コヒーレント光受信器及び受信方法
【課題】信号光とＬＯ光との周波数差を補正するコヒーレント光受信器を提供することを目的とする。
【解決手段】コヒーレント光受信器の局所発振光出力部は、光路長が異なる複数の共振器が光学的に連結された多重共振器と、共振器のそれぞれに設けられ、共振器の共振波長を変化させる複数の共振器制御部と、多重共振器に光を供給する供給部と、を有する。周波数制御部は、共振器制御部に供給する電力を制御することにより、誤差を小さくするように局所発振光の周波数を制御する。
【解決手段】コヒーレント光受信器の局所発振光出力部は、光路長が異なる複数の共振器が光学的に連結された多重共振器と、共振器のそれぞれに設けられ、共振器の共振波長を変化させる複数の共振器制御部と、多重共振器に光を供給する供給部と、を有する。周波数制御部は、共振器制御部に供給する電力を制御することにより、誤差を小さくするように局所発振光の周波数を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変光源の周波数を信号光に合わせて調節することができるコヒーレント光受信器、及び受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing）通信システムにおいて、大容量伝送を実現するために、１チャネルあたりの伝送速度を増大させることがある。しかし、１チャネルあたりの伝送速度を１０Ｇｂｐｓ以上にすると波長分散や偏波モード分散の影響を受けて光信号の伝送距離が制限されてしまう。このため、チャネル当たりの伝送速度が４０Ｇｂｐｓ以上の光伝送システムでは、伝送距離を延ばす等の目的で、光の強度情報だけではなく位相情報も用いて信号を伝送するコヒーレント光受信器が使用されており、その重要性が増している。
コヒーレント受信器は、送信器から送られてくる信号光と受信器の波長可変光源が発振するＬＯ（Local Oscillator）光との干渉を用いて強度と位相に信号を分離する。
【０００３】
しかし、ＬＯ光と信号光との周波数差ｆｄが変動した場合、コヒーレント光受信器の出力搬送波の周波数が予定している周波数ｆｄから変動してしまい受信特性を劣化させてしまう。特に波長可変光源の一般的な波長変動量は±２．５ＧＨｚとされており、最大で５ＧＨｚ程度の周波数変動が発生する可能性がある。電子回路の帯域が２０ＧＨｚ前後であることを考えると５ＧＨｚという変動量は大きい。このような、受信特性の劣化を起こさないために、周波数差ｆｄを適切な値に維持する機能が必要とされる。
【０００４】
周波数差ｆｄを適切な値で維持するために、信号光とＬＯ光の周波数制御が必要になるが、信号光の周波数を受信側から制御するのは難しい。そのため、波長可変光源が発振するＬＯ光の周波数制御を行うことが求められる。このようなＬＯ光用の光源は信号光と数ＧＨｚほど周波数をずらす必要があるため、信号光の波長帯域全体を走査できるフルバンド特性・光周波数を微調整できる周波数チューニング特性・位相雑音を低減する狭線幅特性が要求される。
【０００５】
このような特徴を持つ波長可変光源として、平面光波回路を用いたリング共振器型の波長可変光源が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９６５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記波長可変光源において、ＬＯ光と信号光との周波数差ｆｄを考慮して、ＬＯ光の周波数を制御する技術については開示されていない。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、リング共振器型の波長可変光源を有するコヒーレント光受信器において、信号光とＬＯ光の周波数差を求め、波長可変光源へフィードバックをかけることによって信号光とＬＯ光との周波数差を補正するコヒーレント光受信器、及び受信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】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の第１の観点に係るコヒーレント光受信器は、
局所発振光を出力する局所発振光出力部と、
前記局所発振光と、受信信号光とを合成し、合成信号光を出力する合成部と、
前記合成部が出力した前記合成信号光を電気信号に変換し、当該電気信号の同相成分の信号と直交成分の信号とを出力する光変換部と、
前記光変換部が出力した同相成分及び直交成分の信号を離散信号に変換し、出力するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部が出力した同相成分及び直交成分の離散信号から、局所発振光と受信信号光との周波数差を求めるデジタル信号処理部と、
前記デジタル信号処理部が求めた周波数差と所定の値との誤差に基づいて前記局所発振光出力部から出力される局所発振光の周波数を制御する周波数制御部と、
を備え、
前記局所発振光出力部は、光路長が異なる複数の共振器が光学的に連結された多重共振器と、前記共振器のそれぞれに設けられ、前記共振器の共振波長を変化させる複数の共振器制御部と、当該多重共振器に光を供給する供給部と、を有し、
前記周波数制御部は、前記共振器制御部に供給する電力を制御することにより、前記誤差を小さくするように局所発振光の周波数を制御する
ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の第２の観点に係る受信方法は、
局所発振光出力部と、合成部と、光変換部と、Ａ／Ｄ変換部と、デジタル信号処理部と、周波数制御部と、を備える装置が行う受信方法であって、
前記局所発振光出力部が、局所発振光を出力する局所発振光出力工程と、
前記合成部が、前記局所発振光と、受信信号光とを合成し、合成信号光を出力する合成工程と、
前記光変換部が、前記合成部が出力した前記合成信号光を電気信号に変換し、当該電気信号の同相成分の信号と直交成分の信号とを出力する光変換工程と、
前記Ａ／Ｄ変換部が、前記光変換部が出力した同相成分及び直交成分の信号を離散信号に変換し、出力するＡ／Ｄ変換工程と、
前記デジタル信号処理部が、前記Ａ／Ｄ変換部が出力した同相成分及び直交成分の離散信号から、局所発振光と受信信号光との周波数差を求めるデジタル信号処理工程と、
前記周波数制御部が、前記デジタル信号処理部が求めた周波数差と所定の値との誤差に基づいて前記局所発振光出力部から出力される局所発振光の周波数を制御する周波数制御工程と、
を備え、
前記局所発振光出力部は、光路長が異なる複数の共振器が光学的に連結された多重共振器と、前記共振器のそれぞれに設けられ、前記共振器の共振波長を変化させる複数の共振器制御部と、当該多重共振器に光を供給する供給部と、を有し、
前記周波数制御部は、前記共振器制御部に供給する電力を制御することにより、前記誤差を小さくするように局所発振光の周波数を制御する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、リング共振器型の波長可変光源を有するコヒーレント光受信器において、信号光とＬＯ光との周波数差を補正するコヒーレント光受信器、及び受信方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るコヒーレント光受信器の全体構成を示す図である。
【図２】波長可変光源部の構成を示す図である。
【図３】周波数ＦＢ制御部の構成を示す図である。
【図４】コヒーレント光受信器が行うＬＯ光周波数制御処理の動作を説明するためのフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態に係るコヒーレント光受信器は、ｉ）信号光とＬＯ光との周波数差ｆｄを求め、ｉｉ）当該周波数差ｆｄと予め設定された設定値との誤差を求め、ｉｉｉ）波長可変光源への供給電力を調節して、当該誤差を小さくするようにＬＯ光の周波数を制御する。
以下、図面を参照してコヒーレント光受信器１を詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態に係るコヒーレント光受信器１は、図１に示すように、波長可変光源部１１と、合成部１２と、光受信部１３と、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器１４と、デジタル信号処理部１５と、周波数ＦＢ制御部１６と、から構成される。
なお、コヒーレント光受信器１の出力信号は、例えば、合成部１２の出力する光信号、受光部１３の出力するアナログ電気信号、Ａ／Ｄ変換器１４が出力するデジタル信号等である。
【００１５】
波長可変光源部１１は、光ファイバから伝送される信号光と合成するレーザ光（以下、「ＬＯ光」という）を出力する。波長可変光源１１は、図２に示すように、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）１１１と、リング共振器１１２〜１１４と、平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）基板１１５と、高反射膜１１６と、入出力側導波路１１７ａと、導波路１１７ｂ、１１７ｃと、反射側導波路１１７ｄと、ＴＯ（Thermo Optic）位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃと、から構成される。リング共振器１１２〜１１４、入出力側導波路１１７ａ、導波路１１７ｂ、１１７ｃ、反射側導波路１１７ｄ、及び、ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃは、ＰＬＣ基板１１５上に形成される。
【００１６】
波長可変光源部１１は、ＳＯＡ１１１の出射面と高反射膜１１６との間で共振を起こすことにより、ＳＯＡ１１１からＬＯ光を放出する。波長可変光源１１は、光ファイバにより伝送された信号光から所定の周波数だけずれたＬＯ光を出力するとする。
【００１７】
ＳＯＡ１１１は、ＰＬＣ基板の光入出力側導波路１１７ａの終端に設けられ、発光部と、発光部が発振した光を増幅する増幅部とを備えている。
発光部は、半導体レーザ素子から構成され、発振光を、増幅部を介して、光入出力側導波路１１７ａに出射する。以下の説明では、発振光の波長を1.55μmとする。
増幅部は、InGaAsPなどの化合物半導体材料で製作され、材料の配合によって、ゲイン領域と位相制御領域として機能する。
【００１８】
ゲイン領域は1.55μm前後の波長の光を増幅するように設計されており、ゲイン領域に供給する電流を制御（増減）することにより、発光部から出射された発振光の強度を制御し、ひいては光入出力側導波路１１７ａへの出射される発振光の強度を制御（増減）できる。
一方、位相制御領域は、発光部の発振光の波長とは異なる波長の光、例えば、1.33μm前後の波長の光を増幅するように設計されている。このため、位相制御領域に電流を注入しても、発光部の発振光は増幅されない。しかし、位相制御領域の屈折率が印加電圧により変化するため、印加電力を調整することにより、発振光の波長及び位相を制御できる。ゲイン領域でも波長を制御することは可能であるが同時に光出力も変わってしまう。したがって、ゲイン領域と位相制御領域を個別に制御することによって、光入出力側導波路の安定動作を実現する。
【００１９】
リング共振器１１２〜１１４は、互いに異なる光路長を有するリング状導波路から構成され、導波路１１７ｂ、１１７ｃを介して連結される。連結されたリング共振器１１２〜１１４は、多重光共振器１１９を形成する。リング共振器１１２〜１１４の自由スペクトル間隔（ＦＳＲ：Free Spectral Range）は、光路長を変更することにより調節可能である。多重光共振器１１９のＦＳＲは、リング共振器１１２〜１１４のうち任意に選択した、光路長が異なる２つのリング共振器の共振周波数の最小公倍数と一致する（バーニア効果）。あるいは、多重光共振器１１９のＦＳＲは、各リング共振器１１２〜１１４の共振周波数の最小公倍数と一致するようにすることもできる。
【００２０】
一方のリング共振器の共振周波数をｆ、他方のリング共振器との共振周波数の差をΔｆ、ｆ>>Δｆとすると、ＦＳＲは、次式より求まる。
ＦＳＲ＝ｆ２／Δｆ
例えば、一方のリング共振器の共振周波数を50.0GHz、他方のリング共振器の共振周波数を49.5GHzとし、ｆ＝50.0GHz、Δｆ＝0.5GHzとすると、ＦＳＲ≒5THzと求まる。すなわち、２つのリング共振器で表現される多重光共振器のフィルタ特性は5THzの周期を持つことになる。
【００２１】
本実施形態のように多重光共振器１１９が３つのリング共振器を有する場合、多重光共振器１１９のフィルタ特性は２つのＦＳＲの組み合わせで表現ことができる。例えば、リング共振器１１２〜１１４の共振周波数50.0GHz、49.5GHz、45GHzの場合、50.0GHzと49GHzの組み合わせるとＦＳＲ１＝5THz、50.0GHzと45GHzの組み合わせるとＦＳＲ２＝500GHzと求まる。したがって、多重共振器１１９は、5THz周期と500GHz周期のフィルタ特性を得ることができる。なお、49.5GHzと45GHzの組み合わせでＦＳＲ３＝4.5THzのフィルタ特性を得ることもできるが、ＦＳＲ３はＦＳＲ２に比べてＦＳＲ１＝5THzに近いので、ＦＳＲ１とＦＳＲ２の２つのＦＳＲに縮退すると考えることができる。以下、波長可変光源部１１では２つのＦＳＲに縮退することとする。
【００２２】
高反射膜１１６は、ＰＬＣ基板の光反射側導波路１１７ｄの端に設けられ、反射側導波路１１７ｄを通って伝送される光を反射側導波路１１７ｄに反射する。
ＳＯＡ１１１から、多重光共振器１１９に出射された光は、ＳＯＡ１１１→多重光共振器１１９→高反射膜１１６→多重光共振器１１９→ＳＯＡ１１１という経路で反射と干渉を繰り返し、反射膜を透過した光が、ＬＯ光として出力される。したがって、ＬＯ光の周波数は多重光共振器１１９の共振周波数と一致する。
【００２３】
ＴＯ位相シフタ１１８ａはリング共振器１１２に、ＴＯ位相シフタ１１８ｂはリング共振器１１３に、ＴＯ位相シフタ１１８ｃはリング共振器１１４に設けられる。各ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃは、供給される電力に応じた熱を各リング共振器１１２、１１３、１１４に加える。この熱によってリング共振器１１２〜１１４のリング状導波路の屈折率が変化することにより、リング共振器１１２〜１１４の光路長が変化する。そして、各リング共振器の光路長が変化すると、多重光共振器１１９の共振周波数が変化するので、波長可変光源が発振するＬＯ光の周波数が変化する。例えば、ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃへの供給電力を増やすと、ＬＯ光の周波数は小さくなり、ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃへの供給電力を減らすと、ＬＯ光の周波数は大きくなる。
ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃは、例えば、基板上に設けられたアルミニウム膜から構成される膜状ヒータから構成される。
【００２４】
合成部１２は、光ファイバによって外部から伝送された信号光と、波長可変光源部１１から放出されたＬＯ光とを合成し、合成した光の同相成分（Ｉ成分）と直交成分（Ｑ成分）とを光受信部１３に出力する。合成部１２は、例えば、光カプラーから構成される。
【００２５】
光受信部１３は、合成部１２から受信したＩ成分の光とＱ成分の光とを、それぞれ、ベースバンド電気信号に変換し、ベースバンド電気信号のＩ成分とＱ成分とをＡ／Ｄ変換部１４に出力する。例えば、光受信部１３は、フォトダイオードから構成される。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換部１４は、光受信部１３から出力されたベースバンド電気信号のＩ成分及びＱ成分に対してサンプリング及び量子化を行い、離散デジタルベースバンド信号を生成し、当該離散デジタルベースバンド信号をデジタル信号処理部１５に出力する。
【００２７】
デジタル信号処理部１５は、Ａ／Ｄ変換部１４から受け取った離散デジタルベースバンド信号から信号光の周波数とＬＯ光の周波数との差（周波数差ｆｄ）を求める。一般的に周波数差ｆｄが拡大するとデジタル信号処理部１５で実施されるＢＰＦ処理の通過帯域と実際の搬送波の周波数とにずれが生じるためＩ成分とＱ成分との位相関係が変化する。そこで、デジタル信号処理部１５では、Ｉ成分とＱ成分との位相関係の変化に基づいて周波数差ｆｄを求める。
【００２８】
周波数差ｆｄは以下のように求める。
伝送された信号が四値の位相変調成分だった場合、信号のＩ成分、Ｑ成分より、信号はＩ＋ｊ＊Ｑ(ｊは虚数単位)とあらわすことができる。四値の信号成分の各コンスタレーション点間の角度が３６０／４で９０度であるため、信号成分を４乗した場合（（Ｉ+ｊ＊Ｑ）４）の結果は位相誤差が無ければ０度になる。しかし実際には位相誤差があるため４乗計算の答えは０〜２πの範囲になる。この計算結果を１／４にした結果が位相誤差である。この位相誤差から逆算して周波数差ｆｄを求める。
【００２９】
周波数ＦＢ制御部１６は、信号光とＬＯ光との周波数差ｆｄの変化量に基づいて、ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃに供給する電力を調節する機能を有する。周波数ＦＢ制御部１６は、制御部１６１と、記憶部１６２と、電源部１６３と、から構成される。
【００３０】
制御部１６１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）から構成され、デジタル信号処理部１５が求めた周波数差ｆｄと、記憶部１６２に予め記憶されている信号光とＬＯ光との周波数差（以下、「設定値ｆｄ_def」という）との差（ずれ：偏差）ｅｆ（＝ｆｄ_def−ｆｄ）を求め、差ｅｆが所定の値（以下、「許容値ｅｆal」という）より大きくなった場合、すなわち、ｅｆ≧ｅｆalの場合に、この差ｅｆを小さくするように、すなわち、ｆｄ_def＝ｆｄとなるように、電源部１６３に、ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃに供給する電力（供給電力）Ｐを増加又は減少させる指示を出力する。
【００３１】
具体的には、制御部１６１は、ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃに供給する電力を同じ量だけ変化させる。例えば、１ｃｈ（50GHz）当たりの電力周期が4mWのＴＯ位相シフタを用いる場合、３つのＴＯ位相シフタに1mWずつ電力を増やすとＬＯ光の周波数は12.5GHzだけ減少する。これにより、複数のＴＯ位相シフタの値を個別に設定する必要がなく、一律に設定することにより、ＬＯ光の周波数を制御することができる。
【００３２】
例えば、多重光共振器１１９が50.0GHzと49.5GHzの２つのリング共振器を有し、ＦＳＲ＝5THzのフィルタ特性を有するとする。すなわち、多重光共振器１１９は5THz間隔の透過特性を繰り返す。典型的な波長可変光源で運用する光の周波数帯は193.1THz前後であることから、多重光共振器１１９が形成するフィルタは38〜39回目のＦＳＲ周期で使用されることとなる。この２つのリング共振器の共振周波数が１％ほどずれていることから２つのリング共振器周波数が一致するのは5THzのＦＳＲ周期のうち１回である。また、２つのリング共振器の共振周波数が一致する波長では、透過損失が減少する。したがって、多重光共振器１１９はＦＳＲ周期のうち所望の波長を選択的に透過させることができる。
【００３３】
上記の手法によれば、5THzの波長帯域内から50GHz間隔で所望の波長を選択することができる。この時、5THzの最大可変周波数を実現するために必要な周波数調整レンジは50GHzである。したがって、数GHzずらすたびに50GHz離れたリング共振器の共振周波数が一致するため最大50GHz周波数チューニングするだけで5THzの周波数可変幅を得ることができる。すなわち、１つのリング共振器で実施した場合の1/100の投入パワーで実現できる。なお、周波数チューニング特性に50GHz間隔のグリッド特性が生じてしまうが、実際の光通信システムで使用する周波数が50GHz毎のため、この特性は逆に都合がよい。
【００３４】
記憶部１６２は、設定値ｆｄ_def及び許容値を記憶する。設定値ｆｄ_def及び許容値は、予めユーザが設定することができる。
【００３５】
電源部１６３は、制御部１６１からの指示に従いＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃに指定された量の電力を供給する。
【００３６】
次に、コヒーレント光受信器１が行うＬＯ光周波数制御処理について図４のフローチャートを用いて説明する。なお、以下ステップＳ１１〜ステップＳ１４に示す処理は常時行われているが、コヒーレント光受信器１が行うＬＯ光周波数制御処理の理解を容易にするため、時系列に沿って説明する。
【００３７】
波長可変光源１１は、ＬＯ光を発振する（ステップＳ１１）。
【００３８】
合成部１２は、光ファイバより伝送された信号光とＬＯ光とを合成する（ステップＳ１２）。
【００３９】
光受信部１３は、合成された光を、ベースバンド電気信号に変換し、当該電気信号の同相成分と直交成分の信号を出力する（ステップＳ１３）。
【００４０】
Ａ／Ｄ変換器１４は、光受信部１３が出力した同相成分と直交成分の電気信号をサンプリング及び量子化を行い、離散デジタルベースバンド信号を出力する（ステップＳ１４）。
【００４１】
デジタル信号処理部１５は、離散デジタルベースバンド信号の位相誤差を求め、当該位相誤差から信号光とＬＯ光との周波数差ｆｄを求める（ステップＳ１５）。
【００４２】
周波数ＦＢ制御回路１６の制御部１６１は、デジタル信号処理部１５が求めた周波数差ｆｄから、記憶部１６２に記憶されている設定値ｆｄ_defを減算し、減算した結果ｅｆと許容値ｅｆalとを比較する（ステップＳ１６）。減算した結果ｅｆが許容値ｅｆalより大きい場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、制御部１６１は、求められた周波数差ｆｄ−設定値ｆｄ_defの値ｅｆに基づいて、ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃに供給する電力Ｐを調節する（ステップＳ１７）。これにより、リング共振器１１２〜１１４の光路長が変化し、ステップＳ１１において発振されるＬＯ光の周波数が変化する。
【００４３】
一方、減算した結果が許容値以下の場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）、ステップＳ１１にもどり、同様の周波数のＬＯ光が出力される。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。
【００４５】
例えば、多重光共振器を構成するリング共振器の数は３つに限らず、任意の個数にすることができる。
【００４６】
また、全てのリング共振器にＴＯ位相シフタを配置する必要はなく、一部のリング共振器（例えば、３つのうちの１つ又は２つ）にのみＴＯ位相シフタを配置してもよい。
【００４７】
また、全てのＴＯ位相シフタに供給する電力を差ｅｆに従って制御する必要はなく、複数のＴＯ位相シフタのうちの一部（例えば、３つのうちの１つ又は２つ）のＴＯ位相シフタに供給する電力のみを制御対象としてもよい。
【００４８】
また、上記実施の形態においては、周波数差ｆｄと設定値ｆｄ_defとの差（偏差）ｅｆが許容値ｅｆalより大きい時に、ＴＯ位相シフタに供給する電力Ｐを調整したが、許容値ｅｆalとの比較をせず、差ｅｆに基づいて供給電力Ｐを変更するようにしてもよい。
【００４９】
また、差ｅｆとＴＯ位相シフタに供給する電力Ｐの変化量ΔＰとの関係は適宜設定可能である。
例えば、全ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃに供給する電力の変化量（調整量）ΔＰを、ＰＩＤ制御に基づいて、
ΔＰ＝Ａ・ｅｆ＋Ｂ・∫ｅｆｄｔ＋Ｃ・ｄｅｆ／ｄｔ＋Ｄ
と設定してもよい。
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ、任意の定数である。
【００５０】
また、各ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃに供給する電力Ｐを、例えば、次式に基づいて、周波数差ｆｄに基づいて制御することも可能である。
Ｐ＝Ｅ・ｆd＋Ｆ・∫ｆｄｄｔ＋Ｇ・ｄｆｄ／ｄｔ＋Ｈ
ここで、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈは、それぞれ、任意の定数である。
その他、周波数差ｆｄを目標値に収束させることができるならば、その制御手法は任意である。
【００５１】
上記実施形態においては、信号光の周波数があまり変化しない例を示したが、本発明は、例えば、信号光の搬送波の周波数が切り替わる構成或いは多周波である構成にも適用可能である。例えば、信号光の搬送波の周波数がｆ１とｆ２とで切り替わる場合を想定する。この場合には、ＬＯ光の周波数が、例えば、（ｆ１−ｆｄ）と（ｆ２−ｆｄ）とに切り替えられるように、ＳＯＡ１１１を設計し、さらに、合成部１２の出力光の周波数ｆｄと設定値ｆｄ_defとの差ｅｆに応じて、ＬＯ光の周波数を微調整できるように構成すればよい。
また、信号光が複数の周波数の搬送波を含む場合も同様である。
【００５２】
また、コヒーレント光受信器の構成や、使用される材料も適宜変更することができる。
【００５３】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【００５４】
（付記１）局所発振光を出力する局所発振光出力部と、前記局所発振光と、受信信号光とを合成し、合成信号光を出力する合成部と、前記合成部が出力した前記合成信号光を電気信号に変換し、当該電気信号の同相成分の信号と直交成分の信号とを出力する光変換部と、前記光変換部が出力した同相成分及び直交成分の信号を離散信号に変換し、出力するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部が出力した同相成分及び直交成分の離散信号から、局所発振光と受信信号光との周波数差を求めるデジタル信号処理部と、前記デジタル信号処理部が求めた周波数差と所定の値との誤差に基づいて前記局所発振光出力部から出力される局所発振光の周波数を制御する周波数制御部と、を備え、前記局所発振光出力部は、光路長が異なる複数の共振器が光学的に連結された多重共振器と、前記共振器のそれぞれに設けられ、前記共振器の共振波長を変化させる複数の共振器制御部と、当該多重共振器に光を供給する供給部と、を有し、前記周波数制御部は、前記共振器制御部に供給する電力を制御することにより、前記誤差を小さくするように局所発振光の周波数を制御することを特徴とするコヒーレント光受信器。
【００５５】
（付記２）前記周波数制御部は、前記複数の共振器制御部に供給する電力を、同量だけ増加又は減少させることを特徴とする付記１に記載のコヒーレント光受信器。
【００５６】
（付記３）局所発振光出力部と、合成部と、光変換部と、Ａ／Ｄ変換部と、デジタル信号処理部と、周波数制御部と、を備える装置が行う受信方法であって、前記局所発振光出力部が、局所発振光を出力する局所発振光出力工程と、前記合成部が、前記局所発振光と、受信信号光とを合成し、合成信号光を出力する合成工程と、前記光変換部が、前記合成部が出力した前記合成信号光を電気信号に変換し、当該電気信号の同相成分の信号と直交成分の信号とを出力する光変換工程と、前記Ａ／Ｄ変換部が、前記光変換部が出力した同相成分及び直交成分の信号を離散信号に変換し、出力するＡ／Ｄ変換工程と、前記デジタル信号処理部が、前記Ａ／Ｄ変換部が出力した同相成分及び直交成分の離散信号から、局所発振光と受信信号光との周波数差を求めるデジタル信号処理工程と、前記周波数制御部が、前記デジタル信号処理部が求めた周波数差と所定の値との誤差に基づいて前記局所発振光出力部から出力される局所発振光の周波数を制御する周波数制御工程と、を備え、前記局所発振光出力部は、光路長が異なる複数の共振器が光学的に連結された多重共振器と、前記共振器のそれぞれに設けられ、前記共振器の共振波長を変化させる複数の共振器制御部と、当該多重共振器に光を供給する供給部と、を有し、前記周波数制御部は、前記共振器制御部に供給する電力を制御することにより、前記誤差を小さくするように局所発振光の周波数を制御することを特徴とする受信方法。
【符号の説明】
【００５７】
１ コヒーレント光受信器
１１ 波長可変光源部
１１１ ＳＯＡ
１１２、１１３、１１４ リング共振器
１１５ ＰＬＣ基板
１１６ 高反射膜
１１７ａ レーザ入出力側導波路
１１７ｂ、１１７ｃ 導波路
１１７ｄ レーザ反射側導波路
１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ ＴＯ位相シフタ
１１９ 多重光共振器
１２ 合成部
１３ 光受信部
１４ Ａ／Ｄ変換部
１５ デジタル信号処理部
１６ 周波数ＦＢ制御部
１６１ 制御部
１６２ 記憶部
１６３ 電源部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長可変光源の周波数を信号光に合わせて調節することができるコヒーレント光受信器、及び受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing）通信システムにおいて、大容量伝送を実現するために、１チャネルあたりの伝送速度を増大させることがある。しかし、１チャネルあたりの伝送速度を１０Ｇｂｐｓ以上にすると波長分散や偏波モード分散の影響を受けて光信号の伝送距離が制限されてしまう。このため、チャネル当たりの伝送速度が４０Ｇｂｐｓ以上の光伝送システムでは、伝送距離を延ばす等の目的で、光の強度情報だけではなく位相情報も用いて信号を伝送するコヒーレント光受信器が使用されており、その重要性が増している。
コヒーレント受信器は、送信器から送られてくる信号光と受信器の波長可変光源が発振するＬＯ（Local Oscillator）光との干渉を用いて強度と位相に信号を分離する。
【０００３】
しかし、ＬＯ光と信号光との周波数差ｆｄが変動した場合、コヒーレント光受信器の出力搬送波の周波数が予定している周波数ｆｄから変動してしまい受信特性を劣化させてしまう。特に波長可変光源の一般的な波長変動量は±２．５ＧＨｚとされており、最大で５ＧＨｚ程度の周波数変動が発生する可能性がある。電子回路の帯域が２０ＧＨｚ前後であることを考えると５ＧＨｚという変動量は大きい。このような、受信特性の劣化を起こさないために、周波数差ｆｄを適切な値に維持する機能が必要とされる。
【０００４】
周波数差ｆｄを適切な値で維持するために、信号光とＬＯ光の周波数制御が必要になるが、信号光の周波数を受信側から制御するのは難しい。そのため、波長可変光源が発振するＬＯ光の周波数制御を行うことが求められる。このようなＬＯ光用の光源は信号光と数ＧＨｚほど周波数をずらす必要があるため、信号光の波長帯域全体を走査できるフルバンド特性・光周波数を微調整できる周波数チューニング特性・位相雑音を低減する狭線幅特性が要求される。
【０００５】
このような特徴を持つ波長可変光源として、平面光波回路を用いたリング共振器型の波長可変光源が、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９６５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記波長可変光源において、ＬＯ光と信号光との周波数差ｆｄを考慮して、ＬＯ光の周波数を制御する技術については開示されていない。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、リング共振器型の波長可変光源を有するコヒーレント光受信器において、信号光とＬＯ光の周波数差を求め、波長可変光源へフィードバックをかけることによって信号光とＬＯ光との周波数差を補正するコヒーレント光受信器、及び受信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】
【０００９】
上記目的を達成する本発明の第１の観点に係るコヒーレント光受信器は、
局所発振光を出力する局所発振光出力部と、
前記局所発振光と、受信信号光とを合成し、合成信号光を出力する合成部と、
前記合成部が出力した前記合成信号光を電気信号に変換し、当該電気信号の同相成分の信号と直交成分の信号とを出力する光変換部と、
前記光変換部が出力した同相成分及び直交成分の信号を離散信号に変換し、出力するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部が出力した同相成分及び直交成分の離散信号から、局所発振光と受信信号光との周波数差を求めるデジタル信号処理部と、
前記デジタル信号処理部が求めた周波数差と所定の値との誤差に基づいて前記局所発振光出力部から出力される局所発振光の周波数を制御する周波数制御部と、
を備え、
前記局所発振光出力部は、光路長が異なる複数の共振器が光学的に連結された多重共振器と、前記共振器のそれぞれに設けられ、前記共振器の共振波長を変化させる複数の共振器制御部と、当該多重共振器に光を供給する供給部と、を有し、
前記周波数制御部は、前記共振器制御部に供給する電力を制御することにより、前記誤差を小さくするように局所発振光の周波数を制御する
ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の第２の観点に係る受信方法は、
局所発振光出力部と、合成部と、光変換部と、Ａ／Ｄ変換部と、デジタル信号処理部と、周波数制御部と、を備える装置が行う受信方法であって、
前記局所発振光出力部が、局所発振光を出力する局所発振光出力工程と、
前記合成部が、前記局所発振光と、受信信号光とを合成し、合成信号光を出力する合成工程と、
前記光変換部が、前記合成部が出力した前記合成信号光を電気信号に変換し、当該電気信号の同相成分の信号と直交成分の信号とを出力する光変換工程と、
前記Ａ／Ｄ変換部が、前記光変換部が出力した同相成分及び直交成分の信号を離散信号に変換し、出力するＡ／Ｄ変換工程と、
前記デジタル信号処理部が、前記Ａ／Ｄ変換部が出力した同相成分及び直交成分の離散信号から、局所発振光と受信信号光との周波数差を求めるデジタル信号処理工程と、
前記周波数制御部が、前記デジタル信号処理部が求めた周波数差と所定の値との誤差に基づいて前記局所発振光出力部から出力される局所発振光の周波数を制御する周波数制御工程と、
を備え、
前記局所発振光出力部は、光路長が異なる複数の共振器が光学的に連結された多重共振器と、前記共振器のそれぞれに設けられ、前記共振器の共振波長を変化させる複数の共振器制御部と、当該多重共振器に光を供給する供給部と、を有し、
前記周波数制御部は、前記共振器制御部に供給する電力を制御することにより、前記誤差を小さくするように局所発振光の周波数を制御する
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、リング共振器型の波長可変光源を有するコヒーレント光受信器において、信号光とＬＯ光との周波数差を補正するコヒーレント光受信器、及び受信方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るコヒーレント光受信器の全体構成を示す図である。
【図２】波長可変光源部の構成を示す図である。
【図３】周波数ＦＢ制御部の構成を示す図である。
【図４】コヒーレント光受信器が行うＬＯ光周波数制御処理の動作を説明するためのフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態に係るコヒーレント光受信器は、ｉ）信号光とＬＯ光との周波数差ｆｄを求め、ｉｉ）当該周波数差ｆｄと予め設定された設定値との誤差を求め、ｉｉｉ）波長可変光源への供給電力を調節して、当該誤差を小さくするようにＬＯ光の周波数を制御する。
以下、図面を参照してコヒーレント光受信器１を詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態に係るコヒーレント光受信器１は、図１に示すように、波長可変光源部１１と、合成部１２と、光受信部１３と、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器１４と、デジタル信号処理部１５と、周波数ＦＢ制御部１６と、から構成される。
なお、コヒーレント光受信器１の出力信号は、例えば、合成部１２の出力する光信号、受光部１３の出力するアナログ電気信号、Ａ／Ｄ変換器１４が出力するデジタル信号等である。
【００１５】
波長可変光源部１１は、光ファイバから伝送される信号光と合成するレーザ光（以下、「ＬＯ光」という）を出力する。波長可変光源１１は、図２に示すように、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）１１１と、リング共振器１１２〜１１４と、平面光波回路（ＰＬＣ：Planar Lightwave Circuit）基板１１５と、高反射膜１１６と、入出力側導波路１１７ａと、導波路１１７ｂ、１１７ｃと、反射側導波路１１７ｄと、ＴＯ（Thermo Optic）位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃと、から構成される。リング共振器１１２〜１１４、入出力側導波路１１７ａ、導波路１１７ｂ、１１７ｃ、反射側導波路１１７ｄ、及び、ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃは、ＰＬＣ基板１１５上に形成される。
【００１６】
波長可変光源部１１は、ＳＯＡ１１１の出射面と高反射膜１１６との間で共振を起こすことにより、ＳＯＡ１１１からＬＯ光を放出する。波長可変光源１１は、光ファイバにより伝送された信号光から所定の周波数だけずれたＬＯ光を出力するとする。
【００１７】
ＳＯＡ１１１は、ＰＬＣ基板の光入出力側導波路１１７ａの終端に設けられ、発光部と、発光部が発振した光を増幅する増幅部とを備えている。
発光部は、半導体レーザ素子から構成され、発振光を、増幅部を介して、光入出力側導波路１１７ａに出射する。以下の説明では、発振光の波長を1.55μmとする。
増幅部は、InGaAsPなどの化合物半導体材料で製作され、材料の配合によって、ゲイン領域と位相制御領域として機能する。
【００１８】
ゲイン領域は1.55μm前後の波長の光を増幅するように設計されており、ゲイン領域に供給する電流を制御（増減）することにより、発光部から出射された発振光の強度を制御し、ひいては光入出力側導波路１１７ａへの出射される発振光の強度を制御（増減）できる。
一方、位相制御領域は、発光部の発振光の波長とは異なる波長の光、例えば、1.33μm前後の波長の光を増幅するように設計されている。このため、位相制御領域に電流を注入しても、発光部の発振光は増幅されない。しかし、位相制御領域の屈折率が印加電圧により変化するため、印加電力を調整することにより、発振光の波長及び位相を制御できる。ゲイン領域でも波長を制御することは可能であるが同時に光出力も変わってしまう。したがって、ゲイン領域と位相制御領域を個別に制御することによって、光入出力側導波路の安定動作を実現する。
【００１９】
リング共振器１１２〜１１４は、互いに異なる光路長を有するリング状導波路から構成され、導波路１１７ｂ、１１７ｃを介して連結される。連結されたリング共振器１１２〜１１４は、多重光共振器１１９を形成する。リング共振器１１２〜１１４の自由スペクトル間隔（ＦＳＲ：Free Spectral Range）は、光路長を変更することにより調節可能である。多重光共振器１１９のＦＳＲは、リング共振器１１２〜１１４のうち任意に選択した、光路長が異なる２つのリング共振器の共振周波数の最小公倍数と一致する（バーニア効果）。あるいは、多重光共振器１１９のＦＳＲは、各リング共振器１１２〜１１４の共振周波数の最小公倍数と一致するようにすることもできる。
【００２０】
一方のリング共振器の共振周波数をｆ、他方のリング共振器との共振周波数の差をΔｆ、ｆ>>Δｆとすると、ＦＳＲは、次式より求まる。
ＦＳＲ＝ｆ２／Δｆ
例えば、一方のリング共振器の共振周波数を50.0GHz、他方のリング共振器の共振周波数を49.5GHzとし、ｆ＝50.0GHz、Δｆ＝0.5GHzとすると、ＦＳＲ≒5THzと求まる。すなわち、２つのリング共振器で表現される多重光共振器のフィルタ特性は5THzの周期を持つことになる。
【００２１】
本実施形態のように多重光共振器１１９が３つのリング共振器を有する場合、多重光共振器１１９のフィルタ特性は２つのＦＳＲの組み合わせで表現ことができる。例えば、リング共振器１１２〜１１４の共振周波数50.0GHz、49.5GHz、45GHzの場合、50.0GHzと49GHzの組み合わせるとＦＳＲ１＝5THz、50.0GHzと45GHzの組み合わせるとＦＳＲ２＝500GHzと求まる。したがって、多重共振器１１９は、5THz周期と500GHz周期のフィルタ特性を得ることができる。なお、49.5GHzと45GHzの組み合わせでＦＳＲ３＝4.5THzのフィルタ特性を得ることもできるが、ＦＳＲ３はＦＳＲ２に比べてＦＳＲ１＝5THzに近いので、ＦＳＲ１とＦＳＲ２の２つのＦＳＲに縮退すると考えることができる。以下、波長可変光源部１１では２つのＦＳＲに縮退することとする。
【００２２】
高反射膜１１６は、ＰＬＣ基板の光反射側導波路１１７ｄの端に設けられ、反射側導波路１１７ｄを通って伝送される光を反射側導波路１１７ｄに反射する。
ＳＯＡ１１１から、多重光共振器１１９に出射された光は、ＳＯＡ１１１→多重光共振器１１９→高反射膜１１６→多重光共振器１１９→ＳＯＡ１１１という経路で反射と干渉を繰り返し、反射膜を透過した光が、ＬＯ光として出力される。したがって、ＬＯ光の周波数は多重光共振器１１９の共振周波数と一致する。
【００２３】
ＴＯ位相シフタ１１８ａはリング共振器１１２に、ＴＯ位相シフタ１１８ｂはリング共振器１１３に、ＴＯ位相シフタ１１８ｃはリング共振器１１４に設けられる。各ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃは、供給される電力に応じた熱を各リング共振器１１２、１１３、１１４に加える。この熱によってリング共振器１１２〜１１４のリング状導波路の屈折率が変化することにより、リング共振器１１２〜１１４の光路長が変化する。そして、各リング共振器の光路長が変化すると、多重光共振器１１９の共振周波数が変化するので、波長可変光源が発振するＬＯ光の周波数が変化する。例えば、ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃへの供給電力を増やすと、ＬＯ光の周波数は小さくなり、ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃへの供給電力を減らすと、ＬＯ光の周波数は大きくなる。
ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃは、例えば、基板上に設けられたアルミニウム膜から構成される膜状ヒータから構成される。
【００２４】
合成部１２は、光ファイバによって外部から伝送された信号光と、波長可変光源部１１から放出されたＬＯ光とを合成し、合成した光の同相成分（Ｉ成分）と直交成分（Ｑ成分）とを光受信部１３に出力する。合成部１２は、例えば、光カプラーから構成される。
【００２５】
光受信部１３は、合成部１２から受信したＩ成分の光とＱ成分の光とを、それぞれ、ベースバンド電気信号に変換し、ベースバンド電気信号のＩ成分とＱ成分とをＡ／Ｄ変換部１４に出力する。例えば、光受信部１３は、フォトダイオードから構成される。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換部１４は、光受信部１３から出力されたベースバンド電気信号のＩ成分及びＱ成分に対してサンプリング及び量子化を行い、離散デジタルベースバンド信号を生成し、当該離散デジタルベースバンド信号をデジタル信号処理部１５に出力する。
【００２７】
デジタル信号処理部１５は、Ａ／Ｄ変換部１４から受け取った離散デジタルベースバンド信号から信号光の周波数とＬＯ光の周波数との差（周波数差ｆｄ）を求める。一般的に周波数差ｆｄが拡大するとデジタル信号処理部１５で実施されるＢＰＦ処理の通過帯域と実際の搬送波の周波数とにずれが生じるためＩ成分とＱ成分との位相関係が変化する。そこで、デジタル信号処理部１５では、Ｉ成分とＱ成分との位相関係の変化に基づいて周波数差ｆｄを求める。
【００２８】
周波数差ｆｄは以下のように求める。
伝送された信号が四値の位相変調成分だった場合、信号のＩ成分、Ｑ成分より、信号はＩ＋ｊ＊Ｑ(ｊは虚数単位)とあらわすことができる。四値の信号成分の各コンスタレーション点間の角度が３６０／４で９０度であるため、信号成分を４乗した場合（（Ｉ+ｊ＊Ｑ）４）の結果は位相誤差が無ければ０度になる。しかし実際には位相誤差があるため４乗計算の答えは０〜２πの範囲になる。この計算結果を１／４にした結果が位相誤差である。この位相誤差から逆算して周波数差ｆｄを求める。
【００２９】
周波数ＦＢ制御部１６は、信号光とＬＯ光との周波数差ｆｄの変化量に基づいて、ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃに供給する電力を調節する機能を有する。周波数ＦＢ制御部１６は、制御部１６１と、記憶部１６２と、電源部１６３と、から構成される。
【００３０】
制御部１６１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）から構成され、デジタル信号処理部１５が求めた周波数差ｆｄと、記憶部１６２に予め記憶されている信号光とＬＯ光との周波数差（以下、「設定値ｆｄ_def」という）との差（ずれ：偏差）ｅｆ（＝ｆｄ_def−ｆｄ）を求め、差ｅｆが所定の値（以下、「許容値ｅｆal」という）より大きくなった場合、すなわち、ｅｆ≧ｅｆalの場合に、この差ｅｆを小さくするように、すなわち、ｆｄ_def＝ｆｄとなるように、電源部１６３に、ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃに供給する電力（供給電力）Ｐを増加又は減少させる指示を出力する。
【００３１】
具体的には、制御部１６１は、ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃに供給する電力を同じ量だけ変化させる。例えば、１ｃｈ（50GHz）当たりの電力周期が4mWのＴＯ位相シフタを用いる場合、３つのＴＯ位相シフタに1mWずつ電力を増やすとＬＯ光の周波数は12.5GHzだけ減少する。これにより、複数のＴＯ位相シフタの値を個別に設定する必要がなく、一律に設定することにより、ＬＯ光の周波数を制御することができる。
【００３２】
例えば、多重光共振器１１９が50.0GHzと49.5GHzの２つのリング共振器を有し、ＦＳＲ＝5THzのフィルタ特性を有するとする。すなわち、多重光共振器１１９は5THz間隔の透過特性を繰り返す。典型的な波長可変光源で運用する光の周波数帯は193.1THz前後であることから、多重光共振器１１９が形成するフィルタは38〜39回目のＦＳＲ周期で使用されることとなる。この２つのリング共振器の共振周波数が１％ほどずれていることから２つのリング共振器周波数が一致するのは5THzのＦＳＲ周期のうち１回である。また、２つのリング共振器の共振周波数が一致する波長では、透過損失が減少する。したがって、多重光共振器１１９はＦＳＲ周期のうち所望の波長を選択的に透過させることができる。
【００３３】
上記の手法によれば、5THzの波長帯域内から50GHz間隔で所望の波長を選択することができる。この時、5THzの最大可変周波数を実現するために必要な周波数調整レンジは50GHzである。したがって、数GHzずらすたびに50GHz離れたリング共振器の共振周波数が一致するため最大50GHz周波数チューニングするだけで5THzの周波数可変幅を得ることができる。すなわち、１つのリング共振器で実施した場合の1/100の投入パワーで実現できる。なお、周波数チューニング特性に50GHz間隔のグリッド特性が生じてしまうが、実際の光通信システムで使用する周波数が50GHz毎のため、この特性は逆に都合がよい。
【００３４】
記憶部１６２は、設定値ｆｄ_def及び許容値を記憶する。設定値ｆｄ_def及び許容値は、予めユーザが設定することができる。
【００３５】
電源部１６３は、制御部１６１からの指示に従いＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃに指定された量の電力を供給する。
【００３６】
次に、コヒーレント光受信器１が行うＬＯ光周波数制御処理について図４のフローチャートを用いて説明する。なお、以下ステップＳ１１〜ステップＳ１４に示す処理は常時行われているが、コヒーレント光受信器１が行うＬＯ光周波数制御処理の理解を容易にするため、時系列に沿って説明する。
【００３７】
波長可変光源１１は、ＬＯ光を発振する（ステップＳ１１）。
【００３８】
合成部１２は、光ファイバより伝送された信号光とＬＯ光とを合成する（ステップＳ１２）。
【００３９】
光受信部１３は、合成された光を、ベースバンド電気信号に変換し、当該電気信号の同相成分と直交成分の信号を出力する（ステップＳ１３）。
【００４０】
Ａ／Ｄ変換器１４は、光受信部１３が出力した同相成分と直交成分の電気信号をサンプリング及び量子化を行い、離散デジタルベースバンド信号を出力する（ステップＳ１４）。
【００４１】
デジタル信号処理部１５は、離散デジタルベースバンド信号の位相誤差を求め、当該位相誤差から信号光とＬＯ光との周波数差ｆｄを求める（ステップＳ１５）。
【００４２】
周波数ＦＢ制御回路１６の制御部１６１は、デジタル信号処理部１５が求めた周波数差ｆｄから、記憶部１６２に記憶されている設定値ｆｄ_defを減算し、減算した結果ｅｆと許容値ｅｆalとを比較する（ステップＳ１６）。減算した結果ｅｆが許容値ｅｆalより大きい場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、制御部１６１は、求められた周波数差ｆｄ−設定値ｆｄ_defの値ｅｆに基づいて、ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃに供給する電力Ｐを調節する（ステップＳ１７）。これにより、リング共振器１１２〜１１４の光路長が変化し、ステップＳ１１において発振されるＬＯ光の周波数が変化する。
【００４３】
一方、減算した結果が許容値以下の場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）、ステップＳ１１にもどり、同様の周波数のＬＯ光が出力される。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。
【００４５】
例えば、多重光共振器を構成するリング共振器の数は３つに限らず、任意の個数にすることができる。
【００４６】
また、全てのリング共振器にＴＯ位相シフタを配置する必要はなく、一部のリング共振器（例えば、３つのうちの１つ又は２つ）にのみＴＯ位相シフタを配置してもよい。
【００４７】
また、全てのＴＯ位相シフタに供給する電力を差ｅｆに従って制御する必要はなく、複数のＴＯ位相シフタのうちの一部（例えば、３つのうちの１つ又は２つ）のＴＯ位相シフタに供給する電力のみを制御対象としてもよい。
【００４８】
また、上記実施の形態においては、周波数差ｆｄと設定値ｆｄ_defとの差（偏差）ｅｆが許容値ｅｆalより大きい時に、ＴＯ位相シフタに供給する電力Ｐを調整したが、許容値ｅｆalとの比較をせず、差ｅｆに基づいて供給電力Ｐを変更するようにしてもよい。
【００４９】
また、差ｅｆとＴＯ位相シフタに供給する電力Ｐの変化量ΔＰとの関係は適宜設定可能である。
例えば、全ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃに供給する電力の変化量（調整量）ΔＰを、ＰＩＤ制御に基づいて、
ΔＰ＝Ａ・ｅｆ＋Ｂ・∫ｅｆｄｔ＋Ｃ・ｄｅｆ／ｄｔ＋Ｄ
と設定してもよい。
ここで、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ、任意の定数である。
【００５０】
また、各ＴＯ位相シフタ１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃに供給する電力Ｐを、例えば、次式に基づいて、周波数差ｆｄに基づいて制御することも可能である。
Ｐ＝Ｅ・ｆd＋Ｆ・∫ｆｄｄｔ＋Ｇ・ｄｆｄ／ｄｔ＋Ｈ
ここで、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈは、それぞれ、任意の定数である。
その他、周波数差ｆｄを目標値に収束させることができるならば、その制御手法は任意である。
【００５１】
上記実施形態においては、信号光の周波数があまり変化しない例を示したが、本発明は、例えば、信号光の搬送波の周波数が切り替わる構成或いは多周波である構成にも適用可能である。例えば、信号光の搬送波の周波数がｆ１とｆ２とで切り替わる場合を想定する。この場合には、ＬＯ光の周波数が、例えば、（ｆ１−ｆｄ）と（ｆ２−ｆｄ）とに切り替えられるように、ＳＯＡ１１１を設計し、さらに、合成部１２の出力光の周波数ｆｄと設定値ｆｄ_defとの差ｅｆに応じて、ＬＯ光の周波数を微調整できるように構成すればよい。
また、信号光が複数の周波数の搬送波を含む場合も同様である。
【００５２】
また、コヒーレント光受信器の構成や、使用される材料も適宜変更することができる。
【００５３】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
【００５４】
（付記１）局所発振光を出力する局所発振光出力部と、前記局所発振光と、受信信号光とを合成し、合成信号光を出力する合成部と、前記合成部が出力した前記合成信号光を電気信号に変換し、当該電気信号の同相成分の信号と直交成分の信号とを出力する光変換部と、前記光変換部が出力した同相成分及び直交成分の信号を離散信号に変換し、出力するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部が出力した同相成分及び直交成分の離散信号から、局所発振光と受信信号光との周波数差を求めるデジタル信号処理部と、前記デジタル信号処理部が求めた周波数差と所定の値との誤差に基づいて前記局所発振光出力部から出力される局所発振光の周波数を制御する周波数制御部と、を備え、前記局所発振光出力部は、光路長が異なる複数の共振器が光学的に連結された多重共振器と、前記共振器のそれぞれに設けられ、前記共振器の共振波長を変化させる複数の共振器制御部と、当該多重共振器に光を供給する供給部と、を有し、前記周波数制御部は、前記共振器制御部に供給する電力を制御することにより、前記誤差を小さくするように局所発振光の周波数を制御することを特徴とするコヒーレント光受信器。
【００５５】
（付記２）前記周波数制御部は、前記複数の共振器制御部に供給する電力を、同量だけ増加又は減少させることを特徴とする付記１に記載のコヒーレント光受信器。
【００５６】
（付記３）局所発振光出力部と、合成部と、光変換部と、Ａ／Ｄ変換部と、デジタル信号処理部と、周波数制御部と、を備える装置が行う受信方法であって、前記局所発振光出力部が、局所発振光を出力する局所発振光出力工程と、前記合成部が、前記局所発振光と、受信信号光とを合成し、合成信号光を出力する合成工程と、前記光変換部が、前記合成部が出力した前記合成信号光を電気信号に変換し、当該電気信号の同相成分の信号と直交成分の信号とを出力する光変換工程と、前記Ａ／Ｄ変換部が、前記光変換部が出力した同相成分及び直交成分の信号を離散信号に変換し、出力するＡ／Ｄ変換工程と、前記デジタル信号処理部が、前記Ａ／Ｄ変換部が出力した同相成分及び直交成分の離散信号から、局所発振光と受信信号光との周波数差を求めるデジタル信号処理工程と、前記周波数制御部が、前記デジタル信号処理部が求めた周波数差と所定の値との誤差に基づいて前記局所発振光出力部から出力される局所発振光の周波数を制御する周波数制御工程と、を備え、前記局所発振光出力部は、光路長が異なる複数の共振器が光学的に連結された多重共振器と、前記共振器のそれぞれに設けられ、前記共振器の共振波長を変化させる複数の共振器制御部と、当該多重共振器に光を供給する供給部と、を有し、前記周波数制御部は、前記共振器制御部に供給する電力を制御することにより、前記誤差を小さくするように局所発振光の周波数を制御することを特徴とする受信方法。
【符号の説明】
【００５７】
１ コヒーレント光受信器
１１ 波長可変光源部
１１１ ＳＯＡ
１１２、１１３、１１４ リング共振器
１１５ ＰＬＣ基板
１１６ 高反射膜
１１７ａ レーザ入出力側導波路
１１７ｂ、１１７ｃ 導波路
１１７ｄ レーザ反射側導波路
１１８ａ、１１８ｂ、１１８ｃ ＴＯ位相シフタ
１１９ 多重光共振器
１２ 合成部
１３ 光受信部
１４ Ａ／Ｄ変換部
１５ デジタル信号処理部
１６ 周波数ＦＢ制御部
１６１ 制御部
１６２ 記憶部
１６３ 電源部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
局所発振光を出力する局所発振光出力部と、
前記局所発振光と、受信信号光とを合成し、合成信号光を出力する合成部と、
前記合成部が出力した前記合成信号光を電気信号に変換し、当該電気信号の同相成分の信号と直交成分の信号とを出力する光変換部と、
前記光変換部が出力した同相成分及び直交成分の信号を離散信号に変換し、出力するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部が出力した同相成分及び直交成分の離散信号から、局所発振光と受信信号光との周波数差を求めるデジタル信号処理部と、
前記デジタル信号処理部が求めた周波数差と所定の値との誤差に基づいて前記局所発振光出力部から出力される局所発振光の周波数を制御する周波数制御部と、
を備え、
前記局所発振光出力部は、光路長が異なる複数の共振器が光学的に連結された多重共振器と、前記共振器のそれぞれに設けられ、前記共振器の共振波長を変化させる複数の共振器制御部と、当該多重共振器に光を供給する供給部と、を有し、
前記周波数制御部は、前記共振器制御部に供給する電力を制御することにより、前記誤差を小さくするように局所発振光の周波数を制御する
ことを特徴とするコヒーレント光受信器。
【請求項２】
前記周波数制御部は、前記複数の共振器制御部に供給する電力を、同量だけ増加又は減少させる
ことを特徴とする請求項１に記載のコヒーレント光受信器。
【請求項３】
局所発振光出力部と、合成部と、光変換部と、Ａ／Ｄ変換部と、デジタル信号処理部と、周波数制御部と、を備える装置が行う受信方法であって、
前記局所発振光出力部が、局所発振光を出力する局所発振光出力工程と、
前記合成部が、前記局所発振光と、受信信号光とを合成し、合成信号光を出力する合成工程と、
前記光変換部が、前記合成部が出力した前記合成信号光を電気信号に変換し、当該電気信号の同相成分の信号と直交成分の信号とを出力する光変換工程と、
前記Ａ／Ｄ変換部が、前記光変換部が出力した同相成分及び直交成分の信号を離散信号に変換し、出力するＡ／Ｄ変換工程と、
前記デジタル信号処理部が、前記Ａ／Ｄ変換部が出力した同相成分及び直交成分の離散信号から、局所発振光と受信信号光との周波数差を求めるデジタル信号処理工程と、
前記周波数制御部が、前記デジタル信号処理部が求めた周波数差と所定の値との誤差に基づいて前記局所発振光出力部から出力される局所発振光の周波数を制御する周波数制御工程と、
を備え、
前記局所発振光出力部は、光路長が異なる複数の共振器が光学的に連結された多重共振器と、前記共振器のそれぞれに設けられ、前記共振器の共振波長を変化させる複数の共振器制御部と、当該多重共振器に光を供給する供給部と、を有し、
前記周波数制御部は、前記共振器制御部に供給する電力を制御することにより、前記誤差を小さくするように局所発振光の周波数を制御する
ことを特徴とする受信方法。
【請求項１】
局所発振光を出力する局所発振光出力部と、
前記局所発振光と、受信信号光とを合成し、合成信号光を出力する合成部と、
前記合成部が出力した前記合成信号光を電気信号に変換し、当該電気信号の同相成分の信号と直交成分の信号とを出力する光変換部と、
前記光変換部が出力した同相成分及び直交成分の信号を離散信号に変換し、出力するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部が出力した同相成分及び直交成分の離散信号から、局所発振光と受信信号光との周波数差を求めるデジタル信号処理部と、
前記デジタル信号処理部が求めた周波数差と所定の値との誤差に基づいて前記局所発振光出力部から出力される局所発振光の周波数を制御する周波数制御部と、
を備え、
前記局所発振光出力部は、光路長が異なる複数の共振器が光学的に連結された多重共振器と、前記共振器のそれぞれに設けられ、前記共振器の共振波長を変化させる複数の共振器制御部と、当該多重共振器に光を供給する供給部と、を有し、
前記周波数制御部は、前記共振器制御部に供給する電力を制御することにより、前記誤差を小さくするように局所発振光の周波数を制御する
ことを特徴とするコヒーレント光受信器。
【請求項２】
前記周波数制御部は、前記複数の共振器制御部に供給する電力を、同量だけ増加又は減少させる
ことを特徴とする請求項１に記載のコヒーレント光受信器。
【請求項３】
局所発振光出力部と、合成部と、光変換部と、Ａ／Ｄ変換部と、デジタル信号処理部と、周波数制御部と、を備える装置が行う受信方法であって、
前記局所発振光出力部が、局所発振光を出力する局所発振光出力工程と、
前記合成部が、前記局所発振光と、受信信号光とを合成し、合成信号光を出力する合成工程と、
前記光変換部が、前記合成部が出力した前記合成信号光を電気信号に変換し、当該電気信号の同相成分の信号と直交成分の信号とを出力する光変換工程と、
前記Ａ／Ｄ変換部が、前記光変換部が出力した同相成分及び直交成分の信号を離散信号に変換し、出力するＡ／Ｄ変換工程と、
前記デジタル信号処理部が、前記Ａ／Ｄ変換部が出力した同相成分及び直交成分の離散信号から、局所発振光と受信信号光との周波数差を求めるデジタル信号処理工程と、
前記周波数制御部が、前記デジタル信号処理部が求めた周波数差と所定の値との誤差に基づいて前記局所発振光出力部から出力される局所発振光の周波数を制御する周波数制御工程と、
を備え、
前記局所発振光出力部は、光路長が異なる複数の共振器が光学的に連結された多重共振器と、前記共振器のそれぞれに設けられ、前記共振器の共振波長を変化させる複数の共振器制御部と、当該多重共振器に光を供給する供給部と、を有し、
前記周波数制御部は、前記共振器制御部に供給する電力を制御することにより、前記誤差を小さくするように局所発振光の周波数を制御する
ことを特徴とする受信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２２７２０６（Ｐ２０１１−２２７２０６Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９５３５５（Ｐ２０１０−９５３５５）
【出願日】平成２２年４月１６日（２０１０．４．１６）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１６日（２０１０．４．１６）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]