(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長が互いに異なる信号光が波長数だけ多重された多重信号光を一括して受信するコヒーレント光受信器と、
前記コヒーレント光受信器に接続され、前記多重信号光の中の少なくとも一の信号光と干渉する局部発振光を出力する局部発振器と、
前記コヒーレント光受信器と前記局部発振器に接続された制御部、
とを有し、
前記コヒーレント光受信器は、前記多重信号光を分岐して得られる第１の多重信号光を受光する受光部と、９０度ハイブリッド回路と、光電変換器とを備え、
前記９０度ハイブリッド回路は第１の入力ポートと第２の入力ポートを有し、前記第１の入力ポートから前記多重信号光を分岐して得られる第２の多重信号光が入力され、前記第２の入力ポートから前記局部発振光が入力され、前記第２の多重信号光と前記局部発振光の干渉信号光を前記光電変換器に出力し、
前記制御部は、前記受光部の出力と前記光電変換器の出力とから導出される前記コヒーレント光受信器の電流変換効率に基づいて、前記第２の多重信号光と前記局部発振光の干渉信号光を光電変換することによって得られる光電流の最大値である最大光電流を導出し、前記最大光電流が前記光電変換器の最大定格値を超えないように、前記局部発振器が出力する前記局部発振光の強度を制御する
コヒーレント光受信装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記電流変換効率と前記波長数と前記局部発振光の光強度である局部発振光強度とから、前記第２の多重信号光と前記局部発振光の干渉信号光を光電変換することによって得られる光電流の最大値である最大光電流を導出し、
前記最大光電流が前記光電変換器の最大定格値を超えないように前記局部発振器が出力する前記局部発振光の強度を制御する
請求項１に記載したコヒーレント光受信装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記多重信号光と前記局部発振光の少なくとも一方に対する電流変換効率を導出する
請求項１または２に記載したコヒーレント光受信装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記局部発振器の駆動電流を制御することにより前記局部発振器が出力する前記局部発振光の強度を制御する
請求項１から３のいずれか一項に記載したコヒーレント光受信装置。
【請求項５】
前記局部発振器と前記コヒーレント光受信器との間の前記局部発振光の光路中に配置された可変光減衰器をさらに備え、
前記制御部は、前記可変光減衰器を制御することにより前記局部発振器が出力する前記局部発振光の強度を制御する
請求項１から３のいずれか一項に記載したコヒーレント光受信装置。
【請求項６】
信号光と局部発信光を干渉させて受信信号を得るコヒーレント光受信方法において、
前記信号光を光電変換することによって第１の光電流を取得し、
前記信号光の強度と前記第１の光電流とから第１の電流変換効率を取得し、
前記局部発振光を光電変換することによって第２の光電流を取得し、
前記局部発振光の強度と前記第２の光電流とから第２の電流変換効率を取得し、
前記第１の電流変換効率と前記第２の電流変換効率の少なくとも一方に基づいて、前記信号光と前記局部発振光の干渉信号光を光電変換することによって得られる光電流の最大値である最大光電流を導出し、前記最大光電流が所定の値を超えないように、前記局部発振光の強度である局部発振光強度を制御する
コヒーレント光受信方法。
【請求項７】
前記信号光は、波長が互いに異なる信号光が波長数だけ多重された多重信号光であり、
前記第１の電流変換効率と前記第２の電流変換効率の少なくとも一方と、前記波長数と、前記局部発振光強度とから、前記多重信号光と前記局部発振光を共に光電変換することによって得られる光電流の最大値である最大光電流を導出し、
前記最大光電流が所定の値を超えないように前記局部発振光強度を制御する
請求項６に記載したコヒーレント光受信方法。
【請求項８】
前記波長数の増減に応じて前記局部発振光強度を制御する
請求項７に記載したコヒーレント光受信方法。
【請求項９】
前記多重信号光の一部を受信することによって多重信号光強度を取得し、
前記局部発振光を遮断した状態において前記多重信号光を光電変換することによって第１の光電流を取得し、
前記多重信号光強度と前記第１の光電流とから前記第１の電流変換効率を導出する
請求項７または８に記載したコヒーレント光受信方法。
【請求項１０】
前記局部発振光を遮断した状態において前記多重信号光を光電変換することによって第１の光電流を取得し、
前記多重信号光と前記局部発振光を共に光電変換することによって第３の光電流を取得し、
前記第１の光電流と前記第３の光電流との差分と、前記局部発振光強度とから前記第２の電流変換効率を導出する
請求項７から９のいずれか一項に記載したコヒーレント光受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント光受信装置およびコヒーレント光受信方法に関し、特に、多重信号光をコヒーレント検波により受信するコヒーレント光受信装置およびコヒーレント光受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長距離光伝送システムでは、１本の光ファイバー中に複数の波長の光信号を多重化して伝送する波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）伝送技術を用いて、大容量の情報伝送を実現している。さらなる大容量化技術の一つに、コヒーレント光受信方式がある。
【０００３】
コヒーレント光受信方式は直接検波方式と比較して、高い受信感度を実現することが可能であることから、以前は活発に研究開発が行われていた。しかし、コヒーレント光受信方式の実現に必要な光ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）や狭スペクトル光源などの開発が技術的に困難であった。一方、光増幅器が開発されたことにより直接検波方式においても光通信の長距離化が可能になったため、コヒーレント光受信方式の実用化開発は停滞していた。
【０００４】
しかし近年、１００Ｇｂｐｓ級の伝送速度の実現には、偏波多重４相位相変調（Ｄｕａｌ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  −  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ：ＤＰ−ＱＰＳＫ）方式が有望と考えられるようになった。そのため、以下の理由からコヒーレント光受信方式の研究開発が再び活発になっている。その理由は、第１に、ＣＭＯＳ−ＬＳＩ技術の進歩によりデジタル信号処理技術が向上し、光源周波数のズレを補償することが可能となったため、高精度な光ＰＬＬが不要となったことである。第２に、デジタル信号処理技術により波長分散（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＣＤ）や偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｍｏｄｅ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＰＭＤ）の補償が可能となったことである。また、第３に、高いビットレート（Ｂｉｔ  Ｒａｔｅ）であるため、狭スペクトル光源が不要となったことである。さらに、第４に、コヒーレント光受信方式の特徴である高感度、高光信号雑音比（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ：ＯＳＮＲ）耐力が高ビットレートでのマージン不足を改善することである。
【０００５】
一方、光分岐挿入技術であるＲＯＡＤＭ（Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）にコヒーレント光受信方式の波長選択性を用いたノンブロッキングＲＯＡＤＭ構成が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この構成により、波長分岐のためのアレイ導波路回折格子（Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ：ＡＷＧ）や光スイッチなど高価な光学部品が不要となる。本構成では波長分岐は行わず、全チャンネルの信号光が受信器に入力されるが、検出チャンネルの信号光と局部発振光の干渉成分のみを取り出すこと、すなわち波長選択が可能である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】L. Nelson et al., ”Real-Time Detection of a 40 Gbps Intradyne Channel in the Presence of Multiple Received WDM Channels,” in Optical Fiber Communication Conference, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2010), paper OMJ1.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
複数波長の中から所望の波長の信号のみを取り出す波長選択型のコヒーレント光受信方式においては、チャンネル信号として使用しない不要チャンネルの信号光も含めた複数チャンネルの信号光が一括して関連するコヒーレント光受信装置に入力される。そのため、関連するコヒーレント光受信装置における信号光の平均入力パワーが増大し、関連するコヒーレント光受信装置を構成するフォトディテクタ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｅｒ：ＰＤ）に流れる電流がＰＤの絶対最大定格を超えてしまう場合が発生し得る。その結果、関連するコヒーレント光受信装置の劣化、破壊が起きる可能性がある、という問題があった。
【０００８】
このように、関連するコヒーレント光受信装置においては、多重信号光を局部発振光の波長により選択的に受信することとすると、劣化、破壊が起きる可能性がある、という問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、上述した課題である、関連するコヒーレント光受信装置においては、多重信号光を局部発振光の波長により選択的に受信することとすると、劣化、破壊が起きる可能性がある、という課題を解決するコヒーレント光受信装置およびコヒーレント光受信方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のコヒーレント光受信装置は、波長が互いに異なる信号光が波長数だけ多重された多重信号光を一括して受信するコヒーレント光受信器と、コヒーレント光受信器に接続され、多重信号光の中の少なくとも一の信号光と干渉する局部発振光を出力する局部発振器と、コヒーレント光受信器と局部発振器に接続された制御部、とを有し、コヒーレント光受信器は、多重信号光の一部を受光する受光部と、９０度ハイブリッド回路と、光電変換器とを備え、９０度ハイブリッド回路は多重信号光と局部発振光を入力し、多重信号光と局部発振光を干渉させた干渉信号光を光電変換器に出力し、制御部は、受光部の出力と光電変換器の出力とから導出されるコヒーレント光受信器の電流変換効率に基づいて局部発振器の出力を制御する。
【００１１】
本発明のコヒーレント光受信方法は、信号光を入力し、信号光を光電変換することによって第１の光電流を取得し、信号光の強度と第１の光電流とから第１の電流変換効率を取得し、信号光と干渉する局部発振光を入力し、局部発振光を光電変換することによって第２の光電流を取得し、記局部発振光の強度と第２の光電流とから第２の電流変換効率を取得し、第１の電流変換効率と第２の電流変換効率の少なくとも一方に基づいて局部発振光の強度である局部発振光強度を制御する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のコヒーレント光受信装置およびコヒーレント光受信方法によれば、多重信号光を局部発振光の波長により選択的に受信する場合であっても、コヒーレント光受信装置の劣化、破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るコヒーレント光受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るコヒーレント光受信装置を用いたノンブロッキングＲＯＡＤＭシステムの構成を示すブロック図である。
【図３】関連するＲＯＡＤＭシステムの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るコヒーレント光受信装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るコヒーレント光受信装置が備える９０度ハイブリッド回路の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るコヒーレント光受信方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るコヒーレント光受信装置の別の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るコヒーレント光受信方法における電流変換効率の導出方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るコヒーレント光受信装置における、許容される局部発振光強度と波長数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係るコヒーレント光受信装置１００の構成を示すブロック図である。コヒーレント光受信装置１００は、コヒーレント光受信器１１０、コヒーレント光受信器１１０に接続された局部発振器１２０、およびコヒーレント光受信器１１０と局部発振器１２０に接続された制御部１３０を有する。
【００１６】
コヒーレント光受信器１１０は、波長が互いに異なる信号光が波長数だけ多重された多重信号光を一括して受信する。そして多重信号光の一部を受光する受光部１１１と、９０度ハイブリッド回路（９０°Ｈｙｂｒｉｄ）１１２と、光電変換器１１３とを備える。ここで光電変換器１１３はフォトディテクタ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｅｔｅｃｔｅｒ：ＰＤ）等により構成される。
【００１７】
局部発振器１２０は多重信号光の中の少なくとも一の信号光と干渉する局部発振光をコヒーレント光受信器１１０に出力する。９０度ハイブリッド回路（９０°Ｈｙｂｒｉｄ）１１２は多重信号光と局部発振光を入力し、両者を干渉させた干渉信号光を光電変換器１１３に出力する。このとき光電変換器１１３には局部発振光と干渉した干渉信号光、それ以外の多重信号光、および局部発振光が入力される。そしてコヒーレント光受信器１１０は局部発振光と干渉する信号光を多重信号光の中から選択的にコヒーレント検波し、検波後の信号を出力する。
【００１８】
制御部１３０は、受光部１１１の出力と光電変換器１１３の出力とから導出されるコヒーレント光受信器１１０の電流変換効率に基づいて局部発振器の出力を制御する。このとき、多重信号光を構成する各信号の最大強度が予め定められている場合は、電流変換効率と波長数を用いて局部発振器の出力を制御することができる。これに限らず、電流変換効率と受光部１１１の出力から導出される多重信号光強度を用いて局部発振器の出力を制御する構成としてもよい。
【００１９】
本実施形態のコヒーレント光受信装置１００によれば、コヒーレント光受信器１１０の電流変換効率に基づいて局部発振器の出力を制御することとしているので、光電変換器１１３に入力される全光強度を抑制することができる。その結果、多重信号光を局部発振光の波長により選択的に受信する場合であっても、コヒーレント光受信装置１００の劣化、破壊を防止することができる。
【００２０】
具体的には、例えば、制御部１３０においてまず、電流変換効率と波長数と局部発振光の光強度である局部発振光強度とから、多重信号光と局部発振光を共に光電変換することによって得られる光電流の最大値である最大光電流を導出する。その後に制御部１３０が、このときの最大光電流が光電変換器の最大定格値を超えないように局部発振器の出力を制御する構成とすることができる。
【００２１】
なお、波長数が「１」の場合、すなわち単一波長信号光を受信する場合であっても、コヒーレント光受信器の電流変換効率が高いと光電変換器に流れる電流が過大となり、劣化、破壊に至るという同様の問題が発生し得る。しかしこの場合であっても本実施形態のコヒーレント光受信装置１００によれば、光電変換器１１３に入力される全光強度を抑制することができるので、かかる問題の発生を回避することができる。
【００２２】
図２に、本発明の実施形態によるコヒーレント光受信装置を用いたノンブロッキングＲＯＡＤＭシステム１０００の一例を示す。光スプリッター１−１は波長多重された多重信号光を波長ブロッカー２及びコヒーレント光受信器ＲＸ４−１〜４−Ｎにパワー分岐する。波長ブロッカー２に分岐された多重信号光の中で、特定の波長の信号光はブロックされる。その他の波長の信号光は透過し、光アンプ７で増幅された後に光スプリッター１−２に送られる。光スプリッター１−１で分岐された多重信号光は、局部発振器ＬＯ３−１〜３−Ｎが出力する局部発振光と各々合波されてコヒーレント光受信器ＲＸ４−１〜４−Ｎで受信される。その後、光−電気変換されてからクライアント６−１〜６−Ｎに各々送られる。一方クライアント６−１〜６−Ｎからの信号は各々送信器ＴＸ５−１〜５−Ｎで電気−光変換された後に光スプリッター１−２に送られる。制御部８は波長ブロッカー２、局部発振器ＬＯ３−１〜３−Ｎ、コヒーレント光受信器ＲＸ４−１〜４−Ｎ、および送信器ＴＸ５−１〜５−Ｎを制御する。ここで、コヒーレント光受信器ＲＸと、局部発振器ＬＯと、制御部８の一部が本実施形態によるコヒーレント光受信装置１００を構成する。
【００２３】
このような構成とすることにより、本実施形態のコヒーレント光受信装置１００を用いたノンブロッキングＲＯＡＤＭシステム１０００によれば、波長選択性を備えたＲＯＡＤＭシステムが得られる。
【００２４】
比較のため図３に、関連するＲＯＡＤＭシステム２０００の構成の一例を示す。アレイ導波路回折格子であるＡＷＧ２１−１は多重信号光を各波長に分岐し、光スイッチであるＡｄｄ−Ｄｒｏｐ−ＳＷ２２に送る。Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ−ＳＷ２２は分岐（ドロップ）する波長の信号光は関連するコヒーレント光受信器ＲＸ２４−１〜２４−Ｎに送り、通過（スルー）する波長の信号光はＡＷＧ２１−２に送る。分岐（ドロップ）された信号光は局部発振器ＬＯ２３−１・・・２３−Ｎが出力する局部発振光と各々合波されて関連するコヒーレント光受信器ＲＸ２４−１・・・２４−Ｎで受信される。その後、光−電気変換されてからクライアント２６−１・・・２６−Ｎに各々送られる。一方、分岐（ドロップ）された信号光の波長に対応するチャンネルのクライアント２６−１・・・２６−Ｎからの信号は、各々送信器ＴＸ２５−１・・・２５−Ｎで電気−光変換された後にＡｄｄ−Ｄｒｏｐ−ＳＷ２２に送られる。Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ−ＳＷ２２は挿入された信号光をＡＷＧ２１−２に送信する。
【００２５】
図２と図３から明らかなように、図２に示した本実施形態によるノンブロッキングＲＯＡＤＭシステム１０００によれば、図３に示した構成に不可欠なアレイ導波路回折格子ＡＷＧや光スイッチＡｄｄ−Ｄｒｏｐ−ＳＷは不要となる。これらの光学装置は高価であることからコスト増加の要因となり、またＷＤＭ光伝送システムにおける設計の自由度を制限する、という問題があった。それに対して、本実施形態によるノンブロッキングＲＯＡＤＭシステム１０００においては、かかる問題を生じることなく、多重信号光を局部発振光の波長により選択的に受信することが可能となる。
【００２６】
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係るコヒーレント光受信装置２００の構成を示すブロック図である。本実施形態では、偏波多重４相位相変調（Ｄｕａｌ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  −  Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ：ＤＰ−ＱＰＳＫ）方式に用いられる場合について説明する。
【００２７】
コヒーレント光受信装置２００に入力される多重信号光の一部は受光部（ＰＤ）３２に分岐され、パワーモニタとして用いられる。他の多重信号光は偏光ビームスプリッタ（Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  Ｂｅａｍ  Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）であるＰＢＳ３４でＸ偏波およびＹ偏波に分離され、各々９０度ハイブリッド回路（９０°Ｈｙｂｒｉｄ）３６−１、３６−２に入力される。一方、局部発振器ＬＯ３３から出力される局部発振光は光カプラ３５で２分岐され各々９０度ハイブリッド回路（９０°Ｈｙｂｒｉｄ）３６−１、３６−２に入力される。９０度ハイブリッド回路（９０°Ｈｙｂｒｉｄ）３６−１、３６−２の内部で信号光と局部発振光との干渉光を取得し、バランス型フォトディテクタであるバランスＰＤ３７−１〜３７−４に入力される。バランスＰＤで光電変換された信号光は、インピーダンス変換増幅器（Ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＴＩＡ）と自動利得制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＡＧＣ）回路からなるＴＩＡ／ＡＧＣ３８−１〜３８−４で振幅調整される。その後、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）結合を通してアナログ−デジタル変換器（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＡＤＣ）であるＡＤＣ３９−１〜３９−４に入力され、デジタル信号処理部（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：ＤＳＰ）であるＤＳＰ３０−１でデジタル信号処理される。そして各部の動作は監視制御部３０−２によってモニタされ、あるいは制御される。なお、コヒーレント光受信装置２００のうち、局部発振器ＬＯ３３および監視制御部３０−２以外の部分がコヒーレント光受信器２１０を構成する。
【００２８】
図５に、９０度ハイブリッド回路（９０°Ｈｙｂｒｉｄ）３６−１、３６−２の具体的な構成の一例を示す。信号光は光カプラ４１−１、４１−２、４１−４で４分岐される。一方、局部発振光は光カプラ４１−３、４１−５、４１−６で４分岐された後、π／２位相シフタ４３及びπ位相シフタ４２−１、４２−２によって、位相をそれぞれ０、π、π／２、３π／２だけシフトされる。その後、局部発振光と信号光との干渉光が光ミキサー４４−１〜４４−４によって生成され、光電変換器としてのフォトディテクタＰＤ４５−１〜４５−４に出力される。従って信号光及び局部発振光には、９０度ハイブリッド回路（９０°Ｈｙｂｒｉｄ）において４分岐分に対応する６ｄＢの光損失が生じる。
【００２９】
次に、フォトディテクタＰＤ４５−１〜４５−４の出力について説明する。多重信号光をＳ（ｔ）、局部発振光をＬ（ｔ）とすると、それぞれ下記のように表わされる。
0005874896.tif 000002
【００３０】
ここで、ωｋ、ωはそれぞれ信号光、局部発振光の周波数（＝光速／波長）を示す。また、φｋは信号光の位相であり、位相変調方式ではこの位相に送信情報が乗せられる。例えば、ＱＰＳＫ方式ではφｋは０、π、π／２、３π／２のいずれかの値である。
【００３１】
抽出する信号光ω１と局部発振光ωの波長が一致している（ω１＝ω）とすると、各フォトディテクタＰＤ４５−１〜４の出力は次のように表される。
0005874896.tif 000003
【００３２】
0005874896.tif 000004
【００３３】
0005874896.tif 000005
【００３４】
0005874896.tif 000006
【００３５】
式（１）〜式（４）における、ａ、ｂ、ｃ、ｄはそれぞれコヒーレント光受信器の電流変換効率であり、ここでは信号光ポートと局部発振光ポートにおいて等しいものとしている。このとき、ｋ＝１以外の信号光は通常、局部発振光から５０ＧＨｚ以上離れているので、これらの信号光と局部発振光との干渉成分は各フォトディテクタＰＤの帯域外となる。そのため、これらの干渉成分は式（１）〜式（４）中には現れない。
【００３６】
次に、電流変換効率について具体的に説明する。フォトディテクタＰＤの電流変換効率とは、フォトディテクタＰＤに１Ｗの強度の光を入力した時に何Ａの電流が流れるかを示す値である。フォトディテクタＰＤにおける入力光強度と光電流の関係は次式で表される。
0005874896.tif 000007
【００３７】
ここで、Ｉ[Ａ]は光電流、ｅは電荷密度、ｈはプランク定数、λは波長、ｃは光速、ηは量子効率、Ｐ[Ｗ]は入力光強度をそれぞれ表わす。上式からフォトディテクタＰＤの電流変換効率は下記のように求まる。
0005874896.tif 000008
【００３８】
これに対して、コヒーレント光受信器の電流変換効率とは、光受信器の入力ポートに１Wの強度の光を入力した時、フォトディテクタＰＤに何Ａの電流が流れるかを示す。コヒーレント光受信器２１０の信号光ポートに入力された信号光は、ＰＢＳ３４で２分岐、９０度ハイブリッド回路（９０°Ｈｙｂｒｉｄ）３６−１（３６−２）で４分岐、合計８分岐される。そのため、８分岐分に対応する９ｄＢの光損失が生じる。したがって、コヒーレント光受信器２１０の信号光ポートへの入力パワーをＰｓｉｇ[ｄＢｍ]とすると、フォトディテクタＰＤへの入力強度Ｐ[ｄＢｍ]は次式で表わされる。
0005874896.tif 000009
【００３９】
ここで、Ｌｓｉｇは信号光ポートの過剰損失を示す。なお過剰損失とは、導波路の損失や導波路と各フォトディテクタＰＤとの結合損である。上記２式より、コヒーレント光受信器２１０の信号光ポートにおける電流変換効率は次式により表わされる。
0005874896.tif 000010
【００４０】
具体的には例えば、フォトディテクタＰＤの電流変換効率を０．８[Ａ／Ｗ]、信号光ポートの過剰損失Ｌｓｉｇ[ｄＢ]を２ｄＢとすると、コヒーレント光受信器の信号光ポートの電流変換効率は
0005874896.tif 000011
【００４１】
と求まる。
【００４２】
次に、コヒーレント光受信器をＲＯＡＤＭシステムに用いる場合について説明する。図３に示した関連するＲＯＡＤＭシステム２０００においては、上述したように、ＡＷＧ２１−１を用いて波長分岐する。そして、Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ−ＳＷ２２において分岐（Ｄｒｏｐ）するか通過（Ｔｈｒｏｕｇｈ）するかによってスイッチし、特定の波長の信号光を取り出して受信する。また、分岐（Ｄｒｏｐ）された信号光の波長に対応する信号はＡｄｄ−Ｄｒｏｐ−ＳＷ２２に挿入（Ａｄｄ）され、ＡＷＧ２１−２において合波された後に伝送路に送信される。
【００４３】
それに対して図２に示した本実施形態によるコヒーレント光受信器を用いたノンブロッキングＲＯＡＤＭシステム１０００においては、上述したように、波長多重された多重信号光はまず光スプリッター１−１でパワー分岐される。その後、各コヒーレント光受信器ＲＸ４−１〜４−Ｎによって受信される。局部発振器ＬＯ３−１〜３−Ｎからの局部発振光もそれぞれコヒーレント光受信器ＲＸ４−１〜４−Ｎに入力され、信号光と干渉させられる。抽出したい波長の信号光と同一波長の局部発振光と干渉させることによって、波長分岐せずに全波長のチャンネルを受信するにも関わらず、特定の波長の信号光のみ取り出すことができる。信号光を通過（Ｔｈｒｏｕｇｈ）させるチャンネルは送信器ＴＸ５−ｋおよびコヒーレント光受信器ＲＸ５−ｋを設置しないでおくか、あるいは設置していても動作させないこととする。このとき、波長ブロッカー２は通過（Ｔｈｒｏｕｇｈ）させるチャンネルの信号のみを通す。なお、これらの制御は制御部８が行う。
【００４４】
しかし、波長分割多重（ＷＤＭ）システムでは、複数波長の信号光が同時に入力するため高強度の光がコヒーレント光受信器ＲＸ４−１〜４−Ｎに入力する。例えば、１チャンネル当りの最大光強度が０ｄＢｍである信号光が３２チャンネル入力されるとすると、合計で＋１５．１ｄＢｍの強度の光がコヒーレント光受信器に入力されることになる。コヒーレント光受信器の内部では、上述したように、Ｘ偏波とＹ偏波の分離で２分岐、９０度ハイブリッド回路（９０°Ｈｙｂｒｉｄ）内で４分岐、合計８分岐されるため、分岐損が９ｄＢ生じる。それ他に過剰損失が存在する。これらの損失を２ｄＢとすると、１個のフォトディテクタＰＤ当り＋４．１ｄＢｍの強度の光が入力することになる。これに加えて、局部発振光の強度を＋１５ｄＢｍとすると、さらに＋４ｄＢｍの強度の光が入力し、合わせて＋７．１ｄＢｍの強度の光が入力されることになる。フォトディテクタＰＤの電流変換効率を０．８Ａ／Ｗとすると、フォトディテクタＰＤに平均して約４ｍＡの電流が流れることになるが、これはフォトディテクタＰＤの絶対最大定格を超えてしまう。そのため、コヒーレント光受信器の劣化、破壊が起こる可能性がある。
【００４５】
しかしながら、本実施形態によるコヒーレント光受信方法によれば、以下に述べるように、多重信号光を局部発振光の波長により選択的に受信する場合であっても、コヒーレント光受信装置の劣化、破壊を防止することができる。
【００４６】
図６は、本実施形態によるコヒーレント光受信方法を説明するためのフローチャートである。まず、コヒーレント光受信器は信号光を入力し（ステップＳ１１）、信号光を光電変換することによって第１の光電流を取得する（ステップＳ１２）。そして、信号光の強度と第１の光電流とから、信号光に対する電流変換効率である第１の電流変換効率を取得する（ステップＳ１３）。
【００４７】
次に、コヒーレント光受信器は信号光と干渉する局部発振光を入力し（ステップＳ１４）、局部発振光を光電変換することによって第２の光電流を取得する（ステップＳ１５）。そして、局部発振光の強度と第２の光電流とから、局部発振光に対する電流変換効率である第２の電流変換効率を取得する（ステップＳ１６）。
【００４８】
最後に、コヒーレント光受信器は第１の電流変換効率と第２の電流変換効率の少なくとも一方に基づいて局部発振光の強度である局部発振光強度を制御する（ステップＳ１７）。上記説明では、第１の電流変換効率を取得した後に第２の電流変換効率を取得するとしたが、これに限らず、第２の電流変換効率を取得した後に第２の電流変換効率を取得することとしてもよい。
【００４９】
ここで、本実施形態によるコヒーレント光受信方法によって予め第１の電流変換効率および第２の電流変換効率を取得しておき（ステップＳ１１〜Ｓ１６）、その値をコヒーレント光受信器が備える記憶部（メモリ等）に記憶させておくことができる。この場合、コヒーレント光受信器は実稼動時において、記憶部（メモリ等）に保存されている第１の電流変換効率および第２の電流変換効率の値を参照することにより、局部発振光強度を制御する（ステップＳ１７）。
【００５０】
また、本実施形態によるコヒーレント光受信装置２００を用いる場合には、コヒーレント光受信装置２００が備える受光部（ＰＤ）３２によって、信号光である多重信号光の強度を実稼動時においても取得することができる。そのため、実稼動時における電流変換効率を取得することができ、それに基づいて局部発振光強度を制御することが可能になる。
【００５１】
次に、局部発振光強度の制御についてコヒーレント光受信装置２００を用いた場合を例として説明する。したがって信号光は、波長が互いに異なる信号光が波長数だけ多重された多重信号光である。まず、第１の電流変換効率と第２の電流変換効率の少なくとも一方と、波長数と、局部発振光強度とから、多重信号光と局部発振光を共に光電変換することによって得られる光電流の最大値である最大光電流を導出する。そして、この最大光電流が所定の値を超えないように局部発振光強度を制御する。このとき、多重信号光の波長数の増減に応じて局部発振光強度を制御することとしてもよい。
【００５２】
これらの局部発振光強度の制御は、監視制御部３０−２が局部発振器ＬＯ３３の駆動電流を制御することにより局部発振器ＬＯ３３の出力を制御することにより行うことができる。これに限らず、図７に示したコヒーレント光受信装置３００のように、監視制御部３０−２が可変光減衰器ＶＯＡ３１を制御することにより局部発振器ＬＯ３３の出力である局部発振光を制御することとしてもよい。ここで可変光減衰器ＶＯＡ３１は、局部発振器ＬＯとコヒーレント光受信器３１０との間の局部発振光の光路中に配置される。
【００５３】
次に、本実施形態によるコヒーレント光受信方法についてさらに詳細に説明する。図８は、電流変換効率の導出方法を説明するためのフローチャートである。まず、局部発振光を遮断（ＯＦＦ）した状態において（ステップＳ２１）、多重信号光を光電変換することによって第１の光電流を取得する（ステップＳ２２）。具体的には、局部発振光の出力をＯＦＦ状態とし、信号光ポートから信号光群を入力する。この時、受光部（ＰＤ）３２及びバランスＰＤ３７−１〜３７−４の光電流を測定する。受光部（ＰＤ）３２の入力光強度に対する光電流の関係は予め測定することにより取得できるので、これにより受光部（ＰＤ）３２における信号群強度である多重信号光強度が得られる。この多重信号光強度と第１の光電流であるバランスＰＤ３７−１〜３７−４の光電流から、信号光ポートにおける多重信号光に対する電流変換効率が算出される（ステップＳ２３）。
【００５４】
次に、局部発振光を所定の強度で出力（ＯＮ）状態とする（ステップＳ２４）。ここで所定の局部発振光強度は信号光群強度と合わせても、フォトディテクタＰＤの絶対最大定格を超えない範囲とする。この時、バランスＰＤ３７−１〜３７−４の光電流を測定することにより、多重信号光と局部発振光を共に光電変換することによって得られる第３の光電流を取得する（ステップＳ２５）。そして、第１の光電流と第３の光電流との差分と、局部発振光強度とから、局部発振光ポートにおける局部発振光に対する電流変換効率を導出する（ステップＳ２６）。以上のステップにより、多重信号光および局部発振光に対する電流変換効率を導出することができる。
【００５５】
図９は、許容される局部発振光強度と波長数との関係を異なる電流変換効率に対して示した図である。ここで、フォトディテクタＰＤの絶対最大定格を２ｍA、１チャンネル当たりの最大受信強度を０ｄＢｍとし、簡単のため信号光ポートと局部発振光ポートにおける電流変換効率は等しいとした。
【００５６】
上述の式（１）より、フォトディテクタＰＤ４５−１に流れる光電流の最大値は以下の式で表わされる。
0005874896.tif 000012
【００５７】
図９は、この光電流の最大値がフォトディテクタＰＤの絶対最大定格とした２ｍＡを超えないように局部発振光強度Ｂ２を求めたものである。フォトディテクタＰＤ４５−２〜４５−４についても、式（２）−（４）を用いて同様に求めることができる。電流変換効率は上述の導出方法により取得でき、チャンネル数の情報は外部装置から通知されるので、この２つの情報に基づいて局部発振光強度を決定することができる。
【００５８】
なお、局部発振器ＬＯ３３に用いられる波長可変レーザモジュール（Ｉｎｔｅｇｒａｂｌｅ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｌａｓｅｒ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＩＴＬＡ）の出力強度の上限は通常＋１５ｄＢｍ程度である。したがって、図９で＋１５ｄＢｍ以上が許容される場合であっても、局部発振器ＬＯ３３の出力は＋１５ｄＢｍに設定することになる。
【００５９】
局部発振器ＬＯ３３の出力を制御するために、波長可変レーザモジュールＩＴＬＡに流す電流を変化させると局部発振光の位相も変化し、信号光の受信が遮断される可能性がある。それを回避するために、予め受信する最大の波長数を想定し、その波長数に応じた局部発振光強度を設定することができる。また、図７に示したコヒーレント光受信器３００を用いて、局部発振器ＬＯ３３の後段に配置された可変光減衰器ＶＯＡ３１の減衰率を制御することにより、局部発振光強度を変化させることとしても良い。この場合は局部発振光の位相は変化しないので、信号光の受信が遮断されることはない。
【００６０】
局部発振器ＬＯ３３の駆動電流を制御する場合は、コヒーレント光受信装置を導入した当初は受信チャンネル数が少ない場合であっても、その後のチャンネル数の増加を見込んで局部発振光強度を低く設定しておく必要がある。そのため、受信チャンネル数が少ない時は最小受信感度の面では不利になる。一方、可変光減衰器ＶＯＡ３１を用いる場合は、部品点数が増え、可変光減衰器ＶＯＡ３１における損失量だけ局部発振光強度が低下することになるが、波長数の増減に対して最適な局部発振光強度を設定することが可能になる。
【００６１】
具体的には例えば、上述した電流変換効率の導出方法（図８）により電流変換効率が０．０３Ａ／Ｗと求まり、チャンネル数は最終的に２４チャンネルまで増加するとした場合、図９より局部発振光強度は＋１５ｄＢmに設定しておけばよいことがわかる。
【００６２】
また、同様にして電流変換効率が０．０５Ａ／Ｗと求まり、波長数は最終的に２４波長まで増加するとした場合、局部発振光強度は＋９．８ｄBmに設定しておけばよい。可変光減衰器ＶＯＡ３１を用いる場合には、波長数が１である時は局部発振光強度を＋１４．５ｄBmに設定し、波長数が増加するに従って局部発振光強度を低減させる。そして、２４波長の時には＋９．８ｄBmとなるように可変光減衰器ＶＯＡ３１を制御する。これにより、各波長数に対して最適な局部発振光強度を設定することができる。
【００６３】
なお、可変光減衰器ＶＯＡ３１を用いる場合は、波長数を用いることなく、電流変換効率と受光部（ＰＤ）３２によってモニタする多重信号光強度とを用いて、適応的に局部発振光強度を変化させる構成としてもよい。
【００６４】
本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００６５】
１００、２００、３００    コヒーレント光受信装置
１１０、２１０、３１０    コヒーレント光受信器
１１１    受光部
１１２    ９０度ハイブリッド回路（９０°Ｈｙｂｒｉｄ）
１１３    光電変換器
１２０    局部発振器
１３０    制御部
１−１、１−２    光スプリッター
２    波長ブロッカー
３−１〜３−Ｎ、２３−１〜２３−Ｎ    局部発振器ＬＯ
４−１〜４−Ｎ    コヒーレント光受信器ＲＸ
５−１〜５−Ｎ、２５−１〜２５−Ｎ    送信器ＴＸ
６−１〜６−Ｎ、２６−１〜２６−Ｎ    クライアント
７    光アンプ
８    制御部
２１−１、２１−２    ＡＷＧ
２２    Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ−ＳＷ
２４−１〜２４−Ｎ    関連するコヒーレント光受信器ＲＸ
３０−１    ＤＳＰ
３０−２    監視制御部
３１    可変光減衰器ＶＯＡ
３２    受光部（ＰＤ）
３３    局部発振器ＬＯ
３４    ＰＢＳ
３５    光カプラ
３６−１、３６−２    ９０度ハイブリッド回路（９０°Ｈｙｂｒｉｄ）
３７−１〜３７−４    バランスＰＤ
３８−１〜３８−４    ＴＩＡ／ＡＧＣ
３９−１〜３９−４    ＡＤＣ
４１−１〜４１−６    光カプラ
４２−１、４２−２    π位相シフタ
４３    π/２位相シフタ
４４−１〜４４−４    光ミキサー
４５−１〜４５−４    フォトディテクタＰＤ
１０００    ノンブロッキングＲＯＡＤＭシステム
２０００    関連するＲＯＡＤＭシステム
【図１】
0005874896.tif 000013
【図２】
0005874896.tif 000014
【図３】
0005874896.tif 000015
【図４】
0005874896.tif 000016
【図５】
0005874896.tif 000017
【図６】
0005874896.tif 000018
【図７】
0005874896.tif 000019
【図８】
0005874896.tif 000020
【図９】
0005874896.tif 000021