JP6806172B2 - 光受信装置およびモニタ信号生成方法 - Google Patents

光受信装置およびモニタ信号生成方法 Download PDF

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Description

本発明は光受信装置およびモニタ信号生成方法に関し、特にコヒーレント光伝送方式を用いた光受信装置およびモニタ信号生成方法に関する。
光通信技術の一つに波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信がある。波長分割多重通信では、複数の波長の信号光が多重化された多重信号光を用いているため、１本の光ファイバで大容量の情報を伝達することができる。また、この多重信号光の中から特定の信号光を選択的に取り出す技術として、コヒーレント光伝送方式がある。コヒーレント光伝送方式では、この多重信号光と局部発振光とを干渉させてコヒーレント検波することで、多重信号光の中から局部発振光の波長に対応した信号光を選択的に取り出している。
特許文献１および特許文献２には、コヒーレント光伝送方式に関する技術が開示されている。特許文献１には、局部発振光源および送信光源の絶対波長を安定化し、波長設定を容易にすることができる技術が開示されている。特許文献２には、多重信号光を局部発振光の波長により選択的に受信する場合であっても、コストの増大を抑制しつつ受信特性におけるＳ／Ｎ比の改善を図るための技術が開示されている。
特開平４−２１２５３０号公報 特開２０１２−０７０２３４号公報
特許文献１および特許文献２に開示されているコヒーレント光伝送方式では、光送信装置から送信された多重信号光を光受信装置を用いて受信している。例えば、光受信装置に入力される多重信号光のパワーは、光受信装置に入力される多重信号光を光カプラ等で分岐し、分岐後の多重信号光をモニタ用の光電変換器で電気信号に変換することでモニタすることができる。
しかしながら、多重信号光は複数の波長の信号光が多重化された信号光であるため、光受信装置に入力される多重信号光をモニタした場合は、光受信装置に入力された全ての信号光をモニタしていることになる。よって、この場合は特定波長の信号光のパワーのみを測定することができないという問題がある。
上記課題に鑑み本発明の目的は、特定波長の信号光のパワーをモニタすることができる光受信装置およびモニタ信号生成方法を提供することである。
本発明にかかる光受信装置は、所定の波長を有する局部発振光を出力する局部発振器と、互いに波長が異なる信号光が多重化された多重信号光と前記局部発振光とを入力し、前記多重信号光の中から前記局部発振光の波長に対応した信号光を選択して出力する光ミキサと、前記光ミキサから出力された前記信号光を電気信号に変換する光電変換器と、前記光電変換器で変換された電気信号を増幅し、出力振幅が一定レベルに増幅された出力信号を生成する可変利得増幅器と、前記可変利得増幅器の利得を制御するための利得制御信号を生成する利得制御信号生成回路と、前記利得制御信号を用いて、前記光ミキサから出力された前記信号光のパワーに対応したモニタ信号を生成するモニタ信号生成部と、を備える。
本発明にかかるモニタ信号生成方法は、光受信装置が受信する信号光のパワーに対応したモニタ信号を生成するモニタ信号生成方法であって、互いに波長が異なる信号光が多重化された多重信号光と、所定の波長を有する局部発振光とを干渉させて、前記多重信号光の中から前記局部発振光の波長に対応した信号光を取り出し、前記取り出された信号光を電気信号に変換し、可変利得増幅器を用いて前記電気信号を増幅して、出力振幅が一定レベルに増幅された出力信号を生成し、前記可変利得増幅器の利得を制御するための利得制御信号を生成し、前記利得制御信号を用いて前記信号光のパワーに対応したモニタ信号を生成する。
本発明により、特定波長の信号光のパワーをモニタすることができる光受信装置およびモニタ信号生成方法を提供することができる。
実施の形態１にかかる光受信装置を示すブロック図である。 実施の形態１にかかる光受信装置が備える増幅回路の一例を示す回路図である。 実施の形態２にかかる光受信装置を示すブロック図である。 実施の形態２にかかる光受信装置が備える９０度光ハイブリッド回路を示す図である。 実施の形態２にかかる光受信装置が備える増幅回路の詳細を説明するためのブロック図である。 実施の形態３にかかる光受信装置を示すブロック図である。 実施の形態４にかかる光受信装置を示すブロック図である。 実施の形態５にかかる光受信装置を示すブロック図である。 比較例にかかる光受信装置を示すブロック図である。
＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１にかかる光受信装置１を示すブロック図である。図１に示すように本実施の形態にかかる光受信装置１は、局部発振器（ＬＯ）１１、光ミキサ１２、光電変換器１３、可変利得増幅器１５、利得制御信号生成回路１６、およびモニタ信号生成部１７を備える。ここで、可変利得増幅器１５および利得制御信号生成回路１６は増幅回路１４を構成している。
光受信装置１は、送信装置側（不図示）で生成された多重信号光２１を受信する。多重信号光２１は、互いに波長が異なる信号光が多重化された信号光である。つまり、多重信号光２１は、各々異なる波長λ１、λ２、・・・、λｎ（ｎは２以上の整数）を有する複数の信号光が多重化された信号光である。ＷＤＭ通信では、このような多重信号光を用いているため、１本の光ファイバで大容量の情報を伝達することができる。
局部発振器１１は、所定の波長λｍ（ｍ＝１〜ｎ）を有する局部発振光２２を光ミキサ１２に出力する。つまり、局部発振器１１は、多重信号光２１から取り出す信号光の波長に対応した波長λｍの局部発振光２２を光ミキサ１２に出力する。例えば、局部発振器１１は波長可変レーザを含み構成されており、多重信号光２１から取り出す信号光の波長と対応するように、局部発振器１１から出力する局部発振光２２の波長λｍを変更することができる。
光ミキサ１２は、多重信号光２１と局部発振光２２とを入力し、多重信号光２１の中から局部発振光２２の波長に対応した信号光２３を選択し、選択された信号光２３を光電変換器１３に出力する。コヒーレント光伝送方式では、多重信号光２１と局部発振光２２とを干渉させてコヒーレント検波することで、波長λ１、λ２、・・・、λｎを有する複数の信号光が多重化された多重信号光２１の中から、局部発振光２２の波長λｍに対応した信号光を選択的に取り出すことができる。よって、局部発振器１１から出力される局部発振光２２の波長λｍを変えることで、多重信号光２１から取り出す信号光を任意に選択することができる。
光電変換器１３は、光ミキサ１２から出力された信号光２３を電気信号２４に変換し、電気信号２４を増幅回路１４に出力する。光電変換器１３には、例えばフォトダイオードを用いることができる。
増幅回路１４は、可変利得増幅器１５および利得制御信号生成回路１６を備える。増幅回路１４は、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路を構成している。
可変利得増幅器１５は、光電変換器１３から出力された電気信号２４を増幅し、出力振幅が一定レベルに増幅された出力信号２５を生成する。このとき、可変利得増幅器１５は、利得制御信号生成回路１６で生成された利得制御信号２６に応じて、可変利得増幅器１５の利得を調整する。
利得制御信号生成回路１６は、可変利得増幅器１５の利得を制御するための利得制御信号２６を生成する。例えば利得制御信号生成回路１６は、可変利得増幅器１５から出力された出力信号２５の振幅電圧と予め設定された目標電圧Ｖｔとに基づき、可変利得増幅器１５をフィードバック制御するための利得制御信号２６を生成する。
例えば、利得制御信号生成回路１６は、可変利得増幅器１５から出力された出力信号２５の振幅電圧（換言すると、出力信号２５の振幅電圧の絶対値）と目標電圧Ｖｔとが等しくなるような利得制御信号２６を生成する。具体的には、利得制御信号生成回路１６は、出力信号２５の振幅電圧が目標電圧Ｖｔよりも大きい場合、可変利得増幅器１５の利得を下げるような利得制御信号２６を生成する。逆に、出力信号２５の振幅電圧が目標電圧Ｖｔよりも小さい場合、可変利得増幅器１５の利得を上げるような利得制御信号２６を生成する。
なお、本実施の形態では、図２に示す増幅回路１４’のように、光電変換器１３と可変利得増幅器１５との間にトランスインピーダンスアンプ１８を設けてもよい。例えば、光電変換器１３から出力された電気信号２４が電流信号である場合、トランスインピーダンスアンプ１８を設けることで、この電流信号を電圧信号に変換することができる。
モニタ信号生成部１７は、利得制御信号２６を用いてモニタ信号２７を生成する。モニタ信号２７は、光ミキサ１２から出力された信号光２３（つまり、多重信号光２１の中から選択された信号光２３）のパワーに対応した信号である。
例えば、利得制御信号２６の信号電圧が高くなるにつれて、可変利得増幅器１５の増幅率が増加するように可変利得増幅器１５を構成した場合は、信号光２３のパワーと利得制御信号２６との関係は次の様になる。信号光２３のパワーが小さすぎる場合は、電気信号２４の振幅電圧も小さくなる。この場合は、出力信号２５の振幅電圧と目標電圧Ｖｔとの差が大きくなるため、可変利得増幅器１５における増幅率を大きくする必要がある。よって、利得制御信号生成回路１６で生成される利得制御信号２６の信号電圧は高くなる。一方、信号光２３のパワーが目標値に近い場合は、出力信号２５の振幅電圧と目標電圧Ｖｔとの差は小さくなる。この場合は、可変利得増幅器１５における増幅率が小さくなるので、利得制御信号生成回路１６で生成される利得制御信号２６の信号電圧は低くなる。
また、例えば、利得制御信号２６の信号電圧が低くなるにつれて、可変利得増幅器１５の増幅率が増加するように可変利得増幅器１５を構成した場合は、信号光２３のパワーと利得制御信号２６との関係は次の様になる。信号光２３のパワーが小さすぎる場合は、電気信号２４の振幅電圧も小さくなる。この場合は、出力信号２５の振幅電圧と目標電圧Ｖｔとの差が大きくなるため、可変利得増幅器１５における増幅率を大きくする必要がある。よって、利得制御信号生成回路１６で生成される利得制御信号２６の信号電圧は低くなる。一方、信号光２３のパワーが目標値に近い場合は、出力信号２５の振幅電圧と目標電圧Ｖｔとの差は小さくなる。この場合は、可変利得増幅器１５における増幅率が小さくなるので、利得制御信号生成回路１６で生成される利得制御信号２６の信号電圧は高くなる。
このように、利得制御信号２６は、信号光２３のパワーに応じて変化する。モニタ信号生成部１７は、このように変化する利得制御信号２６を用いて、信号光２３のパワーに対応したモニタ信号２７を生成することができる。例えば、モニタ信号生成部１７は、アナログ・デジタル変換回路を備えていてもよく、この場合はアナログ信号である利得制御信号２６をデジタル信号に変換することができる。
なお、本実施の形態にかかる光受信装置１では、出力信号２５をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換回路（不図示）、およびデジタル信号に変換された出力信号を処理するデジタル信号処理回路（不図示）を更に備えていていもよい。
特許文献１および特許文献２に開示されているコヒーレント光伝送方式では、光送信装置から送信された多重信号光を光受信装置を用いて受信している。例えば、光受信装置に入力される多重信号光のパワーは、光受信装置に入力される多重信号光を光カプラ等で分岐し、分岐後の多重信号光をモニタ用の光電変換器で電気信号に変換することでモニタすることができる。
図９は、比較例にかかる光受信装置１００を示すブロック図である。図９に示す光受信装置１００は、光カプラ１０１、光電変換器１０４、局部発振器（ＬＯ）１１１、光ミキサ１１２、光電変換器１１３、可変利得増幅器１１５、および利得制御信号生成回路１１６を備える。可変利得増幅器１１５および利得制御信号生成回路１１６は増幅回路１１４を構成している。なお、図９に示す光受信装置１００のうち、図１に示した光受信装置１と同一の構成要素には１００番台の符号を付している。
図９に示す光受信装置１００では、光受信装置１００に入力される多重信号光１２１を光カプラ１０１で分岐して、一方の多重信号光１０２を光ミキサ１１２に、他方の多重信号光１０３を光電変換器１０４に入力している。そして、分岐された多重信号光１０３を光電変換器１０４で電気信号に変換することで、光受信装置１００に入力される多重信号光１２１のパワーをモニタすることができる。
しかしながら、多重信号光１２１は複数の波長の信号光が多重化された信号光であるため、光受信装置１００に入力される多重信号光１２１をモニタした場合は、光受信装置１００に入力された全ての信号光をモニタしていることになる。よって、この場合は特定波長の信号光１２３のパワーのみを測定することができない。
そこで本実施の形態にかかる光受信装置１では、図１に示すように、可変利得増幅器１５の利得を制御するための利得制御信号２６を用いて、光ミキサ１２から出力された信号光２３のパワーに対応したモニタ信号２７を生成している。つまり、可変利得増幅器１５は、多重信号光２１の中から選択された信号光２３に対応した電気信号２４のみを増幅している。また、利得制御信号２６は可変利得増幅器１５の利得を制御するための信号であり、信号光２３のパワーに応じて変化する。よって、この利得制御信号２６を用いてモニタ信号２７を生成することで、信号光２３のパワーをモニタすることができる。
更に、本実施の形態にかかる光受信装置１では、利得制御信号２６を用いて信号光２３のパワーをモニタしているので、多重信号光を分岐するための光カプラ１０１やモニタ用の光電変換器１０４（図９参照）を設ける必要がない。また、本実施の形態にかかる光受信装置１では、多重信号光２１と局部発振光２２とを干渉させてコヒーレント検波することで、多重信号光２１の中から局部発振光２２の波長に対応した信号光２３を選択的に取り出している。よって、多重信号光から信号光を取り出すためのアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ：Arrayed Waveguide Grating）や光フィルタなどを設ける必要がない。したがって、光受信装置を小型化することができ、また光受信装置の製造コストを低減することができる。
以上で説明した本実施の形態にかかる発明により、特定波長の信号光のパワーをモニタすることができる光受信装置およびモニタ信号生成方法を提供することができる。
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態では、実施の形態１で説明した光受信装置を、偏波多重４値位相変調（ＤＰ−ＱＰＳＫ：Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying）方式に適用した場合について説明する。
図３は、本実施の形態にかかる光受信装置２を示すブロック図である。図３に示すように、本実施の形態にかかる光受信装置２は、局部発振器（ＬＯ）３１、偏波分離器（ＰＢＳ：Polarization Beam Splitter）３２、９０度光ハイブリッド回路３４_１、３４_２、光電変換器３５、増幅回路３６_１〜３６_４、モニタ信号生成部３７_１〜３７_４、アナログ・デジタル変換回路３８_１〜３８_４、およびデジタル信号処理回路３９を備える。
光受信装置２は、送信装置側（不図示）で生成された多重信号光５１を受信する。多重信号光５１は、互いに波長が異なる信号光が多重化された信号光である。更に本実施の形態では、多重信号光５１は、互いに直交するＸ偏波光（第１の偏波光）とＹ偏波光（第２の偏波光）とが多重化されている。Ｘ偏波光とＹ偏波光はそれぞれ独立に変調されており、各々独立して情報を伝達することができる。また、Ｘ偏波光とＹ偏波光はそれぞれ、４つの異なる位相で変調されている。
偏波分離器３２は、多重信号光５１を入力し、多重信号光５１を互いに直交するＸ偏波光５２とＹ偏波光５３とに分離し、分離したＸ偏波光５２を９０度光ハイブリッド回路３４_１（第１の光ハイブリッド回路）に、分離したＹ偏波光を９０度光ハイブリッド回路３４_２（第２の光ハイブリッド回路）に、それぞれ出力する。
局部発振器３１は、所定の波長を有する局部発振光５４を９０度光ハイブリッド回路３４_１、３４_２にそれぞれ出力する。つまり、局部発振器３１は、多重信号光５１から取り出す信号光の波長に対応した波長の局部発振光５４を９０度光ハイブリッド回路３４_１、３４_２に出力する。例えば、局部発振器３１は波長可変レーザを含み構成されており、多重信号光５１から取り出す信号光の波長と対応するように、局部発振器３１から出力する局部発振光５４の波長を変更することができる。
９０度光ハイブリッド回路３４_１は、光ミキサ（第１の光ミキサ）を含み、Ｘ偏波光５２と局部発振光５４とを入力し、Ｘ偏波光５２と局部発振光５４とを互いに干渉させることで、Ｘ偏波光５２の中から局部発振光３１の波長に対応した信号光を分離する。更に、９０度光ハイブリッド回路３４_１は、Ｘ偏波光５２を同相成分（Ｉ成分）と直交成分（Ｑ成分）とに分離し、同相成分に含まれる２つの信号光を第１の差動信号として、直交成分に含まれる２つの信号光を第２の差動信号として出力する。
図４は、９０度光ハイブリッド回路３４_１の一例を示す図である。図４に示すように、９０度光ハイブリッド回路３４_１は、光カプラ６１_１〜６１_３、６２_１〜６２_３、π／２位相シフタ６３、π位相シフタ６４_１、６４_２、および光ミキサ６５_１〜６５_４（第１の光ミキサ）を備える。
９０度光ハイブリッド回路３４_１に入力されたＸ偏波光５２は、光カプラ６１_１〜６１_３でそれぞれ分岐されて、光ミキサ６５_１〜６５_４にそれぞれ導入される。９０度光ハイブリッド回路３４_１に入力された局部発振光５４は、光カプラ６２_１および光カプラ６２_３で分岐された後に光ミキサ６５_１に導入される。９０度光ハイブリッド回路３４_１に入力された局部発振光５４は、光カプラ６２_１および光カプラ６２_３で分岐された後にπ位相シフタ６４_１で位相がπだけシフトされて、光ミキサ６５_２に導入される。
９０度光ハイブリッド回路３４_１に入力された局部発振光５４は、光カプラ６２_１で分岐された後にπ／２位相シフタ６３で位相がπ／２だけシフトされ、更に光カプラ６２_２で分岐された後に光ミキサ６５_３に導入される。９０度光ハイブリッド回路３４_１に入力された局部発振光５４は、光カプラ６２_１で分岐された後にπ／２位相シフタ６３で位相がπ／２だけシフトされ、更に光カプラ６２_２で分岐された後にπ位相シフタ６４_２で位相がπだけシフトされて、光ミキサ６５_４に導入される。
つまり、光ミキサ６５_１には位相がずれていない局部発振光５４が導入され、光ミキサ６５_２には位相がπずれている局部発振光５４が導入され、光ミキサ６５_３には位相がπ／２ずれている局部発振光５４が導入され、光ミキサ６５_４には位相が３π／２ずれている局部発振光５４が導入される。
よって、光ミキサ６５_１からは位相がずれていない信号光Ｉｐ_１が出力され、光ミキサ６５_２からは位相がπずれている信号光Ｉｎ_１が出力され、光ミキサ６５_３からは位相がπ／２ずれている信号光Ｑｐ_１が出力され、光ミキサ６５_４からは位相が３π／２ずれている信号光Ｑｎ_１が出力される。信号光Ｉｐ_１および信号光Ｉｎ_１は、第１の差動信号（同相成分の差動信号）として出力され、信号光Ｑｐ_１および信号光Ｑｎ_１は、第２の差動信号（直交成分の差動信号）として出力される。
９０度光ハイブリッド回路３４_２についても９０度光ハイブリッド回路３４_１と同様である。つまり、９０度光ハイブリッド回路３４_２は、光ミキサ（第２の光ミキサ）を含み、Ｙ偏波光５３と局部発振光５４とを入力し、Ｙ偏波光５３と局部発振光５４とを互いに干渉させることで、Ｙ偏波光５３の中から局部発振光３１の波長に対応した信号光を分離する。更に、９０度光ハイブリッド回路３４_２は、Ｙ偏波光５３を同相成分（Ｉ成分）と直交成分（Ｑ成分）とに分離し、同相成分に含まれる２つの信号光（Ｉｐ_２、Ｉｎ_２）を第３の差動信号として、直交成分に含まれる２つの信号光（Ｑｐ_２、Ｑｎ_２）を第４の差動信号として出力する。
図３に示すように、９０度光ハイブリッド回路３４_１、３４_２から出力された信号光Ｉｐ_１、Ｉｎ_１（第１の差動信号）、信号光Ｑｐ_１、Ｑｎ_１（第２の差動信号）、信号光Ｉｐ_２、Ｉｎ_２（第３の差動信号）、信号光Ｑｐ_２、Ｑｎ_２（第４の差動信号）の各々は、光電変換器ＰＤ＃１〜ＰＤ＃８で電気信号に変換される。
増幅回路３６_１は、光電変換器ＰＤ＃１、ＰＤ＃２から出力された第１の差動信号（Ｉｐ_１、Ｉｎ_１）に対応した電気信号を増幅して、出力振幅が一定レベルに増幅された出力信号を生成する。生成された出力信号はアナログ・デジタル変換回路３８_１に出力される。アナログ・デジタル変換回路３８_１は、出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してデジタル信号処理回路３９に出力する。モニタ信号生成部３７_１は、第１の差動信号（Ｉｐ_１、Ｉｎ_１）に対応したモニタ信号６０_１を生成する。
増幅回路３６_２は、光電変換器ＰＤ＃３、ＰＤ＃４から出力された第２の差動信号（Ｑｐ_１、Ｑｎ_１）に対応した電気信号を増幅して、出力振幅が一定レベルに増幅された出力信号を生成する。生成された出力信号はアナログ・デジタル変換回路３８_２に出力される。アナログ・デジタル変換回路３８_２は、出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してデジタル信号処理回路３９に出力する。モニタ信号生成部３７_２は、第２の差動信号（Ｑｐ_１、Ｑｎ_１）に対応したモニタ信号６０_２を生成する。
増幅回路３６_３は、光電変換器ＰＤ＃５、ＰＤ＃６から出力された第３の差動信号（Ｉｐ_２、Ｉｎ_２）に対応した電気信号を増幅して、出力振幅が一定レベルに増幅された出力信号を生成する。生成された出力信号はアナログ・デジタル変換回路３８_３に出力される。アナログ・デジタル変換回路３８_３は、出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してデジタル信号処理回路３９に出力する。モニタ信号生成部３７_３は、第３の差動信号（Ｉｐ_２、Ｉｎ_２）に対応したモニタ信号６０_３を生成する。
増幅回路３６_４は、光電変換器ＰＤ＃７、ＰＤ＃８から出力された第４の差動信号（Ｑｐ_２、Ｑｎ_２）に対応した電気信号を増幅して、出力振幅が一定レベルに増幅された出力信号を生成する。生成された出力信号はアナログ・デジタル変換回路３８_４に出力される。アナログ・デジタル変換回路３８_４は、出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してデジタル信号処理回路３９に出力する。モニタ信号生成部３７_４は、第４の差動信号（Ｑｐ_２、Ｑｎ_２）に対応したモニタ信号６０_４を生成する。
図５は、本実施の形態にかかる光受信装置２が備える増幅回路３６_１の詳細を説明するためのブロック図である。以下では増幅回路３６_１について説明するが、他の増幅回路３６_２〜３６_４についても同様である。
増幅回路３６_１は、トランスインピーダンスアンプ４２、可変利得増幅器４３、および利得制御信号生成回路４４を備える。増幅回路３６_１は、ＡＧＣ回路を構成している。９０度光ハイブリッド回路３４_１から出力された差動信号（Ｉｐ_１、Ｉｎ_１）は、光電変換器ＰＤ＃１、ＰＤ＃２で差動信号５６_１、５６_２に変換されてトランスインピーダンスアンプ４２に供給される。トランスインピーダンスアンプ４２は、差動信号５６_１、５６_２を電流信号から電圧信号に変換し、差動信号５７_１、５７_２を可変利得増幅器４３に出力する。なお、トランスインピーダンスアンプ４２は省略してもよい。
可変利得増幅器４３は、差動信号５７_１、５７_２を増幅し、出力振幅が一定レベルに増幅された差動出力信号５８_１、５８_２を生成する。このとき、可変利得増幅器４３は、利得制御信号生成回路４４で生成された利得制御信号５９に応じて、可変利得増幅器４３の利得を調整する。
利得制御信号生成回路４４は、可変利得増幅器４３の利得を制御するための利得制御信号５９を生成する。例えば利得制御信号生成回路４４は、可変利得増幅器４３から出力された差動出力信号５８_１、５８_２の振幅電圧と予め設定された目標電圧Ｖｔとに基づき、可変利得増幅器４３をフィードバック制御するための利得制御信号５９を生成する。
例えば、利得制御信号生成回路４４は、可変利得増幅器４３から出力された差動出力信号５８_１、５８_２の振幅電圧（換言すると、差動出力信号５８_１、５８_２の振幅電圧の絶対値）と目標電圧Ｖｔとが等しくなるような利得制御信号５９を生成する。具体的には、利得制御信号生成回路４４は、差動出力信号５８_１、５８_２の振幅電圧が目標電圧Ｖｔよりも大きい場合、可変利得増幅器４３の利得を下げるような利得制御信号５９を生成する。逆に、差動出力信号５８_１、５８_２の振幅電圧が目標電圧Ｖｔよりも小さい場合、可変利得増幅器４３の利得を上げるような利得制御信号５９を生成する。
モニタ信号生成部３７_１は、利得制御信号５９を用いてモニタ信号６０_１を生成する。モニタ信号６０_１は、９０度光ハイブリッド回路３４_１から出力された差動信号５５_１、５５_２（Ｉｐ_１、Ｉｎ_１）のパワーに対応した信号である。
つまり、実施の形態１で説明したように、利得制御信号５９は、差動信号５５_１、５５_２（Ｉｐ_１、Ｉｎ_１）のパワーに応じて変化する。モニタ信号生成部３７_１は、このように変化する利得制御信号５９を用いて、差動信号５５_１、５５_２（Ｉｐ_１、Ｉｎ_１）のパワーに対応したモニタ信号６０_１を生成することができる。例えば、モニタ信号生成部３７_１は、アナログ・デジタル変換回路を備えていてもよく、この場合はアナログ信号である利得制御信号５９をデジタル信号に変換することができる。
本実施の形態にかかる光受信装置２においても、可変利得増幅器４３の利得を制御するための利得制御信号５９を用いて、９０度光ハイブリッド回路３４_１、３４_２から出力された信号光のパワーをモニタしている。よって、特定波長の信号光のパワーをモニタすることができる。
なお、図３では、４つのモニタ信号生成部３７_１〜３７_４を備える場合について説明したが、モニタ信号生成部は少なくとも一つ備えていればよい。つまり、第１の差動信号（Ｉｐ_１、Ｉｎ_１）、第２の差動信号（Ｑｐ_１、Ｑｎ_１）、第３の差動信号（Ｉｐ_２、Ｉｎ_２）、第４の差動信号（Ｑｐ_２、Ｑｎ_２）のうち、モニタが必要な差動信号についてのみ、モニタ信号生成部を設けてもよい。
また、上記では、多重信号光５１がＸ偏波光とＹ偏波光とを含む場合について説明した。しかし、本実施の形態にかかる発明は、偏波光を用いない４値位相変調（ＱＰＳＫ：Quadrature Phase Shift Keying）方式に適用してもよい。この場合は、偏波分離器３２、９０度光ハイブリッド回路３４_２、光電変換器ＰＤ＃５〜ＰＤ＃８、増幅回路３６_３、３６_４、モニタ信号生成部３７_３、３７_４、およびアナログ・デジタル変換回路３８_３、３８_４を省略することができる。本実施の形態にかかる発明を４値位相変調方式に適用した場合は、９０度光ハイブリッド回路３４_１に多重信号光と局部発振光とが入力され、９０度光ハイブリッド回路３４_１からは、４つの信号光Ｉｐ_１、Ｉｎ_１、Ｑｐ_１、Ｑｎ_１（換言すると、２つの差動信号）が出力される。信号光Ｉｐ_１、Ｉｎ_１、Ｑｐ_１、Ｑｎ_１の処理については、上記で説明した場合と同様である。
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図６は、実施の形態３にかかる光受信装置を示すブロック図である。実施の形態３にかかる光受信装置３では、実施の形態１で説明した光受信装置１と比べて、モニタ信号生成部１７で生成されたモニタ信号２７に応じて、局部発振器７１から出力される局部発振光２２のパワーを制御している点が異なる。これ以外は実施の形態１で説明した光受信装置１と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
図６に示すように、本実施の形態にかかる光受信装置３は、局部発振器（ＬＯ）７１、光ミキサ１２、光電変換器１３、可変利得増幅器１５、利得制御信号生成回路１６、モニタ信号生成部１７、および局部発振光制御部７２を備える。
光ミキサ１２は、多重信号光２１と局部発振光２２とを入力し、多重信号光２１の中から局部発振光２２の波長に対応した信号光２３を選択し、選択された信号光２３を光電変換器１３に出力する。このとき、光ミキサ１２は、多重信号光２１と局部発振光２２とを干渉させてコヒーレント検波することで、多重信号光２１の中から、局部発振光２２の波長λｍに対応した信号光を選択的に取り出している。よって、多重信号光２１の中から特定波長の信号光２３を適切に取り出すためには、光ミキサ１２に入力される局部発振光２２のパワーを適切な値に調整する必要がある。
そこで本実施の形態にかかる光受信装置３では、モニタ信号生成部１７で生成されたモニタ信号２７に応じて、局部発振器７１から出力される局部発振光２２のパワーを制御している。つまり、局部発振光制御部７２は、モニタ信号２７に応じて、局部発振器７１を制御するための制御信号７３を生成し、当該制御信号７３を局部発振器７１に出力している。局部発振器７１は、制御信号７３に応じて局部発振光２２のパワーを調整している。
例えば、局部発振光２２のパワーが小さすぎる場合は、光ミキサ１２から出力される信号光２３のパワーも小さくなる。このとき、モニタ信号２７は、信号光２３のパワーが小さすぎることを示しているので、局部発振光制御部７２は、局部発振光２２のパワーをより大きくするように、局部発振器７１を制御する。
また、例えば局部発振光２２のパワーが大きすぎる場合は、光ミキサ１２から出力される信号光２３のパワーも大きくなる。このとき、モニタ信号２７は、信号光２３のパワーが大きすぎることを示しているので、局部発振光制御部７２は、局部発振光２２のパワーをより小さくするように、局部発振器７１を制御する。
例えば、局部発振光制御部７２は、モニタ信号２７の値（つまり、信号光２３のパワー値）が所定の値となるように、局部発振光２２のパワーを制御してもよい。ここで所定の値は任意に決定することができる。
このように、本実施の形態にかかる光受信装置３では、モニタ信号２７に応じて局部発振光２２のパワーを制御することができるので、多重信号光２１の中から所定のパワーを有する信号光２３を取り出すことができる。
＜実施の形態４＞
次に、本発明の実施の形態４について説明する。図７は、実施の形態４にかかる光受信装置を示すブロック図である。実施の形態４にかかる光受信装置４では、実施の形態１で説明した光受信装置１と比べて、モニタ信号生成部１７で生成されたモニタ信号２７に応じて、光ミキサ１２に供給される多重信号光８４のパワーを調整している点が異なる。これ以外は実施の形態１で説明した光受信装置１と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
図７に示すように、本実施の形態にかかる光受信装置４は、局部発振器（ＬＯ）１１、多重信号光調整部８１、光ミキサ１２、光電変換器１３、可変利得増幅器１５、利得制御信号生成回路１６、モニタ信号生成部１７、および多重信号光制御部８２を備える。
多重信号光調整部８１は、多重信号光２１のパワーを調整し、調整後の多重信号光８４を光ミキサ１２に出力する。多重信号光制御部８２は、モニタ信号２７に応じて多重信号光調整部８１を制御する。多重信号光調整部８１は、例えば多重信号光制御部８２から出力された制御信号８３に応じて多重信号光２１を減衰させるアッテネータ（減衰器）を用いて構成することができる。
光ミキサ１２は、多重信号光８４と局部発振光２２とを入力し、多重信号光８４の中から局部発振光２２の波長に対応した信号光２３を選択し、選択された信号光２３を光電変換器１３に出力する。このとき、光ミキサ１２は、多重信号光８４と局部発振光２２とを干渉させてコヒーレント検波することで、多重信号光２１の中から、局部発振光２２の波長λｍに対応した信号光を選択的に取り出している。よって、多重信号光８４の中から特定波長の信号光２３を適切に取り出すためには、光ミキサ１２に入力される多重信号光８４のパワーを適切な値に調整する必要がある。
そこで本実施の形態にかかる光受信装置４では、モニタ信号生成部１７で生成されたモニタ信号２７に応じて、光ミキサ１２に入力される多重信号光８４のパワーを調整している。多重信号光制御部８２は、モニタ信号２７に応じて多重信号光調整部８１を制御するための制御信号８３を生成し、当該制御信号８３を多重信号光調整部８１に出力している。多重信号光調整部８１は、制御信号８３に応じて多重信号光２１のパワーを調整し、調整後の多重信号光８４を光ミキサ１２に出力している。
例えば、多重信号光８４のパワーが大きすぎる場合は、光ミキサ１２から出力される信号光２３のパワーも大きくなる。このとき、モニタ信号２７は、信号光２３のパワーが大きすぎることを示しているので、多重信号光制御部８２は、光ミキサ１２に入力される多重信号光８４のパワーが小さくなるように、多重信号光調整部８１を制御する。
また、例えば、多重信号光８４のパワーが小さすぎる場合は、光ミキサ１２から出力される信号光２３のパワーも小さくなる。このとき、モニタ信号２７は、信号光２３のパワーが小さすぎることを示しているので、多重信号光制御部８２は、光ミキサ１２に入力される多重信号光８４のパワーが大きくなるように、多重信号光調整部８１を制御する。
例えば、多重信号光制御部８２は、モニタ信号２７の値（つまり、信号光２３のパワー値）が所定の値となるように、多重信号光８４のパワーを制御してもよい。ここで所定の値は任意に決定することができる。
このように、本実施の形態にかかる光受信装置４では、光ミキサ１２に入力される多重信号光８４のパワーをモニタ信号２７に応じて制御することができるので、所定のパワーを有する信号光２３を取り出すことができる。
＜実施の形態５＞
次に、本発明の実施の形態５について説明する。図８は、実施の形態５にかかる光受信装置を示すブロック図である。実施の形態５にかかる光受信装置５は、実施の形態３にかかる光受信装置３と実施の形態４にかかる光受信装置４とを組み合わせた構成を備える。
つまり、本実施の形態にかかる光受信装置５は、モニタ信号生成部１７で生成されたモニタ信号２７に応じて局部発振光２２のパワーを制御し、更に、モニタ信号２７に応じて多重信号光８４のパワーを調整している。
図８に示すように、本実施の形態にかかる光受信装置５は、局部発振器（ＬＯ）７１、光ミキサ１２、光電変換器１３、可変利得増幅器１５、利得制御信号生成回路１６、モニタ信号生成部１７、局部発振光制御部７２、多重信号光調整部８１、および多重信号光制御部８２を備える。なお、これらの構成要素については、実施の形態１、３、４で説明した場合と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
本実施の形態にかかる光受信装置５では、モニタ信号２７に応じて局部発振光２２のパワーを制御することができ、更に、モニタ信号２７に応じて多重信号光８４のパワーを調整することができる。よって、局部発振光２２のパワーと多重信号光８４のパワーを独立に制御することができるので、実施の形態３、４にかかる光受信装置と比べて、光ミキサ１２から出力される信号光２３のパワーを精度よく調整することができる。
なお、実施の形態４、５では、多重信号光調整部８１および多重信号光制御部８２を用いて、光ミキサ１２に入力される多重信号光８４のパワーを調整する場合について説明した。しかし、多重信号光２１を送信する送信装置側において、多重信号光２１のパワーを調整するようにしてもよい。この場合は、送信装置側にモニタ信号２７を送信する必要がある。
また、実施の形態３乃至５で説明した発明は、実施の形態２で説明した偏波多重４値位相変調（ＤＰ−ＱＰＳＫ）方式の光受信装置にも適用することができる。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１３年７月１１日に出願された日本出願特願２０１３−１４５２３８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１、２、３、４、５ 光受信装置
１１ 局部発振器（ＬＯ）
１２ 光ミキサ
１３ 光電変換器
１４ 増幅回路
１５ 可変利得増幅器
１６ 利得制御信号生成回路
１７ モニタ信号生成部
１８ トランスインピーダンスアンプ
２１ 多重信号光
２２ 局部発振光
２３ 信号光
２４ 電気信号
２５ 出力信号
２６ 利得制御信号
２７ モニタ信号
３１ 局部発振器（ＬＯ）
３２ 偏波分離器
３４_１、３４_２ ９０度光ハイブリッド回路
３５ 光電変換器
３６_１〜３６_４ 増幅回路
３７_１〜３７_４ モニタ信号生成部
３８_１〜３８_４ アナログ・デジタル変換回路
３９ デジタル信号処理回路
６１_１〜６１_３、６２_１〜６２_３ 光カプラ
６３ π／２位相シフタ
６４_１、６４_２ π位相シフタ
６５_１〜６５_４ 光ミキサ
７１ 局部発振器（ＬＯ）
７２ 局部発振光制御部
８１ 多重信号光調整部
８２ 多重信号光制御部

Claims (9)

  1. 局部発振光を出力する局部発振光源と、
    入力された、前記局部発振光の波長の光信号を含む波長多重光信号の光パワーを減衰させる可変光減衰器と、
    前記局部発振光と干渉させることにより、前記減衰した波長多重光信号の内、前記局部発振光の波長の光信号を受信する光ミキサと、
    前記受信した光信号を電気信号に変換する光電変換器と、
    前記電気信号を印加電圧に応じた利得で増幅する増幅器と、を備え、
    前記可変光減衰器は、前記増幅器の利得の増減を示す前記印加電圧の変化に応じて、前記入力された波長多重光信号の光パワーを減衰する、光受信器。
  2. 前記増幅器は、自動利得制御により前記印加電圧を制御する
    請求項１に記載の光受信器。
  3. 前記可変光減衰器は、前記自動利得制御による前記印加電圧の低下に応じて、前記入力された波長多重光信号の減衰量を増大させる
    請求項２に記載の光受信器。
  4. 前記自動利得制御において、前記増幅された電気信号の電圧及び前記増幅された電気信号の目標電圧に基づき前記印加電圧を制御する
    請求項２又は３に記載の光受信器。
  5. 前記増幅器は、トランスインピーダンスアンプを含む
    請求項１乃至４のいずれか一つに記載の光受信器。
  6. 前記可変光減衰器を制御する制御部をさらに備え、
    前記制御部は、前記印加電圧をモニタし、モニタした前記印加電圧に応じて前記入力された波長多重光信号の光パワーの減衰量を制御する
    請求項１乃至５のいずれか一つに記載の光受信器。
  7. 前記増幅された電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器と、
    前記デジタル信号を処理するデジタル信号処理部と、をさらに備える
    請求項１乃至６のいずれか一つに記載の光受信器。
  8. 前記可変光減衰器は、前記印加電圧と前記印加電圧に関する参照値とに応じて、前記入力された波長多重光信号の光パワーを減衰させる
    請求項１乃至７のいずれか一つに記載の光受信器。
  9. 前記局部発振光源は、前記印加電圧に応じた前記局部発振光の光パワーを出力する
    請求項１乃至８のいずれか一つに記載の光受信器。
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