JPH03272229A - 光受信回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光ファイバを用いた高速光伝送系における光再
生中継器の光受信回路に関し、特に数ギガビット／秒の
光信号に対して広帯域特性を持つ光受信回路に関する。

（従来の技術） 光伝送技術の進歩にともない、大容量／長距離伝送シス
テムの実現を可能とするために長波長帯の光デバイス／
単一モードファイバを用いた超高速光伝送技術の検討が
進められている。特に、画像、データ、音声の多種多様
なサービスを行う広帯域情報通信ネットワークの実現の
為に、光伝送装置の高速化、安定実用化が求められてい
る。このような広帯域情報通信ネットワークにおける基
幹伝送系の伝送容量は、分割多重伝送系においては数ギ
ガビット／秒にも達し、その光送受信装置にも広帯域／
高速化が要求される。

通常、光再生中継器のもつ基本的機能は、（１）等化増
幅による整形（ｒｅｓｈａｐ　ｉ　ｎｇ）。

（２）リタイミング（ｒｅｔｉｍｆｎｇ）、（３＞識別
再生（ｒｅｇｅ−ｎｅｒａｔｉｏｎ）の３つの“Ｒ′に
大別される。その−殻間な構成は、第４図に示すように
３つの基本的機能を行う回路を持っているのが普通であ
る（参照：゛光ファイバ通信“電気通信技術ニュース社
）。特に等化増幅回路の構成としては、第５図に示すよ
うな回路がある。この等化増幅回路は、光電流に対し増
倍作用（利得に等化）を有し高感度化が可能であるＩｎ
ＧａＡｓアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）５
１、フロントエンドアンプ５２（以後、ＡＰＤ５１とフ
ロントエンドアンプ５２を総称して光受信回路という）
、ＡＧＣアンプ５３、ポストアンプ５４とから構成され
る。また、入力される光信号との変動に対処するために
、通常、等化増幅回路では、ＡＰＤ５１とＡＧＣアンプ
５３とに対して帰還回路（第５図においてＡＧＣ制御部
５５、高圧発生部５６）を構成する。したがって、ＡＰ
Ｄ５１の増倍率Ｍ及びＡＧＣアンプ５３の利得を制御す
ることにより等化増幅回路の出力端子５８における電気
信号レベルを常に一定に保っている。

（発明が解決しようとする課題〉 しかしなから、このような従来の光再生中継器における
光受信回路では、光／電気変換素子として増倍作用を有
するＡＰＤを用いていることからギガビット／秒領域に
おいては次のような欠点を有している。即ち、ＡＰＤは
光電流を増倍する作用を有しており、大きな電気信号に
変換を行うには都合のよい素子である。しかし、ＡＰＤ
の電流増倍率を大きくすると、ショット雑音と呼ばれる
ＡＰＤ固有の雑音も同時に大きくなる。この雑音は、第
５図におけるフロントエンドアンプ５２等の増幅器で発
生する熱雑音と共に、受信信号を正しく再生しようとい
う再生中継機能を劣化させる原因になる。

また、ＡＰＤは利得−帯域幅積（ＧＢ積）という特性を
有しており、近年の技術においてはＧＢ積７０ＧＨｚと
いう特性も確認されている。この特性の意味するところ
は、増倍率を１に選択すれば帯域７０ＧＨｚが得られる
が、例えば増倍率を２０に選択すると帯域としては３．
５ＧＨｚになるということである。従って、より高感度
かを行おうとすると帯域制限が生じる、入力変動に対応
するために増倍率を変化させると帯域変動が生じる等の
欠点があった。例えば１０ギガビツト領域における光再
生中継器の実現においては上述した欠点が大きな問題と
なっていた。

（課題を解決するための手段） 本願発明に係る第１の光受信回路は、光ファイバ伝送路
の伝送信号の再生中継を行う光再生中継器の光受信回路
であって、外部から供給される制御御注入電流に応じて
光受信信号を光のまま増幅する光半導体アンプと、該光
半導体アンプの出力光を受光して電気信号に変換するＰ
ＩＮフォトダイオードと、該ＰＩＮフォトダイオードの
出力信号を増幅するフロントエンドアンプと、該フロン
トエンドアンプの出力信号を識別可能なレベルまで増幅
する広帯域アンプと、該広帯域アンプの出力信号を入力
して該信号のピーク値検出を行うピーク値検出回路と、
該ピーク値検出回路から出力されるピーク値検出結果の
信号を入力して増幅する直流アンプと、該直流アンプの
出力信号を受けて該信号を前記制御御注入電流として前
記光半導体アンプに供給する電流源とから構成されるこ
とを特徴とする。

本願発明に係る第２の光受信回路は、光ファイバ伝送路
の伝送信号の再生中継を行う光再生中継器の光受信回路
であって、外部から供給される制御御注入電流に応じて
光受信信号を光のまま増幅する光半導体アンプと、該光
半導体アンプの出力光を受光して電気信号に変換するＰ
ＩＮフォトダイオードと、該ＰＩＮフォトダイオードの
出力信号を増幅するフロントエンドアンプと、該フロン
トエンドアンプの出力信号を識別可能なレベルまで増幅
する広帯域アンプと、該広帯域アンプの出力信号を入力
して該信号のピーク値検出を行うピーク値検出回路と、
該ピーク値検出回路から出力されるピーク値検出結果の
信号を入力して増幅する直流アンプと、該直流アンプの
出力信号を入力して該信号と予め設定してある基準電圧
との電圧比較を行い前記直流アンプの出力信号と前記基
準電圧とが一致したときに異常発生表示信号を出力する
電圧比較回路と、前記直流アンプの出力信号を受けて該
信号を前記制御御注入電流として前記光半導体アンプに
供給する電流源とから構成されることを特徴とする。

本願発明に係る第３の光受信回路は、光ファイバ伝送路
の伝送信ぢの再生中継を行う光再生中継器の光受信回路
であって、外部から供給される制御御注入電流に応じて
光受信信号を光のまま増幅する光半導体アンプと、該光
半導体アンプの出力光を受光して電気信号に変換するＰ
ＩＮフォトダイオードと、該ＰＩＮフォトダイオードの
出力信号を増幅するフロントエンドアンプと、該フロン
トニジ、Ｗアンプの出力信号を識別可能なレベルまで増
幅する広帯域アンプと、該広帯域アンプの出力信号を入
力して該信号のピーク値検出を行うピーク値検出回路と
、該ピーク値検出回路から出力されるピーク値検出結果
の信号を入力して増幅する直流アンプと、該直流アンプ
の出力信号を受けて該信号を前記制御御注入電流として
前記光半導体アンプに供給する電流源と、前記直流アン
プの出力信号を入力して該信号と予め設定してある基準
電圧との電圧比較を行い前記直流アンプの出力信号と前
記基準電圧とが一致したときに異常発生表示信号を出力
するとともに前記電流源に対して前記制御御注入電流の
出力の停止を行なわせる制御信号を出力する電圧比較回
路とから構成されることを特徴とする。

（作用） 本願発明の第１の光受信回路は、光ファイバを伝送して
きた光信号を、光半導体アンプで増幅した後、ＰＩＮフ
ォト・ダイオード（ＰＩＮ−ＰＤ）において光／電気変
換を行い、増幅回路において適切な信号レベルにまで増
幅した後、その信号についてピーク値検出を行い、さら
にそのピーク値検出結果である信号を直流アンプを用い
て増幅して、該信号を光半導体アンプへの駆動用電流で
ある制御御注入電流を供給する電流源に入力する構成を
とることにより、ギガビット領域における光再生中継器
における光受信回路の帯域を充分に確保し、さらには再
生中継器としての特性を向上させることができる。特に
、光半導体アンプを高速ＰＩＮ−ＰＤの前置増幅器とし
て設けることにより、（１）Ｓ／Ｎが良好な状態で光／
電気変換を行える、（２）光半導体アンプではＡＰＤの
ような利得量による帯域制限′がほぼ無いから光信号入
力に対するダイナミックレンジが確保できる等の効果が
得られる。

本願発明の第２の光受信回路は、直流アンプの出力信号
と、予め設定してある光信号の無人力状態に相当する基
準電圧値との比較をおこない、それら２つの信号が一致
した場合に異常発生表示信号を出力することにより、光
再生中継器の障害管理を行うことができる。

さらに、本願発明の第３の光受信回路は、直流アンプの
出力信号と、予め設定してある光信号の無人力状態に相
当する基準電圧値との比較をおこない、それら２つの信
号が一致した場合に異常発生表示信号を出力すると共に
、光半導体アンプへの制御御注入電流を停止することに
より、光信号の無人力時に発生する不要雑音を光再生中
継器から出力されるのを防止することができる。

（実施例） 次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本願発明に係る第１の光受信回路の−・実施例
を示すブロック図である。光ファイバ１１を伝送してき
た光信号は光半導体アンプ１２に入力し、所望の利得量
によって光信号のまま増幅されて光半導体アンプ１２か
ら光信号として出力される。光半導体アンプ１２の光信
号に対する帯域幅は９テラＨｚ以上であり、ＡＰＤを用
いた光受信回路では実現できない帯域幅となっている。

従って、この光半導体アンプ１２における帯域制限１ は実質上はぼ無いと言うことができる。この光半導体ア
ンプ１２の原理については、”半導体レーザ光増幅器”
電子情報・通信学会技術研究報告Ｃ３８２−２４に詳し
く記載されている。

光半導体アンプ１２から出力された光信号は、自然放出
光雑音等の影響によるＳ／Ｎ劣化を回避する光学狭帯域
フィルタ１０において、不要帯域外Ｈ音が除去されてＰ
ＩＮ−ＰＤ　（ＰＩＮフォトダイオード）１３に入力す
る。ここで光学狭帯域フィルタ１０の帯域幅は、およそ
ｌｎｍ程度である。光学狭帯域フィルタ１０を介してＰ
ＩＮ−ＰＣｌ３に入力した光信号は、光信号から電気信
号に変換される。この時点で発生する帯域劣化は、ＰＩ
Ｎ−ＰＣｌ３にたいする負荷容量と負荷抵抗によって決
まるが、現状の技術ではＰＩＮ−ＰＤの接合容量として
０．１ｐＦ程度のものが実現しており、電気回路のＩＣ
化を図れば帯域劣化を許容できる範囲に抑えることがで
きる。

Ｐ　Ｉ　Ｎ−ＰＤ　１３において光／電気変換された入
力信号はフロントエンドアンプ１４に入力して２ 増幅され、さらに広帯域アンプ１５に入力して充分なレ
ベルまで増幅された後、等化増幅回路の出力信号として
、出力端子１６から出力される。また、この出力信号は
ピーク値検出回路１７に入力する。このピーク値検出回
路１７は、入力した信号のピーク値を検出してその値を
直流アンプ１８に出力する。直流アンプ１８は、入力し
た信号に対する基準電圧として出力端子１６における出
力信号の振幅値（例えばＩＶｏ−ｐ）に相当する電圧値
を有しており、直流アンプ１８に入力する信号のレベル
の増減に対して適切な増幅を行って出力信号を注入電流
供給回路１９に供給する。注入電流供給回路１９は、直
流アンプ１８から出力される信号の制御により適切な駆
動電流を、光半導体アンプ１２に供給する。

従って、光半導体アンプ１２は入力する光信号のレベル
の変動に追随して、利得可変の光増幅を行う。

第２図は本願発明に係る第２の光受信回路の一実施例を
示すブロック図である。基本的には第１図に示した光受
信回路と同様の動作を行うか、本光受信回路においては
、直流アンプ１８の出力を入力とする電圧比較回Ｆ！＋
２１を有している。

ここで光信号入力が無人力となると、ピーク値検出回路
１７の出力は０（Ｖ）に近づ°き、直流アンプ１８およ
び注入電流供給回路１９を介し、て行われる光半導体ア
ンプ１２への利得制御が、最大利得となるような状態と
なる。従って光半導体アンプ１２から出力される光信号
は、雑音が支配的となって結果的には光再生中継器から
不要雑音を発生することとなり、光通信システムとして
異常状態となる。

そこで、第２図・に示した光受信回路では、電圧比較回
路２１において、直流アンプ１８から出力される出力端
子１６における出力信号のピーク値検出結果と、比較基
準電圧として無人力状態に相当する設定電圧値との比較
を行い、ピーク値検出結果が設定電圧値に等しいならば
異常発生表示信号としてＴＴＬレベルの”Ｈ”信号を出
力端子２６に発生する。

従って、光半導体アンプ１２への光信号が無人力状態と
なっても光通信システム全体としては障害管理を行うこ
とができ、システム異常を最少限にとどめることが可能
である。

なお、これまでの説明においては電気系広帯域アンプに
可変利得アンプが含まれていないが、必要に応じて可変
利得アンプを設けることも可能である。

このように、ＡＰＤの代わりに光半導体アンプとＰ　Ｉ
　Ｎ−ＰＤを用いる構成とすることにより、１０ギガビ
ット／秒領域における光受信回路の実現性が向上する。

第３図は本願発明に係る第３の光受信回路の一実施例を
示すブロック図である。本実施例は第２図に示した光受
信回路と同様の機能を有している。

しかし、第３図においては、電圧比較回路２１において
異常状態が検出されたならば、異常発生表示信号を出力
端子２６に出力すると共に、該異常発生表示信号を用い
て光半導体アンプ１２に駆動電流を供給する注入電流供
給口１ｉ１８３１に制御を行５ う。注入電流供給回路３１は、電圧比較回路２１からの
制御信号すなわち異常発生表示信号に基づき注入電流の
停止を行い、光半導体アンプ１２の動作を止める。再度
動作させるときは、注入電流供給回路３１に入力端子３
２を介して入力されるセット信号により、光半導体アン
プ１２に対して電流の供給が行われる。

従って、これにより光信号の無人力状態における不要雑
音の発生を防ぐことが可能となり、光通信システムとし
ての信頼性が向上する。

（発明の効果） 本願発明の第１の光受信回路によれば、帯域幅の広い光
半導体アンプで光信号の光増幅を行うことにより光入力
信号のレベルの変動に追随して利得可変の光増幅を行う
ことができ、更に光再生中継器としての広帯域性が確保
できる。

また、本願発明の第２の光受信回路によれば、光半導体
アンプへの光信号が無人力状態となっても光通信システ
ム全体としては障害管理を行うことができるから、シス
テム異常を最少限にとどめ６ ることができる。

更に、本願発明の第３の光受信回路によれば、光信号の
無人力状態における不要雑音を光再生中継器から発生す
ることを防ぐことができるから、光通信システムとして
の信頼性が向上する。

本発明には、以上の様な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明に係る第１の光受信回路の一実施例を
示すブロック図、第２図は本願発明に係る第２の光受信
回路の一実施例を示すブロック図、第３図は本願発明に
係る第３の光受信回路の一実施例を示すブロック図、第
４図は光再生中継器を示すブロック図、第５図は従来の
光受信回路を示すブロック図である。 １０・・・光学フィルタ、１１，４４．４５・・・光フ
ァイバ、１２・・・光半導体アンプ、１３・・・ＰＩＮ
ＰＤ、１４．５２・・・フロントエンドアンプ、１５・
・・広帯域アンプ、１６，２６．５８・・・出力端子、
１７・・・ピーク値検出回路、１８・・・直流アンプ、
１９３１・・・注入電流供給回路、２１・・・電圧比較
回路、３２・・・入力端子、４１・・・等化増幅回路、
４２・・・タイミング回路、４３・・・識別再生回路、
５１・・・ＡＰＤ、５３・・・ＡＧＣアンプ、５４・・
・ポストアンプ、５５・・・ＡＧＣ制御部、５６・・・
高圧発生部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバ伝送路の伝送信号の再生中継を行う光
   再生中継器の光受信回路において、外部から供給される
   制御注入電流に応じて光受信信号を光のまま増幅する光
   半導体アンプと、該光半導体アンプの出力光を受光して
   電気信号に変換するＰＩＮフォトダイオードと、該ＰＩ
   Ｎフォトダイオードの出力信号を増幅するフロントエン
   ドアンプと、該フロントエンドアンプの出力信号を識別
   可能なレベルまで増幅する広帯域アンプと、該広帯域ア
   ンプの出力信号を入力して該信号のピーク値検出を行う
   ピーク値検出回路と、該ピーク値検出回路から出力され
   るピーク値検出結果の信号を入力して増幅する直流アン
   プと、該直流アンプの出力信号を受けて該信号を前記制
   御注入電流として前記光半導体アンプに供給する電流源
   とから構成されることを特徴とする光受信回路。
2. （２）光ファイバ伝送路の伝送信号の再生中継を行う光
   再生中継器の光受信回路において、外部から供給される
   制御注入電流に応じて光受信信号を光のまま増幅する光
   半導体アンプと、該光半導体アンプの出力光を受光して
   電気信号に変換するＰＩＮフォトダイオードと、該ＰＩ
   Ｎフォトダイオードの出力信号を増幅するフロントエン
   ドアンプと、該フロントエンドアンプの出力信号を識別
   可能なレベルまで増幅する広帯域アンプと、該広帯域ア
   ンプの出力信号を入力して該信号のピーク値検出を行う
   ピーク値検出回路と、該ピーク値検出回路から出力され
   るピーク値検出結果の信号を入力して増幅する直流アン
   プと、該直流アンプの出力信号を入力して該信号と予め
   設定してある基準電圧との電圧比較を行い前記直流アン
   プの出力信号と前記基準電圧とが一致したときに異常発
   生表示信号を出力する電圧比較回路と、前記直流アンプ
   の出力信号を受けて該信号を前記制御注入電流として前
   記光半導体アンプに供給する電流源とから構成されるこ
   とを特徴とする光受信回路。
3. （３）光ファイバ伝送路の伝送信号の再生中継を行う光
   再生中継器の光受信回路において、外部から供給される
   制御注入電流に応じて光受信信号を光のまま増幅する光
   半導体アンプと、該光半導体アンプの出力光を受光して
   電気信号に変換するＰＩＮフォトダイオードと、該ＰＩ
   Ｎフォトダイオードの出力信号を増幅するフロントエン
   ドアンプと、該フロントエンドアンプの出力信号を識別
   可能なレベルまで増幅する広帯域アンプと、該広帯域ア
   ンプの出力信号を入力して該信号のピーク値検出を行う
   ピーク値検出回路と、該ピーク値検出回路から出力され
   るピーク値検出結果の信号を入力して増幅する直流アン
   プと、該直流アンプの出力信号を受けて該信号を前記制
   御御注入電流として前記光半導体アンプに供給する電流
   源と、前記直流アンプの出力信号を入力して該信号と予
   め設定してある基準電圧との電圧比較を行い前記直流ア
   ンプの出力信号と前記基準電圧とが一致したときに異常
   発生表示信号を出力するとともに前記電流源に対して前
   記制御注入電流の出力の停止を行なわせる制御信号を出
   力する電圧比較回路とから構成されることを特徴とする
   光受信回路。