JP6182897B2

JP6182897B2 - 光受信器および光受信方法

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Inventors: 有秀野田
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Description

本発明は、光受信器および光受信方法に関し、特に、自動出力制御手段を備えた光受信器および光受信方法に関する。

インターネット内の情報量（トラフィック）の増大等に伴い基幹伝送システムの更なる大容量化が求められている。大容量化とともに受信感度の向上が重要となっており、受信感度に優れたコヒーレント光通信方式が注目されている。コヒーレント光通信方式における光受信器においては、伝送されてきた光信号を受信し、局部発振光源を用いたヘテロダイン検波により復調する。その後、復調信号をデジタル処理し、データ信号の再生を行う。

このような光受信器においては、伝送されてきた光信号の強度（レベル）が変化した場合であっても、光受信器内におけるデジタル処理への入力電気信号の振幅（レベル）は一定であることが望ましい。これはＬＳＩ（ＬａｒｇｅＳｃａｌｅＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などで構成されるデジタル信号処理回路の入力電気信号の振幅（レベル）が変動すると、エラーを発生する可能性があるからである。そのため光受信器では、出力電気信号の振幅（レベル）が次段のデジタル信号処理回路への入力電気信号として常に最適な振幅（レベル）となるように、信号増幅器の利得を可変できる構成としている。このような利得可変できる信号増幅器は自動利得制御（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ：ＡＧＣ)増幅器と呼ばれ、外部からの制御信号によりその増幅利得を可変することができる。

図９に、コヒーレント光通信方式で用いられる関連する光受信器の構成の一例を示す。関連する光受信器５００は、光カプラ５０２、局部発振光源（ＬＯ−ＬＤ）５０３、受光素子５０４、５０５、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）５０６、可変利得増幅器（ＡＧＣ）５０７、ピーク検出器（ＰＤＥＴ）５０８、および制御回路（ＣＯＮＴ）５０９を有する。

伝送された光入力信号５０１は、光カプラ５０２において局部発振光源（ＬＯ−ＬＤ）５０３が出力する局部発振光と混合され、受光素子５０４、５０５においてヘテロダイン検波される。ヘテロダイン検波によって生成されたビート電気信号は、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）５０６で増幅され、次段の可変利得増幅器（ＡＧＣ）５０７に送られる。ビート電気信号は可変利得増幅器（ＡＧＣ）５０７においてさらに増幅され、出力電気信号５１１として出力される。

ここで関連する光受信器５００では、出力電気信号５１１の一部を分岐し、ピーク検出器（ＰＤＥＴ）５０８において、その振幅（レベル）を検出する構成としている。検出された信号は、制御回路（ＣＯＮＴ）５０９において外部基準電圧（ＲＥＦ）５１０と比較され、その誤差信号が可変利得増幅器（ＡＧＣ）５０７に入力される。ここで、可変利得増幅器（ＡＧＣ）５０７からピーク検出器（ＰＤＥＴ）５０８および制御回路（ＣＯＮＴ）５０９を経由して、可変利得増幅器（ＡＧＣ）５０７に帰還する自動利得制御（ＡＧＣ）ループが形成されている。可変利得増幅器（ＡＧＣ）５０７は、制御回路（ＣＯＮＴ）５０９の誤差信号が常にゼロとなるように増幅利得を変化させる。この動作により、外部基準電圧（ＲＥＦ）５１０の設定に応じて、出力電気信号５１１の振幅（レベル）が常に一定となるように制御することができる。

関連する光受信器５００においては、光入力信号５０１または局部発振光の強度（レベル）が変動すると、これに応じてトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）５０６が出力するビート電気信号の強度（レベル）も変化する。しかし、上述した構成とすることにより、可変利得増幅器（ＡＧＣ）５０７はビート電気信号の強度（レベル）に応じて増幅利得を可変するので、関連する光受信器５００は出力電気信号５１１の振幅（レベル）が一定となるように動作することが可能となる。

また、パッシブ・ダブル・スター光加入者伝送方式で用いられる関連するバーストモード光受信器の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されたバーストモード光受信器は、ｐｉｎフォトダイオード、トランスインピーダンスアンプ、第１の自動利得制御回路、第２の自動利得制御回路、および識別回路を有する。ｐｉｎフォトダイオードで光電変換されて生成したバースト信号光電流は、トランスインピーダンスアンプで電圧に変換される。そして第１の自動利得制御回路、第２の自動利得制御回路を経て識別回路に導かれ、ロジックレベルの２値符号に変換される。

ここで、第１の自動利得制御回路は、一定時間内において入力パワー最大のバーストの振幅を検出し、入力パワー最大のバーストの出力振幅を一定とする。また第２の自動利得制御回路は、第１の自動利得制御回路出力に対して、全バーストの出力振幅を一定とする利得制御をバーストごとに行うこととしている。

特開平６−３３４６０９号公報（段落「００２２」〜「００２５」）

上述した関連するコヒーレント光受信器のように、光受信器における自動利得制御では利得の可変範囲が大きく、また制御の速度は早い方が好ましい。

具体的に説明すると例えば、図９に示した関連する光受信器５００における光入力信号５０１は、種々の光伝送路系の条件（伝送距離、光ファイバの特性など）に依存して、その強度（レベル）が異なる。また、時間による揺らぎや経年的な変化、およびシステムの保守などによってもその強度（レベル）に変化が生じる。そして、この変化量や変化時間は原因となる条件によって異なる。したがって、光入力信号５０１の大きな変化にも対応できるように、利得の可変範囲が大きいことが必要である。さらに、急峻な時間変化、例えば数ミリ秒（ｍｓ）から数１０ミリ秒（ｍｓ）の変化にも追従できるように、制御の速度が十分に速いことが必要となる。

しかしながら、光受信器において利得の可変範囲を大きくするために、可変利得増幅器（ＡＧＣ）５０７の利得を大きくすると、その動作が不安定となる。これに加え、制御ループの速度が速いという条件が加わると、制御ループ系そのものが自己微動するなどして不安定となり、発振などを引き起こす可能性がある。すなわち、自動出力制御手段として用いる自動利得制御の利得の可変範囲を拡大し、制御速度を増大すると、安定した制御を行うことが困難となる。

このように、関連する光受信器においては、自動出力制御手段を用いて入力光の変動に対応しようとすると、安定した制御を行うことが困難になる、という問題があった。

本発明の目的は、上述した課題である、関連する光受信器においては、自動出力制御手段を用いて入力光の変動に対応しようとすると、安定した制御を行うことが困難になる、という課題を解決する光受信器および光受信方法を提供することにある。

本発明の光受信器は、入力した信号光を光電変換して電気信号を出力する受光部と、電気信号の振幅値が一定となるように制御する出力制御部、とを有し、出力制御部は、第１の自動出力制御ループと、第１の自動出力制御ループと制御速度が異なる第２の自動出力制御ループを備える。

本発明の光受信方法は、信号光を光電変換して電気信号を取得し、電気信号を増幅し、電気信号の振幅値が一定となるように増幅率を制御し、増幅率の制御は、制御速度が異なる複数の制御ステップにより行う。

本発明の光受信器および光受信方法によれば、自動出力制御手段を備えた光受信器において、入力光の変動があった場合であっても、安定した制御を行うことが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る光受信器の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る光受信器の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施形態に係る光受信器が備える自動利得制御ループの制御ループ帯域を示す概略図である。本発明の第２の実施形態に係る光受信器の光入力信号波形の一例を示す概略図である。本発明の第２の実施形態に係る光受信器の光入力信号波形の別の一例を示す概略図である。本発明の第３の実施形態に係る光受信器の構成を示すブロック図である。本発明の第３の実施形態に係る光受信器の別の構成を示すブロック図である。本発明の第４の実施形態に係る光受信器の構成を示すブロック図である。関連する光受信器の構成を示すブロック図である。

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。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光受信器１０の構成を示すブロック図である。光受信器１０は、入力した信号光を光電変換して電気信号を出力する受光部２０と、この電気信号の振幅値が一定となるように制御する出力制御部３０とを有する。ここで、出力制御部３０は、第１の自動出力制御ループ３１と、第１の自動出力制御ループと制御速度が異なる第２の自動出力制御ループ３２を備える。

このように、本実施形態による光受信器１０は、出力電気信号の振幅（レベル）が一定となるように動作する出力制御部３０を備えている。そのため、入力した信号光（光入力信号）の強度（レベル）が変動した場合であっても一定レベルの出力電気信号が得られる。ここで、出力制御部３０は、制御速度が互いに異なる第１の自動出力制御ループ３１と第２の自動出力制御ループ３２を備えている。したがって、光入力信号の強度（レベル）の種々の変動状況や条件に応じて、各自動出力制御ループをそれぞれ独立に最適動作させることができる。

このような構成とすることにより、本実施形態による光受信器１０によれば、自動出力制御手段としての自動出力制御ループを備えた光受信器において、入力光の変動があった場合であっても、安定した制御を行うことが可能となる。

具体的には例えば、第１の自動出力制御ループ３１は、大きな可変利得の範囲を有し、かつ制御速度が低速である構成とし、第２の自動出力制御ループ３２は、小さな可変利得の範囲を有し、かつ制御速度が高速である構成とすることができる。

また、第１の自動出力制御ループ３１は、第１のフィルタを含むフィードバックループを構成し、第２の自動出力制御ループ３２は、第１のフィルタと通過帯域が異なる第２のフィルタを含むフィードバックループを構成することとしてもよい。具体的には、第１のフィルタには、高域通過フィルタおよび低域通過フィルタのいずれか一方、例えば低域通過フィルタを用いることができる。このとき、第２のフィルタは、高域通過フィルタおよび低域通過フィルタのうち第１のフィルタと異なる方、上述の場合は高域通過フィルタとすることができる。

次に、本実施形態による光受信方法について説明する。本実施形態による光受信方法においては、信号光を光電変換して電気信号を取得し、この電気信号を増幅する。このとき、電気信号の振幅値が一定となるように増幅率を制御する。ここで、増幅率の制御は、制御速度が異なる複数の制御ステップにより行う。

このように、本実施形態の光受信方法においては、増幅率の制御は制御速度が異なる複数の制御ステップにより行うこととしているので、光入力信号の強度（レベル）の種々の変動状況や条件に応じて、各制御ステップをそれぞれ独立に最適化することができる。そのため、入力光の変動があった場合であっても、安定した制御を行うことが可能となる。

〔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２は、本発明の第２の実施形態に係る光受信器１００の構成を示すブロック図である。光受信器１００はコヒーレント光通信方式に用いられる構成とした。

光受信器１００は、光入力信号１０１を入力する光混合部としての光カプラ１０２、局部発振光源（ＬＯ−ＬＤ）１０３、受光素子１０４、１０５、およびトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１０６を有し、これらが受光部を構成している。

さらに、光受信器１００は第１の自動出力制御ループとしての第１の自動利得制御ループ１５０と、第２の自動出力制御ループとしての第２の自動利得制御ループ１６０を備えている。

第１の自動利得制御ループ１５０はフィードバックループを構成し、フィードバックループ内に、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７、低域通過フィルタ（ＬＰＥ）１０８、第１のピーク検出器（ＰＤＥＴ１）１０９、および第１の制御回路（ＣＯＮＴ１）１１０を備える。ここで、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７は、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１０６が出力する電気信号を入力し、増幅して出力する。第１のフィルタとしての低域通過フィルタ（ＬＰＥ）１０８は、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７の出力の一部を入力する。第１のピーク検出器（ＰＤＥＴ１）１０９は、低域通過フィルタ（ＬＰＥ）１０８を通過した第１の電気信号のピーク値である第１のピーク値を検出する。第１の制御部としての第１の制御回路（ＣＯＮＴ１）１１０は、第１のピーク値を第１の基準値としての第１の外部基準電圧（ＲＥＦ１）１１１と比較し、第１のピーク値が第１の外部基準電圧（ＲＥＦ１）１１１と一致するように第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７の利得を制御する。

第２の自動利得制御ループ１６０はフィードバックループを構成し、フィードバックループ内に、第２の可変利得増幅器（ＡＧＣ２）１１２、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１１３、第２のピーク検出器（ＰＤＥＴ２）１１４、および第２の制御回路（ＣＯＮＴ２）１１５を備える。ここで、第２の可変利得増幅器（ＡＧＣ２）１１２は、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７の出力の一部を入力する。第２のフィルタとしての高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１１３は、第２の可変利得増幅器（ＡＧＣ２）１１２の出力の一部を入力する。第２のピーク検出器（ＰＤＥＴ２）１１４は、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１１３を通過した第２の電気信号のピーク値である第２のピーク値を検出する。第２の制御部としての第２の制御回路（ＣＯＮＴ２）１１５は、第２のピーク値を第２の基準値としての第２の外部基準電圧（ＲＥＦ２）１１６と比較し、第２のピーク値が第２の外部基準電圧（ＲＥＦ２）１１６と一致するように第２の可変利得増幅器（ＡＧＣ２）１１２の利得を制御する。

このような構成とすることにより、本実施形態の光受信器１００では、自動出力制御ループとして第１の自動利得制御ループ１５０と第２の自動利得制御ループ１６０という２つの特性が異なる制御ループが構成される。すなわち、第１の自動利得制御ループ１５０は、高利得で制御範囲が大きく、かつ低速度な制御ループである。一方、第２の自動利得制御ループ１６０は、低利得で制御範囲が小さく、かつ高速度な制御ループである。

具体的には、第１の自動利得制御ループ１５０では、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７は高い増幅利得を有し、かつ可変利得の範囲が大きい、つまりダイナミックレンジが広い特性を備えた構成としている。しかし、制御ループの速度は低域通過フィルタ（ＬＰＥ）１０８の帯域で制限されるため、より低速に設定されている。逆に、第２の自動利得制御ループ１６０では、第２の可変利得増幅器（ＡＧＣ２）１１２は低い増幅利得を有し、かつ可変利得の範囲も小さい、つまりダイナミックレンジが狭い特性を備えた構成としている。一方、制御ループの速度は高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１１３の帯域により、第１の自動利得制御ループ１５０よりも高速に設定される。

このような構成とすることにより、本実施形態による光受信器１００によれば、光入力信号の強度（レベル）の種々の変動状況や条件に応じて、各自動利得制御ループをそれぞれ独立に最適動作させることができる。そのため、入力光の変動があった場合であっても、安定した制御を行うことが可能となる。

次に、本実施形態による光受信器１００の動作について説明をする。

光ファイバを伝送した光入力信号１０１は、光カプラ１０２において局部発振光源（ＬＯ−ＬＤ）１０３から出力された局部発振光と混合され、さらに１／２ずつ分岐されて２つの受光素子１０４、１０５に出力される。この混合光は受光素子１０４、１０５においてヘテロダイン検波され、光入力信号１０１と局部発振光とのわずかな光波長（光周波数）の差分に応じたビート電気信号が生成される。このビート電気信号は、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１０６で増幅される。なおこのトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１０６までは、線形増幅となるよう構成されている。

増幅されたビート電気信号は、次段の第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７と第２の可変利得増幅器（ＡＧＣ２）１１２によって、光受信器１００の出力電気信号１１７があらかじめ決められた振幅（レベル）になるまで増幅される。ここで、本実施形態の光受信器１００では上述したように、第１の自動利得制御ループ１５０と第２の自動利得制御ループ１６０の２つの自動利得制御ループが構成されている。

第１の自動利得制御ループ１５０では、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７の出力電気信号（増幅されたビート電気信号）の一部を分岐し、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１０８で低域周波数成分のみ通過させる。これにより、制御ループの速度が低速に制限される。低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１０８を通過した電気信号について、第１のピーク検出器（ＰＤＥＴ１）１０９は振幅（レベル）のピークを検出する。ピーク検出された電気信号のレベルは、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７から出力される出力電気信号の強度（レベル）に比例している。

ピーク検出された信号のレベルは、第１の制御回路（ＣＯＮＴ１）１１０において第１の外部基準電圧（ＲＥＦ１）１１１と比較される。比較された結果は、ピーク検出された信号のレベルと第１の外部基準電圧（ＲＥＦ１）１１１との誤差信号である。第１の制御回路（ＣＯＮＴ１）１１０は、この誤差信号によって第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７の利得制御を行う。

光入力信号１０１や局部発振光源（ＬＯ−ＬＤ）１０３の強度（レベル）が変動すると、トランスインピーダンス増幅器１０６からのビート電気信号の強度（レベル）も変動する。しかし、第１の自動利得制御ループ１５０の動作により、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７の利得は第１の制御回路（ＣＯＮＴ１）１１０が検出する誤差信号が常にゼロとなるよう変化する。そのため、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７の出力電気信号の強度（レベル）は一定に保たれる。なお、第１の外部基準電圧（ＲＥＦ１）１１１を変更することによって、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７の一定となる出力電気信号の強度（レベル）を変えることが可能である。

第１の自動利得制御ループ１５０の後段には、低利得で制御範囲が小さく、高速度な第２の自動利得制御ループ１６０が配置されている。第２の自動利得制御ループ１６０の動作は、上述した第１の自動利得制御ループ１５０の動作と同様である。ただし、第２の自動利得制御ループ１６０では、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１０８の替わりに高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１１３が用いられる。これにより高域周波数成分のみが通過するので、第２の自動利得制御ループ１６０の速度は高速となる。

図３に、第１の自動利得制御ループ１５０の制御ループ帯域（領域１）および第２の自動利得制御ループ１６０の制御ループ帯域（領域２）をそれぞれ示す。縦軸はピーク検出器の出力、横軸は周波数である。

第１の自動利得制御ループ１５０は、ループ速度そのものは遅いが、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７の利得が大きいことから、その利得可変範囲も大きい（領域１）。そのため、図４に例示したように、光入力信号１０１のレベルが約１０ｄＢから約１００ｄＢの範囲で大きく変化する場合であっても、追従することが可能である。

一方、第２の自動利得制御ループ１６０は、図３の領域２に示したように、第２の可変利得増幅器（ＡＧＣ２）１１２の利得が小さく、その利得可変範囲も小さいが、ループ速度は速い。そのため、図５に例示したように、光入力信号１０１のレベルが瞬時変動のように約１ｍｓから約１００ｍｓの範囲で急峻に変化する場合であっても、追従することが可能である。

次に、本実施形態による光受信方法について説明する。本実施形態による光受信方法においては、まず、信号光を光電変換して電気信号を取得し、この電気信号を増幅する。このとき、電気信号の振幅値が一定となるように増幅率を制御する。増幅率の制御は、制御速度が異なる複数の制御ステップにより行う。

ここで、複数の制御ステップは第１の制御ステップと第２の制御ステップを含む。

第１の制御ステップは、電気信号を第１の増幅率で増幅して第１の増幅電気信号を取得し、第１の増幅電気信号のうち第１の通過帯域に含まれる第１の電気信号を取り出す。そして、第１の電気信号のピーク値である第１のピーク値を検出する。この第１のピーク値を第１の基準値と比較し、第１のピーク値が第１の基準値と一致するように第１の増幅率を制御する。

また、第２の制御ステップは、第１の増幅電気信号を第２の増幅率で増幅して第２の増幅電気信号を取得し、第２の増幅電気信号のうち第１の通過帯域と異なる第２の通過帯域に含まれる第２の電気信号を取り出す。そして、第２の電気信号のピーク値である第２のピーク値を検出する。この第２のピーク値を第２の基準値と比較し、第２のピーク値が第２の基準値と一致するように第２の増幅率を制御する。

このように、本実施形態の光受信方法においては、増幅率の制御は制御速度が異なる第１の制御ステップと第２の制御ステップにより行うこととしている。そのため、光入力信号の強度（レベル）の種々の変動状況や条件に応じて、各制御ステップをそれぞれ独立に最適化することができる。これにより、入力光の変動があった場合であっても、安定した制御を行うことが可能となる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図６は、本発明の第３の実施形態に係る光受信器２００の構成を示すブロック図である。光受信器２００はコヒーレント光通信方式に用いられる構成とした。

光受信器２００は、光入力信号１０１を入力する光カプラ１０２、局部発振光源（ＬＯ−ＬＤ）１０３、受光素子１０４、１０５、およびトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１０６を有し、これらが受光部を構成している。この受光部の構成は第２の実施形態による光受信器１００と同様である。

本実施形態の光受信器２００では、出力制御部を構成する、第１の自動出力制御ループとしての第１の自動利得制御ループ２５０と、第２の自動出力制御ループとしての第２の自動利得制御ループ２６０の構成が、第２の実施形態によるものと異なる。すなわち、第２の実施形態による光受信器１００においては、第１の自動利得制御ループ１５０と第２の自動利得制御ループ１６０は従属接続されている。それに対して、本実施形態の光受信器２００では、第１の自動利得制御ループ２５０の中に第２の自動利得制御ループ２６０が含まれた構成とした。

次に、本実施形態による光受信器２００が備える第１の自動利得制御ループ２５０と第２の自動利得制御ループ２６０の構成について、さらに詳細に説明する。

第１の自動利得制御ループ２５０はフィードバックループを構成し、フィードバックループ内に、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）２０７、低域通過フィルタ（ＬＰＥ）２０８、第１のピーク検出器（ＰＤＥＴ１）２０９、および第１の制御回路（ＣＯＮＴ１）２１０を備える。ここで、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）２０７は、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１０６が出力する電気信号を入力する。

第１のピーク検出器（ＰＤＥＴ１）２０９は、第１のフィルタとしての低域通過フィルタ（ＬＰＥ）２０８を通過した第１の電気信号のピーク値である第１のピーク値を検出する。第１の制御部としての第１の制御回路（ＣＯＮＴ１）２１０は、第１のピーク値を第１の基準値としての第１の外部基準電圧（ＲＥＦ１）２１１と比較し、第１のピーク値が第１の外部基準電圧（ＲＥＦ１）２１１と一致するように第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）２０７の利得を制御する。

一方、第２の自動利得制御ループ２６０はフィードバックループを構成し、フィードバックループ内に、第２の可変利得増幅器（ＡＧＣ２）２１２、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）２１３、第２のピーク検出器（ＰＤＥＴ２）２１４、および第２の制御回路（ＣＯＮＴ２）２１５を備える。ここで、第２の可変利得増幅器（ＡＧＣ２）２１２は、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）２０７の出力を入力する。第２のフィルタとしての高域通過フィルタ（ＨＰＦ）２１３は、第２の可変利得増幅器（ＡＧＣ２）２１２の出力の一部を入力する。第２のピーク検出器（ＰＤＥＴ２）２１４は、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）２１３を通過した第２の電気信号のピーク値である第２のピーク値を検出する。そして、第２の制御部としての第２の制御回路（ＣＯＮＴ２）２１５は、第２のピーク値を第２の基準値としての第２の外部基準電圧（ＲＥＦ２）２１６と比較し、第２のピーク値が外部基準電圧（ＲＥＦ２）２１６と一致するように第２の可変利得増幅器（ＡＧＣ２）２１２の利得を制御する。

ここで、第１の自動利得制御ループ２５０に含まれる第１のフィルタとしての低域通過フィルタ（ＬＰＥ）２０８は、第２の可変利得増幅器（ＡＧＣ２）２１２の出力の一部を入力する構成としている。

ここで、初段に配置された第１の自動利得制御ループ２５０は、図５に例示した光入力信号１０１のレベルが瞬時変動するような急峻な変化には反応しない。そのため、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）２０７の出力電気信号は変動を起こす。しかし、このような場合であっても、次段の第２の自動利得制御ループ２６０が動作するので、光受信器２００の出力電気信号２１７の振幅（レベル）は一定に保たれる。

このように、本実施形態による光受信器２００によれば、光入力信号の強度（レベル）の種々の変動状況や条件に応じて、各自動利得制御ループをそれぞれ独立に最適動作させることができる。そのため、入力光の変動があった場合であっても、安定した制御を行うことが可能となる。

図７に、本実施形態の別の構成による光受信器３００のブロック図を示す。光受信器３００においても第１の自動利得制御ループ３５０の中に第２の自動利得制御ループ３６０が含まれた構成である。しかし、可変利得増幅器は一個だけであり、第１の自動利得制御ループ３５０と第２の自動利得制御ループ３６０で第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）３０７を共有する構成とした。ここで、各自動利得制御ループにおける２個の誤差信号を加算器３１６で合成し、合成した誤差信号によって可変利得増幅器（ＡＧＣ１）３０７の利得を制御することとした。

次に、本実施形態による別の光受信器３００が備える第１の自動利得制御ループ３５０と第２の自動利得制御ループ３６０の構成について、さらに詳細に説明する。

第１の自動出力制御ループ３５０はフィードバックループを構成し、フィードバックループ内に、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）３０７、低域通過フィルタ（ＬＰＥ）３０８、第１のピーク検出器（ＰＤＥＴ１）３０９、および第１の制御回路（ＣＯＮＴ１）３１０を備える。ここで、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）３０７は、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１０６が出力する電気信号を入力する。第１のフィルタとしての低域通過フィルタ（ＬＰＥ）３０８は、第１の可変利得増幅器３０７の出力の一部を入力する。第１のピーク検出器（ＰＤＥＴ１）３０９は、低域通過フィルタ（ＬＰＥ）３０８を通過した第１の電気信号のピーク値である第１のピーク値を検出する。そして、第１の制御部としての第１の制御回路（ＣＯＮＴ１）３１０は、第１のピーク値を第１の基準値としての第１の外部基準電圧（ＲＥＦ１）３１１と比較し、第１のピーク値と第１の外部基準電圧（ＲＥＦ１）３１１との差分に基づく第１の誤差信号を出力する。

第２の自動出力制御ループ３６０はフィードバックループを構成し、フィードバックループ内に、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）３０７、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）３１２、第２のピーク検出器（ＰＤＥＴ２）３１３、および第２の制御回路（ＣＯＮＴ２）３１４を備える。ここで、第２のフィルタとしての高域通過フィルタ（ＨＰＦ）３１２は、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）３０７の出力の一部を入力する。第２のピーク検出器（ＰＤＥＴ２）３１３は、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）３１２を通過した第２の電気信号のピーク値である第２のピーク値を検出する。第２の制御部としての第２の制御回路（ＣＯＮＴ２）３１４は、第２のピーク値を第２の基準値としての第２の外部基準電圧（ＲＥＦ２）３１５と比較し、第２のピーク値と第２の外部基準電圧（ＲＥＦ２）３１５との差分に基づく第２の誤差信号を出力する。

ここで、第１の自動出力制御ループ３５０内に加算器３１６が配置され、この加算器３１６は第１の誤差信号と第２の誤差信号の和を第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）３０７に出力する。そして、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）３０７は、第１の誤差信号と第２の誤差信号の和に基づいて利得を可変する構成とした。

このような構成とした光受信器３００によっても、光入力信号の強度（レベル）の種々の変動状況や条件に応じて、各自動利得制御ループをそれぞれ独立に最適動作させることができる。そのため、入力光の変動があった場合であっても、安定した制御を行うことが可能となる。また、光受信器３００では可変利得増幅器は一個だけであるので、回路面積を縮小し、消費電力を低減することができる。

なお、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）３０７は利得が高く可変利得の範囲も大きい構成としていることから、動作が不安定となり発振などを引き起こすことも考えられる。しかし、第２の自動利得制御ループ３６０の第２の制御回路（ＣＯＮＴ２）３１４が出力する第２の誤差信号の出力範囲を制限することによって、動作を安定させることができる。

〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図８は、本発明の第４の実施形態に係る光受信器４００の構成を示すブロック図である。光受信器４００はコヒーレント光通信方式に用いられる構成とした。

光受信器４００は、光入力信号１０１を入力する光カプラ１０２、局部発振光源（ＬＯ−ＬＤ）４０３、受光素子１０４、１０５、およびトランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１０６を有し、これらが受光部を構成している。光混合部としての光カプラ１０２は、局部発振光源（ＬＯ−ＬＤ）４０３が出力する局部発振光と入力信号光としての光入力信号１０１を混合して干渉信号光を出力する。ここで、局部発振光源（ＬＯ−ＬＤ）４０３は出力を制御可能な構成とした。それ以外の受光部の構成は第２の実施形態による光受信器１００と同様であり、受光部は信号光としての干渉信号光を光電変換して電気信号を出力する。

本実施形態の光受信器４００では、出力制御部を構成する、第１の自動出力制御ループとしての第１の自動利得制御ループ１５０は第２の実施形態によるものと同様である。しかし、第２の自動出力制御ループとしての第２の自動利得制御ループ４６０の構成が第２の実施形態によるものと異なる。すなわち、第２の自動利得制御ループ４６０では、自動利得制御の手段として可変利得増幅器（ＡＧＣ）を用いずに、局部発振光源（ＬＯ−ＬＤ）４０３の出力を制御する構成とした。

局部発振光源（ＬＯ−ＬＤ）４０３の光出力レベルは、例えば、レーザダイオードの駆動電流を制御することにより、または可変光アッテネータを制御すること等によって可変させることができる。これにより、受光素子４０４、４０５へ入力する光入力信号１０１と局部発振光との混合光のレベルを変化させ、ヘテロダイン検波によって生成されるビート電気信号の強度（レベル）を変化させることが可能である。

次に、本実施形態による光受信器４００が備える第１の自動利得制御ループ１５０と第２の自動利得制御ループ４６０の構成について、さらに詳細に説明する。

第１の自動利得制御ループ１５０はフィードバックループを構成し、フィードバックループ内に、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７、低域通過フィルタ（ＬＰＥ）１０８、第１のピーク検出器（ＰＤＥＴ１）１０９、および第１の制御回路（ＣＯＮＴ１）１１０を備える。ここで、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７は、トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）１０６が出力する電気信号を入力する。

第１のフィルタとしての低域通過フィルタ（ＬＰＥ）１０８は、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７の出力の一部を入力する。第１のピーク検出器（ＰＤＥＴ１）１０９は、低域通過フィルタ（ＬＰＥ）１０８を通過した第１の電気信号のピーク値である第１のピーク値を検出する。第１の制御部としての第１の制御回路（ＣＯＮＴ１）１１０は、第１のピーク値を第１の基準値としての第１の外部基準電圧（ＲＥＦ１）１１１と比較し、第１のピーク値が第１の外部基準電圧（ＲＥＦ１）１１１と一致するように第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７の利得を制御する。

第２の自動利得制御ループ４６０はフィードバックループを構成し、フィードバックループ内に、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）４１２、第２のピーク検出器（ＰＤＥＴ２）４１３、および第２の制御回路（ＣＯＮＴ２）４１４を備える。

第２のフィルタとしての高域通過フィルタ（ＨＰＦ）４１２は、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ２）１０７の出力の一部を入力する。第２のピーク検出器（ＰＤＥＴ２）４１３は、高域通過フィルタ（ＨＰＦ）４１２を通過した第２の電気信号のピーク値である第２のピーク値を検出する。第２の制御部としての第２の制御回路（ＣＯＮＴ２）４１４は、第２のピーク値を第２の基準値としての第２の外部基準電圧（ＲＥＦ２）４１５と比較し、第２のピーク値が第２の外部基準電圧（ＲＥＦ２）４１５と一致するように局部発振光源（ＬＯ−ＬＤ）４０３の出力を制御する。

このような構成とすることにより、本実施形態の光受信器４００では、自動出力制御ループとして第１の自動利得制御ループ１５０と第２の自動利得制御ループ４６０という２つの特性が異なる制御ループが構成される。したがって、光入力信号の強度（レベル）の種々の変動状況や条件に応じて、各自動利得制御ループをそれぞれ独立に最適動作させることができる。そのため、入力光の変動があった場合であっても、安定した制御を行うことが可能となる。

図８では、第２の自動利得制御ループ４６０によって局部発振光源（ＬＯ−ＬＤ）４０３の出力を制御する構成を示したが、反対に第１の自動利得制御ループ１５０を用いて局部発振光源（ＬＯ−ＬＤ）４０３の出力を制御することとしてもよい。この場合には、第２の自動利得制御ループ４６０からの誤差信号によって、第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）１０７の利得を制御することとすればよい。

次に、本実施形態による光受信方法について説明する。本実施形態による光受信方法においては、まず、局部発振光と入力信号光を混合して干渉信号光を取得する。そして、信号光としての干渉信号光を光電変換して電気信号を取得し、この電気信号を増幅する。このとき、電気信号の振幅値が一定となるように増幅率を制御する。増幅率の制御は、制御速度が異なる複数の制御ステップにより行う。

また、第２の制御ステップは、第１の増幅電気信号のうち第２の通過帯域に含まれる第２の電気信号を取り出し、第２の電気信号のピーク値である第２のピーク値を検出する。そして、第２のピーク値を第２の基準値と比較し、第２のピーク値が第２の基準値と一致するように局部発振光の出力を制御する。

上述した第２から第４の実施形態においては、第１の自動利得制御ループを初段に配置し、後段に第２の自動利得制御ループを配置した構成としたが、これに限らず、初段と後段を逆の配置とした構成であってもよい。すなわち、第２の自動利得制御ループを初段に配置し、後段に第１の自動利得制御ループを配置した構成とすることができる。また、上記実施形態においては、自動利得制御ループを２個だけ備えた構成について説明したが、これに限らず、３個以上の自動利得制御ループを備えた構成とすることができる。

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。

１０、１００、２００、３００、４００光受信器
２０受光部
３０出力制御部
３１第１の自動出力制御ループ
３２第２の自動出力制御ループ
１０１光入力信号
１０２光カプラ
１０３、４０３局部発振光源（ＬＯ−ＬＤ）
１０４、１０５受光素子
１０６トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）
１０７、２０７、３０７第１の可変利得増幅器（ＡＧＣ１）
１０８、２０８、３０８低域通過フィルタ（ＬＰＥ）
１０９、２０９、３０９第１のピーク検出器（ＰＤＥＴ１）
１１０、２１０、３０９第１の制御回路（ＣＯＮＴ１）
１１１、２１１、３１１第１の外部基準電圧（ＲＥＦ１）
１１２、２１２第２の可変利得増幅器（ＡＧＣ２）
１１３、２１３、３１２、４１２高域通過フィルタ（ＨＰＦ）
１１４、２１４、３１３、４１３第２のピーク検出器（ＰＤＥＴ２）
１１５、２１５、３１４、４１４第２の制御回路（ＣＯＮＴ２）
１１６、２１６、３１５、４１５第２の外部基準電圧（ＲＥＦ２）
１１７、２１７、３１７、４１７出力電気信号
１５０、２５０、３５０第１の自動利得制御ループ
１６０、２６０、３６０、４６０第２の自動利得制御ループ
３１６加算器
５００関連する光受信器
５０１光入力信号
５０２光カプラ
５０３局部発振光源（ＬＯ−ＬＤ）
５０４、５０５受光素子
５０６トランスインピーダンス増幅器（ＴＩＡ）
５０７可変利得増幅器（ＡＧＣ）
５０８ピーク検出器（ＰＤＥＴ）
５０９制御回路（ＣＯＮＴ）
５１０外部基準電圧（ＲＥＦ）
５１１出力電気信号

Claims

入力した信号光を光電変換して電気信号を出力する受光部と、
前記電気信号の振幅値が一定となるように制御する出力制御部、とを有し、
前記出力制御部は、制御速度が低速である第１の自動出力制御フィードバックループと、制御速度が高速である第２の自動出力制御フィードバックループを備え、
局部発振光源と、前記局部発振光源が出力する局部発振光と入力信号光を混合して干渉信号光を出力する光混合部、とをさらに有し、
前記受光部は、前記信号光としての前記干渉信号光を光電変換して電気信号を出力し、
前記第１の自動出力制御フィードバックループは、フィードバックループを構成し、前記フィードバックループ内に
前記電気信号を入力する第１の可変利得増幅器と、
前記第１の可変利得増幅器の出力の一部を入力する第１のフィルタと、
前記第１のフィルタを通過した第１の電気信号のピーク値である第１のピーク値を検出する第１のピーク検出器と、
前記第１のピーク値を第１の基準値と比較し、前記第１のピーク値が前記第１の基準値と一致するように前記第１の可変利得増幅器の利得を制御する第１の制御部、とを有し、
前記第２の自動出力制御フィードバックループは、フィードバックループを構成し、前記フィードバックループ内に
前記第１の可変利得増幅器の出力の一部を入力する第２のフィルタと、
前記第２のフィルタを通過した第２の電気信号のピーク値である第２のピーク値を検出する第２のピーク検出器と、
前記第２のピーク値を第２の基準値と比較し、前記第２のピーク値が前記第２の基準値と一致するように前記局部発振光源の出力を制御する第２の制御部を有する
光受信器。
前記第１のフィルタは、低域通過フィルタであり、
前記第２のフィルタは、高域通過フィルタである
請求項１に記載した光受信器。
信号光を光電変換して電気信号を取得し、
前記電気信号を増幅し、前記電気信号の振幅値が一定となるように増幅率を制御し、
前記増幅率の制御は、フィードバックの制御速度が低速である第１の制御ステップと、フィードバックの制御速度が高速である第２の制御ステップとにより行い、
局部発振光と入力信号光を混合して干渉信号光を取得し、
前記干渉信号光を前記信号光とし、
前記第１の制御ステップは、
前記電気信号を第１の増幅率で増幅して第１の増幅電気信号を取得し、
前記第１の増幅電気信号のうち第１の通過帯域に含まれる第１の電気信号を取り出し、
前記第１の電気信号のピーク値である第１のピーク値を検出し、
前記第１のピーク値を第１の基準値と比較し、前記第１のピーク値が前記第１の基準値と一致するように前記第１の増幅率を制御し、
前記第２の制御ステップは、
前記第１の増幅電気信号のうち第２の通過帯域に含まれる第２の電気信号を取り出し、
前記第２の電気信号のピーク値である第２のピーク値を検出し、
前記第２のピーク値を第２の基準値と比較し、前記第２のピーク値が前記第２の基準値と一致するように前記局部発振光の出力を制御する
光受信方法。