JPH08163050A - 光受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速信号処理に対応できる光受信装置を提供
すること。 【構成】 本発明の光受信装置は、光ファイバ１１から
入力される光信号を電気信号に変換する変換部１と、第
１光分岐器１０にて分岐した光信号と、これを第２光分
岐器２０にて分岐し光遅延素子２１でτ１遅延した光信
号とを得るための光分岐手段と、これらの光信号の差分
に応じた差分電気信号を得るための第１バランスドレシ
ーバ２３と、差分電気信号を第１整流回路２４で整流
し、その整流信号に基づいて光信号に含まれるクロック
信号を狭帯域フィルタ２５にて抽出するクロック抽出手
段と、変換部１から得た電気信号とクロック抽出手段か
ら得たクロック信号とに基づいて光信号の識別再生を行
う識別器３とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ等により伝
送された光信号を受けて所定の電気信号へ識別再生する
ための光受信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、音声に加えてデータ、画像等の情
報を伝達する多種多様なサービスを行うための広帯域情
報通信ネットワークの実用化に向けて、数ギガ〜数十ギ
ガビット／秒級の超大容量光伝送技術の検討が盛んに行
われており、光受信装置においても超高速化、小型化、
高信頼化に向けた研究が行われている。この光受信装置
は、光伝送システムにおける中継器や端局装置において
データ信号の増幅及びデータ信号の識別再生を所定のク
ロック信号に基づいて行うものである。入力した光信号
に所定の処理を施し、光信号で出力を行う中継装置とし
ては、特開昭６２−２４５７５１号公報に開示されてい
る光中継装置や、特開平２−５２５３５号公報に開示さ
れている全光処理中継装置がある。

【０００３】また、電子情報通信学会、光通信システム
研究会、ＯＣＳ９１−７１には、光信号を入力して所定
の電気信号に変換して出力を行う光受信装置が開示され
ている。図５はこの光受信装置を説明するブロック図で
あり、主として光ファイバ１１から入力される光信号を
所定の電気信号に変換する変換部１と、変換部１で得た
電気信号に基づきこれに含まれるクロック信号を抽出す
るリタイミング部２’と変換部１からの電気信号とリタ
イミング部２’からのクロック信号とに基づいて光信号
の識別再生を行う識別器３とから構成されている。ま
た、この変換部１は、光増幅器１２と、受光素子１３’
と、前置増幅器１４と、広帯域増幅器１４ａとを備え、
リタイミング部２’は微分回路４と、整流回路２４’
と、狭帯域フィルタ２５と、狭帯域増幅器５と、電気遅
延素子２６とを備えた構成となっている。

【０００４】光受信装置は、先ず、光ファイバ１１を介
して入力される光信号を光増幅器１２にて増幅した後、
第１受光素子で所定の電気信号に変換する。なお、伝送
速度が２．４ギガビット／秒程度の場合には、光増幅器
１２を介すことなく増幅機能を有するＡＰＤ（Ａｖａｌ
ａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）かる成る受光素
子１３’を使用する場合が多いが、伝送速度が１０ギガ
ビット／秒程度の場合には高速で動作するＡＰＤを得る
のが困難なため、光増幅器１２を介してｐｉｎ−Ｐｈｏ
ｔｏ Ｄｉｏｄｅから成る受光素子１３’を用いるよう
にする。

【０００５】次に、その電気信号を低雑音の前置増幅器
１４および広帯域増幅器１４ａにて増幅する。その後、
電気信号を分岐してその一方を識別器３へ入力し、他方
をリタイミング部２’の微分回路４へ入力する。微分回
路４からの出力信号は整流回路２４’にて整流され、さ
らにこの整流信号を狭帯域フィルタ２５を介してクロッ
ク信号の抽出を行う。抽出されたクロック信号は、遅延
素子２６を介して識別器３およびクロック出力端子へ出
力される。

【０００６】なお、入力される光信号がＲＺ（Ｒｅｔｕ
ｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）信号のようにクロック成分を持
つ信号であれば、広帯域増幅器１４ａの出力信号をその
まま狭帯域フィルタ２５に通すことでクロック成分を取
り出すことができる。しかし、入力される光信号がＮＲ
Ｚ（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）信号のよ
うにクロック成分を持たない信号である場合は、微分回
路４及び整流回路２４’を利用してこのクロック成分を
取り出す必要がある。

【０００７】識別器３では、このようにして抽出したク
ロック信号と、変換部１から得た電気信号とに基づき入
力された光信号の正確な識別再生を行っている。なお、
狭帯域フィルタ２５からの出力レベルが、識別器３の動
作に必要なレベルまで達していない場合には、狭帯域増
幅器５を用いて増幅する。また、識別器３において、変
換部１から入力される電気信号と入力されるクロック信
号との位相条件が最適となるように、位相遅延量が固定
または可変の遅延素子２６を用いてクロック信号の位相
を調整するようにする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな光受信装置には次のような問題がある。すなわち、
この光受信装置では、入力される光信号からクロック信
号を抽出するリタイミング部が電気回路により構成され
ているため、伝送速度が高速になればなるほど電気的に
クロック信号を抽出するのが困難となる。また、リタイ
ミング部が多くの電気回路で構成されていることから、
高速信号処理を行う上で温度変動による影響が無視でき
ない程度となり、識別器での位相余裕の範囲内にクロッ
ク信号の位相を安定化させることが非常に困難となる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために成された光受信装置である。すなわ
ち、本発明の光受信装置は、入力される光信号から所定
の電気信号を得るための変換手段と、光信号から分岐さ
れた第１の光信号と、第１の光信号に対して所定時間遅
延した第２の光信号とを得るための光分岐手段と、第１
の光信号と第２の光信号との差分に応じた差分電気信号
を得るための差分検出手段と、差分検出手段にて得た差
分電気信号を整流し、その整流信号に基づいて光信号に
含まれるクロック信号を抽出するためのクロック抽出手
段と、変換手段から得た電気信号と、クロック抽出手段
から得たクロック信号とに基づいて光信号の識別再生を
行う識別手段とを備える構成となっている。

【００１０】

【作用】本発明では、入力される光信号を光分岐手段に
て分岐し、その一方である第１の光信号と、第１の光信
号に対して所定時間遅延する第２の光信号との差分に応
じた差分電気信号を差分検出手段にて検出している。ま
た、クロック抽出手段では、この差分電気信号の整流信
号に基づき光信号に含まれるクロック信号の抽出を行っ
ている。つまり、差分検出手段では、第１の光信号と第
２の光信号との差分に基づいて入力される光信号の変化
部分すなわち微分波形を検出している。これにより、光
信号に含まれるクロック信号の抽出の元となる情報を光
信号の状態のまま得ることができ、信号処理の高速化お
よびクロック信号抽出のための電気回路構成を簡素化で
きるようになる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明の光受信装置における実施例
を図に基づいて説明する。図１は第１実施例における光
受信装置を説明するブロック図、図２は第１実施例の光
受信装置の動作を説明する信号波形図である。図１に示
すように、第１実施例における光受信装置は、主として
光ファイバ１１から入力した光信号を所定の電気信号に
変換する変換部１と、光信号に基づいてクロック信号を
抽出するリタイミング部２と、変換部１から得た電気信
号とリタイミング部２から得たクロック信号とに基づい
て光信号の識別再生を行う識別器３とから構成される。

【００１２】変換部１は、光ファイバ１１から入力され
た光信号をそのまま増幅する光増幅器１２と、光信号を
電気信号に変換するための第１受光素子１３と、第１受
光素子１３の出力である電気信号を識別器３へ送る前に
増幅する前置増幅器１４とを備えている。なお、前置増
幅器１４は、識別器３の識別感度が十分であれば必ずし
も必要とするものではない。光増幅器１２の出力側には
第１光分岐器１０が設けられており、光信号をリタイミ
ング部２へも送る役割を果たしている。また、リタイミ
ング部２は、第２光分岐器２０と、光遅延素子２１と、
第１バランスドレシーバ２３と、第１整流回路２４と、
狭帯域フィルタ２５と、電気遅延素子２６とから構成さ
れている。

【００１３】さらに、第１バランスドレシーバ２３は第
２受光素子２３ａと第３受光素子２３ｂとを直接に接続
した構成となっている。なお、この第２受光素子２３ａ
のカソードには正電圧の逆バイアスが加えられ、第３受
光素子２３ｂのアノードには負電圧の逆バイアスが加え
られ、第２受光素子２３ａのアノードと第３受光素子２
３ｂのカソードとが接続されて出力端子となっている。

【００１４】次に、第１実施例における光受信装置での
信号処理動作を説明する。先ず、光ファイバ１１から入
力される光信号は光増幅器１２にて増幅され、第１光分
岐器１０により２つに分岐される。そして、その一方は
第１受光素子１３にて電気信号に変換され、前置増幅器
１４を介して識別器３へ送られる。また、第１光分岐器
１０にて分岐される他方の光信号は、リタイミング部２
の第２光分岐器２０にてさらに２つに分岐され、その一
方が第１バランスドレシーバ２３を構成する第２受光素
子２３ａへ、他方が光遅延素子２１を介して第３受光素
子２３ｂへ入力される。

【００１５】他方の光信号は、光遅延素子２１によって
一方の光信号に対して例えば１／２ビットに相当する遅
延τ１が与えられている。このような２つの光信号が第
１バランスドレシーバ２３に入力されると、その出力端
子には各々の光信号の差分に応じた差分電気信号が出力
される。この差分電気信号は、第１整流回路２４を介し
て整流され、狭帯域フィルタ２５によってその中に含ま
れるクロック信号の抽出が行われる。

【００１６】クロック信号は、電気遅延素子２６を介し
て所定の位相に調整され、クロック出力端子へ出力され
るとともに、識別器３に送られることになる。識別器３
では、変換部１から送られてきた電気信号とリタイミン
グ部２から送られてきたクロック信号とに基づいて光信
号における識別再生を行い、その結果をデータ出力端子
へ出力することになる。

【００１７】このような第１実施例の光受信装置におけ
る信号処理動作の一例を図２に基づいて行う。例えば、
入力データ（Ｓ１）が図示するような所定の波形から成
るＮＲＺ符号であった場合、図１に示す光遅延素子２１
の出力（Ｓ２）は入力データ（Ｓ１）に対してτ１（例
えば、１／２ビット相当分）遅延する状態になる。ま
た、これらの信号が第１バランスドレシーバ２３に入力
された場合、その出力（Ｓ３ａ）である差分電気信号
は、入力データ（Ｓ１）の立ち上がり部分でハイレベ
ル、立ち下がりの部分でローレベルとなって現れること
になる。

【００１８】つまり、この信号（Ｓ３ａ）が入力データ
（Ｓ１）の変化部分をτ１に相当するパルス幅で示した
微分波形ということになる。この微分波形は、光信号を
第１バランスドレシーバ２３に入力することで直接得る
ことができるため伝送速度が高速となっても十分対応で
きるようになる。

【００１９】さらに、第１バランスドレシーバ２３によ
る出力（Ｓ３ａ）を図１に示す第１整流回路２４に通す
ことでそのハイレベルの部分のみを抽出することができ
る（図２の波形（Ｓ４ａ）参照）。なお、第１整流回路
２４は例えばダイオード１個から構成されるような簡単
な回路であってもよい。この第１整流回路２４の出力
（Ｓ４ａ）はクロック成分を有するパルスとなってお
り、これを図１に示す狭帯域フィルタ２５に通すこと
で、光信号に含まれるクロック信号を抽出することがで
きるようになる。

【００２０】第１実施例における光受信装置では、第１
光分岐器１０および第２光分岐器２０を用いて分岐した
光信号をそのまま使用して第１バランスドレシーバ２３
でその差分を検出し、複雑な電気回路を介すことなく微
分波形を得るようにしているため、高速信号処理にも十
分対応できるようになる。また、リタイミング部２にお
ける電気回路構成部分が簡素化され、温度変化に対する
影響を少なくすることができ、識別器３における位相余
裕の範囲内にクロック信号の位相を安定化させることが
容易となる。

【００２１】次に、本発明の第２実施例における光受信
装置を説明する。図３は第２実施例における光受信装置
を説明するブロック図、図４は第２実施例の動作を説明
する信号波形図である。図３に示すように、第２実施例
における光受信装置では、光ファイバ１１、光増幅器１
２、第１受光素子１３、前置増幅器１４から成る変換部
１および識別器３は第１実施例と同様であるが、リタイ
ミング部２の構成において相違する。以下においては、
この相違するリタイミング部２を中心として説明を行
う。

【００２２】リタイミング部２は、第２光分岐器２０、
光遅延素子２１、第３光分岐器３０および第４光分岐器
４０、第１バランスドレシーバ２３および第２バランス
ドレシーバ２７、第１整流回路２４および第２整流回路
２８、加算器２９、狭帯域フィルタ２５、電気遅延素子
２６から構成されている。また、第２バランスドレシー
バ２７は、第４受光素子２７ａと第５受光素子２７ｂと
を直接に接続した構成となっている。なお、この第４受
光素子２７ａのカソードには正電圧の逆バイアスが加え
られ、第５受光素子２７ｂのアノードには負電圧の逆バ
イアスが加えられ、第４受光素子２７ａのアノードと第
５受光素子２７ｂのカソードとが接続されて出力端子と
なっている。

【００２３】この第２バランスドレシーバ２７には、第
３光分岐器３０および第４光分岐器４０から２つの光信
号が各々入力される。また、その出力は第２整流回路２
８を介して整流され、加算器２９によって第１整流回路
２４からの整流信号と加算されるようになっている。

【００２４】次に、第２実施例における光受信装置での
信号処理動作を説明する。先ず、光ファイバ１１から入
力される光信号は光増幅器１２を介した後に第１光分岐
器１０により分岐され、一方は第１受光素子１３側へ、
他方はリタイミング部２側へ送られる。第１受光素子１
３側へ送られる光出力に対する信号処理は第１実施例と
同様でありここでは説明を省略する。リタイミング部２
側へ送られる光信号は、第２光分岐器２０によりさらに
２つに分岐され、その一方が第１バランスドレシーバ２
３の第２受光素子２３ａへ、他方が光遅延素子２１を介
して第３受光素子２３ｂへ送られる。この第１バランス
ドレシーバ２３からは、第１実施例で説明したと同様に
所定の差分電気信号が出力されることになる。

【００２５】一方、第２光分岐器２０で分けられた２つ
の光信号は、第３光分岐器３０、第４光分岐器４０によ
って各々分岐され、第２バランスドレシーバ２７へ入力
される。すなわち、光ファイバ１１から入力された光信
号が第５受光素子２７ｂへ送られ、この光信号に対して
τ１遅延する光信号が第４受光素子２７ａへ送られる。
第４受光素子２７ａおよび第５受光素子２７ｂにて構成
される第２バランスドレシーバ２７からは、第１バラン
スドレシーバ２３からの出力である差分電気信号（以
下、第１の差分電気信号と言う。）と逆極性となる差分
電気信号（以下、第２の差分電気信号と言う。）が出力
されることになる。

【００２６】加算器２９では、第１の差分電気信号を第
１整流回路２４で整流したものと、第２の差分電気信号
を第２整流回路２８で整流したものとを加算する処理を
行っており、その結果を狭帯域フィルタ２５へ送ってい
る。狭帯域フィルタ２５では加算器２９から送られた整
流信号に基づき所定のクロック信号を抽出し、これを電
気遅延素子２６を介してクロック出力端子および識別器
３へ送っている。識別器３は、狭帯域フィルタ２５を介
して送られたクロック信号と、変換部１から送られる電
気信号とに基づき光信号における識別再生を行い、その
結果をデータ出力端子へ出力することになる。

【００２７】次に、第２実施例における光受信装置での
信号処理動作の一例を図４に基づいて行う。例えば、入
力データ（Ｓ１）が図示するような所定の波形から成る
ＮＲＺ符号であった場合、図３に示す光遅延素子２１の
出力（Ｓ２）は入力データ（Ｓ１）に対してτ１（例え
ば、１／２ビット相当分）遅延する状態になる。また、
これらの信号が第２バランスドレシーバ２７に入力され
た場合、その出力（Ｓ３ｂ）である第２の差分電気信号
は、入力データ（Ｓ１）の立ち上がり部分でローレベ
ル、立ち下がり部分でハイレベルとなって現れることに
なる。

【００２８】この第２の差分電気信号を図３に示す第２
整流回路２８に通すことで、図４に示すような第２整流
回路の出力（Ｓ４ｂ）が得られる。図３に示す加算器２
９では、この第２整流回路の出力（Ｓ４ｂ）と第１整流
回路２４の出力（Ｓ４ａ）と加算して、図４に示す加算
器の出力（Ｓ５）を図４に示す狭帯域フィルタ２５へ送
っている。すなわち、この加算器の出力（Ｓ５）は、入
力データ（Ｓ１）の立ち上がりおよび立ち下がり部分を
示すパルス幅τ１に相当する信号となる。

【００２９】狭帯域フィルタ２５は、この加算器の出力
（Ｓ５）に基づいて光信号に含まれるクロック信号を抽
出することになる。すなわち、第２実施例における光受
信装置では、第１実施例の光受信装置と比べて２倍のパ
ルス数の波形を狭帯域フィルタ２５へ送ることができ、
これによって抽出するクロック信号の振幅を増加させる
ことが可能となる。つまり、狭帯域フィルタ２５の正弦
波出力振幅の平均値Ａave は一般的に（１）式で与えら
れる。

【００３０】

【数１】

【００３１】ここで、Ｎは狭帯域フィルタ２５の入力波
形のマーク率（１／Ｎ）、Ｑは狭帯域フィルタ２５の特
性を示す値である。例えば、Ｑ＝１０００とし、第１実
施例における狭帯域フィルタ２５（図１参照）のマーク
率を１／４、第２実施例における狭帯域フィルタ２５
（図３参照）のマーク率を１／２とした場合、第１実施
例と第２実施例との狭帯域フィルタの出力振幅における
比は（２）式のようになる。

【００３２】

【数２】

【００３３】したがって、第２実施例における光受信装
置では、狭帯域フィルタ２５から識別器３へ送られるク
ロック信号の振幅が、第１実施例と比べて約２倍にな
る。これは、光分岐器１０、２０、３０、４０や狭帯域
フィルタ２５での挿入損失を補い、識別器３へのクロッ
ク信号の振幅を十分に得たい場合に有効となる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光受信装
置によれば次のような効果がある。すなわち、本発明の
光受信装置では、リタイミング部の主要部分つまり入力
される光信号に基づきその微分波形を得る部分を光学的
に構成しているため、高速信号処理にも十分対応できる
ようになる。また、リタイミング部における電気回路構
成部分が簡素化され、温度変化に対する影響を少なくす
ることができ、識別器における位相余裕の範囲内にクロ
ック信号の位相を安定化させることが容易となる。これ
らによって、高速信号処理を行う光伝送システムを構築
する上で信頼性の高い光受信装置を提供することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を説明するブロック図であ
る。

【図２】第１実施例の動作を説明する信号波形図であ
る。

【図３】本発明の第２実施例を説明するブロック図であ
る。

【図４】第２実施例の動作を説明する信号波形図であ
る。

【図５】従来例を説明するブロック図である。

【符号の説明】

１ 変換部 ２ リタイミング部 ３ 識別器 １０ 第１光分岐器 １１ 光ファイバ １３ 第１受光素子 ２０ 第２光分岐器 ２１ 光遅延素子 ２３ 第１バランスドレシーバ ２４ 第１整流回路 ２５ 狭帯域フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/04 10/06 10/00 (72)発明者 前田 英成 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力される光信号から所定の電気信号を
   得るための変換手段と、 前記光信号から分岐された第１の光信号と、該第１の光
   信号に対して所定時間遅延した第２の光信号とを得るた
   めの光分岐手段と、 前記第１の光信号と前記第２の光信号との差分に応じた
   差分電気信号を得るための差分検出手段と、 前記差分検出手段にて得た差分電気信号を整流し、その
   整流信号に基づいて前記光信号に含まれるクロック信号
   を抽出するためのクロック抽出手段と、 前記変換手段から得た前記電気信号と、前記クロック抽
   出手段から得た前記クロック信号とに基づいて前記光信
   号の識別再生を行う識別手段とを備えていることを特徴
   とする光受信装置。
2. 【請求項２】 前記差分検出手段は、前記第１の光信号
   と前記第２の光信号との差分に応じた第１の差分電気信
   号と、該第１の差分電気信号と逆極性の第２の差分電気
   信号とを得て、 前記クロック抽出手段は、前記第１の差分電気信号を整
   流しかつ前記第２の差分電気信号を整流して、その２つ
   の整流信号に基づいて前記クロック信号を抽出すること
   を特徴とする請求項１記載の光受信装置。