(57)【要約】【目的】単一波長の光パルスを利用することが可能であり、かつ単一波長の光パルスの波長が雰囲気温度の変動等に伴って変動してもこの変動の影響を受けない。【解決手段】入力光パルス49が、光分岐器50によって第1〜第U入力光パルス51-1〜51-Uに分割される。第1〜第U光パルス時間拡散器28-1〜28-Uは、それぞれ第1〜第U入力光パルスが入力されて、時間軸上に時間拡散して順次並ぶ第1から第NチップパルスまでのN個のチップパルスから成る、第1〜第Uチップパルス列29-1〜29-Uを出力する。第1〜第Uチップパルス列のスペクトルがそれぞれ互いに異なるように、第p光パルス時間拡散器28-pにおいて、隣接して配置される単位FBG同士の間隔、及び当該第p光パルス時間拡散器における単位FBGのブラッグ反射波長が設定されている。【選択図】図１
2010200244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光パルスを時間拡散及びスペクトル分割して、第1から第NチップパルスまでのN個（Nは2以上の整数）のチップパルスから成る、それぞれ互いに異なるスペクトルを有する第1〜第Uチップパルス列（UはU≦Nを満たす1以上の整数）を生成する符号化ステップと、
前記第1〜第Uチップパルス列を時間軸上で多重して多重チップパルス列を生成する多重化ステップと、
前記多重チップパルス列を構成するチップパルスのそれぞれを時間拡散及びスペクトル分割してチップパルス列を生成し、当該チップパルス列間の干渉によって生成される、前記第1〜第Uチップパルス列のいずれか一つのチップパルス列の自己相関波を前記入力光パルスの再生光パルスとする復号化ステップと
を含むことを特徴とする光パルスの符号復号化方法。
【請求項２】
入力光パルスを、時間軸上に時間拡散して順次並ぶ、第1から第NチップパルスまでのN個のチップパルスから成るチップパルス列（Nは2以上の整数）として出力する、第1〜第U光パルス時間拡散器（UはU≦Nを満たす1以上の整数）を具える光パルス時間拡散装置であって、
前記第1〜第U光パルス時間拡散器のそれぞれは、N個の単位ファイバブラック格子(FBG: Fiber Bragg Grating)を具える超格子構造ファイバブラック格子(SSFBG: Superstructured Fiber Bragg Grating）を具えて構成されており、
前記第1〜第U光パルス時間拡散器からそれぞれ出力される第1〜第Uチップパルス列のスペクトルがそれぞれ互いに異なるように、第p光パルス時間拡散器（pは1からUの全ての整数）のそれぞれにおいて、隣接して配置される前記単位FBG同士の間隔、及び当該第p光パルス時間拡散器における前記単位FBGのブラッグ反射波長が設定されている
ことを特徴とする光パルス時間拡散装置。
【請求項３】
入力光パルスを、時間軸上に時間拡散して順次並ぶ、第1から第NチップパルスまでのN個のチップパルスから成るチップパルス列（Nは2以上の整数）として出力する、第1〜第U光パルス時間拡散器（UはU≦Nを満たす1以上の整数）を具える光パルス時間拡散装置であって、
前記第1〜第U光パルス時間拡散器のそれぞれは、N個の単位ファイバブラック格子(FBG: Fiber Bragg Grating)を具える超格子構造ファイバブラック格子(SSFBG: Superstructured Fiber Bragg Grating）を具えて構成されており、
前記第1〜第U光パルス時間拡散器からそれぞれ出力される第1〜第Uチップパルス列のスペクトルがそれぞれ互いに異なりかつ当該チップパルス列のエネルギーが均等の大きさとなるように、第p光パルス時間拡散器（pは1からUの全ての整数）のそれぞれにおいて、隣接して配置される前記単位FBG同士の間隔、及び当該第p光パルス時間拡散器における前記単位FBGのブラッグ反射波長が設定されている
ことを特徴とする光パルス時間拡散装置。
【請求項４】
前記N個の単位FBGのそれぞれに対して、屈折率変調量を当該単位FBGの両端で最小となり中央で最大となるようにアポダイズされていることを特徴とする請求項2又は3に記載の光パルス時間拡散装置。
【請求項５】
前記SSFBGが具える各単位FBGは、光ファイバの長さ方向に沿って順次その屈折率変調の大きさが増大させてあり中心位置において屈折率変調の大きさが最大となり、かつ中心位置をすぎると光ファイバの長さ方向に沿って順次その屈折率変調の大きさが減少するように設定されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の光パルス時間拡散装置。
【請求項６】
前記第p光パルス時間拡散器が具える単位FBGのブラッグ反射波長λBpが次式（1a）及び(1b)
λBp＝λs＋k(Δλs/U)            （1a）
(ただし、Uが奇数の場合、kは｜k｜＜U/2を満たす整数)
λBp＝λs＋(2k+1)(Δλs/2U)            （1b）
(ただし、Uが偶数の場合、kは｜2k+1｜/2＜U/2を満たす整数)
で与えられ、
前記第p光パルス時間拡散器が具える単位FBGのブラッグ反射波長λBpに対応するブラッグ周波数νBpが次式(2)
(νs−Δνs/2)＜νBp＜(νs＋Δνs/2)      (2)
で与えられる不等式を満たす範囲に設定されており、
前記第p光パルス時間拡散器から出力されるチップパルス列の周波数スペクトルにおける主ピークの間隔ΔνBpが次式（3）
0＜ΔνBp＜Δνs            （3）
で与えられる不等式を満たす範囲に設定されており、
前記第p光パルス時間拡散器の隣接する単位FBGから反射されるチップパルスの位相差φが次式(4)
φ＝(2m+1)(λBp/2)            (4)
で与えられるように、
前記第p光パルス時間拡散器において、隣接して配置される単位FBG同士の間隔、及び当該第p光パルス時間拡散器における単位FBGのブラッグ反射波長が設定されていることを特徴とする請求項2から5のいずれか一項に記載の光パルス時間拡散装置。
ここで、λsは前記入力光パルスの波長スペクトルのピーク波長、Δλsは前記入力光パルスの波長スペクトルの半値全幅、νsは前記入力光パルスの周波数スペクトルのピーク周波数、Δνsは前記入力光パルスの周波数スペクトルの半値全幅、mは0以上の整数である。
【請求項７】
光ファイバ伝送路を伝播している特定の波長成分の光パルス信号の抜き出し、及び当該特定の波長の新たな光パルス信号を前記光ファイバ伝送路に送り出す機能を有する光分岐挿入装置であって、
当該光分岐挿入装置の、前記光パルス信号を前記光ファイバ伝送路から抜き出す機能を有する分岐部が請求項2から6のいずれか一項に記載の光パルス時間拡散装置を具えて構成されていることを特徴とする光分岐挿入装置。
【請求項８】
光ファイバ伝送路を伝播している特定の波長成分の光パルス信号の抜き出し、及び当該特定の波長の新たな光パルス信号を前記光ファイバ伝送路に送り出す機能を有する光分岐挿入装置であって、
当該光分岐挿入装置の、前記新たな光パルス信号を前記光ファイバ伝送路に挿入する機能を有する挿入部が請求項2から6のいずれか一項に記載の光パルス時間拡散装置を具えて構成されていることを特徴とする光分岐挿入装置。
【請求項９】
第1〜第3ポートを具える第1光サーキュレータと、第1〜第3ポートを具える第2光サーキュレータと、第1光パルス時間拡散装置と、第2光パルス時間拡散装置と、光アイソレータとを具える光分岐挿入装置であって、
前記第1光サーキュレータの第2ポートから出力される光信号が前記第1光パルス時間拡散装置に入力され、
前記第1光パルス時間拡散装置から出力される光信号が前記光アイソレータに入力され、
前記光アイソレータから出力される光信号が前記第2光パルス時間拡散装置に入力され、
前記第2光パルス時間拡散装置から出力される光信号が前記第2光サーキュレータの第2ポートに入力され、
当該光分岐挿入装置の外部から供給される入力光信号は前記第1光サーキュレータの第1ポートから入力され、
当該光分岐挿入装置から分岐されて抽出される分岐信号は、前記第1光サーキュレータの第3ポートから出力され、
当該光分岐挿入装置を経由して当該光分岐挿入装置の外部に出力される挿入光信号は、前記第2光サーキュレータの第1ポートに入力され、
当該光分岐挿入装置から外部に出力される出力光信号は、前記第2光サーキュレータの第3ポートから出力される
構成とされており、
前記第1光パルス時間拡散装置及び前記第2光パルス時間拡散装置が請求項2から6のいずれか一項に記載の光パルス時間拡散装置である
ことを特徴とする光分岐挿入装置。
【請求項１０】
複数の加入者網を具える光通信システムであって、
前記加入者網それぞれは、固有の光分岐挿入装置が1台ずつ割り当てられており、当該光分岐挿入装置を介して当該光通信システムを構成する光ファイバ網に接続されており、
前記光分岐挿入装置は、請求項9に記載の光分岐挿入装置であることを特徴とする光通信システム。
【請求項１１】
前記固有の光分岐挿入装置の前記第1光パルス時間拡散装置及び前記第2光パルス時間拡散装置には、前記入力光パルスから前記第1〜第Nチップパルス列を生成し、かつ当該第1〜第Nチップパルス列から前記入力光パルスを復元するための規約である符号が割り当てられており、
前記固有の光分岐挿入装置を構成する前記第1光パルス時間拡散装置及び前記第2光パルス時間拡散装置は、それぞれ前記第1〜第U光パルス時間拡散器の内から、割り当てられた前記符号が設定された光パルス時間拡散器のみを動作可能の状態に設定されていることを特徴とする請求項10に記載の光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光パルスの符号復号化方法、光多重伝送に利用される光パルス時間拡散装置、及びこの光パルス時間拡散装置を利用した光分岐挿入装置(ADM: Add-Drop-Multiplexer)、及びこのADMが利用された光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットの普及等により通信需要が急速に増大しており、それに対応して通信の大容量化が図られている。通信システムも多様な形態が構築されており、大容量伝送が可能なADMを具えた、柔軟なバスあるいはリング形態の通信ネットワークが盛んに提案され研究されている。
【０００３】
通信の大容量化のための手法として注目されるのが、一本の光ファイバ伝送路に複数チャンネル分の光パルス信号をまとめて伝送する光多重技術である。光多重技術としては、光時分割多重（OTDM: Optical Time Division Multiplexing）方式、波長分割多重（WDM: Wavelength Division Multiplexing）方式及び光符号分割多重（OCDM：Optical Code Division Multiplexing）方式が盛んに研究されている。
【０００４】
これらの光多重技術の何れも、一本の光ファイバ伝送路に複数チャンネル分の光パルス信号をまとめて伝送することが可能であるので、既存の通信網をそのままとして、通信の大容量化が実現可能である。更に、これら光多重技術を組み合わせることによって一層通信の大容量化が図られる。例えば、OCDM方式とTDM方式を組み合わせた多重伝送システム（例えば、非特許文献1参照）、あるいはOCDM方式とWDM方式とを組み合わせた多重伝送システム（例えば、非特許文献2参照）等が検討されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Klaus Grobe, Jorg-Peter Elbers, "PON Evolution from TDMA to WDM-PON", OFC NThD6 (2008)
【非特許文献２】Taro Hamanaka, Xu Wang, Naoya Wada, and Ken-ich Kitayama, "Demonstration of 16-user OCDMA over 3-wavelength WDM using 511-chip, 640 Gchip/s SSFBG en/decoder and single light source", OFC OMO1 (2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
第1の課題は、WDM方式の多重伝送システムにあっては、多重するチャンネル数を増やすことに対応して、波長グリッド間隔を狭くする必要がある。波長グリッド間隔を狭くすると、光搬送波を生成する光源のドリフトの絶対値をこの波長グリッド間隔の範囲に収まるように十分小さくする必要がある。光源のドリフトは、時間経過に従って周辺雰囲気温度の変動等に伴って発生する。光源のドリフトの絶対値の変動幅が波長グリッド間隔の範囲を超えると、WDM方式の多重伝送システムにあってはチャンネル識別能力が失われる。
【０００７】
ちなみに、国際連合の国際電気通信連合（ITU: International Telecommunication Union）が定めるITU国際標準においては、100 GHz(約0.8 nm間隔)、50 GHz(約0.4 nm間隔)、等という具合にWDMグリッドが設定されている。
【０００８】
第2の課題は、WDM方式の多重伝送システムにおいては、多波長の光搬送波を生成する光源が必要なことである。多波長光源は高価である上、多重伝送システムに利用できる波長資源には限りがある。また、多波長光源の波長の長時間安定性を確保することは、可能であっても高度な技術を要し、かつ高い製造コストがかかる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の発明者は、波長スペクトルが唯一の極大をもつ光パルスであっても、波長スペクトルが有限の幅を有している以上、この波長スペクトル成分を複数に分割し、その分割された波長スペクトル成分のそれぞれにチャンネルを割り当てることが可能であることに思い至った。またこのようにして、波長スペクトルが唯一の極大をもつ光パルスを発生する単一波長光搬送波発生光源の波長が雰囲気温度の変動等に伴って変動しても波長スペクトル成分の相違に基づくチャンネル識別能力に影響を与えない擬似的WDMを実現させることが可能であることに思い至った。
【００１０】
すなわち、超格子構造ファイバブラック格子(SSFBG: Superstructured Fiber Bragg Grating）によって単一波長光搬送波発生光源の波長スペクトル成分を波長ごとに複数に分割することにより擬似的にWDM方式を実現すれば、分割された波長スペクトルの波長には単一波長光搬送波発生光源の波長の揺らぎの影響が現れない。これは、単一波長光搬送波発生光源の波長の揺らぎが発生しても、SSFBGによって分割される波長の値は変動しないからである。従って、この擬似的WDM方式においては、単一波長光搬送波発生光源の波長の揺らぎの影響を受けないでチャンネル識別が可能となるので、上述の第1及び第2の課題が解決される。
【００１１】
この発明の発明者は、唯一の極大をもつ光パルスの波長スペクトル成分を複数に分割し、その分割された波長スペクトル成分のそれぞれにチャンネルを割り当てる擬似的WDM方式を実現することが、SSFBGによって実現される光パルスの時間拡散効果を用いれば可能であることを確かめた。
【００１２】
従って、この発明の目的は、単一波長の光パルスを利用することが可能であり、かつ単一波長の光パルスの波長が雰囲気温度の変動等に伴って変動しても、この変動の影響を受けない擬似的WDM方式の伝送システムを実現することが可能である光パルスの符号復号化方法を提供することにある。また、この方法を実現する符号器及び復号器として利用可能である光パルス時間拡散装置を提供することを目的とする。また、この光パルス時間拡散装置を用いて構成されるADM、及びこのADMが利用される光通信システムを提供することを目的とする。
【００１３】
ここで、用語「単一波長の光パルス」及び「擬似的WDM」について、以下のとおり定義する。すなわち、単一波長の光パルスとは、波長スペクトルが唯一の極大を有する光パルスをいうものとする。また、擬似的WDMとは、単一波長の光パルスの波長スペクトルを分割してそれぞれのチャンネルに割り当て、かつOCDM方式と併用することによって、チャンネル識別を波長スペクトルの成分の相違及び後述する符号の相違に基づき識別する方式を意味するものとする。
【００１４】
通常のWDMでは、波長スペクトルが複数の極大を有する光パルスを、各チャンネルにこの極大波長に対応させて分配し、これらの波長を識別することでチャンネルの識別が実現される。すなわち、通常のWDM方式における波長多重信号の光搬送波の波長スペクトルは複数の極大をとるのに対して、この発明の擬似的WDM方式における信号の光搬送波の波長スペクトルは単一の極大を取ることに相違点がある。
【００１５】
なお、以後の説明においては、符号及び復号という呼称を、従来の慣習からより拡張して広い意味に使うこととする。すなわち、光パルス信号を構成する光パルスを時間軸上に拡散する規則を、通常の意味での符号（狭義の符号）に限定せず、一義的に確定する任意の規則（広義の符号）であっても、上述の符号化及び復号化という呼称を用いる。従って、広義の符号の場合に対しても、符号化光パルス信号、チップパルス等の用語を使うものとする。
【００１６】
また、以下に説明するこの発明の光パルス時間拡散装置を構成するSSFBGから出力されるチップパルスの列は、通常の符号が設定されたSSFBGから出力されるチップパルスの列のように、厳密な意味での符号に基づいて光パルスが時間拡散されて生成されたものではない。しかしながら、以後の説明においては、便宜上、光パルスをチップパルスの列に変換することを符号化、チップパルスの列を自己相関波あるいは相互相関波として生成することを復号化ということもある。
【００１７】
そこで、この発明の要旨によれば、以下の構成の光パルスの符号復号化方法が提供される。
【００１８】
この発明の光パルスの符号復号化方法は、符号化ステップと、多重化ステップと、復号化ステップとを含んで構成される。
【００１９】
符号化ステップは、入力光パルスを時間拡散及びスペクトル分割して、第1から第NチップパルスまでのN個（Nは2以上の整数）のチップパルスから成る、それぞれ互いに異なるスペクトルを有する第1〜第Uチップパルス列（UはU≦Nを満たす1以上の整数）を生成するステップである。
【００２０】
多重化ステップは、第1〜第Uチップパルス列を時間軸上で多重して多重チップパルス列を生成するステップである。
【００２１】
復号化ステップは、多重チップパルス列を構成するチップパルスのそれぞれを時間拡散及びスペクトル分割してチップパルス列を生成し、このチップパルス列間の干渉によって生成される、第1〜第Uチップパルス列のいずれか一つのチップパルス列の自己相関波を入力光パルスの再生光パルスとするステップである。
【００２２】
また、この発明の要旨によれば、以下の構成の光パルス時間拡散装置が提供される。
【００２３】
この発明の光パルス時間拡散装置は、入力光パルスを、時間軸上に時間拡散して順次並ぶ、第1から第NチップパルスまでのN個のチップパルスから成るチップパルス列（Nは2以上の整数）として出力する、第1〜第U光パルス時間拡散器（UはU≦Nを満たす1以上の整数）を具える光パルス時間拡散装置である。
【００２４】
第1〜第U光パルス時間拡散器のそれぞれは、N個の単位ファイバブラック格子(FBG: Fiber Bragg Grating)を具える超格子構造ファイバブラック格子(SSFBG: Superstructured Fiber Bragg Grating）を具えて構成されている。そして、第1〜第U光パルス時間拡散器からそれぞれ出力される第1〜第Uチップパルス列のスペクトルがそれぞれ互いに異なるように、第p光パルス時間拡散器（pは1からUの全ての整数）のそれぞれにおいて、隣接して配置される単位FBG同士の間隔、及び当該第p光パルス時間拡散器における単位FBGのブラッグ反射波長が設定されている。
【００２５】
この発明の光パルス時間拡散装置において、好ましくは、第1〜第U光パルス時間拡散器からそれぞれ出力される第1〜第Uチップパルス列のスペクトルがそれぞれ互いに異なりかつ当該チップパルス列のエネルギーが均等の大きさとなるように、第p光パルス時間拡散器のそれぞれにおいて、隣接して配置される単位FBG同士の間隔、及び当該第p光パルス時間拡散器における単位FBGのブラッグ反射波長が設定されているのがよい。
【００２６】
また、好ましくは、この発明の光パルス時間拡散装置の第p光パルス時間拡散器において、隣接して配置される単位FBG同士の間隔、及びこの第p光パルス時間拡散器における単位FBGのブラッグ反射波長を以下のとおりに構成するのがよい。
【００２７】
第p光パルス時間拡散器が具える単位FBGのブラッグ反射波長λBpが、次式（1a）及び(1b)
λBp＝λs＋k(Δλs/U)            （1a）
(ただし、Uが奇数の場合、kは｜k｜＜U/2を満たす整数)
λBp＝λs＋(2k+1)(Δλs/2U)            （1b）
(ただし、Uが偶数の場合、kは｜2k+1｜/2＜U/2を満たす整数)
で与えられ、
第p光パルス時間拡散器が具える単位FBGのブラッグ反射波長λBpに対応するブラッグ周波数νBpが次式(2)
(νs−Δνs/2)＜νBp＜(νs＋Δνs/2)      (2)
で与えられる不等式を満たす範囲に設定される。
【００２８】
また、第p光パルス時間拡散器から出力されるチップパルス列の周波数スペクトルにおける主ピークの間隔ΔνBpが次式（3）
0＜ΔνBp＜Δνs            （3）
で与えられる不等式を満たす範囲に設定され、第p光パルス時間拡散器の隣接する単位FBGから反射されるチップパルスの位相差φが次式(4)
φ＝(2m+1)(λBp/2)            (4)
で与えられる。
【００２９】
ここで、λsは入力光パルスの波長スペクトルのピーク波長、Δλsは入力光パルスの波長スペクトルの半値全幅、νsは入力光パルスの周波数スペクトルのピーク周波数、Δνsは入力光パルスの周波数スペクトルの半値全幅、mは0以上の整数である。
【００３０】
また、この発明の要旨によれば、以下の構成の光分岐挿入装置(ADM: Add-Drop-Multiplexer)が提供される。
【００３１】
この発明のADMは、光ファイバ伝送路を伝播している特定の波長成分の光パルス信号の抜き出し、及び当該特定の波長の新たな光パルス信号を光ファイバ伝送路に送り出す機能を有するADMであって、このADMの光パルス信号を光ファイバ伝送路から抜き出す機能を有する分岐部、あるいは新たな光パルス信号を光ファイバ伝送路に挿入する機能を有する挿入部に、上述のこの発明の光パルス時間拡散装置を具えて構成されている。
【００３２】
この発明のADMは、好ましくは、第1〜第3ポートを具える第1光サーキュレータと、第1〜第3ポートを具える第2光サーキュレータと、第1光パルス時間拡散装置と、第2光パルス時間拡散装置と、光アイソレータとを具えて構成するのがよい。第1光パルス時間拡散装置及び第2光パルス時間拡散装置に上述のこの発明の光パルス時間拡散装置が具えられている。
【００３３】
そして、以下のとおり動作する。すなわち、第1光サーキュレータの第2ポートから出力される光信号が第1光パルス時間拡散装置に入力され、第1光パルス時間拡散装置から出力される光信号が光アイソレータに入力され、光アイソレータから出力される光信号が第2光パルス時間拡散装置に入力され、第2光パルス時間拡散装置から出力される光信号が第2光サーキュレータの第2ポートに入力され、このADMの外部から供給される入力光信号は第1光サーキュレータの第1ポートから入力され、このADMから分岐されて抽出される分岐信号は、第1光サーキュレータの第3ポートから出力され、このADMを経由してこのADMの外部に出力される挿入光信号は、第2光サーキュレータの第1ポートに入力され、このADMから外部に出力される出力光信号は、第2光サーキュレータの第3ポートから出力される。
【００３４】
また、この発明の要旨によれば、以下の構成の光通信システムが提供される。
【００３５】
この発明の光通信システムは、複数の加入者網を具える光通信システムであって、加入者網それぞれに固有のADMが1台ずつ割り当てられ、ADMを介して光通信システムを構成する光ファイバ網に接続されている。そして、これらのADMに上述のこの発明のADMが利用されている。
【００３６】
この発明の光通信システムは、好ましくは、以下のように構成するのがよい。固有のADMの第1光パルス時間拡散装置及び第2光パルス時間拡散装置には、入力光パルスから第1〜第Nチップパルス列を生成し、かつこの第1〜第Nチップパルス列から入力光パルスを復元するための規約である符号を割り当てる。そして、固有のADMを構成する第1光パルス時間拡散装置及び第2光パルス時間拡散装置は、それぞれ第1〜第U光パルス時間拡散器の内から、割り当てられた符号が設定された光パルス時間拡散器のみを動作可能の状態に設定しておく。
【発明の効果】
【００３７】
この発明の光パルスの符号復号化方法によれば、符号化ステップにおいて、入力光パルスを時間拡散及びスペクトル分割されて、それぞれ互いに異なるスペクトルを有する第1〜第Uチップパルス列が生成される。そして、復号化ステップにおいて、第1〜第Uチップパルス列のいずれか一つのチップパルス列の自己相関波が入力光パルスの再生光パルスとして生成される。
【００３８】
入力光パルスとして利用される単一波長の光パルスは、そのスペクトルが唯一の極大を有し、スペクトル幅は有限の値を持っている。従って、符号化ステップにおいて入力光パルスの有するスペクトル帯域を分割することによって、分割されたそれぞれのスペクトル成分が分配された第1〜第Uチップパルス列を生成することが可能である。従って、このように第1〜第Uチップパルス列に分配されるスペクトル成分はそれぞれが互いに異なっており、これは第1〜第Uチップパルス列のそれぞれに相異なる波長を割り当てるのと同じ役割を果たす。すなわち、擬似的WDMを実現することが可能である。
【００３９】
しかも第1〜第Uチップパルス列のそれぞれへの入力光パルスのスペクトル成分の割り当ては、上述したようにSSFBGを利用して実現される。すなわち、第1〜第Uチップパルス列のそれぞれへのスペクトルの割り当てはSSFBGの構造によって確定されるものである。入力光パルスの中心波長が、SSFBGの構造によって確定された上述の第1〜第Uチップパルス列のそれぞれへ割り当てられるスペクトル成分を含まなくなるまで変動しない限り、入力光パルスの中心波長が多少変動したとしても、第1〜第Uチップパルス列に割り当てられるスペクトルの構造には影響が及ばない。
【００４０】
また、符号化ステップ及び多重化ステップにおいて、互いに異なるスペクトルを有する第1〜第Uチップパルス列が生成され多重されて多重チップパルス列が生成される。符号化ステップ及び多重化ステップでは、擬似的WDM方式の波長合波が行われている。また、復号化ステップにおいて、第1〜第Uチップパルス列のいずれか一つのチップパルス列の自己相関波が生成される。復号化ステップでは、擬似的WDM方式の波長分波が行われている。すなわち、第1〜第Uチップパルス列にそれぞれ第1〜第Uチャンネルが割り当てられ、擬似的WDMと符号分割多重とが同時に実行されている状態が実現されていると見ることができる。
【００４１】
従って、この発明の光パルスの符号復号化方法によれば、単一波長の光パルスを利用することが可能であり、かつ単一波長の光パルスの波長が雰囲気温度の変動等に伴って変動しても、この変動の影響を受けない光多重伝送方式を実現することが可能となる。
【００４２】
この発明の光パルス時間拡散装置によれば、第1〜第U光パルス時間拡散器によって第1〜第Uチップパルス列を生成する符号化ステップが実現される。また、同じく第1〜第U光パルス時間拡散器によって第1〜第Uチップパルス列が多重された多重チップパルス列を構成するチップパルスのそれぞれを時間拡散及びスペクトル分割してチップパルス列を生成し、このチップパルス間の干渉によって生成される、第1〜第Uチップパルス列のいずれか一つのチップパルス列の自己相関波を入力光パルスの再生光パルスとして生成する復号化ステップが実現される。多重チップパルス列から自己相関波が生成されるのは、入力光パルスが符号化された際に利用された第1〜第U光パルス時間拡散器と同一構成の光パルス時間拡散器によって復号化された場合である。すなわち、第p光パルス時間拡散器で符号化された第pチップパルス列が、第q光パルス時間拡散器（qは1からUの全ての整数）で復号化された場合、自己相関波が生成されるのはp＝qである場合に限られる。
【００４３】
従って、この発明の光パルス時間拡散装置によれば、上述のこの発明の光パルスの符号復号化方法における符号化ステップ及び復号化ステップを実現することが可能である。
【００４４】
この発明のADMによれば、このADMの光パルス信号を光ファイバ伝送路から抜き出す機能を有する分岐部、あるいは新たな光パルス信号を光ファイバ伝送路に挿入する機能を有する挿入部に、上述のこの発明の光パルス時間拡散装置が具えられている。この発明の光パルス時間拡散装置は擬似的WDM方式の波長分波合波の働きをするから、従来のWDM方式及びOCDM方式を併用したことに相当する機能を有するADMが実現される。
【００４５】
同様に、この発明の光通信システムによれば、加入者網それぞれに固有のADMとして上述のこの発明のADMが1台ずつ割り当てられ、ADMを介して光通信システムを構成する光ファイバ網に接続されている。従って、上述したようにこの発明の光パルスの符号復号化方法における符号化ステップ及び復号化ステップを実現することが可能であるから、従来のWDM方式及びOCDM方式を併用したことに相当する機能を有する光通信システムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の実施形態の光パルス時間拡散装置の概略的構成図である。
【図２】擬似的WDM方式についての説明に供する模式的図である。
【図３】単位FBGのブラッグ反射波長が異なる2種類の光パルス時間拡散器の反射波長スペクトルと、入力光パルスの波長スペクトルとの関係の説明に供する図である。
【図４】入力光パルスの半値全幅と、単位FBGのブラッグ反射波長及び単位FBGの配置間隔Lを適切に選ぶことによって第1〜第16光パルス時間拡散器の出力光強度を均一にすることが可能であることの説明に供する図である。
【図５】この発明の実施形態の第1〜第U光パルス時間拡散器のそれぞれを構成するSSFBGの構造の説明に供する図であり、(A)は光ファイバに単位FBGが間隔Lを隔てて配置されている様子を模式的に示す図であり、(B)はSSFBGの屈折率構造を模式的に示す図である。
【図６】単位FBGのアポダイズと各単位FBGの光ファイバの長さ方向に沿って屈折率変調の大きさが変化させてある状況についての説明に供する図であり、(A)はアポダイズの説明に供する図であり、(B)は光ファイバの長さ方向に沿った屈折率変調の大きさの変化を示す図である。
【図７】単位FBGに対するアポダイズの効果についての説明に供する図であり、(A)は単位FBGに対するアポダイズが施されていない場合の光パルス時間拡散器の反射波長スペクトルを示す図であり、(B)は単位FBGに対するアポダイズが施されている場合の光パルス時間拡散器の反射波長スペクトルを示す図である
【図８】SSFBGの一方の端から他方の端に至る全域にわたり屈折率変調のアポダイズの効果の説明に供する図であり、(A)はアポダイズが成されていない場合の光パルス時間拡散器の反射波長スペクトルを示す図であり、(B)はアポダイズされている場合の光パルス時間拡散器の反射波長スペクトルを示す図である。
【図９】この発明の実施形態の光パルス時間拡散装置による符号化及び復号化の動作についての説明に供する図であり、(A)はこの発明の実施形態の光パルス時間拡散装置を構成するいずれか一つの光パルス時間拡散器によって光パルスがチップパルス列に変換されて符号化される様子を示す図であり、(B)は、符号化を行った光パルス時間拡散装置と同一の構成の光パルス時間拡散装置が具えるいずれか一つの光パルス時間拡散器による復号化の様子を示す図であり、(C)は復号器に入力されるチップパルス列を構成するM個のチップパルスのそれぞれが、復号器によってM個のチップパルスに変換され、干渉によって自己相関波あるは相互相関波が生成される過程を説明する図である。
【図１０】この発明の実施形態のADMの構成及びその動作についての説明に供する図であり、(A)は信号の分岐についての説明に供する図であり、(B)は信号の挿入についての説明に供する図である。
【図１１】加入者網のそれぞれが、実施形態のADMが利用されて収容局と光ファイバ伝送路でループ状に接続されて構成される実施形態の光通信システムの概略的ブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、図を参照して、この発明の実施形態につき説明する。なお、各図は、この発明による実施形態に係る一構成例についての説明に供する図であり、この発明を図示例に限定するものではない。
【００４８】
＜光パルス時間拡散装置＞
図1を参照して、この発明の実施形態の光パルス時間拡散装置の構造及びその動作について説明する。図1はこの発明の実施形態の光パルス時間拡散装置の概略的構成図である。
【００４９】
この発明の実施形態の光パルス時間拡散装置は、入力光パルス49をU分割して、第1〜第U入力光パルス51-1〜51-Uを出力する光分岐器50を具えている。第1入力光パルス51-1から第U入力光パルス51-Uのそれぞれは、第1〜第U光パルス時間拡散器28-1〜28-Uの前段にそれぞれ設置された第1〜第U光サーキュレータ30-1〜30-Uに入力される。第1〜第U入力光パルス51-1〜51-Uは、それぞれ第1〜第U光サーキュレータ30-1〜30-Uを介して、第1〜第U光パルス時間拡散器28-1〜28-Uに入力される。
【００５０】
第1〜第U光パルス時間拡散器28-1〜28-Uは、それぞれ第1〜第U入力光パルス51-1〜51-Uが入力されて、時間軸上に時間拡散して順次並ぶ第1から第NチップパルスまでのN個のチップパルスから成る、第1〜第Uチップパルス列29-1〜29-Uを出力する。
【００５１】
第1〜第U光パルス時間拡散器28-1〜28-Uのそれぞれは、第1FBG〜第NFBGまでのN個の単位FBGを具えるSSFBGを具えて構成されている。そして、第1〜第U光パルス時間拡散器28-1〜28-Uからそれぞれ出力される第1〜第Uチップパルス列29-1〜29-Uのスペクトルがそれぞれ互いに異なるように、第p光パルス時間拡散器28-pにおいて、隣接して配置される単位FBG同士の間隔、及び当該第p光パルス時間拡散器における単位FBGのブラッグ反射波長が設定されている。
【００５２】
この発明の実施形態の光パルス時間拡散装置において、第1〜第U光パルス時間拡散器28-1〜28-Uからそれぞれ出力される第1〜第Uチップパルス列29-1〜29-Uのスペクトルがそれぞれ互いに異なりかつこれらのチップパルス列のエネルギーが均等の大きさとなるように、上述した隣接して配置される単位FBG同士の間隔及び第p光パルス時間拡散器における単位FBGのブラッグ反射波長が設定されている。
【００５３】
第1〜第Uチップパルス列29-1〜29-Uのスペクトルがそれぞれ互いに異なりかつこれらのチップパルス列のエネルギーが均等の大きさとなるように単位FBG同士の間隔及び単位FBGのブラッグ反射波長を設定するためには、上述の式(1a)(1b)〜(4)を満足するように、第p光パルス時間拡散器が具える単位FBGのブラッグ反射波長λBp、第p光パルス時間拡散器が具える単位FBGのブラッグ反射波長λBpに対応するブラッグ周波数νBp、第p光パルス時間拡散器から出力されるチップパルス列の周波数スペクトルにおける主ピークの間隔ΔνBp、及び第p光パルス時間拡散器の隣接する単位FBGから反射されるチップパルスの位相差φのそれぞれの値を設定すればよい。
【００５４】
実際にこの発明の実施形態の光パルス時間拡散装置を作成するに当たっては、数値シミュレータ等を利用することによって、第1〜第U光パルス時間拡散器からそれぞれ出力される第1〜第Uチップパルス列の波長スペクトル等の特性を確認しながら、上述の式(1a)(1b)〜(4)を満足する範囲にλBp、λBp、νBp、ΔνBp、及びφのそれぞれの値を設定すればよい。
【００５５】
図2を参照して、唯一の極大をもつ入力光パルスのスペクトル成分を複数に分割し、その分割されたスペクトル成分のそれぞれにチャンネルを割り当てることによる擬似的WDM方式について説明する。図2は、擬似的WDM方式についての説明に供する模式的図であり、横軸に入力光パルスの周波数を任意スケールで目盛って示してあり、縦軸は省略してあるが縦軸方向に光強度の大きさを任意スケールで示してある。
【００５６】
図2において、波線で示す釣鐘型の曲線は、入力光パルスの周波数スペクトルであり、その半値全幅はΔνsである。このような周波数スペクトルを有する光パルスがSSBBGに入射すると、SSFBGを構成する単位FBGのブラッグ波長λB及び単位FBGの配置間隔Lによって決まる反射周波数帯域が決定される。図2では、第i光パルス時間拡散器を構成するSSFBGによるブラッグ反射スペクトル、及び第j光パルス時間拡散器を構成するSSFBGによるブラッグ反射スペクトルをそれぞれ異なるハッチングを付して示してある。ここで、i及びjは、1≦i≦U、及び1≦j≦Uを満たす整数である。
【００５７】
SSFBGの反射周波数帯域は、入力光パルスの周波数スペクトルの範囲に複数箇所存在するようにSSFBGを構成する単位FBGのブラッグ反射波長λBb及び単位FBGの配置間隔Lを設定することが可能である。図2では、第i及び第j光パルス時間拡散器を構成するSSFBGの反射周波数帯域が、それぞれ2箇所に存在する。SSFBGの反射周波数帯域の帯域幅（2箇所にある反射周波数帯域のそれぞれの帯域における帯域幅）は単位FBGから反射されるチップパルスの時間波形の逆数に比例する値に決定され、2箇所にある反射周波数帯域の間隔ΔνBi及びΔνBjは、それぞれ単位FBGの配置間隔Lによって決定される。
【００５８】
SSFBGの反射周波数帯域が、入力光パルスの周波数スペクトルの範囲に複数箇所存在するように設定されることによって、第1〜第U光パルス時間拡散器からそれぞれ出力される第1〜第Uチップパルス列のエネルギーが均等の大きさとなるように設定することが可能となる。
【００５９】
図3(A)及び(B)を参照して、単位FBGのブラッグ反射波長λBが異なる2種類の光パルス時間拡散器の反射波長スペクトルと、入力光パルスの波長スペクトルとの関係を説明する。入力光パルスの時間軸上での半値全幅は6 psとした。チャンネル数は16とした。
【００６０】
図3(A)及び(B)は、単位FBGのブラッグ反射波長λBが異なる2種類の光パルス時間拡散器の反射波長スペクトルと、入力光パルスの波長スペクトルとの関係の説明に供する図であり、図3(A)と図3(B)とでは、単位FBGのブラッグ反射波長λBが異なる値に設定されている。図3(A)及び(B)において、横軸は波長をnm単位で目盛って示してある。また、左の縦軸には光パルス時間拡散器のブラッグ反射率をdB単位で目盛って示してあり、右の縦軸は入射光パルスである光パルスの強度を規格化してdB単位で目盛って示してある。
【００６１】
光パルス時間拡散器からブラッグ反射されて出力される出力光（第1〜第Uチップパルス列に相当する。）の波長スペクトルは、入力光パルスと光パルス時間拡散器の反射波長スペクトル(左の縦軸に目盛った反射率)との重なった領域の波長成分から構成される。単位FBGのブラッグ反射波長λBの設定値を変えることで、各光パルス時間拡散器に割り当てる波長スペクトル帯域を変えることができ、擬似的WDMが実現可能であることが分かる。
【００６２】
第1〜第16光パルス時間拡散器から出力される符号化されたチップパルス列に付与された符号は単位FBGのブラッグ反射波長λBの値で与えられ、この波長の値は、SSFBGを引き伸ばす等の力学的方法あるいは温度をコントロールする等の熱的方法によって容易に調整可能である。ブラッグ反射波長λBの値はこれらの方法によって1 pm(ピコメートル)の精度で調整可能である。
【００６３】
入力光パルスの時間波形の半値全幅を狭くすることによって、この入力光パルスの周波数スペクトル幅を広げることが可能である。これによって、第1〜第16チップパルス列に分配される周波数スペクトル帯域幅を十分に確保することができる。また、入力光パルスを出力する光源の中心波長が変化しても、第1〜第16光パルス時間拡散器のそれぞれから出力されるチップパルス列の周波数スペクトルは、第1〜第16光パルス時間拡散器を構成するSSFBGの屈折率周期構造によって決定されるので変動しない。ちなみに、入力光パルス光源として利用される半導体レーザの発振波長の温度依存性は0.8 nm/℃と大きいのに対して、SSFBGの屈折率周期構造によって決定されるチップパルス列の波長スペクトルの温度依存性は0.01 nm/℃と2桁程度小さい。
【００６４】
図4を参照して、入力光パルスの半値全幅と、単位FBGのブラッグ反射波長λB及び単位FBGの配置間隔Lを適切に選ぶことによって第1〜第16光パルス時間拡散器の出力光強度を均一にすることが可能であることを説明する。図4は、横軸に第1〜第16光パルス時間拡散器から出力されるチップパルス列をそれぞれ第1〜第16符号番号として示し、縦軸に出力光強度を光スペクトル反射率として示してある。図4に示すように、第1〜第16光パルス時間拡散器の出力光強度がほぼ均一となっていることが分かる。
【００６５】
＜SSFBG＞
図5(A)及び(B)を参照して、第1〜第U光パルス時間拡散器28-1〜28-Uのそれぞれを構成するSSFBGの構造について説明する。図5(A)及び(B)は、この発明の実施形態の第1〜第U光パルス時間拡散器28-1〜28-Uのそれぞれを構成するSSFBGの構造の説明に供する図であり、図5(A)は光ファイバに単位FBGが間隔Lを隔てて配置されている様子を模式的に示す図であり、図5(B)はSSFBGの屈折率構造を模式的に示す図である。図5(B)において、横軸に光ファイバの長さ方向の位置座標を任意スケールで目盛って示してあり、縦軸に光ファイバの実効屈折率の屈折率変調量Δnを任意スケールで目盛って示してある。
【００６６】
図5(B)において、実線で細かい周期の正弦波状の曲線は単位FBGを形成する周期的な屈折率変調構造を示しており、この正弦波状の曲線の包絡線は、屈折率変調量のアポダイズの様子を示している。また、図5(B)において、下向きの矢印は、隣接する単位FBGの間隙を示していおり、包絡線で囲まれた正弦波状の曲線の一塊（packet）が単位FBGの一つ一つに対応する。
【００６７】
単位FBGのそれぞれに対して、屈折率変調量を単位FBGの両端で最小となり中央で最大となるようにアポダイズされている。このアポダイズを与える関数（アポダイズ関数と呼ばれることもある。）として後述するガウス誤差関数とするのがよい。
【００６８】
説明の便宜上、入力光パルスの波長スペクトルの中心波長が1549.3 nmであり、この波長スペクトルの半値全幅Δλsが0.64 nmであるものとする。また、16チャンネル多重の場合、すなわちU＝16として説明する。
【００６９】
いま、Uの値が偶数であるから、｜2k+1｜/2＜16を満たす(2k+1)の値は2k+1＝-15、-13、-11、-9、-7、-5、-3、-1、+1、+3、+5、+7、+9、+11、+13、+15である。従って、第1光パルス時間拡散器〜第16光パルス時間拡散器のSSFBGを構成する単位FBGのブラッグ波長λB1〜λB16までのそれぞれの値は、λB1＝λs＋(2k+1)(Δλs/2U)＝1549.3−15×(0.64/32)＝1549.0(nm)の値に0.04 nmを順次加えていけば、第2〜第16光パルス時間拡散器のSSFBGを構成する単位FBGのブラッグ波長λB2＝1549.04(nm)〜λB16＝1549.6(nm)まで求められる。
【００７０】
ここで、入力光パルスの波長スペクトルの中心波長1549.3 nmを周波数単位で表すとνs＝193.6 THzとなる。ここで、光速度を3.00×108 m/sであるとした。また、入力光パルスの波長スペクトルの中心波長が1549.3 nmであり、この波長スペクトルの半値全幅Δλsが0.64 nmであるから、この波長スペクトルの半値全幅Δλsを周波数表示すると、Δνs＝80 GHzとなる。
【００７１】
上述の式(2)で与えられる、第p光パルス時間拡散器が具える単位FBGのブラッグ反射波長λBpに対応するブラッグ周波数νBpは、(193.6×1012)−(80×109)＜νBp＜(193.6×1012)＋(80×109)を満たす範囲に設定される。また、上述の式(3)で与えられる、第p光パルス時間拡散器から出力されるチップパルス列の周波数スペクトルにおける主ピークの間隔ΔνBpは、0＜ΔνBp≦80GHzで与えられる不等式を満たす範囲に設定される。
【００７２】
単位FBGの配置の繰り返し周期Lは、例えば、第1光パルス時間拡散器の隣接する単位FBGから反射されるチップパルスの位相差φが上述の式(4)としてφ＝(2m+1)(λBp/2)で与えられるから、2neff・L＝(m+(1/2))λBpを満たすように設定される。すなわちL＝(1/2neff)×(2m＋1))(λBp/2)で与えられる。neff＝1.45として、nm単位で表して、L＝(1/(2×1.45))×(2m＋1)×(1/2)×λB1＝(2m＋1)×0.1742×1549.0＝267.1×(2m＋1)となるように単位FBGを配置すれば良い。ΔνBp＝Δνs＝80 GHzの場合、ΔνBp はチップパルス周期のため、Lは、およそ、L=C/（ΔνBp×neff×2）=3.00×108/（80×109×1.45×2）＝1.3×10-3m となる。
【００７３】
第1光パルス時間拡散器を構成する単位FBGのブラッグ反射波長は上述したようにλB1＝1549.0 nmであるから、この単位FBGの屈折率変調周期Λは2neffΛ＝λB1を満たすように設定すればよい。すなわち、nm単位で表して、Λ＝(1/2neff)λB1＝534と設定すればよい。第2から第16光パルス時間拡散器を構成する単位FBGのブラッグ反射波長及び単位FBGの配置間隔についても同様に計算される。
【００７４】
ここでは、第1光パルス時間拡散器の隣接する単位FBGから反射されるチップパルスの位相差φを波長位相で表して1/2波長、角度位相で表してπとなるように設定した。
【００７５】
図1に示したように、各単位FBGは、光ファイバの長さ方向に沿って順次その屈折率変調の大きさを増大させてあり、中心位置において屈折率変調の大きさが最大となるように設定されている。また、中心位置を過ぎると屈折率変調の大きさが順次減少するように設定されている。
【００７６】
図6(A)及び(B)を参照して、単位FBGのアポダイズと各単位FBGの光ファイバの長さ方向に沿って屈折率変調の大きさが変化させてある状況について説明する。図6(A)及び(B)は、単位FBGのアポダイズと各単位FBGの光ファイバの長さ方向に沿って屈折率変調の大きさが変化させてある状況についての説明に供する図であり、図6(A)はアポダイズの説明に供する図であり、図6(B)は光ファイバの長さ方向に沿った屈折率変調の大きさの変化を示す図である。図6(B)の横軸は一方の端から他方の端まで1番〜32番の順で配置されている単位FBGを示し、縦軸は各単位FBGに対する屈折率変調強度の割合を最大が1となるように規格化して示してある。
【００７７】
図6(A)に示すように、有効長がδである各単位FBGは、次式(5)で与えられる正弦関数で与えられる屈折率変調が、次式(6)で与えられるアポダイズ関数でアポダイズされている。ここで、アポダイズ関数はガウスの誤差関数であって、x軸方向に光ファイバの長さ方向がとってあり、定数Bの値は0.5に設定されている。また、Λは、図5(B)において実線で細かい周期の正弦波状の曲線として示されている、単位FBGの屈折率変調周期を示している。
【００７８】
【数１】
2010200244.tif 000003
【００７９】
また、図6(B)に示すように、各単位FBGは、光ファイバの長さ方向に沿って順次その屈折率変調の大きさが増大させてあり中心位置において屈折率変調の大きさが最大となり、かつ中心位置をすぎると光ファイバの長さ方向に沿って順次その屈折率変調の大きさが減少するように設定されている。図6(B)に示す各単位FBGの屈折率変調強度の割合は、次式(7)で与えられる関数（アポダイズ関数と呼ばれることもある。）によって決定した。次式(7)で与えられるアポダイズ関数は、ガウスの誤差関数であって、Sは単位FBGのナンバー、Nは単位FBGの総数であり、Bは1.3に設定されている。
【００８０】
【数２】
2010200244.tif 000004
【００８１】
図7(A)及び(B)を参照して、単位FBGに対するアポダイズの効果について説明する。図7(A)及び(B)はアポダイズの効果についての説明に供する図であり、図7(A)は単位FBGに対するアポダイズが施されていない場合の光パルス時間拡散器の反射波長スペクトルを示す図であり、図7(B)は単位FBGに対するアポダイズが施されている場合の光パルス時間拡散器の反射波長スペクトルを示す図である。図7(A)及び(B)の横軸は波長をnm単位で目盛って示してあり、縦軸は光パルス時間拡散器からの反射率をdB単位で目盛って示してある。
【００８２】
図7(A)及び(B)共に、目だって大きなピークが真ん中に2つ両端に2つの合計4つ認められる。これら4つの大きなピークが光パルス時間拡散器から出力されるチップパルス列の波長スペクトルの主成分である。擬似WDMが実現される場合は、真ん中に2つ見えるピーク成分がこの光パルス時間拡散器に分配される波長スペクトル成分となる。従って、図7(B)に示すようにアポダイズすることによって、分配されるスペクトル成分が明確に切り分けられ、それだけ光パルス時間拡散器が符号器及び復号器として優れた動作をすることを意味している。
【００８３】
図8(A)及び(B)を参照して、光パルス時間拡散器を構成するSSFBGの一方の端から他方の端に至る全域にわたり屈折率変調の大きさを一定とした場合と、中央部分の屈折率変調の大きさが最大となるようにアポダイズした場合とにおける出力されるチップパルス列の波長スペクトルの相違につき説明する。図8(A)及び(B)はSSFBGの一方の端から他方の端に至る全域にわたり屈折率変調のアポダイズの効果の説明に供する図であり、図8(A)はアポダイズが成されていない場合の光パルス時間拡散器の反射波長スペクトルを示す図であり、図8(B)はアポダイズされている場合の光パルス時間拡散器の反射波長スペクトルを示す図である。図8(A)及び(B)の横軸は波長をnm単位で目盛って示してあり、縦軸は光パルス時間拡散器からの反射率をdB単位で目盛って示してある。
【００８４】
上述の単位FBGに対するアポダイズの効果と同様に、SSFBG全域にわたり屈折率変調に対してアポダイズすることによって、分配されるスペクトル成分が明確に切り分けられ、それだけ光パルス時間拡散器が符号器及び復号器として優れた動作をすることを意味している。
【００８５】
＜符号化及び復号化＞
図9(A)〜(C)を参照して、この発明の実施形態の光パルス時間拡散装置による符号化及び復号化の動作について説明する。図9(A)〜(C)は、この発明の実施形態の光パルス時間拡散装置による符号化及び復号化の動作についての説明に供する図であり、図9(A)はこの発明の実施形態の光パルス時間拡散装置を構成するいずれか一つの光パルス時間拡散器によって光パルスがチップパルス列に変換されて符号化される様子を示す図であり、図9(B)は、符号化を行った光パルス時間拡散装置と同一の構成の光パルス時間拡散装置が具えるいずれか一つの光パルス時間拡散器による復号化の様子を示す図であり、図9(C)は復号器に入力されるチップパルス列を構成するM個のチップパルスのそれぞれが、復号器によってM個のチップパルスに変換され、これら合計(M×M)個のチップパルスの干渉によって自己相関波あるは相互相関波が生成される過程を説明する図である。
【００８６】
この発明の実施形態の光パルス時間拡散装置による符号化及び復号化の動作についてより一般的に説明するため、上述の光パルス時間拡散装置の具えている光パルス時間拡散器を構成するSSFBGが具える単位FBGの個数をN個と限定せず、ここでは、SSFBGが具える単位FBGの個数をM個と表現してある。
【００８７】
図9(C)では、横軸に時間軸Tを示してある。また、縦方向には、復号器に入力されるチップパルス列を構成するM個のチップパルスのそれぞれが、復号器によってM個のチップパルスに変換されることで得られるMとおりのチップパルス列を、復号器から出力される時間遅れの関係を反映させてM段に並べて示してある。i＝1と示してあるチップパルス列は、符号器から出力されるチップパルス列を構成するチップパルスの第1番目のチップパルスが復号器でチップパルス列として生成されたものである。同様にi＝2〜Mと示してあるチップパルス列は、それぞれ符号器から出力されるチップパルス列を構成するチップパルスの第2〜M番目のチップパルスが復号器でチップパルス列として生成されたものである。i＝1〜Mと示してあるチップパルス列が、図9(C)に示すように時間軸上で重なり合って干渉する結果、復号器である光パルス時間拡散器からは、自己相関波あるいは相互相関波が出力される。
【００８８】
図9(A)〜(C)では、光パルス時間拡散器を構成するSSFBGは、M個の単位FBGを具えて構成され、各単位FBGのブラッグ反射波長をλB単位FBGの配置間隔周期をLとしてある。
【００８９】
図9(A)に示すように、光パルスが光サーキュレータ40のポート1から光パルス時間拡散器に入力されると、光サーキュレータ40のポート2から光パルス時間拡散器（図9(A)では波線の四角形で囲って示してある。）に入力される。光パルス時間拡散器に入力された光パルスはチップパルス列として生成されて、このチップパルス列は光サーキュレータ40のポート2から光サーキュレータ40に入力されてポート3から出力される。
【００９０】
図9(A)に示す光パルス時間拡散器から出力されるチップパルス列の隣接するチップパルス間の位相差は2π×2×L×neff/λB＝2π×(m＋(1/2))で与えられるように、各単位FBGのブラッグ反射波長λB及び単位FBGの配置間隔周期Lが設定されている。ここで、mは0以上の整数である。
【００９１】
入力光パルスの波長スペクトルの中心波長をλsとすると、隣接する単位FBGからブラッグ反射されるチップパルス間の位相差φは次式(8)で与えられる。
φ＝2π×2×L×neff/λs＝2π×(m＋(1/2))×λB/λs
＝2π×(m＋(1/2))×(1＋(Δλ/λs))
＝π＋{2π×(m＋(1/2))×(Δλ/λs)            (8)
ここで、Δλ＝λB−λsである。すなわちφの値はΔλの大きさによって決定される。λB＝λsであるとき、φ＝πとなる。
【００９２】
入力光パルスが符号器である光パルス時間拡散器に入力されると、単位FBGの数と等しい数のチップパルスからなるチップパルス列が生成される。上述したように図9(A)及び(B)に示す図では、単位FBGの数をM個としてある。
【００９３】
このチップパルス列を構成するチップパルスの隣接するチップパルス間の位相差は、上述の式(8)で与えられる値を以って光導波路を伝播して、復号器である光パルス時間拡散器に入力される。図9(B)を参照して、上述のチップパルス列が復号器において復号化される過程について説明する。ここで、第i光パルス時間拡散器によって符号化されて生成されたチップパルス列が、第j光パルス時間拡散器によって復号化されると仮定して説明する。ここで、i、jは、それぞれ1≦i≦U及び1≦j≦Uを満たす整数である。
【００９４】
第i光パルス時間拡散器によって符号化されて生成され位相Δφeが与えられて出力されたチップパルスが、第j光パルス時間拡散器によって復号化され位相Δφdが更に付加されて与えられたと仮定すると、チップパルス列の第1番目のチップパルスを基準として、このチップパルスは次式(9)
Δφij＝i×Δφe＋j×Δφd          (9)
で与えられる位相Δφijを有している。
【００９５】
図9(C)に示すように、復号器に入力されるチップパルス列を構成するM個のチップパルスのそれぞれは、復号器によってM個のチップパルスに変換される。その結果、合計(M×M)個のチップパルスが生成される。符号化されて生成されたM個のチップパルスのそれぞれのチップパルスが復号器で再びM個のチップパルスからなるチップパルス列となり、これらのチップパルス列が時間軸上で重なることによる干渉によって自己相関波あるは相互相関波が生成される。
【００９６】
時刻T＝i＋jにおいて時間軸上で重なりあうチップパルスの位相Δφij(T)は、次式(10)
Δφij(T)＝T×Δφd＋(Δφe−Δφd)×i          (10)
で与えられる。
【００９７】
符号器と復号器とが同一構造の光パルス時間拡散器である場合、すなわち、Δφe＝Δφd＝Δφである場合、Δφij(T)＝T×Δφとなり、iの値に依存せず時刻Tにおいて全てのチップパルスが同位相で干渉しあう。すなわち、時刻Tにおいて非常に大きなピークが形成され、自己相関波が形成される。
【００９８】
一方、符号器と復号器とが相異なる構造の光パルス時間拡散器である場合、すなわち、ΔφeとΔφdとが異なっている場合、時刻T＝i＋jにおいて時間軸上で重なりあうチップパルスの位相Δφij(T)は、上述の式(10)から明らかなように、iの値によってΔφij(T)の値がそれぞれ異なってくるから、チップパルス同士は干渉によってそれぞれ打ち消しあってピークが形成されず、相互相関波が形成される。
【００９９】
上述したように、同一の構成である、この発明の実施形態の光パルス時間拡散装置を2台そろえ、それぞれを符号器及び復号器として利用することによって、この発明の符号化復号化方法が実現される。同一の構成の光パルス時間拡散装置とは、それぞれの光パルス時間拡散装置が具える第1〜第U光パルス時間拡散器の構成が互いに等しい組み合わせから成っていることを意味する。すなわち、一方の光パルス時間拡散装置の第p光パルス時間拡散器の構成と、他方の光パルス時間拡散装置の第p光パルス時間拡散器の構成とが等しくなっていることを意味する。ここで、pは、1≦p≦Uを満たす全ての整数である。
【０１００】
符号化ステップは、この発明の実施形態の光パルス時間拡散装置が具える第1〜第U光パルス時間拡散器にそれぞれ第1〜第Uチャンネルを割り当て、それぞれのチャンネルの送信信号を符号化することで実現される。
【０１０１】
多重化ステップは、上述の第1〜第U光パルス時間拡散器からそれぞれ出力される第1〜第Uチップパルス列を光合波器等によって合波することによって実現される。
【０１０２】
復号化ステップは、上述の第1〜第Uチップパルス列が多重化された多重チップパルス列をU分割(強度分割)して、復号器であるこの発明の実施形態の光パルス時間拡散装置が具える第1〜第U光パルス時間拡散器にそれぞれ供給することによって実現される。符号化された際に使われた光パルス時間拡散器と同一構造の光パルス時間拡散器においては自己相関波が生成され、異なる構造の光パルス時間拡散器においては相互相関波が生成されることによって、符号分割多重方式が実現されることになる。
【０１０３】
また、上述したように第1〜第Uチップパルス列にはそれぞれ互いに異なるスペクトル帯域が割り当てられているので、この発明の光パルス時間拡散装置を符号器及び復号器として利用する通信方式においては、擬似的WDMも同時に実行されていることになる。
【０１０４】
＜光分岐挿入装置＞
図10(A)及び(B)を参照して、この発明の実施形態の光分岐挿入装置(ADM: Add-Drop-Multiplexer)の構成及びその動作について説明する。図10(A)及び(B)は、この発明の実施形態のADMの構成及びその動作についての説明に供する図であり、図10(A)は信号の分岐についての説明に供する図であり、図10(B)は信号の挿入についての説明に供する図である。
【０１０５】
この発明の実施形態のADMは、第1光サーキュレータ10、第1光パルス時間拡散装置12、光アイソレータ14、第2光パルス時間拡散装置16、及び第2光サーキュレータ18を具えて構成されている。第1光パルス時間拡散装置12は、ブラッグ反射波長がλBであるチップパルス列が復号化される条件でSSFBGが形成されており、第2光パルス時間拡散装置16は、ブラッグ反射波長がλB'であるチップパルス列が復号化される条件でSSFBGが形成されている。
【０１０６】
図10(A)に示すように、第1光サーキュレータ10は第1〜第3ポートを具えており、第2光サーキュレータ18も第1〜第3ポートを具えている。第1光サーキュレータ10の第2ポートから出力される光信号が第1光パルス時間拡散装置12に入力され、第1光パルス時間拡散装置12から出力される光信号13が光アイソレータ14に入力され、光アイソレータ14から出力される光信号15が第2光パルス時間拡散装置16に入力され、第2光パルス時間拡散装置16から出力される光信号17が第2光サーキュレータ18の第2ポートに入力される。そして、第2光サーキュレータ18の第3ポートから外部に出力される。
【０１０７】
第1光サーキュレータ10に入力される入力光信号のうち、ブラッグ反射波長としてλBが割り当てられた信号成分は、第1光パルス時間拡散装置12でブラッグ反射されて復号化されて、第1光サーキュレータ10を介して第1光サーキュレータ10の第3ポートから分岐信号として取り込まれる。これに対して、ブラッグ反射波長としてλB'が割り当てられた信号成分は、第1光パルス時間拡散装置12及び光アイソレータ14は透過されるが、第2光パルス時間拡散装置16でブラッグ反射される。しかしながら、第2光パルス時間拡散装置16でブラッグ反射された信号成分は、光アイソレータ14でブロックされて、第1光サーキュレータ10には戻らない。
【０１０８】
一方図10(B)に示すように、この発明の実施形態のADMを具えている加入者網から外部に向けて送信するため、この発明の実施形態のADMに挿入される挿入光信号は、第2光サーキュレータ18の第1ポートから入力され第2ポートから出力されて第2光パルス時間拡散装置16に入力されて、ブラッグ反射波長がλB'であるチップパルス列として符号化される。ブラッグ反射波長がλB'であるチップパルス列として符号化された信号は、第2光サーキュレータ18の第2ポート及び第3ポートを介して外部に送信される。
【０１０９】
以上説明した様に、この発明の実施形態のADMの外部から供給される入力光信号は第1光サーキュレータ12の第1ポートから入力され、このADMから分岐されて抽出される分岐信号は、第1光サーキュレータ10の第3ポートから出力されて加入者網に取り込まれる。一方、このADMを経由してこの加入者網から外部に出力される挿入光信号は、第2光サーキュレータ18の第1ポートに入力され第3ポートから出力される。
【０１１０】
＜光通信システム＞
図11を参照して、この発明の実施形態のADMが利用されて構成される光通信システムにつき説明する。図11は、加入者網のそれぞれが、実施形態のADMが利用されて収容局20と光ファイバ伝送路でループ状に接続されて構成される実施形態の光通信システムの概略的ブロック構成図である。
【０１１１】
この発明の実施形態の光通信システムは、複数の加入者網32〜36を具える光通信システムであって、加入者網32〜36に固有のADM 22〜ADM 26がそれぞれ1台ずつ割り当てられ、これらADM 22〜ADM 26のそれぞれを介して光通信システムを構成する光ファイバ網に接続されている。そして、これらのADM 22〜ADM 26に、上述のこの発明の実施形態のADMが利用されている。
【０１１２】
ここで、以下の説明の便宜のため、複数の加入者網32〜36のそれぞれに第1〜第3チャンネルが割り当てられ、これらはそれぞれ第1〜第3チップパルス列を利用して通信を行うものとする。
【０１１３】
ADM 22〜ADM 26のそれぞれの第1光パルス時間拡散装置及び第2光パルス時間拡散装置には、入力光パルスから第1〜第3チップパルス列を生成し、かつこの第1〜第3チップパルス列から入力光パルスを復元するための規約である符号を割り当てる。そして、ADM 22〜ADM 26をそれぞれ構成する第1光パルス時間拡散装置及び第2光パルス時間拡散装置は、それぞれ第1〜第3光パルス時間拡散器の内から、割り当てられた符号が設定された光パルス時間拡散器のみが動作可能である状態に設定されている。
【０１１４】
加入者網34〜36のそれぞれに割り当てるADM 22〜ADM 26を構成する第1光パルス時間拡散装置の構成要素である光パルス時間拡散器のSSFBGに設定する単位FBGのブラッグ反射波長をそれぞれ、λ1〜λ3と設定し、同じく第2光パルス時間拡散装置の構成要素である光パルス時間拡散器のSSFBGに設定する単位FBGのブラッグ反射波長をそれぞれ、λ1'〜λ3'と設定されているものとする。
【０１１５】
このように構成された光通信システムによれば、上述のこの発明の実施形態のADMの説明におけるブラッグ反射波長λBを、それぞれλ1〜λ3と読み替えブラッグ反射波長λB'を、それぞれλ1'〜λ3'と読み替えることによって、複数の加入者網34〜36のそれぞれに割り当てられたADMの固有の動作を理解することが可能である。
【０１１６】
例えば、加入者網32が具えるADM 22（図10(A)参照）の外部から供給される入力光信号は第1光サーキュレータ12の第1ポートから入力され、このADM 22から分岐されて抽出される分岐信号(ブラッグ反射波長がλ1である信号)は、第1光サーキュレータ10の第3ポートから出力されて加入者網32に取り込まれる。一方、このADM 22（図10(B)参照）を経由してこの加入者網32から外部に出力される挿入光信号（ブラッグ反射波長がλ1'である信号）は、第2光サーキュレータ18の第1ポートに入力され第3ポートから出力される。
【符号の説明】
【０１１７】
10：第1光サーキュレータ
12：第1光パルス時間拡散装置
14：光アイソレータ
16：第2光パルス時間拡散装置
18：第2光サーキュレータ
20：収容局
22、24、26：ADM
28-1、28-2、・・・、28-p・・・、28-u：光パルス時間拡散器
30、40、42：光サーキュレータ
32、34、36：加入者網
50：光分岐器
【図１】
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【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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