(57)【要約】【課題】コヒーレント通信で用いられるコヒーレント通信用光受信器において、チャネル間クロストークを精度良く測定できるようにする。【解決手段】コヒーレント通信用光受信器１０に、モジュール外部から制御端子ＳＴに入力される制御信号Ｓに応じて、各フォトダイオードＰＤに対する動作電源ＶＰＤの供給を個別に制御する電源供給制御部ＰＣＮＴを設ける。【選択図】  図１
2014236230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying：二重偏波四位相偏移変調）方式や、ＤＰ−ＱＡＭ（Dual Polarization Quadrature Amplitude Modulation：二重偏波直角位相振幅変調）方式のコヒーレント通信で用いられるコヒーレント通信用光受信器であって、
入力された信号光を偏波により分岐する偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、局発光を分岐するビームスプリッタ（ＢＳ），  及びこれらの分岐した光からＱＰＳＫまたはＱＡＭ信号を復調して、１個あたり２つのチャネルの信号として出力する、２個の９０度光ハイブリッド回路からなる平面光波回路と、
前記チャネルごとに２つずつ設けられたフォトダイオードを有し、前記平面光波回路で分離された光信号を入力光電流信号に変換して出力するフォトダイオードアレイと、
前記チャネルごとに、当該チャネルと対応する前記フォトダイオードから出力された２つの入力光電流信号を差動増幅して受信電圧信号を出力するトランスインピーダンスアンプＩＣとを備え、
前記トランスインピーダンスアンプＩＣは、外部から入力された制御信号に応じて、前記フォトダイオードへの動作電源の供給を、前記フォトダイオードごとに個別に制御する電源供給制御部を備える
ことを特徴とするコヒーレント通信用光受信器。
【請求項２】
請求項１に記載のコヒーレント通信用光受信器において、
前記電源供給制御部は、
前記フォトダイオードごとに設けられて、一端が前記動作電源に共通接続され、他端が当該フォトダイオードのカソード端子に接続されたスイッチと、
前記スイッチのうち、前記制御信号で指定されたスイッチをオン／オフ制御することにより、当該フォトダイオードに対する前記動作電源の供給および供給停止を制御する供給制御回路とを含む
ことを特徴とするコヒーレント通信用光受信器。
【請求項３】
請求項１に記載のコヒーレント通信用光受信器において、
前記電源供給制御部は、
前記フォトダイオードごとに設けられて、前記動作電源と当該フォトダイオードを無効状態とする無効電源とのいずれか一方を、当該フォトダイオードのカソード端子に切替供給するスイッチと、
前記スイッチのうち、前記制御信号で指定されたスイッチを切替制御することにより、当該フォトダイオードに対する前記動作電源または前記無効電源の切替供給を制御する供給制御回路とを含む
ことを特徴とするコヒーレント通信用光受信器。
【請求項４】
請求項１に記載のコヒーレント通信用光受信器において、
前記電源供給制御部は、
前記フォトダイオードごとに設けられて、一端が前記動作電源に共通接続され、他端が当該フォトダイオードのカソード端子に接続された可変抵抗素子と、
前記可変抵抗素子のうち、前記制御信号で指定された可変抵抗素子の抵抗値を制御することにより、当該フォトダイオードに対する前記動作電源の供給、供給停止、および前記動作電源供給時の抵抗値を制御する供給制御回路とを含む
ことを特徴とするコヒーレント通信用光受信器。
【請求項５】
請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載のコヒーレント通信用光受信器において、
前記供給制御回路は、ディジタル・シリアル形式の前記制御信号を入出力するとともに、ディジタル信号により前記動作電源の供給および供給停止を制御する
ことを特徴とするコヒーレント通信用光受信器。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のコヒーレント通信用光受信器において、
前記電源供給制御部は、前記チャネルごとに設けられて、当該チャネルに関する前記フォトダイオードへの動作電源の供給を制御するチャネル別電源供給制御部からなることを特徴とするコヒーレント通信用光受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信技術に関し、特に大容量光通信に用いられるコヒーレント通信用光受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォンやクラウドコンピューティングなどの普及により、通信回線の帯域幅増強への要求は年々増加しており、通信業者は毎年ネットワークの伝送容量を増強している。
このような背景の元、光ファイバでの伝送容量増大の技術の研究開発が盛んに行われてきており、現在では一波長で１００Ｇｂ／ｓの伝送を実施できるディジタルコヒーレント通信技術が普及し始めている。この１００Ｇｂ／ｓディジタルコヒーレント通信では、１０００ｋｍを超える伝送が可能であり、基幹系光ネットワークにおいて広範な普及が有望視されている。
【０００３】
現在普及が進んでいる１００Ｇｂ／ｓのディジタルコヒーレント光受信器（光受信モジュール）については、標準化機関ＯＩＦ（Optical Internet Forum）によって、規格化がなされている（例えば、非特許文献１など参照）。
図５は、従来のコヒーレント通信用光受信器を示すブロック図である。図６は、規格化された光受信器のモジュールサイズを示す説明図であり、平面上のサイズは幅２７ｍｍ長さ４０ｍｍである。
【０００４】
このような従来技術において、コヒーレント通信用光受信器は、偏波ビームスプリッタＰＢＳ（Polarization Beam Splitter）、ビームスプリッタＢＳ（Beam Splitter）、および９０度光ハイブリッドＯＨ（Optical Hybrid）からなる平面光波回路ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）と、４つのチャネルのそれぞれ毎に２個ずつ合計８個設けられたフォトダイオードＰＤ（Photo-Diode）を有するフォトダイオードアレイＰＤＡ（Photo-Diode Array）と、全部で４チャネル分の差動トランスインピーダンスアンプＴＩＡ（Transimpedance Amplifier）を有するトランスインピーダンスアンプＩＣ（ＴＩＡ−ＩＣ）と、ＤＣ出力成分を除去するＤＣブロックＤＣＢとから構成される。
【０００５】
各ＰＤのカソード（陰極）端子は、それぞれ独立な電源供給端子ＰＳに接続されており、この電源供給端子ＰＳを介して外部の電源ＶＰＤが供給される。このように電源供給端子ＰＳがＰＤごとに独立になっているのは、各ＰＤを流れる光電流を測定して、これら光電流のばらつきを確認するためである。
このとき、通常の使用状態において、各ＰＤのカソード端子には、例えば＋３．３Ｖなどの正の動作電源が供給される。ＴＩＡの信号入力端子のバイアス電圧値は、ＩＣに依存するが、例えば＋１Ｖ程度に設計されている場合、ＰＤには光受信に必要な、この場合＋２．３Ｖの逆バイアス電位（陽極に対し、陰極に正の電圧）が印加されることになる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】"Implementation Agreement for Integrated Dual Polarization Intradyne Coherent Receivers", Optical Internet Forum, IA # OIF-DPC-RX-01.1, Septermber 20, 2011, OIF-2010.442.02
【非特許文献２】Yves Painchaud, Michel Poulin, Michel Morin, and Michel Tetu, "Performance of balanced detection in a coherent receiver", OPTICS EXPRESS, Vol. 17, Issue 5, pp. 3659-3672 (2009)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようなコヒーレント通信では、近年、さらなる大容量化が要求され、同じ実装スペースに対して、より多くの通信装置や通信モジュールを実装することが求められている。このためには、光受信器も含め各々のモジュールサイズを大幅に小型化することが必要である。
図７は、将来世代にかかる超小型光受信器を示す図であり、この世代の光受信機ではモジュールをこの程度のサイズ（幅１２ｍｍ，長さ２０ｍｍ）にすることが求められている。しかしながら、このようなサイズのパッケージで従来と同等の４０本のＤＣピン数を確保しようとした場合、ＤＣ端子幅やＤＣ端子間隔が０．５ｍｍ未満という非常に狭い幅・間隔になる。光受信器はファイバのような高温に耐えられない光部品を含むためにリフロ実装を行うことができず、マニュアルで実装を行う必要があるため、このような高密度の端子配列は製造効率の低下や歩留まり低下を招きやすく、結果的にコスト上昇につながるという課題があった。
【０００８】
端子の数を減らすためには、制御端子をディジタル化するばかりでなく、8本あるPD電源を共通化するのが有益である。またここで端子数を減らすことは、光受信器を含むトランシーバモジュールの内部配線や制御回路、端子数をも減らすことにつながり、トランシーバモジュールの小型化・低コスト化につながる。
このようにＰＤ電源を光受信器において共通化した場合、前述した非特許文献１のように８個の電源供給端子を独立に外部に出さないことになる。
また、端子数の問題に加えて、このような小型化に伴って、チャネル間のクロストーク（干渉）の増大という別の課題が生じる。特に、小型化のために２又は４チャネルを集積したＴＩＡでは、チャネル間のクロストークが増大し、あるチャネルの信号が、雑音として隣接チャネルの伝送特性を劣化させるようになる。
【０００９】
したがって、このような状況下において、光受信器の小型化を図る場合、まずチャネル間のクロストークを定量化することが必要となり、さらに可能であればこれを除去することが求められる。この際、チャネル間のクロストークを正確に測定するには、任意のチャネルのＰＤをオン／オフ制御して、特定のＰＤを無効化することが必要となる。
しかし、前述したような動作電源を共通化する構成では、常に全チャネルのＰＤを動作させることになる。つまり、動作電源の変更によって特定のＰＤを無効化することができない。
【００１０】
このような場合、クロストーク評価時に、ＰＤに代えてＴＩＡをシャットダウン（出力停止）する方法が考えられる。しかしながら、この方法によれば、他チャネルからの漏れ込み出力を測定するチャネルの、ＴＩＡの出力段においてＴＩＡの各チャネルの出力を停止してしまうことになる。このため、ＴＩＡの内部で出力測定チャネルに漏れこむ成分、すなわち入力段から出力段までのクロストークを評価することができず、複数の差動ＴＩＡ回路を搭載した多チャネルＴＩＡ−ＩＣチップ内におけるチャネル間クロストークを精度良く測定することができないという問題点があった。
【００１１】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、チャネル間クロストークを精度良く測定できるコヒーレント通信用光受信器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するために、本発明にかかるコヒーレント通信用光受信器は、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying：二重偏波四位相偏移変調）方式や、ＤＰ−ＱＡＭ（Dual Polarization Quadrature Amplitude Modulation：二重偏波直角位相振幅変調）方式のコヒーレント通信で用いられるコヒーレント通信用光受信器であって、入力された信号光を偏波により分岐する偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、局発光を分岐するビームスプリッタ（ＢＳ），  及びこれらの分岐した光からＱＰＳＫまたはＱＡＭ信号を復調して、１個あたり２つのチャネルの信号として出力する、２個の９０度光ハイブリッド回路からなる平面光波回路と、前記チャネルごとに２つずつ設けられたフォトダイオードを有し、前記平面光波回路で分離された光信号を入力光電流信号に変換して出力するフォトダイオードアレイと、前記チャネルごとに、当該チャネルと対応する前記フォトダイオードから出力された２つの入力光電流信号を差動増幅して受信電圧信号を出力するトランスインピーダンスアンプＩＣとを備え、前記トランスインピーダンスアンプＩＣは、外部から入力された制御信号に応じて、前記フォトダイオードへの動作電源の供給を、前記フォトダイオードごとに個別に制御する電源供給制御部を備えている。
【００１３】
また、本発明にかかる上記コヒーレント通信用光受信器の一構成例は、前記電源供給制御部が、前記フォトダイオードごとに設けられて、一端が前記動作電源に共通接続され、他端が当該フォトダイオードのカソード端子に接続されたスイッチと、前記スイッチのうち、前記制御信号で指定されたスイッチをオン／オフ制御することにより、当該フォトダイオードに対する前記動作電源の供給および供給停止を制御する供給制御回路とを含むものである。
【００１４】
また、本発明にかかる上記コヒーレント通信用光受信器の一構成例は、前記電源供給制御部が、前記フォトダイオードごとに設けられて、前記動作電源と当該フォトダイオードを無効状態とする無効電源とのいずれか一方を、当該フォトダイオードのカソード端子に切替供給するスイッチと、前記スイッチのうち、前記制御信号で指定されたスイッチを切替制御することにより、当該フォトダイオードに対する前記動作電源または前記無効電源の切替供給を制御する供給制御回路とを含むものである。
【００１５】
また、本発明にかかる上記コヒーレント通信用光受信器の一構成例は、前記電源供給制御部が、前記フォトダイオードごとに設けられて、一端が前記動作電源に共通接続され、他端が当該フォトダイオードのカソード端子に接続された可変抵抗素子と、前記可変抵抗素子のうち、前記制御信号で指定された可変抵抗素子の抵抗値を制御することにより、当該フォトダイオードに対する前記動作電源の供給、供給停止、および前記動作電源供給時の抵抗値を制御する供給制御回路とを含むものである。
【００１６】
また、本発明にかかる上記コヒーレント通信用光受信器の一構成例は、前記供給制御回路が、ディジタル・シリアル形式の前記制御信号を入出力するとともに、ディジタル信号により前記動作電源の供給および供給停止を制御するようにしたものである。
【００１７】
また、本発明にかかる上記コヒーレント通信用光受信器の一構成例は、前記電源供給制御部が、前記チャネルごとに設けられて、当該チャネルに関する前記フォトダイオードへの動作電源の供給を制御するチャネル別電源供給制御部からなるものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、クロストーク評価時において、評価対象以外のチャネルに対応するＰＤを無効状態とすることにより、ＰＤより後段に位置するＴＩＡ以降の部分を全て通常動作させたままクロストークを評価することができる。
これにより、クロストーク評価時に、ＴＩＡをシャットダウンして評価対象以外のチャネルのＴＩＡ出力を停止する場合と比較して、ＴＩＡの内部、すなわち入力段から出力段までのクロストークを評価することができる。したがって、多チャネルＴＩＡを用いた時のＩＣ内におけるチャネル間クロストークを精度良く測定することが可能となる。
また、本実施の形態によれば、クロストーク評価の際には、伝送信号を信号として入力し、出力振幅をもってクロストークを評価することもできるが、ＣＷ（Continuous Wave）光を信号として入射し、局発光との周波数差のビート信号を光受信器に入射して、クロストークの周波数依存性を測定することもできる。
【００１９】
さらに、強度変調した光を信号入力ファイバに入力し、いずれか１個のＰＤだけを有効化させ、出力の強度変調信号の強度と位相を測定することによって、光受信器のチャネル間クロストークだけでなくチャネル内のトランスファの大きさと位相の周波数特性を測定することができる。
あるいは、１つの強度変調した光を分岐して局発光と信号光として入射し、出力信号の振幅と位相を観測することによっても、クロストークおよびトランスファの大きさと位相の周波数依存性を求めることができる（例えば、非特許文献２など参照）。
さらに、この得られたクロストーク周波数特性を用いて、光受信器の後段に接続されたＤＳＰ（Digital Signal Processor）内でクロストーク特性を補償して伝送特性を改善することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施の形態にかかるコヒーレント通信用光受信器の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる電源供給制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】第２の実施の形態にかかる電源供給制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】第３の実施の形態にかかる電源供給制御部の構成を示すブロック図である。
【図５】従来のコヒーレント通信用光受信器を示すブロック図である。
【図６】規格化された光受信パッケージのサイズを示す説明図である。
【図７】将来世代にかかる超小型光受信器の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるコヒーレント通信用光受信器１０について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるコヒーレント通信用光受信器の構成を示すブロック図である。
【００２２】
図１に示すように、このコヒーレント通信用光受信器１０には、主な機能部として、平面光波回路ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）、フォトダイオードアレイＰＤＡ（Photo-Diode Array）、トランスインピーダンスアンプＩＣ（ＴＩＡ−ＩＣ）、およびＤＣブロックＤＣＢとが設けられている。
【００２３】
ＰＬＣは、偏波ビームスプリッタＰＢＳ（Polarization Beam Splitter）、ビームスプリッタＢＳ（Beam Splitter）、および９０度光ハイブリッドＯＨ（Optical Hybrid）からなり、局発光と受信した信号光と干渉させるコヒーレント検波を行うことにより、４つのチャネルＣＨ１〜チャネルＣＨ４ごとに、正相／逆相を示す２つの光信号を出力する機能を有している。
【００２４】
ＰＤＡは、ＰＬＣで得られた光信号ごとに設けられた、合計８つのフォトダイオードＰＤ１ｐ，ＰＤ１ｎ，ＰＤ２ｐ，ＰＤ２ｎ，ＰＤ３ｐ，ＰＤ３ｎ，ＰＤ４ｐ，ＰＤ４ｎを有し、これら光信号を光電変換して得られた入力光電流信号をそれぞれ出力する機能を有している。
【００２５】
ＴＩＡ−ＩＣは、チャネルＣＨ１〜チャネルＣＨ４ごとに差動トランスインピーダンスアンプＴＩＡ（TransImpedance Amplifier）と電源供給制御部ＰＣＮＴとが同一チップ上に集積されたＩＣからなり、フォトダイオードＰＤ１ｐ，ＰＤ１ｎ，ＰＤ２ｐ，ＰＤ２ｎ，ＰＤ３ｐ，ＰＤ３ｎ，ＰＤ４ｐ，ＰＤ４ｎで得られた入力光電流信号を、チャネルＣＨ１〜チャネルＣＨ４ごとに差動増幅して出力する機能と、これらフォトダイオードへの電源供給を個別に制御する機能とを有している。
【００２６】
ＤＣＢは、各ＴＩＡの差動出力信号からＤＣ出力成分を除去し、信号出力端子Ｑ１ｐ，Ｑ１ｎ，Ｑ２ｐ，Ｑ２ｎ，Ｑ３ｐ，Ｑ３ｎ，Ｑ４ｐ，Ｑ４ｎからモジュール外部へ出力する機能を有している。
【００２７】
本発明にかかるコヒーレント通信用光受信器１０が適用されるコヒーレント通信としては、例えば、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying：二重偏波四位相偏移変調）方式や、ＤＰ−ＱＡＭ（Dual Polarization Quadrature Amplitude Modulation：二重偏波直角位相振幅変調）方式がある。
【００２８】
このコヒーレント通信用光受信器１０は、内部に受信した信号光とほぼ同一の波長の局発光を出力する局発光源を有し、この局発光を受信した信号光と干渉させて電気信号に変換する、いわゆるコヒーレント検波を行う。この際、コヒーレント検波は、強い偏波依存性を持つため、１つの光受信器では、局発光と同一の偏波状態の信号光しか受信できない。このため、入力段に偏波ビームスプリッタＰＢＳを設けて、受信した信号光を２つの直交するＸ，Ｙ偏波の成分に分離した後、これらＸ，Ｙ偏波ごとに設けた９０度光ハイブリッドＯＨで、局発光とそれぞれ干渉させる。
【００２９】
これにより、Ｘ偏波の９０度光ハイブリッドＯＨ（Ｘ）からは、両光を同相および逆相で干渉させた正相／逆相の２つの光出力（チャネルＣＨ＃１，Ｉ成分）と、両光を直交（９０度）および逆直交（−９０度）で干渉させた正相／逆相の２つの光出力（チャネルＣＨ＃２，Ｑ成分）の、合計４つの出力光が得られる。同様に、Ｙ偏波の９０度光ハイブリッドＯＨ（Ｙ）からは、両光を同相および逆相で干渉させた正相／逆相の２つの光出力（チャネルＣＨ＃３，Ｉ成分）と、両光を直交（９０度）および逆直交（−９０度）で干渉させた正相／逆相の２つの光出力（チャネルＣＨ＃４，Ｑ成分）の、合計４つの出力光が得られる。
【００３０】
Ｘ偏波の４つの光出力は、これら光出力ごとに個別に設けたＰＤ１ｐ，ＰＤ１ｎ，ＰＤ２ｐ，ＰＤ２ｎで受光されて正相／逆相の電流信号にそれぞれ変換された後、チャネルＣＨ＃１，チャネルＣＨ＃２ごとに設けられたＴＩＡ１，ＴＩＡ２で差動増幅される。これにより、ＴＩＡ１からはＸ偏波のＩ成分に相当する受信信号（電圧信号）が出力され、ＴＩＡ２からはＸ偏波のＱ成分に相当する受信信号（電圧信号）が出力される。
【００３１】
同様に、Ｙ偏波の４つの光出力は、これら光出力ごとに個別に設けたＰＤ３ｐ，ＰＤ３ｎ，ＰＤ４ｐ，ＰＤ４ｎで受光されて正相／逆相の電流信号にそれぞれ変換された後、チャネルＣＨ＃３，チャネルＣＨ＃４ごとに設けられたＴＩＡ３，ＴＩＡ４で差動増幅される。これにより、ＴＩＡ３からはＹ偏波のＩ成分に相当する受信信号（電圧信号）が出力され、ＴＩＡ４からはＹ偏波のＱ成分に相当する受信信号（電圧信号）が出力される。
【００３２】
本実施の形態は、このようなコヒーレント通信用光受信器１０において、ＴＩＡ−ＩＣ内に、モジュール外部から制御端子ＳＴに入力される制御信号Ｓに応じて、各ＰＤに対する動作電源ＶＰＤの供給を個別に制御する電源供給制御部ＰＣＮＴを設けたものである。
すなわち、各ＰＤのカソード（陰極）端子は、電源供給制御部ＰＣＮＴのうち当該ＰＤと対応する電源供給端子ＰＳに接続されており、各ＰＤのアノード（陽極）端子は、ＴＩＡ−ＩＣのうち、当該ＰＤと対応する信号入力端子ＴＩＮと接続されている。
【００３３】
したがって、各ＰＤに対する動作電源ＶＰＤの供給が、モジュール外部に接続されたＰＣなどの上位装置から入力される制御信号Ｓに応じて、電源供給制御部ＰＣＮＴにより個別に制御される。これにより、クロストーク評価時に、コヒーレント通信用光受信器１０に対して制御信号Ｓを入力することにより、任意のＰＤを停止することができる。
【００３４】
図２は、第１の実施の形態にかかる電源供給制御部の構成を示すブロック図である。
本実施の形態にかかる電源供給制御部ＰＣＮＴには、主な回路部として、電源供給切替スイッチＰＳＷ、供給制御回路ＣＮＴ、およびＰＤ保護回路ＰＶが設けられている。
【００３５】
電源供給切替スイッチＰＳＷは、ＰＤごとに設けられた複数のスイッチからなり、供給制御回路ＣＮＴからの指示に応じて、当該ＰＤに対する動作電源ＶＰＤの供給を個別に制御する機能を有している。
本実施の形態では、８個のＰＤが設けられているため、ＰＳＷにもこれらＰＤに対応して８個のスイッチが設けられている。これらスイッチの一端は、動作電源ＶＰＤが入力される電源入力端子ＰＩＮに対して共通接続されており、これらスイッチの他端は、ＰＤ保護回路ＰＶを介して当該ＰＤと対応する電源供給端子ＰＳに接続されている。
【００３６】
供給制御回路ＣＮＴは、デコーダやラッチなどの一般的な論理回路からなり、モジュール外部から制御端子ＳＴに入力される、ディジタル・シリアル形式の制御信号Ｓに応じて、電源供給切替スイッチＰＳＷのうち、制御信号Ｓで指定されたＰＤと対応するスイッチをディジタル信号によりオン／オフ制御する機能を有している。
【００３７】
ＰＤ保護回路ＰＶは、ＰＤごとに設けられた過電流保護回路からなり、ＶＰＤからＰＤへ供給する電流について過電流を抑制する機能を有している。
各過電流保護回路は、一端がＰＳＷのうち当該ＰＤに対応するスイッチの他端に接続され、他端が当該ＰＤに対応するＰＳに接続された抵抗素子Ｒと、一端がＲの他端に接続され、他端が接地電位に接続された容量素子Ｃとから構成されている。なお、過電流保護回路については、これら限定されるものではなく他の回路構成を用いてもよい。
【００３８】
［第１の実施の形態の動作］
次に、図１および図２を参照して、本実施の形態にかかるコヒーレント通信用光受信器１０の動作について説明する。
【００３９】
まず、通常の光受信動作時において、電源供給制御部ＰＣＮＴの電源供給切替スイッチＰＳＷに設けられた各スイッチは、閉じられたオン状態に保持される。したがって、電源入力端子ＰＩＮに入力された動作電源ＶＰＤは、これらスイッチを介してＰＤ保護回路ＰＶへ供給され、ここで安定化された後、電源供給端子ＰＳから各ＰＤのカソード端子へ供給される。
【００４０】
この際、ＶＰＤとして例えば＋３．３Ｖの正電源を用いた場合、ＴＩＡの信号入力端子ＴＩＮのバイアス電位は通常＋１Ｖ程度に設計されているため、ＰＤには光受信に必要な電位として、＋２．３Ｖの逆バイアス（陰極に正の電圧）が印加されることになる。
これにより、平面光波回路ＰＬＣの９０度光ハイブリッドＯＨから出力された光信号は、ＰＤで受光されて電流信号に変換されて、対応するＴＩＡの信号入力端子ＴＩＮに入力されて電圧信号に差動増幅された後、ＤＣブロックＤＣＢで直流バイアスが除去され、受信信号として出力端子Ｑからモジュール外部へ出力される。
【００４１】
一方、クロストーク評価時において、コヒーレント通信用光受信器１０には、モジュール外部から制御端子ＳＴに、クロストークを評価する入力チャネルに対応するＰＤのみへの電源供給を指示し、他のチャネルに対応するＰＤには電源供給停止を指示する制御信号Ｓが入力される。
この制御信号Ｓに応じて、電源供給制御部ＰＣＮＴの供給制御回路ＣＮＴは、電源供給切替スイッチＰＳＷのうち、電源供給が指示されたＰＤと対応するスイッチを閉じてオン状態とするとともに、他のＰＤと対応するスイッチを開いてオフ状態とする指示を出力する。この指示に応じて、ＰＳＷは、各スイッチを切り替えて、それぞれのＰＤに対する動作電源ＶＰＤの供給を制御する。
【００４２】
これにより、クロストークの測定対象チャネルと対応するＰＤにのみＶＰＤが供給されて、高周波の光変調信号を受信可能な状態となる。また、他のチャネルと対応するＰＤに対するＶＰＤの供給が停止されて、当該ＰＤのカソード端子が解放状態となり、ＰＤの端子間の電気容量増大などのために、高周波の光変調信号に対して応答しなくなり、実質的に機能が無効化される。
【００４３】
例えば、チャネルＣＨ＃１からチャネルＣＨ＃２へのクロストークを評価する場合、チャネルＣＨ＃１に対応するＰＤ１ｐ，ＰＤ１ｎに対してのみ電源を供給し、他のチャネルＣＨ＃２，チャネルＣＨ＃３，チャネルＣＨ＃４のＰＤ２ｐ，ＰＤ２ｎ，ＰＤ３ｐ，ＰＤ３ｎ，ＰＤ４ｐ，ＰＤ４ｎに対する電源供給を停止する制御信号Ｓを入力する。これにより、チャネルＣＨ＃１のＰＤ１ｐ，ＰＤ１ｎのみが動作して入力された光信号を電流信号に変換してＴＩＡ１へ出力する。
【００４４】
この際、他のチャネルのＰＤ２ｐ，ＰＤ２ｎ，ＰＤ３ｐ，ＰＤ３ｎ，ＰＤ４ｐ，ＰＤ４ｎは無効状態となるため、これらＰＤから電流信号は出力されない。このため、ＴＩＡ２，ＴＩＡ３，ＴＩＡ４を動作させてもＰＤ２ｐ，ＰＤ２ｎ，ＰＤ３ｐ，ＰＤ３ｎ，ＰＤ４ｐ，ＰＤ４ｎからの電流信号の影響を受けることはない。したがって、ＴＩＡ２，ＴＩＡ３，ＴＩＡ４以降の回路におけるクロストークを含めた、チャネルＣＨ＃１からチャネルＣＨ＃２へのクロストークを評価することができる。
【００４５】
［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、モジュール外部から制御端子ＳＴに入力される制御信号Ｓに応じて、各ＰＤに対する動作電源ＶＰＤの供給を個別に制御する電源供給制御部ＰＣＮＴを設けたものである。
したがって、クロストーク評価時において、評価対象以外のチャネルに対応するＰＤを無効状態とすることにより、ＰＤより後段に位置するＴＩＡ以降の部分を全て通常動作させたままクロストークを評価することができる。
【００４６】
これにより、クロストーク評価時に、ＴＩＡをシャットダウンして評価対象以外のチャネルのＴＩＡ出力を停止する場合と比較して、ＴＩＡの内部、すなわち入力段から出力段までのクロストークを評価することができる。したがって、多チャネルＴＩＡを用いた時のＩＣ内におけるチャネル間クロストークを精度良く測定することが可能となる。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、クロストーク評価の際には、伝送信号を信号として入力し、出力振幅をもってクロストークを評価することもできるが、ＣＷ（Continuous Wave）光を信号として入射し、局発光との周波数差のビート信号を光受信器に入射して、クロストークの周波数依存性を測定することもできる。
【００４８】
さらに、強度変調した光を信号入力ファイバに入力し、８個のＰＤのうち７個のＰＤを無効化することによって、１個のＰＤだけを有効化させ、出力の強度変調信号の強度と位相を測定することによって、光受信器のチャネル間クロストークだけでなくチャネル内のトランスファの大きさと位相の周波数特性を測定することができる。
【００４９】
あるいは、１つの強度変調した光を分岐して局発光と信号光として入射し、出力信号の振幅と位相を観測することによっても、クロストークおよびトランスファの大きさと位相の周波数依存性を求めることができる（例えば、非特許文献２など参照）。
さらに、この得られたクロストーク周波数特性を用いて、光受信器の後段に接続されたＤＳＰ（Digital Signal Processor）内でクロストーク特性を補償して伝送特性を改善することも可能になる。
【００５０】
また、本実施の形態では、複数の差動増幅器を搭載した多チャネルＴＩＡ−ＩＣチップ内に、電源供給制御部ＰＣＮＴを搭載するようにしたので、多チャネルＴＩＡ−ＩＣチップとは別個の回路部で電源供給制御部ＰＣＮＴを構成する場合と比較して、コヒーレント通信用光受信器１０を小型化することができる。
【００５１】
また、本実施の形態では、電源供給制御部ＰＣＮＴにＰＤ保護回路ＰＶを含めて、多チャネルＴＩＡ−ＩＣチップに搭載するようにしたので、多チャネルＴＩＡ−ＩＣチップとは別個の回路部でＰＤ保護回路ＰＶを構成する場合と比較して、コヒーレント通信用光受信器１０を小型化することができる。
【００５２】
なお、本実施の形態において、電源供給切替スイッチＰＳＷ内の各スイッチは、ディジタル制御でも、アナログ制御でもよい。また、通常動作時に供給する動作電源ＶＰＤは、ＴＩＡと共通の電源であってもよい。
【００５３】
また、図２では、電源供給制御部ＰＣＮＴで、全てのチャネルのフォトダイオードＰＤに対する動作電源の供給制御を一括制御する場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ＰＣＮＴをチャネルごとに設けたチャネル別電源供給制御部で構成し、これらチャネル別電源供給制御部で、対応するチャネルに関するＰＤへの動作電源の供給を個別に制御するようにしてもよい。これにより、ＰＤに対する動作電源供給制御をチャネルごとに最適化することができる。また、この構成については、後述する図３や図４にも同様にして適用可能である。
【００５４】
各チャネル別電源供給制御部の具体的な構成例としては、図２において、電源供給切替スイッチＰＳＷのうち、当該チャネルに関する２つのスイッチと、制御信号Ｓに応じてこれらスイッチをオン／オフ制御するチャネル別供給制御回路と、ＰＤ保護回路ＰＶのうち、当該チャネルに関する２組の抵抗素子Ｒおよび容量素子Ｃとから構成される。この場合、各チャネル別供給制御回路には、Ｓが共通して入力される。
なお、チャネル別電源供給制御部は、この構成例に限定されるものではなく、例えば、チャネル別供給制御回路を図２と同様に全チャネル共通としてもよく、ＰＶのＲおよびＣを図２と同様に全チャネル共通としてもよい。
【００５５】
［第２の実施の形態］
次に、図３を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかるコヒーレント通信用光受信器１０について説明する。図３は、第２の実施の形態にかかる電源供給制御部の構成を示すブロック図である。
【００５６】
第１の実施の形態では、電源供給制御部ＰＣＮＴにおいて、任意のＰＤを無効状態とする際、ＰＤのカソード端子を解放状態とする場合を例として説明した。本実施の形態では、電源供給制御部ＰＣＮＴにおいて、任意のＰＤを無効状態とする際、ＰＤのカソード端子を解放状態とする代わりに、ＰＤを無効状態とするための無効化電源ＶＳＵＢをＰＤのカソード端子に印加する場合について説明する。なお、本実施の形態にかかるコヒーレント通信用光受信器１０において、電源供給制御部ＰＣＮＴ以外の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００５７】
すなわち、本実施の形態において、電源供給制御部ＰＣＮＴには、電源入力端子ＰＩＮから入力された動作電源ＶＰＤから、ＰＤを無効状態とするための無効化電源ＶＳＵＢを生成する無効化電源生成部ＰＳＵＢが設けられている。
図３の例では、無効化電源生成部ＰＳＵＢが、ＶＰＤを抵抗素子で分圧してＶＳＵＢを生成するポテンショメータからなる場合が示されているが、これに限定されるものではなく、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）やオペアンプなどの他の回路を用いてもよい。
【００５８】
また、本実施の形態において、電源供給切替スイッチＰＳＷには、ＰＤごとに設けられたスイッチとして、供給制御回路ＣＮＴからの指示に応じて、動作電源ＶＰＤまたは無効化電源ＶＳＵＢのいずれか一方を切替供給するスイッチが設けられている。
図３の例では、ＰＤごとに２つのスイッチを用いた２×８のスイッチで構成した場合が示されており、供給制御回路ＣＮＴからの指示に応じて、２つのスイッチを相補的にオン／オフ制御される。なお、ＰＳＷのスイッチは、これに限定されるものではなく、例えば２入力１出力の切替スイッチなどの他の回路を用いてもよい。
【００５９】
無効化電源ＶＳＵＢとしては、例えば、ＰＤの両端に順バイアス（陰極［カソード］に対して、陽極［アノード］に正の電圧）が印加される電位を用いればよい。例えば、ＰＤのカソード端子にＶＳＵＢとして接地電位ＧＮＤに対して＋０．５Ｖの電圧を印加した場合、ＴＩＡの信号入力端子ＴＩＮのバイアスはＧＮＤに対して通常＋１Ｖ程度に設計されているため、ＰＤには順バイアス（陰極に対して陽極に正のバイアス）で０．５Ｖが印加される。
【００６０】
これにより、第１の実施の形態の場合と同様にＰＤを無効化することができ、クロストーク評価時において、評価対象以外のチャネルに対応するＰＤを無効状態とすることにより、ＰＤより後段に位置するＴＩＡ以降の部分を全て通常動作させたままクロストークを評価することができる。
これにより、クロストーク評価時に、ＴＩＡをシャットダウンして評価対象以外のチャネルのＴＩＡ出力を停止する場合と比較して、ＴＩＡの内部、すなわち入力段から出力段までのクロストークを評価することができる。したがって、多チャネルＴＩＡを用いた時のＩＣ内におけるチャネル間クロストークを精度良く測定することが可能となる。
【００６１】
なお、本実施の形態において、電源供給切替スイッチＰＳＷ内の各スイッチは、ディジタル制御でも、アナログ制御でもよい。また、２×８のスイッチに代えて８×８のスイッチを設け、ＰＤごとに個別に調整した異なる電圧を印加することもできる。
また、通常動作時に供給する動作電源ＶＰＤは、ＴＩＡと共通の電源であってもよく、無効化電源ＶＳＵＢは、モジュール外部から供給することもできる。
【００６２】
［第３の実施の形態］
次に、図４を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかるコヒーレント通信用光受信器１０について説明する。図４は、第３の実施の形態にかかる電源供給制御部の構成を示すブロック図である。
【００６３】
第１の実施の形態では、電源供給制御部ＰＣＮＴの電源供給切替スイッチＰＳＷにおいて、ＰＤに対するＶＰＤの供給を制御するスイッチを用いた場合を例として説明した。本実施の形態は、これらスイッチに代えて可変抵抗素子を用いる場合について説明する。なお、本実施の形態にかかるコヒーレント通信用光受信器１０において、電源供給制御部ＰＣＮＴ以外の構成については、第１の実施の形態と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。
【００６４】
すなわち、本実施の形態において、電源供給切替スイッチＰＳＷには、一端がＶＰＤに共通接続され、他端がＰＤ保護回路ＰＶを介して当該ＰＤと対応する電源供給端子ＰＳに接続された、複数の可変抵抗素子（可変抵抗アレイ）が設けられている。
それぞれのＰＤを無効化する場合、各可変抵抗素子は、使用または検査時に流れる光電流による電圧降下が、動作電源電圧と同程度になってＰＤが無効化される抵抗値に調整されている。
【００６５】
例えば、動作電源電圧が＋３．３Ｖで−２０ｄＢｍ程度の光入力の場合、一般的な光受信器の光感度０．１Ａ／Ｗであれば１つのＰＤにおいて光電流は１０ｕＡ程度流れる。この場合、可変抵抗を例えば約５００ｋΩに設定しておけば、光電流が流れた場合に可変抵抗に印加される電圧は動作電源電圧を上回ってＰＤが順バイアスになるため実際はこの光電流は流れることができず、ＰＤは実質的に無効化される。
【００６６】
また、ＰＤを無効化せず正常に動作させる場合は可変抵抗を１００Ω程度に設定することにより、ＰＤ保護回路ＰＶの抵抗素子Ｒを兼用することができる。また、可変抵抗としておくことにより、保護抵抗の値を、用途、つまり想定される最大の正常な光強度により変えることができ、広い適応性を有するコヒーレント通信用光受信器１０を実現することが可能となる。
【００６７】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１０…コヒーレント通信用光受信器、ＰＬＣ…平面光波回路、ＰＢＳ…偏波ビームスプリッタ、ＢＳ…ビームスプリッタ、ＯＨ…９０度光ハイブリッド、ＰＤＡ…フォトダイオードアレイ、ＰＤ１ｐ，ＰＤ１ｎ，ＰＤ２ｐ，ＰＤ２ｎ，ＰＤ３ｐ，ＰＤ３ｎ，ＰＤ４ｐ，ＰＤ４ｎ…フォトダイオード、ＴＩＡ−ＩＣ…トランスインピーダンスアンプＩＣ、ＴＩＡ１，ＴＩＡ２，ＴＩＡ３，ＴＩＡ４…トランスインピーダンスアンプ、ＴＩＮ…信号入力端子、ＰＣＮＴ…電源供給制御部、ＰＳ…電源供給端子、ＰＳＷ…電源供給切替スイッチ、ＣＮＴ…供給制御回路、ＰＶ…ＰＤ保護回路、ＰＳＵＢ…無効化電源生成部、ＶＰＤ…動作電源、ＶＳＵＢ…無効化電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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