特許 7234295 光受信装置

(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】

(24)【登録日】2023-02-27

(45)【発行日】2023-03-07

(54)【発明の名称】光受信装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/079 20130101AFI20230228BHJP

   H04B 10/66 20130101ALI20230228BHJP

【ＦＩ】

H04B10/079

H04B10/66

【請求項の数】 10

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021088318

(22)【出願日】2021-05-26

(65)【公開番号】P2021191001

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2021-06-08

(31)【優先権主張番号】202010460144.0

(32)【優先日】2020-05-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】591043064

【氏名又は名称】モレックス エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100116207

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100096426

【弁理士】

【氏名又は名称】川合 誠

(72)【発明者】

【氏名】クエンティン ツァイ

(72)【発明者】

【氏名】ヤオウェン リャン

(72)【発明者】

【氏名】ツオンミン チュアン

(72)【発明者】

【氏名】ウェイフン チェン

【審査官】対馬 英明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１７２２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００７０４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３５４４８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｂ １０／００－１０／９０

Ｈ０４Ｊ １４／００－１４／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光受信装置であって、
光ファイバから光信号を受信し、該光信号に対して光電変換及び増幅を実行して、光電流を生成するために使用される変換モジュールと、
予め設定された出力電圧スイングを示す入力信号を受信し、前記変換モジュールを電気的に接続して前記光電流を受信する信号生成モジュールであって、該信号生成モジュールは、総利得自体を示す利得信号を提供し、電圧信号を生成するために、前記入力信号に従って前記光電流に対してトランスインピーダンス及び増幅を実行し、前記光電流に従って前記光信号に関連する平均光パワーを示す測定信号を生成する、信号生成モジュールと、
制御モジュールであって、前記変換モジュールと前記信号生成モジュールとに電気的に接続し、前記変換モジュールの利得を調整するために前記変換モジュールに可変である制御信号を出力し、その結果、前記変換モジュール自体の利得が変化するにつれて前記変換モジュールのダイナミックレンジが変化する、制御モジュールと
を備え、
該制御モジュールは、前記入力信号を受信し、該入力信号を前記信号生成モジュールに出力し、前記利得信号及び前記測定信号を前記信号生成モジュールから更に受信するために使用され、前記制御モジュールは、前記入力信号と、前記利得信号と、前記測定信号と、前記変換モジュールの光電変換に関連する光応答性に従って消光比を取得し、該消光比は、前記変換モジュールが飽和領域で動作するかどうかを判断するために使用され、また前記消光比と予め設定された消光比閾値との間の比較を行い、該比較の結果に従って前記制御信号を調整して、生成し、その結果、前記消光比が前記予め設定された消光比閾値未満である場合、前記変換モジュールの利得は、前記制御信号の制御下で低下する、光受信装置。

【請求項2】

前記変換モジュールが、
前記光ファイバから前記光信号を受信し、前記制御モジュールを電気的に接続して前記制御信号を受信するために使用される半導体光増幅器であって、該半導体光増幅器は、前記制御信号に従って利得自体を調整し、増幅された光信号を生成するために該光信号を増幅し、前記半導体光増幅器の利得は、前記変換モジュールの利得として作用する、半導体光増幅器と、
該半導体光増幅器を結合して前記増幅された光信号を受信し、該増幅された光信号を帯域通過フィルタ処理してフィルタ処理された光信号を生成する光帯域通過フィルタと、
該光帯域通過フィルタを結合して前記フィルタ処理された光信号を受信し、該フィルタ処理された光信号を前記光電流に光電気的に変換する光検出器と
を備える、請求項１に記載の光受信装置。

【請求項3】

前記変換モジュールが、
バイアス電圧を受信し、前記光ファイバから前記光信号を受信するために使用される光電変換器であって、該光電変換器は、前記バイアス電圧に応じて利得自体を調整し、前記光電流を生成するために前記光信号に対して光電変換及び増幅を行い、前記光電変換器の利得を前記変換モジュールの利得として作用させる、光電変換器と、
該光電変換器と前記制御モジュールとの間に電気的に接続され、前記制御モジュールから前記制御信号を受信し、該制御信号に従って前記バイアス電圧を調整して生成し、該バイアス電圧を前記光電変換器に出力するバイアス電圧発生器と
を備える、請求項１に記載の光受信装置。

【請求項4】

前記光電変換器はアバランシェ・フォト・ダイオードで作製されている、請求項３に記載の光受信装置。

【請求項5】

前記光信号及び前記電圧信号はそれぞれ、少なくとも４つのレベルのマルチレベルパルス振幅変調信号である、請求項１に記載の光受信装置。

【請求項6】

前記信号生成モジュールは、
前記変換モジュールを電気的に接続して前記光電流を検出し、該光電流に従って前記測定信号を生成し、該測定信号を前記制御モジュールに出力する電力検出器と、
前記変換モジュールを電気的に接続して前記光電流を受信し、該光電流に対してトランスインピーダンス及び増幅を実行して増幅された電圧信号を生成するトランスインピーダンス増幅器と、
可変利得を示す利得制御信号を受信し、前記トランスインピーダンス増幅器を電気的に接続して前記増幅された電圧信号を受信する可変利得増幅器であって、該可変利得増幅器は、前記利得制御信号に従って前記可変利得に利得自体を調整し、前記増幅された電圧信号を増幅して該電圧信号を生成する、可変利得増幅器と、
該可変利得増幅器及び前記制御モジュールを電気的に接続して、前記電圧信号及び前記入力信号をそれぞれ受信し、前記電圧信号の電圧スイングと前記入力信号によって示される前記予め設定された出力電圧スイングとの間の比較を実行して、該比較の結果に従って前記利得制御信号を調整して生成し、該利得制御信号を前記可変利得増幅器に出力する自動利得コントローラと
を備え、
該自動利得コントローラは、前記利得信号を更に提供し、該利得信号によって示される総利得は、前記トランスインピーダンス増幅器及び前記可変利得増幅器の利得の合計である、請求項１に記載の光受信装置。

【請求項7】

前記信号生成モジュールを電気的に接続して前記電圧信号を受信し、該電圧信号を復調してデータ出力を生成するマルチレベルパルス振幅復調器
を更に備える、請求項１に記載の光受信装置。

【請求項8】

前記光信号は、各々が少なくとも４つのレベルのパルス振幅変調信号である複数のマルチレベルパルス振幅変調信号を有し、前記光電流が複数の光電流部分を有し、前記変換モジュールは、
前記光ファイバから前記光信号を受信し、前記制御モジュールを電気的に接続して前記制御信号を受信するために使用される半導体光増幅器であって、該半導体光増幅器は、前記制御信号に従って利得自体を調整し、増幅された光信号を生成するために該光信号を増幅し、前記半導体光増幅器の利得は、前記変換モジュールの利得として作用する、半導体光増幅器と、
該半導体光増幅器を結合して前記増幅された光信号を受信し、該増幅された光信号を分波して、前記複数のマルチレベルパルス振幅変調信号にそれぞれ関連する複数の調整光信号を生成するデマルチプレクサと、
該デマルチプレクサを結合し、前記複数の調整光信号をそれぞれ受信し、それに応じて該複数の調整光信号を前記複数の光電流部分にそれぞれ光電気的に変換する複数の光検出器と
を備える、請求項１に記載の光受信装置。

【請求項9】

予め設定された出力電圧スイングが複数の予め設定された出力電圧スイング部分を有し、入力信号は、前記複数の予め設定された出力電圧スイング部分のうちの対応する１つを各々示す複数の入力信号部分を有し、利得信号は、複数の利得信号部分を有し、電圧信号は複数の電圧信号部分を有し、信号生成モジュールは、
複数の信号生成ユニットであって、各信号生成ユニットは、前記制御モジュールを電気的に接続して、対応する前記入力信号部分を受信し、対応する前記光検出器を電気的に接続して対応する前記光電流部分を受信し、各信号生成ユニットは、対応する前記利得信号部分を提供し、前記対応する入力信号部分に従って前記対応する光電流部分を増幅して、対応する前記電圧信号部分を生成し、前記対応する光電流部分に従って該対応する光電流部分の平均光パワーを示す測定信号部分を生成し、複数の測定信号部分が測定信号を構成する、複数の信号生成ユニット
を備える、請求項８に記載の光受信装置。

【請求項10】

前記光受信装置は、
前記複数の信号生成ユニットをそれぞれ電気的に接続して、前記複数の電圧信号部分をそれぞれ受信し、該複数の電圧信号部分をそれぞれ復調して、それぞれ複数のデータ出力を生成する、複数のマルチレベルパルス振幅復調器と、
前記制御モジュールを電気的に接続し、前記複数のマルチレベルパルス振幅復調器を電気的に接続して前記複数のデータ出力を受信し、該複数のデータ出力に従って推定信号を生成し、該推定信号を前記制御モジュールに出力し、その結果、該制御モジュールは、前記推定信号に従って更に制御信号を調整する推定モジュールであって、前記推定信号は、光信号のビット誤り率及び信号対雑音比のうちの１つに関連付けられる、推定モジュールと
を更に備える、請求項９に記載の光受信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、装置に関し、特に、光受信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

既存の光通信システムは、光送信装置と、光ファイバと、光受信装置と、調整可能な光減衰器と、光スプリッタと、光検知器と、を含む。

【0003】

光送信装置は、マルチレベルパルス振幅変調の光信号を送信し、光ファイバ及び調整可能な光減衰器を介して光信号を順次光スプリッタに送信するために使用される。光スプリッタは、受信した光信号を第１の光信号及び第２の光信号に分割し、第１の光信号及び第２の光信号を光検知器及び光受信装置にそれぞれ送信する。光受信装置は、受信された第２の光信号に対して光電変換、増幅、及び復調を実行してデジタルデータ出力を生成し、後段デジタル回路を使用することを可能にする。光検知器は、第１の光信号に従って光信号の光パワーを示す測定信号を生成し、測定信号を調整可能な光減衰器に送信する。測定信号に従って、調整可能な光減衰器は、光受信装置が、光スプリッタから光受信装置によって受信された第２の光信号の光パワーが大きすぎるため、内部の半導体光増幅器に飽和領域で動作させないように、光ファイバ光を介して受信した光信号が、最初に電力減衰及び調整のために機能し、その後、光スプリッタに出力されるかどうかを決定し、その結果、半導体光増幅器が飽和領域で動作するため、光受信装置によって生成されたデジタルデータ出力が不正確になることを回避する。

【0004】

したがって、光送信装置、光ファイバ、及び既存の光通信システムによって含まれる光受信装置などの基本要素に加えて、既存の光通信システムは、調整可能な光減衰器、光スプリッタ、及び光検知器を更に含むことを必要とし、その結果、既存の光通信システムは、より大きな音量及びより高いコストを有することになる。また、光信号の入力電力に関連する光受信装置のダイナミックレンジがより制限される。したがって、既存の光通信システムは、依然として、改善された空間を有する。

【発明の概要】

【0005】

したがって、本開示の目的は、既存の技術の欠点を克服することができる光受信装置を提供することである。

【0006】

したがって、本開示の光受信装置は、変換モジュールと、信号生成モジュールと、制御モジュールと、を備える。変換モジュールは、光ファイバから光信号を受信し、光信号に光電変換及び増幅を実行し、光電流を生成するために使用される。信号生成モジュールは、予め設定された出力電圧スイングを示す入力信号を受信し、変換モジュールを電気的に接続して光電流を受信し、信号生成モジュールは、総利得自体を示す利得信号を提供し、電圧信号を生成するために、入力信号に従って光電流に対してトランスインピーダンス及び増幅を実行し、光電流に従って光信号に関連する平均光パワーを示す測定信号を生成する。制御モジュールは、変換モジュールと信号生成モジュールとを電気的に接続し、変換モジュールの利得を調整するために変換モジュールに可変である制御信号を出力し、その結果、変換モジュール自体の利得が変化するにつれて変換モジュールのダイナミックレンジが変化する。

【0007】

本開示の技術的効果は、制御モジュールが制御信号を生成して変換モジュールの利得を調整することにより、変換モジュールのダイナミックレンジを更に増大させることができ、その結果、光ファイバを介した光信号の送信距離が制限されず、リンク性能が促進されることにある。

【図面の簡単な説明】

【0008】

本開示の他の特徴及び技術的効果は、添付の図面を参照する実施形態において明らかとなるであろう。

【0009】

【図1】本開示の光受信装置の第１の実施形態を示すブロック図であり、光通信システムのために使用される。

【図2】第１の実施形態の半導体光増幅器の利得を示すシミュレーション図であり、異なる駆動電流の下で入力電力を用いて変化する。

【図3】第１の実施形態の半導体光増幅器の利得が一定であるときの入力電力によるビット誤り率の変化を示すシミュレーション図である。

【図4】第１の実施形態の半導体光増幅器の利得が一定であるときの入力電力による消光比の変化を示すシミュレーション図である。

【図5】第１の実施形態の半導体光増幅器の利得が一定でないときの入力電力によるビット誤り率の変化を示すシミュレーション図である。

【図6】半導体光増幅器の第１の実施形態の利得が一定ではないときの入力電力による消光比の変化を示すシミュレーション図である。

【図7】本開示の光受信装置の第２の実施形態を示すブロック図である。

【図8】本開示の光受信装置の第３の実施形態を示すブロック図であり、別の光通信システムのために使用される。

【符号の説明】

【0010】

１ 光受信装置
１０ 光通信システム
１１、１１ａ、１１ｂ 変換モジュール
１１１、１１６ 半導体光増幅器
１１２ 光帯域通過フィルタ
１１３、１１８ 光検出器
１１４ 光電変換器
１１５ バイアス電圧発生器
１１７ デマルチプレクサ
１２、１２ａ 信号生成モジュール
１２１ 電力検出器
１２２ トランスインピーダンス増幅器
１２３ 可変利得増幅器
１２４ 自動利得コントローラ
１２５ 信号生成ユニット
１３ 制御モジュール
１４ マルチレベルパルス振幅復調器
１５ 推定モジュール
２ 光送信装置
３ 光ファイバ
Ａｃ 利得制御信号
Ｃｓ 制御信号
Ｄｏ データ出力
Ｄｏ１－Ｄｏｎ データ出力
ＤＲ、ＤＲ’ ダイナミックレンジ
Ｅｓ 推定信号
Ｇｓ 利得信号
Ｇｓ１－Ｇｓｎ 利得信号部分
Ｌａ 増幅された光信号
Ｌｆ フィルタ処理された光信号
Ｌ１－Ｌｎ 調整光信号
Ｌｓ 光信号
Ｍｓ 測定信号
Ｍｓ１－Ｍｓｎ 測定信号部分
Ｐｂ 予め設定されたビット誤り率閾値
Ｐｃ 光電流
Ｐｃ１－Ｐｃｎ 光電流部分
Ｐｔ 予め設定された消光比閾値
Ｑ 位置
Ｑ１ 第１の入力電力
Ｑ２ 第２の入力電力
Ｓｉ 入力信号
Ｓｉ１－Ｓｉｎ 入力信号部分
Ｖａ 増幅された電圧信号
Ｖｂ バイアス電圧
Ｖｓ 電圧信号
Ｖｓ１－Ｖｓｎ 電圧信号部分

【発明を実施するための形態】

【0011】

本開示を詳細に説明する前に、同様の要素は、以下の説明において同じ参照符号によって示されることに留意すべきである。

【0012】

＜第１の実施形態＞
図１を参照すると、本開示の光受信装置１の実施形態は、光通信システム１０に適合されている。光通信システム１０は、光送信装置２と、光ファイバ３と、を備える。光送信装置２は、マルチレベルパルス振幅変調（ＰＡＭ－Ｎ）の光信号Ｌｓを送信し、光ファイバ３を介して光受信装置１に光信号Ｌｓを送信するために使用される。光信号Ｌｓは、少なくとも４つのレベルのマルチレベルパルス振幅変調信号である。本実施形態では、光信号Ｌｓは、一例として、４つのレベルのパルス振幅変調信号であるが、本開示はこれに限定されるものではない。

【0013】

本実施形態の光受信装置１は、変換モジュール１１、信号生成モジュール１２、制御モジュール１３、及びマルチレベルパルス振幅復調器１４を含む。

【0014】

変換モジュール１１は、光ファイバ３から光信号Ｌｓを受信し、光信号Ｌｓに対して光電変換及び増幅を実行し、光電流Ｐｃを生成するために使用される。本実施形態では、変換モジュール１１は、半導体光増幅器１１１、光帯域通過フィルタ１１２、及び光検出器／光学検出器１１３を含む。

【0015】

半導体光増幅器１１１は、光信号Ｌｓを受信し、可変である制御信号Ｃｓを受信するために使用される。半導体光増幅器１１１は、制御信号Ｃｓに従って利得自体を調整し、増幅された光信号Ｌａを生成するために光信号Ｌｓを増幅する。半導体光増幅器１１１の利得は、変換モジュール１１の利得として作用する。具体的には、制御信号Ｃｓが変化するにつれて半導体光増幅器１１１の駆動電流が変化し、駆動電流が変化するにつれて半導体光増幅器１１１の利得が変化する。図２を更に参照すると、図２は、半導体光増幅器１１１の利得と、異なる駆動電流下の光信号Ｌｓの入力電力との関係を示す。図２から分かるように、半導体光増幅器１１１のより大きい（より小さい）利得が所望される場合、駆動電流は、制御信号Ｃｓに従って増加（減少）される。

【0016】

光帯域通過フィルタ１１２は、増幅された光信号Ｌａを受信するように半導体光増幅器１１１に結合し、増幅された光信号Ｌａを帯域通過フィルタ処理して、フィルタ処理された光信号Ｌｆを生成する。具体的には、光帯域通過フィルタ１１２は、検出される波長を有する光信号が通過することを可能にし、検出されない波長を有する他の光信号を取り除くために使用される。

【0017】

光検出器１１３は、光帯域通過フィルタ１１２を結合して、フィルタ処理された光信号Ｌｆを受信し、フィルタ処理された光信号Ｌｆを光電流Ｐｃに光電気的に変換する。

【0018】

信号生成モジュール１２は、予め設定された出力電圧スイングを示す入力信号Ｓｉを受信し、変換モジュール１１の光検出器１１３を電気的に接続して、光電流Ｐｃを受信する。信号生成モジュール１２は、総利得自体を示す利得信号Ｇｓを提供する。信号生成モジュール１２は、入力信号Ｓｉに従って光電流Ｐｃに対してトランスインピーダンス及び増幅を行い、電圧信号Ｖｓを生成し、光電流Ｐｃに従って光信号Ｌｓに関連する平均光パワーを示す測定信号Ｍｓを生成する。測定信号Ｍｓは、光受信装置１の受信信号強度表示（ＲＳＳＩ）として作用する。電圧信号Ｖｓは、少なくとも４つのレベルのマルチレベルパルス振幅変調信号である。本実施形態では、電圧信号Ｖｓは、４つのレベルのパルス振幅変調信号であるが、本開示はこれに限定されない。信号生成モジュール１２は、電力検出器１２１、トランスインピーダンス増幅器１２２、可変利得増幅器１２３、及び自動利得コントローラ１２４を含む。

【0019】

電力検出器１２１は、光検出器１１３を電気的に接続して光電流Ｐｃを検出し、光電流Ｐｃに従って測定信号Ｍｓを生成する。

【0020】

トランスインピーダンス増幅器１２２は、光検出器１１３を電気的に接続して光電流Ｐｃを受信し、光電流Ｐｃに対してトランスインピーダンス及び増幅を行い、増幅された電圧信号Ｖａを生成する。

【0021】

可変利得増幅器１２３は、可変利得を示す利得制御信号Ａｃを受信し、トランスインピーダンス増幅器１２２を電気的に接続して増幅された電圧信号Ｖａを受信する。可変利得増幅器１２３は、利得制御信号Ａｃに従って利得自体を可変利得に調整し、増幅された電圧信号Ｖａを増幅して電圧信号Ｖｓを生成する。

【0022】

自動利得コントローラ１２４は、入力信号Ｓｉを受信し、可変利得増幅器１２３を電気的に接続して電圧信号Ｖｓを受信する。自動利得コントローラ１２４は、利得信号Ｇｓを提供し、利得信号Ｇｓによって示される総利得は、トランスインピーダンス増幅器１２２及び可変利得増幅器１２３の利得の合計である（したがって、自動利得コントローラ１２４はトランスインピーダンス増幅器１２２の利得を予め記憶し、トランスインピーダンス増幅器１２２の利得は一定である）。自動利得コントローラ１２４は、電圧信号Ｖｓの電圧スイングと入力信号Ｓｉによって示される予め設定された出力電圧スイングとの間の比較を実行して、比較の結果に従って利得制御信号Ａｃを調整して生成し、利得制御信号Ａｃを可変利得増幅器１２３に出力する。例えば、電圧信号Ｖｓの電圧スイングが予め設定された出力電圧スイング未満である場合、自動利得コントローラ１２４は、利得制御信号Ａｃの可変利得を促進し、すると利得制御信号Ａｃの制御下で利得制御信号Ａｃと共に可変利得増幅器１２３の利得が増加し、その結果、電圧信号Ｖｓの電圧スイングが予め設定された出力電圧スイングに等しくなるように徐々に調整されることにより、電圧信号Ｖｓの出力大きさが、後段回路の要件と合致することを確実にする。

【0023】

制御モジュール１３は、変換モジュール１１の半導体光増幅器１１１と、信号生成モジュール１２の電力検出器１２１及び自動利得コントローラ１２４とを電気的に接続する。制御モジュール１３は、入力信号Ｓｉを受信し、入力信号Ｓｉを自動利得コントローラ１２４に出力し、自動利得コントローラ１２４からの利得信号Ｇ及び電力検出器１２１からの測定信号Ｍｓをそれぞれ更に受信するために使用される。制御モジュール１３は、少なくとも入力信号Ｓｉ、利得信号Ｇｓ、及び測定信号Ｍｓに従って制御信号Ｃｓを生成し、制御信号Ｃｓを半導体光増幅器１１１に出力して、変換モジュール１１の半導体光増幅器１１１の利得を調整し、その結果、変換モジュール１１のダイナミックレンジが半導体光増幅器１１１の利得が変化するにつれて変化する。

【0024】

具体的には、制御モジュール１３は、入力信号Ｓｉと、利得信号Ｇｓと、測定信号Ｍｓと、光検出器１１３の光電変換に関連する光応答性に従って消光比を取得し、消光比は、変換モジュール１１の半導体光増幅器１１１が飽和領域で動作するか否かを判断するために使用され、制御モジュール１３は、比較からの結果に従って制御信号Ｃｓを調整し、生成するために、消光比と予め設定された消光比閾値との間の比較を行い、その結果、消光比が予め設定された消光比閾値未満である場合（すなわち、半導体光増幅器１１１が線形領域ではなく飽和領域で動作し、増幅された光信号Ｌａのアイダイヤグラムの変形が生じ、すると後段回路の復調の精度に影響を与える）、半導体光増幅器１１１の利得は、制御信号Ｃｓの制御下で低下し、これにより、調整後の消光比が予め設定された消光比閾値以上のため、半導体光増幅器１１１は線形領域で動作する。消光比は、以下の式（１）から得られてもよく、

【数1】

式中、パラメータＥＲは消光比であり、パラメータＰａｖｇは、測定信号Ｍｓと光応答性との比に関連付けられ、パラメータＯｍａは、入力信号Ｓｉと利得信号Ｇｓとの比に関連付けられる。

【0025】

マルチレベルパルス振幅復調器１４は、可変利得増幅器１２３を電気的に接続して電圧信号Ｖｓを受信し、電圧信号Ｖｓを復調してデータ出力Ｄｏを生成する。

【0026】

図３及び図４を参照すると、図３は、半導体光増幅器１１１の利得が一定であるときの、データ出力Ｄｏのビット誤り率（ＢＥＲ）と光信号Ｌｓの入力電力（光ファイバ３の損失に依存する）との関係を示す。図４は、半導体光増幅器１１１の利得が一定であるときの消光比ＥＲと光信号Ｌｓの入力電力との関係を示す。図３では、ビット誤り率が予め設定されたビット誤り率閾値Ｐｂ以下であるとき、光通信システム１０は、より良好なリンク性能を有し、様々な光ファイバ送信長さにおいて、光受信装置１のダイナミックレンジ（すなわち、図３の記号ＤＲで表される変換モジュール１１のダイナミックレンジ）を最大化することが好ましい。光信号Ｌｓの入力電力が小さい（すなわち、Ｑ点の前）ため、データ出力Ｄｏのビット誤り率は、光通信システム１０のノイズによって制限されるが、光信号Ｌｓの入力電力が大きい（すなわち、Ｑ点の後）ため、光通信システム１０のリンク性能が悪くなり、半導体光増幅器１１１に起因する非線形歪みによって、データ出力Ｄｏのビット誤り率が制限される（すなわち、半導体光増幅器１１１は飽和領域で動作する）。したがって、半導体光増幅器１１１が動作する非線形歪みの開始位置（すなわち、Ｑ点）を調整して、光受信装置１のダイナミックレンジＤＲを最大化することにより、最良のリンク性能の光信号Ｌｓの入力電力範囲を実現することができる。また、図４に示すように、増幅された光信号Ｌａの線形動作のために、光信号Ｌｓのより小さい入力電力（すなわち、Ｑ点の前）に対応する半導体光増幅器１１１の利得が直線的に変化するため、消光比ＥＲは一定に維持される。しかし、光信号Ｌｓの入力電力が大きい（すなわち、Ｑ点後）ほど、半導体光増幅器１１１の利得が徐々に非線形になる（すなわち、半導体光増幅器１１１が飽和領域で動作する）ため、消光比ＥＲは予め設定された消光比閾値未満になり始める。したがって、本開示の光受信装置１は、消光比ＥＲが予め設定された消光比閾値未満であるかを判定することにより、半導体光増幅器１１１が線形領域で動作しているか否かを判定し（図４の記号Ｐｔで表される）、消光比ＥＲが予め設定された消光比閾値Ｐｔ未満である場合、光受信装置１は、半導体光増幅器１１１の利得を低下させて（すなわち、半導体光増幅器１１１の駆動電流を減少させる）、半導体光増幅器１１１が動作する非線形歪みの開始位置Ｑを延期させ、その結果、変換モジュール１１のダイナミックレンジがそれと共に大きくなるため、光ファイバ３を介した光信号Ｌｓの伝送距離は比較的制限されず、リンク伝達性能を促進する。

【0027】

図５及び図６を参照すると、図５及び図６は、半導体光増幅器１１１の利得が一定ではない点で、図３及び図４とそれぞれ異なる。図５及び図６のシミュレーション図から、光信号Ｌｓの入力電力が第１の入力電力Ｑ１よりも大きい場合、消光比ＥＲは、予め設定された消光比閾値Ｐｔ未満になり始める。したがって、制御モジュール１３は、半導体光増幅器１１１の利得を低下させて、半導体光増幅器１１１を線形領域で連続的に動作させ、線形領域で動作する半導体光増幅器１１１は、飽和領域の開始位置が、第１の入力電力Ｑ１が位置する位置から第２の入力電力Ｑ２が位置する位置に延期されるようになり、すると換モジュール１１のダイナミックレンジＤＲ’がそれと共に増加するため、本開示の光受信装置１は、実際に好ましいリンク性能を有する。

【0028】

他の実施形態では、光受信装置１は、マルチレベルパルス振幅復調器１４と制御モジュール１３との間で電気的に接続される推定モジュール（図示せず）を更に含むことに留意されたい。推定モジュールは、データ出力Ｄｏに従って推定信号（光信号Ｌｓのビット誤り率及び信号対雑音比（ＳＮＲ）の一方に関連付けられる）を生成し、推定信号を制御モジュール１３に出力し、これにより、制御モジュール１３は、推定信号に従って制御信号Ｃｓを更に調整する。

【0029】

＜第２の実施形態＞
図７を参照すると、本開示の光受信装置１の第２の実施形態は、第１の実施形態と同様であるが、第２の実施形態では、（１）変換モジュール１１ａが、第１の実施形態の変換モジュール１１に置き換わり（図１を参照）、変換モジュール１１ａは、光電変換器１１４及びバイアス電圧発生器１１５を含み、（２）電力検出器１２１は、光検出器１１３ではなく光電変換器１１４を電気的に接続する（図１参照）という点で第１の実施形態と異なる。

【0030】

光電変換器１１４は、バイアス電圧Ｖｂを受信し、光ファイバ３から光信号Ｌｓを受信するために用いられる。光電変換器１１４は、バイアス電圧Ｖｂに応じて利得自体を調整し（例えば、バイアス電圧Ｖｂが増加すると、それと共に、光電変換器１１４の利得が増加する）、光信号Ｌｓに対して光電変換及び増幅を行って光電流Ｐｃを生成する。本実施形態では、光電変換器１１４の利得は、変換モジュール１１ａの利得として作用する。光電変換器１１４はアバランシェ・フォト・ダイオードで作製されている。

【0031】

バイアス電圧発生器１１５は光電変換器１１４と制御モジュール１３との間で電気的に接続され、制御モジュール１３から制御信号Ｃｓを受信し、制御信号Ｃｓに応じてバイアス電圧Ｖｂを調整して生成し、バイアス電圧Ｖｂを光電変換器１１４に出力する。

【0032】

なお、制御モジュール１３は、少なくとも入力信号Ｓｉと、利得信号Ｇｓと、測定信号Ｍｓと、光電変換器１１４の光電変換に関連する光応答性に従って消光比ＥＲを得て、また、式（１）において、パラメータＰａｖｇは、測定信号Ｍｓ、光応答性、及び光電変換器１１４の利得に関連付けられることに留意されたい。光受信装置１の第２の実施形態の動作は、光受信装置１の第１の実施形態の動作と同様であるため、その説明を省略する。

【0033】

＜第３の実施形態＞
図８を参照すると、本開示の光受信装置１の第３の実施形態は、別の光通信システムに使用され、別の光通信システムは、波長分割多重化（ＷＤＭ）送信システムである。第３の実施形態は、第１の実施形態と同様であるが、第３の実施形態では、（１）光信号Ｌｓは、各々が少なくとも４つのレベルのパルス振幅変調信号である複数のマルチレベルパルス振幅変調信号を有し（本実施形態では、各マルチレベルパルス振幅変調信号が４つのレベルのパルス振幅変調信号であることを例に取るが、本開示はこれに限定されない。）、（２）複数の光電流部分Ｐｃ１～Ｐｃｎが、光電流Ｐｃ（図１参照）を構成し、複数の利得信号部分Ｇｓ１～Ｇｓｎが利得信号Ｇｓを構成し（図１参照）、複数の測定信号部分Ｍｓ１～Ｍｓｎが測定信号Ｍｓを構成し、複数の電圧信号部分Ｖｓ１～Ｖｓｎが電圧信号Ｖｓを構成し、（３）複数の入力信号部分Ｓｉ１～Ｓｉｎが入力信号Ｓｉを構成し（図１参照）、複数の入力信号部分Ｓｉ１～Ｓｉｎはそれぞれ、複数の予め設定された出力電圧スイング部分を示し、複数の予め設定された出力電圧スイング部分は、入力信号Ｓｉで示される予め設定された出力電圧スイングを構成し、（４）変換モジュール１１ｂ及び信号生成モジュール１２ａは、第１の実施形態の変換モジュール１１及び信号生成モジュール１２（図１を参照）をそれぞれ置き換え、また（５）複数のマルチレベルパルス振幅復調器１４及び推定モジュール１５が更に含まれる、という点で第１の実施形態とは異なる。

【0034】

本実施形態では、変換モジュール１１ｂは、半導体光増幅器１１６、デマルチプレクサ１１７、及び複数の光検出器１１８を含む。なお、半導体光増幅器１１６の動作は図１の半導体光増幅器１１１の動作と同様であるため、その説明を省略する。

【0035】

デマルチプレクサ１１７は、半導体光増幅器１１６を結合して増幅された光信号Ｌａを受信し、増幅された光信号Ｌａを分波して、光信号Ｌｓの複数のマルチレベルパルス振幅変調信号にそれぞれ関連付けられた複数の調整光信号Ｌ１～Ｌｎを生成する。

【0036】

複数の光検出器１１８は、デマルチプレクサ１１７を結合して複数の調整光信号Ｌ１～Ｌｎをそれぞれ受信し、それに対応して複数の調整光信号Ｌ１～Ｌｎを複数の光電流部分Ｐｃ１～Ｐｃｎにそれぞれ光電変換する。

【0037】

本実施形態において、信号生成モジュール１２ａは、複数の信号生成ユニット１２５を備えている。なお、各信号生成ユニット１２５の詳細な構成及び動作は、図１の信号生成モジュール１２と同様であるため、最上部の信号生成ユニット１２５のみを例にして簡単に説明する。

【0038】

信号生成ユニット１２５は、制御モジュール１３を電気的に接続して対応する入力信号部分Ｓｉ１を受信し、対応する光検出器１１８を電気的に接続して、対応する光電流部分Ｐｃ１を受信する。信号生成ユニット１２５は、対応する利得信号部分Ｇｓ１を提供し、対応する入力信号部分Ｓｉ１に従って対応する光電流部分Ｐｃ１を増幅して対応する電圧信号部分Ｖｓ１を生成し、対応する光電流部分Ｐｃ１に従って、対応する光電流部分Ｐｃ１の平均光パワーを示す対応する測定信号部分Ｍｓ１を生成する。

【0039】

複数のマルチレベルパルス振幅復調器１４は、複数の信号生成ユニット１２５をそれぞれ電気的に接続して、複数の電圧信号部分Ｖｓ１～Ｖｓｎをそれぞれ受信し、複数の電圧信号部分Ｖｓ１～Ｖｓｎをそれぞれ復調して、複数のデータ出力Ｄｏ１～Ｄｏｎをそれぞれ生成する。

【0040】

推定モジュール１５は、制御モジュール１３を電気的に接続し、複数のマルチレベルパルス振幅復調器１４を電気的に接続して複数のデータ出力Ｄｏ１～Ｄｏｎを受信し、複数のデータ出力Ｄｏ１～Ｄｏｎに従って推定信号Ｅｓを生成し、推定信号Ｅｓを制御モジュール１３に出力し、これにより、制御モジュール１３は、推定信号Ｅｓに従って制御信号Ｃｓを更に調整する。本実施形態では、推定信号Ｅｓは、光信号Ｌｓのビット誤り率及び信号対雑音比のうちの１つに関連付けられる。

【0041】

なお、光受信装置１の第３の実施形態の動作は、光受信装置１の第１の実施形態の動作と同様であり、その説明を省略する。更に、制御モジュール１３が制御信号Ｃｓを調整する方法は、（１）少なくとも複数の入力信号部分Ｓｉ１～Ｓｉｎ、複数の利得信号部分Ｇｓ１～Ｇｓｎ、及び複数の測定信号部分Ｍｓ１～Ｍｓｎに従って複数の消光比を取得して、制御信号Ｃｓを調整することと、（２）信号生成ユニット１２５のうちの１つによって対応して出力される入力信号部分、利得信号部分及び測定信号部分、並びに対応する光応答性のみに従って消光比を取得して、制御信号Ｃｓを調整することと、（３）推定信号Ｅｓのみに従って制御信号Ｃｓを調整することと、（４）上記（２）の消光比と上記（３）の推定信号Ｅｓとを総合的に考慮することとによって、制御信号Ｃｓを調整するが、本開示はこれらに限定されない。

【0042】

結論として、本開示の光受信装置１は、光受信装置１自体の内部の信号生成モジュール１２（１２ａ）と制御モジュール１３との協働によって、半導体光増幅器１１１（１１６）又は光電変換器１１４が飽和領域で動作しているかどうかを知り、制御モジュール１３は、半導体光増幅器１１１（１１６）又は光電変換器１１４が飽和領域で動作しているという問題を回避するために、半導体光増幅器１１１（１１６）又は光電変換器１１４に対して対応する利得制御を実行する。このように、本開示の光受信装置１を用いた光通信システムは、既存の光通信システムにおいて追加的に設けられる調整可能な光減衰器、光スプリッタ及び光検知器を省略することができる。したがって、本開示の光受信装置１を用いた光通信システムは、既存の光通信システムと比較して、容積が小さく、低コストである。更に、半導体光増幅器１１１（１１６）又は光電変換器１１４の利得を調整することにより、それと共に変換モジュール１１（１１ａ、１１ｂ）のダイナミックレンジを更に拡大することができ、光ファイバ３を介した光信号Ｌｓの伝送距離が制限されにくくなり、するとリンク性能が促進される。

【0043】

しかしながら、上記の説明は本開示の実施形態のためのものにすぎず、本開示の実施範囲を限定することを意図するものではなく、特許請求の範囲及び明細書の内容に従ってなされた単純な均等の変更及び修正は、依然として本開示の範囲に含まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】