(57)【要約】【課題】間欠的な光信号を受信し歪みの少ない電気信号を再生すること。【解決手段】光カップラー７で入力光を２波に分波し、一方を光電気変換器８に入力し、他方を光カップラー６の第一光入力ポートに入力する。光電気変換器８の出力をサンプルホールド回路５に入力し、その出力を光ゲート素子４の制御端子に入力する。光カップラー６の出力を等化増幅回路１に入力し、等化増幅信号からクロック・データ再生回路２でクロック信号を再生し、電気光変換器３で光クロック信号に変換する。光クロック信号を光ゲート素子４の光入力ポートに入力し、その出力光を光カップラー６の第二入力ポートに入力する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光を２波に分波して出力する第一光カップラーと、２波の入力光を合波して出力する光カップラーであって、前記第一光カップラーの出力光のうち一方を第一入力ポートに入力する第二光カップラーと、前記第一光カップラーの出力光のうちもう一方を電気信号に変換する光電気変換器と、前記第二光カップラーの出力光を電気信号に変換して等化増幅信号を出力する等化増幅回路と、前記等化増幅回路の等化増幅信号からクロック信号及びデータを再生するクロック・データ再生回路と、前記クロック信号を光クロック信号に変換する電気光変換器と、前記電気光変換器から光クロック信号を入力し、前記光クロック信号の透過と遮断を制御端子に入力する制御信号に応じて切り換え、透過光を前記第二光カップラーの第二入力ポートに出力する光ゲート素子と、前記光電気変換器の出力電圧を検出して一定時間保持してから放電することで、前記光クロック信号の透過と遮断を切り換えるための制御信号を前記制御端子に出力するサンプルホールド回路とを備えることを特徴とするバースト信号光受信装置。
【請求項２】
請求項１に記載のバースト信号光受信装置において、前記クロック・データ再生回路と前記電気光変換器との間に前記クロック信号を分周する分周器を備えること特徴とするバースト信号光受信装置。
【請求項３】
請求項１に記載のバースト信号光受信装置において、前記電気光変換器は、前記クロック・データ再生回路が出力するクロック信号に代えて、外部からのクロック信号を光クロック信号に変換することを特徴とするバースト信号光受信装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のバースト信号光受信装置において、前記第一光カップラーと第二光カップラーとの間に光遅延回路を備えることを特徴とするバースト信号光受信装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のバースト信号光受信装置において、前記サンプルホールド回路はバーストデータの最後尾に付加されたデータ終了コードを検知し、前記検知後一定時間経過した時にホールド電圧をリセットする回路を含むことを特徴とするバースト信号光受信装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載のバースト信号光受信装置において、前記サンプルホールド回路はホールド電圧が閾値以下になった時にホールド電圧をリセットする回路を含むことを特徴とするバースト信号光受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光パケット信号等の間欠的な光信号を受信し歪みの少ない電気信号を再生するバースト信号光受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光信号などを取り扱う光ネットワークでは、データ毎に異なる光強度の信号が受信されるため、等化増幅機能及び識別再生機能（３Ｒ）を有する光受信回路が必要になる。その光受信回路は、光信号を受光し電気信号に変換して一定電圧で出力する等化増幅回路と、クロック及びデータを再生するデータ・クロック再生回路から構成される。
【０００３】
ここで、等化増幅回路は、図１２に示すように、光信号を電気信号に変換するＰＤ（フォトダイオード）−前置増幅器１０１と、振幅を増幅して一定値に制限する振幅制限増幅器１０３から構成される。ＰＤ−前置増幅器１０１と振幅制限増幅器１０３とはキャパシタンス１０２で容量結合される。このようにＰＤ−前置増幅器１０１と振幅制限増幅器１０３を容量結合することにより、入力データに含まれるオフセットをキャンセルし、オートオフセットコントロール（ＡＯＣ）等の複雑な回路を構成する必要がなくなる。光受信器において増幅器間を容量結合している例は、特開２００１−３６４７０に開示されている。
【０００４】
しかしながら、等化増幅回路１００においてＰＤ−前置増幅器１０１と振幅制限増幅器１０３の間をキャパシタンス１０２で容量結合している場合、データの中心電位が各回路に設定された基準電圧に達するまで、ある程度の時間を要するため、バースト信号光のような瞬時応答を必要とするデータに対しては、適切な等化増幅信号が得られなくなるという問題が生じる。
【０００５】
図１０に、容量結合における入力データの過渡応答特性を示す。図１０では、図１１に示す容量結合回路において、伝送速度１００Ｇｂ／ｓ、電圧３．５Ｖのデータ（最小電位：０Ｖ、最大電位：３．５Ｖ）を１００ｐｆの容量Ｃに入力した時における出力電圧Ｖｏｕｔの過渡応答を示している。この特性のように、容量Ｃにデータ入力した場合、そのデータの中心電位が定常値に達するまで有限の時間を要するため、パケットの先頭データ部分において、立ち上がりが不安定になり、その結果識別に誤りが生ずる可能性が出てくる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３６４７０
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点に鑑み、光パケット信号等の間欠的な光信号を受信し歪みの少ない電気信号を再生する技術を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明のバースト信号光受信装置は、入力光を２波に分波して出力する第一光カップラーと、２波の入力光を合波して出力する光カップラーであって、前記第一光カップラーの出力光のうち一方を第一入力ポートに入力する第二光カップラーと、前記第一光カップラーの出力光のうちもう一方を電気信号に変換する光電気変換器と、前記第二光カップラーの出力光を電気信号に変換して等化増幅信号を出力する等化増幅回路と、前記等化増幅信号からクロック信号及びデータを再生するクロック・データ再生回路と、前記クロック信号を光クロック信号に変換する電気光変換器と、前記電気光変換器から光クロック信号を入力し、前記光クロック信号の透過と遮断を制御端子に入力する制御信号に応じて切り換え、透過光を前記第二光カップラーの第二入力ポートに出力する光ゲート素子と、前記光電気変換器の出力電圧を検出して一定時間保持してから放電することで、前記光クロック信号の透過と遮断を切り換えるための制御信号を前記制御端子に出力するサンプルホールド回路とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第２発明は、第１発明のバースト信号光受信装置において、前記クロック・データ再生回路と前記電気光変換器との間に前記クロック信号を分周する分周器を備えること特徴とする。
【００１０】
第３発明は、第１発明のバースト信号光受信装置において、前記電気光変換器は、前記クロック・データ再生回路が出力するクロック信号に代えて、外部からのクロック信号を光クロック信号に変換することを特徴とする。
【００１１】
第４発明は、第１発明から第３発明いずれかのバースト信号光受信装置において、前記第一光カップラーと第二光カップラーとの間に光遅延回路を備えることを特徴とする。
【００１２】
第５発明は、第１発明から第４発明いずれかのバースト信号光受信装置において、前記サンプルホールド回路はバーストデータの最後尾に付加されたデータ終了コードを検知し、前記検知後一定時間経過した時にホールド電圧をリセットする回路を含むことを特徴とする。
【００１３】
第６発明は、第１発明から第４発明いずれかのバースト信号光受信装置において、前記サンプルホールド回路はホールド電圧が閾値以下になった時にホールド電圧をリセットする回路を含むことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
本発明では、バースト信号光を受信しない期間は、別途、連続信号光を等化増幅回路に注入することで、結合容量に常に電荷が充電されている状態を作る。これにより、バーストデータを受信する直前には、等化増幅回路を構成する結合容量に電荷がチャージされていることになり、連続信号光受信と同等の等化特性を得ることができる。なお、バースト信号光を受信している期間は、前記連続信号光の注入を停止する。すなわち、連続信号光受信用の等化増幅回路でも間欠的なバースト信号光に応答できる受信器を実現することができる。
【００１６】
［第１実施例］
図１に、本発明の第１実施例として、請求項１に対応するバースト信号光受信装置の構成を示す。図１中の符号で、１は等化増幅回路、２はクロック・データ再生回路、３は電気光変換器、４は光ゲート素子、５はサンプルホールド回路、６は第二光カップラー、７は第一光カップラー、８は光電気変換器を示している。また、太線は光ファイバｆ０１〜ｆ０７等による光信号の伝送路を表し、細線は電気信号の伝送路を表す。
【００１７】
本第１実施例のバースト信号光受信装置では、図１に示すように、第一光カップラー７によって入力光信号を２波に分波し、２波のうち一方を、光信号を電気信号に変換する光電気変換器８に入力し、もう一方を、２波を合波して出力する第二光カップラー６の第一光入力ポートに入力する。光電気変換器８の出力は、その出力電圧を検出して一定時間保持してから放電するサンプルホールド回路５に入力される。このサンプルホールド回路５の出力は、光信号の透過と遮断を行う半導体増幅器（ＳＯＡ）等の光ゲート素子４の制御端子に入力される。また、第二光カップラー６の出力は、光信号を電気信号に変換し、等化増幅信号を出力する等化増幅回路１に入力される。等化増幅回路１の出力（等化増幅信号）は、クロック信号及びデータを再生するクロック・データ再生回路２に入力される。クロック・データ再生回路２が再生し出力するクロック信号は、電気信号を光信号に変換する電気光変換器３に入力する。電気光変換器３が変換して出力する光クロック信号は、光ゲート素子４の光入力ポートに入力する。光ゲート素子４の出力光（透過した光クロック信号）は、第二光カップラー６の第二入力ポートに入力する。
【００１８】
等化増幅回路３としては、例えば図１２に示したもの、つまり光信号を電気信号に変換するＰＤ−前置増幅器１０１と、ＰＤ−前置増幅器１０１の出力振幅を増幅して一定値に制限する振幅制限増幅器１０３と、ＰＤ−前置増幅器１０１の出力と振幅制限増幅器１０３の入力とを容量結合するキャパシタンス１０２からなるものが用いられる。
【００１９】
光ゲート素子４は制御端子に入力される電気信号に従って光信号の透過と遮断の切り換えを行うものであり、例えば、制御端子として電流入力端子を持つ半導体増幅器（ＳＯＡ）が用いられる
【００２０】
サンプルホールド回路５は無信号区間を検出するために、前述のように光電気変換器８の出力電圧を検出して一定時間保持してから放電するものであるが、その詳細は後述する。
【００２１】
今、例えば加入者側から局側に間欠的な高速な光信号（バースト信号光）の入力があるとする。ここでバースト周期は、パケット長に比較して長い場合と短い場合が起こり得る。局側の光受信器はそれを構成する等化増幅回路において、増幅器間を容量で結合しているとする。その場合、従来は、送信している光信号が無信号の間は、前記容量に電荷がチャージされていない。容量通過後の電位が一定値に達するには、ある程度の時間が必要になる。よって、データにプリアンブルを付加したとしても、最初のデータの受信に誤りが生ずる可能性がある。
【００２２】
そこで、本第１実施例では、無信号時において等化増幅回路１に連続信号光（光クロック信号）を注入する手段を採用している。以下、その実施方法を説明する。
【００２３】
図１において、バースト信号光は、第一光カップラー７に光ファイバｆ０３を介して入力される。そのとき、バースト信号光は第二光カップラー７により例えば１０：１に分岐され、強度の強い方は光ファイバｆ０２、ｆ０１を順に介して等化増幅回路１の前段の第二光カップラー６に、他方は光ファイバｆ０４を介してサンプルホールド回路５の前段の光電気変換回路８にそれぞれ入力される。
【００２４】
図５に示すタイムチャートにより、本第１実施例の原理を説明する。図５中、横軸は時間を表す。データ、クロック、サンプル／ホールドは電圧振幅を示し、ＳＯＡｏｕｔは光ゲート素子（例えば半導体光増幅器）４出力の光強度、Ｏ／Ｅｉｎは光電気変換器８入力の光強度を示す。
【００２５】
ここで、サンプルホールド回路５の具体例を挙げると、図６に示すように、データのピーク値を検出して一定時間保持し、ある時定数でもってそのホールド電圧を放電する機能を有するピーク検出回路５ａと、その放電の過程において前記ホールド電圧をリセットする機能を有するリセットパルス出力回路５ｂから構成される。例えば、バーストデータを受信したとき、サンプルホールド回路５により検出された電圧が”ハイ（ｈｉｇｈ）”レベルになる。サンプルホールド回路５内の緩和時間を決定する抵抗Ｒと容量Ｃの値は、バーストデータ長の間は検出した電位を保持するように設定する。
【００２６】
本第１実施例のサンプルホールド回路５は、リセットパルス出力回路５ｂとしてバーストデータの終了を検知するエッジ検出回路を具備する。エッジ検出の機能を以下に説明する。
【００２７】
一つの方法は、請求項５に対応するものであり、バーストデータの最後尾にデータの終了を表すデータ終了コードを付加しておく。データ終了コードの長さをｔ１秒とすると、エッジ検出回路は、このコードを検知してから、ｔ１＋ｔ２（ｔ２はバーストデータ間隔以下）秒後に検出パルスを出力する。この検出パルスは、本サンプルホールド回路５内のピークホールド回路５ａのホールド電圧出力部に入力され、ホールド電圧はリセットされる。
【００２８】
もう一つの方法は、請求項６に対応するものであり、前記のようなデータ終了コードをデータに付加しない。ホールド電圧はある時間を経過して放電され、電位が降下するので、その電位がある閾値以下になったときにエッジ検出回路にて検出パルスを発生させ、このパルスをピークホールド回路５ａのホールド電圧出力部に入力しホールド電圧のリセットに用いる。この場合、バーストデータの間隔がパケット長に比較して短いと、ホールド電圧が閾値まで降下しないことになるが、その時は、疑似的にバーストデータが連続信号光とみなせるので、光ゲート素子４を駆動させる必要がない。つまり、等化増幅回路１への光クロック信号の注入は行わない。
【００２９】
図７にバーストデータ間隔が長い場合のサンプルホールド回路５の動作を示し。図８にそれが短い場合の動作を示す。この機能により、バーストデータが無信号状態の時は、サンプルホールド回路５の検出ホールド電圧は”ロー（ｌｏｗ）”レベルになる。このハイとローの切り換えが、光クロック信号（連続信号光）を等化増幅回路１に注入する際の切り換えと連動するようにする。すなわち、上記の例では、サンプルホールド回路５の出力が”ハイ”の時は、ＳＯＡ（半導体光増幅器）等の光ゲート素子４の光出力が遮断状態となるように光ゲート素子４の制御端子を駆動し、反対にサンプルホールド回路５の出力が”ロー”の時は、ＳＯＡ等の光ゲート素子４の光出力が透過状態となるように制御端子を駆動する。
【００３０】
この駆動動作は、光ゲート素子４がＳＯＡの場合、例えば電流入力端子の前段のサンプルホールド回路５にホールド電圧を反転する電圧反転回路を設置して、その反転電圧を電流に変換してＳＯＡを制御することにより実現できる。図１に示す例では、クロック・データ再生回路２のクロック出力を半導体レーザ（ＬＤ）等の電気光変換器３により光クロックに変換し、半導体光増幅器（ＳＯＡ）４の光入力ポートに入力する。このＳＯＡ４の電流入力端子にサンプルホールド回路５の出力電圧を先に述べた極性でバイアスすることにより、光出力がスイッチングされる。すなわち、バースト信号光を受信しない時はＳＯＡ４の光出力はオンになり、連続信号光（光クロック信号）が等化増幅回路１に注入される。また、バースト信号光を受信する時はＳＯＡ４の光出力はオフになり、等化増幅回路１への連続信号光の注入は停止される。
【００３１】
なお、電圧反転回路はサンプルホールド回路５に持たせても、あるいは、光ゲート素子４に持たせても、あるいは、これらと独立に備えても良い。また、光ゲート素子４が、サンプルホールド回路５の出力が”ロー”の時に光出力が遮断の状態となり、反対にサンプルホールド回路５の出力が”ハイ”の時に光出力が透過されるようなものである場合は、電圧反転回路は不要である。
【００３２】
本第１実施例では、クロック・データ再生回路２の動作開始時点では、注入する連続信号光の元となるクロック信号が再生されないため、クロックを確立させるためのダミーデータをクロック・データ再生回路２の作動直後に受信させるようにすると良い。
【００３３】
［第２実施例］
図２に、本発明の第２実施例として、請求項２に係るバースト信号光受信装置を示す。上記第１実施例では、連続信号光に用いる光クロック信号をクロック・データ再生回路２で再生したクロック信号から作り出している。この場合、連続信号光の周波数は、データの周波数の２倍の値を持つので、クロック・データ再生回路２に再度注入された時に誤動作を起こす可能性がある。そこで、本第２実施例では、クロック・データ再生回路２のクロック出力と電気光変換器（半導体レーザ）３との間に分周器９を挿入して、クロック信号の周波数を１／２に分周する方法をとっている。このような構成とすることにより、クロック・データ再生回路２の動作周波数に適した連続信号光（光クロック信号）を無信号時に注入することができる。図２において、図１と同一機能部分には同一符号を付し、説明の重複を省く。
【００３４】
［第３実施例］
図３に、本発明の第３実施例として、請求項３に対応するバースト信号光受信装置の構成を示す。上記第１実施例では、クロック・データ再生回路２が再生出力するクロック信号を電気光変換器３で光クロック信号に変換して連続信号光注入に用いていたが、再生クロック信号の代わりに、図３に示すように外部からのクロック信号を用いることも可能である。この外部クロック信号の周波数は、クロック・データ再生回路２の動作周波数に適したものとされる。図３において、図１と同一機能部分には同一符号を付し、説明の重複を省く。
【００３５】
［第４実施例］
図４に、本発明の第４実施例として、請求項４に係るバースト信号光受信装置を示す。上記第１〜第３の各実施例においては、バーストデータの検出にサンプルホールド回路５を用いているため、バーストデータの検出にはある程度の時間を要する。そこで、本第４実施例では、図４に示すように、第一光カップラー７と第二光カップラー６との間に光遅延線１０等の光遅延回路を挿入することにより、バーストデータの検出時間の遅れを補償している。サンプルホールド回路５の応答特性（時間−検出電圧特性）の例を図９に示す。サンプルホールド回路５の検出電圧が一定値Ｖｓｈに達するまでの時間がｔｄの時、例えば光遅延線１０の長さを調整することにより、光バーストデータの遅延時間がｔｄになるように遅延時間調整を行う。図４において、図１と同一機能部分には同一符号を付し、説明の重複を省く。なお、図２、図３においても、光遅延線１０等の光遅延回路を第一光カップラー７と第二光カップラー６との間に挿入すると良い。
【００３６】
【発明の効果】
以上の説明したように、本発明では、等化増幅回路の入力に連続信号光（光クロック信号）を無信号区間にて注入することにより、等化増幅回路の段間容量に常時電化が充電された状態となり、連続信号光用の受信器でバーストデータの受信が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るバースト光信号受信装置のブロック構成を示す図。
【図２】本発明の第２実施例に係るバースト光信号受信装置のブロック構成を示す図。
【図３】本発明の第３実施例に係るバースト光信号受信装置のブロック構成を示す図。
【図４】本発明の第４実施例に係るバースト光信号受信装置のブロック構成を示す図。
【図５】本発明に係るバースト光信号受信装置の動作原理を説明するためのタイムチャート例を示す図。
【図６】サンプルホールド回路のブロック構成例を示す図。
【図７】本発明に係るバースト光信号受信装置においてデータ間隔が長い場合のサンプルホールド機能を示す図。
【図８】本発明に係るバースト光信号受信装置においてデータ間隔が短い場合のサンプルホールド機能を示す図。
【図９】サンプルホールド回路の立ち上がり特性を示す図。
【図１０】容量結合による過渡特性を示す図。
【図１１】図１０の特性を持つ回路例を示す図。
【図１２】従来の等化増幅回路の構成例を示す図。
【符号の説明】
１  等化増幅回路
２  クロック・データ再生回路
３  電気光変換器
４  光ゲート素子
５  サンプルホールド回路
５ａ    ピーク検出回路
５ｂ    リセットパルス出力回路
６  第一光カップラー
７  第二光カップラー
８  光電気変換器
９  分周器
１０  光遅延線
ｆ０１〜ｆ０７  光ファイバ
１００  等化増幅回路
１０１  ＰＤ−前置増幅器
１０２  キャパシタンス
１０３  振幅制限増幅器
【図１】
2004222116.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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