JPWO2007052380A1 - マッハツェンダ干渉計を用いた光受信器 - Google Patents

Abstract

光受信器に関し、簡単な構成及び制御によってマッハツェンダ干渉計の透過特性を正常な動作点でロックできるようにする。バランス型受光器の後段に透過特性検出回路と微小変調信号検出回路とを並列に設け、スイッチにより微小変調信号検出回路と透過特性検出回路の何れか一方を選択的に同期検波回路に接続可能にする。周波数引き込みの初期段階においては、透過特性検出回路を同期検波回路に接続するようスイッチを設定し、キャリア周波数におけるマッハツェンダ干渉計の透過特性が所望の透過特性になったことが透過特性検出回路で検出されたら、スイッチの接続を透過特性検出回路から微小変調信号検出回路に切り替える。

Description

本発明は、差動位相シフトキーイング伝送方式など、位相変調信号光を用いた光通信システムの光受信器に関する。

ブロードバンド時代の到来により、光ファイバ伝送システムに対する大容量化の要求は上昇の一途を辿っている。大容量のシステムを実現するため、電気段回路での時分割多重により伝送チャネル毎の信号速度を上げた後、光段での波長多重によって更に伝送容量を向上させると言う手段が一般的に採られて来た。電気回路の高速化によって10Gbit／sのチャネル速度をベースにした波長多重システムは広く用いられるようになり、40Gbit／sチャネルをベースにしたシステムの実現も目前である。

このような高速の光信号を波長多重するための伝送符号として、１シンボルあたりの情報量が１ビットのDPSK（差動位相シフトキーイング）、２ビットのDQPSK（差動四位相シフトキーイング）、３ビットのD8PSK（差動八位相シフトキーイング）などが注目されている。これら伝送符号は、“1”／“0”の情報を光の強弱（直接検波）ではなく、光の位相情報として伝送することを特徴としており、高い受信感度が得られる上、非線形耐力に優れるなどの利点があり、近年活発に研究されている。また、高感度化の観点から、位相変調した光信号に更にパルス状の強度変調を施したRZ-DPSK(Return-to-Zero DPSK)が主流となっており、RZパルスの方法も、従来のRZ変調の他に、隣接パルス間で位相がπだけ変動するCSRZ-DPSK(Carrier Suppressed Return-to-Zero DPSK)(非特許文献１，２参照)と言った新しい変調符号も提案されている。

これらの伝送符号が直接検波に対して高い受信感度特性を実現できるのは、バランス型受光器を用いて信号対雑音比を向上させているからであり、直接検波方式と比較して、理論上3dBの受信感度が改善できる。例えばDPSK受信器においては、位相変調信号をバランス型受光器で受信するために、図２８(ａ)に示すとおり、位相変調信号光を２つの光導波路の伝播遅延時間に１シンボル分の差を持たせたＭＺＩ(マッハツェンダ干渉計)を通過させる。そして、前後のシンボルの光位相（0かπ）の干渉によって強度変調信号に復調し、２つの出力ポートから“1”と“0”の信号として出力する。このため、図２８(ｂ)に示すように、キャリア周波数とＭＺＩ透過特性が最大もしくは最小となる周波数を一致させる必要がある。図２８(ｃ)では、出力１と出力２のポートに対して、それぞれキャリア周波数の透過特性が最大(コンストラクティブ)と最小(ディストラクティブ)になるよう設定された状態を示しており、位相変調信号光の隣り合うビット間で位相反転が起きていない場合は“1”として出力１に、また、位相反転が起きている場合には“0”として出力２に、光信号が出力され、強度変調信号としてバランス型受光器で受信される。

しかし、図２９(ａ)のようにキャリア周波数とＭＺＩの透過特性が一致していない場合には、図２９(ｂ)に示すとおり、本来、出力１に出力されるべき光が反対側の出力２に洩れ出し、また、逆に本来、出力２に出力されるべき光が出力１に洩れ込んでしまい、信号光強度の減少と符号間干渉が起きてしまう。

一般に、ＭＺＩは光導波路や光ファイバで構成されており、２つの光路に形成されたヒーターを加熱することで各光路を通過して合波点に到達する光の位相差を調節し、透過特性を光周波数軸上でシフトさせることが出来る。従って、このヒーターすなわち周波数調整端子の加熱により、キャリア周波数と透過特性の最大または最小周波数を一致させることが出来る。周波数調整端子を駆動するためには、制御電圧を電流に変換するドライバ回路が用いられる。ＭＺＩの透過特性をキャリア周波数に一致させる具体的な手段は、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の装置では、光周波数調整端子に微小な変調信号(周波数f)をドライバを介して重畳させ、光受光器の出力からこの微小変調信号を検出し、前記微小信号と同期検波をした出力が零または所定の値となるようＭＺＩの透過特性を周波数でシフトさせる周波数同期ループを構成している。前記微小変調信号の検出手段としては、光受信器の出力振幅を検出するピーク検出回路が用いられている。前述の通り、キャリア周波数とＭＺＩ透過特性とのずれは、受光器出力振幅の減少をもたらすからである。

ところで、微小変調信号の検出にピーク検出回路を用いる方法では、ＭＺＩの透過特性をキャリア周波数と一致させる際、出力ポートがコンストラクティブであるかディストラクティブであるかを区別できない。ＭＺＩの透過特性は周期的であるので、ＭＺＩの透過特性を光周波数軸上で変えていくと、出力ポートは、コンストラクティブとディストラクティブの状態を周期的に繰り返す。各状態の繰返し周期のことをFSR(Free Spectral Range)と言う。受光器出力振幅はどちらの状態でも最大となるので、同期検波回路出力は、図３０に示すごとく、ＭＺＩ出力ポートがコンストラクティブあるいはディストラクティブどちらに設定されても零となり、両者の違いを区別することができない。出力ポートが誤って設定されると、“1”,“0”の論理が反転してしまうため、正常なデータ受信が行えない。

このため、特許文献１に記載の装置は、ＭＺＩ出力ポートのコンストラクティブとディストラクティブの違いを区別するため、受光回路からの電気信号を同期検波する第２の同期検波回路と、該同期検波回路の正負を判別する判別回路と、該判別回路の出力が正負いずれか一方に制御される様に動作点を設定する動作点設定回路とを備えている。

位相変調信号光がDQPSKなどの場合にはＭＺＩの制御はさらに難しくなる。シンボル毎に４つの位相状態（0，π／2，π，3π／2）が存在するDQPSK信号から強度変調信号を復調する手段として、例えば非特許文献３に記載のように、１シンボル遅延差を持つＭＺＩを２つ並べて同相チャネルと直交チャネルを独立に復調する構成が報告されている(図３１)。この構成では、短尺の光導波路にπ／4と-π／4の位相シフト(周波数では1／8FSRと-1／8FSRのシフト)を与える必要がある。図３２に示すごとく、DQPSKでは４つの位相状態に対応して、復調後の強度変調信号の平均振幅値が最大、すなわち同期検波回路出力が零となる動作点が、FSR毎に４つ存在する。前述の通りDQPSKではＭＺＩを２つ用いるので、同相チャネルと直交チャネルのＭＺＩに各々４つの動作点が存在すると、合計で１６通りもの動作点の組み合わせが生じる。復調された受信信号に並び替えや論理反転などの信号処理を施して組み合わせの誤りを補正しない場合には、ＭＺＩの制御において、１６通りの中から１通りの動作点を選び出さなくてはならない。D8PSK受信器のＭＺＩも、図３１と同様の構成であり（非特許文献４）、同様の制御が求められる。
特許第３２１００６１号公報 Y.Miyamoto et al., "Novel Modulation and Detection for Bandwidth-Reduction RZ Formats using Duobinary-Mode Splitting in Wideband PSK／ASK Conversion," J.Lightwave Technol., vol.20, no.12, pp.2067-2078, Dec., 2002. A.Hirano et a1., "Performances of CSRZ-DPSK and RZ-DPSK in 43-Gbit／s／ch DWDMG.652 Single-Mode-Fiber Transmission," Tech.Dig.on OFC2003, ThE4, pp.454-455. R.A.Griffin et al., "Optical differential quadrature phase-shift key(oDQPSK) for high capacity optical", OFC2002, WX6, 2002. 神尾他 "差動８相PSKの遅延検波に関する検討", 信学技報 CS2004-5, p.23, 2004.

しかしながら、特許文献１に記載の装置は、ピーク検出回路の出力を同期検波する第１同期検波回路と、受信器からの電気出力を同期検波する第２の同期検波回路の、２つの同期検波回路を必要とする。しかも、その制御も複雑であり、第１同期検波回路の出力を零もしくは所定の値とする制御に加え、第２の同期検波回路の出力が正もしくは負となる制御を並行して行わなくてはならない。これが第１の課題である。

第２の課題は、DPSK,D8PSKといった多値位相変調信号の受信の困難さである。特許文献１に記載の装置のように、第２の同期検波回路出力の正負で動作点を判定する方法では、２つの動作点から正常な動作点を判定することはできても、DQPSKのように４つの動作点が存在するものから所望の動作点を判定することはできない。

第３の課題は、周波数同期ループの周波数引き込み範囲(プルインレンジ)に関する。WDMシステムにおいては、光キャリア周波数はある波長グリッドに配置された任意の周波数にロックできなくてはならない。このため、周波数同期ループには広いプルインンレンジが要求される。さらに、任意のキャリア周波数にロックした後も、送信器の光キャリア周波数やＭＺＩの透過周波数は、温度や経年変動によって変動するため、周波数同期ループはこうした変動に対してもロックを維持し続けなくてはならない。

第４の課題は、RZ-DPSK方式における、論理の設定に関するものである。前述したとおり、RZパルス変調方法の１つとしてCSRZ変調がある。この変調方式では、位相変調した光信号に、更にRZパルス変調時のO／πの交番の位相変調が重畳される。このため、受信器側でバランス受信した際、信号の論理反転が生じる。したがって、RZパルス変調の方式によって受信側で信号の論理反転を行う必要がある。

そして、第５の課題は、ＭＺＩの周波数調整がドライバからの駆動電流に線形に応答しない点である。ＭＺＩの周波数調整はヒーターによる光導波路の過熱で行っているため、周波数シフト量は、電流値ではなく、ヒーターで消費される電力(電流値とヒーター抵抗値との積、すなわち電流の２乗)に比例する。従って、電流を多く流している状態では電流あたりの周波数シフト量大きく、逆に少ない状態では周波数シフト量は小さい。このため、電流量に応じて周波数同期ループのループゲインが変動してしまい、ループの安定度や応答時間が変動することとなる。

本発明の目的は、上述の第１乃至第５の課題のうち、少なくとも１つの課題を解決することができる光受信器を提供することにある。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、差動符号化された位相変調信号光を受信する光受信器であって、前記位相変調信号光を強度変調信号光に変換するマッハツェンダ干渉計と、前記マッハツェンダ干渉計の２つの出力ポートからの強度変調信号光を光電変換し、変換された電気信号の差分を出力するバランス型受光器と、前記マッハツェンダ干渉計の透過特性を低周波数で微小変調させる微小変調信号発生回路と、前記バランス型受光器が出力する信号に含まれる微小変調信号を検出する微小変調信号検出回路と、前記バランス型受光器が出力する信号から、前記位相変調信号光のキャリア周波数において前記マッハツェンダ干渉計の２つの出力ポートの透過特性が最大もしくは最小の何れであるかを判定する透過特性検出回路と、前記バランス型受光器が出力する信号に含まれる前記微小変調信号を前記微小変調信号発生回路が発生する信号で同期検波する同期検波回路と、前記微小変調信号検出回路と前記透過特性検出回路とを切り替えて前記同期検波回路に接続するスイッチと、前記同期検波回路が出力する信号を前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が最大あるいは最小となる周波数と前記キャリア周波数とのずれ量として検出し、前記ずれ量が零または所望の値となるように前記マッハツェンダ干渉計の透過特性に帰還をかける制御回路とを備えている。そして、周波数引き込みの初期段階においては、前記透過特性検出回路を前記同期検波回路に接続するよう前記スイッチを設定し、前記キャリア周波数における前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が所望の透過特性になったことが前記透過特性検出回路で検出されたら、前記スイッチの接続を前記透過特性検出回路から前記微小変調信号検出回路に切り替えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、前記透過特性検出回路は、前記キャリア周波数と前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が最大あるいは最小となる周波数とのロック状態を、前記同期検波回路の出力から検出するロック検出回路を含み、前記キャリア周波数に前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が最大あるいは最小となる周波数がロックしたことが前記ロック検出回路で検出されたら、前記スイッチの接続を前記透過特性検出回路から前記微小変調信号検出回路に切り替えることを特徴としている。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記透過特性検出回路は、前記位相変調信号光のスペクトラムに帯域制限をかけるための光バンドパスフィルタと、前記バランス型受光器が有する２つの受光素子の両方若しくは片方に流れる光電流をモニタする光電流モニタ回路とを含むことを特徴としている。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、前記制御回路から前記マッハツェンダ干渉計へ発信される制御信号に低周波信号を加算することで、前記マッハツェンダ干渉計の透過帯域周波数を掃引する周波数掃引回路をさらに備え、前記キャリア周波数における前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が所望の透過特性になるまで、前記周波数掃引回路による掃引を行い、前記キャリア周波数における前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が所望の透過特性になったら、前記周波数掃引回路による掃引を停止することを特徴としている。

第５の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、前記制御回路の基準信号端子に低周波信号を入力することで、前記マッハツェンダ干渉計の透過帯域周波数を掃引する周波数掃引回路をさらに備え、前記キャリア周波数における前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が所望の透過特性になるまで、前記周波数掃引回路による掃引を行い、前記キャリア周波数における前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が所望の透過特性になったら、前記周波数掃引回路による掃引を停止することを特徴としている。

第６の発明は、第４又は第５の発明において、周波数引き込みの初期段階において、前記周波数掃引回路によって前記マッハツェンダ干渉計の透過帯域周波数を掃引させた状態で前記スイッチの接続を交互に切り替えることで、前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が最大或いは最小となる周波数と前記キャリア周波数とのずれと、前記微小変調信号検出回路が接続された時の前記同期検波回路の信号とを交互にモニタし、前記周波数のずれがなくなった周波数を起点として、前記同期検波回路の信号が零又は所望の値となる回数を数え、所定の回数となったところで、前記周波数掃引回路の掃引を停止するとともに前記スイッチの接続を前記微小変調信号検出回路に固定する第２の制御回路をさらに備えることを特徴としている。

第７の発明は、第４又は第５の発明において、周波数引き込みの初期段階において、前記周波数掃引回路によって前記マッハツェンダ干渉計の透過帯域周波数を掃引させた状態で前記スイッチの接続を前記透過特性検出回路が有する光電流モニタ回路に接続し、前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が最大或いは最小となる周波数と前記キャリア周波数とのずれをモニタし、前記周波数のずれがなくなったことが検出されたならば、前記スイッチの接続を前記微小変調信号検出回路に切り替え、引き続き掃引を継続した状態で前記同期検波回路の信号が零又は所望の値となる回数を数え、所定の回数となったところで、前記周波数掃引回路の掃引を停止する第２の制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項４又は５記載の光受信器。

第８の発明は、第４乃至第７の何れか１つの発明において、前記制御回路から前記マッハツェンダ干渉計へ発信される制御信号の信号値が予め設定された上限値もしくは下限値を超えているか否か判定する動作点判定回路をさらに備え、前記制御回路による前記マッハツェンダ干渉計の透過帯域周波数の引き込みが完了した後、前記動作点判定回路により前記信号値が上限値もしくは下限値を超えたことが検出されときには、前記制御回路による引き込みを再開することを特徴としている。

第９の発明は、第４乃至第８の何れか１つの発明において、前記同期検波回路から前記制御回路への信号の入力を遮断する遮断回路をさらに備え、前記キャリア周波数における前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が所望の透過特性になるまで、前記同期検波回路から前記制御回路への信号の入力を遮断し、前記キャリア周波数における前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が所望の透過特性になったら、前記同期検波回路から前記制御回路への信号の入力の遮断を解除することを特徴としている。

第１０の発明は、第４乃至第９の何れか１つの発明において、前記周波数掃引回路が前記マッハツェンダ干渉計の透過帯域周波数を掃引する際のプルインレンジは、前記位相変調信号光の変調周波数よりも広い範囲に設定され、前記制御回路が前記マッハツェンダ干渉計の透過特性をロック可能なロックレンジは、前記プルインレンジよりも広い範囲に設定されていることを特徴としている。

第１１の発明は、第１乃至第１０の何れか１つの発明において、前記透過特性検出回路は、外部からの指令により論理反転を行うことを特徴としている。

第１２の発明は、第１乃至第１１の何れか１つの発明において、前記マッハツェンダ干渉計に設けられ、入力される電流値に応じて前記マッハツェンダ干渉計の透過特性を変化させる周波数調整端子と、前記制御回路から前記マッハツェンダ干渉計へ発信される制御信号の信号値を開平する開平回路と、前記開平回路の演算値を駆動電流に変換して前記周波数調整端子に入力するドライバ回路とをさらに備えることを特徴としている。

第１３の発明は、第１乃至第１１の何れか１つの発明において、前記マッハツェンダ干渉計の第１の光導波路に設けられ、入力される電流値に応じて前記マッハツェンダ干渉計の透過特性を変化させる第１の周波数調整端子と、前記マッハツェンダ干渉計の第２の光導波路に設けられ、入力される電流値に応じて前記マッハツェンダ干渉計の透過特性を変化させる第２の周波数調整端子と、前記制御回路から前記マッハツェンダ干渉計へ発信される制御信号を差動信号にする差動回路と、前記差動回路で得られる第１の差動信号を駆動電流に変換して前記第１の周波数調整端子に入力する第１のドライバ回路と、前記差動回路で得られる第２の差動信号を駆動電流に変換して前記第２の周波数調整端子に入力する第２のドライバ回路とをさらに備えることを特徴としている。

本発明によれば、透過特性検出回路によりマッハツェンダ干渉計の透過特性を正常な動作点のみでロックすることができ、さらにロック後は、スイッチを微小変調信号検出回路へ切り替えることでマッハツェンダ干渉計の透過特性が最大あるいは最小となる周波数とキャリア周波数とを完全に一致させることができる。また、本発明の光受信器の構成は、従来の光受信器の構成に透過特性検出回路とスイッチを追加したものであり、同期検波回路を含む部品のほとんどは流用することができ、回路構成を非常に簡略化できる。さらに、透過特性検出回路あるいは微小変調信号検出回路の何れが同期検波回路に接続された状態であっても、同期検波回路が出力する信号が零または所望の値となるようにマッハツェンダ干渉計の透過特性に帰還をかける点は共通であり、制御も簡略化できる。

また、本発明によれば、第２の制御回路によって、マッハツェンダ干渉計の透過特性が最大或いは最小となる周波数とキャリア周波数とのずれがなくなった周波数を起点として、同期検波回路が出力する信号が零又は所望の値となる回数を数え、所定の回数となったところでスイッチの接続を微小変調信号検出回路に固定することで、DQPSKのように多値の位相変調信号から所望の動作点を判定することができる。

また、本発明によれば、マッハツェンダ干渉計の透過帯域周波数を掃引するための低周波信号を、制御回路からマッハツェンダ干渉計へ発信される制御信号に加算、あるいは、制御回路の基準信号端子に入力することで、プルインレンジを大幅に拡幅することができる。

また、本発明によれば、外部からの指令により透過特性検出回路を論理反転させることで、マッハツェンダ干渉計の２つの出力ポートの透過特性をキャリア周波数に対してコンストラクティブとディストラクティブの何れの状態にも任意に設定することができる。

また、本発明によれば、制御信号の開平値あるいは制御信号を差動変換した差動信号でマッハツェンダ干渉計の周波数調整端子を電流駆動することによって、マッハツェンダ干渉計の周波数変動特性を制御信号に対して線形に応答するようにできる。これにより、マッハツェンダ干渉計の動作点に依存することなく、周波数同期ループのループゲインを一定に保つことができる。

本発明の実施の形態１としての光受信器の構成を示すブロック図である。 透過特性検出回路によるＭＺＩ透過特性の判定を説明する図である。 ＭＺＩ透過特性と同期検波回路出力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２としての光受信器の構成を示すブロック図である。 光電流モニタ回路と微小変調信号検出回路の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態３としての光受信器の構成を示すブロック図である。 周波数掃引回路によるプルインレンジ拡幅の原理を説明する図である。 本発明の実施の形態４としての光受信器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４にかかるＭＺＩ透過特性と同期検波回路出力との関係を示す図である。 本発明の実施の形態４としての光受信器の動作原理を説明する図である。 本発明の実施の形態５としての光受信器の動作原理を説明する図である。 本発明の実施の形態６としての光受信器の構成を示すブロック図である。 積分回路の構成例を示す図である。 本発明の実施の形態７としての光受信器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態８としての光受信器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態９としての光受信器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１０としての光受信器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１１にかかる位相変調信号光の変調周波数、プルインレンジ及びロックレンジの関係を示す図である。 本発明の実施の形態１１としての光受信器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１１にかかる動作点判定範囲とロック判定範囲の設定を示す図である。 本発明の実施の形態１２にかかる周波数掃引制御の動作原理を説明する図である。 本発明の実施の形態１３としての光受信器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１４としての光受信器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１５としての光受信器の構成を示すブロック図である。 図２４に示す光受信器の効果を説明する図である。 本発明の実施の形態１６としての光受信器の構成を示すブロック図である。 図２６に示す光受信器の効果を説明する図である。 DPSK方式における光受信器の構成と動作を説明する図である。 キャリア周波数とＭＺＩ透過特性のずれによる波形劣化を説明する図である。 従来技術の課題を説明するための図である。 DQPSK方式における光受信器の構成を説明する図である。 従来技術の課題を説明するための図である。

符号の説明

２ ＭＺＩ(マッハツェンダ干渉計)
３ 光ＢＰＦ(バンドパスフィルタ)
４ 周波数調整端子
４Ａ 第１の周波数調整端子
４Ｂ 第２の周波数調整端子
６ バランス型受光器
８ 微小変調信号発生回路
１０ ドライバ回路
１０Ａ 第１のドライバ回路
１０Ｂ 第２のドライバ回路
１２ 微小変調信号検出回路
１４ ＢＰＦ(バンドパスフィルタ)
１６ 同期検波回路
１８ 制御回路
２２ 透過特性検出回路
２４ スイッチ
２６ 光電流モニタ回路
２８ ロック検出回路
２９ 第２の制御回路
３０ 周波数掃引回路
３４ スイッチ
４８ リセット回路
５０ 動作点判定回路
５２ スイッチ
５６ 極性検出回路
５８ スイッチ
６０ スイッチ
７０ フレーム処理回路
７２ 開平回路
７４ 差動回路

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１としての光受信器の構成を示すブロック図である。本実施形態の光受信器は、DPSK方式の光通信システムに適用される光受信器であり、図１に示すように、差動符号化された位相変調信号光を強度変調信号に復調するＭＺＩ（マッハツェンダ干渉計）２を備えている。ＭＺＩ２は、位相変調信号光を２分岐し、その一方に１ビット分の伝播遅延を持たせた後、合波して両位相変調信号光を干渉させて強度変調信号光に変換する。

ＭＺＩ２が有する２つの光導波路のうち、一方の光導波路には周波数調整端子４が設けられている。周波数調整端子４は光導波路を加熱するヒーターであり、ドライバ回路１０から駆動電流の供給を受けて光導波路を加熱する。ドライバ回路１０から周波数調整端子４に供給される電流量によって、干渉する両位相変調信号光の位相差を調整することができる。本実施形態の光受信器は、微小変調信号(周波数f)を発生する微小変調信号発生回路８を有している。ドライバ回路１０は、微小変調信号発生回路８が発生する微小変調信号を駆動電流に変換して周波数調整端子４を電流駆動する。

ＭＺＩ２の各出力ポートからの出力光は、バランス型受光器６で受光される。バランス型受光器６には微小変調信号検出回路１２が接続されており、バランス型受光器６の出力に含まれる微小変調信号が微小変調信号検出回路１２によって検出される。微小変調信号検出回路１２の出力は、バンドパスフィルタ(ＢＰＦ)１４および同期検波回路１６によって、微小変調信号発生回路８が発生する信号を用いて同期検波される。

同期検波回路１６の出力は制御回路１８に入力される。制御回路１８は同期検波回路１６の出力を誤差信号として検出し、これを打ち消す方向にＭＺＩ２の周波数調整端子４に帰還をかける。制御回路１８が出力する信号は、微小変調信号発生回路８が発生する信号に加算されてドライバ回路１０に入力される。

また、本実施形態の光受信器は、バランス型受光器６の出力から、ＭＺＩ２の２つの出力ポートがコンストラクティブあるいはディストラクティブどちらの透過特性であるかを判定する透過特性検出回路２２を備えている。透過特性検出回路２２は、バランス型受光器６が有する２つの受光素子の一方の出力信号、もしくは両方の出力信号を検出する回路を含んでいる。本実施の形態では、ＭＺＩ２の２つの出力ポートのうち、出力２に対応する受光素子の出力信号を検出するよう構成されている。

本実施形態の光受信器は、透過特性検出回路２２の出力と微小変調信号検出回路１２の出力とを切り替えて同期検波回路１６に接続するためのスイッチ２４を備えている。このスイッチ２４は、透過特性検出回路２２からのループ切り替え信号によって切り替えられる。スイッチ２４を微小変調信号検出回路１２側に切り替えたときには、ＭＺＩ２、微小変調信号発生回路８、ドライバ回路１０、バランス型受光器６、微小変調信号検出回路１２、ＢＰＦ１４、同期検波回路１６、及び制御回路１８からなる周波数同期ループが構成される。スイッチ２４を透過特性検出回路２２側に切り替えたときには、ＭＺＩ２、微小変調信号発生回路８、ドライバ回路１０、バランス型受光器６、透過特性検出回路２２、ＢＰＦ１４、同期検波回路１６、及び制御回路１８からなる周波数同期ループが構成される。

まず、周波数引き込みの初期段階においては、スイッチ２４を透過特性検出回路２２側に切り替え、透過特性検出回路２２を同期検波回路１６に接続した周波数同期ループを構成する。この周波数同期ループでは、透過特性検出回路２２の出力が微小変調信号発生回路８の発生する周波数fの微小変調信号を用いて同期検波される。同期検波の結果は透過特性検出回路２２に返され、透過特性検出回路２２は、同期検波の結果からＭＺＩ２の２つの出力ポートがコンストラクティブあるいはディストラクティブどちらの透過特性であるかを判定する。

図２は、透過特性検出回路２２の出力に含まれる周波数fの成分を同期検波して得られる同期検波回路出力と、ＭＺＩ２の２つの出力ポートのうち出力２が示す透過特性(ＭＺＩ透過特性)とを対比して示した図である。図２に示すように、同期検波回路出力は、ＭＺＩ透過特性が最大となる周波数にキャリア周波数とが一致したときにも、ＭＺＩ透過特性が最小となる周波数にキャリア周波数とが一致したときにも、ともに零となる。しかし、ＭＺＩ透過特性の最大点では同期検波回路出力の傾きは正を示し、ＭＺＩ透過特性の最小点では同期検波回路出力の傾きは負を示している。したがって、ＭＺＩ２の各出力ポートの透過特性がコンストラクティブあるいはディストラクティブのどちらであるかは、同期検波出力の傾きの正負によって判定できる。

また、上述のように、同期検波回路出力が零となる周波数では、ＭＺＩ透過特性の最大点または最小点とキャリア周波数とが概ね一致する。このため、透過特性検出回路２２を用いて周波数同期ループを構成し、同期検波回路出力の傾きが負あるいは正の何れかの状態で負帰還がかかるようループを設定すれば、ＭＺＩ透過特性をコンストラクティブあるいはディストラクティブの何れかの状態でキャリア周波数にロックさせることができる。透過特性検出回路２２は、所望の状態でＭＺＩ透過特性がキャリア周波数にロックされたかどうかを検出する回路も含んでいる。本実施形態では、ＭＺＩ２の２つの出力ポートのうち出力１がコンストラクティブ、出力２がディストラクティブの状態を所望の状態としている。

上記のループ構成でロック状態になったならば、透過特性検出回路２２からスイッチ２４へループ切り替え信号を出力する。ループ切り替え信号により、スイッチ２４はその接続を透過特性検出回路２２から微小変調信号検出回路１２に切り替え、微小変調信号検出回路１２による周波数同期ループを構成する。

図３は、透過特性検出回路２２の出力に含まれる周波数fの成分を同期検波して得られる同期検波回路出力（Ａ）と、微小変調信号検出回路１２の出力に含まれる周波数fの成分を同期検波して得られる同期検波回路出力（Ｂ）と、ＭＺＩ２の各出力ポート（出力１及び出力２）が示す透過特性(ＭＺＩ透過特性)とを対比して示した図である。図３に示すように、微小変調信号検出回路１２を用いた同期検波回路出力（Ｂ）は、透過特性検出回路２２を用いた同期検波回路出力（Ａ）の２倍の周波数を持つ。したがって、この周波数同期ループによれば、ＭＺＩ周波数（ＭＺＩ透過特性が最大あるいは最小となる周波数）とキャリア周波数とのずれをより高感度に検出し、ＭＺＩ周波数をキャリア周波数に完全に一致させることができる。

以上のように、本実施形態の光受信器によれば、透過特性検出回路２２によりＭＺＩ２の透過特性を正常な動作点のみでロックすることができ、さらにロック後は、スイッチ２４を微小変調信号検出回路１２へ切り替えることでＭＺＩ周波数とキャリア周波数とを完全に一致させることができる。また、従来の光受信器に透過特性検出回路２２とスイッチ２４を追加するだけでよく、同期検波回路１６をはじめ周波数同期ループを構成する部品のほとんどはそのまま流用でき、回路構成を非常に簡略化できる。さらに、透過特性検出回路２２あるいは微小変調信号検出回路１２の何れが同期検波回路１６に接続された状態であっても、同期検波回路出力が零となるようにＭＺＩ周波数を変動させる点は共通であり、制御も簡略化できる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２としての光受信器の構成を示すブロック図である。図４に示す光受信器において、実施の形態１の光受信器と同一の要素については同一の符号を付している。また、既に説明した内容と重複する内容については、その説明は省略するものとする。

図４に示すように、本実施形態の光受信器は、光ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）３と光電流モニタ回路２６を備えている。光入力信号のスペクトラムが復調器のFSRに対して十分広い場合には、ＭＺＩ２を透過した後の光強度は光周波数に対して変化しづらい。そこで、光ＢＰＦ３によって該スペクトラムに帯域制限をかけることで、図２８(ｃ)に示したＭＺＩ２の通過後の出力１と２のスペクトラムのうちキャリア周波数から離れた領域を減衰させる。同図から明らかなように、出力１（コンストラクティブ側）と出力２（ディストラクティブ側）とでは、光周波数軸上での強度分布が異なっているため、光ＢＰＦ３による周辺部の強度減衰の影響はコンストラクティブ側が大きい。したがって、DPSK信号の場合には、ＭＺＩ透過特性とキャリア周波数とが一致した場合には、ＭＺＩ２の透過後の光強度はコンストラクティブ側が最小でディストラクティブ側が最大となる。以上のことから、ＭＺＩ２の透過後の各出力ポートでの光強度の変化からＭＺＩ透過特性とキャリア周波数との関係を検出することができる。

光電流モニタ回路２６は、この光強度の変化をバランス型受光器６の受光素子の電源端子に流れる光電流の変化で検出する。図５は、光電流モニタ回路２６および微小変調信号検出回路１２の具体的な構成例を示している。図５に示すように、光電流モニタ回路２６は、バランス型受光器６の一方の受光素子とその電源の間に抵抗を挿入することで容易に実現できる。あるいは、両方の受光素子とそれらの電源の間に抵抗を挿入し、各抵抗からの出力の差を取るようにてもよい。また、微小変調信号検出回路１２は、バランス型受光器６を構成する増幅器とその電源との間に抵抗を挿入することで実現できる。本実施形態の光受信器によれば、光電気変換された高速の電気信号の振幅を電力検出する必要なく、電力検出と同等な高精度の検波が行える。

また、本実施形態の光受信器は、スイッチ２４により光電流モニタ回路２６による周波数同期ループが構成されたとき、ループがロックしたことを検出するロック検出回路２８を有している。ロック検出回路２８は、ループがロックしたことを検出したなら、スイッチ２４の接続を光電流モニタ回路２６から微小変調信号検出回路１２に切り替える。これにより、ＭＺＩ透過特性とキャリア周波数とのずれをより高感度に検出し、完全にロックさせることができる。本実施形態では、光電流モニタ回路２６とロック検出回路２８によって、実施の形態１にかかる透過特性検出回路２２に相当する回路が構成されている。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３としての光受信器の構成を示すブロック図である。図６に示す光受信器において、前述の何れかの実施形態の光受信器と同一の要素については同一の符号を付している。また、既に説明した内容と重複する内容については、その説明は省略するものとする。

本実施形態の光受信器と実施の形態２との構成上の差は、周波数掃引回路３０を備え、周波数同期ループの電圧経路に周波数掃引回路３０の出力（低周波信号）を加算していることにある。周波数掃引回路３０の出力は、ＭＺＩ２の応答速度と微小変調信号速度より遅い周波数であれば、三角波、鋸波、正弦波他どのような信号であっても構わない。

本実施形態の光受信器では、周波数引き込みの初期状態、すなわち周波数同期ループがロックしていない状態において、スイッチ２４によって光電流モニタ回路２６を同期検波回路１６に接続するとともに、周波数掃引回路３０によってＭＺＩ周波数を大きく変動させる。これにより、図７の動作原理図に示すように、キャリア周波数がプルインレンジより離れたところにあって周波数同期ループだけではロックできない状態であっても、ＭＺＩ周波数が変動させられる過程でキャリア周波数に近くなる状態が生じ、引き込みが可能となる。ロック検出回路２８がロック状態を検出した場合には、周波数掃引回路３０はその瞬時値を保持する。

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４としての光受信器の構成を示すブロック図である。図８に示す光受信器において、前述の何れかの実施形態の光受信器と同一の要素については同一の符号を付している。また、既に説明した内容と重複する内容については、その説明は省略するものとする。

本実施形態の光受信器と実施の形態３との構成上の差は、周波数同期の初期におけるＭＺＩ２の周波数掃引状態において、スイッチ２４の接続を光電流モニタ回路２６に固定した状態でロックを検出するのではなく、第２の制御回路２９によってスイッチ２４の接続を光電流モニタ回路２６と微小変調信号検出回路１２とで交互に切り替えている点である。

位相変調信号光がDQPSK信号の場合、光電流モニタ回路２６の同期検波出力（Ａ）と微小変調信号検出回路１２の同期検波出力（Ｂ）は、ＭＺＩ２の透過帯域特性に対して図９に示すように変化する。ＭＺＩ透過特性が最大もしくは最小となる周波数がキャリア周波数と一致する場合（DPSKの動作点）は、光電流同期検波出力（Ａ）は正もしくは負の傾きの零点となる。前述した通り、DQPSKでは、動作点すなわち微小変調信号同期検波出力（Ｂ）が零となる点が４つ存在する。このうち、所望の動作点であるのは、この図の場合、光電流同期検波出力（Ａ）が光周波数に対して負の傾きで零点を通過する微小変調信号同期検波出力（Ｂ）の零点（位相シフト量-π／4）と直後の零点（位相シフト量π／4）である。

本実施形態においては、周波数掃引回路３０によってＭＺＩ２の周波数を掃引しつつ、第２の制御回路２９によって２つの同期検波出力（Ａ）と（Ｂ）とを交互にモニタし、所望の動作点を検出する。その動作原理を図１０に示す。この図では、時間の経過とともにＭＺＩ２の周波数が高周波数側へ掃引されている。したがって、光電流同期検波出力（Ａ）が時間の経過、すなわち周波数の増大とともに減少しながら零となる点を起点とし、ここから１つ手前または後で微小変調信号同期検波出力（Ｂ）が零となる点を選び、ここでＭＺＩ２の周波数掃引を停止するとともに。スイッチ２４の接続を微小変調信号検出回路１２に固定すれば、位相シフト量が-π／4もしくはπ／4での同期が実現できる。また、前記起点から所定の回数だけ、前記微小変調信号同期検波出力が零となる点でＭＺＩ２の周波数掃引を停止し、スイッチ２４を切り替えることで、所望の動作点にロックすることができる。

また、同様にすればD8PSK信号についても所望の動作点にロックすることができる。

実施の形態５．
図１１は、本発明の実施の形態５としての光受信器の動作原理を示す図である。本実施形態の受信器は図８と同一の構成をとるが、本実施形態の光受信器と実施の形態４との動作原理上の差は、スイッチ２４の接続を交互に切り替えずにDQPSK信号にロックさせる点にある。

まず、周波数引き込みの初期状態において、スイッチ２４の接続を光電流モニタ回路２６に接続し、ＭＺＩ２の周波数掃引を行う。この状態で同期検波回路出力をモニタし、該出力が時間の経過とともに減少しながら零となった時点で、スイッチ２４の接続を微小変調信号検出回路１２に切り替える。そして、引き続き周波数掃引を行い、所定の回数（本実施形態では１回）だけ微小変調信号同期検波出力が零となる点でＭＺＩ２の周波数掃引を停止することで、所望の動作点にロックすることができる。また、スイッチ２４を切り替えた瞬間から、ＭＺＩ周波数の掃引方向を反転させることで、切り替え点より手前の動作点に戻ってロックすることが可能となる。

実施の形態６．
図１２は、本発明の実施の形態６としての光受信器の構成を示すブロック図である。図１２に示す光受信器において、前述の何れかの実施形態の光受信器と同一の要素については同一の符号を付している。また、既に説明した内容と重複する内容については、その説明は省略するものとする。

本実施形態の光受信器と実施の形態２との構成上の差は、制御回路１８の誤差信号検出部に図１３に示すような積分回路を用い、その基準電圧入力端子にスイッチ３４を介して周波数掃引回路３０の出力を入力している点にある。積分回路は、本来、同期検波回路の出力電圧と基準電圧との差分を誤差信号として検出し、これが零となるよう制御をかける。本実施形態の光受信器では、周波数引き込みの初期状態、すなわち周波数同期ループがロックしていない状態において、スイッチ２４によって光電流モニタ回路２６を同期検波回路１６に接続するとともに、周液数掃引回路３０によってＭＺＩ周波数を大きく変動させるようにしている。これによれば、より広いプルインレンジを実現することができる。

ロック検出回路２８がロック状態を検出した場合には、スイッチ２４は光電流モニタ回路２６から微小変調信号検出回路１２に切り替えられる。同時に、スイッチ３４は周波数掃引回路３０から任意の基準電圧Vrefに切り替えられる。これにより、ＭＺＩ周波数とキャリア周波数の関係は、同期検波回路１６の出力がVrefとなるよう制御される。

実施の形態７．
図１４は、本発明の実施の形態７としての光受信器の構成を示すブロック図である。図１４に示す光受信器において、前述の何れかの実施形態の光受信器と同一の要素については同一の符号を付している。また、既に説明した内容と重複する内容については、その説明は省略するものとする。

本実施形態の光受信器と実施の形態２との構成上の差は、周波数同期ループのロック状態に応じて制御回路１８の動作を制御する回路を備えていることにある。この回路は、動作点判定回路５０と、反転回路４２，４４、AND回路４０、OR回路４６及びリセット回路４８から構成されている。動作点判定回路５０は、制御回路１８の出力電圧をモニタし、それが所定の上限値もしくは下限値を超えているならば、ＭＺＩ２が制御可能範囲の限界で動作しているか、或いは制御不可能になっていると判断して“1”を出力するよう構成されている。なお、本実施形態にかかる制御回路１８は、周波数掃引回路を含んでいるものとする。

動作点判定回路５０の出力は、反転回路４４を介してAND回路４０に入力される。このAND回路４０には、ロック検出回路２８の出力も入力されている。動作点判定回路５０によりＭＺＩ２が制御可能範囲にあると判定され、且つ、ロック検出回路３０でロックが検出されれば、正常なロック状態と判断されてAND回路４０の出力は“1”になる。AND回路出力が“1”となったら、スイッチ２４は光電流モニタ回路２６から微小変調信号検出回路１２に切り替えられる。

AND回路４０の出力は、反転回路４２を介してOR回路４６に入力される。このOR回路４６には、動作点判定回路５０の出力も入力されている。OR回路４６の出力は、リセット回路４８に入力される。本実施形態の光受信器では、動作点判定回路５０によってＭＺＩ２が制御可能範囲にないと判定(動作点判定回路５０の出力が“1”)されるか、もしくは、ロック検出回路３０によってアンロックが検出(AND回路４０の出力が“0”)されたことがOR回路４６で検出されたならば、リセット回路４８から制御回路１８にリセット信号が送信され、再度、周波数掃引回路による周波数引き込みが行われる。

なお、本実施形態にかかる光受信器の構成は、制御回路１８に周波数掃引回路が含まれない場合にも適用できる。例えば、制御回路１８に図１３に示すような積分回路が用いられている場合、リセット回路４８からのリセット信号によって積分回路の容量を短絡・開放することで、再度周波数の引き込みを行うことができる。

実施の形態８．
図１５は、本発明の実施の形態８としての光受信器の構成を示すブロック図である。図１５に示す光受信器において、前述の何れかの実施形態の光受信器と同一の要素については同一の符号を付している。また、既に説明した内容と重複する内容については、その説明は省略するものとする。

本実施形態の光受信器と実施の形態１との構成上の差は、同期検波回路１６と制御回路１８との間に周波数同期ループを開閉するスイッチ（遮断回路）５２を備えていることと、周波数掃引回路３０を備えて周波数同期ループの電圧経路に周波数掃引回路３０の出力を加算していることにある。スイッチ５２と周波数掃引回路３０は、ともに、透過特性検出回路２２からの信号によってその動作を制御される。

本実施形態の光受信器では、周波数引き込みの初期状態において、スイッチ２４により透過特性検出回路２２を同期検波回路に接続し、かつ、スイッチ５２により周波数同期ループをオープンとする。この状態で周波数掃引回路３０の出力を周波数同期ループの電圧経路に加算し、ＭＺＩ周波数を掃引する。

そして、透過特性検出回路２２でＭＺＩ２の出力ポートがキャリア周波数に対して所望の状態になったと判定されたならば、スイッチ２２を微小変調信号検出回路１２に切り替える。同時に、透過特性検出回路２２からスイッチ５２に信号を出力し、スイッチ５２を切り替えて周波数同期ループを閉じる。また、同時に、透過特性検出回路２２から周波数掃引回路３０に信号を出力し、周波数掃引回路３０にその出力の瞬時値を保持させる。

これによれば、幅広いプルインレンジが実現されるとともに、ＭＺＩ周波数をキャリア周波数に完全に一致させることができる。また、周波数引き込みの初期状態では周波数同期ループはオープンであるため、ＭＺＩ周波数が周波数掃引回路３０によってのみ一意に決定される。したがって、本実施形態の光受信器によれば、周波数引き込みの制御が容易である。

実施の形態９．
図１６は、本発明の実施の形態９としての光受信器の構成を示すブロック図である。図１６に示す光受信器において、前述の何れかの実施形態の光受信器と同一の要素については同一の符号を付している。また、既に説明した内容と重複する内容については、その説明は省略するものとする。

本実施形態の光受信器と実施の形態２との構成上の差は、同期検波回路１６の出力の変動が周波数の掃引方向に対して正であるか負であるかを検出する極性検出回路５６を備えていることと、同期検波回路１６と制御回路１８との間に周波数同期ループを開閉するスイッチ（遮断回路）５８を備えていることと、周波数掃引回路３０を備えて周波数同期ループの電圧経路に周波数掃引回路３０の出力を加算していることにある。スイッチ５８と周波数掃引回路３０は、スイッチ２４とともに、極性検出回路５６からの信号によってその動作を制御される。

本実施形態の光受信器では、周波数引き込みの初期状態において、スイッチ２４により光電流モニタ回路２０を同期検波回路１６に接続し、かつ、スイッチ５８により周波数同期ループをオープンとする。スイッチ５８がオープン側に切り替えられたとき、制御回路１８の入力は短絡されるか、もしくは周波数同期ループがロックした時に出力されるであろう電圧値が入力されるようになっている。この状態で周波数掃引回路３０の出力を周波数同期ループの電圧経路に加算し、ＭＺＩ周波数を変動させる。これによれば、周波数同期ループは等価的に誤差信号が0の状態となり、ＭＺＩ２の掃引周波数に不要なオフセットが生じることがない。

このようにしてＭＺＩ周波数を掃引させながら、極性検出回路５６によって同期検波回路１６の出力の変動が周波数掃引方向に対して正であるか負であるかを検出する。そして、所望の極性であったならば、ＭＺＩ透過特性がキャリア周波数に対して所望の状態となったと判断し、スイッチ２４を微小信号検出回路１２に切り替え、また、スイッチ５２により周波数同期ループを閉じるとともに、周波数掃引回路３０にその出力の瞬時値を保持させる。このようにすれば、ＭＺＩ周波数をキャリア周波数に完全に一致させることができる。

実施の形態１０．
図１７は、本発明の実施の形態１０としての光受信器の構成を示すブロック図である。図１７に示す光受信器において、前述の何れかの実施形態の光受信器と同一の要素については同一の符号を付している。また、既に説明した内容と重複する内容については、その説明は省略するものとする。

本実施形態の光受信器と実施の形態９との構成上の差は、制御回路１８の誤差信号検出部に積分回路（図１３参照）を用い、その基準電圧入力端子にスイッチ６０を介して周波数掃引回路３０の出力を入力していることにある。スイッチ６０は、他のスイッチ２４，５８と同じく、極性検出回路５６からの信号によってその動作を制御される。

本実施形態の光受信器では、極性検出回路５６によって同期検波回路１６の出力変動がＭＺＩ周波数の掃引方向に対して所望の極性であると判定されたならば、スイッチ６０を周波数掃引回路３０から所望の基準電圧Vrefに切り替える。これにより、制御回路１８は基準電圧Vrefと同期検波回路１６の出力電圧との差分を誤差信号として検出するので、ロック後のＭＺＩ周波数とキャリア周波数とを完全に一致させるだけでなく、所望の差を持たせることが出来るようになる。

実施の形態１１．
本発明の実施の形態１１としての光受信器は、位相変調信号光の変調周波数とプルインレンジ、及びプルインレンジとロックレンジの各関係に特徴を有している。図１８は、本実施形態の光受信器における、変調周波数、プルインレンジ及びロックレンジの関係を示す図である。図１８に示すように、本実施形態の光受信器では、プルインレンジを位相変調信号光の変調周波数より広く設定し(40Gbit／sの位相変調であれば、40GHz以上)、且つ、ロックレンジをプルインレンジに対して、想定される変動分以上のマージンを持つよう設定している。プルインレンジの変動要因とは、周波数引き込み完了後にキャリア周波数とＭＺＩ周波数のずれを生じさせる現象であり、ＬＤ発振波長の変化やＭＺＩ２の温度変化などである。

プルインレンジを位相変調信号光の変調周波数より広く設定することで、任意のキャリア周波数へのロックが可能となる。また、ロックレンジをプルインレンジに対して変動分だけ広くすることで、ロック後の周波数変動に対して追従が可能となる。上記のようなプルインレンジの設定は、ＭＺＩの周波数変動量が変調周波数以上となるように周波数の掃引振幅を設定することで容易に実現できる。また、上記のようなロックレンジの設定は、想定される変動の補償分だけ周波数の掃引振幅よりも制御回路の制御可能範囲を広く設定することで実現可能である。

図１９は、本実施形態の光受信器の構成を示すブロック図である。図１９に示す光受信器において、前述の何れかの実施形態の光受信器と同一の要素については同一の符号を付している。また、既に説明した内容と重複する内容については、その説明は省略するものとする。

本実施形態の光受信器と実施の形態７との構成上の差は、実施の形態５におけるOR回路４６の代わりにAND回路６２を配置したことと、反転回路４４とAND回路４０との間に新たにOR回路６４を設け、OR回路６４に反転回路４４の出力とAND回路４０の出力を入力し、その出力をAND回路４０に入力していることにある。また、本実施形態の光受信器では、図２０に示すように、動作点判定回路５０が正常な制御範囲と判定する周波数範囲を、ロック検出回路２８がロックと判定する周波数範囲よりも狭く設定している。

図１９に示す回路構成によれば、正常な動作点とロックのアンドが取れた場合に、周波数引き込みが完了してロックできたと判定される。それ以外の状態ではリセット回路４８から制御回路１８にリセット信号が出力され、再度周波数掃引回路による周波数引き込みが行われる。また、AND回路４０の入力の一方はロック検出回路２８の出力とし、もう一方は同AND回路４０の出力と動作点判定回路５０の反転出力との論理和(0R回路６４の出力)とすることで、AND回路４０の出力が“1”(ロック)を出力している間は、動作点判定回路５０が動作範囲外を判定してもAND回路６２の出力は反転せず、リセット信号は出力されない。これにより、図２０に示す網掛け領域ではロックレンジがプルインレンジよりも広くなり、この領域ではロック後の周波数変動に対する追従が可能となる。

実施の形態１２．
本発明の実施の形態１２としての光受信器は、周波数掃引時の制御に特徴がある。図２１は、本実施形態にかかる周波数掃引制御の動作原理を説明するための図である。なお、本実施形態にかかる周波数掃引制御は、前述の実施形態にかかる何れの構成にも適用することができる。

図２１に示す例では、正常な動作点が周波数同期ループの周波数可変範囲の上限近く(ロック可)と下限の外側(ロック不可)にあり、かつ、ＭＺＩの初期状態がプルインレンジ下限付近にある様子を示している。周波数掃引によってＭＺＩ透過特性を正常な動作点に一致させようとした場合、周波数掃引を上記初期状態から開始すると、周波数可変範囲いっぱいまで行ってようやくロックできることとなる。しかし、前述のごとく、ＭＺＩ周波数掃引はロック検出や同期検波回路の極性判定を伴うので、ＭＺＩ周波数掃引には低速の信号を用いることとなり、掃引周波数範囲が広くなれば、それだけ長い時間を要することとなる。このような場合、周波数掃引を周波数可変範囲の上限側から開始すれば、ロックまでの時間を大幅に短縮することが出来る。

図２１に示す例では、周波数掃引開始直後の同期検波出力が、負の値で、かつ、負の傾きを持つことから、ＭＺＩ初期状態がロック不可の動作点近くにあると判定できるので、周波数掃引出力の極性を反転させ、可変範囲上限側から掃引を再開することで、掃引時間を短縮することが出来る。また、本周波数掃引制御を図１９に示す構成に適用する場合には、動作点判定回路５０によって制御範囲外と判定されたとき、これと反対側に制御回路１８の出力が振り込まれるようにリセット信号を送信することで、制御範囲内の動作点にロックすることが可能となる。

実施の形態１３．
図２２は、本発明の実施の形態１３としての光受信器の構成を示すブロック図である。図２２に示す光受信器において、前述の何れかの実施形態の光受信器と同一の要素については同一の符号を付している。また、既に説明した内容と重複する内容については、その説明は省略するものとする。

本実施形態の光受信器は、実施の形態１の構成において、透過特性検出回路２２の論理反転を外部からの論理反転信号によって行うことに特徴がある。これによれば、ＭＺＩ２の出力ポートの透過特性をコンストラクティブでもディストラクティブでも所望の状態に設することができる。また、位相変調光がRZ-DPSKとCSRZ-DPSKなど異なる変調方式であっても、光受信器の構成を変えることなく、論理反転信号の設定のみで受信可能となる。

実施の形態１４．
図２３は、本発明の実施の形態１４としての光受信器の構成を示すブロック図である。図２３に示す光受信器において、前述の何れかの実施形態の光受信器と同一の要素については同一の符号を付している。また、既に説明した内容と重複する内容については、その説明は省略するものとする。

本実施形態の光受信器と実施の形態１３との構成上の差は、論理反転信号をバランス型受光器６の後段に設置されたフレーム処理回路７０で発生させていることにある。フレーム処理回路７０は、光受信器の出力信号と位相同期したクロックを用いて、該出力信号列の中からフレーム開始分界点である特定のビット列を検出し、フレーム同期を行う機能を有している。

透過特性検出回路２２では、送信器が何らかの劣化を起こす、または、伝送線路に設置された光フィルタの周波数がキャリア周波数からずれている等の理由で位相変調信号光のスペクトルが想定以上に変形された場合、透過特性の検出結果に変動を生じ、誤った動作点にロックしてしまう危険がある。誤った動作点にロックすると、光受信器出力は論理反転を起こしてしまう。論理反転が生じた場合、フレーム処理回路７０では、受信信号と位相同期したクロックが得られているにも関わらず、フレーム開始分界点の検出ができずLOF(Loss of Flame)の状態となる。

このような状態を回避するため、本実施形態の光受信器では、位相同期確立時にフレーム処理回路７０でLOFが検出されたならば、透過特性検出回路２２の出力を反転させる、あるいは、透過特性検出回路２２の極性を書き換え、再度周波数引き込みを行うようにしている。これによれば、位相変調信号光のスペクトルが想定以上に変形された場合でも、正常な動作点にロックすることが可能となる。

実施の形態１５．
図２４は、本発明の実施の形態１５としての光受信器の構成を示すブロック図である。図２４では、本実施形態の光受信器の特徴部を示し、それ以外の部分は省略している。図２４には表れていない部分の構成については、前述の何れかの実施の形態の構成を適用することができる。図２４において、前述の何れかの実施形態の光受信器と同一の要素については同一の符号を付し、既に説明した内容と重複する内容については、その説明は省略するものとする。

本実施形態の光受信器は、ドライバ回路１０の前段に開平回路７２を備えている。そして、この開平回路７２によってＭＺＩ制御電圧の平方根を演算し、ドライバ回路１０によって演算結果に対応した電流でＭＺＩ２の周波数を制御するようになっている。

ＭＺＩ周波数は周波数調整端子４の駆動電流の２乗に比例して変動するため、制御電圧に比例した電流を周波数調整端子４の駆動電流とすると、図２５（ａ）に示すように、ＭＺＩ周波数は制御電圧(ＭＺＩ制御信号)の２乗に比例して変動する。このため、制御電圧の絶対値に応じて、周波数変動効率すなわちループゲインが変動することになる。

これに対し、本実施形態の光受信器では、開平回路７２を用いることで、図２５（ｂ）に示すように、ＭＺＩ駆動電流(開平回路出力)は制御電圧の平方根に比例する。その結果、図２５（ｃ）に示すように、ＭＺＩ周波数が制御電圧に対して線形に応答するようになり、ＭＺＩ制御電圧によらず一定のループゲインが得られるようになる。

実施の形態１６．
図２６は、本発明の実施の形態１６としての光受信器の構成を示すブロック図である。図２６では、本実施形態の光受信器の特徴部を示し、それ以外の部分は省略している。図２６には表れていない部分の構成については、前述の何れかの実施の形態の構成を適用することができる。図２６において、前述の何れかの実施形態の光受信器と同一の要素については同一の符号を付し、既に説明した内容と重複する内容については、その説明は省略するものとする。

本実施形態の光受信器は、ＭＺＩ２の２つの光導波路のそれぞれに周波数調整端子４Ａ，４Ｂを備えている。各周波数調整端子４Ａ，４Ｂは別々のドライバ回路によって駆動される。つまり、第１の周波数調整端子４Ａは、第１のドライバ回路１０Ａによって駆動され、第２の周波数調整端子４Ｂは、第２のドライバ回路１０Ｂによって駆動される。各ドライバ回路１０Ａ，１０Ｂには、差動回路７４からＭＺＩ制御信号が入力される。

ＭＺＩ制御信号は、差動回路７４によって差動信号に変換されて各ドライバ回路１０Ａ，１０Ｂに入力される。２つのドライバ回路１０Ａ，１０Ｂは、差動で動作するので、両方のＭＺＩ駆動電流の和は一定である。駆動電流の和をIとし、第１のドライバ回路１０Ａに流れる電流の割合をαとすれば、第１のドライバ回路１０Ａの駆動電流はαI、第２のドライバ回路１０Ｂの駆動電流は(1-α)Iで表すことが出来る。

各ドライバ回路１０Ａ，１０Ｂの電流駆動によって得られるＭＺＩ２の周波数変動は、図２７に示すように変数αを用いて表すことができる。駆動電流αIによる周波数の変動方向と、駆動電流(1-α)Iによる周波数の変動方向とは逆方向となり、一方が最大の周波数変動となる時、もう一方の周波数変動は零となる。トータルの周波数変動は両者の和となり、駆動電流の２乗に比例する成分が相殺され、結果として制御電圧(ＭＺＩ制御信号)に比例した周波数変動が得られるようになる。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変形して実施することもできる。

Claims (13)

1. 差動符号化された位相変調信号光を受信する光受信器であって、
   前記位相変調信号光を強度変調信号光に変換するマッハツェンダ干渉計と、
   前記マッハツェンダ干渉計の二つの出力ポートからの強度変調信号光を光電変換し、変換された電気信号の差分を出力するバランス型受光器と、
   前記マッハツェンダ干渉計の透過特性を低周波数で微小変調させる微小変調信号発生回路と、
   前記バランス型受光器が出力する信号に含まれる微小変調信号を検出する微小変調信号検出回路と、
   前記バランス型受光器が出力する信号から、前記位相変調信号光のキャリア周波数において前記マッハツェンダ干渉計の二つの出力ポートの透過特性が最大もしくは最小の何れであるかを判定する透過特性検出回路と、
   前記バランス型受光器が出力する信号に含まれる前記微小変調信号を前記微小変調信号発生回路が発生する信号で同期検波する同期検波回路と、
   前記微小変調信号検出回路と前記透過特性検出回路とを切り替えて前記同期検波回路に接続するスイッチと、
   前記同期検波回路が出力する信号を前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が最大あるいは最小となる周波数と前記キャリア周波数とのずれ量として検出し、前記ずれ量が零または所望の値となるように前記マッハツェンダ干渉計の透過特性に帰還をかける制御回路とを備え、
   周波数引き込みの初期段階においては、前記透過特性検出回路を前記同期検波回路に接続するよう前記スイッチを設定し、前記キャリア周波数における前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が所望の透過特性になったことが前記透過特性検出回路で検出されたら、前記スイッチの接続を前記透過特性検出回路から前記微小変調信号検出回路に切り替えることを特徴とする光受信器。
2. 前記透過特性検出回路は、前記キャリア周波数と前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が最大あるいは最小となる周波数とのロック状態を、前記同期検波回路の出力から検出するロック検出回路を含み、
   前記キャリア周波数に前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が最大あるいは最小となる周波数がロックしたことが前記ロック検出回路で検出されたら、前記スイッチの接続を前記透過特性検出回路から前記微小変調信号検出回路に切り替えることを特徴とする請求項１記載の光受信器。
3. 前記透過特性検出回路は、前記位相変調信号光のスペクトラムに帯域制限をかけるための光バンドパスフィルタと、前記バランス型受光器が有する二つの受光素子の両方若しくは片方に流れる光電流をモニタする光電流モニタ回路とを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の光受信器。
4. 前記制御回路から前記マッハツェンダ干渉計へ発信される制御信号に低周波信号を加算することで、前記マッハツェンダ干渉計の透過帯域周波数を掃引する周波数掃引回路をさらに備え、
   前記キャリア周波数における前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が所望の透過特性になるまで、前記周波数掃引回路による掃引を行い、前記キャリア周波数における前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が所望の透過特性になったら、前記周波数掃引回路による掃引を停止することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光受信器。
5. 前記制御回路の基準信号端子に低周波信号を入力することで、前記マッハツェンダ干渉計の透過帯域周波数を掃引する周波数掃引回路をさらに備え、
   前記キャリア周波数における前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が所望の透過特性になるまで、前記周波数掃引回路による掃引を行い、前記キャリア周波数における前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が所望の透過特性になったら、前記周波数掃引回路による掃引を停止することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光受信器。
6. 周波数引き込みの初期段階において、前記周波数掃引回路によって前記マッハツェンダ干渉計の透過帯域周波数を掃引させた状態で前記スイッチの接続を交互に切り替えることで、前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が最大或いは最小となる周波数と前記キャリア周波数とのずれと、前記微小変調信号検出回路が接続された時の前記同期検波回路の信号とを交互にモニタし、前記周波数のずれがなくなった周波数を起点として、前記同期検波回路の信号が零又は所望の値となる回数を数え、所定の回数となったところで、前記周波数掃引回路の掃引を停止するとともに前記スイッチの接続を前記微小変調信号検出回路に固定する第２の制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項４又は５記載の光受信器。
7. 周波数引き込みの初期段階において、前記周波数掃引回路によって前記マッハツェンダ干渉計の透過帯域周波数を掃引させた状態で前記スイッチの接続を前記透過特性検出回路が有する光電流モニタ回路に接続し、前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が最大或いは最小となる周波数と前記キャリア周波数とのずれをモニタし、前記周波数のずれがなくなったことが検出されたならば、前記スイッチの接続を前記微小変調信号検出回路に切り替え、引き続き掃引を継続した状態で前記同期検波回路の信号が零又は所望の値となる回数を数え、所定の回数となったところで、前記周波数掃引回路の掃引を停止する第２の制御回路をさらに備えることを特徴とする請求項４又は５記載の光受信器。
8. 前記制御回路から前記マッハツェンダ干渉計へ発信される制御信号の信号値が予め設定された上限値もしくは下限値を超えているか否か判定する動作点判定回路をさらに備え、
   前記制御回路による前記マッハツェンダ干渉計の透過帯域周波数の引き込みが完了した後、前記動作点判定回路により前記信号値が上限値もしくは下限値を超えたことが検出されときには、前記制御回路による引き込みを再開することを特徴とする請求項４乃至７の何れか１項に光受信器。
9. 前記同期検波回路から前記制御回路への信号の入力を遮断する遮断回路をさらに備え、
   前記キャリア周波数における前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が所望の透過特性になるまで、前記同期検波回路から前記制御回路への信号の入力を遮断し、前記キャリア周波数における前記マッハツェンダ干渉計の透過特性が所望の透過特性になったら、前記同期検波回路から前記制御回路への信号の入力の遮断を解除することを特徴とする請求項４乃至８の何れか１項に記載の光受信器。
10. 前記周波数掃引回路が前記マッハツェンダ干渉計の透過帯域周波数を掃引する際のプルインレンジは、前記位相変調信号光の変調周波数よりも広い範囲に設定され、
    前記制御回路が前記マッハツェンダ干渉計の透過特性をロック可能なロックレンジは、前記プルインレンジよりも広い範囲に設定されていることを特徴とする請求項４乃至９の何れか１項に記載の光受信器。
11. 前記透過特性検出回路は、外部からの指令により論理反転を行うことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光受信器。
12. 前記マッハツェンダ干渉計に設けられ、入力される電流値に応じて前記マッハツェンダ干渉計の透過特性を変化させる周波数調整端子と、
    前記制御回路から前記マッハツェンダ干渉計へ発信される制御信号の信号値を開平する開平回路と、
    前記開平回路の演算値を駆動電流に変換して前記周波数調整端子に入力するドライバ回路とをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光受信器。
13. 前記マッハツェンダ干渉計の第１の光導波路に設けられ、入力される電流値に応じて前記マッハツェンダ干渉計の透過特性を変化させる第１の周波数調整端子と、
    前記マッハツェンダ干渉計の第２の光導波路に設けられ、入力される電流値に応じて前記マッハツェンダ干渉計の透過特性を変化させる第２の周波数調整端子と、
    前記制御回路から前記マッハツェンダ干渉計へ発信される制御信号を差動信号に変換する差動回路と、
    前記差動回路で得られる第１の差動信号を駆動電流に変換して前記第１の周波数調整端子に入力する第１のドライバ回路と、
    前記差動回路で得られる第２の差動信号を駆動電流に変換して前記第２の周波数調整端子に入力する第２のドライバ回路とをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光受信器。

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