JPWO2013088694A1 - 光受信器及び光受信器の制御方法 - Google Patents

Abstract

簡易な構成により、信号光の強度の広い入力範囲において光受信器の信号検出の際の符号誤りの発生を抑制するために、光受信器は、一定の強度の局部発振光を発生する局発光発振手段と、局部発振光と第１の信号光とを混合して第２の信号光として出力する光混合手段と、第２の信号光を電気信号に変換して第１の電気信号として出力する受光手段と、第１の電気信号を所定の利得で増幅して第２の電気信号として出力する増幅手段と、第２の電気信号を処理する信号処理回路と、を備え、第２の電気信号の振幅が信号処理回路の入力において許容される振幅の範囲内となるように利得が設定される。

Description

本発明は、光受信器及び光受信器の制御方法に関し、特に、デジタルコヒーレント受信方式を用いた光受信器及びその制御方法に関する。

光通信システムの伝送レートの上昇に伴い、より効率的に大容量かつ高速な通信を可能とする、ＤＰ−ＱＰＳＫを用いた光伝送方式の実用化が進められている。ＤＰ−ＱＰＳＫは、ｄｕａｌ−ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ（偏波多重４位相偏移変調）の略称である。

ＤＰ−ＱＰＳＫで変調された信号光の復調には、デジタルコヒーレント受信方式が用いられる。デジタルコヒーレント受信方式においては、受信した信号光（受信光）と、受信光とほぼ同一の光周波数を有するＬＯ光（ｌｏｃａｌ ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ光、局部発振光）とが、９０度ハイブリッドと呼ばれる光ミキサにより結合される。そして、９０度ハイブリッドの出力は受光素子（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ、ＰＤ）により受光される。ＰＤは、受信光とＬＯ光とのビート信号を光電流としてＴＩＡ（ｔｒａｎｓ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、トランスインピーダンス増幅器）へ出力する。ＴＩＡは、ＰＤが出力した光電流を電圧信号に変換してＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ−ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ、アナログ−デジタル変換器）へ出力する。ＡＤＣでデジタル信号に変換されたビート信号は、信号処理回路に出力される。信号処理回路は、ＡＤＣから出力されたデジタル信号を演算処理して、伝送されるデータを復調する。

光受信器の持つパラメータの一つに、変換効率ηがある。変換効率ηは、ＰＤに入力された信号光パワーに対して得られるＡＤＣ入力振幅を示す。ＡＤＣに入力される信号の振幅（電圧）Ｖは、変換効率ηを用いて式（１）で表すことができる。

Ｖ＝η×（Ｐ_ｓｉｇ×Ｐ_ＬＯ）^１／２ ・・・（１）
ここで、ＶはＡＤＣへ入力される信号の振幅（Ｖ）、ηは信号光をＡＤＣへの入力信号に変換する際の変換効率（Ｖ／Ｗ）、Ｐ_ｓｉｇは受光素子へ入力される信号光の強度（Ｗ）、Ｐ_ＬＯは受光素子へ入力されるＬＯ光の強度（Ｗ）である。

一般に、ＡＤＣへ入力される信号の振幅は、ＡＤＣ内部で処理可能な信号の振幅により制限されている。その一方で、光受信器には光伝送システムの仕様で定められた範囲の強度の光信号を正常に再生することが求められる。このため、受信装置へ入力される光の強度が変動する範囲の全体にわたって、ＡＤＣへ入力される信号の振幅が許容範囲内となるように、光受信器は設計される必要がある。

式（１）で示されるように、ＡＤＣへ入力される信号の振幅は、信号光の強度とＬＯ光の強度との積の平方根に比例する。すなわち、信号光の強度が一定であっても、ＬＯ光の強度を変化させることで、ＡＤＣへ入力される信号の振幅を制御することができる。そこで、信号光の入力強度の範囲が広い場合でも、ＬＯ光の強度を減少あるいは増大させることによって、ＡＤＣへ入力される信号の振幅が、ＡＤＣの許容範囲内に収まるようにすることができる。

本願発明に関連して、特許文献１及び特許文献２は、ＬＯ光と受信光とを混合してアナログ電気信号に変換し、さらにその出力をデジタル信号に変換する光受信器の構成を記載している。

特開２００９−２９６６２３号公報 特開２０１０−２４５７７２号公報

しかし、デジタルコヒーレント受信方式においてＬＯ光のパワーを変化させると、以下の問題が発生する。すなわち、ＬＯ光の光源として通常用いられる半導体レーザを用いた光モジュールでは、駆動電流を制御することによりＬＯ光源のパワーを変化させると、半導体レーザが出力するＬＯ光の波長及び位相が変動する。しかし、デジタルコヒーレント受信方式では、ＬＯ光の波長あるいは位相が変動すると、位相スリップにより符号誤りが発生する恐れがある。このため、光受信器の運用中にＬＯ光の強度を直接変化させると、符号誤りによって伝送品質が低下する恐れがある。

また、ＬＯ光源の出力に可変光減衰器を設けることで、半導体レーザの出力を一定に保ったままＬＯ光の強度を制御することができる。しかし、外部に可変光減衰器を設ける構成には、光受信器の構成部品が増加するため、光受信器の小型化や低コスト化が困難になるという課題がある。

このように、ＬＯ光の強度を減少あるいは増大させることによって、ＡＤＣへ入力される信号の振幅を制御する方法には、符号誤りによって伝送品質が低下するという課題、あるいは、光受信器の小型化や低コスト化が困難になるという課題があった。そして、先に記載した特許文献１及び２は、これらの課題を解決できない。

本発明の目的は、簡易な構成により、広い範囲の信号光の入力強度において光受信器の信号検出の際の符号誤りの発生を抑制できる光受信器を実現するための技術を提供することにある。

本発明の光受信器は、一定の強度の局部発振光を発生する局発光発振手段と、局部発振光と第１の信号光とを混合して第２の信号光として出力する光混合手段と、第２の信号光を電気信号に変換して第１の電気信号として出力する受光手段と、第１の電気信号を所定の利得で増幅して第２の電気信号として出力する増幅手段と、第２の電気信号を処理する信号処理回路と、を備え、第２の電気信号の振幅が信号処理回路の入力において許容される振幅の範囲内となるように利得が設定される。

本発明の光受信器の制御方法は、一定の強度の局部発振光を発生し、局部発振光と第１の信号光とを混合して第２の信号光として出力し、第２の信号光を電気信号に変換して第１の電気信号として出力し、第１の電気信号を所定の利得で増幅して第２の電気信号として出力し、第２の電気信号の振幅が所定の範囲内となるように利得が設定される、ことを特徴とする。

本発明は、簡易な構成により、信号光の強度の広い入力範囲において光受信器の信号検出の際の符号誤りの発生を抑制できるという効果を奏する。

第１の実施形態である光受信器の構成を示す図である。 第１の実施形態における、ＰＤに入力される信号光強度の範囲とＡＤＣに入力される信号の振幅の範囲との関係を示す図である。 第２の実施形態である光受信器の構成を示す図である。 第３の実施形態の光受信器３００の構成を示す図である。 第３の実施形態における、ＰＤに入力される信号光強度の範囲とアンプが出力する信号の振幅の範囲との関係を示す図である。 第４の実施形態の光受信器の構成を示す図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である光受信器１００の構成を示す図である。図１において、光受信器１００は、ＰＢＳ（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）３ａ及び３ｂ、９０度ハイブリッド４ａ及び４ｂ、ＬＯ光発生部９及びＰＤ（ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）５ａ〜５ｈを備える。光受信器１００は、さらに、アンプ６ａ〜６ｄ、ＡＤＣ７ａ〜７ｄ、デジタル信号処理部８、モニタ部２１及び制御部２２を備える。

モニタ部２１は、入力された受信信号光１をＰＢＳ３ａに出力するとともに受信信号光１の強度に比例する電気信号を出力する。モニタ部２１は、例えば光分岐器と、光分岐器で分岐された光の強度に比例した電流を出力する受光素子とで構成される。制御部２２は、モニタ部２１の出力に基づいて、アンプ６ａ〜６ｄの利得を制御する。

ＰＢＳ３ａ及び３ｂは、モニタ部２１から出力された信号光を互いに直交するＸ偏波及びＹ偏波に偏波分離する。９０度ハイブリッド４ａは、偏波分離されたそれぞれの信号光からＩ（ｉｎｐｈａｓｅ）信号とＱ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）信号を再生する。９０度ハイブリッド４ａは、Ｉ信号及びＱ信号の出力であるＸＩ信号及びＸＱ信号を出力する。９０度ハイブリッド４ｂは、同様にＹＩ信号及びＹＱ信号を出力する。ＬＯ光発生部９は、一定の強度のＬＯ光を発生する。ＰＤ５ａ〜５ｈは、２個のＰＤを１組とした、４組からなるツインＰＤである。ＰＤ５ａ〜５ｈは、９０度ハイブリッド４ａ及び４ｂによってＸＩ、ＸＱ、ＹＩ及びＹＱに分離された受信光を、それぞれｐ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）／ｎ（ｎｅｇａｔｉｖｅ）の２チャンネルで差動受信して差動電流として出力する。

アンプ６ａ〜６ｄは、ＰＤ５ａ〜５ｈが出力した差動電流を電圧信号としてＡＤＣ７ａ〜７ｄへ出力する。アンプ６ａ〜６ｄとして、ＴＩＡを用いることができる。ＡＤＣ７ａ〜７ｄは、アンプ６ａ〜６ｄが出力したアナログ信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号処理部８は、ＡＤＣ７ａ〜７ｄから出力されたデジタル信号の信号処理を行う。モニタ部２１は、入力される信号光の強度に対応する電気信号を出力する。
（第１の実施形態の動作の説明）
図２は、光受信器１００における、ＰＤ５ａ〜５ｈに入力される信号光強度Ｐ_ｓｉｇの範囲とアンプ６ａ〜６ｄから出力される信号の振幅Ｖの範囲との関係を示す図である。図２の横軸はＰＤ５ａ〜５ｈに入力される信号光の強度Ｐ_ｓｉｇを示し、縦軸はアンプ６ａ〜６ｄが出力する電気信号の振幅を示す。アンプ６ａ〜６ｄから出力された信号の振幅は、ＡＤＣ７ａ〜７ｄへ入力される信号の振幅に等しい。ＡＤＣ７ａ〜７ｄへ入力される信号の振幅は、一般に電圧で規定される。

図２の縦軸のＶ_ｍｉｎ及びＶ_ｍａｘは、ＡＤＣ７ａ〜７ｄで許容される振幅Ｖの最小値及び最大値を示す。横軸のＰ_ｍｉｎ及びＰ_ｍａｘは、ＰＤ５ａ〜５ｈで受光される信号光の強度Ｐ_ｓｉｇの最小値及び最大値を示す。Ｐ_ｓｉｇの最小値及び最大値は、ＡＤＣ７ａ〜７ｄの入力信号の振幅範囲に対応する。そして、光受信器１００の仕様で定められた信号光の受光範囲において、ＰＤ５ａ〜５ｈで受光される信号光の強度の範囲がＰ_ｍｉｎとＰ_ｍａｘとの間にあれば、アンプ６ａ〜６ｄが出力する電気信号の振幅はＶ_ｍｉｎとＶ_ｍａｘとの間に収まる。

すなわち、図２は、ＰＤ５ａ〜５ｈに入力される信号光の強度Ｐ_ｓｉｇをＡＤＣ７ａ〜７ｄへの入力振幅Ｖに変換する際の、ＰＤ５ａ〜５ｈにおける光−電気変換処理、及び、アンプ６ａ〜６ｄにおける電流−電圧変換処理を総合した特性を示す。

ここで、先に説明した式（１）は、以下の式（２）のようにも書くことができる。

Ｖ＝［η×（Ｐ_ＬＯ）^１／２］×（Ｐ_ｓｉｇ）^１／２ ・・・（２）
すなわち、（Ｐ_ｓｉｇ）^１／２を横軸に取ることにより、ＰＤ５ａ〜５ｈで受光される信号光の強度Ｐ_ｓｉｇの平方根と、アンプ６ａ〜６ｄが出力する電気信号の振幅Ｖと、の関係は、図２に示すように直線で表される。図２において、（Ｐ_ｍｉｎ）^１／２及び（Ｐ_ｍａｘ）^１／２は、ＰＤ５ａ〜５ｈで受光される信号光の強度Ｐ_ｓｉｇがそれぞれ最小値及び最大値の場合の（Ｐ_ｓｉｇ）^１／２の値を示す。また、Ｖ_ｍｉｎ及びＶ_ｍａｘは、アンプ６ａ〜６ｄから出力される信号の振幅が、それぞれＡＤＣ７ａ〜７ｄで許容される最小値及び最大値の場合の、Ｖの値を示す。

ここで、図２の直線Ａ及びＢの傾きは、式（１）で示したη×（Ｐ_ＬＯ）^１／２で表される。変換効率ηは、ＰＤ５ａ〜５ｈの量子効率をη_ＰＤ（Ａ／Ｗ）、アンプ６ａ〜６ｄの利得をη_ａｍｐ（Ｖ／Ａ）とすると、η_ＰＤ×η_ａｍｐとしても表される。そして、ＰＤ５ａ〜５ｈの量子効率η_ＰＤはＰＤごとに一定と考えてよい。また、本実施形態においてはＬＯ光の強度Ｐ_ＬＯは一定に保たれるとする。従って、直線Ａ及びＢの傾きＫ_Ａ、Ｋ_Ｂは、点Ｐ及びＱにおけるアンプ６ａ〜６ｄの利得をそれぞれη_Ａ、η_Ｂとすると下式で表される。

Ｋ_Ａ＝［η_ＰＤ×（Ｐ_ＬＯ）^１／２］×η_Ａ ・・・（３）
Ｋ_Ｂ＝［η_ＰＤ×（Ｐ_ＬＯ）^１／２］×η_Ｂ ・・・（４）
図２の点Ｐは、（Ｐ_ｓｉｇ）^１／２＝（Ｐ_ｍｉｎ）^１／２、すなわち信号光の強度が最小（Ｐ_ｍｉｎ）の場合に、アンプ６ａ〜６ｄから出力される信号の振幅がＡＤＣ７ａ〜７ｄで許容される最小値（Ｖ_ｍｉｎ）を満足する点を示す。そして、点Ｐを通る直線Ａの傾きＫ_Ａはその際のアンプ６ａ〜６ｄの利得η_Ａに対応する。しかしながら、アンプ６ａ〜６ｄを直線Ａに対応する一定の利得で使用すると、信号光の強度Ｐ_ｓｉｇが大きくなった場合に、Ｐ_ｓｉｇ＜Ｐ_ｍａｘであってもＡＤＣ７ａ〜７ｄへ入力される信号の振幅ＶがＶ_ｍａｘを超える（点Ｐ_１）。

一方、図２の点Ｑは、（Ｐ_ｓｉｇ）^１／２＝（Ｐ_ｍａｘ）^１／２、すなわち信号光の強度が最大（Ｐ_ｍａｘ）の場合に、アンプ６ａ〜６ｄから出力される信号の振幅がＡＤＣ７ａ〜７ｄで許容される最大値（Ｖ_ｍａｘ）を満足する点を示す。そして、点Ｑを通る直線Ｂの傾きＫ_Ｂはその際のアンプ６ａ〜６ｄの利得η_Ｂに対応する。しかしながら、アンプ６ａ〜６ｄを直線Ｂに対応する一定の利得で使用すると、信号光の強度Ｐ_ｓｉｇが小さくなった場合に、Ｐ_ｓｉｇ＞Ｐ_ｍｉｎであってもＡＤＣ７ａ〜７ｄへ入力される信号の振幅ＶがＶ_ｍｉｎを下回る（点Ｑ_１）。

このため、図２においては、アンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐを一定値に固定すると、ＰＤ５ａ〜５ｈに入力される信号光の強度Ｐ_ｓｉｇの変動範囲がＰ_ｍｉｎ〜Ｐ_ｍａｘの範囲に近い場合に、アンプ６ａ〜６ｄの出力信号の振幅が、ＡＤＣ７ａ〜７ｄで許容される範囲を超えてしまう恐れがある。

そこで、光受信器１００は、アンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐを制御することによって、アンプ６ａ〜６ｄから出力される信号の振幅Ｖの範囲をＡＤＣ７ａ〜７ｄの許容範囲内に収めることを可能にする。ここで、アンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐの制御に際して、ＬＯ光の強度Ｐ_ＬＯを変更する必要はなく、Ｐ_ＬＯの値は一定値に維持されている。

具体的には、モニタ部２１は、光受信器１００に入力される信号光の強度をモニタして、入力される信号光の強度に比例する振幅の電気信号を制御部２２へ出力する。制御部２２は、モニタ部２１から入力された電気信号の振幅に基づいて、アンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐを制御する。例えば、光受信器１００に入力される信号光の強度が小さい場合には、制御部２２は、アンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐを図２における直線Ａの傾きＫ_Ａに対応する利得η_Ａとなるように制御する。そして、制御部２２は、信号光の強度が上昇すると、利得η_ａｍｐを図２における直線Ｂの傾きＫ_Ｂに対応する利得η_Ｂに近づけるように制御する。

ここで、利得η_ａｍｐは、光受信器１００に入力される信号光の強度変化に対してなめらかに追随するように制御されてもよい。例えば、制御部２２は、Ｐ_ｓｉｇ＝Ｐ_ｍｉｎの場合は利得η_ａｍｐをη_Ａに設定し、Ｐ_ｓｉｇ＝Ｐ_ｍａｘの場合は利得η_ａｍｐをη_Ｂに設定する。そして、制御部２２は、Ｐ_ｓｉｇがＰ_ｍｉｎからＰ_ｍａｘの方向に増加する場合には、Ｐ_ｓｉｇの値に応じてアンプ６ａ〜６ｄの利得をη_Ａからη_Ｂへ減少させるように制御してもよい。あるいは、光受信器１００に入力される信号光の強度を複数の範囲に分割し、信号光の強度に対応する範囲ごとに利得η_ａｍｐが所定の値となるように制御されてもよい。

制御部２２が利得η_ａｍｐをこのように制御することで、アンプ６ａ〜６ｄから出力される信号の振幅Ｖの範囲を、ＡＤＣ７ａ〜７ｄの許容範囲内に収めることができる。

なお、アンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐは、Ｐ_ｍｉｎ〜Ｐ_ｍａｘの範囲内の強度の信号光をＶ_ｍｉｎ〜Ｖ_ｍａｘの範囲内の振幅の信号として出力するように制御されていればよい。すなわち、制御部２２による利得η_ａｍｐの調整手順は、上記に限られない。

このように、光受信器１００では、アンプ６ａ〜６ｄから出力される信号の振幅がＡＤＣ７ａ〜７ｄへの入力振幅がＡＤＣに許容される範囲を逸脱しないように、制御部２２が、アンプ６ａ〜６ｄの利得を制御する。すなわち、光受信器１００では、ＬＯ光の強度を一定に保ちながら、アンプ６ａ〜６ｄの利得を制御することによって、ＡＤＣ７ａ〜７ｄへ入力される信号の振幅が、許容範囲内に維持される。

なお、ＰＤ５ａ〜５ｈ、アンプ６ａ〜６ｄ及びＡＤＣ７ａ〜７ｄはそれぞれの信号（ＸＩ，ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）経路ごとに設けられる。従って、アンプ６ａ〜６ｄのそれぞれの利得η_ａｍｐは、各信号の経路の構成部品の特性に応じて異なる値に制御されてもよい。

このように、第１の実施形態の光受信器１００においては、ＬＯ光の強度Ｐ_ＬＯを変化させることなく、制御部２２がアンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐをアンプ６ａ〜６ｄの出力信号の振幅がＡＤＣ７ａ〜７ｄの許容入力範囲に収まるように制御する。その結果、第１の実施形態の光受信器１００は、信号光の強度の入力範囲が広い場合においても、簡易な構成で光受信器の信号検出の際の符号誤りの発生を抑制できるという効果を奏する。

続いて、ＬＯ光の強度Ｐ_ＬＯの設定について説明する。ただし、以下の説明は設定手順を示す一例であり、ＬＯ光の強度Ｐ_ＬＯの設定方法を限定しない。

式（２）においてη＝η_ＰＤ×η_ａｍｐであるので、式（２）においてＡＤＣへ入力される信号の振幅Ｖは下式で表される。

Ｖ＝［η×（Ｐ_ＬＯ）^１／２］×（Ｐ_ｓｉｇ）^１／２
＝［（η_ＰＤ×η_ａｍｐ）×（Ｐ_ＬＯ）^１／２］×（Ｐ_ｓｉｇ）^１／２ ・・・（５）
式（５）から、η_ａｍｐは下式で求められる。

η_ａｍｐ＝Ｖ／[η_ＰＤ×（Ｐ_ＬＯ）^１／２×（Ｐ_ｓｉｇ）^１／２] ・・・（６）
ここで、ＬＯ光の強度の設定の際にη_ＰＤ×（Ｐ_ＬＯ）^１／２が所定の一定値Ｇとなるように、Ｐ_ＬＯが調整される。すなわち、Ｐ_ＬＯ＝（Ｇ／η_ＰＤ）^２である。そうすると、η_ａｍｐの値は式（７）のように表される。

η_ａｍｐ＝Ｖ／［Ｇ×（Ｐ_ｓｉｇ）^１／２］ ・・・（７）
式（７）を用いると、量子効率η_ＰＤ及びＬＯ光の強度Ｐ_ＬＯが未知であっても、Ｐ_ｓｉｇを変化させた場合のＡＤＣ入力信号の振幅Ｖの範囲が許容入力範囲を超えない利得η_ａｍｐの範囲を求めることができる。このように、Ｐ_ＬＯ＝（Ｇ／η_ＰＤ）^２となるとようにＰ_ＬＯを調整することにより、ＬＯ光の強度Ｐ_ＬＯの設定前であっても、利得η_ａｍｐが制御される範囲を知ることができる。その結果、光受信器の製造時にアンプ６ａ〜６ｄが使用される利得の範囲で最適な回路の調整が可能となる。さらに、光受信器の製造時に、ＬＯ光の強度の設定工程とアンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐの設定工程との実施順序を自由に決定することができる。

なお、Ｇの値からＬＯ光の強度Ｐ_ＬＯを決定する際に用いる量子効率η_ＰＤとしては、ＰＤ５ａ〜５ｈの量子効率のうちいずれかの値を代表として用いてもよい。あるいは、ＰＤ５ａ〜５ｈの量子効率の一部又は全部の値に基づいて、ＬＯ光の強度Ｐ_ＬＯを決定する際に用いる量子効率η_ＰＤの値を計算してもよい。例えば、量子効率η_ＰＤの値としてＰＤ５ａ〜５ｈの量子効率の平均値を用いてもよい。

なお、ＰＤ５ａ〜５ｈに入力される信号光の強度Ｐ_ｓｉｇは、光受信器１００に入力される受信信号光１の強度に、モニタ部２１の損失、ＰＢＳ３ａの損失及び９０度ハイブリッド４ａ又は４ｂの損失を加算することで求めることができる。また、ＰＤ５ａ〜５ｈに入力されるＬＯ光の強度Ｐ_ＬＯは、ＬＯ光源９から出力されるＬＯ光の強度に、ＰＢＳ３ｂの損失及び９０度ハイブリッド４ａ又は４ｂの損失を加算することで求めることができる。

第１の実施形態では、アンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐを、直線Ａの傾きと直線Ｂの傾きとにそれぞれ対応する利得の間で変化させるとした。しかしながら、利得η_ａｍｐの制御特性は上記に限定されない。アンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐは、ＰＤ５ａ〜５ｈへ入力される信号光の強度がＰ_ｍｉｎからＰ_ｍａｘまで変化した場合に、アンプ６ａ〜６ｄから出力される信号の振幅が単調に変化しＶ_ｍｉｎからＶ_ｍａｘの範囲内に収まるように制御されればよい。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態の光受信器２００の構成を示す図である。図３において、光受信器２００は、ＰＢＳ３ａ及び３ｂ、９０度ハイブリッド４ａ及び４ｂ、ＬＯ光発生部９及びＰＤ５ａ〜５ｈを備える。光受信器２００は、さらに、アンプ６ａ〜６ｄ、ＡＤＣ７ａ〜７ｄ、デジタル信号処理部８、モニタ部３１ａ〜３１ｄ及び制御部２３を備える。

図３に示された光受信器２００の構成は、図１に示された光受信器１００の構成と比較して、モニタ部２１に代えてモニタ部３１ａ〜３１ｄを備える点で相違している。また制御部２３のアンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐに対する制御は、光受信器１００の制御部２２とは異なる。光受信器２００の構成要素のうち光受信器１００と同一の要素には図１と同一の参照符号を付して各々の説明は省略する。

モニタ部３１ａ〜３１ｄは、アンプ６ａ〜６ｄとＡＤＣ７ａ〜７ｄとの間に配置される。モニタ部３１ａ〜３１ｄは、アンプ６ａ〜６ｄから出力される信号の振幅に対応した信号を制御部２３に出力する。制御部２３は、モニタ部３１ａ〜３１ｄの出力に基づいて、アンプ６ａ〜６ｄから出力される信号の振幅ＶがＡＤＣ７ａ〜７ｄで許容される振幅の範囲内となるように利得η_ａｍｐを制御する。

例えば、制御部２３は、振幅ＶがＡＤＣ７ａ〜７ｄで許容される振幅の範囲内の一定値となるようによる利得η_ａｍｐを制御してもよい。あるいは、制御部２３は、振幅Ｖが、ＡＤＣ７ａ〜７ｄで許容される振幅の範囲の上限又は下限の間から逸脱しないように利得η_ａｍｐを制御してもよい。

すなわち、第２の実施形態の光受信器２００においても、ＬＯ光の強度Ｐ_ＬＯを一定に保った状態で、アンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐは、アンプ６ａ〜６ｄの出力信号の振幅がＡＤＣ７ａ〜７ｄの許容入力範囲に収まるように制御される。その結果、第２の実施形態の光受信器２００は、第１の実施形態と同様に、信号光の強度の入力範囲が広い場合においても、簡易な構成で光受信器の信号検出の際の符号誤りの発生を抑制できるという効果を奏する。

また、第２の実施形態ではモニタ部３１ａ〜３１ｄは、アンプ６ａ〜６ｄとＡＤＣ７ａ〜７ｄとの間に配置される。その結果、第２の実施形態の光受信器２００は、信号（ＸＩ，ＸＱ、ＹＩ、ＹＱ）経路ごとの信号の強度に応じてアンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐをより精密に制御できるという効果も奏する。

以上説明した第１及び第２の実施形態において、モニタ部は光受信器１００の入力部あるいはアンプ６ａ〜６ｄの出力に置かれるものとして説明した。しかしながら、光受信器に入力される信号光の強度を検出できる場所であれば、モニタ部の位置は制限されない。たとえば、ＰＢＳ３ａと９０度ハイブリッド４ａとの間、及び、ＰＢＳ３ａと９０度ハイブリッド４ｂとの間にそれぞれモニタ部を設けてもよい。

（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態の光受信器３００の構成を示す図である。図４において、光受信器３００は、ＰＢＳ３ａ及び３ｂ、９０度ハイブリッド４ａ及び４ｂ、ＬＯ光発生部９及びＰＤ５ａ〜５ｈを備える。光受信器３００は、さらに、アンプ６ａ〜６ｄ、ＡＤＣ７ａ〜７ｄ、デジタル信号処理部８を備える。

図４に示された光受信器３００の構成は、図１及び図２に示された光受信器１００及び２００の構成と比較して、モニタ部２１、３１ａ〜３１ｄ及び制御部２２、２３をいずれも欠いている点で相違している。光受信器３００の構成要素は光受信器１００及び２００と同一であるので、構成要素には同一の参照符号を付して各々の説明は省略する。

光受信器３００は、モニタ部及び制御部を備えていないため、動作中のアンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐは一定である。第３の実施形態では、アンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐを一定に保った場合でも、アンプ６ａ〜６ｄの出力信号の振幅をＡＤＣ７ａ〜７ｄの許容入力範囲に収めることができる場合について説明する。

図５は、光受信器３００における、ＰＤ５ａ〜５ｈに入力される信号光の強度Ｐ_ｓｉｇの範囲とアンプ６ａ〜６ｄが出力する信号の振幅Ｖの範囲との関係を示す図である。図５では、図２と同様にＰＤ５ａ〜５ｈに入力される信号光の強度Ｐ_ｓｉｇの平方根（Ｐ_ｓｉｇ）^１／２を横軸としている。図５の縦軸は、アンプ６ａ〜６ｄが出力する電気信号の振幅Ｖを示す。図５の直線Ｃ及びＤは、図２と同様に、ＰＤ５ａ〜５ｈに入力される信号光の強度をＡＤＣ７ａ〜７ｄへの入力振幅に変換する際の特性を示す。

図５の点Ｒは、（Ｐ_ｓｉｇ）^１／２＝（Ｐ_ｍｉｎ）^１／２、すなわち信号光の強度が最小（Ｐ_ｍｉｎ）の場合に、アンプ６ａ〜６ｄから出力される信号の振幅がＡＤＣ７ａ〜７ｄで許容される最小値（Ｖ_ｍｉｎ）を満足する点を示す。そして、点Ｒにおける直線Ｃの傾きＫ_Ｃはその際のアンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐに対応する。そして、図５においては、アンプ６ａ〜６ｄが直線Ｃに対応する一定の利得で使用された場合でも、信号光の強度Ｐ_ｓｉｇがＰ_ｍａｘに達してもＡＤＣ７ａ〜７ｄへ入力される信号の振幅ＶはＶ_ｍａｘを超えない（点Ｒ_１）。

一方、図５の点Ｓは、（Ｐ_ｓｉｇ）^１／２＝（Ｐ_ｍａｘ）^１／２、すなわち信号光の強度が最大（Ｐ_ｍａｘ）の場合に、アンプ６ａ〜６ｄから出力される信号の振幅が、ＡＤＣ７ａ〜７ｄで許容される最大値（Ｖ_ｍａｘ）を満足する点を示す。そして、点Ｓにおける直線Ｄの傾きＫ_Ｄはその際のアンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐに対応する。そして、図５においては、アンプ６ａ〜６ｄが直線Ｄに対応する一定の利得で使用された場合でも、信号光の強度Ｐ_ｓｉｇがＰ_ｍｉｎまで小さくなってもＡＤＣ７ａ〜７ｄへ入力される信号の振幅ＶがＶ_ｍｉｎを下回らない（点Ｓ_１）。

このため、図５においては、利得η_ａｍｐを直線Ｃ及びＤに対応する利得の間の一定値に固定しても、信号光の強度Ｐ_ｓｉｇの変動範囲Ｐ_ｍｉｎ〜Ｐ_ｍａｘにおいて、振幅Ｖは、ＡＤＣ７ａ〜７ｄで許容される範囲を超えない。従って、Ｐ_ｍｉｎ〜Ｐ_ｍａｘの範囲とＶ_ｍｉｎ〜Ｖ_ｍａｘの範囲とが図５及び上述の関係にある場合には、光受信器３００はモニタ機能を省略し、アンプ６ａ〜６ｄの利得η_ａｍｐを製造時に固定できる。

このような構成を備える第３の実施形態の光受信器３００においても、ＬＯ光の強度Ｐ_ＬＯを一定に保った状態で信号光の強度が変動範囲の最小値から最大値まで変化しても、アンプ６ａ〜６ｄの出力信号の振幅はＡＤＣ７ａ〜７ｄの許容入力範囲内に収まる。その結果、第３の実施形態の光受信器３００は、第１及び第２の実施形態の光受信器と同様に、信号光の強度の入力範囲が広い場合においても、簡易な構成で光受信器の信号検出の際の符号誤りの発生を抑制できるという効果を奏する。さらに、第３の実施形態の光受信器３００は、モニタ部及び制御部を備えていないので、構成がより簡略化され、光受信器が小型化及び低価格化できるという効果も奏する。

（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態の光受信器の構成を示す図である。光受信器４００は、局発光発振部４０１と、光混合部４０２と、受光部４０３と、増幅部４０４と、信号処理回路４０５と、を備える。
局発光発振部４０１は、一定の強度の局部発振光４０６を発生する。光混合部４０２は、局部発振光４０６と第１の信号光４０７とを混合して、第２の信号光４０８として出力する。受光部４０３は、第２の信号光４０８を電気信号に変換して第１の電気信号４０９として出力する。増幅部４０４は、第１の電気信号４０９を所定の利得で増幅して第２の電気信号４１０として出力する。信号処理回路は、第２の電気信号４１０を処理する。そして、第２の電気信号４１０の振幅が信号処理回路４０５の入力において許容される振幅の範囲内となるように、増幅部４０４の利得が設定される。

光受信器４００においては、局部発振光４０６の強度は一定に保たれる。そして、光受信器４００は、第１の信号光４０７の強度が変化しても、信号処理回路４０５に入力される第１の電気信号４１０の振幅が信号処理回路４０５の入力において許容される振幅の範囲内となるように増幅部４０４の利得を設定する。

すなわち、光受信器４００は、第１の信号光４０７の強度が変化した場合にも局部発振光４０６の強度を変化させないため、局部発振光４０６の周波数や位相が変動しない。その結果、光受信器４００は、第１の信号光４０７の強度が変化した場合にも光混合部４０２において、第１の信号光４０７と局部発振光４０６との間で位相スリップが発生しないため、信号検出の際の信号誤りの発生を抑制することが可能となる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願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、２０１１年１２月１５日に出願された日本出願特願２０１１−２７４７９０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。

１００、２００、３００、４００ 光受信器
１ 受信信号光
３ａ、３ｂ ＰＢＳ
４ａ、４ｂ ９０度ハイブリッド
５ａ〜５ｈ ＰＤ
６ａ〜６ｄ アンプ
７ａ〜７ｄ ＡＤＣ
８ デジタル信号処理部
９ ＬＯ光発生部
２１、３１ａ〜３１ｄ モニタ部
２２、２３ 制御部
４０１ 局発光発振部
４０２ 光混合部
４０３ 受光部
４０４ 増幅部
４０５ 信号処理回路
４０６ 局部発振光
４０７ 第１の信号光
４０８ 第２の信号光
４０９ 第１の電気信号
４１０ 第２の電気信号

Claims (9)

1. 一定の強度の局部発振光を発生する局発光発振手段と、
   前記局部発振光と第１の信号光とを混合して第２の信号光として出力する光混合手段と、
   前記第２の信号光を電気信号に変換して第１の電気信号として出力する受光手段と、
   前記第１の電気信号を所定の利得で増幅して第２の電気信号として出力する増幅手段と、
   前記第２の電気信号を処理する信号処理回路と、を備え、
   前記第２の電気信号の振幅が前記信号処理回路の入力において許容される振幅の範囲内となるように前記利得が設定される、光受信器。
2. 前記第１の光信号をモニタして前記第１の光信号の電力に対応する信号を出力する第１のモニタ手段をさらに備え、前記利得は前記第１のモニタ手段が出力する信号に基づいて設定される、請求項１に記載された光受信器。
3. 前記第２の電気信号をモニタして前記第２の電気信号の振幅に対応する信号を出力する第２のモニタ手段を備え、前記利得は前記第２のモニタ手段が出力する信号に基づいて設定される、請求項１に記載された光受信器。
4. 前記局部発振光の電力は、前記第１の電気信号の電力を前記第２の光信号の電力で除した値である量子効率に基づいて設定される、請求項１乃至３のいずれかに記載された光受信器。
5. 前記局部発振光の電力の平方根と前記量子効率との積が所定の値となるように前記局部発振光の電力が設定される、請求項４に記載された光受信器。
6. 前記第２の電気信号をデジタル信号に変換して前記信号処理回路に出力するＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ−ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）をさらに備える、請求項１乃至５のいずれかに記載された光受信器。
7. 前記利得は、前記ＡＤＣに入力される前記第２の電気信号の振幅が、前記ＡＤＣにおいて許容される範囲となるように設定される、請求項６に記載された光受信器。
8. 受信した信号光を第３の信号光と第４の信号光とに偏波分離する偏波分離手段をさらに備え、
   前記光混合手段は、前記第３及び第４の信号光のそれぞれから直交するＩ（ｉｎｐｈｅｓｅ）信号とＱ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）信号を分離して前記第２の信号光として出力する、
   請求項１乃至７のいずれかに記載された光受信器。
9. 一定の強度の局部発振光を発生し、
   前記局部発振光と第１の信号光とを混合して第２の信号光として出力し、
   前記第２の信号光を電気信号に変換して第１の電気信号として出力し、
   前記第１の電気信号を所定の利得で増幅して第２の電気信号として出力し、
   前記第２の電気信号の振幅が所定の範囲内となるように前記利得が設定される、ことを特徴とする、光受信器の制御方法。

Images