(57)【要約】【課題】装置全体の回路規模を削減しつつ、測定される入力光の強度の誤差を低減することが可能な光受信器の製造方法を提供すること。【解決手段】この光受信器の製造方法は、ＡＰＤ２を用いて入力光強度を測定する光受信器１の製造方法であって、複数の所定強度ｙｉを有する入力光を、ＡＰＤ２に順次受光させることによって、入力光の強度に対応して生成される光電流ＩＡＰＤを測定する工程と、光電流のモニタ電圧ｘｉを光電流に対応する入力光の強度ｙｉで除算することによって、光電流強度比ｘｉ／ｙｉを算出する工程と、光電流強度比ｘｉ／ｙｉに基づいて、光電流のモニタ電圧ｘｉと入力光の強度ｙｉとの関係を近似する回帰曲線ｆの係数を算出し、係数をメモリ９に保持させる工程とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アバランシェフォトダイオードを用いて入力光強度を測定する光受信器の製造方法であって、
複数の所定強度を有する入力光を、前記アバランシェフォトダイオードに順次受光させることによって、前記入力光の強度に対応して生成される光電流を測定する工程と、
測定された前記光電流を前記光電流に対応する前記入力光の強度で除算することによって、光電流強度比を算出する工程と、
前記光電流強度比に基づいて、前記光電流と前記入力光の強度との関係を近似する回帰曲線の係数を算出し、前記係数を前記光受信器内に保持させる工程と、
を備えることを特徴とする光受信器の製造方法。
【請求項２】
前記回帰曲線は、２次以上４次以下の整次多項式で表されるものである、
ことを特徴とする請求項１記載の光受信器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力光強度を測定する光受信器の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤという）を内蔵する光受信器において、受信入力レベルのダイナミックレンジを微小入力から大入力まで確保するために、ＡＰＤに印加する逆バイアス電圧を可変させて、受信入力レベルに応じてＡＰＤの増倍率（以下、Ｍ値という）が制御されている（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００３】
具体的には、微小入力レベルの場合には、受信信号に関するデータ誤り率が小さくなるようなＭ値が設定され、ある程度以上の受信入力レベルでは、ＡＰＤが破壊されないようにＭ値を下げるような制御が行われる。そのため、受信入力レベルを監視する際にＡＰＤの光電流はＭ値と受信入力レベルとの積に比例し、Ｍ値は非線形制御されるので、光電流にも非線形性が生じてしまう。そこで、このような光受信器では、デジタル演算器を用いて非線形性を補正することによって受信入力レベルが求められる。
【０００４】
一方、光トランシーバの規格（ＭＳＡ）の１つであるＳＦＦ−８４７２には、受信入力レベルをモニタする際のＡＰＤの非線形性の影響を考慮した技術として、受信入力レベルを４次多項式により近似するための規格化技術が記載されている（下記非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２８９２０６号公報
【非特許文献１】”SFF-8472 Specification for Diagnostic Monitoring Interface forOptical Xcvrs Rev 9.5”、［online］、２００４年６月１日、SFF Committee、［平成１８年８月７日検索］、インターネット＜URL: ftp://ftp.seagate.com/sff/SFF-8472.PDF＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したような受信入力レベルに応じてＭ値を制御する方式においては、以下の理由により回路規模が大きくなる傾向にあった。すなわち、Ｍ値をＡＰＤチップ付近の温度情報とＡＰＤの逆バイアス電圧データとにより算出し、電流電圧変換回路で変換されたＡＰＤ電流に比例する電圧情報をＭ値に応じて補正しているため、温度検出器と電圧検出器とが必要とされる。また、デジタル演算回路では加減乗除の複雑な計算が必要とされるので、マイクロコンピュータを使用しない場合は、デジタル回路の規模が大きくなるという傾向にあった。
【０００６】
また、４次多項式を用いて受信入力レベルの近似を行う方式においては、受信入力のダイナミックレンジが広い場合に近似多項式を求める際に、受信入力レベルの高い領域での特性が支配的となり、受信入力レベルの低い領域での特性を反映したものは得られにくい。そのため、モニタされる受信入力レベルの真値との差が増大する傾向にあった。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、装置全体の回路規模を削減しつつ、測定される入力光の強度の誤差を低減することが可能な光受信器の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の光受信器の製造方法は、アバランシェフォトダイオードを用いて入力光強度を測定する光受信器の製造方法であって、複数の所定強度を有する入力光を、アバランシェフォトダイオードに順次受光させることによって、入力光の強度に対応して生成される光電流を測定する工程と、測定された光電流を光電流に対応する入力光の強度で除算することによって、光電流強度比を算出する工程と、光電流強度比に基づいて、光電流と入力光の強度との関係を近似する回帰曲線の係数を算出し、係数を光受信器内に保持させる工程とを備える。
【０００９】
このような光受信器の製造方法においては、複数の所定強度の入力光に応じて、順次ＡＰＤによって光電流が生成され、この光電流の入力光強度に対する比である光電流強度比を用いて、回帰曲線の係数が算出されて光受信器内に保持される。これにより、入力光のダイナミックレンジが広い場合であっても微小入力光におけるＡＰＤの特性を反映した回帰曲線の係数が求められるので、この係数と光電流に基づいて測定される入力光強度の誤差が低減される。このとき、非線形性の補正等の複雑な演算は必要とされないので、装置全体の回路規模が小型化される。
【００１０】
回帰曲線は、２次以上４次以下の整次多項式で表されるものであることが好ましい。この場合、回帰曲線の係数と光電流に基づいて測定される入力光強度の誤差が低減されるとともに、装置内のメモリ容量が効果的に削減される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光受信器の製造方法によれば、装置全体の回路規模を削減しつつ、測定される入力光の強度の誤差を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る光受信器の製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、本発明の好適な一実施形態に係る光受信器１の概略構成を示す図である。同図に示すように、光受信器１は、外部からの入力光を受光して光電流ＩＡＰＤを生成するアバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤという）２と、ＡＰＤ２によって生成される光電流ＩＡＰＤを電圧信号に変換して後段の信号処理回路（図示せず）に出力するトランスインピーダンスアンプ３と、増倍率制御手段４と、ＡＰＤバイアス供給回路５と、電流電圧変換回路６と、ＡＤ変換器７と、演算回路８と、メモリ９とを備えている。
【００１４】
ＡＰＤ２には、ＡＰＤバイアス供給回路５によって逆バイアス電圧が印加され、この逆バイアス電圧が増倍率制御手段４によって設定されることによって、ＡＰＤ２における増倍率（以下、Ｍ値という）が制御される。また、ＡＰＤバイアス供給回路５には、カレントミラー回路等のＡＰＤ電流モニタ用の回路が含まれ、光電流ＩＡＰＤに比例するモニタ電流Ｉｍｏｎが電流電圧変換回路６に出力され、電流電圧変換回路６によってモニタ電流Ｉｍｏｎが入力光の強度を示すモニタ電圧Ｖｍｏｎに変換される。ＡＤ変換器７には、電流電圧変換回路６からモニタ電圧Ｖｍｏｎが入力され、ＡＤ変換器７によってモニタ電圧Ｖｍｏｎがデジタル信号に変換されて、マイクロコンピュータ等によって構成される演算回路８に入力される。
【００１５】
図２には、増倍率制御手段４によってＡＰＤ２のＭ値が制御された場合の入力光パワーとモニタ電圧Ｖｍｏｎとの関係を示す。ここでは、モニタ電圧Ｖｍｏｎは、入力光パワーが-30dBmの時の値によって規格化され、両軸とも対数で表示されている。このように、入力光パワーとモニタ電圧Ｖｍｏｎとの関係は線形の関係にはならないことがわかる。従って、この非線形関係から直接入力光パワーを求める場合は、Ｍ値を逆算するか、又は近似計算を行う必要がある。
【００１６】
演算回路８は、ＡＤ変換器７から出力されたモニタ電圧Ｖｍｏｎに基づいて浮動小数点演算を実行する浮動小数点演算手段８ａと、その浮動小数点演算の結果を用いて、ＡＰＤ２の光電流と入力光の強度との関係を近似する回帰曲線の係数を算出する最小自乗演算手段８ｂとを含んでいる。この演算回路８には、算出された回帰曲線の係数等のデータを保持するメモリ９が接続されている。また、浮動小数点演算手段８ａは、メモリ９から回帰曲線の係数を読み出して、ＡＤ変換器７から出力されたモニタ電圧Ｖｍｏｎを、その係数によって表される近似多項式（回帰曲線）に代入することによって、モニタ電圧Ｖｍｏｎに対応する入力光パワーを測定して外部に出力する機能も有する。
【００１７】
次に、以上説明した光受信器１の製造方法について、ＡＰＤ２の光電流と入力光の強度との関係を近似するための初期データ設定方法を中心に説明する。
【００１８】
まず、校正用光源１０を準備して、複数の所定強度ｙｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を有するように段階的に強度が変更された入力光を、順次校正用光源１０から光受信器１のＡＰＤ２に入射させる。そして、これらの入力光がＡＰＤ２によって受光されることによって、それぞれの入力光強度ｙｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）に対応して光電流が生成される。その結果、それぞれの入力光強度ｙｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）に対応したモニタ電圧Ｖｍｏｎ＝ｘｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）が測定されて、演算回路８によって取得される。
【００１９】
ここで、入力光強度ｙｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）とモニタ電圧ｘｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）との組であるＮ個の点（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝１，…，Ｎ）を回帰分析する場合、これらの点を予測するｎ次の回帰曲線は、下記式（１）のようなｎ次の整次多項式で表される。
ｆ（ｘ）＝ａｎｘｎ＋ａｎ−１ｘｎ−１＋ａ１ｘ＋ａ０    …（１）
【００２０】
一般には、上記回帰曲線の係数ａｎ，ａｎ−１，…，ａ０を求める際には、最小自乗法によりｅｒｒ＝Σ（ｙｉ―ｆ（ｘｉ））２が最小になるようにするが、本実施形態においては下記式（２）；
ｅｒｒ＝Σ（１−ｆ（ｘｉ）／ｙｉ）２    …（２）
によって計算される差分自乗値ｅｒｒが最小になるような係数ａｎ，ａｎ−１，…，ａ０を求める。以下、本明細書において、Σは、変数ｉが１からＮまでの総和を示すものとする。
【００２１】
より詳細には、差分自乗値ｅｒｒは、係数ａｎ，ａｎ−１，…，ａ０の関数として、ｅｒｒ＝ｅｒｒ（ａｎ，ａｎ−１，…，ａ０）と表される。従って、差分自乗値ｅｒｒの最小値は、δｅｒｒ＝０で与えられるので、下記式（３）；
δerr＝（∂err/∂an）an+（∂err/∂an-1）an-1+…+（∂err/∂a1）a1+（∂err/∂a0）a0=0    …（３）
が成立する際の係数ａｎ，ａｎ−１，…，ａ０を求めれば、Ｎ個の点（ｘｉ，ｙｉ）（ｉ＝１，…，Ｎ）を近似する回帰曲線が求まる。式（３）が成立するためには、（∂err/∂an）＝０，（∂err/∂an-1）＝０，…，（∂err/∂a0）＝０が同時に成立すればよいので、この条件に式（１）を代入すると、下記式（４）；
【数１】
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が導かれる。
【００２２】
演算回路８によって入力光強度ｙｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）に対応したモニタ電圧ｘｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）が取得されると、上記式（４）を用いて係数ａｎ，ａｎ−１，…，ａ０が算出されてメモリ９に保持される。具体的には、演算回路８の浮動小数点演算手段８ａによって、モニタ電圧ｘｉが入力光強度ｙｉによって除算されることによって、Ｎ点の光電流強度比ｘｉ／ｙｉが計算される。同様にして、モニタ電圧ｘｉの累乗ｘｉｋ（ｋ＝１，２，…，２ｎ）が算出された後、これらの累乗ｘｉｋが入力光強度ｙｉによって除算される。そして、浮動小数点演算手段８ａによって、上記の光電流強度比ｘｉ／ｙｉ及び除算結果のそれぞれのＮ点分の総和が算出された後、最小自乗演算手段８ｂによって上記式（４）が用いられて、係数ａｎ，ａｎ−１，…，ａ０が算出される。上記式（４）を解く際には、左辺の係数行列を単位行列（対角線要素が１で他の要素が０である行列）に変換するのと同じ行列演算を右辺の行列に施すことによって、係数ａｎ，ａｎ−１，…，ａ０が求められる。このときの係数ａｎ，ａｎ−１，…，ａ０算出のための演算時間は、ｎ２に比例したものとなる。
【００２３】
このような係数ａｎ，ａｎ−１，…，ａ０の算出及びメモリ９への保持は、環境温度及びＡＰＤ２の逆バイアス電圧を変更しつつ繰り返し行われて、メモリ９における初期データ設定が完了される。
【００２４】
以上説明した光受信器１の製造方法によれば、複数の所定強度ｙｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の入力光に応じて、順次ＡＰＤ２によって光電流ＩＡＰＤが生成され、この光電流ＩＡＰＤのモニタ電圧ｘｉの入力光強度ｙｉに対する比である光電流強度比ｘｉ／ｙｉを用いて、回帰曲線ｆの係数ａｎ，ａｎ−１，…，ａ０が算出されて光受信器１のメモリ９内に保持される。そして、実際の光受信器１の使用時において入力光強度を測定する際に、メモリ９から係数ａｎ，ａｎ−１，…，ａ０が読み出されて光電流のモニタ電圧Ｖｍｏｎに回帰曲線ｆの式（１）が適用されることによって、光電流のモニタ電圧から入力光の強度が測定される。これにより、入力光のダイナミックレンジが広い場合であっても微小入力光におけるＡＰＤ２の特性を反映した回帰曲線ｆの係数ａｎ，ａｎ−１，…，ａ０が求められるので、この係数ａｎ，ａｎ−１，…，ａ０と光電流のモニタ電圧Ｖｍｏｎに基づいて測定される入力光強度ｆ（Ｖｍｏｎ）の誤差が低減される。すなわち、式（２）によって計算される差分自乗値ｅｒｒが最小になるような係数ａｎ，ａｎ−１，…，ａ０を求めることによって、従来の最小自乗法による算出方法に比して、入力光強度ｙｉが大きい領域のみでなく入力光強度ｙｉが小さい領域での差をも等しく反映した回帰曲線ｆを求めることができる。しかも、回帰曲線ｆの係数ａｎ，ａｎ−１，…，ａ０を求めるのは光受信器１の出荷時等の一回のみで済み、回帰曲線ｆを表す整次多項式の次数の大小は、光受信器１自体の性能にはあまり影響を与えない。
【００２５】
また、このようにして製造された光受信器１では、実際の入力光強度のモニタ時においてＡＰＤ２のＭ値に基づく非線形性の補正等の複雑な演算は必要とされないので、装置全体の回路規模が小型化される。
【００２６】
図３及び図４は、光受信器１において測定された入力光強度の真値に対する比を示すグラフである。図３は、測定点（ｘｉ，ｙｉ）を２０点として入力光強度Ｐｉｎを変化させた場合の入力光強度の測定値と真値との比Ｒｐ＝ｆ（Ｖｍｏｎ）／Ｐｉｎを示し、（ａ）〜（ｃ）は、従来の最小自乗法を用いて４次〜２次の回帰曲線の係数を設定した場合、（ｄ）〜（ｆ）は、本実施形態において４次〜２次の回帰曲線の係数を設定した場合である。これに対し、図４は、測定点（ｘｉ，ｙｉ）を５点として入力光強度Ｐｉｎを変化させた場合の比Ｒｐを示し、（ａ）〜（ｃ）は、従来の最小自乗法を用いて４次〜２次の回帰曲線の係数を求めた場合、（ｄ）〜（ｆ）は、本実施形態において４次〜２次の回帰曲線の係数を求めた場合である。なお、図の凡例中、HTは環境温度が高温、MTは環境温度が常温、LTは環境温度が低温、HVは電源電圧が高、LVは電源電圧が低である場合を示す。
【００２７】
図３に示すように、従来の最小自乗法による係数設定方法では、入力光強度Pｉｎが小さい場合には真値との誤差が大きく現れている。これは、回帰曲線をコンピュータで求める際に、一般的かつ根本的な問題とされる桁落ち（大数と小数とを加算する場合の小数の部分の有効桁が確保されない現象）の影響が直接的に表れた結果と言える。一方、本実施形態においては、２次の回帰曲線に落としても広い入力光強度Pｉnの範囲で真値に近い値が得られることが分かる。
【００２８】
また、図４に示すように、測定点数を５点に減らした場合は、次数が２次の場合には入力光強度Pｉnが小さい領域で誤差が大きく現れているものの、実用の範囲である-35dBm以上の領域では±1dBの範囲に収まっている。従来例では-30dBmに至る前に-2dBを下回っている。このように次数を落としても精度がそれほど大きく損なわれない点は、実際にデータリンクを稼働させた状態で光強度の計算を行う際には、極めて大きな利点となる。一つには、計算時間が短縮化されるためにマイクロコンピュータ等の演算装置の速度的な性能が維持される。二つには、計算のための回路が単純化されうる。具体的には、従来法では16bitの演算が必要であったものが12bitの演算で十分になった場合には、それだけ計算時間（特に乗算時間）が短縮化される。
【００２９】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、光受信器１のメモリ９に保持する係数の次数は、特定の次数には限定されない。ただし、図３及び図４に示すように、光強度の測定時の計算の高速化、メモリ容量の削減、及び演算回路の簡易化と、測定値の精度とを両立させるためには、次数は２次以上４次以下であることが好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の好適な一実施形態である光受信器の概略構成を示す図である。
【図２】図１の増倍率制御手段によってＡＰＤのＭ値が制御された場合の入力光パワーとモニタ電圧Ｖｍｏｎとの関係を示すグラフである。
【図３】測定点を２０点として入力光強度Ｐｉｎを変化させた場合の入力光強度の測定値と真値との比Ｒｐを示すグラフである。
【図４】測定点を５点として入力光強度Ｐｉｎを変化させた場合の入力光強度の測定値と真値との比Ｒｐを示すグラフである。
【符号の説明】
【００３１】
１…光受信器、２…ＡＰＤ、９…メモリ、ＩＡＰＤ…光電流、Ｖｍｏｎ…モニタ電圧。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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