JPWO2008099507A1 - 光受信装置 - Google Patents

Abstract

光パケット信号の受信処理において、レベル大の光パケット信号受信後のレベル小の光パケット信号の受信感度の劣化を改善する。受光素子（１１）は、光パケット信号を受信して電気信号に変換する。バイアス電圧供給部（１２）は、受光素子（１１）にバイアス電圧を供給する。モニタ部（１３）は、光パケット信号の入力レベルまたは電気信号をモニタし、モニタ値をバイアス電圧供給部（１２）へ送信する。また、バイアス電圧供給部（１２）は、光パケット信号の受信終了後に、モニタ値の大きさに応じて、バイアス電圧を一時的に増加させる。

Description

本発明は光受信装置に関し、特にバースト形式で伝送される光パケット信号の受信処理を行う光受信装置に関する。

近年、インターネットの普及により、情報通信ネットワークが家庭や企業に浸透し、より高速で大容量のサービスの提供に向けて光加入者系ネットワークが進展しており、光加入者システムとしてＰＯＮ（Passive Optical Network）システムの採用が広がっている。

図３９はＰＯＮシステムの構成を示す図である。ＰＯＮシステム６は、局側に配置されるＯＬＴ（Optical Line Terminal：光加入者終端装置）６ａ、加入者側に配置されるＯＮＵ（Optical Network Unit）＃１〜＃ｎ、光分波・合波を行うスターカプラ６ｂから構成される。

ＯＬＴ６ａとＯＮＵ＃１〜＃ｎは、スターカプラ６ｂを介して光ファイバケーブルＦによって１対ｎで接続し、ＯＬＴ６ａとＯＮＵ＃１〜＃ｎ間で光パケット通信が行われる。図では、複数の加入者側のＯＮＵ＃１〜＃ｎからバースト的に送信された光パケットをスターカプラ６ｂで合波し、ＯＬＴ６ａで受信する様子を示している。

図４０はＯＬＴ６ａで受信される信号レベルを示す図である。横軸は時間、縦軸はＯ／Ｅ変換後の電気信号のレベルを示している。ＯＮＵ＃１〜＃ｎは、加入者宅毎に配置されるため、ＯＬＴ６ａとＯＮＵ＃１〜＃ｎとの間の伝送距離はＯＮＵ毎に異なる。このため、ＯＬＴ６ａは、異なるレベルの光パケットを受信することになる。また、ＯＬＴ６ａは、各ＯＮＵから送信された光パケットを受信する毎に、符号識別のためのしきい値レベルを設定する。

図４１は一定レベルに制御された後の信号レベルを示す図である。横軸は時間、縦軸はレベルである。図４０で示したようなレベルの異なる光バースト信号は、ＯＬＴ６ａに配置される光受信部によって、すべて一定レベルの信号に変換される。

図４２は光受信部の概略構成を示す図である。光受信部５０は、ＰＤ（Photo Diode：フォトダイオード）５１、プリアンプ５２ａ、メインアンプ５２ｂ、昇圧回路５４から構成される。ＰＤ５１は、受信した光バースト信号をＯ／Ｅ変換して電気信号を生成する。プリアンプ５２ａは、Ｏ／Ｅ変換後の電気信号を増幅する。メインアンプ５２ｂは、パケット毎に入力レベルの異なるバースト信号を識別増幅して、一定レベルに変換して出力する。昇圧回路５４は、外部からの入力電圧を内部で昇圧させて、ＰＤ５１に対して昇圧した電圧（バイアス電圧）を供給する。

ここで、ＰＤ５１としては、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ：Avalanche Photo-Diode）が用いられる。ＡＰＤは、ダイオードの電流を通しにくい方向（カソード→アノード）にバイアス電圧をかけた状態（逆バイアス状態）で光をあてることで、光を電気信号（光電流）に変換する受光素子である。また、ＡＰＤは、バイアス電圧に応じて、Ｏ／Ｅ変換後の電気信号を増倍して出力する作用を持っており、この信号増倍作用によって、従来のＰＩＮ（P-Intrinsic-N）−ＰＤを用いた場合よりも受信感度を向上させることが可能である。

ＡＰＤを使用した従来技術としては、入力光信号レベルの大小に応じて増倍率を変化させてダイナミックレンジを広げる受信回路が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−３５５２１８号公報（段落番号〔００１２〕〜〔００１８〕、第１図）

通常、ＡＰＤには一定のバイアス電圧を供給した状態で光信号を入力して、Ｏ／Ｅ変換を行うように使用することで、連続光を受信するような場合には、安定した受信感度が得られるものである。

しかし、入力光レベルがパケット毎に異なる光バースト信号を受信処理する光受信部５０の受光素子に対して、従来のように、一定のバイアス電圧を印加したＡＰＤを用いて受信した場合、レベルの大きな光信号の受信直後にレベルの小さな光信号を受信すると、そのレベルの小さな光信号の受信感度が通常の受信感度より低下してしまうといった問題があった。

以下、問題点について詳しく説明する。図４３は受光レベルにおけるＡＰＤのバイアス電圧（Ｖ_APD）と増倍率との関係を示す図である。横軸はＡＰＤのバイアス電圧［Ｖ］であり、縦軸はＡＰＤの増倍率である（なお、増倍率はＭ値とも呼ばれる）。

図４３に示すグラフから、バイアス電圧を固定とした場合、受光レベルが大きくなるにしたがって増倍率が低下することがわかる。例えば、バイアス電圧を５７Ｖで固定した場合、受光レベルが−３０ｄＢｍのレベル小の光信号の受信時における増倍率は、約１２．５であるが、受光レベルが−６ｄＢｍのレベル大の光信号の受信時には、増倍率は、約３．８となって低下している。このように、ＡＰＤは、レベルの大きな光信号が入力すると増倍率が低下し、レベルの小さな光信号が入力すると増倍率が増加するという特性を持っている。

図４４は光バースト信号の入力波形を示す図である。横軸は時間、縦軸は光レベルである。光バースト信号の入力として、レベル大の光パケットｐ１が光受信部５０のＡＰＤ５１に入力し、その直後に、レベル小の光パケットｐ２がＡＰＤ５１に入力したとする。

図４５は増倍率とＡＰＤ５１の応答波形の関係を示す図である。波形Ｈ１は、増倍率を示し、横軸は時間、縦軸は増倍率（Ｍ値）である。波形Ｈ２は、ＡＰＤ５１から出力された光電流のＩ／Ｖ変換後の波形を示し、横軸は時間、縦軸はレベルである。また、波形Ｈ２は、ＡＰＤ５１に一定のバイアス電圧を加えたときの、上記の光パケットｐ１、ｐ２の応答波形であって、光パケットｐ１が電気信号の大信号ｐ１ａに変換され、光パケットｐ２が電気信号の小信号ｐ２ａに変換された様子を示している。

ここで、図４４に示すような光バースト信号を受信した場合、ＡＰＤ５１は、レベルの大きな光信号を受信すると増倍率が低下するために、図４５に示されるように、大信号ｐ１ａの受信直後の小信号ｐ２ａでは、増倍率が低下した状態から所要の増倍率（光パケットｐ２の正常な受信感度を得るのに必要な増倍率）になるまでの復帰に、区間Ｔの遅れが生じる。このため、区間Ｔ内では、小信号ｐ２ａの先頭部分の振幅が減少し（５００ｎｓ〜１μｓの振幅減少区間）、このような現象によって、受信感度の劣化が生じてしまう。

この現象は、レベル大の光信号受信中のＡＰＤ５１の光電流は大きいため、ＡＰＤ５１が発熱して増倍率が低下し、その直後も熱が緩和されるまで一時的に（区間Ｔにおいて）増倍率の低下が続くことが原因と考えられるが、上記のように、従来のＡＰＤ光バースト受信においては、入力光パワーの変動によって増倍率にも変動時間帯が生じて波形が劣化してしまうために、受信品質及び信頼性の低下を引き起こしていた。

このため、光バースト信号の受信装置の開発においては、ＡＰＤに入力する光パワーに急激な変動が生じても、安定した受信感度が得られるような効果的な対策が強く望まれている。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、光パケット信号の受信処理において、レベル大の光信号受信後のレベル小の光信号受信感度の劣化を改善して、通信品質を向上させた光受信装置を提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、図１に示すような、バースト形式で伝送される光パケット信号の受信処理を行う光受信装置１−１において、光パケット信号を受信して電気信号に変換する受光素子１１と、受光素子１１にバイアス電圧を供給するバイアス電圧供給部１２と、光パケット信号の入力レベルまたは電気信号をモニタし、モニタ値をバイアス電圧供給部１２へ送信するモニタ部１３とを有し、バイアス電圧供給部１２は、光パケット信号の受信終了後に、モニタ値の大きさに応じて、バイアス電圧を一時的に増加させることを特徴とする光受信装置１−１が提供される。

ここで、受光素子１１は、光パケット信号を受信して電気信号に変換する。バイアス電圧供給部１２は、受光素子１１にバイアス電圧を供給する。モニタ部１３は、光パケット信号の入力レベルまたは電気信号をモニタし、モニタ値をバイアス電圧供給部１２へ送信する。また、バイアス電圧供給部１２は、光パケット信号の受信終了後に、モニタ値の大きさに応じて、バイアス電圧を一時的に増加させる。

本発明の光受信装置は、受光素子と、受光素子にバイアス電圧を供給するバイアス電圧供給部と、光パケット信号の入力レベルまたは電気信号をモニタし、モニタ値をバイアス電圧供給部へ送信するモニタ部とを有し、バイアス電圧供給部は、光パケット信号の受信終了後に、モニタ値の大きさに応じて、バイアス電圧を一時的に増加させる構成とした。これにより、光パケット信号の受信処理において、レベル大の光パケット信号受信後のレベル小の光パケット信号受信感度の劣化を改善することができ、通信品質を向上させることが可能になる。

本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。

光受信装置の原理図である。 増倍率補償制御によって受信感度が改善される様子を示す図である。 第２の実施の形態の光受信装置の構成図である。 インダクタによるバイアス電圧一時増加の様子を示す図である。 時定数制御回路を有する光受信装置の変形例を示す図である。 時定数制御回路を有する光受信装置の変形例を示す図である。 時定数制御回路を有する光受信装置の変形例を示す図である。 第３の実施の形態の光受信装置の構成図である。 バイアス電圧増加信号の波形を示す図である。 第１の構成例の光受信装置を示す図である。 光受信装置の各波形を示す図である。 第２の構成例の光受信装置を示す図である。 第３の構成例の光受信装置を示す図である。 第４の構成例の光受信装置を示す図である。 光受信装置の各波形を示す図である。 第５の構成例の光受信装置を示す図である。 光受信装置の各波形を示す図である。 第６の構成例の光受信装置を示す図である。 光受信装置の変形例を示す図である。 光受信装置の変形例を示す図である。 第４の実施の形態の光受信装置の構成図である。 第１の構成例の光受信装置を示す図である。 光受信装置の各波形を示すタイムチャートである。 第２の構成例の光受信装置を示す図である。 光受信装置の各波形を示すタイムチャートである。 第３の構成例の光受信装置を示す図である。 光受信装置の各波形を示すタイムチャートである。 第４の構成例の光受信装置を示す図である。 光受信装置の各波形を示すタイムチャートである。 第４の実施の形態の変形例を示す図である。 変形例の各波形を示すタイムチャートである。 第５の実施の形態の光受信装置の構成図である。 第１の構成例の光受信装置を示す図である。 光受信装置の各波形を示すタイムチャートである。 第２の構成例の光受信装置を示す図である。 光受信装置の各波形を示すタイムチャートである。 シミュレーション結果を示す図である。 シミュレーション結果を示す図である。 ＰＯＮシステムの構成を示す図である。 ＯＬＴで受信される信号レベルを示す図である。 一定レベルに制御された後の信号レベルを示す図である。 光受信部の概略構成を示す図である。 受光レベルにおけるＡＰＤのバイアス電圧と増倍率との関係を示す図である。 光バースト信号の入力波形を示す図である。 増倍率とＡＰＤの応答波形の関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は光受信装置の原理図である。第１の実施の形態の光受信装置１−１は、受光素子１１、バイアス電圧供給部１２、モニタ部１３、プリアンプ１４ａ、メインアンプ１４ｂから構成されて、バースト伝送される光パケットの受信処理を行う装置である。

受光素子１１は、光パケットを受信して電気信号に変換する。なお、受光素子にはアバランシェ・フォトダイオードを使用するので、以降、ＡＰＤと表記する。バイアス電圧供給部１２は、ＡＰＤ１１にバイアス電圧を供給する（図４２の昇圧回路５４に該当）。

モニタ部１３は、ＡＰＤ１１から出力された電気信号の電流レベルをモニタし、モニタ値をバイアス電圧供給部１２へ送信する。なお、図１では、モニタ部１３をＡＰＤ１１のアノード側に設置して、ＡＰＤ１１出力の電流レベルをモニタする構成としているが、モニタ部１３を光パケットの入力インタフェース部に設置して、光パケットの入力光レベルをモニタする構成としてもよい。

プリアンプ１４ａは、ＡＰＤ１１から出力された電気信号（光電流）の増幅（Ｉ／Ｖ変換を含む）を行い、メインアンプ１４ｂは、光パケット毎に入力レベルの異なるバースト信号を識別増幅して、一定レベルに変換して出力する。

このような構成において、バイアス電圧供給部１２は、光パケットの受信終了直後に、モニタ部１３から送信されたモニタ値の大きさに応じて、バイアス電圧を一時的に増加させ、ＡＰＤ１１の増倍率補償を行う。

ここで、“受信終了直後”とは、光パケットの受信を終了してから次の光パケットを受信するまでの間の時間帯のことであり、入力レベルの大きな光パケットが入力するとＡＰＤ１１の増倍率が低下することから、この時間帯ですみやかに増倍率補償を開始することになる。

次に本発明の増倍率補償について説明する。図４５で上述したように、入力レベルが大きい光パケット（以下、大レベル光パケットと呼ぶ）を受信すると増倍率が低下した状態となるので、ＡＰＤへのバイアス電圧の供給が固定の場合においては、大レベル光パケットの受信直後に、入力レベルが小さい光パケット（以下、小レベル光パケットと呼ぶ）を受信すると、増倍率が低下した状態から、小レベル光パケットの正常な受信感度を得るのに必要な増倍率になるまでの復帰に遅れ（区間Ｔ）が生じ、これにより受信感度の劣化が生じていた。

したがって、受信感度劣化を改善するために、バイアス電圧供給部１２では、光パケットの受信終了直後には、増倍率の復帰に必要な区間Ｔの増倍率復帰時間の間、バイアス電圧を一時的に増加させる制御を行って、増倍率の低下を補償する（バイアス電圧を一時的に増加させるとは、具体的には、増倍率復帰時間の間、増加させるということである）。

図２は増倍率補償制御によって受信感度が改善される様子を示す図である。波形ｈ１は入力光パケットを示し、横軸は時間、縦軸は光レベルであり、波形ｈ２は一時増加させたバイアス電圧を示し、横軸は時間、縦軸は電圧レベルである。

また、波形ｈ３は補償された増倍率を示し、横軸は時間、縦軸は増倍率であり、波形ｈ４はＡＰＤ１１から出力された光電流のＩ／Ｖ変換後の波形を示し、横軸は時間、縦軸は電圧レベルである。なお、大レベル光パケットｐ１のＯ／Ｅ変換後の電気信号の大レベルパケットｐ１ａと、小レベル光パケットｐ２のＯ／Ｅ変換後の電気信号の小レベルパケットｐ２ａとを示している。

バイアス電圧供給部１２は、光パケットｐ１の直後に、ＡＰＤ１１のバイアス電圧を増倍率復帰時間Ｔにおいて増加させ、光パケットｐ１の直後に受信した光パケットｐ２で生じていた増倍率の低下を補償する。

この制御により、小レベル光パケットｐ２の増倍率は、先頭部分も含めて全体で一定となるため、従来、小レベルパケットｐ２ａの先頭箇所で発生していた振幅減少を抑制することができ（振幅減少が生じないので）、大レベル光パケットｐ１の受信直後に小レベル光パケットｐ２を受信したような場合でも、受信感度を良好に保つことが可能になる。

ここで、ＡＰＤ１１は、光パケットを受信すると光電流に変換し、モニタ部１３は、光電流をモニタしてモニタ値をバイアス電圧供給部１２へ送信するが、バイアス電圧供給部１２は、受信したモニタ値の変化点によって、光パケットの受信が終了したか否かを認識する。

すなわち、１つの光パケットを受信している場合は、モニタ値は一定であるから、モニタ値が変化したところは、現在受信している光パケットから他の光パケットへ受信が切り替わるところとみなしてよい。したがって、光パケットモニタ値の変化点によって、光パケットの受信直後か否かを判断できる。

また、モニタ値の大きさに応じてバイアス電圧を増加させるというのは、モニタ値の大きさに比例してバイアス電圧の増加量を決めるということである。例えば、バイアス電圧供給部１２は、モニタ値と、モニタ値に対応したバイアス電圧の増加量とを関連づけたデータ（テーブル）をあらかじめ記憶しておき、モニタ値を受信すると、該当データにもとづいて、モニタ値の大きさに応じたバイアス電圧の増加量を決定する。そして、光パケットの受信終了直後に、決定した増加量で、バイアス電圧を一時的に増加させる。

一方、モニタ値が十分に小さい場合は、現在受信している光パケットのレベルよりも、次にバースト受信する光パケットのレベルが大きくなる可能性もあるので、モニタ値があらかじめ定めた値より小さい場合には、バイアス電圧の一時増加を行わないように制御することも可能である。

次に第２の実施の形態の光受信装置について説明する。図３は第２の実施の形態の光受信装置の構成図である。光受信装置１−２は、ＡＰＤ１１、バイアス電圧供給部１２、プリアンプ１４ａ、メインアンプ１４ｂ、インダクタＬから構成されて、バースト伝送される光パケットの受信処理を行う装置である。なお、図１と同じ構成要素には同じ符号を付けて説明は省略する。

インダクタＬの一端は、バイアス電圧供給部１２のバイアス電圧出力端と接続し、インダクタＬの他端は、ＡＰＤ１１のカソードに接続する。インダクタＬは、大レベル光パケットの受信後に、小レベル光パケットを受信した場合のＡＰＤ１１の光電流量の減少によって、誘導起電力を発生して、大レベル光パケットの受信直後に、バイアス電圧を一時的に増加させる。

図４はインダクタＬによるバイアス電圧一時増加の様子を示す図である。波形ｈ５は、一時増加させたバイアス電圧を示し、横軸は時間、縦軸は電圧レベルであり、波形ｈ６は、入力光パケットを示し、横軸は時間、縦軸は光レベルである。

大レベル光パケットｐ１を受信している間は、ＡＰＤ１１を流れる光電流は一定であるので、インダクタＬを流れる光電流も一定であり、このためバイアス電圧はほぼ一定となる。一方、大レベル光パケットｐ１の受信後に、小レベル光パケットｐ２を受信すると、ＡＰＤ１１を流れる光電流は減少するので、インダクタＬを流れる光電流も減少し、インダクタＬには一時的に誘導起電力が発生する。

このため、大レベル光パケットｐ１の受信直後の小レベル光パケットｐ２の先頭部分では、誘導起電力が付加されて増加したバイアス電圧が印加されることになり、大レベル光パケットから小レベル光パケットの受信時に生じていたＡＰＤ１１の増倍率の低下を補償することが可能になる。

なお、光パケットｐ２よりレベルの高い光パケットｐ３を受信するときは、光パケットｐ２と光パケットｐ３との受信タイミングの境界では、インダクタＬを流れる光電流は増加するので、誘導起電力が下がることになる。このため、光パケットｐ２の受信直後の光パケットｐ３の先頭では、やや減少したバイアス電圧がかかることになる。

次に光受信装置１−２の変形例について説明する。変形例の構成は、インダクタＬの周辺に時定数制御回路を設けて、バイアス電圧の増加量及び増加時間（時定数幅）を調節可能にしたものである。

図５は時定数制御回路を有する光受信装置の変形例を示す図である。光受信装置１−２ａは、時定数制御回路１５ａを有しており、時定数制御回路１５ａは、コンデンサＣ０を含む。コンデンサＣ０の一端は、インダクタＬの他端とＡＰＤ１１のカソードに接続し、コンデンサＣ０の他端は、ＧＮＤに接続する。

図６は時定数制御回路を有する光受信装置の変形例を示す図である。光受信装置１−２ｂは、時定数制御回路１５ｂを有し、時定数制御回路１５ｂは、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１を含む。抵抗Ｒ１の一端は、インダクタＬの他端とＡＰＤ１１のカソードに接続し、抵抗Ｒ１の他端は、コンデンサＣ１の一端と接続する。コンデンサＣ１の他端はＧＮＤに接続する。

図７は時定数制御回路を有する光受信装置の変形例を示す図である。光受信装置１−２ｃは、時定数制御回路１５ｃを有し、時定数制御回路１５ｃは、抵抗Ｒ２、Ｒ３、コンデンサＣ２を含む。抵抗Ｒ２の一端はインダクタＬの他端と接続し、抵抗Ｒ２の他端は、抵抗Ｒ３の一端とＡＰＤ１１のカソードと接続する。抵抗Ｒ３の他端は、コンデンサＣ２の一端と接続する。コンデンサＣ２の他端はＧＮＤに接続する。

上記の図５〜図７に示すような時定数制御回路１５ａ〜１５ｃを設けて、インダクタ、抵抗、コンデンサの値をそれぞれ調整し、誘導起電力が付加されたバイアス電圧の波形を振幅方向または時間方向に変化させることで、増倍率復帰時間の間、所望のバイアス電圧に増加させるように調整することが可能になる。

次に第３の実施の形態の光受信装置について説明する。図８は第３の実施の形態の光受信装置の構成図である。光受信装置１−３は、ＡＰＤ１１、バイアス電圧供給部１２、プリアンプ１４ａ、メインアンプ１４ｂ、モニタ部１６、信号処理部１７、加算部１８から構成されて、バースト伝送される光パケットの受信処理を行う装置である。また、モニタ部１６とＡＰＤ１１のカソードは、抵抗Ｒ０を介して接続される。なお、以降の説明では、すでに上述した構成要素には同じ符号を付けて重複する構成要素の説明は省略する。

モニタ部１６は、電気信号をモニタしてモニタ信号を出力する。具体的には、モニタ部１６としてカレントミラー回路を使用した場合には、ＡＰＤ１１から出力された光電流を複製（コピー）し、複製した光電流をモニタ信号として出力するようにする。

信号処理部１７は、モニタ信号に対して信号処理を行って、光パケットの受信終了直後に、バイアス電圧を一時的に増加させるための補償信号ｍ０を生成する。加算部１８は、ＡＰＤ１１のバイアス電圧に補償信号ｍ０を加算して、加算した信号をＡＰＤ１１に供給する。また、信号処理部１７では、増倍率復帰時間の間、バイアス電圧を増加させる補償信号ｍ０を生成して、小レベル光パケットの増倍率の低下を補償する。

次に図３で上述した第２の実施の形態の光受信装置１−２と、第３の実施の形態の光受信装置１−３との特徴の違いについて説明する。なお、以降では、増倍率補償後のＡＰＤ１１へ供給するバイアス電圧をバイアス電圧増加信号とも記載する。

図３で上述した第２の実施の形態の光受信装置１−２では、インダクタＬの誘導起電力を使用してバイアス電圧の一時増加制御を行っているが、このようなＡＰＤ１１を流れる光電流の変化分によって発生するインダクタＬの誘導起電力を使用して、バイアス電圧を増加させる制御の場合は、バイアス電圧増加信号の電力は限られてしまうことになる（光電流は入力信号そのものなので、その光電流を大きくさせたりすることはできないから、バイアス電圧の増加制御に直接関係する光電流を利用したバイアス電圧増加信号の電力も限られる）。

図９はバイアス電圧増加信号の波形を示す図である。第２の実施の形態の光受信装置１−２によって生成されるバイアス電圧増加信号の波形を示している。光受信装置１−２では、バイアス電圧増加信号の電力は一定で限られているので、バイアス電圧増加信号の増加量である高さＨ（小レベル光パケットの先頭部分で跳ね上がる信号増加量）を大きくしようとすると、時定数幅Ｂが狭くなって跳ね上がる部分の波形が細くなり、逆に、保持したい時間分（例えば、増倍率復帰時間）だけ時定数幅Ｂを伸ばそうとすると、高さＨが低くなってしまうというような相反する関係が存在する。

そこで、第３の実施の形態の光受信装置１−３においては、第２の実施の形態の光受信装置１−２のように、バイアス電圧の増加制御に直接関係する、ＡＰＤ１１の光電流そのものを使用してバイアス電圧の一時増加制御を行うのではなく、光電流を複製して、ＡＰＤ１１を流れる光電流と、バイアス電圧の一時増加制御に利用するための光電流との２系統とし、その複製した別系統の光電流（モニタ信号）を利用することでバイアス電圧の一時増加制御を行って、バイアス電圧増加信号の高さＨ及び時定数幅Ｂを任意に調整できるようにして、自由度を広げる構成としたものである。

次に光受信装置１−３の具体的な構成例について説明する。図１０は第１の構成例の光受信装置を示す図である。光受信装置１−３ａは、ＡＰＤ１１、バイアス電圧供給部１２、プリアンプ１４ａ、メインアンプ１４ｂ、カレントミラー回路１６−１、微分回路１７ａ、加算部１８ａから構成される。

加算部１８ａは、抵抗Ｒ４、Ｒ５、コンデンサＣ３を含む。抵抗Ｒ４の一端は、バイアス電圧供給部１２の出力部と接続し、抵抗Ｒ４の他端は、抵抗Ｒ５の一端とカレントミラー回路１６−１の入力端ａと接続する。抵抗Ｒ５の他端は、コンデンサＣ３の一端と接続し、コンデンサＣ３の他端は、微分回路１７ａの出力部と接続する。

図８の信号処理部１７に対応する微分回路１７ａは、抵抗Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、インダクタＬ１、オペアンプ１７ａ−１を含む。抵抗Ｒ６の一端は、カレントミラー回路１６−１の出力端ｃと、インダクタＬ１の一端と、抵抗Ｒ７の一端と接続し、抵抗Ｒ６の他端は、インダクタＬ１の他端とＧＮＤと接続する。

抵抗Ｒ７の他端は、抵抗Ｒ８の一端と、オペアンプ１７ａ−１の入力端（−）と接続する。抵抗Ｒ８の他端は、オペアンプ１７ａ−１の出力端と、コンデンサＣ３の他端と接続し、オペアンプ１７ａ−１の入力端（＋）はＧＮＤと接続する。

なお、カレントミラー回路１６−１は、例えば、ＰＮＰのバイポーラトランジスタを使用した場合、図に示すような回路で構成できる。カレントミラー回路１６−１は、抵抗Ｒａ、Ｒｂ、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２を含む。

入力端ａは、抵抗Ｒａ、Ｒｂの一端と接続し、抵抗Ｒａの他端は、トランジスタＴＲ１のエミッタと接続し、抵抗Ｒｂの他端は、トランジスタＴＲ２のエミッタと接続する。出力端ｂは、トランジスタＴＲ１のコレクタ、ベース及びトランジスタＴＲ２のベースと接続し、出力端ｃは、トランジスタＴＲ２のコレクタと接続する（なお、抵抗Ｒａ、Ｒｂは必ずしも設ける必要はない）。このような回路構成によって、出力端ｂから出力される電流ｉ（ＡＰＤ１１の光電流）は複製されて、出力端ｃからも同じ電流ｉ（モニタ信号）が出力される。

ここで、微分回路１７ａにおいて、インダクタＬ１及び抵抗Ｒ６のＬＲによって入力モニタ信号が微分されて（主にＬの成分によって微分）、微分波形が生成される（すなわち、入力光パケットの先頭部分で急峻となる波形の信号が生成される）。

また、抵抗Ｒ６の抵抗値は、時定数の変化に影響を与える主パラメータとなり、時定数幅Ｂは抵抗Ｒ６の値で主に調整することができる。さらに、オペアンプ１７ａ−１により、時定数幅Ｂが調整された微分信号を増幅（反転増幅）することができるので、高さＨを調整することができる。

そして、オペアンプ１７ａ−１の出力信号（補償信号ｍ１）は、加算部１８ａへ送信されて、ＡＰＤ１１の元のバイアス電圧に加算され、バイアス電圧増加信号となってＡＰＤ１１へ供給される。

なお、微分回路１７ａによって信号が微分されると、高周波成分が出力されるので、加算部１８ａではコンデンサＣ３を設けて、補償信号ｍ１をＡＣ結合することによってバイアス電圧に加算している（ある程度のレベル損失を許容できるならばコンデンサＣ３はなくてもよい）。

図１１は光受信装置１−３ａの各波形を示す図である。波形ｗ１は、抵抗Ｒ０を流れる電流であり、横軸は時間、縦軸は電流である。波形ｗ２は、位置Ｐ１（図１０）で測定した微分回路１７ａから出力される補償信号ｍ１であり、横軸は時間、縦軸は電圧である。波形ｗ３は、位置Ｐ２（図１０）で測定した増倍率補償後のバイアス電圧増加信号Ａ１と、バイアス電圧供給部１２の元のバイアス電圧Ｖ０とを示しており、横軸は時間、縦軸は電圧である。

波形ｗ１の大電流（大レベル光パケットに対応）Ｉ１から小電流（小レベル光パケットに対応）Ｉ２の変化位置において、波形ｗ２では、微分波形を持つ補償信号ｍ１が生じている。また、波形ｗ３には、バイアス電圧Ｖ０に補償信号ｍ１が加算（重畳）されて生成されたバイアス電圧増加信号Ａ１が示されており、大電流Ｉ１から小電流Ｉ２の変化位置において、バイアス電圧が一時的に増加していることがわかる。

なお、波形ｗ３では、バイアス電圧増加信号Ａ１に直流ドロップが生じているが、これはシミュレーション上の装置構成の問題が大きく、シミュレーションを行う上でバイアス系（バイアス電圧供給部１２）に持たせたインピーダンスや、カレントミラー回路１６−１が持っているインピーダンスによって直流ドロップが発生しているものである。

以上説明したように、光受信装置１−３ａによれば、カレントミラー回路１６−１は、光電流を複製し、微分回路１７ａは、複製された光電流であるモニタ信号を微分し、微分波形の時定数を制御することで、バイアス電圧の増加時間を所定の増倍率復帰時間に設定し、時定数設定後に所定のレベルに増幅してバイアス電圧の増加量を設定して補償信号ｍ１を生成する。そして、加算部１８ａは、バイアス電圧と補償信号ｍ１を加算して、増倍率補償のためのバイアス電圧増加信号を生成してＡＰＤ１１へ供給する構成とした。

これにより、バイアス電圧増加信号の増倍率復帰時間（時定数幅Ｂ）と増加量（高さＨ）とを任意に調節することができるので自由度が上がり、より高精度にかつ柔軟に受信感度劣化の改善を行うことが可能になる。

次に第２の構成例について説明する。図１２は第２の構成例の光受信装置を示す図である。光受信装置１−３ｂは、ＡＰＤ１１、バイアス電圧供給部１２、プリアンプ１４ａ、メインアンプ１４ｂ、カレントミラー回路１６−１、微分回路１７ｂ、加算部１８ａから構成される。

図８の信号処理部１７に対応する微分回路１７ｂは、抵抗Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、コンデンサＣ４、オペアンプ１７ｂ−１を含む。抵抗Ｒ９の一端は、カレントミラー回路１６−１の出力端ｃと、コンデンサＣ４の一端と、抵抗Ｒ１０の一端と接続し、抵抗Ｒ９の他端はＧＮＤに接続する。コンデンサＣ４の他端は、抵抗Ｒ１０の他端と、抵抗Ｒ１１の一端と、オペアンプ１７ｂ−１の入力端（−）と接続する。抵抗Ｒ１１の他端は、オペアンプ１７ｂ−１の出力端と、コンデンサＣ３の他端と接続し、オペアンプ１７ｂ−１の入力端（＋）はＧＮＤと接続する。

ここで、第１の構成例の微分回路１７ａでは、ＬＲによって微分を行っていたが、第２の構成例の微分回路１７ｂは、ＣＲ（コンデンサＣ４及び抵抗Ｒ１０）で微分を行う構成となっている。なお、第２の構成例の光受信装置１−３ｂの各波形（抵抗Ｒ０を流れる電流、補償信号、バイアス電圧増加信号）は、図１１で示した波形と同様な形状となるので説明は省略する。

次に第３の構成例について説明する。図１３は第３の構成例の光受信装置を示す図である。光受信装置１−３ｃは、ＡＰＤ１１、バイアス電圧供給部１２、プリアンプ１４ａ、メインアンプ１４ｂ、微分回路１７ｃ、加算部１８ａ、抵抗Ｒ１２から構成される。

抵抗Ｒ１２の一端は、バイアス電圧供給部１２の出力部と接続し、抵抗Ｒ１２の他端は、加算部１８ａ内の抵抗Ｒ４の一端と、微分回路１７ｃ内のコンデンサＣ５の一端と接続する。

図８の信号処理部１７に対応する微分回路１７ｃは、抵抗Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５、コンデンサＣ５、オペアンプ１７ｃ−１を含む。コンデンサＣ５の他端は、抵抗Ｒ１３の一端と、オペアンプ１７ｃ−１の入力端（＋）と接続し、抵抗Ｒ１３の他端はＧＮＤに接続する。抵抗Ｒ１４の一端は、オペアンプ１７ｃ−１の入力端（−）と、抵抗Ｒ１５の一端と接続し、抵抗Ｒ１４の他端はＧＮＤと接続する。オペアンプ１７ｃ−１の出力端は、抵抗Ｒ１５の他端と、コンデンサＣ３の他端と接続する。

ここで、第３の構成例の光受信装置１−３ｃでは、モニタ部１６として、カレントミラー回路１６−１は使用せずに、シリアルの抵抗Ｒ１２をバイアス電圧供給部１２の出力部と加算部１８ａとの間に接続して、バイアス電圧の電圧降下で生じる電流（電圧降下による電流の変化）をモニタ信号として微分回路１７ｃへ送信している。また、微分回路１７ｃでは、ＣＲ（コンデンサＣ５及び抵抗Ｒ１３）で微分を行い、オペアンプ１７ｃ−１の増幅では、非反転増幅を行う構成をとっている。なお、第３の構成例の光受信装置１−３ｃの各波形（抵抗Ｒ０を流れる電流、補償信号、バイアス電圧増加信号）は、図１１で示した波形と同様な形状となるので説明は省略する。

次に第４の構成例について説明する。図１４は第４の構成例の光受信装置を示す図である。光受信装置１−３ｄは、ＡＰＤ１１、バイアス電圧供給部１２、プリアンプ１４ａ、メインアンプ１４ｂ、カレントミラー回路１６−１、積分回路１７ｄ、加算部１８ａから構成される。

図８の信号処理部１７に対応する積分回路１７ｄは、抵抗Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、コンデンサＣ６、オペアンプ１７ｄ−１を含む。抵抗Ｒ１６の一端は、カレントミラー回路１６−１の出力端ｃと、コンデンサＣ６の一端と、オペアンプ１７ｄ−１の入力端（＋）と接続する。抵抗Ｒ１６の他端は、コンデンサＣ６の他端とＧＮＤに接続する。抵抗Ｒ１７の一端は、オペアンプ１７ｄ−１の入力端（−）と、抵抗Ｒ１８の一端と接続し、抵抗Ｒ１７の他端はＧＮＤと接続する。オペアンプ１７ｄ−１の出力端は、抵抗Ｒ１８の他端と、コンデンサＣ３の他端と接続する。

ここで、積分回路１７ｄにおいて、ＣＲ（コンデンサＣ６及び抵抗Ｒ１６）によって入力モニタ信号が積分されて、積分波形が生成される。また、抵抗Ｒ１６の抵抗値は、時定数の変化に影響を与える主パラメータとなり、時定数幅Ｂは抵抗Ｒ１６の値で主に調整することができる。さらに、オペアンプ１７ｄ−１により、時定数幅Ｂが調整された積分信号を増幅（非反転増幅）することができるので、高さＨを調整することができる。

図１５は光受信装置１−３ｄの各波形を示す図である。波形ｗ４は、抵抗Ｒ０を流れる電流であり、横軸は時間、縦軸は電流である。波形ｗ５は、位置Ｐ１（図１４）で測定した積分回路１７ｄから出力される補償信号ｍ２であり、横軸は時間、縦軸は電圧である。波形ｗ６は、位置Ｐ２（図１４）で測定した増倍率補償後のバイアス電圧増加信号Ａ２と、バイアス電圧供給部１２の元のバイアス電圧Ｖ０とを示しており、横軸は時間、縦軸は電圧である。

波形ｗ４の大電流（大レベル光パケットに対応）Ｉ１から小電流（小レベル光パケットに対応）Ｉ２の変化位置において、波形ｗ５では、積分波形を持つ補償信号ｍ２が生じている。また、波形ｗ６には、バイアス電圧Ｖ０に補償信号ｍ２が加算（重畳）されて生成されたバイアス電圧増加信号Ａ２が示されており、大電流Ｉ１から小電流Ｉ２の変化位置において、バイアス電圧が一時的に増加していることがわかる。

以上説明したように、光受信装置１−３ｄによれば、積分回路１７ｄは、モニタ信号を積分し、積分波形の時定数を制御することで、バイアス電圧の増加時間を所定の増倍率復帰時間に設定し、時定数設定後に所定のレベルに増幅してバイアス電圧の増加量を設定して補償信号ｍ２を生成する。そして、加算部１８ａは、バイアス電圧と補償信号ｍ２を加算して、増倍率補償のためのバイアス電圧増加信号を生成してＡＰＤ１１へ供給する構成とした。

これにより、バイアス電圧増加信号の増倍率復帰時間（時定数幅Ｂ）と増加量（高さＨ）とを任意に調節することができるので自由度が上がり、より高精度にかつ柔軟に受信感度劣化の改善を行うことが可能になる。

次に第５の構成例について説明する。図１６は第５の構成例の光受信装置を示す図である。光受信装置１−３ｅは、ＡＰＤ１１、バイアス電圧供給部１２、プリアンプ１４ａ、メインアンプ１４ｂ、カレントミラー回路１６−１、ピーク検出回路１７ｅ、加算部１８ａから構成される。第５の構成例では、モニタ信号のピーク検出を行い、ピーク検出波形を補償信号とするものである。

図８の信号処理部１７に対応するピーク検出回路１７ｅは、抵抗Ｒ１９、コンデンサＣ７、ダイオードＤ１、オペアンプ１７ｅ−１を含む。抵抗Ｒ１９の一端は、カレントミラー回路１６−１の出力端ｃと、オペアンプ１７ｅ−１の入力端（＋）と接続し、抵抗Ｒ１９の他端はＧＮＤに接続する。オペアンプ１７ｅ−１の出力端は、ダイオードＤ１のアノードと接続し、ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ７の一端と、オペアンプ１７ｅ−１の入力端（−）と、コンデンサＣ３の他端と接続し、コンデンサＣ７の他端はＧＮＤに接続する。

図１７は光受信装置１−３ｅの各波形を示す図である。波形ｗ７は、抵抗Ｒ０を流れる電流であり、横軸は時間、縦軸は電流である。波形ｗ８は、位置Ｐ１（図１６）で測定したピーク検出回路１７ｅから出力される補償信号ｍ３であり、横軸は時間、縦軸は電圧である。波形ｗ９は、位置Ｐ２（図１６）で測定した増倍率補償後のバイアス電圧増加信号Ａ３と、バイアス電圧供給部１２の元のバイアス電圧Ｖ０とを示しており、横軸は時間、縦軸は電圧である。

波形ｗ７の大電流（大レベル光パケットに対応）Ｉ１から小電流（小レベル光パケットに対応）Ｉ２の変化位置において、波形ｗ８では、ピークホールドされた信号波形を持つ補償信号ｍ３が生じている。なお、ピーク検出回路１７ｅでは、時定数による立ち上がりと立ち下りの波形応答特性が異なり、波形の立ち上がりは急峻で、立ち下りは放電作用によってゆるやかになる。したがって、ピーク検出回路１７ｅの出力には、積分波形と類似した波形が現れる（積分波形と異なるのは、立ち上がり部分が急峻であること）。

一方、波形ｗ９には、バイアス電圧Ｖ０に補償信号ｍ３が加算（重畳）されて生成されたバイアス電圧増加信号Ａ３が示されており、大電流Ｉ１から小電流Ｉ２の変化位置において、バイアス電圧が一時的に増加していることがわかる。

次に第６の構成例について説明する。図１８は第６の構成例の光受信装置を示す図である。光受信装置１−３ｆは、ＡＰＤ１１、バイアス電圧供給部１２、プリアンプ１４ａ、メインアンプ１４ｂ、カレントミラー回路１６−１、ピーク検出回路１７ｆ、加算部１８ｂから構成される。

ここで、第５の構成例で示したピーク検出回路１７ｅは利得がない回路なので、第６の構成例ではピーク検出回路内のオペアンプに回路を付加して増幅できるようにした構成のものである。

加算部１８ｂは、抵抗Ｒ４、Ｒ５を含み、抵抗Ｒ４の一端は、バイアス電圧供給部１２の出力端と接続し、抵抗Ｒ４の他端は、抵抗Ｒ５の一端とカレントミラー回路１６−１の入力端ａと接続する。抵抗Ｒ５の他端は、ピーク検出回路１７ｆの出力部と接続する。

図８の信号処理部１７に対応するピーク検出回路１７ｆは、抵抗Ｒ２０、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、コンデンサＣ８、ダイオードＤ２、オペアンプ１７ｆ−１、バッファ１７ｆ−２から構成される。抵抗Ｒ２０の一端は、カレントミラー回路１６−１の出力端ｃと、オペアンプ１７ｆ−１の入力端（＋）と接続し、抵抗Ｒ２０の他端はＧＮＤに接続する。

抵抗Ｒ２１の一端は、オペアンプ１７ｆ−１の入力端（−）と抵抗Ｒ２２の一端と接続し、抵抗Ｒ２１の他端はＧＮＤに接続する。オペアンプ１７ｆ−１の出力端は、ダイオードＤ２のアノードと接続し、ダイオードＤ２のカソードは、コンデンサＣ８の一端と、抵抗Ｒ２３の一端と、バッファ１７ｆ−２の入力端と接続する。

コンデンサＣ８の他端は、抵抗Ｒ２３の他端とＧＮＤに接続する。バッファ１７ｆ−２の出力端は、抵抗Ｒ２２の他端と抵抗Ｒ５の他端と接続する。なお、光受信装置１−３ｆの各波形（抵抗Ｒ０を流れる電流、補償信号、バイアス電圧増加信号）は、図１７で示した波形と同様な形状となるので説明は省略する。

次に変形例について説明する。図１９は光受信装置の変形例を示す図である。光受信装置１−３ｇは、図１０、図１２、図１３で示した微分回路（図１９では微分回路１７０と表示）から出力される高周波ノイズをカットするためにローパスフィルタ１９を設けたものである。

図２０は光受信装置の変形例を示す図である。光受信装置１−３ｈは、信号処理部１７をディジタル信号処理で行うものであり、信号処理部１７は、モニタ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１７ｈ−１と、Ａ／Ｄコンバータ１７ｈ−１からの出力信号のディジタル信号処理を行ってディジタル補償信号を生成するディジタル信号処理部１７ｈ−２と、ディジタル補償信号をアナログ補償信号に変換して加算部１８へ送信するＤ／Ａコンバータ１７ｈ−３とから構成される。

次に第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態では、光パケットの先頭を示す検出パルスにもとづいて、光パケットの先頭を認識して、バイアス電圧の一時増加制御を行うものである。

図２１は第４の実施の形態の光受信装置の構成図である。光受信装置１−４は、ＡＰＤ１１、プリアンプ１４ａとメインアンプ１４ｂを含むアンプ部１４、モニタ部２１、補償パルス信号生成部２２、バイアス電圧補償部２３から構成されて、バースト伝送される光パケットの受信処理を行う装置である。

モニタ部２１は、光パケットの入力レベルまたはＡＰＤ１１によって光パケットから変換された電気信号をモニタする。補償パルス信号生成部２２は、光パケットの検出を示す検出パルスを契機にして、モニタ信号にもとづき、補償パルス信号を生成する。バイアス電圧補償部２３は、ＡＰＤ１１のバイアス電圧に、補償パルス信号を加算して、一時的に増加させたバイアス電圧補償信号を生成する。図２１では、バイアス電圧補償信号はモニタ部２１を介してＡＰＤ１１へ供給されている構成を示している。

次に第１の構成例について説明する。図２２は第１の構成例の光受信装置を示す図であり、図２３は光受信装置の各波形を示すタイムチャートである。光受信装置１−４ａは、ＡＰＤ１１、アンプ部１４、モニタ部２１、補償パルス信号生成部２２、バイアス電圧補償部２３−１から構成される。バイアス電圧補償部２３−１は、加算部２３ａと時定数回路２３ｂを含む。

ここで、図２３のＰ１のようにバースト送信された光パケットが入力された場合、モニタ部２１にて光パケットの入力レベルの検出が行われる（Ｐ２）。補償パルス信号生成部２２では、モニタ値を記憶する媒体を有しており、モニタ値に応じたＡＰＤバイアス電圧の補償電圧振幅を決定する。

すなわち、補償パルス信号生成部２２は、モニタ信号のモニタ値と、モニタ値に対応した振幅値とを関連づけたデータ（テーブル）をあらかじめ記憶しておき、モニタ信号を受信すると、該当データにもとづいて、モニタ値の大きさに応じた振幅値を決定し、決定した振幅値を持つパルス信号を補償パルス信号として生成する（Ｐ４）。

また、補償パルス信号生成部２２では、上位システムから送信される光パケットの入力を示すリセットパルス（Ｐ３）をトリガとして、補償パルス信号を出力する（Ｐ４）。
加算部２３ａは、補償パルス信号とＡＰＤ１１のバイアス電圧とを加算して加算信号を生成する（Ｐ５）。また、時定数回路２３ｂは、時定数制御により、加算信号の波形を、大レベル光パケットの受信直後に、小レベル光パケットを受信した場合の大レベル光パケットによって低下したＡＰＤ１１の増倍率が、小レベル光パケットの所定の増倍率に復帰するまでの間の増倍率変動の特性（図４５で上述した増倍率）と逆特性となるような波形に変換してバイアス電圧補償信号を生成する。

すなわち、加算信号は、増倍率変動の過渡応答特性と逆特性となるように構成された時定数回路２３ｂを通ることで、ＡＰＤ増倍率変動を補正するためのバイアス電圧補償信号（Ｐ６）が生成される。

次に第２の構成例について説明する。図２４は第２の構成例の光受信装置を示す図であり、図２５は光受信装置の各波形を示すタイムチャートである。光受信装置１−４ｂは、ＡＰＤ１１、アンプ部１４、モニタ部２１、補償パルス信号生成部２２、バイアス電圧補償部２３−２から構成される。バイアス電圧補償部２３−２は、加算部２３ａと時定数回路２３ｂを含む。

ここで、図２５のＰ１のようにバースト送信された光パケットが入力された場合、モニタ部２１にて光パケットの入力レベルの検出が行われる（Ｐ２）。補償パルス信号生成部２２は、モニタ値と振幅値をあらかじめ記憶したデータにもとづき、モニタ値に応じたＡＰＤバイアス電圧の補正電圧振幅を決定する。そして、補償パルス信号生成部２２は、上位システムから供給されるリセットパルス（Ｐ３）をトリガとして、補償パルス信号を生成して出力する（Ｐ４）。

一方、時定数回路２３ｂは、時定数制御により、補償パルス信号の波形を、大レベル光パケットの受信直後に、小レベル光パケットを受信した場合の大レベル光パケットによって低下したＡＰＤ１１の増倍率が、小レベル光パケットの所定の増倍率に復帰するまでの間の増倍率変動の特性と逆特性となるような波形に変換する（Ｐ５）。そして、加算部２３ａは、逆特性の波形を持つ信号とバイアス電圧とを加算してバイアス電圧補償信号を生成し、ＡＰＤ１１へ供給する（Ｐ６）。

次に第３の構成例について説明する。図２６は第３の構成例の光受信装置を示す図であり、図２７は光受信装置の各波形を示すタイムチャートである。光受信装置１−４ｃは、ＡＰＤ１１、アンプ部１４（プリアンプ１４ａとメインアンプ１４ｂを含む）、モニタ部２１、補償パルス信号生成部２２、バイアス電圧補償部２３−１、クロック抽出部２４から構成される。バイアス電圧補償部２３−１は、加算部２３ａと時定数回路２３ｂを含む。また、クロック抽出部２４は、メインアンプ１４ｂからの出力信号から、データ再生処理を行うためのクロック抽出を行うＣＤＲ（Clock Data Recovery）である。

ここで、図２７のＰ１のようにバースト送信された光パケットが入力された場合、モニタ部２１にて光パケットの入力レベルの検出が行われる（Ｐ２）。補償パルス信号生成部２２では、モニタ値と振幅値をあらかじめ記憶したデータにもとづき、モニタ値に応じたＡＰＤバイアス電圧の補正電圧振幅を決定する。また、補償パルス信号生成部２２は、メインアンプ１４ｂで生成される信号検出パルス（Signal Detect：Ｐ３）をトリガとして、補償パルス信号を生成して出力する（Ｐ４）。

加算部２３ａは、補償パルス信号とＡＰＤ１１のバイアス電圧とを加算して加算信号を生成する（Ｐ５）。さらに、時定数回路２３ｂは、時定数制御により、加算信号の波形を、大レベル光パケットの受信直後に、小レベル光パケットを受信した場合の大レベル光パケットによって低下したＡＰＤ１１の増倍率が、小レベル光パケットの所定の増倍率に復帰するまでの間の増倍率変動の特性と逆特性となるような波形に変換してバイアス電圧補償信号を生成する。

すなわち、加算信号は、増倍率変動の過渡応答特性と逆特性となるように構成された時定数回路２３ｂを通ることで、ＡＰＤ増倍率変動を補正するためのバイアス電圧補償信号（Ｐ６）が生成される。

なお、検出パルスとして、信号検出パルス（Signal Detect）の代わりに、クロック抽出部２４から出力されるクロック同期外れパルス（Loss of Lock）を使用してもよい。
次に第４の構成例について説明する。図２８は第４の構成例の光受信装置を示す図であり、図２９は光受信装置の各波形を示すタイムチャートである。光受信装置１−４ｄは、ＡＰＤ１１、アンプ部１４（プリアンプ１４ａとメインアンプ１４ｂを含む）、モニタ部２１、補償パルス信号生成部２２、バイアス電圧補償部２３−２、クロック抽出部２４から構成される。バイアス電圧補償部２３−２は、加算部２３ａと時定数回路２３ｂを含む。

ここで、図２９のＰ１のようにバースト送信された光パケットが入力された場合、モニタ部２１にて光パケットの入力レベルの検出が行われる（Ｐ２）。補償パルス信号生成部２２は、モニタ値と振幅値をあらかじめ記憶したデータにもとづき、モニタ値に応じたＡＰＤバイアス電圧の補正電圧振幅を決定する。また、補償パルス信号生成部２２は、メインアンプ１４ｂで生成される信号検出パルス（Signal Detect：Ｐ３）をトリガとして、補償パルス信号を生成して出力する（Ｐ４）。

一方、時定数回路２３ｂは、時定数制御により、補償パルス信号の波形を、大レベル光パケットの受信直後に、小レベル光パケットを受信した場合の大レベル光パケットによって低下したＡＰＤ１１の増倍率が、小レベル光パケットの所定の増倍率に復帰するまでの間の増倍率変動の特性と逆特性となるような波形に変換する（Ｐ５）。そして、加算部２３ａは、逆特性の波形を持つ信号とバイアス電圧とを加算してバイアス電圧補償信号を生成する（Ｐ６）。

なお、検出パルスとして、信号検出パルス（Signal Detect）の代わりに、クロック抽出部２４から出力されるクロック同期外れパルス（Loss of Lock）を使用してもよい。
次に変形例について説明する。図３０は第４の実施の形態の変形例を示す図であり、図３１は変形例の各波形を示すタイムチャートである。光受信装置１−４ｅは、ＡＰＤ１１、アンプ部１４、モニタ部２１、補償パルス信号生成部２２−１、バイアス電圧補償部２３−１から構成される。また、補償パルス信号生成部２２−１は、時定数回路２２ａと乗算部２２ｂを含み、バイアス電圧補償部２３−１は、加算部２３ａと時定数回路２３ｂを含む。

ここで、時定数回路２２ａは、パルス状のモニタ信号に対して、時定数制御を施してモニタ信号の立ち下り部分の波形に傾斜を持たせる（Ｐ２）。乗算部２２ｂは、傾斜部分の信号と検出パルス（リセットパルス（Ｐ３））との積（論理積）をとった波形を補償パルス信号として生成して出力する（Ｐ４）。

加算部２３ａは、補償パルス信号とＡＰＤ１１のバイアス電圧とを加算して加算信号を生成する（Ｐ５）。また、時定数回路２３ｂは、時定数制御により、加算信号の波形を、大レベル光パケットの受信直後に、小レベル光パケットを受信した場合の大レベル光パケットによって低下したＡＰＤ１１の増倍率が、小レベル光パケットの所定の増倍率に復帰するまでの間の増倍率変動の特性と逆特性となるような波形に変換してバイアス電圧補償信号を生成する。

このように、モニタ値と振幅値をあらかじめ記憶したデータを、補償パルス信号生成部に持たせるといった構成の他に、モニタ信号に時定数を持たせた信号と、上位システムから供給されるリセットパルスとの乗算演算（AND）したものを補償パルス信号としてもよい。なお、リセットパルスの他に、信号検出パルスやクロック同期外れパルスを用いてもよい。

次に第５の実施の形態について説明する。第５の実施の形態は、基本的な構成は第４の実施の形態と類似しているが、ＡＰＤ１１の後段に配置されるアンプ部１４の利得を制御することで、ＡＰＤ１１の増倍率補償を行うものである。

図３２は第５の実施の形態の光受信装置の構成図である。光受信装置１−５は、ＡＰＤ１１、アンプ部１４、モニタ部３１、補償パルス信号生成部３２、利得補正部３３から構成されて、バースト伝送される光パケットの受信処理を行う装置である。

モニタ部３１は、光パケットの入力レベルまたはＡＰＤ１１によって光パケットから変換された電気信号をモニタする。補償パルス信号生成部３２は、光パケットの検出を示す検出パルスを契機にして、モニタ信号にもとづき、補償パルス信号を生成する。利得補正部３３は、補償パルス信号に時定数制御を施して、アンプ部１４の利得を補正する利得補正信号を生成し、利得補正信号をアンプ部１４へ送信する。

ここで、利得補正部３３は、大レベル光パケットの受信直後に、小レベル光パケットを受信した場合に、大レベル光パケットによって低下したＡＰＤ１１の増倍率が、小レベル光パケットの所定の増倍率に復帰するまでに要する増倍率復帰時間の間、アンプ部１４の利得を増加させて、小レベル光パケット受信時の増倍率の低下を補償する。

次に第１の構成例について説明する。図３３は第１の構成例の光受信装置を示す図であり、図３４は光受信装置の各波形を示すタイムチャートである。光受信装置１−５ａは、ＡＰＤ１１、アンプ部１４（プリアンプ１４ａとメインアンプ１４ｂを含む）、モニタ部３１、補償パルス信号生成部３２、利得補正部３３−１から構成される。利得補正部３３−１は、時定数回路３３ａを含む。なお、プリアンプ１４ａには、例えば、ＴＩＡ（Trans Impedance Amplifier）が使用される。

ここで、図３４のＰ１のようにバースト送信された光パケットが入力された場合、モニタ部３１にて光パケットの入力レベルの検出が行われる（Ｐ２）。補償パルス信号生成部３２では、モニタ値と振幅値をあらかじめ記憶したデータにもとづき、モニタ値に応じたＡＰＤバイアス電圧の補正電圧振幅を決定する。また、補償パルス信号生成部３２では、システムから供給されるリセットパルス（Ｐ３）をトリガとして、補償パルス信号を生成して出力する（Ｐ４）。

時定数回路３３ａは、時定数制御により、補償パルス信号の波形を、大レベル光パケットの受信直後に、小レベル光パケットを受信した場合の大レベル光パケットによって低下したＡＰＤ１１の増倍率が、小レベル光パケットの所定の増倍率に復帰するまでの間の増倍率変動の特性と逆特性となるような波形に変換して利得補正信号を生成する。

すなわち、補償パルス信号は、増倍率変動の過渡応答特性と逆特性となるように構成された時定数回路３３ａを通ることで、ＡＰＤ増倍率変動を補正するための利得補正信号（Ｐ５）が生成され、プリアンプ１４ａに送信される。そして、プリアンプ１４ａでは、利得補正信号によって増倍率変動時間の間、利得が増加した状態となることで（Ｐ６）、増倍率補償が実行される。

次に第２の構成例について説明する。図３５は第２の構成例の光受信装置を示す図であり、図３６は光受信装置の各波形を示すタイムチャートである。光受信装置１−５ｂは、ＡＰＤ１１、アンプ部１４（プリアンプ１４ａとメインアンプ１４ｂを含む）、モニタ部３１、補償パルス信号生成部３２−１、利得補正部３３−１、クロック抽出部３４から構成される。利得補正部３３−１は、時定数回路３３ａを含む。また、クロック抽出部３４は、メインアンプ１４ｂからの出力信号からデータ再生処理を行うためのクロック抽出を行うＣＤＲ（Clock Data Recovery）である。

ここで、図３６のＰ１のようなバースト送信された光パケットが入力された場合、モニタ部３１にて光パケットの入力レベルの検出が行われる（Ｐ２）。補償パルス信号生成部３２−１では、モニタ値と振幅値をあらかじめ記憶したデータにもとづき、モニタ値に応じたＡＰＤバイアス電圧の補正電圧振幅を決定する。また、補償パルス信号生成部３２−１では、メインアンプ１４ｂで生成される信号検出信号（Signal Detect：Ｐ３）をトリガとして、補償パルス信号を生成して出力する（Ｐ４）。

時定数回路３３ａは、時定数制御により、補償パルス信号の波形を、大レベル光パケットの受信直後に、小レベル光パケットを受信した場合の大レベル光パケットによって低下したＡＰＤ１１の増倍率が、小レベル光パケットの所定の増倍率に復帰するまでの間の増倍率変動の特性と逆特性となるような波形に変換して利得補正信号を生成する。

すなわち、補償パルス信号は、増倍率変動の過渡応答特性と逆特性となるように構成された時定数回路３３ａを通ることで、ＡＰＤ増倍率変動を補正するための利得補正信号（Ｐ５）が生成される。利得補正信号はプリアンプ１４ａに送信される。そして、プリアンプ１４ａでは、利得補正信号によって増倍率変動時間の間、利得が増加した状態となることで（Ｐ６）、増倍率補償が実行される。

なお、検出パルスとして、信号検出パルス（Signal Detect）の代わりに、クロック抽出部３４から出力されるクロック同期外れパルス（Loss of Lock）を使用してもよい。
次に応用例について説明する。図２１の第４の実施の形態において、補償パルス信号生成部２２は、モニタ信号から、過剰なレベルの光パケットが入力したことを認識すると、バイアス電圧補償部２３をシャットダウンさせるシャットダウン信号を出力する構成とすることが可能である。これにより、過剰光信号が入力された際のＡＰＤ素子の破壊防止を行うことが可能になる。

また、図３２の第５の実施の形態においても同様にして、補償パルス信号生成部３２は、モニタ信号から、過剰なレベルの光パケットが入力したことを認識すると、利得補正部３３をシャットダウンさせるシャットダウン信号を出力することが可能である。

次にシミュレーション結果について説明する。図３７、図３８はシミュレーション結果を示す図である。第２の実施の形態の光受信装置１−２のシミュレーション結果を示している。波形ｈ１１は、横軸は時間、縦軸はバイアス電圧であり、波形ｈ１２は、横軸は時間、縦軸はＡＰＤ電流である。なお、図３８は図３７のＴ０における拡大図である。

大レベル光パケットの受信直後にＡＰＤバイアス電圧を一時的に増加させる構成としたことにより、シミュレーション結果からも大レベル光パケットの受信直後のＡＰＤのバイアス電圧が増加し、Ｍ値の低下が抑制されていることが示されており、大レベル光パケット直後の光パケットの受信感度を改善することが可能になる。

上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。

符号の説明

１−１ 光受信装置
１１ 受光素子（ＡＰＤ）
１２ バイアス電圧供給部
１３ モニタ部
１４ａ プリアンプ
１４ｂ メインアンプ

Claims (23)

1. バースト形式で伝送される光パケット信号の受信処理を行う光受信装置において、
   前記光パケット信号を受信して電気信号に変換する受光素子と、
   前記受光素子にバイアス電圧を供給するバイアス電圧供給部と、
   前記光パケット信号の入力レベルまたは前記電気信号をモニタし、モニタ値を前記バイアス電圧供給部へ送信するモニタ部と、
   を有し、
   前記バイアス電圧供給部は、前記光パケット信号の受信終了後に、前記モニタ値の大きさに応じて、前記バイアス電圧を一時的に増加させる、
   ことを特徴とする光受信装置。
2. 入力レベルが大きい前記光パケット信号である光大信号の受信後に、入力レベルが小さい前記光パケット信号である光小信号を受信した場合に、前記光大信号によって低下した前記受光素子の増倍率が、前記光小信号の所定の前記増倍率に復帰するまでに要する増倍率復帰時間の間、前記バイアス電圧供給部は、前記バイアス電圧を増加させて、前記光小信号受信時の前記増倍率の低下を補償することを特徴とする請求の範囲第１項記載の光受信装置。
3. バースト形式で伝送される光パケット信号の受信処理を行う光受信装置において、
   前記光パケット信号を受信して電気信号に変換する受光素子と、
   前記受光素子にバイアス電圧を供給するバイアス電圧供給部と、
   入力レベルが大きい前記光パケット信号である光大信号の受信後に、入力レベルが小さい前記光パケット信号である光小信号を受信した場合の前記電気信号の電流量の減少によって、誘導起電力を発生して、前記光大信号の受信後に、前記バイアス電圧を一時的に増加させるインダクタと、
   を有することを特徴とする光受信装置。
4. 前記光大信号の受信後に前記光小信号を受信した場合に、前記光大信号によって低下した前記受光素子の増倍率が、前記光小信号の所定の前記増倍率に復帰するまでに要する増倍率復帰時間の間、前記バイアス電圧を増加するように、
   前記インダクタの周辺に設置されて、時定数を制御することで、前記誘導起電力が付加された前記バイアス電圧の波形を変化させる時定数制御回路をさらに有することを特徴とする請求の範囲第３項記載の光受信装置。
5. バースト形式で伝送される光パケット信号の受信処理を行う光受信装置において、
   前記光パケット信号を受信して電気信号に変換する受光素子と、
   前記電気信号をモニタしてモニタ信号を出力するモニタ部と、
   前記モニタ信号に対して信号処理を行って補償信号を生成する信号処理部と、
   前記受光素子のバイアス電圧に前記補償信号を加算して、前記受光素子に供給する加算部と、
   を有し、
   前記信号処理部は、前記光パケット信号の受信終了後に、前記バイアス電圧を一時的に増加させるための前記補償信号を生成する、
   ことを特徴とする光受信装置。
6. 前記モニタ部は、カレントミラー回路によって構成して、前記電気信号の電流を複製して、複製した電流そのものを前記モニタ信号として出力し、または前記受光素子への前記バイアス電圧の供給部分に接続された抵抗素子によって構成して、前記バイアス電圧の電圧降下で生じる電流を前記モニタ信号として出力することを特徴とする請求の範囲第５項記載の光受信装置。
7. 入力レベルが大きい前記光パケット信号である光大信号の受信後に、入力レベルが小さい前記光パケット信号である光小信号を受信した場合に、前記光大信号によって低下した前記受光素子の増倍率が、前記光小信号の所定の前記増倍率に復帰するまでに要する増倍率復帰時間の間、前記信号処理部は、前記バイアス電圧を増加させる前記補償信号を生成して、前記光小信号受信時の前記増倍率の低下を補償することを特徴とする請求の範囲第５項記載の光受信装置。
8. 前記信号処理部は、前記モニタ信号を微分し、微分波形を任意のレベルに増幅して前記補償信号を生成することを特徴とする請求の範囲第７項記載の光受信装置。
9. 前記信号処理部は、増幅出力段に高周波成分を除去するフィルタを設けたことを特徴とする請求の範囲第８項記載の光受信装置。
10. 前記信号処理部は、前記モニタ信号を積分し、積分波形を任意のレベルに増幅して前記補償信号を生成することを特徴とする請求の範囲第７項記載の光受信装置。
11. 前記信号処理部は、前記モニタ信号のピーク検出を行い、ピーク検出波形を任意のレベルに増幅して前記補償信号とすることを特徴とする請求の範囲第７項記載の光受信装置。
12. バースト形式で伝送される光パケット信号の受信処理を行う光受信装置において、
    前記光パケット信号を受信して電気信号に変換する受光素子と、
    前記光パケット信号の入力レベルまたは前記電気信号をモニタしてモニタ信号を生成するモニタ部と、
    前記光パケット信号の検出を示す検出パルスを契機にして、前記モニタ信号にもとづき、補償パルス信号を生成する補償パルス信号生成部と、
    前記受光素子のバイアス電圧に前記補償パルス信号を加算して、一時的に増加させたバイアス電圧補償信号を生成し、前記受光素子へ供給するバイアス電圧補償部と、
    を有することを特徴とする光受信装置。
13. 前記補償パルス信号生成部は、前記検出パルスとして、上位から送信される前記光パケット信号の入力を示すリセットパルス、前記受光素子から出力された前記電気信号の増幅を行うアンプ部から送信される信号検出パルス及び前記アンプ部の後段に設置されてクロック抽出を行うクロック抽出部から送信されるクロック同期外れパルスのいずれかを使用することを特徴とする請求の範囲第１２項記載の光受信装置。
14. 前記補償パルス信号生成部は、前記モニタ信号のモニタ値と、前記モニタ値に対応した振幅値とを関連づけたデータをあらかじめ記憶しておき、前記モニタ信号を受信すると、前記データにもとづいて、前記モニタ値の大きさに応じた振幅値を決定し、決定した振幅値を持つ前記補償パルス信号を生成することを特徴とする請求の範囲第１２項記載の光受信装置。
15. 前記バイアス電圧補償部は、時定数回路と加算部とを含み、
    前記加算部は、前記補償パルス信号と前記バイアス電圧とを加算して加算信号を生成し、
    前記時定数回路は、時定数制御により、前記加算信号の波形を、
    入力レベルが大きい前記光パケット信号である光大信号の受信後に、入力レベルが小さい前記光パケット信号である光小信号を受信した場合の前記光大信号によって低下した前記受光素子の増倍率が、前記光小信号の所定の前記増倍率に復帰するまでの間の増倍率変動の特性と逆特性となるような波形に変換して、前記バイアス電圧補償信号を生成することを特徴とする請求の範囲第１２項記載の光受信装置。
16. 前記バイアス電圧補償部は、時定数回路と加算部とを含み、
    前記時定数回路は、時定数制御により、前記補償パルス信号の波形を、
    入力レベルが大きい前記光パケット信号である光大信号の受信後に、入力レベルが小さい前記光パケット信号である光小信号を受信した場合の前記光大信号によって低下した前記受光素子の増倍率が、前記光小信号の所定の前記増倍率に復帰するまでの間の増倍率変動の特性と逆特性となるような波形に変換し、
    前記加算部は、前記逆特性の波形を持つ信号と前記バイアス電圧とを加算して前記バイアス電圧補償信号を生成することを特徴とする請求の範囲第１２項記載の光受信装置。
17. 前記補償パルス信号生成部は、パルス状の前記モニタ信号に対して、時定数制御を施して前記モニタ信号の立ち下り部分の波形に傾斜を持たせ、傾斜部分と前記検出パルスとの積をとった波形を前記補償パルス信号として生成することを特徴とする請求の範囲第１２項記載の光受信装置。
18. 前記補償パルス信号生成部は、前記モニタ信号から、過剰なレベルの前記光パケット信号が入力したことを認識すると、前記バイアス電圧補償部をシャットダウンさせることを特徴とする請求の範囲第１２項記載の光受信装置。
19. バースト形式で伝送される光パケット信号の受信処理を行う光受信装置において、
    前記光パケット信号を受信して電気信号に変換する受光素子と、
    前記電気信号の増幅を行うアンプ部と、
    前記光パケット信号の入力レベルまたは前記電気信号をモニタしてモニタ信号を生成するモニタ部と、
    前記光パケット信号の検出を示す検出パルスを契機にして、前記モニタ信号にもとづき、補償パルス信号を生成する補償パルス信号生成部と、
    前記補償パルス信号に時定数制御を施して、前記アンプ部の利得を補正する利得補正信号を生成して前記アンプ部へ送信する利得補正部と、
    を有することを特徴とする光受信装置。
20. 前記利得補正部は、入力レベルが大きい前記光パケット信号である光大信号の受信後に、入力レベルが小さい前記光パケット信号である光小信号を受信した場合に、前記光大信号によって低下した前記受光素子の増倍率が、前記光小信号の所定の前記増倍率に復帰するまでに要する増倍率復帰時間の間、前記アンプ部の利得を増加させて、前記光小信号受信時の前記増倍率の低下を補償することを特徴とする請求の範囲第１９項記載の光受信装置。
21. 前記補償パルス信号生成部は、前記検出パルスとして、上位から送信される前記光パケット信号の入力を示すリセットパルス、前記アンプ部から送信される信号検出パルス及び前記アンプ部の後段に設置されてクロック抽出を行うクロック抽出部から送信されるクロック同期外れパルスのいずれかを使用することを特徴とする請求の範囲第１９項記載の光受信装置。
22. 前記補償パルス信号生成部は、前記モニタ信号のモニタ値と、前記モニタ値に対応した振幅値とを関連づけたデータをあらかじめ記憶しておき、前記モニタ信号を受信すると、前記データにもとづいて、前記モニタ値の大きさに応じた振幅値を決定し、決定した振幅値を持つ前記補償パルス信号を生成することを特徴とする請求の範囲第１９項記載の光受信装置。
23. 前記補償パルス信号生成部は、前記モニタ信号から、過剰なレベルの前記光パケット信号が入力したことを認識すると、前記利得補正部をシャットダウンさせることを特徴とする請求の範囲第１９項記載の光受信装置。

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