターフェースをさらに備え、
   前記第２の光強度算出部は、前記第１〜第４の増幅器のうちから前記ユーザ指示により指定される増幅器の利得に基づいて算出される光強度、前記偏波依存強度比、および前記位相依存強度比に基づいて、前記偏波多重光信号の入力光強度を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光受信器。
9. 前記強度比算出部は、定期的に、前記第１〜第４の光強度に基づいて、前記偏波依存強度比および前記位相依存強度比を更新する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光受信器。

Images