特許 6127568 光受信器、光受信方法、および光通信システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6127568

(24)【登録日】2017年4月21日

(45)【発行日】2017年5月17日

(54)【発明の名称】光受信器、光受信方法、および光通信システム

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/66 20130101AFI20170508BHJP

   H04J 14/02 20060101ALI20170508BHJP

【ＦＩ】

   H04B10/66

   H04J14/02 121

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-30783(P2013-30783)

(22)【出願日】2013年2月20日

(65)【公開番号】特開2014-160945(P2014-160945A)

(43)【公開日】2014年9月4日

【審査請求日】2015年10月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】309015134

【氏名又は名称】富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(74)【代理人】

【識別番号】100133570

【弁理士】

【氏名又は名称】▲徳▼永 民雄

(72)【発明者】

【氏名】桑田 直樹

【審査官】 後澤 瑞征

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１６５１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１７２２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３６１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１０５２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６９４１０７９（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ１０／００−１０／９０

Ｈ０４Ｊ１４／００−１４／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長の異なる複数の光信号を多重化した通信信号が入力されると、該通信信号の光パワーを増幅して出力する光増幅部と、
前記光増幅部で光パワーが増幅された前記通信信号が入力されると、該通信信号を分波して前記複数の光信号を出力する分波部と、
前記分波部から出力される前記複数の光信号の光パワーをそれぞれ測定するモニタ部と、
前記モニタ部で測定された前記複数の光信号の光パワー値から、最大光パワー値と、最小光パワー値と、最大光パワー値と最小光パワー値との差である光パワー差とを検出する検出部と、
前記光増幅部の利得の制御を行う制御部であって、
前記制御を開始するときの初期値に前記光増幅部の利得が調整されている状態での前記光パワー差が、前記最大光パワー値の目標値である第１目標値と、前記最小光パワー値の目標値である第２目標値との差である光パワー差閾値よりも大きいときは、前記最小光パワー値を前記第２の目標値にするように前記光増幅部の利得を調整し、
前記制御を開始するときの初期値に前記光増幅部の利得が調整されている状態での前記光パワー差が前記光パワー差閾値以下であるときは、
前記最大光パワー値が前記第１目標値よりも大きければ前記最大光パワー値を前記第１目標値にするように前記光増幅部の利得を調整し、
前記最大光パワー値が前記第１目標値以下であれば前記初期値の状態を維持するように前記光増幅部の利得を制御する、
該制御部と、
を備えることを特徴とする光受信器。

【請求項2】

前記光受信器は、さらに、
前記分波部から出力される前記複数の光信号を、それぞれの光パワーに応じた電気信号に変換する変換部を備え、
前記制御部は、
前記制御を開始するときの前記初期値として、前記光増幅部の利得を、前記光受信器の最小受信電力の光パワーを有する光信号が前記光増幅器に入力されたとき、該光増幅器から出力される該光信号の光パワーが、前記変換部のダイナミックレンジ内に収まる大きさにすることを特徴とする請求項１に記載の光受信器。

【請求項3】

前記光増幅部は、
制御電流の大きさに応じて利得が変化し、
前記制御部は、
前記光増幅部の利得を調整するとき、前記制御電流の大きさを変更する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光受信器。

【請求項4】

前記光受信器は、さらに、
前記分波部から出力される前記複数の光信号を、それぞれの光パワーに応じた電気信号に変換する変換部を備え、
前記モニタ部は、
前記電気信号の電流値を監視することにより、前記光信号の光パワーを測定する
ことを特徴とする請求項１に記載の光受信器。

【請求項5】

波長の異なる複数の光信号を多重化した通信信号が入力されると、該通信信号の光パワーを増幅し、
前記光パワーが増幅された通信信号を分波し、
前記通信信号を分波する処理で分波された前記複数の光信号の光パワーをそれぞれ測定し、
前記測定した複数の光信号の光パワー値から、最大光パワー値と、最小光パワー値と、最大光パワー値と最小光パワー値との差である光パワー差とを検出し、
前記通信信号の光パワーの増幅における利得の制御であって、
前記制御を開始するときの初期値に前記利得が調整されている状態での前記光パワー差が、前記最大光パワー値の目標値である第１目標値と、前記最小光パワー値の目標値である第２目標値との差である光パワー差閾値よりも大きいときは、前記最小光パワー値を前記第２の目標値にするように前記利得を調整し、
前記制御を開始するときの初期値に前記利得が調整されている状態での前記光パワー差が前記光パワー差閾値以下であるときは、
前記最大光パワー値が前記第１目標値よりも大きければ前記最大光パワー値を前記第１目標値にするように前記利得を調整し、
前記最大光パワー値が前記第１目標値以下であれば前記初期値の状態を維持するように前記利得を制御する、
ことを特徴とする光受信方法。

【請求項6】

波長の異なる複数の光信号が入力されると、該複数の光信号を多重化した通信信号を出力する合波部を備える光送信器と、
光受信器であって、
前記光送信器から送信された通信信号が入力されると、該通信信号の光パワーを増幅して出力する光増幅部と、
前記光増幅部で光パワーが増幅された前記通信信号が入力されると、該通信信号を分波して前記複数の光信号を出力する分波部と、
前記分波部から出力される前記複数の光信号の光パワーをそれぞれ測定するモニタ部と、
前記モニタ部で測定された前記複数の光信号の光パワー値を参照し、最大光パワー値と、最小光パワー値と、最大光パワー値と最小光パワー値との差である光パワー差とを検出する検出部と、
前記光増幅部の利得の制御を行う制御部であって、
前記制御を開始するときの初期値に前記光増幅部の利得が調整されている状態での前記光パワー差が、前記最大光パワー値の目標値である第１目標値と、前記最小光パワー値の目標値である第２目標値との差である光パワー差閾値よりも大きいときは、前記最小光パワー値を前記第２の目標値にするように前記光増幅部の利得を調整し、
前記制御を開始するときの初期値に前記光増幅部の利得が調整されている状態での前記光パワー差が前記光パワー差閾値以下であるときは、
前記最大光パワー値が前記第１目標値よりも大きければ前記最大光パワー値を前記第１目標値にするように前記光増幅部の利得を調整し、
前記最大光パワー値が前記第１目標値以下であれば前記初期値の状態を維持するように前記光増幅部の利得を制御する、
該制御部と、
を備える該光受信器と、
を備えることを特徴とする光通信システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は光信号を受信する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、次世代イーサネット（登録商標）として商用化が進められている１００ギガビットイーサネットでは、２５Ｇｂｐｓ×４ｃｈのＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）伝送が行なわれている。

【0003】

１００ギガビットイーサネットの伝送規格では、伝送距離４０ｋｍ、１０ｋｍなどの仕様がある。４０ｋｍ規格の光受信器では、例えば、光送信器から出力された光信号を、４０ｋｍ程度の光ファイバで長距離伝送した微弱な光パワーの光信号から、短い光ファイバで短距離伝送した損失の少ない光パワーの光信号まで受信する。このため、１００ギガビットイーサネットでは、ダイナミックレンジの広い光受信器が要求されている。

【0004】

上述の要求に応えるため、光受信器では、入力段に光増幅器を設け、光送信器から受信した光信号の光パワーを増幅し、光増幅器から出力される光信号の光パワーを後段のフォトダイオードのダイナミックレンジ内にする技術が用いられている。以下の説明において、フォトダイオードのダイナミックレンジのことを、フォトダイオードの受光範囲ともいう。

【0005】

関連する技術を用いた光増幅器では、光増幅器出力のうち、利得の最も高くなる波長の単一または複数チャネルの増幅信号光の一部を検知する。そして、光増幅器は、検知した出力を用いて光増幅器出力が一定となるように、光増幅器の利得を制御する技術が知られている。

【0006】

また、関連する技術を用いた光増幅器では、入力光と出力光の両方について、各信号光のレベルをそれぞれ個別にモニタし、各信号光に関する光増幅部の利得を個別に検出する。そして、光増幅器は、利得の最も小さい信号光の利得が一定となるように制御することにより、光増幅部の最小利得を保証する。さらに、光増幅器は、利得の最も大きい信号光の利得が一定となるように制御することにより、光増幅部の最大利得を保証する技術が知られている。

【0007】

また、関連する技術を用いた光増幅器では、光増幅中継器の中の１つに、波長間の利得差をモニタするモニタ部を設け、この各波長間の利得差をそれぞれの端局にフィードバックする。そして、各端局では、受信した利得差情報を基に監視制御部が出力制御部を駆動して各波長の送信レベルを調整する技術が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】第２９３４５００号特許公報

【特許文献2】特開平１０−１７３２６６号公報

【特許文献3】特開平５−２９２０３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

前述した受信技術では、光受信器に利得の波長依存性がある光増幅器を用いると、光受信器が異なる波長の光信号を多重化した通信信号を受信したとき、光増幅器から波長によって異なる光パワーの光信号が出力される。したがって、光受信器では、異なる複数の光信号の光パワーを全て、フォトダイオードの受光範囲内に収めなければならず、光受信器のダイナミックレンジが狭くなるという問題があった。

【0010】

上述した問題に鑑み、本明細書で後述する光受信器は、利得に波長依存性のある光増幅器を用いた光受信器において、広いダイナミックレンジを実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本明細書で開示する光受信器のひとつに、光増幅部と、分波部と、モニタ部と、検出部と、制御部とを備えた光受信器がある。ここで、光増幅部は、波長の異なる複数の光信号を多重化した通信信号が入力されると、通信信号の光パワーを増幅して出力する。分波部は、光増幅部で光パワーが増幅された通信信号が入力されると、通信信号を分波して複数の光信号を出力する。モニタ部は、分波部から出力される複数の光信号の光パワーをそれぞれ測定する。検出部は、モニタ部で測定された複数の光信号の光パワー値から、最大光パワー値と、最小光パワー値と、最大光パワー値と最小光パワー値との差である光パワー差とを検出する。制御部は、光増幅部の利得の制御を行う。この制御部は、制御を開始するときの初期値に光増幅部の利得が調整されている状態での光パワー差が、最大光パワー値の目標値である第１目標値と、最小光パワー値の目標値である第２目標値との差である光パワー差閾値よりも大きいときは、最小光パワー値を第２の目標値にするように、光増幅部の利得を調整する。また、この制御部は、制御を開始するときの初期値に光増幅部の利得が調整されている状態での光パワー差が光パワー差閾値以下であるときは、最大光パワー値が第１目標値よりも大きければ最大光パワー値を第１目標値にするように光増幅部の利得を調整し、最大光パワー値が第１目標値以下であれば初期値の状態を維持するように光増幅部の利得を制御する。

【発明の効果】

【0012】

上述の態様によれば、利得に波長依存性のある光増幅器を用いた光受信器において、広いダイナミックレンジを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】光受信器が使用される光通信システムの一実施例を示す図である。

【図2】光受信器の一実施例を示す機能ブロック図である。

【図3】設定値テーブルを示す図である。

【図4】光受信器の一実施例を示すブロック図である。

【図5】光増幅器の入出力特性の一例を示す図である。

【図6】光増幅器の入出力特性の一例を示す図である。

【図7】光増幅器の制御電流値の一例を示す図である。

【図8】光増幅器の利得制御の処理内容を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［実施形態］
実施形態の光受信器について説明する。
実施形態の光受信器は、波長分割多重通信をサポートする。波長分割多重通信とは、波長の異なる複数の光信号を多重化した通信信号を送受信する通信方式である。以下、実施形態の光受信器のことを単に光受信器ともいう。

【0015】

光受信器は、光増幅部、分波部、変換部、モニタ部、検出部、制御部、記憶部、および供給部の機能を有する。
そして、光受信器では、通信信号を受信すると、入力段に設けられた光増幅部で通信信号に含まれる複数の光信号を一括増幅する。以下の説明において、通信信号に含まれる複数の光信号を一括増幅することを、単に通信信号を増幅するともいう。

【0016】

光増幅部で増幅された通信信号は、分波部で複数の光信号に分波される。そして、分波された複数の光信号は、それぞれ変換部で電気信号に変換されてモニタ部に出力される。
モニタ部は、入力された電気信号それぞれの電力値から複数の光信号の光パワー値を測定する。

【0017】

検出部は、通信信号に含まれる複数の光信号の光パワー値の最大値である最大光パワー値を検出する。また、検出部は、通信信号に含まれる複数の光信号の光パワー値の最小値である最小光パワー値を検出する。さらに、検出部は、最大光パワー値と最小光パワー値との差である光パワー差を検出する。

【0018】

記憶部は、最大光パワー値の目標値である第１目標値と、最小光パワー値の目標値である第２目標値と、第１の目標値と第２の目標値との差である光パワー差閾値とを記憶する。
供給部は、制御部に制御され、光増幅部の利得を制御する制御電流を光増幅部に供給する。

【0019】

制御部は、光パワー差が、光パワー差閾値以下であり、かつ最大光パワー値が第１目標値よりも大きいとき、供給部を制御して、最大光パワー値を第１目標値にするように、制御電流の大きさを変化させ、光増幅部の利得を調整する。また、制御部は、光パワー差が光パワー差閾値よりも大きいとき、供給部を制御して、最小光パワー値を第２の目標値にするように、制御電流の大きさを変更させ、光増幅部の利得を調整する。

【0020】

以上のように、実施形態の光受信器は、光増幅器から出力される複数の光信号の光パワーを測定し、光増幅器から出力される各光信号の光パワーがフォトダイオードの受光範囲に収まるように、光増幅器の利得を調整する。これにより、光受信器は、最大光パワーを有する光信号の光パワーを受光範囲内に抑え、かつ最小光パワーを有する光信号の光パワーが、フォトダイオードの受光範囲よりも小さくなることを回避する。したがって、光受信器は、フォトダイオードに入力する光信号の光パワーを調整する光増幅器の利得に、波長依存性がある半導体光増幅器を用いても、広いダイナミックレンジを実現することができる。

【0021】

図１は、光受信器が使用される光通信システムの一実施例を示す図である。
図１を参照して、実施形態の光受信器が適用される光通信システム１００を説明する。
図１に示す光通信システム１００は、光送信器１１０、光受信器１２０、および光ファイバ１３０を有する。

【0022】

光送信器１１０は、ドライバ（Ｄｒｖ）１０〜１ｎ、レーザーダイオード（ＬＤ）２０〜２ｎ、および合波器３（合波部）を有する。
ドライバ１０〜１ｎは、図示しない情報処理装置や入力装置からデータ信号が入力されると、レーザーダイオード２０〜２ｎから出力される光キャリアを変調する変調信号を生成し、生成した変調信号をレーザーダイオード２０〜２ｎに出力する。

【0023】

レーザーダイオード２０〜２ｎは、それぞれ波長の異なる光キャリアを生成する。そして、各光キャリアは、図示しない変調器により、ドライバ１０〜１ｎから入力される変調信号にしたがって変調され、データ信号を表す光信号として合波器３に入力される。なお、１００ギガビットイーサネットの光受信器１２０では、例えば、２５Ｇｂｓ×４ｃｈのＷＤＭ伝送が適用され、周波数間隔８００ＧＨｚの４つのレーザーダイオードが用いられる。

【0024】

合波器３は、レーザーダイオード２０〜２ｎから入力された波長の異なる複数の光信号を多重化して通信信号を生成し、光ファイバ１３０に出力する。これにより、光送信器１１０は、光受信器１２０に通信信号を送信する。

【0025】

光受信器１２０は、光増幅器４、分波器５、およびフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）６０〜６ｎを有する。
光増幅器４は、光ファイバ１３０を介して通信信号が入力されると、通信信号の光パワーを増幅する。すなわち、光増幅器４は、通信信号に含まれる複数の光信号の光パワーを一括して増幅する。また、光増幅器４は、例えば、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などである。以下の説明では、実施形態の光受信器１２０に半導体光増幅器を設けた構成について説明する。

【0026】

分波器５は、光増幅器４から入力される増幅された通信信号を、複数の光信号に分波する。そして、分波器５は、分波した各光信号をフォトダイオード６０〜６ｎにそれぞれ出力する。

【0027】

フォトダイオード６０〜６ｎは、分波器５からそれぞれ光信号が入力されると、光信号の光パワーの大きさに応じた大きさの電流信号（電気信号）を生成する。そして、フォトダイオード６０〜６ｎは、図示しない情報処理装置に電流信号を出力する。フォトダイオード６０〜６ｎには、例えば、Ｐｉｎ−ＰＤやＰＮ−ＰＤが用いられる。

【0028】

光ファイバ１３０は、光送信器１１０と光受信器１２０とを通信可能に接続する。光ファイバ１３０は、特に限定しないが、例えば、シングルモードファイバを用いると良い。

【0029】

図２は、光受信器の一実施例を示す機能ブロック図である。
図２に示す光受信器１２０は、光増幅部２０１、分波部２０２、変換部２０３、モニタ部２０４、検出部２０５、記憶部２０６、制御部２０７、および供給部２０８を有する。

【0030】

光増幅部２０１は、光受信器１２０の入力段に設けられ、光送信器１１０から送信された通信信号が入力されると、通信信号に含まれる波長の異なる複数の光信号を一括増幅する。また、光増幅部２０１の利得は、供給部２０８から入力される制御電流の大きさに応じて変化する。一例として、光増幅部２０１に半導体光増幅器を適用した場合、光増幅部２０１の利得は、供給部２０８から入力される制御電流の大きさに比例する。また、光増幅部２０１は、例えば、図１の光増幅器４である。

【0031】

分波部２０２は、光増幅部２０１で光パワーが増幅された通信信号が入力されると、通信信号を分波して複数波長の光信号を出力する。
変換部２０３は、分波部２０２から出力される複数波長の光信号を、それぞれの光パワーに応じた電気信号に変換する。変換部２０３は、例えば、図１のフォトダイオード６０〜６ｎであり、受光した光信号を示す電気信号に正確に変換できる範囲として、受光範囲が設定されている。

【0032】

モニタ部２０４は、分波部２０２から出力される複数波長の光信号の光パワーをそれぞれ測定する。モニタ部２０４は、例えば、変換部２０３から入力される電気信号の電流値を監視することにより、光信号の光パワーを測定しても良い。また、モニタ部２０４は、変換部２０３から入力される電気信号の振幅の大きさを監視することにより、光信号の光パワーを測定しても良い。

【0033】

検出部２０５は、モニタ部２０４で測定された複数波長の光信号の光パワーの大きさである光パワー値から、最大光パワー値と、最小光パワー値と、最大光パワー値と最小光パワー値との差である光パワー差とを検出する。

【0034】

最大光パワー値とは、モニタ部２０４で測定された複数波長の光信号の光パワー値の中で、一番大きい光パワー値である。また、最小光パワー値とは、モニタ部２０４で測定された複数の光信号の光パワー値の中で、一番小さい光パワー値である。

【0035】

記憶部２０６は、図３に示す設定値テーブル３００を記憶する。
設定値テーブル３００には、最大光パワー値の目標値Ｐ１（第１の目標値）と、最小光パワー値の目標値Ｐ２（第２の目標値）と、目標値Ｐ１と目標値Ｐ２との差である光パワー差閾値Ｐ３と、光増幅部２０１の利得の調整を開始するときの制御電流の初期値Ｉ０とが格納されている。

【0036】

目標値Ｐ１と目標値Ｐ２とは、変換部２０３の受光範囲内に入るように設定される。一例として、変換部２０３の受光範囲が−１０ｄＢｍ（最小受信電力）〜＋５ｄＢｍ（最大受信電力）のとき、目標値Ｐ１を−２ｄＢｍ、目標値Ｐ２を−８ｄＢｍと設定すれば良い。目標値Ｐ１、Ｐ２は、変換部２０３の受光範囲との間にマージンを持って設定すると良い。これにより、光受信器１２０は、後述する利得の制御に誤差が生じたときでも、誤差をマージンで吸収し、光増幅部２０１から出力される複数波長の光信号の最大光パワーと最小光パワーとを、変換部２０３の受光範囲内にすることができる。

【0037】

光パワー差閾値Ｐ３は、目標値Ｐ１から目標値Ｐ２を減算した値である。すなわち、光パワー差閾値Ｐ３は、目標値Ｐ１と目標値Ｐ２との光パワーの差である。
初期値Ｉ０は、例えば、光受信器１２０に要求されるダイナミックレンジの最小受信電力の光パワーを受信したときに、出力される光パワーが変換部２０３の受光範囲に入るように設定される。

【0038】

制御部２０７は、検出部２０５で検出された最大光パワー値、最小光パワー値、および光パワー差を取得する。また、制御部２０７は、記憶部２０６に記憶されている設定値テーブル３００に格納されている目標値Ｐ１と、目標値Ｐ２と、光パワー差閾値Ｐ３と、初期値Ｉ０とを取得する。

【0039】

そして、制御部２０７は、光パワー差が光パワー差閾値Ｐ３以下であり、かつ最大光パワー値が目標値Ｐ１よりも大きいとき、最大光パワー値を目標値Ｐ１にするように、光増幅部２０１の利得を調整する。このとき、制御部２０７は、検出部２０５で検出される最大光パワー値を参照しながら、供給部２０８を制御して、制御電流の大きさを小さくしていき、最大光パワー値を目標値Ｐ１にする。また、制御部２０７は、複数の光信号の光パワー値が、全て目標値Ｐ１と目標値Ｐ２との間になると、光増幅部２０１の利得を一定にする。すなわち、制御部２０７は、複数の光信号の光パワー値が、全て目標値Ｐ１と目標値Ｐ２との間になると、供給部２０８を制御して、制御電流を一定にする。

【0040】

さらに、制御部２０７は、光パワー差が光パワー差閾値Ｐ３よりも大きいとき、最小光パワー値を目標値Ｐ２にするように、光増幅部２０１の利得を調整する。このとき、制御部２０７は、検出部２０５で検出される最小光パワー値を参照しながら、供給部２０８を制御して、制御電流の大きさを大きくしていき、最大光パワー値を目標値Ｐ２にする。また、制御部２０７は、複数の光信号の光パワー値が、全て目標値Ｐ１と目標値Ｐ２との間になると、光増幅部２０１の利得を一定にする。すなわち、制御部２０７は、複数の光信号の光パワー値が、全て目標値Ｐ１と目標値Ｐ２との間になると、供給部２０８を制御して、制御電流を一定にする。

【0041】

制御部２０７は、光増幅部２０１の利得調整を開始するとき、利得の大きさを、光受信器１２０の最小受信電力の光パワーを有する光信号が光増幅器４に入力されたとき、光増幅器４から出力される光信号の光パワーが、変換部２０３の受光範囲内に収まる大きさにする。このとき、制御部２０７は、例えば、設定値テーブル３００から初期値Ｉ０を取得し、供給部２０８を制御して、初期値Ｉ０の制御電流を光増幅部２０１に供給させる。そして、制御部２０７は、複数の光信号の光パワー値が、全て目標値Ｐ１と目標値Ｐ２の間であるとき、供給部２０８を制御して、制御電流を初期値Ｉ０で一定にする。
供給部２０８は、光増幅部２０１に利得を制御する制御電流を供給する。

【0042】

図４は、光受信器の一実施例を示すブロック図である。
図４に示す光受信器１２０は、光増幅器４、分波器５、フォトダイオード６０〜６ｎ、電力モニタ７０〜７ｎ、制御回路８、記憶装置９および供給回路４１を有する。図１と同じ構成については、説明を省略する。

【0043】

光増幅器４は、図２の光増幅部２０１として機能する。
分波器５は、図２の分波部２０２として機能する。
フォトダイオード６０〜６ｎは、図２の変換部２０３として機能する。
電力モニタ７０〜７ｎは、例えば、電力計であり、図２のモニタ部２０４として機能する。

【0044】

制御回路８は、例えば、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）およびＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）などである。そして、制御回路８の最大光パワー値検出回路８１、最小光パワー値検出回路８２および光パワー差検出回路８３は、図２の検出部２０５として機能する。また、制御回路８の制御切替回路８４は、図２の制御部２０７として機能する。さらに、制御回路８は、電力モニタ７０〜７ｎからアナログ信号で入力される光パワー値を、デジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換回路８５と、制御切替回路８４からデジタル信号で出力される制御電流値を、アナログ信号に変換するＤ／Ａ変換回路８６とを有する。

【0045】

記憶装置９は、各種データを記憶する。そして、記憶装置９は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などである。ＲＡＭは、制御回路８のワークエリアとして使用されても良い。ＲＯＭには、制御回路８を検出部２０５と制御部２０７として機能させるためのプログラムや設定値テーブル３００を記憶しても良い。そして、記憶装置９は、図２の記憶部２０６として機能する。
供給回路４１は、例えば、電流調整回路を有する電源である。そして、供給回路４１は、図２の供給部２０８として機能する。

【0046】

図５、６は、光増幅器の入出力特性の一例を示す図である。
図７は、光増幅器の制御電流値の一例を示す図である。
以下の説明では、光受信器１２０の光増幅器４に、半導体光増幅器を適用したものとする。一例として、光受信器１２０に要求されるダイナミックレンジが２５ｄＢｍであり、範囲が−２０ｄＢｍ〜＋５ｄＢｍであるものとする。さらに、変換部２０３の受光範囲が−１０ｄＢｍ〜＋２ｄＢｍであるとする。そして、目標値Ｐ１、目標値Ｐ２、光パワー差閾値Ｐ３、および初期値Ｉ０は、図３に設定されている値を用いるものとする。

【0047】

図５、６に示す、Ｌ０〜Ｌ３は、それぞれ光増幅器４に入力される複数波長の光信号（通信信号）の入出力特性を示す。図５、６の横軸は、光増幅器４に入力される光信号の光パワーを示す。図５、６の縦軸は、光増幅器４から出力される光信号の光パワーを示す。

【0048】

図７の横軸は、光増幅器４に入力される光パワーを示す。図７の縦軸は、制御電流の大きさを示す。
図５の光増幅器の入出力特性と、図７の光増幅器の制御電流値とを参照して、最大光パワー値を調整する光増幅器４の利得制御（以下、最大利得制御ともいう。）を説明する。
以下の説明では、図２の機能ブロックを参照する。なお、光増幅部２０１は、光増幅器４のことである。

【0049】

図５、７に示すように、初期値Ｉ０（１２０ｍＡ）は、光受信器１２０に要求されるダイナミックレンジの最小受信電力（−２０ｄＢｍ）の光パワーを受信したとき、出力される光パワーが平均して−５．５ｄＢｍとなるように設定された値である。

【0050】

そして、制御部２０７は、光増幅部２０１に入力される通信信号の光パワーが−２０ｄＢｍ〜−１５ｄＢｍのとき、初期値Ｉ０を光増幅部２０１に供給する。これにより、制御部２０７は、光増幅部２０１に入力される通信信号の光パワーが−２０ｄＢｍ〜−１５ｄＢｍのとき、光増幅部２０１から出力される光パワー（−５．５ｄＢｍ〜−２ｄＢｍ）を変換部２０３の受光範囲に入れることができる。

【0051】

光増幅部２０１に入力される通信信号の光パワーが−１５ｄＢｍよりも大きいとき、初期値Ｉ０の電流を光増幅部２０１に入力すると、光増幅部２０１から出力される最大光パワー値は、目標値Ｐ１（−２ｄＢｍ）よりも大きくなる。

【0052】

すると、制御部２０７は、図５、７に示すように、最大光パワー値を目標値Ｐ１とするため、供給部２０８を制御して、光増幅部２０１に供給する電流を変更し、光増幅部２０１の利得を調整する。このとき、制御部２０７は、モニタ部２０４で測定される最大光パワー値を参照しながら光増幅部２０１に供給する制御電流を変更する。なお、制御部２０７による制御電流の変更は、例えば、予め実験で定められた必要な分解能の電流値ｄＩずつ変更しても良い。そして、制御部２０７は、制御電流の電流値を電流値ｄＩ変更するごとに、最大光パワー値が目標値Ｐ１となったか否かを判定し、最大光パワー値が目標値Ｐ１になったとき、制御電流を一定にしても良い。

【0053】

以上の制御を行うことで、図５に示すように光受信器１２０は、−２０ｄＢｍ〜＋０ｄＢｍまでの２０ｄＢｍの範囲で、光増幅部２０１から出力される光信号の光パワーを、目標値Ｐ１〜目標値Ｐ２の範囲内にすることができる。また、目標値Ｐ１〜目標値Ｐ２の範囲は、変換部２０３の受光範囲である−１０ｄＢｍ〜＋２ｄＢｍよりも狭く設定される。これにより、光受信器１２０は、要求されるダイナミックレンジ内の２０ｄＢｍの範囲でマージンを持って、光増幅部２０１で複数波長の光信号の光パワーを増幅し、通信信号を受信することができる。

【0054】

図６の光増幅器の入出力特性と、図７の光増幅器の制御電流値の実線とを参照して、最大光パワー値と最小光パワー値とを調整する実施形態の光増幅部２０１の利得制御を説明する。
光増幅部２０１に入力される通信信号の光パワーが−２０ｄＢｍ〜０ｄＢｍのとき、実施形態の利得制御は、図５、７を参照して説明した最大利得制御と同じである。

【0055】

光増幅部２０１に入力される通信信号の光パワーが０ｄＢｍよりも大きいとき、最大利得制御を実行すると、図６に示すように、光増幅部２０１から出力される最小光パワー値（Ｌ０）は、目標値Ｐ２よりも小さくなる。すなわち、光増幅部２０１に入力される通信信号の光パワーが０ｄＢｍよりも大きいとき、最大利得制御を実行すると、光パワー差閾値Ｐ３よりも最大光パワー値（Ｌ３）と最小光パワー値との光パワー差が大きくなる。

【0056】

そこで、制御部２０７は、図７に示すように、最小光パワー値を目標値Ｐ２とするために、供給部２０８を制御して、光増幅部２０１に供給する制御電流を変更し、光増幅部２０１の利得を調整する。このとき、制御部２０７は、モニタ部２０４で測定される最小光パワー値を参照しながら光増幅部２０１に供給する電流を変更する。なお、制御部２０７による制御電流の変更は、例えば、予め実験で定められた必要な分解能の電流値−ｄＩずつ変更しても良い。そして、制御部２０７は、制御電流の電流値を電流値−ｄＩ変更するごとに、最小光パワー値が目標値Ｐ２となったか否かを判定し、最小光パワー値が目標値Ｐ２になったとき、制御電流を一定にしても良い。

【0057】

以上の制御を行うことで、図６に示すように光受信器１２０は、−２０ｄＢｍ〜＋５ｄＢｍまでの２５ｄＢｍの範囲で、光増幅部２０１から出力される光信号の光パワーを、目標値Ｐ１〜目標値Ｐ２の範囲内にすることができる。また、目標値Ｐ１〜目標値Ｐ２の範囲は、変換部２０３の受光範囲である−１０ｄＢｍ〜＋２ｄＢｍよりも狭く設定される。これにより、光受信器１２０は、要求されるダイナミックレンジ内の２５ｄＢｍの範囲でマージンを持って、光増幅部２０１で複数波長の光信号の光パワーを増幅し、通信信号を受信することができる。

【0058】

図８は、光増幅器の利得制御の処理内容を示すフローチャートである。
図８を参照して、光増幅器の利得制御の処理内容を説明する。
以下の説明では、図２の機能ブロックを参照する。

【0059】

検出部２０５は、モニタ部２０４で測定された通信信号に含まれる各光波長の光パワー値を参照し、最大光パワー値（Ｐｍａｘ）、最小光パワー値（Ｐｍｉｎ）、および光パワー差（ｄＰ）を検出する（Ｓ１）。

【0060】

そして、制御部２０７は、検出部２０５で検出された光パワー差と、光パワー差閾値Ｐ３とを比較する（Ｓ２）。
制御部２０７は、光パワー差閾値Ｐ３よりも光パワー差が大きいとき（Ｓ２にてＹｅｓ）、制御パラメータを最小光パワー値に、制御ターゲットを目標値Ｐ２に決定する（Ｓ３）。すると、制御部２０７は、最小光パワー値が目標値Ｐ２となるように、制御電流（ＩＳＯＡ）を制御する（Ｓ４）。

【0061】

そして、制御部２０７は、利得制御を終了するか否かを判定する（Ｓ５）。制御部２０７は、利得制御を終了すると判定したとき（Ｓ５にてＹｅｓ）、一連の処理を終了する。なお、制御部２０７は、例えば、Ｓ５の前の処理において、ユーザにより、利得制御の終了を示す信号が入力されたとき、または光送信器１１０との通信が終了したときなどに、利得制御を終了すると判定しても良い。

【0062】

また、制御部２０７は、利得制御を継続すると判定したとき、Ｓ１の処理を実行する。なお、制御部２０７は、例えば、Ｓ５の前の処理において、ユーザや図示しない情報処理装置からの利得制御終了の要求がなかったとき、利得制御を継続すると判定しても良い。また、制御部２０７は、例えば、Ｓ４の処理で制御電流を変更して一定時間経過後に、Ｓ１の処理を実行しても良い。これにより、制御部２０７は、一連の処理の回数を求められる利得制御の精度に応じて少なくすることができ、処理負担を軽減することができる。

【0063】

Ｓ２において、光パワー差閾値Ｐ３よりも光パワー差が小さいとき（Ｓ２にてＮｏ）、制御部２０７は、検出部２０５で検出された最大光パワー値と目標値Ｐ１とを比較する（Ｓ６）。
制御部２０７は、目標値Ｐ１よりも最大光パワー値が大きいとき（Ｓ６にてＹｅｓ）、制御パラメータを最大光パワー値に、制御ターゲットを目標値Ｐ１に決定する（Ｓ７）。すると、制御部２０７は、最大光パワー値が目標値Ｐ１となるように、制御電流を制御する（Ｓ４）。そして、制御部２０７は、Ｓ５の処理を実行する。

【0064】

Ｓ６において、目標値Ｐ１よりも最大光パワー値が小さいとき（Ｓ６にてＮｏ）、制御パラメータを制御電流に、制御ターゲットを初期値Ｉ０に決定する（Ｓ８）。すると、制御部２０７は、制御電流が初期値Ｉ０となるように、制御電流を制御する（Ｓ４）。そして、制御部２０７は、Ｓ５の処理を実行する。

【0065】

以上のように、実施形態の光受信器１２０は、分波部２０２から出力される複数波長の光信号の光パワーを測定し、各光パワーがそれぞれフォトダイオード６０〜６ｎの受光範囲に収まるように、光増幅器の利得を調整する。これにより、光受信器１２０は、最大光パワーを有する光信号の光パワーを受光範囲内に抑え、かつ最小光パワーを有する光信号の光パワーが、フォトダイオードの受光範囲よりも小さくなることを回避する。したがって、光受信器は、フォトダイオードに入力する光信号の光パワーを調整する光受信器１２０に、波長依存性がある半導体光増幅器を用いても、広いダイナミックレンジを実現することができる。

【0066】

実施形態の光受信器１２０は、図６で説明したように、光増幅器４に半導体光増幅器を適用したときにおいても、広いダイナミックレンジを実現することができる。したがって、実施形態の光増幅器４は、１００ギガイーサネットの４０ｋｍ規格において、ファイバ光増幅器ではなく半導体光増幅器を用いることができ、光受信器１２０を小型化することができる。

【0067】

以上記載した各実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。なお、本発明は、以下の付記に限定されるものではない。
（付記１）
波長の異なる複数の光信号を多重化した通信信号が入力されると、該通信信号の光パワーを増幅して出力する光増幅部と、
前記光増幅部で光パワーが増幅された前記通信信号が入力されると、該通信信号を分波して前記複数の光信号を出力する分波部と、
前記分波部から出力される前記複数の光信号の光パワーをそれぞれ測定するモニタ部と、
前記モニタ部で測定された前記複数の光信号の光パワー値から、最大光パワー値と、最小光パワー値と、最大光パワー値と最小光パワー値との差である光パワー差とを検出する検出部と、
前記光パワー差が、前記最大光パワー値の目標値である第１目標値と、前記最小光パワー値の目標値である第２目標値との差である光パワー差閾値以下であり、かつ前記最大光パワー値が前記第１目標値よりも大きいとき、前記最大光パワー値を第１目標値にするように、前記光増幅部の利得を調整し、
前記光パワー差が前記光パワー差閾値よりも大きいとき、前記最小光パワー値を前記第２の目標値にするように、前記光増幅部の利得を調整する制御部と、
を備えることを特徴とする光受信器。
（付記２）
前記制御部は、
前記複数の光信号の光パワー値が、全て前記第１の目標値と前記第２の目標値の間にあるとき、前記光増幅部の利得を一定にする
ことを特徴とする付記１に記載の光受信器。
（付記３）
前記光受信器は、さらに、
前記分波部から出力される前記複数の光信号を、それぞれの光パワーに応じた電気信号に変換する変換部を備え、
前記制御部は、
前記光増幅部の利得の調整を開始するとき、該利得の大きさを、前記光受信器の最小受信電力の光パワーを有する光信号が前記光増幅器に入力されたとき、該光増幅器から出力される該光信号の光パワーが、前記変換部の受光範囲内に収まる大きさにすることを特徴とする付記１または２に記載の光受信器。
（付記４）
前記光増幅部に利得を制御する制御電流を供給する供給部と、
前記光増幅部の利得の調整を開始するときの制御電流の電流値である初期値を記憶する記憶部と、
を備え、
前記光増幅部は、
前記制御電流の大きさに応じて利得が変化し、
前記制御部は、
前記光増幅部の利得の調整を開始するとき、前記供給部を制御して、前記初期値の制御電流を前記光増幅部に供給させる
ことを特徴とする付記２または３に記載の光受信器。
（付記５）
前記光増幅部は、
制御電流の大きさに応じて利得が変化し、
前記制御部は、
前記光増幅部の利得を調整するとき、前記制御電流の大きさを変更する
ことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光受信器
（付記６）
前記第１目標値と、前記第２目標値と、前記光パワー差閾値とを記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、
前記制御電流の大きさを変更するとき、前記記憶部に記憶された前記第１目標値と、前記第２目標値と、前記光パワー差閾値とを用いる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光受信器。
（付記７）
前記光受信器は、さらに、
前記分波部から出力される前記複数の光信号を、それぞれの光パワーに応じた電気信号に変換する変換部を備え、
前記モニタ部は、
前記電気信号の電流値を監視することにより、前記光信号の光パワーを測定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光受信器。
（付記８）
前記分波部から出力される前記複数の光信号を、それぞれの光パワーに応じた電気信号に変換する変換部をさらに備え、
前記モニタ部は、
前記電気信号の振幅を監視することにより、前記光信号の光パワーを測定する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光受信器。
（付記９）
前記光増幅部は、
半導体増幅器であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光受信器。
（付記１０）
前記検出部と前記制御部とは、
ＣＰＵにより実行されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の光受信器。
（付記１１）
波長の異なる複数の光信号を多重化した通信信号が入力されると、該通信信号の光パワーを増幅し、
前記光パワーが増幅された通信信号を分波し、
前記通信信号を分波する処理で分波された前記複数の光信号の光パワーをそれぞれ測定し、
前記測定した複数の光信号の光パワー値から、最大光パワー値と、最小光パワー値と、最大光パワー値と最小光パワー値との差である光パワー差とを検出し、
前記光パワー差が、前記最大光パワー値の目標値である第１目標値と、前記最小光パワー値の目標値である第２目標値との差である光パワー差閾値以下であり、かつ前記最大光パワー値が前記第１目標値よりも大きいとき、前記最大光パワー値を第１目標値にするように、前記通信信号の光パワーを増幅する処理において、前記通信信号を増幅する利得を調整し、
前記光パワー差が前記光パワー差閾値よりも大きいとき、前記最小光パワー値を前記第２の目標値にするように、前記通信信号の光パワーを増幅する処理において、前記通信信号を増幅する利得を調整する
ことを特徴とする光受信方法。
（付記１２）
光送信器は、
波長の異なる複数の光信号が入力されると、該複数の光信号を多重化した通信信号を出力する合波部を備え、
光受信器は、
前記光送信器から送信された通信信号が入力されると、該通信信号の光パワーを増幅して出力する光増幅部と、
前記光増幅部で光パワーが増幅された前記通信信号が入力されると、該通信信号を分波して前記複数の光信号を出力する分波部と、
前記分波部から出力される前記複数の光信号の光パワーをそれぞれ測定するモニタ部と、
前記モニタ部で測定された前記複数の光信号の光パワー値を参照し、最大光パワー値と、最小光パワー値と、最大光パワー値と最小光パワー値との差である光パワー差とを検出する検出部と、
前記光パワー差が、前記最大光パワー値の目標値である第１目標値と、前記最小光パワー値の目標値である第２目標値との差である光パワー差閾値以下であり、かつ前記最大光パワー値が前記第１目標値よりも大きいとき、前記最大光パワー値を第１目標値にするように、前記光増幅部の利得を調整し、
前記光パワー差が前記光パワー差閾値よりも大きいとき、前記最小光パワー値を前記第２の目標値にするように、前記光増幅部の利得を調整する制御部と、
を備えることを特徴とする光通信システム。

【符号の説明】

【0068】

１０〜１ｎ ドライバ
２０〜２ｎ レーザーダイオード
３ 合波器
４ 光増幅器
４１ 供給回路
５ 分波器
６０〜６ｎ フォトダイオード
７０〜７ｎ 電力モニタ
８ 制御回路
８１ 最大光パワー値検出回路
８２ 最小光パワー値検出回路
８３ 光パワー差検出回路
８４ 制御切替回路
８５ Ａ／Ｄ変換回路
８６ Ｄ／Ａ変換回路
９ 記憶装置
１００ 光通信システム
１１０ 光送信器
１２０ 光受信器
１３０ 光ファイバ
２０１ 光増幅部
２０２ 分波部
２０３ 変換部
２０４ モニタ部
２０５ 検出部
２０６ 記憶部
２０７ 制御部
２０８ 供給部
３００ 設定値テーブル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】