JP3770635B2 - 不要強度変調成分抑圧機能を有する光受信機 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、不要強度変調成分抑圧機能を有する光受信機、特に光増幅多中継システム用送信端局に於ける光受信機に関する。
【0002】
【従来の技術】
光増幅多中継システムでは、各光増幅器において、利得偏光依存性がある場合受信端でのSN比が劣化することが知られている。
【0003】
希土類ドープファイバ増幅器の一例としてのエルビウム(Er)・ドープファイバ(EDFA)を用いた光増幅器の場合、利得偏光依存性の主な要因は、EDFAのポラリゼーション・ホール・バーニング(Polarization Hole Burning :PHB)効果である。
【0004】
対策として入力偏波状態をPHBの応答速度に比べて高速に変化させる偏波スクランブル、即ち変更変調を行えば、PHBの効果を緩和できSN比の劣化を抑圧することができる。
【0005】
しかしながら偏波スクランブルを行った場合、光増幅器に使用されている受動部品の偏光依存性損失のために、偏光変調が強度変調に変換され不要強度変調成分が生じることが知られている(例えば、ECOC '94, Proceedings Vol.2 P621-628に記載の論文:Polarization Hole-Burning in Erbium-Doped Fiber-Amplifier Transmission Systems)。
【0006】
一方、光増幅多中継システムにおいては、システムの監視制御を行うため、送信端局から各中継器に対して監視制御信号を送信する場合がある。これを実現する方法として、しばしば変調度が数%の強度変調により主信号に監視制御信号を重畳させる監視制御信号重畳方式が取られる。
【0007】
図15、図16は、従来の光受信機における構成と上記問題点を説明するための図である。
【0008】
図15において、光受信機は一例として、光プリアンプ1、主信号用光電変換器2、電気増幅器3、4、タイミング抽出回路5及び識別器6で構成されている。ここで、光プリアンプ1は、励起用レーザ光源10と希土類(例えばエルビウム:Er)のドープされたファイバ11を有して構成される。
【0009】
希土類ドープファイバ11は、希土類元素イオンを添加して、エネルギ順位の差により光励起による進行波型レーザを構成するようにしたものである。励起用レーザ光源10として高出力の半導体レーザが用いられる。
【0010】
主信号用光電変換器2に、光プリアンプ1からの増幅された光受信信号が入力され、電気信号に変換される。主信号用光電変換器2により変換された、電気信号出力は、電気増幅器3、4により所定倍に増幅されて、識別器6に入力する。
【0011】
一方、増幅器3から分岐された電気信号出力は、タイミング抽出回路5により信号タイミングが抽出され、このタイミングに同期して、識別器6により信号が識別される。
【0012】
図16は、上記図15の光受信機の周波数帯域特性であり、横軸に入力光の強度変調周波数、縦軸に信号利得を示す。図において、(I)は主信号の周波数利得特性である。
【0013】
この主信号の周波数利得特性のカットオフ周波数は、主信号のビットレートの0.7倍程度に設定される。一方、(II)は上記した偏波スクランブル用の変調周波数fscr 、監視制御信号変調周波数fsvのスペクトラムである。偏波スクランブル用の変調周波数fscr 、監視制御信号変調周波数fsvは、例えば主信号のビットレート10GHzに対し、10KHz程度である。したがって、図16では、fscr 及びfsvのスペクトラムを共通のスペクトラムとして示している。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の光受信機の場合には、偏波スクランブル変調信号fscr による強度変調成分または監視制御信号fsvによる強度変調成分は、光受信機の周波数特性帯域内を通過することになり、主信号にとって雑音となる。これにより伝送特性が劣化させる要因となる。
【0015】
したがって、本発明の目的は、主信号にとって不要な強度変調成分を阻止または抑圧することにより、光受信機の受信特性を改善することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、主光信号を電気信号に変換する光電変換回路と、光電変換回路により変換された電気信号を識別する識別回路を有し、かつこの光電変換回路の前段側に主光信号を光増幅する光増幅回路と、光電変換回路の前段側に変換された主信号用電気信号を増幅する電気増幅回路を有して構成される光受信機を対象とし、請求項1の発明に従う光受信機は、前記主信号用の電気増幅回路の前段、後段もしくは、前記電気増幅回路中を容量結合し、この容量によって生じる低域周波数遮断特性の低域遮断周波数が偏波スクランブル周波数または監視制御用信号周波数よりも高くなるような容量の大きさを設定することを特徴とする。
【0017】
請求項2の発明に従う光受信機は、偏波スクランブル周波数または監視制御用信号周波数と同一周波数の強度変調成分を検出する強度変調成分検出回路と、前記強度変調成分検出回路により得られる検出信号を光増幅回路又は電気増幅回路に帰還して、信号利得を制御することを特徴とする。
【0018】
請求項3の発明に従う光受信機は、請求項2の発明に従う光受信機において、前記光増幅回路を希土類ドープファイバ光増幅器と励起用レーザ回路で構成し、前記強度変調成分検出回路より得られる検出信号を該励起レーザ回路の駆動電流に帰還することを特徴とする。
【0019】
請求項4の発明に従う光受信機は、請求項2の発明に従う光受信機において、前記電気増回路は、AGCアンプを有し、前記強度変調成分検出回路より得られる検出信号を該AGCアンプの利得制御電圧に帰還することを特徴とする。
【0020】
請求項5の発明に従う光受信機は、請求項3または4の発明に従う光受信機において、前記不要強度変調成分検出回路が、主信号系から光信号を分岐する光分岐部と、分岐された光信号を光電変換する光電気変換器と、前記偏波スクランブル周波数または監視制御信号周波数と同一周波数の信号を抽出する電気フィルタを有して構成され、不要強度変調成分に比例した検出信号を抽出することを特徴とする。
【0021】
請求項6の発明に従う光受信機は、請求項3または4の発明に従う光受信機において、前記不要強度変調成分検出回路が、前記主信号用光電気変換器の後段に配置され、光電変換された電気信号の分岐部と、分岐部で分岐された信号から偏波スクランブル周波数または監視制御信号周波数と同一周波数の信号を抽出する電気フィルタを有し、不要強度変調成分に比例した検出信号を抽出することを特徴とする。
【0022】
請求項7の発明に従う光受信機は、請求項5または6の発明に従う光受信機において、更に、前記不要強度変調成分検出回路からの検出信号に所定のオフセットを与えて帰還信号とし、帰還信号を前記AGCアンプの利得制御電圧もしくは、前記光増幅器回路の励起用レーザ回路の駆動電流に帰還する帰還回路を有し、オフセットに応じて一定の信号利得が得られ、検出信号に応じて不要強度変調成分が抑圧される様に信号利得が制御されることを特徴とする。
【0023】
請求項8の発明に従う光受信機は、請求項5または6の発明に従う光受信機において、更に、光主信号の平均電力または電気主信号の信号振幅をモニタする信号レベル検出回路と、前記不要強度変調成分検出回路からの第一の検出信号と信号レベル検出回路からの第二の検出信号を前記AGCアンプの利得制御電圧もしくは、前記光増幅器回路の励起用レーザ回路の駆動電流に帰還する帰還回路を有し、第二の検出信号に応じて信号レベルを一定に保ち且つ、第一の検出信号に応じて不要強度変調成分を抑圧する様に信号利得が制御されることを特徴とする。
【0024】
請求項9の発明に従う光受信機は、請求項8の発明に従う光受信機において、前記信号レベル検出回路が、光信号を主信号系から分岐する光分岐部と、分岐された光信号または光フィルタで光増幅に起因する自然放出光(ASE: Amplified Spontaneous Emission)を遮断した後の光信号を光電変換する光電気変換器を有して構成されることを特徴とする。
【0025】
請求項10の発明に従う光受信機は、請求項9の発明に従う光受信機において、前記信号レベル検出回路の光電気変換器の出力を分岐して入力される電気フィルタを有し、電気フィルタにより不要強度変調成分の検出出力を得るようにして、信号レベル検出回路と不要強度変調成分検出回路の光分岐部および光電気変換器を共通化したことを特徴とする。
【0026】
請求項11の発明に従う光受信機は、請求項8の発明に従う光受信機において、前記信号レベル検出回路が、光信号を前記主信号用光電気変換器の後段に配置され、光電気変換器により変換された電気信号を主信号系から分岐する電気分岐部と、電気分岐部から分岐される電気信号の信号振幅に比例した電気信号を抽出する包絡線検波回路を有して構成されることを特徴とする。
【0027】
請求項12の発明に従う光受信機は、請求項11の発明に従う光受信機において、前記電気分岐部から分岐される電気信号を入力し、不要強度変調成分を検出出力する電気フィルタを備え、前記信号レベル検出回路と不要強度変調成分検出回路を共通化したことを特徴とする。
【0028】
前記請求項1の発明に従う光受信機は、光受信機の電気回路において低域遮断特性を形成する。このために電気回路間を容量結合し、容量によって生じる低域周波数遮断特性の遮断周波数が偏波スクランブル周波数または監視制御用重畳信号周波数よりも高くなるよう容量の値を設定される。これにより不要強度変調成分が主信号帯域を通過しなくすることが可能である。
【0029】
更に請求項2以降の発明に従う光受信機は、光信号系または電気信号系において不要強度変調成分を検出する不要強度変調成分回路を備えるものであり、これにより検出した信号を光受信機の信号利得に帰還することにより、強度変調成分を抑圧するものである。
【0030】
更に、信号利得の帰還に関して、光増幅回路の励起レーザの駆動電流に帰還するか、電気増幅回路の利得制御に帰還する構成とすることが可能である。かかる構成により、主信号に対し、不要な強度変調成分を阻止または抑制することが可能となる。
【0031】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図にしたがい説明する。尚、図において、同一または類似のものには、同一の参照番号及び記号を付して説明する。
【0032】
図1は、本発明の第1の実施例ブロック図である。また、図2は、図1の実施例の周波数特性を説明する図である。
【0033】
図1の実施例は、図15の従来の光受信機の構成との比較において、中間増幅器7を主信号用光電変換器1及び増幅器3の間に備え、更に中間増幅器7の入力及び出力側に容量8、9を備えていることを特徴とする。
【0034】
かかる第一の実施例の構成により、図2に示すような従来の光受信機の主信号の特性(1)に対し、(III)に示す特性となる。即ち、容量8、9を備えることにより、fc=1/(2πCR)なる関数式で求められる低域遮断周波数fcにより(III)の帯域特性となる。
【0035】
したがって、50Ω系電気回路の場合を例として、R=50Ω、C=0.3μFとするとfc =10kHzとなり、偏波スクランブル周波数fscr または監視制御信号周波数fsvがfc よりも低い周波数である場合には、不要強度変調成分は主信号帯域を通過しない。これにより、不要強度変調成分による主信号成分への影響が回避される。
【0036】
電気回路が50Ω系のディスクリート部品で構成されている様な場合には、市販のブロッキングキャパシタ等を接続すれば低域遮断特性を実現可能である。
【0037】
ここで希土類ドープファイバ光増幅器を光プリアンプ1としている光受信機では、光プリアンプ1の励起レーザから出力される励起光電力を増減することによって利得を制御することができる。このことを利用し、検出回路からの検出信号が増加時には利得を小さく、検出信号が減少時には利得を大きくすることによって強度変調成分を抑圧することが可能である。
【0038】
図3は、かかる原理に基づく本発明の第2の実施例構成例である。図3の実施例は、図15の従来例との比較において、不要強度変調成分検出回路13と帰還回路14を有している。
【0039】
不要強度変調成分検出回路13は、光プリアンプ1と主信号用光電変換器2との間に備えられ、光分岐部130、モニタ用光電変換器131及び電気バンドパスフィルタ132を有する。
【0040】
光分岐部130により分岐される光プリアンプ1からの出力は、モニタ用光電変換器131により、電気信号に変換される。次いで電気フィルタ132により、所定帯域の不要強度変調成分周波数が選択通過される。
【0041】
この不要強度変調成分周波数が帰還回路14に導かれる。帰還回路14では、励起レーザ10を励起する励起電圧を不要強度変調成分周波数に対応してこれを打ち消す方向に制御する
エルビウムドープファイバ光増幅器の場合には、励起レーザ駆動電流の変化が約1kHz以内の周波数であれば、駆動電流に追従して利得を変化させることができることが本発明者等により確認されているので、1kHz以内の強度変調成分であれば、これを抑圧することが可能である。
【0042】
更に、第2の実施例において、上記の通り不要強度変調成分検出回路13は、光分岐部130、光電変換器131、電気フィルタ132によって構成される。光分岐部130はバルクの光学部品によって構成してもよく、融着型光カプラにより構成することが可能である。
【0043】
光電変換器131はホトダイオードを使用することが可能である。電気フィルタ132は通常の電気部品によって構成することができ、上記バンドパスフィルタによる場合の他、ローパスフィルタであってもよい。
【0044】
但し、バンドパスフィルタの場合にはその中心周波数が偏波スクランブル周波数fscr もしくは監視制御信号周波数fsvと一致している必要がある。ローパスフィルタである場合には、高域遮断周波数が偏波スクランブル周波数fscr もしくは監視制御信号周波数fsvよりも高いものを使用する。ローパスフィルタの場合には、高域遮断周波数以下の周波数での光信号変動成分を同時に抑圧することが可能である。
【0045】
図4は、本発明の第3の実施例ブロック図である。本実施例の図3の実施例との相違は、帰還回路14に導かれる不要強度変調成分検出の位置が異なる点である。図4の実施例においては、不要強度変調成分検出回路15として、増幅器3、4の間に設けられている。
【0046】
ここでの不要強度変調成分検出回路15は、バンドパスフィルタ又は、ローパスフィルタ等の電気フィルタ151を有して構成される。主信号用光電変換器2により電気信号に変換された信号は、増幅器3を通して、不要強度変調成分検出回路15に入力する。更に、不要強度変調成分検出回路15の電気分岐部150で分岐され、電気フィルタ151を通して不要強度変調成分のみが出力される。
【0047】
この不要強度変調成分は、帰還回路14に導かれる。そして、前記図3の実施例におけると同様に、不要強度変調成分の大きさに対応して、励起レーザ10を励起する励起電圧を不要強度変調成分を打ち消す方向に制御が行われる。
【0048】
このように、図4の実施例は、主信号を電気に変換した後に電気分岐回路で分岐すること以外は、図3の実施例と同じである。電気の分岐回路は、通常の電気部品を用いて構成可能である。図3の光受信機と同様に、希土類ドープファイバ型光プリアンプの励起レーザに帰還をかけることにより、不要強度変調成分を抑圧可能である。他の構成と機能は、図3の実施例と同様である。
【0049】
図5は、本発明の第4の実施例ブロック図であり、本実施例は、前方向帰還を行う例である。図5において、不要強度変調成分検出回路13は、図3の実施例と同様であるが、増幅器3をAGCアンプとし、帰還回路14は、不要強度変調成分検出回路13により検出される不要強度変調成分の大きさに対応して、これを打ち消す方向にAGCアンプ3の利得を自動制御するようにしている。したがって、図5の実施例は、フィードフォワード方式によるものと言える。
【0050】
図6は、図4と図5の組み合わせによる本発明の第5の実施例としての光受信機の構成ブロック図を示す。図4と同様に不要強度変調成分検出回路15を電気回路により構成している。更に、図5と同様に増幅器3をAGCアンプとし、不要強度変調成分検出回路15の検出出力を帰還回路14を通して、AGCアンプ3に帰還するようにしている。したがって、図6の実施例は、図5の実施例に対し、フィードバックによりAGCアンプ3の利得を制御するようにしている。
【0051】
即ち、上記のように図6の実施例は、図5の実施例と同様に光受信機の主信号系電気段において、利得制御電圧によって利得を制御することが可能な電気AGCアンプ3を使用し、不要強度変調成分検出回路15からの検出信号が増加時には利得を小さく、検出信号が減少時には利得を大きくすることによって強度変調成分を抑圧可能である。
【0052】
図7は、本発明の第6の実施例である光受信機の構成例ブロック図を示す。この図7の実施例は、帰還回路14への入力及び出力を切り替えることにより図3乃至図6のいずれの構成にも対応出来るようにした例である。
【0053】
即ち、図3及び図5の光信号系における不要強度変調成分検出回路13を用いて不要強度変調成分を抑圧するか、図4及び図6の電気信号系における不要強度変調成分検出回路15を用いて不要強度変調成分を抑圧することが可能である。
【0054】
更に、図7において、帰還回路14には、加算回路140を有し、オフセット値を検出信号に加算するようにしている。更に、具体的には、帰還回路14に検出信号Aが入力し、出力がBである時、図3の実施例、同様に入力がA’、出力がB:入力がA、出力がB’:入力がA’、出力がB’の時、それぞれ、図4、図5、図6の実施例に対応する構成となる。
【0055】
即ち、不要強度変調成分検出回路の構成法として図3及び図5のように光信号系において構成する場合と、図4及び図6のように電気信号系において構成する場合の2通りがある。更に、不要強度変調成分の帰還方法として、図3及び図4のようにフィードバック方式と図5及び図6のようにフィードフォワード方式の2通りである。
【0056】
更に、帰還先として光プリアンプ1の励起レーザ10の駆動電流を制御するように帰還する方法と、電気AGCアンプ3の利得を制御するように帰還する方法がある。
【0057】
図7の実施例は、上記の組み合わせで4種類の光受信機の構成が可能である。更に、図7の帰還回路14では、図8(a)に示すような入力信号光に対し、検出信号V1(t)〔図8(b)〕にオフセットが加算された信号F(t)〔図8(c)〕を帰還する。帰還回路14は、入力信号光の不要強度変調成分が増加時に信号利得が減少、不要強度変調成分が減少時に信号利得が増大するような帰還信号F(t)〔図8(c)〕を与える。
【0058】
したがって、検出信号V1(t)〔図8(b)〕と帰還信号F(t)〔図8(c)〕は、図8に示されるように逆相になる。また、平均的な帰還信号F(t)の信号利得はオフセット値によって決定される。
【0059】
図9は、本発明の第7の実施例構成例ブロック図であり、図10はその動作を説明する波形図である。図9の実施例は、図7の実施例に対し更に、不要強度変調成分検出回路13の後段に第一の信号レベル検出回路16と、不要強度変調成分検出回路15の後段に第二の信号レベル検出回路17を設けた構成である。
【0060】
即ち、光受信機が、これら不要強度変調成分検出回路13または不要強度変調成分検出回路15と、第一の信号レベル検出回路16または第二の信号レベル検出回路17を有している。
【0061】
光受信機の帰還回路14は、入力信号光〔図10(a)〕に対し、不要強度変調成分検出回路13または15からの検出信号V1〔図10(b)〕と、信号レベル検出回路16または17からの検出信号V2〔図10(c)〕に基づき電気AGCアンプ3の利得制御電圧もしくは光プリアンプ1の励起レーザダイオード10の駆動電流に帰還信号F(t)〔図10(d)〕を帰還する。
【0062】
したがって、帰還回路14は、図10に示すように、入力信号光の不要強度変調成分が増加時に信号利得が減少し、不要強度変調成分が減少時に信号利得が増大するように、また信号レベル増加時に信号利得が減少し、及び信号レベル減少時に信号利得が増加するような帰還信号を与える〔図10(a)と(d)との関係を参照〕。
【0063】
この帰還回路14により、検出信号V2に応じて信号レベルを一定に保ちつつ、検出信号V1に応じて不要強度変調成分を抑圧する様に信号利得が制御される。
【0064】
図11は、図9における信号レベル検出回路16の構成例である。光分岐部160により光信号を主信号系から分岐する。分岐された光信号または、光フィルタで、光増幅に起因して放出される成分である自然放出光(ASE:Amplified Spontaneous Emission) を遮断した後の光信号を光電気変換器162により光電変換する。これにより、信号レベルに比例した電気信号を抽出する。
【0065】
ASE光による信号レベル検出誤差が大きくなる場合には、光分岐部160と光電変換器162の間に光フィルタ161を設けることによりASE光を遮断して信号光のみを通過させればよい。
【0066】
光分岐部160はバルクの光学部品によって構成してもよく、融着型光カプラでもよい。光電変換器162にはホトダイオードを使用することが可能である。
【0067】
図12は、レベル検出回路の他の構成例である。特に、上記図11の光受信機の信号レベル検出回路16と不要強度変調成分検出回路13を共通化した回路である。この回路は、光分岐部160と光電気変換器162を共通に用いるようにすることにより可能である。
【0068】
即ち、共通化部の光電変換器162からの出力をそのまま信号レベル検出信号V2(t) とし、分岐して電気フィルタ132を通すことにより不要強度成分検出信号V1(t) として得るように構成される。
【0069】
図13は、レベル検出回路17の構成例である。電気分岐部170と包絡線検波回路171により構成される。即ち、電気主信号系において信号を分岐し、この電気信号の包絡線レベル即ち、信号振幅に比例した電気信号を抽出し、信号レベル検出信号V2(t) とする。
【0070】
図14は、レベル検出回路17の他の構成例である。図13の信号レベル検出回路17と図6の不要強度変調成分検出回路15を、共通に構成した例である。共通の電気分岐部170によって主信号系から分岐した後、さらに電気分岐回路によって分岐し、一方は信号レベル検出回路として包絡線検波回路171に導き、他方は不要強度変調成分検出回路として電気フィルタ151に入力する構成とすることが可能である。
【0071】
これにより、共通の回路から、不要強度変調成分検出信号V1(t) 及び信号レベル検出信号V2(t) を得ることができる。
【0072】
【発明の効果】
以上実施例にしたがい説明したように、本発明により主信号に対し、不要な強度変調成分を阻止または抑制することが可能となり、光受信機の受信特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例ブロック図である。
【図2】図1の実施例特性を説明する図である。
【図3】本発明の第2の実施例ブロック図である。
【図4】本発明の第3の実施例ブロック図である。
【図5】本発明の第4の実施例ブロック図である。
【図6】本発明の第5の実施例ブロック図である。
【図7】本発明の第6の実施例ブロック図である。
【図8】図7の実施例特性を説明する図である。
【図9】本発明の第7の実施例ブロック図である。
【図10】図9の実施例特性を説明する図である。
【図11】レベル検出回路16の構成例ブロックである。
【図12】レベル検出回路16の他の構成例ブロックである。
【図13】レベル検出回路17の構成例ブロックである。
【図14】レベル検出回路17の他の構成例ブロックである。
【図15】従来の光受信機の構成例ブロック図である。
【図16】従来の光受信機の周波数帯域特性を説明する図である。
【符号の説明】
1 光プリアンプ
2 主信号光電変換器
3、4、7 増幅器
5 タイミング抽出回路
6 識別器
8、9 容量
10 励起レーザダイオード
11 希土類ドープファイバ増幅器
13、15 不要強度変調成分検出回路
130 光分岐部
131 光電変換器
132 電気フィルタ
14 帰還回路
16、17 レベル検出回路
Claims (2)
- 主光信号を電気信号に変換する光電変換回路と、該光電変換回路により変換された電気信号を増幅する電気増幅回路と,前記電気増幅回路の出力レベルを識別する識別回路を有して構成される光受信機において、
前記電気増幅回路と識別回路との間に,
前記電気増幅回路の出力から光強度変調された入力信号光に重畳された不要強度変調成分を検出する不要強度変調成分検出回路と,前記電気増幅回路の出力から受信信号レベルを検出する信号レベル検出回路とを有し,
前記不要強度変調成分検出回路により検出された不要強度変調成分と,前記信号レベル検出回路により検出された受信信号レベルを加算し,前記電気増幅回路の利得を前記加算の結果に対応するように負帰還制御する帰還回路とを
有して構成されることを特徴とする光受信機。 - 請求項1において,
前記不要強度変調成分検出回路は,不要強度変調成分を通過する帯域フィルタで構成し,前記信号レベル検出回路は,包絡線検波器により構成されることを特徴とする光受信機。
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